简易直流电子负载设计_大学生电子设计竞赛论文.doc

本科大学生电子设计竞赛论文 题目：简易直流电子负载 摘要 系统设计了一种以具有高精度的直流电子负载。其主要由单片机控制模块、电子负载模块、频率切换模块、采样模块、显示模块和电源模块构成。在这个电力电子技术、计算机技术和自动控制技术迅速发展的时代，电源检测技术产生了革命性的变化，人们对电子负载的需求越来越多，对其性能要求也越来越高。系统主要以为核心；包括控制电路MCU)、驱动电路PWM波、采样电路、显示电路等目 录 摘要 II 1电子负载的原理及概述 1 1.1电子负载的意义 1 1.2电子负载的工作方式 1 1.3在本设计中要做的主要任务 1 1.4总体方案设计 2 2 系统硬件设计 4 2.1电子负载设计模块方框图 4 2.2 pic18f4520单片机的应用 4 2.3数模与模数转换 5 2.3.1 A/D转换 6 2.3.2 D/A转换 6 2.4 系统模块显示 8 2.5电流采样 9 2.5.1电流采样 9 2.5.2 电压采样 10 2.5.3 MOSFET场效应管的应用 10 2.5.4 集成运放的应用 11 2.6 过压、短路保护 13 3 系统软件设计 13 3.1 程序设计概述 13 3.2 电子负载程序设计流程图 13 结论 18 参考文献 19 附录1：电子负载程序设计 21 附录2：原理图 38 1 电子负载的原理概述及方案确定 在电子技术应用领域,经常要对开关电源、线性电源、UPS 电源、变压器、整流器、电池、充电器等电子设备进行测试，如何对其输出特性进行可靠、全面且比较简单、快捷的测试，一直是仪表测试行业研究的问题。传统的测试方法中一般都采用电阻、滑线变阻器、电阻箱等充当测试负载，但这些负载不能满足我们对负载多方面的要求，如：恒定电流的负载；带输出接口的负载；随意调节的负载、恒功率的负载、动态负载；多输出端口的负载等。现在有一种新型多功能的电子负载，可据实际应用中对负载特性的要求进行设置，满足了我们对负载的各种要求，解决了开发研制测试中的困难。 1.1 电子负载的意义 电子负载即电子负荷。凡是能够消耗能量的器件,可以广泛地称为负载。电子负载能消耗电能，使之转化成热能或其它形式的能量。静态的电子负载可以是电阻性(如功率电阻、滑线变阻器等) 、电感性、电容性。但实际应用中，负载形式就较为复杂，如动态负载，消耗功率是时间函数，或电流、电压是动态的，也可能是恒定电流、恒定电阻、恒定电压，不同峰值系数(交流情况下)，不同功率因数或瞬时短路等。电子负载就是在实际应用中负载比较复杂的情况下而设计生产的测试设备。它能替代传统的负载，如电阻箱、滑线变阻器、电阻线、电感、电容等。尤其对吸收恒定电流或以恒定电压吸收电流，或电压电流都要在设定范围突变等传统方法不能解决的领域里，更能显示出优越性能。 1.2恒定电流方式 图1－1是电子负载与被测电源的连接图和外特性图。在定电流模式中,在额定使用环境下, 不论输入电压大小如何变化, 电子负载将根据设定值来吸收电流。 图1－1 电子负载的恒定电流工作方式 1.3在本设计中要做的主要任务 （1） 恒流（CC）工作模式的电流设置范围为100mA～1000mA ，设置分辨率为10mA，设置精度为±1%。还要求CC工作模式具有开路设置，相当于设置的电流值为零。 （2） 在恒流（CC）工作模式下，当电子负载两端电压变化10V时，要求输出电流变化的绝对值1％ 图1-2 手动调节的直流电子负载的原理图 本方案由于电路设计的问题，对电子负载恒流恒压的控制是依靠对电阻手动调节来实现的。而单片机对电阻的调节的实现相对较为复杂，因此这里并没有采用单片机为控制核心，只是将其应用于显示模块当中。该方案采用了诸多的精密器件（如精密金属膜电阻）以获得足够高的精度，但却采用了手动调节的方式，显然是得不偿失。而且高精度的器件的价格昂贵、数量稀少、不易采购。开环的控制方式不利于精度的调节和操作的简化。电路中恒流恒压部分相对独立，技术含量较低且元器件的利用率较低。同时，系统的扩展性较差也是其弊端。 方案二：基于单片机的恒压恒流电路分离的电子负载 基于单片机的恒压恒流电路分离的电子负载原理图如图1-3： 图1-3 基于单片机的恒压恒流电路分离的电子负载原理图 本方案采用了单片机控制整个系统，操作变得简单明了。但是电路中的恒压恒流部分仍然相对独立，技术含量较低。两部分电路分别受单片机的控制。电路的输出有两个。这为测量带来了不便。同时电路元件的利用率底下且电路本身规模庞大也是其弊端。 方案三：基于单片机的数控直流电子负载 基于单片机的数控直流电子负载的原理图如图1-4所示。 图1-4 基于单片机的数控直流电子负载的原理图 此方案控制核心采用pic18f4520单片机。操作时只需通过程序就能实现恒流值的调