【正文】 MTY25N60E MOS 管，它常用于電力領(lǐng)域的應(yīng)用。專為高電壓、高速開(kāi)關(guān)芯片，可以應(yīng)用于電力供應(yīng)、電機(jī)控制、PWM 變流器等領(lǐng)域。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。其通用參數(shù)為： （1）漏極－源極擊穿電壓 Vdss=500V（2）靜態(tài)導(dǎo)通電阻 Rds(on)=?（3）漏源連續(xù)導(dǎo)通電流 Id=22A（4）功 率：Ptot=278W（5）極 性：NPN鑒于 MOS 管的良好開(kāi)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，故選用方案二。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。當(dāng)反向偏壓達(dá)到一定時(shí)，耗盡區(qū)將完全溝道“夾斷” ，此時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。MOS 型晶體管的特點(diǎn)是特別適合于開(kāi)關(guān)狀態(tài)工作，因?yàn)樗驅(qū)〞r(shí)的電阻極小，而且開(kāi)關(guān)速度快，所以是一種理想的開(kāi)關(guān)元件。（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)有可能積存大量少數(shù)載流子，從而影響高速開(kāi)關(guān)。所以同樣功率的管子，MOS 型的開(kāi)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、常很少超過(guò) 1000V、雙極型管子可以做到1600V 以下。（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(guò)電壓保護(hù)的設(shè)計(jì)也可以簡(jiǎn)單一些。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。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) 19 U G S ( t h ) 2 U G S ( t h )U G SI D Oi DOU G S = 2 U G S ( t h ) 可變電阻區(qū)I D Oi D預(yù)夾斷軌跡O夾斷區(qū)恒流區(qū)U DU G S = U G S ( t h )U G S 2圖 215 N 溝道增強(qiáng)型 MOS 管的轉(zhuǎn)移特性曲線 圖 216 N 溝道增強(qiáng)型 MOS 管的輸出特性Q 2I R F P4 6 0dgs圖 217 N 溝道增強(qiáng)型 MOS 管電子負(fù)載的恒流控制，它的功率控制電路主要包括場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET)、電流取樣 PI 控制器、運(yùn)放等組成負(fù)反饋控制環(huán)路。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。如圖 217 所示為 N 溝道增強(qiáng)型 MOS 管，MOS 管不僅作為電流控制器，而且作為被測(cè)電源的負(fù)載，IRFP460 為 N 溝道增強(qiáng)型 MOS 管，所以整個(gè)設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)是根據(jù) IRFP460MOS 管的參數(shù)進(jìn)行選定的。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?？紤]到有時(shí)候被測(cè)電源電壓較大，在漏極－源極擊穿電壓 Vdss=500V 的基礎(chǔ)上，整個(gè)設(shè)計(jì)的電壓范圍設(shè)為 050V。 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。電源電壓的設(shè)計(jì)主要針對(duì)系統(tǒng)需求的不同電壓進(jìn)行的電源分配，在電子負(fù)載系統(tǒng)中，單片機(jī)的工作電壓是 。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。本電路設(shè)計(jì)中利用 HCPL－78XX 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) 79XX 系列的 3 端正穩(wěn)壓電路和具有良好熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源TL431 實(shí)現(xiàn)整個(gè)電源電路的設(shè)計(jì)。利用 TL431 輸出 電壓作為輸入基準(zhǔn)源供TLC5615 進(jìn)行 DA 轉(zhuǎn)換。HCPL－ 78XX 系列為 3 端正穩(wěn)壓電路內(nèi)含過(guò)流、過(guò)熱和過(guò)載保護(hù)電路。帶散熱片時(shí)，輸出電流可達(dá) 1A。具有過(guò)熱保護(hù)。短路保護(hù)。輸出晶體管 SOA 保護(hù)。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。618T L 4 31參參參參參參參 618TL431R22250C14Input圖 218 TL431 符號(hào) 圖 219 TL431 輸出 電壓連接圖TL431 是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源。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。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為 ，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表、運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源，開(kāi)關(guān)電源等等。如圖 218 所示為 TL431 符號(hào)，圖 219 為 TL431 輸出 電壓連接圖。將 Cathode（負(fù)極）與 Reference（參考端）連接起來(lái)，會(huì)得到 VKA = Vref =， 作為輸入基準(zhǔn)源供 TLC5615DA 進(jìn)行轉(zhuǎn)換。T11234DC7C97812~220V7805C12VCC618TL431R22250C147912C13C6470uFC11C1012V+12VC8圖 220 電源電路原理圖如圖 220 所示為電源電路原理圖。電源電路利用 78XX 系列集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路，利用串聯(lián)輸出不同的電壓，供電路各個(gè)部分工作。經(jīng)過(guò) 220V 交流電降壓東華理工大學(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) 21后通過(guò)整流橋的作用，之后通過(guò) 7812 輸出+12V 和通過(guò) 7912 輸出12V 的直流電壓供給運(yùn)放工作，再通過(guò) 7805 輸出+5V 的直流電壓供給單片機(jī) A/D、D/A 芯片工作。最后通過(guò)串聯(lián)具有良好熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源 TL431 產(chǎn)生 的直流電壓，作為 D/A 轉(zhuǎn)換的輸入基準(zhǔn)電壓。CC1C14 為濾波電容，CCCCC1C12 為分別輸入端和輸出端濾波電容。東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 電子負(fù)載軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21第三章 電子負(fù)載軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)都是采用 Keil 開(kāi)發(fā)軟件，C 語(yǔ)言程序。C 語(yǔ)言較方便，通俗易懂。而且本系統(tǒng)采用的是模塊化編程思路，使得程序更具有移植性和可讀性。 Keil IDE μVision2 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境是 Keil Software 開(kāi)發(fā)的基于 80C51 內(nèi)核的微型處理器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，內(nèi)嵌多種符合當(dāng)前工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)工具?？梢酝瓿蓮墓こ探?、管理、編譯和鏈接，目標(biāo)代碼的生成，軟件仿真，硬件仿真等完整的開(kāi)發(fā)流程。尤其 C 編譯工具在產(chǎn)生代碼的準(zhǔn)確性和效率方面達(dá)到了較高的水平，而且可以附加靈活的控制選項(xiàng)，在開(kāi)發(fā)大型項(xiàng)目時(shí)非常理想。Keil 軟件開(kāi)發(fā)的流程：⑴建立工程。⑵為工程選擇目標(biāo)器件。⑶設(shè)置工程的配置參數(shù)。⑷打開(kāi)/建立程序文件。⑸編譯和鏈接工程。⑹糾正程序中的書寫和語(yǔ)法錯(cuò)誤并重新編譯連接。⑺對(duì)程序中某些純軟件的部分使用軟件仿真驗(yàn)證。⑻使用 TKS 硬件仿真器對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行硬件仿真。 系統(tǒng)初始化按鍵掃描處理程序D / A 轉(zhuǎn)換產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓電壓電流采樣 A / D 轉(zhuǎn)化液晶顯示程序開(kāi)始結(jié)束檢測(cè)電源是否完成 ？YN初始化初始化 A / D 轉(zhuǎn)換通通啟動(dòng) A / D 轉(zhuǎn)換A / D 轉(zhuǎn)化是否完成數(shù)據(jù)處理漢字?jǐn)?shù)據(jù)顯示子程序電壓電流采樣子程序入口返回YN圖 31 軟件主程序流程圖 圖 32 電壓電流采樣流程圖 東華理工大學(xué)畢業(yè)論文（論文） 第三章 電子負(fù)載軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22主程序軟件流程如圖 31 所示，在圖 31 中軟件首先進(jìn)行 DA、AD、LCD 液晶顯示、控制變量初始化，再調(diào)用鍵盤掃描處理程序，在沒(méi)有按下沒(méi)有按下自動(dòng)調(diào)節(jié)啟動(dòng)停止按鍵時(shí)，默認(rèn)為功能設(shè)置，此時(shí)單片機(jī)只預(yù)置數(shù)據(jù)輸入、按鍵查詢、預(yù)置數(shù)據(jù) LCD 顯示等功能；而當(dāng)按下該按鍵 1 次后，單片機(jī)將轉(zhuǎn)為執(zhí)行負(fù)載調(diào)節(jié)、A/D 采集、實(shí)際數(shù)據(jù) LCD 顯示等功能。 電壓電流 A/D 采樣程序設(shè)計(jì)如圖 32 所示為電壓電流采樣流程圖，先復(fù)位時(shí)序成功后，啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換口，再送十個(gè)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行串行采樣，當(dāng)?shù)谑畟€(gè)時(shí)鐘信號(hào)下降沿到來(lái)時(shí)，判斷 A/D 轉(zhuǎn)化是否完成，若采樣完成，將模擬輸入量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，送往顯示，測(cè)出電壓值、實(shí)際電流值和功率值。TLC1549 是串行轉(zhuǎn)化，同樣對(duì)時(shí)序有嚴(yán)格要求，復(fù)位時(shí)序成功后，即可進(jìn)入采樣，采樣后在經(jīng)過(guò)處理。對(duì)于電流的檢測(cè)將電流轉(zhuǎn)化為電壓進(jìn)行檢測(cè)，然后在TLC1549AD 轉(zhuǎn)換過(guò)程中轉(zhuǎn)化回電流，最后送往液晶顯示出來(lái)。檢流電阻選用的是100W 歐姆的功率電阻。 液晶顯示子程序如圖 33 所示為液晶顯示子程序流程圖，液晶顯示采用的是 Nokia 液晶屏，體積不大，當(dāng)對(duì)其初始化及復(fù)位成功后就可調(diào)用相應(yīng)的顯示子程序?qū)σ@示的內(nèi)容進(jìn)行顯示。顯示的內(nèi)容可以采用取模軟件取出數(shù)組，將對(duì)應(yīng)的點(diǎn)顯示出，最終組合顯示出需要的字體或數(shù)字。LCD 控制程序遵循 SPI 傳輸協(xié)議。SPI 是一個(gè)全雙工同步串行數(shù)據(jù) 3 線同步字節(jié)傳輸總線接口，加上片選共 4 線，是基于主/從工作模式的總線協(xié)議，有寫沖突保護(hù)和總線競(jìng)爭(zhēng)保護(hù)，由 Motorofa 在其 MC68HCXX 系列中定義的標(biāo)準(zhǔn)接口。SPI 中 4 線的功能如下:SCK 信號(hào)線:由 SPI 總線上的主設(shè)備產(chǎn)生。它可以調(diào)整數(shù)據(jù)比特流，設(shè)備可在不同的波特率下傳輸數(shù)據(jù)。SCK 根據(jù)傳輸?shù)拿恳晃粊?lái)循環(huán)。MOSI 信號(hào)線:數(shù)據(jù)從 SPI 總線的主設(shè)備輸出，然后從 SPI 的從設(shè)備輸入。MISO 信號(hào)線:數(shù)據(jù)從 SPI 總線的從設(shè)備輸出，然后從 SPI 的主設(shè)備輸入。只有一個(gè)被選擇的從設(shè)備能驅(qū)動(dòng)從 MOSO 輸出。CS 線號(hào)線:此信號(hào)通過(guò)硬件控制選擇一個(gè)特殊的從設(shè)備，沒(méi)有被選中的從設(shè)備不東華理工大學(xué)畢業(yè)論文（論文） 第三章 電子負(fù)載軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23予 SPI 總線交互通信。SPI 主機(jī)和從機(jī)之間，主機(jī)通過(guò)將待通信的從機(jī)的 CS 引腳拉低，實(shí)現(xiàn)與從機(jī)的同步，主機(jī)啟動(dòng)一次 SPI 通訊。主機(jī)和從機(jī)將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)放入相應(yīng)的移位寄存器。主機(jī)在 SCK 引腳上產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖以交換數(shù)據(jù)。主機(jī)的數(shù)據(jù)從主機(jī)的 MOSI 移出，從從機(jī)的 MOSI 移入；從機(jī)的數(shù)據(jù)從從機(jī)的 MISO 移出，從主機(jī)的呱 50 移入。如圖22 所示為單片機(jī)與 LCD 通信。 D/A 轉(zhuǎn)化程序由于 TLC5615 是串行輸出的，且其輸出采用的是 SPI 總線模式，所以現(xiàn)對(duì) SPI時(shí)序做初始化，初始化完后即可調(diào)用將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬輸出。如圖 34 為 D/A 轉(zhuǎn)化子程序流程圖。當(dāng)鍵盤按下確認(rèn)后，設(shè)定值送往單片