基于Msp430单片机的直流电子负载设计

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  传统的负载检测将电阻、电容以及电感等串并联组合模拟实际负载,这种做法负载形式单一、大小不能连续调节,且占用较大安装空间,电能损耗大。直流电子负载克服了传统负载的缺点,不仅能够**检测负载电压、调整负载电流,同时还可以实现模拟负载短路。直流电子负载已成为开关电源相关设备调试检测中的重要仪器。

  文中设计了一款简易的直流电子负载,采用Msp430F169微控制器作为程序和算法控制单元,配合基于MOSFET的恒流源电路,实现了直流电流输出和负载电压调制率测量的功能。

  1 系统总体框图和工作原理

  1.1 系统总体框图

  根据直流电子负载的基本功能要求以及工作原理,系统主要包括:4 x 4键盘模块、电源模块、LCD12864显示模块、MCU控制模块、恒流源模块和电流、电压采集模块组成。系统总体框图如图1所示。

  本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/170533.htm


  1.2 直流电子负载工作原理

  直流电子负载的设计基于电流反馈控制原理,采用运算放大器和MOSFET进行设计。具体设计原理图如图2所示。

  文中设计的恒流源输出电流*大1 A,Vo端电压*大18 V,*大功率18 W。实际设计过程中考虑到散热问题,采用4个IRF640并联连接方式。

  如图2所示,D/A转换器输出电压加在运算放大器正输入端,控制负载中流过的电流。采样电阻R3将输出电流转换为电压信号,供A/D转换使用。设计中A/D转换器和D/A转换器的参考电压均为2.5 V,输出电路中流过的电流*大值为1 000 mA,因此正常情况下电阻阻值应为2 500 mV/1 000 mA=2.5 Ω。

  考虑到系统的步进功能,当D/A转换的数字输入加1时,其模拟输出增加量


  。同时,采样电阻上的电压也相应增加相同的数值,令其输出电流增加0.5 mA,则计算得采样电阻阻值为


  即D/A转换器数字输入量每增加数值1,恒流源输出电流增加0.5 mA。因此为实现步进功能,每按一次步进“+”键,单片机送给D/A转换器的输入数字量D加2,从而输出电流加1 mA,实现了电流步进1 mA的要求。

  2 软件设计

  直流电子的软件设计主要是对Msp430F169的相关模块进行初始化,然后进行A/D转换、D/A转换、液晶显示以及I/O口控制。

  2.1 系统主程序

  系统主程序主要是对相关模块进行初始化操作,然后对各模块进行函数调用,实现直流电子负载的输入、显示和输出操作。系统主程序流程图如图3所示。



  其工作原理为:当给定一个信号Vin时,如果R3上的电压Vin,即运放OPA2227的V->V+,则OPA2227输出减小,也就降低了R3上的导通电流;反之,R3上的电流增加。如此反复调整,*终R3支路上的电流维持恒定值,达到恒流的效果。R3上的电流值等于Vin/R3,改变Vin可改变恒流值。Vin的值可用电位调节输入或用DAC芯片输出。


  2.3 A/D采集与转换子程序

  Msp430F169内部自带12位A/D转换模块,所以在使用时只需对其进行相应配置,然后启动A/D转换,得到输入模拟量相对应的数字量,然后通过液晶模块显示。A/D采集与转换的程序流程图如图5所示。


  3 测试结果及分析

  设计的直流电子负载实验室在常温下测试,将直流稳压电源连接电子负载,在恒流模式下设定电流值,然后观察实际测量到的电流值,检验设置的电流值和测量的电流值是否一致。实测电流值如表1所示。


  由表1可以看出:只要给定了一个恒流源,无论输入电压如何变化,负载端电流总是恒等于给定的恒流值,流入电子负载的电压随被测直流电源的电压变化而变化。

  4 结束语

  通过试验可以看出,设计的直流电子负载达到了预定要求。同时设计采用了抗干扰措施和冗余技术,保证直流电子负载的**稳定运行。

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