基于ARM9TDMI的簡(jiǎn)易直流電子負(fù)載設(shè)計(jì)

　　3電路與程序設(shè)計(jì)

　　3.1恒流源方案設(shè)計(jì)

　　該恒流源輸出的電流與負(fù)載無關(guān)，通過使用兩塊運(yùn)算放大器構(gòu)成比較放大環(huán)節(jié)，功率管構(gòu)成調(diào)整環(huán)節(jié)，利用晶體管平坦的輸出特性和深度的負(fù)反饋電路可以得到穩(wěn)定的恒流輸出和高輸出阻抗，實(shí)現(xiàn)了電壓一電流轉(zhuǎn)換。該線性恒流源穩(wěn)流效果較好。由于回路中會(huì)有大電流通過，因此功率問題也要考慮。針對(duì)這個(gè)問題，本設(shè)計(jì)選用了耗散功率較大的場(chǎng)效應(yīng)管IRF640，能承受大電流的康銅絲，保證了器件的安全。

　　3.2電壓電流檢測(cè)方案

　　系統(tǒng)所要檢測(cè)的信號(hào)采用霍爾傳感器法檢測(cè)，如被測(cè)電源設(shè)備向該簡(jiǎn)易直流電子負(fù)載輸入的電壓，以及流進(jìn)負(fù)載的電流。電壓和電流檢測(cè)分別通過電壓霍爾、電流霍爾傳感器檢測(cè)，并經(jīng)過必要的輸出轉(zhuǎn)換電路后轉(zhuǎn)換為檢測(cè)信號(hào)。為了提高系統(tǒng)的抗干擾性，檢測(cè)信號(hào)經(jīng)過一個(gè)低通濾波器濾除噪聲，再送入單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換器中。其中電流霍爾的原理圖如3所示。

　　電壓采樣使用電壓霍爾傳感器VSM025A，其精度為0.7%。電流采樣使用電流霍爾傳感器CSM025A，其精度為0.5%。選定采樣電阻使電壓霍爾傳感器的輸入電壓在5～12 V變化時(shí)，使送給ADC的電壓在1～2.4 V之間變化。選定采樣電阻使電流霍爾傳感器的輸入電流從0.3～3.5 A變化時(shí)，送給ADC的電壓在0.2～2.4 V之間變化。

　　3.3 DC-DC轉(zhuǎn)換電路

　　輔助電源可用線性電源及開關(guān)電源芯片，考慮到效率、穩(wěn)定性、帶負(fù)載能力，選用穩(wěn)壓芯片如LM2596、TLV2543，MC34063分別將+15 V輸入電壓穩(wěn)到+12 V，+5 V，一12 V，+3.3 V以方便ARM9TDMI、CSM025A、VSM025A、ADSlll5、TLV 5616等芯片供電使用，原理圖如圖4所示。

　　3.4過壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)

　　如圖5所示，通過三極管$8050和繼電器，蜂鳴器構(gòu)成簡(jiǎn)單的過壓保護(hù)電路。當(dāng)檢測(cè)到輸入電壓大于18 V時(shí)，開關(guān)器件三極管導(dǎo)通，輸人斷開，同時(shí)聲光報(bào)警。為保證可靠斷開還采用了軟件保護(hù)法，使得當(dāng)輸入電壓大于18 V時(shí)，單片機(jī)迫使UDAin。輸出為0。

　　3.5程序設(shè)計(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)中特別為電路的過壓保護(hù)編寫了相應(yīng)的程序，當(dāng)負(fù)載電壓過大時(shí)會(huì)通過蜂鳴器和發(fā)光二極管來實(shí)現(xiàn)報(bào)警，同時(shí)也會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)繼電器，實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)功能。具體的流程圖如圖6所示。

　　4測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果

　　測(cè)試所需儀器：高精度電壓表，型號(hào)DP59(1)一PDV20;高精度電流表，型號(hào)DP59(1)-PAA5;可變電阻Rw以及被測(cè)電源。當(dāng)該設(shè)備正常工作時(shí)，用高精度電壓表，電流分別測(cè)試該電子負(fù)載的電壓、電流。用電壓表直接并在被測(cè)電源兩端，記下相應(yīng)示數(shù)。將電流表串在被測(cè)電源和Rw之間，并記錄相應(yīng)電流值。將電壓電流值和顯示器顯示值進(jìn)行對(duì)比。改變Rw電阻值，計(jì)算相對(duì)應(yīng)的負(fù)載調(diào)整率。

　　4.2測(cè)試結(jié)果

　　測(cè)試結(jié)果如表1、表2所示。

　　5結(jié)論

　　根據(jù)表1和表2的測(cè)試結(jié)果可知：負(fù)載的變化對(duì)電流的影響很小，說明設(shè)計(jì)中恒流實(shí)現(xiàn)的很好。負(fù)載調(diào)整率SR不斷變化，但都達(dá)到≤4%的目標(biāo)。紋波電流為14mA，基本上達(dá)到輸出噪聲紋波電流≤15mA

　　的目標(biāo)。而整機(jī)效率為86.7%，達(dá)到了整機(jī)效率≥80%的目標(biāo)。由此說明該電子負(fù)載的設(shè)計(jì)方案是可行的，具有優(yōu)良的精度、穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)，結(jié)合精確的軟件控制，快速和準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)了電源測(cè)量。