基于ARM9TDMI的簡易直流電子負載設計

　　3電路與程序設計

　　3.1恒流源方案設計

　　該恒流源輸出的電流與負載無關，通過使用兩塊運算放大器構(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反饋電路可以得到穩(wěn)定的恒流輸出和高輸出阻抗，實現(xiàn)了電壓一電流轉(zhuǎn)換。該線性恒流源穩(wěn)流效果較好。由于回路中會有大電流通過，因此功率問題也要考慮。針對這個問題，本設計選用了耗散功率較大的場效應管IRF640，能承受大電流的康銅絲，保證了器件的安全。

　　3.2電壓電流檢測方案

　　系統(tǒng)所要檢測的信號采用霍爾傳感器法檢測，如被測電源設備向該簡易直流電子負載輸入的電壓，以及流進負載的電流。電壓和電流檢測分別通過電壓霍爾、電流霍爾傳感器檢測，并經(jīng)過必要的輸出轉(zhuǎn)換電路后轉(zhuǎn)換為檢測信號。為了提高系統(tǒng)的抗干擾性，檢測信號經(jīng)過一個低通濾波器濾除噪聲，再送入單片機的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，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，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電源芯片，考慮到效率、穩(wěn)定性、帶負載能力，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過壓保護電路設計

　　如圖5所示，通過三極管$8050和繼電器，蜂鳴器構(gòu)成簡單的過壓保護電路。當檢測到輸入電壓大于18 V時，開關器件三極管導通，輸人斷開，同時聲光報警。為保證可靠斷開還采用了軟件保護法，使得當輸入電壓大于18 V時，單片機迫使UDAin。輸出為0。

　　3.5程序設計

　　軟件設計中特別為電路的過壓保護編寫了相應的程序，當負載電壓過大時會通過蜂鳴器和發(fā)光二極管來實現(xiàn)報警，同時也會自動啟動繼電器，實現(xiàn)過壓保護功能。具體的流程圖如圖6所示。

　　4測試方案與測試結(jié)果

　　測試所需儀器：高精度電壓表，型號DP59(1)一PDV20;高精度電流表，型號DP59(1)-PAA5;可變電阻Rw以及被測電源。當該設備正常工作時，用高精度電壓表，電流分別測試該電子負載的電壓、電流。用電壓表直接并在被測電源兩端，記下相應示數(shù)。將電流表串在被測電源和Rw之間，并記錄相應電流值。將電壓電流值和顯示器顯示值進行對比。改變Rw電阻值，計算相對應的負載調(diào)整率。

　　4.2測試結(jié)果

　　測試結(jié)果如表1、表2所示。

　　5結(jié)論

　　根據(jù)表1和表2的測試結(jié)果可知：負載的變化對電流的影響很小，說明設計中恒流實現(xiàn)的很好。負載調(diào)整率SR不斷變化，但都達到≤4%的目標。紋波電流為14mA，基本上達到輸出噪聲紋波電流≤15mA

　　的目標。而整機效率為86.7%，達到了整機效率≥80%的目標。由此說明該電子負載的設計方案是可行的，具有優(yōu)良的精度、穩(wěn)定性和動態(tài)響應，結(jié)合精確的軟件控制，快速和準確地實現(xiàn)了電源測量。