F直流电子负载设计专项方案.doc

直流电子负载设计方案
【本科组】
设计输入：
合适调整并明确设计输入要求。
一、任务
电子负载用于测试直流稳压电源、蓄电池等电源性能。设计并制作一台电子负载，有恒流和恒压两种方法，可手动切换。恒流方法时要求不管输入电压怎样改变（在一定范围内），流过该电子负载电流恒定，且电流值可设定。工作于恒压方法时，电子负载端电压保持恒定，且可设定，流入电子负载电流随被测直流电源电压改变而改变。

示意图
二、要求
（1）负载工作模式：恒压（CV）、恒流（CC）、恒阻（CR）三种模式可选择
（2）电压设置及调整范围：0.50V-30.00V，相对误差小于5%，调整时间小于3S。
（3）电流设置及调整范围：0.010A-2.000A，相对误差小于5%，调整时间小于3S。
（4）含有自动过载保护报警设计。过载值可设。
（5）负载参数可调整设置，数字设定。
（6）电压电流同时显示。
（7）电阻设置及调整范围：1-Ω，相对误差小于5%，调整时间小于3S。
（8）在原设计要求范围内，相对误差应小于5%，调整稳定时间小于2S。
设计方案：
1. 关键控制部分：
采取MEGA88单片机完成电流采样、电压采样、恒流恒压恒阻控制，和逻辑控制、人机界面等工作，MEGA88工作于8MHz。
MEGA88经过10位ADC采集负载电流，负载电压信号，经过按键实现启停控制，CV/CC/CR设定,恒压设定值、恒流设定值、恒阻电阻值、过流保护值设定。
单片机经过PWM口输出PWM平滑滤波、放大后控制功率MOS控制输出电压或电流。
恒压控制：单片机采集负载电压UL和设定电压US进行PI调整，调整器输出经过单片机PWM输出控制MOS管放大状态，达成恒压控制目标。
（说明：假如理想电压源接入模拟负载，模拟负载将无法调整UL，实际测试电源应串入适宜电阻如10欧姆）
恒流控制：单片机采集负载电流IL，和设定值Is进行PI调整，调整器输出经过单片机PWM输出控制MOS管放大状态，达成恒流控制目标。
恒阻控制：单片机依据设定阻值Rs，和测量电压UL，计算输出电流给定值Is，进行恒流控制，达成恒阻控制结果。
在通常情况下，经过数码LCD屏能够同时显示电压、电流参数。
进入参数选择显示及设定模式能够显示全部参变量，如电阻、Is、US等。

2. 关键电路
a) 电压采样：

经过电阻分压，将最大25V电压降为5V，经过跟随器增加驱动能力。
b) 电流采样：

经过0.1欧姆采样电阻将2.5A（最大）电流转换为0.25V电压，经过上述电路，放大到5V（最大）。
c) PWM转电压：
将单片机输出PWM平滑为0~5V电压，经过放大器放大到0~10V，驱动MOS管，产生需要电压电流。

该图已经修改，电流跟踪为硬件实现，单片机输出0~5V，硬件跟踪输出0~2.5A电流。
d) 总图：

3. 显示索引：
显示序号
参数意义
数值及范围
是否可修改
Case 0
直流电压Vo(显示值)
XX.XX V（0~9999）
NO
Case 1
直流电流Io1
X.XXXA（0~9999）
NO
Case 2
直流电阻R=Vo/Io1
XXXXΩ（0~9999）
NO
Case 3
过流保护值

YES
Case 4
输出方法
0、1、2(默认恒流)
1恒压、0恒流、2恒阻
YES
Case 5
恒压设定值
XX.XXV （0.50V~25.00V）
YES
Case 6
恒定电流值
X.XXXA (0.010~2.500A)
YES
Case 7
恒阻设定值
XXXXΩ (1~2500)
YES
Case 8
直流电压ADC0

NO
Case 9
直流电流1 ADC1

NO
Case A
过流
=1过流
NO
Case B
PWM_OUT
PWM脉宽值
NO
Case C
PWM_HAND
手动设定PWM值
YES(=512自动)

4. 程序步骤：