【正文】 電流值應維持在 100mA不變 , 而此時負載值是可變的。定電流模式能用于測試電壓源及AD/ DC電源的負載調整率。負載調整率是電源在負載變動情況下能夠提供穩(wěn)定的輸出電河北工程大學畢業(yè)設計說明書 壓的能力 , 是電源輸出電壓偏差率的百分比。 圖 1－ 1 電子負載的恒定電流工作方式 恒定電阻方式 此種狀態(tài)下 ， 負載如純電阻 ， 吸收與電壓成線性正比的電流 。此方式適用于測試電壓源 ， 電流源的啟動與限流特性。 圖 12為恒阻方式連接圖和外特性圖 , 在定電阻模式中 , 電子負載將吸收與輸入電壓成線性的負載電流。若負載設定為 1 kΩ , 當輸入電壓在 1～ 10 V 變化時 , 電流變化則為 10～ 100 mA (圖 12) 。 圖 1－ 2 電子負載的恒定電阻工作方式 恒定電壓方式 圖 1－ 3為電子負載與被測電源連接圖和外特性圖。在此方式下電子負載將吸收足夠的電流來控制電壓達到設計值。 定電壓模式能被使用于測試電源的限流特性。另外 , 負載可以模擬電池的端電壓 , 故也可以使用于測試電池充電器。 圖 1－ 3 電子負載的恒定電壓工作方式 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 在本設計中要做的主要任務 ⑴ 設計 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、失調電壓、非線性度、工作溫度范圍和工作電壓等都有嚴格的指標。低失調電壓和低失調溫度系數允許自動校準技術的精確運用。 5%的增益容忍度和 %的線性度，為精確的負反饋和控制進一步提供性能需求。較寬的溫度范圍允許 HCPL－7840 被運用于各種惡劣的 工作環(huán)境。 它能夠傳輸模擬信號的線性光耦，對主電路和控制電路進行隔離，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控制電路的損害。 ⑵ 設計 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轉換為電壓信號，裝換為電壓信號后，再用 HCPL－ 788J 隔離，它是帶短路和過載檢測功能的隔離運放芯片，電流過載后能在5us從內部向單片機發(fā)送中斷信號，及時保護 MOSFET。其輸入范圍為： 250mv～＋ 250mv；對應輸出為 0～４Ｖ；電子負載電流輸入范圍是０～５Ａ；選用０ .０４Ω采樣電阻 ⑶ 設計 功率驅動 電路 。 HCPL4504 系列傳送延遲小，電流轉換率高。 HCPL4504 系列同時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)時間和其他配電問題的出色解決方案。 HCPL4504 的電流轉換率﹑傳送延遲和共模抑制被規(guī)定為同時符合便于應用的 TTL 和 IPM。 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 2 系統(tǒng)硬件設計 電子負載設計模塊方框圖 圖 2－ 1 電子負載設計模塊方框圖 單片機學習應用的六大重要 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，應用范圍廣。內含過流、過熱和過載保護電路。帶散熱片時，輸出電流可達 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：輸出電流可達 1A。輸出電壓有： 5V。過熱保護 。短路保護 。輸出晶體管 SOA保護。 顯 示 按鍵輸入 單 片 機 A/D 轉換 PWM 控制 電流檢測 電壓檢測 功率控制 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 圖 23 HCPL7805 原理圖 圖 24 電源原理圖 A/D 轉換器接口 ADC0809 ⑴性能特點 ADC0809 是一種 8 路模擬輸入的 8 位逐次逼近式 A/D 轉換器，為 CMOS 型單芯片器件。其內部除 8位 A/D轉換電路外，還有一個 8 路模擬開關，其作用可根據地址譯碼信號來選擇 8路模擬輸入而共用一個 A/D 轉換器。 轉換結果通過三態(tài)輸出鎖存器輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數據總線相連。 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位數字量 輸出端。 START 為啟動信號輸人端，高電平有效。在該信號的上升沿清除 ADC 內的寄存器，在下降沿啟動轉換。 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 ALE 為地址鎖存控制信號，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，通過程序輸入一個正脈沖啟動 A/D轉換。 EOC 為轉換結束信號，轉換結束為高電平，可作中斷請求信號。 OE 為輸出允許控制，當 OE有效時，可把內部轉換的數據送往數據總線。 ⑶ ADC0809 與 AT89S51 接口設計如圖所示。 圖 26 AT89S51與 ADC0809連接 系統(tǒng)顯示模塊 為節(jié)省單片機端口，此設計使用 74LS138三－八譯碼器及 4543－ BCD碼七段譯碼器。這樣只需占用單片機的一個口，就可以動態(tài)顯示 8位 LED 數碼管，大大減少了對單片機管腳的占用。 74LS138 三－八譯碼器及 4543－ BCD 碼七段譯碼器外形封裝如圖所示。 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 圖 27 74LS13 4543外形封裝 數碼管選用四位一體的四聯(lián)數碼管，其外形及內部線路如圖所示： 圖 28 四聯(lián)數碼管外形及內部連 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、失調電壓、非線性度、工作溫度范圍和工作電壓等都有嚴格的指標。低失調電壓和低失調溫度系數允許自動校準技術的精確運用。 5%的增益容忍度和 %的線性度，為精確的負反饋和控制進一步提供性能需求。較寬的溫度范圍允許 HCPL－7840 被運用于各種惡劣的工作環(huán)境。 它能夠傳輸模擬信 號的線性光耦，對主電路和控制電路進行隔離，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 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 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轉換為電壓信號，裝換為電壓信號后，再用 HCPL－ 788J 隔離，它是帶短路和過載檢測功能的隔離運放芯片，電流過載后能在5us從內部向單片機發(fā)送中斷信號，及時保護 MOSFET。其輸入范圍為： 250mv～＋ 250mv；對應輸出為 0～ 4Ｖ；電子負載電流輸入范圍是 0～ 5Ａ；選用 。 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 圖 212 HCPL788J 圖 213電流采樣原理圖（ a） 圖 214電流采樣原理圖（ b） MOSFET 場效管的應用 MOS 型晶體管的特點是特別適合于開關狀態(tài)工作，因為它正向導通時的電阻極小，而且開關速度快，所以是一種理想的開關元 件。 ⑴ MOS 型場效應管的特點 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畢業(yè)設計說明書 少數載流子，從而影響高速開關。所以同樣功率的管子， MOS 型的開關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．這對于大功率開關而言，無疑是一大缺點。 ④ MOS 管子不像雙極型管子那樣存在明顯的二次擊 穿現象，所以在中、低壓情況下，其工作的可靠性要高 — 些。過電壓保護的設計也可以簡單一些。 ⑵ MOS 型場效應管的輸出特性曲線 MOS 型場效應管的輸出特性曲線如圖所示；其內部結構如圖所示。 圖 215 MOS型場效管輸出特性曲線 圖 216 MOS 場效管內部結構 ⑶ MOS 型場效應管的選型 鑒于 MOS管的良好開關特性，在此次設計中，對被測電源功率的控制，也就是對電流的控制，決定選用場效管 IRFP254。 MOSFET 場效管 IRFP254 參數： ①漏極－源極擊穿電壓 Vdss=250V； ②靜態(tài)導通電阻 Rds(on)=? ； ③漏源連續(xù)導通電流 Id=23A。 集成運放的應用 在本設計中，電流信號的檢測放大部分、單片機控制功率信號輸出部分，以及場效河北工程大學畢業(yè)設計說明書 應管驅動信號部分，均應用集成運放芯片進行信號的放大及處理。以下對應用到的運放功能作進一步介紹。 ⑴ 集成運放基本反相放大電路應用 圖 217 集成運放基本反相放大電路 ① 圖 217 為運放基本反相 放大電路。圖中 R1為輸入隔離電阻， Rf 為負反饋電阻，Rp為平衡電阻。 Rp＝ R1//Rf。 Rw 為調零電位器。 電路的閉環(huán)放大倍數為 Avf＝－ Rf／ R1。代入電阻數值，電路的 Avf 值為 100。負號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足夠大，則 Rf值勢必要相應的增大。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合。 ②基本反相放大電路的調整方法： 先將輸入端接地，細心調整 Rw 調零電位器，使輸出電壓為零。 為減少 輸入基極電流造成的誤差，應使平衡電阻 Rp 等于 R1和 Rf 的并聯(lián)。在實際調整中，應根據實測結果對 Rf值進行適當調整，以滿足所需增益的要求 。 ⑵集成運放基本同相放大電路應用 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 圖 218 運放基本同相放大電路 ① 圖 218 為運放基本同相放大電路。 同相放大電路閉環(huán)放大倍數計算公式為： Avf＝ 1＋ R3/R2 由公式可見，選用系列電阻時，閉環(huán)放大倍數不容易為整數。 ② 電路的調整方法和注意事項 將輸入端接地，調整調零電位器 R4，使輸出電壓為零。 同相放大器將引入等于輸入信號的 共模電壓，這將對運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不得超過運放的輸入共模電壓范圍。 在作為跟隨器使用時，跟隨精度與共模抑制比直接有關。 ⑶集成運放基本差動放大電路應用 ①實用中往往用差動放大器來放大來自傳感器的微弱電信號。圖為一種實用電路。 圖 219 運放差動放大電路 ②電路的調整方法和注意事項： 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 將兩個輸入端均接地，調整調零電位器使輸出電壓為零。為抑制共模輸出應精心選配外接電阻，便 R1＝ R2， Rf＝ Rp，公差一般不能超過 1％。 輸入的共模信號不得超過所用運放的輸入共模電壓范圍。 因為是直接耦合，故信號源內阻直接串入輸入端。使用中應盡量使信號源內阻對兩個輸入端都相等，否則將降低電路抑制共模的能力。要求運放的輸入失調電流盡可能小。 系統(tǒng)保護電路的設計 電子負載在應用過程中，由于測試的電源有可能是高電壓大電流的電源，若設計欠缺，過壓、過流和過熱，均容易造成系統(tǒng)硬件損壞。特別是當電子負載由微控制器控制時，對系統(tǒng)的保護功能提出更深的要求。下面將介紹此系統(tǒng)的保護電路。 過流保護 由于場效管的開度受單片機對 DAC0832 的輸出影響，而在單片機復位以及程序出現錯誤跑飛時，單片機輸出口會出線全高電平，從而使場效管全開，被測試電源出現斷路情況，這對那些帶負載能力低的電源是不允許出現的。所以有必要設計一種電路，限定DAC0832 輸出控制電壓的最高上限。 圖 220 是一種保護電路，其原理是當 DAC0832 輸出控制電壓達到一定值后，觸發(fā)三極管 8050 的導通，繼電器繼吸合動作，強行把輸出控制電壓接地，從而限定了場效管的開度。 圖 220 過流保護電路 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 過壓、短路保護 當電源的輸出電壓超過其最大的限定電壓時 , 電源會將其輸出關閉 , 稱之為過電壓保護。過電壓保護測試用來驗證電源在出現上述異常情況時 , 能否正確地作出反應。過電壓保護功能對于一些對電壓敏感的負載特別重要 , 如 : CPU、存儲器、邏輯電路等。因為這些元件若工作電壓超過其額定值時 , 會導致永久性的損壞。 當電源的輸出短路時 , 則電源應該限制其輸出電流或關閉其輸出 ,以避免損壞。短路保護測試是驗證當輸出