【正文】 4 9U a 1GNDV C C V C CP 3. 2P 3. 3P 3. 4 圖 210 tlc1549引腳圖 圖 211 tlc1549時(shí)序圖 （ 1） TLC1549 工作原理 TLC1549 具有 6 種串行接口時(shí)序模式，這些模式是由 I／ O CLOCK 周期和 CS定義。 （ 3）數(shù)字量得傳輸 當(dāng)片選 CS 由低電平變?yōu)楦邥r(shí)， I／ O CLOCK 禁止且 A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出 DATA OUT 處于高阻狀態(tài)；當(dāng)串行接口將 CS拉至有效時(shí)，即 CS 由高變?yōu)榈蜁r(shí)， CS復(fù)位內(nèi)部時(shí)鐘，控制并使能 DATA OUT 和 I／ O CLOCK，允許 I／ O CLOCK 工作并使 DATA 東華理工大學(xué)畢業(yè)論文（論文） 第二章 電子負(fù)載硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 OUT 脫離高阻狀態(tài)。 CS 的下降沿，上一次轉(zhuǎn)換的 MSB 出現(xiàn)在 DATA OUT 端。由于可能破壞輸出數(shù)據(jù)，所以在接近轉(zhuǎn)換完成時(shí)要小心防止 CS 拉至低電平。 R 1 91 0KQ2I R F P 4 6046132 785U4T L C 1 54 946132 785U5T L C 1 54 9R 1 81 00 KR+RUbU a 1GNDGNDV C C V C CV C CP 3. 2P 3. 3P 3. 4P 3. 5P 3. 6P 3. 7R 1 7o . 2 5R 1 1R 1 2R 1 4R 1 3O P 37O P 37UfC50 . 75 uFUaR 1 51KR 1 61K V R E F6 0K4 0K4 0K1 2VO P 37R 2 01KR 2 11K1 2VV C CU b 11 2V 1 2V 1 2V 1 2V 圖 212電流取樣 PI控制器等組成的 負(fù)反饋控制 電路 東華理工大學(xué)畢業(yè)論文（論文） 第二章 電子負(fù)載硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 如 圖 212 所示為 電流取樣 PI 控制器等組成的 負(fù)反饋控制 電路。 PI 調(diào)節(jié)器 對(duì)于電子負(fù)載的設(shè)計(jì)需要較高的精確度，同時(shí)控制 MOS 管的導(dǎo)通量的變換也需要一個(gè) 不停的變化 調(diào)節(jié)過程，而不是傳統(tǒng)的 采 用運(yùn)放比較器組成的反饋電路來實(shí)現(xiàn)。 R 1 1R 1 2R 1 4R 1 3O P 3 7UfC50 . 7 5 u F V R E F6 0 K4 0 K4 0 K1 2 V 1 2 V K p i U i nU i nU e xU e x mtU e x0 圖 213 PI調(diào)節(jié)器 214 PI調(diào)節(jié)器的輸出 特性 如 圖 213 所示為 PI 調(diào)節(jié)器， PI 調(diào)節(jié)器的輸出電壓 Uex 由比例和積分兩個(gè)部分組成，在零初始狀態(tài)和階躍輸入信號(hào)作用下，其輸出電壓的時(shí)間特性 如 圖 214 所示，由圖可以看出比例積分作用的物理意義。 因此，比例積分控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，又克服了各自的缺點(diǎn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，互相補(bǔ)充。 反復(fù)調(diào)節(jié) ， 消除穩(wěn)態(tài)誤差，實(shí)現(xiàn)無靜差的調(diào)節(jié)。 2．積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。對(duì)于 PI 調(diào)節(jié)器， 如 圖214 所示的 PI 調(diào)節(jié)器 ，取 R1 R12=40K， R13=60K ,C= Kp=R13／ R11= （ 26） TI= RC= （ 26） 所以本設(shè)計(jì)的 PI調(diào)節(jié)器 的 Kp 取 ， TI 取 。即通過將恒壓、恒流、恒阻誤差信號(hào)經(jīng)過放大，再送入邏輯或控制電路，用選中的誤差信號(hào)來調(diào)整晶體管的內(nèi)阻，以達(dá)到模擬變化負(fù)載 的目的。用MOSFET 作可變電阻具有工作速度快，可靠性 控制靈敏等優(yōu)點(diǎn)，而且既無機(jī)械觸點(diǎn)，也無運(yùn)動(dòng)部件，噪聲低、 壽命長(zhǎng) 。 功率耗散 MOS 管的選型 方案一：采用 MTY25N60E MOS 管，它常用于電力領(lǐng)域的應(yīng)用。 場(chǎng)效應(yīng)管是一種單極型晶體管，它只有一個(gè) PN 結(jié)，在零偏壓的狀態(tài)下，它是導(dǎo)通的，如果在其柵極 (G)和源極 (S)之間加上一個(gè)反向偏壓 (稱柵極偏壓 )，在反向電場(chǎng)作用下， PN變厚 (稱耗盡區(qū) )，溝道變窄，漏極 電流變小。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。 （ 3） MOS 管子的耐壓比雙極型管于低、 常很少超過 1000V、 雙極型管子可以做到1600V 以下。這是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，也是電子負(fù)載的核心部分。 電源電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)電源設(shè)計(jì)包含 3 個(gè)方面的內(nèi)容 :一是電源功耗，二是電源電壓，三是電源管理。 利用 TL431 輸出 電壓 作為輸入基準(zhǔn)源供 TLC5615 進(jìn)行 DA轉(zhuǎn)換 。短路保護(hù) 。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從 Vref（ ）到 36V 范圍內(nèi)的任何值。 T11234DC70 . 3 3 u FC90 . 1 u F7812~ 2 2 0 V78050 . 1 u FC 1 2V C C618T L 4 3 1R 2 22502 . 5 V0 . 3 3 u FC 1 47912C 1 30 . 3 3 u FC64 7 0 u FC 1 10 . 3 3 u FC 1 00 . 1 u F1 2 V+ 1 2 VC80 . 3 3 u F 圖 220 電源電路原理圖 如圖 220 所示為 電源電路原理圖。 如圖 218所示為 TL431符號(hào) ， 圖 219為 TL431輸出 電壓連接圖 。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。帶散熱片時(shí)，輸出電流可達(dá) 1A。運(yùn)放和其它元器件也可以工作在 024V電壓下，A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換芯片可以工作在 5V 電壓下。由 IRFP460MOS管的飽和 漏源 電流 Id=22A取整個(gè)電子 負(fù)載設(shè)計(jì)的電流范圍為 020A， 根據(jù)錳銅采樣電阻的阻值 歐姆，可算出 功率 的最大值為 100W，故整個(gè)設(shè)計(jì)的功率 范圍為 0100W。 如圖 215 所示為 N溝道增強(qiáng)型 MOS 管的轉(zhuǎn)移特性曲線 ， 如圖 216所示為 N溝道增強(qiáng)型 MOS 管的輸出特性曲線 。 （ 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)有可能積存大量少數(shù)載流子，從而影響高速開關(guān)。 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。 方案二：采用 IRFP460 芯片， TIP122 芯片效率比方案低，總功耗相對(duì)較高。所以MOSFET 適合模擬 一些變化速度較快，但電流不大的實(shí)際負(fù)載。其次，晶體管還存在溫度系數(shù)為負(fù)的問題，所以在使用過程中還需要考慮溫度補(bǔ)償?shù)膯栴}。通過基極電流可以控制集電極電流，從而可以達(dá)到控制晶體管作為一個(gè)可變負(fù)載的目的。通常在 Kp不變的情況下， TI 越大，即積分作用越弱，閉環(huán)系統(tǒng)的超調(diào)量越小，系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢。 1．比例環(huán)節(jié)即時(shí)成比例的反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào) e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。作為控制器，比例積分調(diào)節(jié)器兼顧了快速響應(yīng)和消除靜差兩方面的要求。此后，隨著電容 C 被充電，開始體現(xiàn)積分作用， Uex不斷線性增長(zhǎng)，直到達(dá)到輸出限幅值或運(yùn)算放大器飽 和。這樣組成的反饋系統(tǒng)誤差很大、 精度 低，只能控制 MOS 管的通或斷， 就只有全導(dǎo)通 或 全 關(guān)閉兩種極值情況，很難準(zhǔn)確的消除誤差實(shí)現(xiàn)其恒流模式的控制。當(dāng) R17 上的電壓降 Uf 即實(shí)際值大于設(shè)定值 VERF 時(shí)， 通過 PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)，減小 MOS 管 的導(dǎo)通 角，減小 MOS 管的導(dǎo) 通量，使 MOS管的內(nèi)阻增大，流過電阻 R17 的電流減小，則 電壓降 Uf 慢慢減小 并 等于 設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)電子負(fù)載的恒流工作模式；當(dāng) R17 上的電壓降 Uf即實(shí)際值小于設(shè)定值 VERF 時(shí)。 MOS 管 在這里既作為電流的控制器件同時(shí)也作為被測(cè)電源的負(fù)載。為了開始傳輸，最少需要 10 個(gè)時(shí)鐘脈沖，如果 I／ OCLOCK 傳送大于 10 個(gè)時(shí)鐘，那么在第 10個(gè)時(shí)鐘的下降沿，內(nèi)部邏輯把 DATA OUT 拉至低電平以確保其余位清零。首先移出上一次轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)字量對(duì)應(yīng)的最高位，下一個(gè) I／ O CLOCK 的下降沿驅(qū)動(dòng) 。 如 圖 211所示為 TLC1549 的時(shí)序圖。 采樣 電阻 R17 電流－電壓轉(zhuǎn)換元件 (I/V 東華理工大學(xué)畢業(yè)論文（論文） 第二章 電子負(fù)載硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 converter)，落在 R17上的電壓降通過 PI 調(diào)節(jié)器 與基準(zhǔn) 電壓 （ VERF）比較，控制 MOS管 的導(dǎo)通 量變化 與截止，從而達(dá)到保持電流恒定的目的。 同時(shí)取到 隔離 作用， 減小了電磁干擾的影響，減小了強(qiáng)電流功率電路對(duì)控制電路的損害。 采樣電路包括電壓采樣電路和電流采樣電路， 如 圖 29所示為電壓電流采樣電路原理圖。內(nèi)部具有自動(dòng)采樣保持、可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍、抗噪聲干擾功能，而且 在 設(shè)計(jì) 時(shí) 使在滿刻度時(shí)總誤差最大僅為 mV，因此可廣泛應(yīng)用于模擬量和 數(shù)字量的轉(zhuǎn)換電路。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。 如圖 27所示 為 TLC5615 與反相器的連接圖， 見式（ 21）為 D/A 變換 輸出通過一個(gè)反相器 送到 PI 調(diào)節(jié)器的 基準(zhǔn)電壓與輸入給定電壓的關(guān)系。 如 圖 26 所 示為 D/A 轉(zhuǎn)換輸出電路 原理圖。只需要通過 3根串行總線就可 以完成 1O位數(shù)據(jù)的串行輸入，易于和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的微處理器或微控制器 (單片機(jī) )接口，適用于電池供電的測(cè)試儀表，是具有串行接口的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。這個(gè) DA芯片以其接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 (4)預(yù)置數(shù)據(jù)確定按鍵 :按下該按鍵后，將取消其他鍵的功能，并把按輸入的數(shù)據(jù)送往提取出來，送往單片機(jī)，之后轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)據(jù)，通過液晶顯示顯示出來。 S1 S2 S3 S4S5 S6 S7 S8S9 S 1 0 S 1 1 S 1 2S 1 3 S 1 4 S 1 5 S 1 6R11 0 KR21 0 KR31 0 KR41 0 KR51 0 KR61 0 KR71 0 KR81 0 KV C CP 0 . 0P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 3P0.4P0.5P0.6P0.7 圖 25 4 4矩陣鍵盤電路圖 如 圖 25所示： 本系統(tǒng)通過矩陣電路進(jìn)行按鍵輸入，采用的是 4x4 矩陣鍵盤， 電子負(fù)載系統(tǒng)中按鍵需要實(shí)現(xiàn)的功能有 : (l) 09 數(shù)字鍵：本設(shè)計(jì)中采用專用的數(shù)字輸入按鍵，每次按下數(shù)字鍵一次，送往單片機(jī)，按位輸入的數(shù)據(jù)提取出來，轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)據(jù)。 方案二： 矩陣式鍵盤則適合于輸入命令或者數(shù)據(jù)較多、功能復(fù)雜的系統(tǒng)。 （ 4） 顯示漢字 顯示漢字可以采用兩種點(diǎn)陣方式，一種是 12*12 點(diǎn)陣，一種是 16*16 點(diǎn)陣。