基于 DSP 的電子負載---- 系統(tǒng)調試及結果分析

第6章系統(tǒng)調試及結果分析

調試是整個設計任務中一個重要的一個環(huán)節(jié)。為了達到設計要求，主要進行了兩個方面的調試，首先硬件調試，然后進行軟件調試。

6.1硬件調試

電子負載用的信號板和電源板是傳統(tǒng)的模擬電路，設計失誤和元件的質量問題都必須通過硬件調試才能發(fā)現(xiàn)，檢查步驟如下所示。

（1）上電前的檢查：

目測所有的接線是否正確，是否有少線、接錯線、虛焊和接觸不良的焊點，MOSFET管、電容等引腳是否有接錯，IC插座引腳次序是否接反等等。用萬用表測量下電源線、信號線、底線是否有短路現(xiàn)象，尤其是電源對地和芯片插座各個引腳是否短路，是否所有的地線都接到了一起并接上電源的負極。

（2）DSP板、信號板、電源板通電檢測

DSP板、信號板、電源板分別通電檢測，電源接通后，觀察電路板是否有異?，F(xiàn)象發(fā)生，包括是否有冒煙現(xiàn)象、特殊氣味，用手小心觸摸各芯片，看是否有異常發(fā)燙現(xiàn)象。

（3）整機調試

完成以上兩個步驟后，將DSP板、信號板、電源板連接為一體進行整機調試，檢查DSP是否能夠通過RS232和上位機進行通訊，鍵盤輸入測試模式能否顯示在小液晶屏上，電源模塊輸出電壓是否為設計的值。

6.2軟件調試

將控制程序各功能模塊，包括顯示模塊、鍵盤輸入模塊、通信模塊、AD模塊等分別載入運行，觀察硬件功能是否符合要求，發(fā)現(xiàn)的問題立即找出程序中所對應的錯誤或不妥之處，反復進行修改完善，直到可以完成所要求的功能。不過單純的軟件調試只能檢查程序的基本正確性，而整個方案所有程序是否能夠同時完成要求，需要在軟硬件綜合調試過程中才能夠進行檢查。

6.3試驗結果及分析

6.3.1實驗波形及數(shù)據(jù)

（1）恒流工作方式：以5V/0.5A的直流充電器作為被測電源，恒流測試設定值為0.45A、0.5A、0.3A和0.1A，得到以下圖6.1試驗數(shù)據(jù)及波形：

縱坐標CH1為測試電源模塊輸出電壓，單位每格表示1伏，縱坐標CH3為測試電源模塊輸出電流，單位每格表示100毫安；橫坐標單位每格表示1秒。CH1、CH3箭頭所指位置為零線。電子負載穩(wěn)定的工作，恒流環(huán)控制精確，電流切換快速。

以12V/5A的直流電源模塊作為被測電源，恒流測試指標為5A、4A、3A、2A、1A，得到以下圖6.2試驗數(shù)據(jù)及波形：

縱坐標CH1為測試的電源模塊輸出電壓，單位每格表示2伏，縱坐標CH3為測試電源模塊輸出電流，單位每格表示1安；橫坐標單位每格表示2秒。CH1、CH3箭頭所指位置為零線。電子負載穩(wěn)定的工作，被測模塊單元出現(xiàn)不規(guī)則的噪聲，3A時電流偏離點設定值，有大約0.15A的誤差。

以5V/16A的直流電源模塊作為被測電源，恒流測試指標為0.5A、1A、3A、5A、8A、10A和15A，得到以下圖6.3試驗數(shù)據(jù)及波形：

縱坐標CH1為測試的電源模塊輸出電壓，單位每格表示1伏，縱坐標CH3為測試電源模塊輸出電流，單位每格表示1安；橫坐標單位每格表示2秒。電源模塊輸出電壓從5V降至4.22V，這是電源模塊本身特性所導致的，由上圖看出恒流環(huán)控制比較精確，負載電流始終為一恒定的電流，15A是有輕微的波動，其余電流控制的很穩(wěn)定。

（2）恒壓工作方式：

恒壓工作方式：以5V/0.5A的直流充電器作為被測電源，恒壓測試指標為4V、3V、2V、1V，得到以下圖6.4試驗數(shù)據(jù)及波形：

縱坐標CH1為測試的電源模塊輸出電壓，單位每格表示1伏，縱坐標CH3為測試電源模塊輸出電流，單位每格表示100毫安；橫坐標單位每格表示1秒。CH1、CH3箭頭所指位置為零線。電子負載穩(wěn)定的工作，電壓切換時有輕微的波動，隨后穩(wěn)定的輸出恒定電壓。

以5V/2A直流電源模塊作為被測電源，恒壓測試指標為5V、4V、3V、2V，得到以下圖6.5試驗數(shù)據(jù)及波形

縱坐標CH1為測試的電源模塊輸出電壓，單位每格表示1伏，縱坐標CH3為測試電源模塊輸出電流，單位每格表示100毫安；橫坐標單位每格表示1秒。由上圖可以看出，電子負載穩(wěn)定的工作，5V電壓輸出剛開始有點不穩(wěn)定，快速調整后，隨后穩(wěn)定至設定值。

（3）恒阻工作方式：

恒阻工作方式：以12V/5A的直流電源模塊作為被測電源，恒阻測試指標2.4歐姆、3歐姆、4歐姆、6歐姆和12歐姆，恒阻模式下，電子負載吸收與負載電壓成線性比例關系的電流，實際上也是控制電流處于恒流模式，對應的控制電流為：5A、4A、2A和1A，得到以下圖6.6試驗數(shù)據(jù)及波形。

縱坐標CH1為測試的電源模塊輸出電壓，單位每格表示2伏，縱坐標CH3為測試電源模塊輸出電流，單位每格表示1安；橫坐標單位每格表示2秒。上圖左側CH1、CH3箭頭所指位置為起始零線。電子負載穩(wěn)定的工作，設定阻值所對應的電流控制平穩(wěn)，負載電流較大的時候，待測單元噪聲也很大，對應阻值略微有些波動。

以5V/16A的直流電源模塊作為被測電源，恒阻測試指標10歐姆、5歐姆、2歐姆、1歐姆，0.6歐姆，0.5歐姆和0.34歐姆，對應的控制電流為：0.5A、1A、2.5A、5A、8.3A、10A和14.7A，得到以下圖6.7試驗數(shù)據(jù)及波形：

縱坐標CH1為測試的電源模塊輸出電壓，單位每格表示1伏，縱坐標CH3為測試電源模塊輸出電流，單位每格表示2安；橫坐標單位每格表示2秒。CH1、CH3箭頭所指位置為零線。電子負載穩(wěn)定的工作，負載電流輸出平直，能夠快速跟蹤電流給定值，有些數(shù)值偏離有點大，電阻檔位切換時有點輕微波動，大電流時數(shù)字環(huán)調整時間有點長。

6.3.2調試結果分析

實驗結果表明：基于DSP電子負載方案能達到預定方案的要求，其技術參數(shù)為：

恒流模式：高檔位，0-16A，電流精度：O.15A；

低檔位，0-3A，電流精度：O.03A；

恒壓模式：高檔位，0-60V，電壓精度：0.2V；

低檔位，0-16V，電壓精度：50mV；
恒阻模式：測試精度：0.1ohm；

最大測試功率：100W.

6.4電磁干擾研究

電子負載工作環(huán)境較為惡劣，電子負載本身由數(shù)字電路和模擬電路組成，工作時會產生很強的電磁干擾，這些干擾通過電磁輻射或者通過線路傳送到控制電路時，會產生很大的干擾，嚴重影響控制系統(tǒng)正常的工作。

6.4.1系統(tǒng)的主要干擾源

（1）DSP控制板上數(shù)字電路產生的干擾

電子負載控制板采用數(shù)字信號處理器TMS320LF2812進行控制，其脈沖電流和電壓波形含有豐富的高次諧波分量，不僅容易傳導進入電源線中，而且還向周圍空間輻射，這是一種頻譜較寬的干擾源。另外，DSP外圍的時鐘振蕩器、各種門電路、觸發(fā)器等都會產生輻射干擾。

（2）電流傳輸線干擾

傳輸線流過大電流時周圍存在低頻電場和磁場的干擾，實驗測得的數(shù)據(jù)表明，一根流過100A電流的導線，在其表面附近磁感應強度高達（5 -10）x10^-4wb/m²，在距離導線30cm處磁感應強度為0.65x10^-4 wb/m ²。由于本設計空間狹窄，電纜布置密集，故防止大電流傳輸線干擾顯得尤為重要。

6.4.2系統(tǒng)的的抗干擾設計

（1）濾波

系統(tǒng)在主電路直流輸入端加裝了合適的EMC電路，傳導干擾可分為共模干擾和差模干擾，濾波器由共模電路和差模電路構成。共模電路由共模扼流圈和Cy對地電容構成。差模電路由線間電容Cx構成，此時共模扼流圈不起作用，如圖6.8所示。

（2）接地設計

正確的接地在電力電子系統(tǒng)的電磁兼容設計中占有重要的地位。所謂接地，就是指將電路與充當信號電位公共參考點的接地點實行地阻抗連接。一個好的“接地點”電位應該是：與系統(tǒng)中任何功能部分的電位比較，都可忽略不計。

在本系統(tǒng)中各種地線歸納起來有以下幾種：數(shù)字（或邏輯地），作為邏輯開關網(wǎng)絡或數(shù)字電路的零電位。模擬地，作為A/D轉換器、運算放大器、比較器等模擬電路的零電位。屏蔽地，為防止靜電感應和磁場感應而設計的地。

負載電路板上的模擬地、數(shù)字地、繼電器地分開布線而且盡可能的粗，防止串擾。每個集成芯片的電源和地的引腳加104的旁路電容，不用的引腳接地或上拉。

（3）軟件抗干擾設計

為了加強系統(tǒng)的抗干擾能力，在系統(tǒng)的設計中也采用了一些軟件抗干擾技術，主要有以下幾個方面：系統(tǒng)上電時，先進入系統(tǒng)初始化程序，軟件設定確保各端子輸出正確的控制信號，避免處于錯誤狀態(tài)和不確定狀態(tài)。啟用軟件狗。防止程序在干擾情況下跑飛，確保系統(tǒng)工作在安全可靠的狀態(tài)。