Page 248 - 数码世界6月整本

技术交流

的电压、电流发送给上位机。电子负载结构示意图如 且当 VDS 大于一定值时，ID 的大小只随 VGS 而变化，
图 2 所示。 VGS 不变则 ID 基本保持不变，这就基本满足了恒流的条
件再加上 ID 负反馈调节 VGS 大小能够达到恒流的功能。
当其通过较大电流时，MOSFET 管上的功率较大发热很
厉害所以需要加上大散热片采用空气冷却方式解决大电
流经过 MOS 管所导致的温升。
2.3 采样电路设计
A/D 是检测和测量环节的重要技术手段为了让负载
准确工作设计中对被测电源的输出电压、MOS 管的电流、
电源板 I_SEN、V_SEN1 和 V_SEN2 进行了实时采样。采
样 A/D 选用 PIC16F877A 内部 10 位精度的逐次逼近型 A/
D 采样精度可达 5 V/1024 ≈ 0.005 V 满足设计需求简化
了电路设计。
图 2 电子负载结构示意图 对电源输出电压测试中电压采样电路要实现对
2 硬件系统设计 0~250 V 电压采样则必须对输入电压进行分压、选档。
分压一般采用电阻分压使其最大输入电压小于 5 V； 选
2.1 智能测试仪控制电路设计
档提高采样电压精确度。考虑了模拟电子开关和继电器
电子负载系统和控制板系统的核心控制器选用
选档。CD4051 是单 8 通道数字控制模拟电子开关有 3 个
Microchip 公 司 的 PIC16F877A 单 片 机。PIC16F877A 单
二进制输入端 A、B、C 和 INH 输入具有低导通阻抗和很
片机在电子负载系统中主要实现以下功能：通过两位拨
低的截止漏电流。这 3 bit 二进制信号可以选通 1-8 通
码开关实时判断负载类型、占空比可调节的 PWM 控制信
道的打开和关闭也可连接该输入端至输出。但 CMOS 模
号输出、实际电压 A/D 采集、电流 A/D 采集、LCD 显示、
拟开关并不像继电器那样可以用在大电流、高电压场合
485 串口通信、键盘输入等。
只适于处理幅度不超过其工作电压、电流较小的模拟或
PIC16F877A 单片机在控制板系统中主要实现：供电
数字信号且必须共地加光耦电路。因此采用继电器控制
方式选择、开电源、开 PSON、开 BKON、开 ADJ 、电源板
选档的减法运算电路。
上 V_SEN1 电压 A/D 采集、I_SEN 电流 A/D 采集、V_SEN2
电压 A/D 采集和开关频率采集以及 485 串口通信等。 3 软件系统设计
2.2 恒流电路设计 3.1 软件总体框架和设计思想

恒流电路采用场效应管式恒流源场效应晶体管 整个下位机为一个实时系统采用轮询的思想对各个
(MOSFET) 工作在不饱和区时漏极与源极之间的伏安特 功能模块轮流查询 , 分时处理。其中指令的接收通过串
性可以看作是一个受栅 - 源电压控制的可变电阻。用 口接收中断服务程序实现以及时响应上位机的请求。
MOSFET 作可变电阻具有工作速度快可靠性高和控制灵
3.2 时序控制
敏等优点而且既无机械触点也无运动部件噪声低寿命
各计数器的基准时间由定时器 0 产生定时器每
长。但是 MOSFET 的通态电阻较大且负载电流较小，所
500μs 产生一次中断作为基准时间在中断服务程序中对
以 MOSFET 适合模拟一些变化速度较快但电流不大的实
各计数器加 1。
际负载。
在时序控制程序中当 A/D 计数器计数到 9 清零 A/D
此外，MOS 型晶体管特别适合于开关状态工作因为
计数器并置A/D采样标志即每4.5 ms进行一次A/D采样；
它正向导通时的电阻极小而且开关速度快所以是一种理
当 KEY 计数器计数到 19 清零 KEY 计数器并置 KEY 扫描
想的开关元件这也正是电子负载使用场效应管式恒流源
标志即每 9.5 ms 进行一次按键扫描； 当 LOAD 计数器
的原因。
计数到 39 清零 LOAD 计数器并置 LOAD 扫描标志，即每
根据系统的设计参数取一定裕量并考虑到实验
19.5 ms 进行一次负载编号扫描；当 LCD 计数器计数到
过程中的不定因素决定选用 N 沟道增强型场效应管
80, 清零 LCD 计数器并置 LCD 刷新标志 , 即每 40 ms 进
IRFP450。IRFP450 的 漏 源 极 击 穿 电 压 VDS=500 V 最
行一次液晶显示刷新。
大漏源极连续导通电流为 ID=14 A 静态导通电阻
RDS(on)=0.400 Ω。 3.3 通信程序设计
在 4 V ≤ VGS ≤ 5.3 V 之间满足 0 A ≤ ID ≤ 14 A, 在下位机软件设计中首先需要进行通信协议的设计

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