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一种基于MSP430的直流电子负载设计方案

作者:时间:2014-03-23来源:网络收藏

摘要:直流电子负载具有使用方便、灵活,功能强大等特点,能够很好的检测直流稳压电源。因此人们对电子负载的需求越来越多,对其性能要求也越来越高。设计了一种高精度的电子负载,其主要由电子模块、电子负载模块、频率切换模块、采样模块、显示模块和电源模块构成。它是以单片机为控制中心,通过D/A的控制达到恒流值在一定范围内的控制,通过内含A/D的采集模块将实际的端电压、端电流送回单片机控制模块,还采用了控制算法,通过显示模块加以显示电子负载参教。该直流电子负载具有精度达到±1%、分辨率高、实时测量、自动测试等特点。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/235138.htm

直流电子负载用于测试直流稳压电源、蓄电池等电源的性能,它可以模拟真实环境中的负载(用电器)。与传统的模拟电阻性负载相比具有节能、体积小、效率高等优点,在电源、通讯、汽车、蓄电池等领域有广泛的应用,并成为当前研究的热点。本文设计了一种电子负载,有恒流和恒压两种模式,可手动切换、恒流方式时要求。不论输入电压如何变化(在一定范围内),流过该电子负载的电流恒定,且电流值可设定。工作于恒压方式时,电子负载端电压保持恒定,且可设定。

1 理论分析与计算

1.1 电子负载恒流电路的分析

电子负载恒流电路是检测到稳压电源电压通过AD转换后送入单片机通过算法送入显示屏来显示所测的电压,通过AD后将送入单片机经过TIV5616送入比较器LM358和三极管达到恒流的作用。

1.2 电压、电流测量及精度分析

电压测量是通过16位AD送入单片机直接送入显示,而电流是通过AD送入单片机后再送入DA经过比较器测量电流。精度是通过算法把所测量分为65536份进一步进行测试。

1.3 直流稳压电源的组成原理

直流稳压电源一般由变压、整流、滤波、稳压4个环节才能完成。电源变压器是降压变压器,它将电网220 V交流电压变换成符合需要的交流电压,并送给整流电路,变压器的变比由变压器的副边电压确定。整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分,输出纹波较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。滤波电路可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除,从而得到比较平滑的直流电压各滤波电容C满足RL-C=(3~5)T/2,其中T为输入交流信号周期,RL为整流滤波电路的等效负载电阻。稳压电路:稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定,不随交流电网电压和负载的变化而变化。

1.4 电源负载率的测试原理

电源负载的变化会引起电源输出的变化,负载增加,输出降低,相反负载减少,输出升高。好的电源负载变化引起的输出变化减到最低,通常指标为3%~5%。

负载调整率是衡量电源好坏的指标。好的电源输出接负载时电压降小。负载调整率=(满载时输出电压-半载时输出电压)/额定负载时输出电压。整体系统总体框图如图1所示。

 

 

2 各部分硬件电路

2.1 恒流电路

恒流电路由12位D/A转换器TLV5616IDR和LM358组成。12位D/A转换器TLV5616IDR将单片机输出的数字信号转换为模拟信号,经比较器LM358比较输出控制三极管导通与截止,从而控制电路恒流。电路原理图如图2所示。

 

 

2.2 电压与电流检测电路

电压与电流检测电路由高精度A/D转换器ADS1115IDGSR和电流并联检测器INA270组成。采用INA270检测电流信号,A/D转换器ADS1115 IDGSR将模拟的电压电流转换为数字的电压电流值。电路原理图如图3所示。

 

 

2.3 直流稳压电源

被测直流稳压电源主要由变压部分,滤波部分,稳压部分组成,220 V交流电经9 V变压器降压再通过电容滤波,稳压管7805稳压输出5 V直流电。电路原理图如图4所示。

 

 

控制模块由德州仪器产的单片机G2553用来处理采集模块所采集的信号,单片机主要是通过PID算法来检测电压和电流,并信号送到恒流电路中进一步达到控制恒流。G2553单片机控制引脚如图5所示。

3 软件设计

软件流程图如图6所示。

 

基于MSP430单片机的直流电子负载设计

 

PID控制器由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成。e(t)是调节器的输入偏差,u(t)是调节器输出的控制量。

 

基于MSP430单片机的直流电子负载设计

 

其中Kp为比例系数;Ti为积分时间常数;Td为微分时间常数。

4 测试结果

在测试数据时,我们通过预设值与实际值、显示值来比较,数据如表1所示。

 

 

根据上述测量数据,表明该直流电子负载具有较高的准确度,同时还具有较好的操作界面,简易的操作方式等优点。

5 结束语

本文介绍了以MSP430G2553单片机为控制核心,给出了可以在恒流、恒压两种工作模式下的多功能直流电子负载设计方案,该直流电子负载具有稳定性好,测量精度高和操作简单等特点,可以实现对被测直流电源和一些功率电子元器件的特性进行测试。

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关键词: MSP430 PID

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