【正文】 電子負(fù)載1 電子負(fù)載2 電子負(fù)載N1 每個(gè)電子負(fù)載 老化架 包含 Nm個(gè)電子負(fù)載模塊單元，這些電子負(fù)載模塊單元通過現(xiàn)場(chǎng)總線 上位機(jī)軟件 集中控制。 電子負(fù)載 老化架 的輸入來自并聯(lián)的直流測(cè)試電源 1 至電源 Nm的輸出。 被測(cè) 電源部分，在硬件連接上為簡(jiǎn)單的輸入 市電 ，輸出直流電壓，作為電子負(fù)載的輸入。電力電子主電路是完成將被測(cè) 電源輸出的直流電，利用有源逆變技術(shù)變換成與工業(yè)電網(wǎng)并網(wǎng)的工頻交流電的能量通路。使得工業(yè)控制機(jī)能夠?qū)?shí)時(shí) 信息進(jìn)行采集、處理、做出響應(yīng)，保證系統(tǒng)的暢通。 如圖 所示： 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 工業(yè)控制機(jī)部分主要完成的工作包括：控制每個(gè) 電子 負(fù)載模塊的啟動(dòng)與停止，每個(gè)電源模塊的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，每個(gè) 電子 負(fù)載模塊的電流值設(shè)定，整個(gè)系統(tǒng)的各部分狀態(tài)監(jiān)測(cè)，每個(gè)電子負(fù)載地址設(shè)置等。 在控制系統(tǒng)中，要提供可靠、穩(wěn)定的設(shè)備為電源的試驗(yàn)服務(wù)，當(dāng)數(shù)臺(tái)電源并聯(lián)考核時(shí)，負(fù)載系統(tǒng)的輸入電流將 非常大，處理這樣大的電流需要多個(gè)負(fù)載模塊的并聯(lián)，同時(shí)還要對(duì)每個(gè)負(fù)載模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，給出狀 態(tài)信息，并進(jìn)行故障報(bào)警 。 對(duì)電源的老化試驗(yàn)，一般是在老化房中成批量進(jìn)行，電源數(shù)量大，相應(yīng)的電子負(fù)載也多，如果每一臺(tái)電子負(fù)載都需要人來監(jiān)控的話，這將耗費(fèi)許多的人力，而且可能因疲勞而導(dǎo)致數(shù)據(jù)出錯(cuò)。在硬件和軟件分別通過調(diào)試正常之后，進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，進(jìn)一步完善和修改控制程序，記錄和測(cè)試各項(xiàng)性能指標(biāo)，直到系統(tǒng) 正常運(yùn)行。首先，在斷電的情況下測(cè)試線路的正確性，排除一些明顯的硬件故障。 系統(tǒng)軟件和硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試 (1) 軟件調(diào)試方法 ： 軟件的錯(cuò)誤只有在運(yùn)行中才會(huì)完全暴露出來，因此，各個(gè)模塊的軟件程序分段進(jìn)行調(diào)試。主要是 A/D 轉(zhuǎn)換程序，電壓電流采集程序； (3) 控制程序。 軟件設(shè)計(jì) 電子負(fù)載的控制程序，包括以下部分： (1) 人機(jī)聯(lián)系通信程序。 驅(qū)動(dòng) 電流檢測(cè) 被測(cè)電源 A/D 電壓檢測(cè) A/D ATmega88 單片機(jī) 串口通信 鍵盤 運(yùn)行指示 隔離 上位機(jī) 485 MOS 管電路 PWM 控制 電子負(fù)載 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 硬件和軟件功能的分配與協(xié)調(diào) 電子負(fù)載系統(tǒng)由軟、硬件共同組成。單片機(jī)輸出一定占空比的 PWM 控制信號(hào)，控制功率電路 MOS 管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，來獲得實(shí)際所需的工作電流、電壓。 圖 系統(tǒng)總體結(jié) 構(gòu)圖 圖 中， ATmega88 單片機(jī)為核心處理器。 (1) 設(shè)計(jì)任務(wù) 完成電子負(fù)載監(jiān)控系統(tǒng)原理圖繪制，設(shè)計(jì) 相關(guān)軟件； 下位機(jī)軟件： 根據(jù)上位機(jī)軟件的命令實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)老化電流，并記錄相關(guān)告警記錄； 根據(jù)輸入電壓的大小自動(dòng)調(diào)試內(nèi)部控制電路； 上位機(jī)軟件： 自動(dòng)采集下位機(jī)輸入電壓、電流及設(shè)置負(fù)載電流值； (2)設(shè)計(jì)要求 下位機(jī)設(shè)計(jì)： 通過接收上位機(jī)軟件的命令指令自動(dòng)調(diào)試負(fù)載電流 ； 根據(jù)輸入電壓的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)內(nèi)部控制電路； 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸入電壓、電流，發(fā)現(xiàn)異常立即記錄相關(guān) 數(shù)據(jù)，并上報(bào)給后系統(tǒng) ； 恢復(fù)默認(rèn)通訊地址 ； 上位機(jī)設(shè)計(jì)： 自動(dòng)采集下位機(jī)輸入電壓、電流及設(shè)置負(fù)載電流值； 設(shè)置負(fù)載電流值； 設(shè)置通訊地址 ； 設(shè)置下位機(jī)采樣基準(zhǔn)電壓 ； 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第二章 電子負(fù)載系統(tǒng)分析 電子負(fù)載系統(tǒng)方案 電子負(fù)載系統(tǒng)采用 “ AVR 單片機(jī) +串口通訊 +鍵盤操作 +PWM 移相控制 +AD 轉(zhuǎn)換”結(jié)合的技術(shù)方案 ；集控制、檢測(cè)、變換 等功能于一體的設(shè)計(jì)方法。 220V 交流輸 出 被 試電源 直流母線 電子負(fù)載 220V 交流輸入 能量流動(dòng)方向 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 本設(shè)計(jì)為基于 AVR 單片機(jī)的電子負(fù)載監(jiān)控系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)電子負(fù)載參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和對(duì)電子負(fù)載進(jìn)行控制，使用串口與上位機(jī)通信實(shí)現(xiàn)人 機(jī)交互。 圖 電子負(fù)載的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖 本課題研究的內(nèi)容 近幾年來，隨著這些產(chǎn)品向多樣化和復(fù)雜化發(fā)展，如何科學(xué)而快速地檢測(cè)其性能和指標(biāo)成了一大難題。由于采用的是能量反饋方式，試驗(yàn)場(chǎng)所也不必配備較大的電源容量。 (4)電能反饋型電子負(fù)載 電能反饋型電子負(fù)載利用電力電子變換技術(shù)將被試電源的輸出能量大部分無污染地反饋回電網(wǎng)，節(jié)約了大部分的能源 。與晶體管相比，它的響應(yīng)速度快 。 (3)采用絕緣柵雙極晶體管的電子負(fù)載 絕緣柵雙極晶體管，簡(jiǎn)稱 IGBT，是 MOSFET 和晶體管技術(shù)結(jié)合而成的復(fù)合型器件，屬于電壓控制型器件。但是 MOSFET 的通態(tài)電阻較大，且負(fù)載電流較小。 (2)采用場(chǎng)效應(yīng)管的電子負(fù)載 場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET)工作在不飽和區(qū)時(shí)，根據(jù)漏極與源極之間的伏安特性可以將其看作受柵極和源極間電壓控制的可變電阻。由于晶體管屬于電流控制型器件，在控制變化速度上較慢，因此適合模擬一些電流恒定或是變化緩慢的實(shí)際負(fù)載。它對(duì)電信號(hào)有放大和開關(guān)等作用，應(yīng)用十分廣泛。目前國(guó)內(nèi)外的電子負(fù)載主要由可控的電子器件組成。 一直以來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都在不斷研究可以替代實(shí)際負(fù)載的電子模擬負(fù)載，即電子負(fù)載。傳統(tǒng)上使用靜態(tài)負(fù)載 (例如電阻、電阻箱、滑線變阻器等 )來替代實(shí)際負(fù)載。 電子負(fù)載研究現(xiàn)狀 在電源生產(chǎn)過程中，出廠性能測(cè)試是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。另外，采用電子負(fù)載進(jìn)行試驗(yàn)后，由于不存在大功率的耗能電阻，因此負(fù)載的體積較小，可以有效節(jié)約安裝空間。再結(jié)合逆變技術(shù)，將試驗(yàn)?zāi)芰咳繜o污染的回饋給電網(wǎng)，就能在完成對(duì)電源正常試驗(yàn)的同時(shí)有效地解決電能浪費(fèi)問題。因此可以設(shè)想，如果采用電力電子變流裝置作為負(fù)載對(duì)電源進(jìn)行試驗(yàn)，精確控制電源的放電電流，那么從電源側(cè)來看就如同對(duì)一個(gè)真實(shí)負(fù)載進(jìn)行放電，從而可以模擬一個(gè)傳統(tǒng)的自然負(fù)載 。當(dāng)負(fù)載恒定時(shí)，放電電流也恒定 。隨著 半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，功率半導(dǎo)體開關(guān)器件性能不斷提高，而功率半導(dǎo)體開關(guān)器件技術(shù)的進(jìn)步，又促進(jìn)了電力電子變流技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是各種電流控制技術(shù)不斷出現(xiàn)和應(yīng)用，這些成果為電力電子技術(shù)在電源測(cè)試領(lǐng)域的應(yīng)用提供了理論和應(yīng)用的基礎(chǔ)。因此，電子負(fù)載模擬裝置在實(shí)驗(yàn)室及電源等生產(chǎn)過程中有很大的應(yīng)用空間，其市場(chǎng)前景非常廣闊。它體積小、安裝使用方便，能夠?qū)⒋郎y(cè)設(shè)備的輸出功率無污染的反饋給電網(wǎng)，其損耗僅僅是 PWM 變流器的開關(guān)損耗和線路損耗，從而在很大程度上減少試驗(yàn)過程中的能量損耗，有效的降低了試驗(yàn)成本。模擬電子負(fù)載就是為了克服上述實(shí)驗(yàn)設(shè)備的缺點(diǎn)而研制的一種電力電子裝置，是微機(jī)測(cè)控技術(shù)、電力電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的綜合應(yīng)用。 (5)負(fù)載設(shè)備體積龐大，占用很大空間，且不容易滿足大功率試驗(yàn)的場(chǎng)合 (6)傳統(tǒng)負(fù)載消耗的能量最終轉(zhuǎn)化為熱量，對(duì)散熱造成巨大的負(fù)擔(dān)。傳統(tǒng)的靜態(tài)負(fù)載模擬不了復(fù)雜的負(fù)載形式。但它們存在如下一些缺點(diǎn)： (l)電阻一般采用有級(jí)調(diào)節(jié)，很難滿足阻值連續(xù)變化情況以及負(fù)載形式靈活變化的要求 。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各類電力電子裝置也應(yīng)運(yùn)而生，并且得到了越來越廣泛的應(yīng)用，如有源電力濾波器 (APF)、不間斷電源(UPS)、靜態(tài)無功補(bǔ)償器 (SVG)、交直流穩(wěn)壓電源、通訊電源、柴油發(fā)電機(jī)、蓄電池、車載電源等，這些產(chǎn)品的出廠試驗(yàn)，如可靠性試驗(yàn) (老化放電試驗(yàn) )、輸出特性試驗(yàn)等場(chǎng)合都要用到負(fù)載測(cè)試，以考察其技術(shù)指標(biāo)和性能。 PWM。 關(guān)鍵詞： 電子負(fù)載； ATmega88； PWM；監(jiān)控 系統(tǒng) ABSTRACT Electronic load can save less energy and is smaller in size and more efficient than resistance load. Therefore, electronic load is generally used to power, munication, automobile, accumulator and so on. Electronic load is being increasingly the hotspot. The electronic load includes of digital controller, detection and driver circuit and munication circuit. Digital controls the on and off time of the MOS transistors witch expend energy of the power supply. It is realized that the parameter of the power be controlled steadily. The system mainly was posed by two parts. One is the data acquisition and related actions for the next bit plane. The other is remote monitoring of the host puter. The next bit plane scheme of direct current electronic load is analyzed, especially the hardware and software realization is discussed particularly in the paper, and a reasonable solution scheme is presented. For the sake of the control and functional expansion, ATmega88, AVR microcontroller produced by ATMEL Corporation, is used as the core controller of whole control circuit. Control circuit includes of detection circuit, munication circuit and driver circuit. Through the coordination of the software and hardware, the design can be realized. The microcontroller output will be PWM waveforms with different duty cycle. According to control the on and off time of the MOS transistors, the current of FET can be regulated. The electronic load monitoring system base on AVR microcontroller monitor the input voltage and current by the electronic load in real time. Realized single host puter monitor a mass of next bit plane, greatly reducing the redundancies and tend to improve the working conditions. So it can get some guiding significance for the actual production. Key Words: Electronic load。 上位機(jī)使用 Visual C++開發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電子負(fù)載老化電壓、老化電流等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，上位機(jī)設(shè)置負(fù)載電流大小，電壓超限報(bào)警等功能。為便于控制的實(shí)現(xiàn)和功能的擴(kuò)展，采用了 ATMEL 公司的AVR 單片機(jī) ATmega88 作為核心控制器，設(shè)計(jì)了控制電路、檢測(cè)電路、通訊電路和驅(qū)動(dòng)電路 ，通過軟硬件的協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)主要包括兩部分：數(shù)據(jù)采集及相關(guān)動(dòng)作的下位機(jī)和實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的上位機(jī) 。 湖 南 科 技 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（ 論 文 ） 題目 基于 AVR 單片機(jī)電子負(fù)載監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作者 學(xué)院 專業(yè) 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 湖 南 科 技 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 機(jī)電工程學(xué) 院 測(cè)控技術(shù)與儀器 系（教研室） 系（教研室）主任 : （簽名） 年 月 日 學(xué)生姓名 : 學(xué)號(hào) : 0703030122 專業(yè) : 測(cè)控技術(shù)與儀器 1 設(shè)計(jì)（論文）題目及專題： 基于 AVR 單片機(jī)電子負(fù)載監(jiān)控系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 2 學(xué)生設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間：自 20xx 年 3 月 1 日開始至 20xx 年 6 月 8 日止 3 設(shè)計(jì)（論文）所用資源和參考資料： 4 設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的主要內(nèi)容