2014.07.23(简易直流电子负载).doc

XX年全国大学生电子设计竞赛 【组】 年月日  简易直流电子负载主要由恒流电路、输出过压保护电路控制与显示系统。稳压电源部分设置为供电。直观、方便显示设定电流和实测电流数据。 关键字：电子负载；恒流电路；电压电流检测电路；过压保护电路。 目 录 1设计方案的论证与选择 3 1.1系统整体方案 3 1.2 各部分方案的论证及选择 4 2电路原理分析与计算 5 2.1恒流电路部分 5 2.2控制电路部分 6 2.3电源电路部分 7 2.4过压保护部分 8 2.5键盘与显示部分电路 9 4测试方法与测试结果 10 4.1测试方法 10 4.2测试条件及仪器 10 4.3 测试结果及分析 11 4.3.1测试结果 11 4.3.2测试分析 12 5设计总结 12 参考文献 13 附录1整体电路图 14 附录2源程序 15 附录3测试数据 15 附录4 元件清单 16 简易直流电子负载（题） 【组】 1方案 本系统主要由单片机控制模块、电源模块、键盘与显示模块、恒流模块以及过压保护模块组成，以恒流电路为核心，用键盘对单片机进行控制，再通过单片机同时该系统设计了过压保护电路，实现了对恒流电路的有效保护电路中的功率部分采用了MOSFET场效应管，很好地实现了电流调整。电路采用简单的7812和791对控制电路供电。电路相对较简单，不仅成本低、器件易购，而且稳压效果较好。 图1-1 直流电子负载系统整体框图 1.2 各部分方案的论证及选择 1、恒流控制部分 采用UC3843作为控制核心本方案采用采用 方案三采用…….. 2、电源电路部分 方案一：采用三端固定式的集成稳压器78XX 方案：采用三端可调式的集成稳压器 方案三：利用串联型可调稳压电路提供电源。直流型稳压电源由电源变压器、整流滤波电路以及稳压电路组成，低噪声、低纹波、有良好的负载调整率，能得到稳定的直流电压，但是该电路的稳压部分需要的电子器件较多，体积很大，对器件的性能要求较高，电路结构复杂，效率也很低，仅适用于小功率的场合。 由于STC12C5A60S2单片机需要4.5V~5.5V电压供电，而三端固定式的集成稳压器输出电压的电压偏差为5%，即在4.75V~5.25V之间；而恒流部分、电流检测部分和显示部分等电路需要5V电压供电，综上述分析，对比后采用电路相对简单的方案一。 3、输出过压保护部分 2电路原理分析与计算 2.1电路原理图如图所示，运放的反相输入端电压将等于控制电压，即控制恒流源输出电流。 Vo=(R3+R4)*Imax 得到输入运放同相端的电压为： Vi=Vo/(1+R3/R4)=2V。 当电流为100mA时由上式可得:Vi=0.2V。 其他在100mA—1000mA之间的电流可通过单片机控制是输入到运放同相端的电压在0.2—2V之间即可达到目的 由于单片机A/D采样输入电压最大值不超过5V，而流过负载电阻的电流最大为1000mA,根据R=U/I得，即R小于等于5Ω；由P=I2*R得，当R=5Ω时，P=5W，因此R1≤5Ω，PR1≥5W均符合要求，鉴于以上考虑，由于条件限制，最终选用了2Ω/50W的水泥电阻作为负载电阻。 图2-1 恒流电路原理图 2.2控制电路部分 电路原理图如图所示 图2-2 控制电路原理图 整流滤波部分电路原理图如图所示和0.1uF的瓷片电容进行滤波处理后最终得到相对平滑 电路原理图如图2-3所示，由于该系统采用了STC12C5A60S2单片机、DAC0832数模转换器、LM324运算放大器等电路部分，需要﹢5V、±12V的直流电压，因此本设计额外设计了一个输出电压分别为±12V、﹢5V的稳压电源，电源电路主要分为变压器部分、整流部分、滤波部分、以及78XX、79XX系列的三端固定式稳压部分。由于要为双电源运放供电，因此要采用三抽头的变压器从而得到相位相反的两15V的交流电源输入到下一级的整流桥，变压器的输出为18V。 再通过整流管将输出的交流电转换成为脉动直流电，电路中的C2、C1、C8电解电容器就是将脉动直流中的交流成分滤除，从而输出的电压随着交流输入端和负载输出端的变化而变化，因此，采用78XX系列集成稳压器构成的稳压电路，经过稳压芯片稳压后，输出的基本为稳定直流，能够满足设计电路的供电要求。通过7812输出电压为12V，通过7912输出电压为-12V，通过7805输出电压为5V。电路中C10、C11、C13、的作用为消除输入端引线的电感效应，防止集成稳压器自己振荡，还可以抑制输入侧的高频脉冲干扰，一般选择0.1～1uF的陶瓷电容器；输出端电容器C14、C15、C12为高频去耦电容器用于消除高频噪声，一般选择0.1～2.2uF的陶瓷电容器；输出端电容器C4、C3、C12用于改善稳压电路输出端的负载瞬态响应，根据负载的变