F直流电子负载---设计方案.doc

F直流电子负载---设计方案

直流电子负载的设计方案
【本科组】
设计输入：
适当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、蓄电池等电源的性能。设计并制作一台电子负载，有恒流和恒压两种方式，可手动切换。恒流方式时要求不论输入电压如何变化（在一定的范围内），流过该电子负载的电流恒定，且电流值可设定。工作于恒压方式时，电子负载端电压保持恒定，且可设定，流入电子负载的电流随被测直流电源的电压变化而变化。

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）电压设置及调节范围：0.50V-30.00V，相对误差小于5%，调节时间小于3S。
（3）电流设置及调节范围：0.010A-2.000A，相对误差小于5%，调节时间小于3S。
（4）具有自动过载保护报警设计。过载值可设。
（5）负载参数可调节设置，数字设定。
（6）电压电流同时显示。
（7）电阻设置及调节范围：1-2000Ω，相对误差小于5%，调节时间小于3S。
（8）在原设计要求的范围内，相对误差应小于5%，调节稳定时间小于2S。
设计方案：
1. 核心控制部分：
采用MEGA88单片机完成电流采样、电压采样、恒流恒压恒阻的控制，以及逻辑控制、人机界面等工作，MEGA88工作于8MHz。
MEGA88通过10位ADC采集负载电流，负载电压信号，通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、过流保护值的设定。
单片机通过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与设定电压US进行PI调节，调节器输出通过单片机的PWM输出控制MOS管的放大状态，达到恒压控制的目的。
（说明：如果理想电压源接入模拟负载，模拟负载将无法调节UL，实际测试的电源应串入合适的电阻如10欧姆）
恒流控制：单片机采集负载电流IL，与设定值Is进行PI调节，调节器的输出通过单片机的PWM输出控制MOS管的放大状态，达到恒流控制的目的。
恒阻控制：单片机根据设定的阻值Rs，以及测量的电压UL，计算输出电流给定值Is，进行恒流控制，达到恒阻控制的结果。
在通常情况下，通过数码LCD屏可以同时显示电压、电流参数。
进入参数选择显示及设定模式可以显示所有的参变量，如电阻、Is、US等。

2. 主要电路
a) 电压采样：

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

通过0.1欧姆采样电阻将2.5A（最大）电流转换为0.25V电压，通过上述电路，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，通过放大器放大到0~10V，驱动MOS管，产生需要的电压电流。

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
输出方式
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. 程序流程：