【正文】 電流值應(yīng)維持在 100mA不變 , 而此時(shí)負(fù)載值是可變的。定電流模式能用于測(cè)試電壓源及AD/ DC電源的負(fù)載調(diào)整率。負(fù)載調(diào)整率是電源在負(fù)載變動(dòng)情況下能夠提供穩(wěn)定的輸出電河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 壓的能力 , 是電源輸出電壓偏差率的百分比。 圖 1－ 1 電子負(fù)載的恒定電流工作方式 恒定電阻方式 此種狀態(tài)下 ， 負(fù)載如純電阻 ， 吸收與電壓成線性正比的電流 。此方式適用于測(cè)試電壓源 ， 電流源的啟動(dòng)與限流特性。 圖 12為恒阻方式連接圖和外特性圖 , 在定電阻模式中 , 電子負(fù)載將吸收與輸入電壓成線性的負(fù)載電流。若負(fù)載設(shè)定為 1 kΩ , 當(dāng)輸入電壓在 1～ 10 V 變化時(shí) , 電流變化則為 10～ 100 mA (圖 12) 。 圖 1－ 2 電子負(fù)載的恒定電阻工作方式 恒定電壓方式 圖 1－ 3為電子負(fù)載與被測(cè)電源連接圖和外特性圖。在此方式下電子負(fù)載將吸收足夠的電流來控制電壓達(dá)到設(shè)計(jì)值。 定電壓模式能被使用于測(cè)試電源的限流特性。另外 , 負(fù)載可以模擬電池的端電壓 , 故也可以使用于測(cè)試電池充電器。 圖 1－ 3 電子負(fù)載的恒定電壓工作方式 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 在本設(shè)計(jì)中要做的主要任務(wù) ⑴ 設(shè)計(jì) 電壓采樣硬件電路 HCPL－ 7840 芯片是 HP公司出品的雙直插 8 腳封裝的集成隔離放大器，它有優(yōu)越的性能，像 CMRR、失調(diào)電壓、非線性度、工作溫度范圍和工作電壓等都有嚴(yán)格的指標(biāo)。低失調(diào)電壓和低失調(diào)溫度系數(shù)允許自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)的精確運(yùn)用。 5%的增益容忍度和 %的線性度，為精確的負(fù)反饋和控制進(jìn)一步提供性能需求。較寬的溫度范圍允許 HCPL－7840 被運(yùn)用于各種惡劣的 工作環(huán)境。 它能夠傳輸模擬信號(hào)的線性光耦，對(duì)主電路和控制電路進(jìn)行隔離，這樣可避免電源噪聲或電磁干擾的影響，避免電流功率電路對(duì)控制電路的損害。 ⑵ 設(shè)計(jì) 電流采樣硬件電路 電流采樣中，借助采樣電阻首先將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，裝換為電壓信號(hào)后，再用 HCPL－ 788J 隔離，它是帶短路和過載檢測(cè)功能的隔離運(yùn)放芯片，電流過載后能在5us從內(nèi)部向單片機(jī)發(fā)送中斷信號(hào)，及時(shí)保護(hù) MOSFET。其輸入范圍為： 250mv～＋ 250mv；對(duì)應(yīng)輸出為 0～４Ｖ；電子負(fù)載電流輸入范圍是０～５Ａ；選用０ .０４Ω采樣電阻 ⑶ 設(shè)計(jì) 功率驅(qū)動(dòng) 電路 。 HCPL4504 系列傳送延遲小，電流轉(zhuǎn)換率高。 HCPL4504 系列同時(shí)保證了傳送延遲差異的最小化（ tPLHtPHL）。這些特性使得 HCPL4504 系列系列成為 IPM 逆變器死區(qū)時(shí)間和其他配電問題的出色解決方案。 HCPL4504 的電流轉(zhuǎn)換率﹑傳送延遲和共模抑制被規(guī)定為同時(shí)符合便于應(yīng)用的 TTL 和 IPM。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 電子負(fù)載設(shè)計(jì)模塊方框圖 圖 2－ 1 電子負(fù)載設(shè)計(jì)模塊方框圖 單片機(jī)學(xué)習(xí)應(yīng)用的六大重要 部分 電源 芯片介紹 HCPL－ 7805 系列為 3 端正穩(wěn)壓電路 ,TO220 封裝，能提供多種固定的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣。內(nèi)含過流、過熱和過載保護(hù)電路。帶散熱片時(shí)，輸出電流可達(dá) 1A。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。 主要特點(diǎn)：輸出電流可達(dá) 1A。輸出電壓有： 5V。過熱保護(hù) 。短路保護(hù) 。輸出晶體管 SOA保護(hù)。 顯 示 按鍵輸入 單 片 機(jī) A/D 轉(zhuǎn)換 PWM 控制 電流檢測(cè) 電壓檢測(cè) 功率控制 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 23 HCPL7805 原理圖 圖 24 電源原理圖 A/D 轉(zhuǎn)換器接口 ADC0809 ⑴性能特點(diǎn) ADC0809 是一種 8 路模擬輸入的 8 位逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，為 CMOS 型單芯片器件。其內(nèi)部除 8位 A/D轉(zhuǎn)換電路外，還有一個(gè) 8 路模擬開關(guān)，其作用可根據(jù)地址譯碼信號(hào)來選擇 8路模擬輸入而共用一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器。 轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。 ⑵封裝及管腳功能介紹 ADC0809 芯片為 28 引腳，雙列直插式封裝，其引腳排列圖如圖示。 圖 25 ADC0809引腳圖 ADC0809 各引腳功能如下： IN0～ IN7 八路模擬量輸入端。 D0～ D7 為 8位數(shù)字量 輸出端。 START 為啟動(dòng)信號(hào)輸人端，高電平有效。在該信號(hào)的上升沿清除 ADC 內(nèi)的寄存器，在下降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ALE 為地址鎖存控制信號(hào)，由低電平至高電平的正跳變將通道地址鎖存至地址鎖存器。通常把 START 和 ALE 連接在一起，通過程序輸入一個(gè)正脈沖啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，轉(zhuǎn)換結(jié)束為高電平，可作中斷請(qǐng)求信號(hào)。 OE 為輸出允許控制，當(dāng) OE有效時(shí)，可把內(nèi)部轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送往數(shù)據(jù)總線。 ⑶ ADC0809 與 AT89S51 接口設(shè)計(jì)如圖所示。 圖 26 AT89S51與 ADC0809連接 系統(tǒng)顯示模塊 為節(jié)省單片機(jī)端口，此設(shè)計(jì)使用 74LS138三－八譯碼器及 4543－ BCD碼七段譯碼器。這樣只需占用單片機(jī)的一個(gè)口，就可以動(dòng)態(tài)顯示 8位 LED 數(shù)碼管，大大減少了對(duì)單片機(jī)管腳的占用。 74LS138 三－八譯碼器及 4543－ BCD 碼七段譯碼器外形封裝如圖所示。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 27 74LS13 4543外形封裝 數(shù)碼管選用四位一體的四聯(lián)數(shù)碼管，其外形及內(nèi)部線路如圖所示： 圖 28 四聯(lián)數(shù)碼管外形及內(nèi)部連 電壓、電流采樣 電壓采樣 HCPL－ 7840 芯片是 HP公司出品的雙直插 8 腳封裝的集成隔離放大器，它有優(yōu)越的性能，像 CMRR、失調(diào)電壓、非線性度、工作溫度范圍和工作電壓等都有嚴(yán)格的指標(biāo)。低失調(diào)電壓和低失調(diào)溫度系數(shù)允許自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)的精確運(yùn)用。 5%的增益容忍度和 %的線性度，為精確的負(fù)反饋和控制進(jìn)一步提供性能需求。較寬的溫度范圍允許 HCPL－7840 被運(yùn)用于各種惡劣的工作環(huán)境。 它能夠傳輸模擬信 號(hào)的線性光耦，對(duì)主電路和控制電路進(jìn)行隔離，這樣可避免電源噪聲或電磁干擾的影響，避免電流功率 1 電路對(duì)控制電路的損害。 如圖： 7840 的腳 腳 8分別為兩組 +5V 電源的正端 VDD1 和 VDD2；腳 4和腳 5 為+5V電源地 GND1 和 GND2；腳 2為 VIN+、腳 3 為 VIN、腳 7 和腳 6分別為 VOUT+和 VOUT。 圖 29 HCPL7840 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 210 電壓采樣原理圖（ a） 圖 211 電壓采樣原理圖（ b） 電流采樣 電流采樣中，借助采樣電阻首先將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，裝換為電壓信號(hào)后，再用 HCPL－ 788J 隔離，它是帶短路和過載檢測(cè)功能的隔離運(yùn)放芯片，電流過載后能在5us從內(nèi)部向單片機(jī)發(fā)送中斷信號(hào)，及時(shí)保護(hù) MOSFET。其輸入范圍為： 250mv～＋ 250mv；對(duì)應(yīng)輸出為 0～ 4Ｖ；電子負(fù)載電流輸入范圍是 0～ 5Ａ；選用 。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 212 HCPL788J 圖 213電流采樣原理圖（ a） 圖 214電流采樣原理圖（ b） MOSFET 場(chǎng)效管的應(yīng)用 MOS 型晶體管的特點(diǎn)是特別適合于開關(guān)狀態(tài)工作，因?yàn)樗驅(qū)〞r(shí)的電阻極小，而且開關(guān)速度快，所以是一種理想的開關(guān)元 件。 ⑴ MOS 型場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn) ①柵極控制功率小。和雙極型晶體管相比， MOS 管柵極是絕緣的、在高頻工作時(shí)雖然有柵極電流存在。但其值甚小，所以柵極的輸入功率也很小。 ②由于 MOS 管是電壓控制器件，它不像雙極型晶體管那樣，在基區(qū)有可能積存大量河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 少數(shù)載流子，從而影響高速開關(guān)。所以同樣功率的管子， MOS 型的開關(guān)速度要比雙極型管子快得多。 ③ MOS 管子的耐壓比雙極型管于低．通常很少超過 1000V．而雙極型管子可以做到1600V 以下．這對(duì)于大功率開關(guān)而言，無疑是一大缺點(diǎn)。 ④ MOS 管子不像雙極型管子那樣存在明顯的二次擊 穿現(xiàn)象，所以在中、低壓情況下，其工作的可靠性要高 — 些。過電壓保護(hù)的設(shè)計(jì)也可以簡(jiǎn)單一些。 ⑵ MOS 型場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性曲線 MOS 型場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性曲線如圖所示；其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。 圖 215 MOS型場(chǎng)效管輸出特性曲線 圖 216 MOS 場(chǎng)效管內(nèi)部結(jié)構(gòu) ⑶ MOS 型場(chǎng)效應(yīng)管的選型 鑒于 MOS管的良好開關(guān)特性，在此次設(shè)計(jì)中，對(duì)被測(cè)電源功率的控制，也就是對(duì)電流的控制，決定選用場(chǎng)效管 IRFP254。 MOSFET 場(chǎng)效管 IRFP254 參數(shù)： ①漏極－源極擊穿電壓 Vdss=250V； ②靜態(tài)導(dǎo)通電阻 Rds(on)=? ； ③漏源連續(xù)導(dǎo)通電流 Id=23A。 集成運(yùn)放的應(yīng)用 在本設(shè)計(jì)中，電流信號(hào)的檢測(cè)放大部分、單片機(jī)控制功率信號(hào)輸出部分，以及場(chǎng)效河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 應(yīng)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)部分，均應(yīng)用集成運(yùn)放芯片進(jìn)行信號(hào)的放大及處理。以下對(duì)應(yīng)用到的運(yùn)放功能作進(jìn)一步介紹。 ⑴ 集成運(yùn)放基本反相放大電路應(yīng)用 圖 217 集成運(yùn)放基本反相放大電路 ① 圖 217 為運(yùn)放基本反相 放大電路。圖中 R1為輸入隔離電阻， Rf 為負(fù)反饋電阻，Rp為平衡電阻。 Rp＝ R1//Rf。 Rw 為調(diào)零電位器。 電路的閉環(huán)放大倍數(shù)為 Avf＝－ Rf／ R1。代入電阻數(shù)值，電路的 Avf 值為 100。負(fù)號(hào)表示輸出電壓與輸入電壓相位相反。 電路的輸入電阻為 R1，若要保證電路放大倍數(shù)足夠大，則 Rf值勢(shì)必要相應(yīng)的增大。這將使電路的精度下降、漂移增大。所以基本反相放大器只適用于輸入阻抗要求不高的場(chǎng)合。 ②基本反相放大電路的調(diào)整方法： 先將輸入端接地，細(xì)心調(diào)整 Rw 調(diào)零電位器，使輸出電壓為零。 為減少 輸入基極電流造成的誤差，應(yīng)使平衡電阻 Rp 等于 R1和 Rf 的并聯(lián)。在實(shí)際調(diào)整中，應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì) Rf值進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以滿足所需增益的要求 。 ⑵集成運(yùn)放基本同相放大電路應(yīng)用 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 218 運(yùn)放基本同相放大電路 ① 圖 218 為運(yùn)放基本同相放大電路。 同相放大電路閉環(huán)放大倍數(shù)計(jì)算公式為： Avf＝ 1＋ R3/R2 由公式可見，選用系列電阻時(shí)，閉環(huán)放大倍數(shù)不容易為整數(shù)。 ② 電路的調(diào)整方法和注意事項(xiàng) 將輸入端接地，調(diào)整調(diào)零電位器 R4，使輸出電壓為零。 同相放大器將引入等于輸入信號(hào)的 共模電壓，這將對(duì)運(yùn)放的輸入共模電壓范圍提出較高的要求。也就是說，同相放大器的輸入信號(hào)不得超過運(yùn)放的輸入共模電壓范圍。 在作為跟隨器使用時(shí)，跟隨精度與共模抑制比直接有關(guān)。 ⑶集成運(yùn)放基本差動(dòng)放大電路應(yīng)用 ①實(shí)用中往往用差動(dòng)放大器來放大來自傳感器的微弱電信號(hào)。圖為一種實(shí)用電路。 圖 219 運(yùn)放差動(dòng)放大電路 ②電路的調(diào)整方法和注意事項(xiàng)： 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 將兩個(gè)輸入端均接地，調(diào)整調(diào)零電位器使輸出電壓為零。為抑制共模輸出應(yīng)精心選配外接電阻，便 R1＝ R2， Rf＝ Rp，公差一般不能超過 1％。 輸入的共模信號(hào)不得超過所用運(yùn)放的輸入共模電壓范圍。 因?yàn)槭侵苯玉詈?，故信?hào)源內(nèi)阻直接串入輸入端。使用中應(yīng)盡量使信號(hào)源內(nèi)阻對(duì)兩個(gè)輸入端都相等，否則將降低電路抑制共模的能力。要求運(yùn)放的輸入失調(diào)電流盡可能小。 系統(tǒng)保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 電子負(fù)載在應(yīng)用過程中，由于測(cè)試的電源有可能是高電壓大電流的電源，若設(shè)計(jì)欠缺，過壓、過流和過熱，均容易造成系統(tǒng)硬件損壞。特別是當(dāng)電子負(fù)載由微控制器控制時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)功能提出更深的要求。下面將介紹此系統(tǒng)的保護(hù)電路。 過流保護(hù) 由于場(chǎng)效管的開度受單片機(jī)對(duì) DAC0832 的輸出影響，而在單片機(jī)復(fù)位以及程序出現(xiàn)錯(cuò)誤跑飛時(shí)，單片機(jī)輸出口會(huì)出線全高電平，從而使場(chǎng)效管全開，被測(cè)試電源出現(xiàn)斷路情況，這對(duì)那些帶負(fù)載能力低的電源是不允許出現(xiàn)的。所以有必要設(shè)計(jì)一種電路，限定DAC0832 輸出控制電壓的最高上限。 圖 220 是一種保護(hù)電路，其原理是當(dāng) DAC0832 輸出控制電壓達(dá)到一定值后，觸發(fā)三極管 8050 的導(dǎo)通，繼電器繼吸合動(dòng)作，強(qiáng)行把輸出控制電壓接地，從而限定了場(chǎng)效管的開度。 圖 220 過流保護(hù)電路 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 過壓、短路保護(hù) 當(dāng)電源的輸出電壓超過其最大的限定電壓時(shí) , 電源會(huì)將其輸出關(guān)閉 , 稱之為過電壓保護(hù)。過電壓保護(hù)測(cè)試用來驗(yàn)證電源在出現(xiàn)上述異常情況時(shí) , 能否正確地作出反應(yīng)。過電壓保護(hù)功能對(duì)于一些對(duì)電壓敏感的負(fù)載特別重要 , 如 : CPU、存儲(chǔ)器、邏輯電路等。因?yàn)檫@些元件若工作電壓超過其額定值時(shí) , 會(huì)導(dǎo)致永久性的損壞。 當(dāng)電源的輸出短路時(shí) , 則電源應(yīng)該限制其輸出電流或關(guān)閉其輸出 ,以避免損壞。短路保護(hù)測(cè)試是驗(yàn)證當(dāng)輸出