專利名稱：低功耗直流電子負(fù)載的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型技術(shù)涉及一種阻性負(fù)載，尤其涉及可恒流、恒阻、恒壓三種模式運(yùn)行的低功耗直流電子負(fù)載。
背景技術(shù)：
直流電子負(fù)載主要模擬實(shí)際環(huán)境中使用的負(fù)載或用電器，廣泛用于通信直流電源、開關(guān)電源、蓄電池等等充放電過程參數(shù)的快速測(cè)試，以及電機(jī)等功率型器件負(fù)載穩(wěn)定特性和瞬態(tài)特性參數(shù)的測(cè)試。選擇適合的電子負(fù)載對(duì)電源測(cè)試是電源類研發(fā)生產(chǎn)中一個(gè)重要步驟。與傳統(tǒng)阻性負(fù)載相比，直流電子負(fù)載具有其體積小，效率高，性能可靠，節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。目前大多數(shù)直流電子負(fù)載采用精密并聯(lián)型的三端可調(diào)基準(zhǔn)電壓源代替穩(wěn)壓管，以滿足測(cè)試過程中對(duì)直流電子負(fù)載恒壓、恒流指標(biāo)的嚴(yán)格要求，但這種方法構(gòu)成的直流負(fù)載其恒流值不可調(diào)，輸出電流很小范圍較窄，且電壓不寬。此外，目前直流電子負(fù)載仍存在電子負(fù)載響應(yīng)速度慢，精度不高，動(dòng)態(tài)負(fù)載測(cè)試能力不完善，穩(wěn)定性和魯棒性不夠好等缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)目前存在的直流負(fù)載其功耗較大，因采用核心控制件散熱效果不理想，系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定性較差，提供一種功耗低，精度高，穩(wěn)定性強(qiáng)，功能全面的低功耗直流電子負(fù)載。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是低功耗直流電子負(fù)載，包括有功率驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于還包括有內(nèi)置12位A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)、電壓采樣電路、電流采樣電路，電壓采樣電路、電流采樣電路的輸入端分別與功率驅(qū)動(dòng)電路連接，電壓采樣電路、電流采樣電路的輸出端分別接入單片機(jī)內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器的通道，單片機(jī)通過軟件編程對(duì)電壓、電流和電阻進(jìn)行預(yù)設(shè)置，單片機(jī)內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器的通道分別連接有恒壓電路、恒流電路、恒阻電路的信號(hào)輸入端，恒壓電路、恒流電路、恒阻電路的信號(hào)輸出端分別與功率驅(qū)動(dòng)電路控制連接，單片機(jī)外接報(bào)警電路、顯示電路，單片機(jī)通過通訊接口與上位機(jī)通訊連接。所述的單片機(jī)的型號(hào)為C8051F120。所述的顯示電路采用12864液晶顯示器。所述的電流采樣電路采用CS005XL霍爾傳感器檢測(cè)電流。還包括有供電電源，供電電源為電壓采樣電路、電流采樣電路提供12V電壓，為單片機(jī)提供5V電壓。本實(shí)用新型采用內(nèi)置12位A/D、D/A的高性能、低功耗單片機(jī)C8051F120組成系統(tǒng)控制核心，采用12864液晶顯示器作為系統(tǒng)的工作模式和運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示屏，通過軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工作于定電壓、定電流、定電阻三種模式。采用CS005XL霍爾傳感器檢測(cè)電流，以電壓的形式反饋至單片機(jī)，進(jìn)而控制D/A輸出，提高了電流測(cè)量精度。另外，加入了聲音報(bào) 警電路、顯示電路等實(shí)用功能電路設(shè)計(jì)。[0013]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是[0014]本實(shí)用新型具有低功耗、穩(wěn)定性好，精度高的優(yōu)點(diǎn)；具有高壓(20V以上)和大電流 (3A以上)工作狀態(tài)聲音提示功能和功率限制(最大功率60W)工作模式。[0015]
[0016]圖1是本實(shí)用新型的原理結(jié)構(gòu)圖。[0017]圖2是實(shí)用新型的軟件流程圖。
具體實(shí)施方式
[0018]如圖1、2所示，低功耗直流電子負(fù)載，包括有功率驅(qū)動(dòng)電路2，還包括有內(nèi)置12位 A/D轉(zhuǎn)換器3和D/A轉(zhuǎn)換器4的單片機(jī)1、電壓采樣電路5、電流采樣電路6，電壓采樣電路5、電流采樣電路6的輸入端分別與功率驅(qū)動(dòng)電路2連接，電壓采樣電路5、電流采樣電路6 的輸出端分別接入單片機(jī)I內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器3的通道，單片機(jī)I通過軟件編程對(duì)電壓、電流 和電阻進(jìn)行預(yù)設(shè)置，單片機(jī)I內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器4的通道分別連接有恒壓電路7、恒流電路8、 恒阻電路9的信號(hào)輸入端，恒壓電路7、恒流電路8、橫阻電路9的信號(hào)輸出端分別與功率驅(qū) 動(dòng)電路2控制連接，單片機(jī)I外接報(bào)警電路10、顯示電路11，單片機(jī)I通過通訊接口 12與 上位機(jī)13通訊連接。[0019]單片機(jī)I的型號(hào)為C8051F120。[0020]顯示電路11采用12864液晶顯示器。[0021]電流采樣電路6采用CS005XL霍爾傳感器檢測(cè)電流。[0022]還包括有供電電源14，供電電源14為電壓采樣電路5、電流采樣電路6提供12V 電壓，為單片機(jī)I提供5V電壓。[0023]核心部分主要采用低功耗單片機(jī)C8051F120作為核心控制單元，其內(nèi)部包含12位 A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能，精確度高。通過軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、電流和電阻預(yù)設(shè)置，A/D采樣比 較，D/A輸出，LCD顯示，過壓控制，過流控制和過功率控制等多種功能。[0024]功率控制通過核心控制器控制繼電器C8051F120自動(dòng)選通恒壓、恒流、恒阻三種 模式電路。三種模式電路分立設(shè)計(jì)，恒壓電路采用TL082運(yùn)放設(shè)計(jì)一個(gè)同相比例放大電路， 再通過電壓采樣電路輸出；恒流電路采用TL082運(yùn)放設(shè)計(jì)一個(gè)同相比例放大電路接入電流 檢測(cè)電路；恒阻電路采用與恒流電路相同的工作電路，單片機(jī)控制電壓與電流的比值恒定。 同時(shí)針對(duì)三種模式電路設(shè)計(jì)了過壓、過流、過功率保護(hù)電路。其中功率管采用N溝道增強(qiáng)型 MOS管IRF640作為功率管。功率MOS管具有正溫度系數(shù)，當(dāng)結(jié)溫升高時(shí)通態(tài)電阻增大，有自 限流作用，因此采用功率MOSFET設(shè)計(jì)的本系統(tǒng)熱穩(wěn)定性高。[0025]電流采樣是通過CS005XL霍爾傳感器將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)反饋回單片機(jī) 控制單元電路；電壓采樣是將采樣電阻上的電壓反饋給電壓輸入端，通過在輸出端接可調(diào) 微調(diào)電阻校正采樣的電壓數(shù)值。[0026]顯示采用12864 IXD顯示，在同一界面上同時(shí)顯示電壓、電流、功率等多種參數(shù)，通 過單片機(jī)I/o 口連接控制峰鳴器完成報(bào)警功能。[0027]系統(tǒng)供電由交流220V經(jīng)WD10-220D12開關(guān)電源模塊，輸出±12V直流電壓，經(jīng)濾波后供給運(yùn)放和電流傳感器使用。+ 12V電壓經(jīng)三端穩(wěn)壓器7805輸出+5V電壓給單片機(jī)供電。主控芯片C8051F120上的串行通信接口 COMl與PC上的COMl連接，完成與上位機(jī)間的通信，將測(cè)試數(shù)據(jù)載入上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。系統(tǒng)軟件功能設(shè)計(jì)此設(shè)計(jì)使用低功耗增強(qiáng)型單片機(jī)C8051F120，組成的電路可以實(shí)現(xiàn)以下三個(gè)功能，軟件流程如圖2所示1.采樣輸出電流、電壓并在IXD上顯示。單片機(jī)通過內(nèi)部自帶的12位A/D對(duì)等效負(fù)載的電壓和電流進(jìn)行采樣，將采集回來的數(shù)值在單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行處理后送液晶屏進(jìn)行電壓、電流、實(shí)際功率的顯示。2.設(shè)定恒壓、恒流和恒阻運(yùn)行模式及參數(shù)。通過鍵盤設(shè)定預(yù)設(shè)值送給單片機(jī)，單片機(jī)通過內(nèi)部自帶D/A將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量輸出，當(dāng)電流大于3A或電壓大于20V時(shí)，單片機(jī)就會(huì)啟動(dòng)過流(過壓)提示，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。如果功率超過設(shè)定的最大功率，那么在恒壓模式下就降低電壓，在恒流模式下就減小電流，同時(shí)蜂鳴器報(bào)警。3.當(dāng)電壓、電流或功率大于某一數(shù)值時(shí)進(jìn)行報(bào)警(如電壓大于20V，電流大于3A，功率大于50W)，且報(bào)警聲隨著數(shù)值的增大而變得急促。上位機(jī)監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)采用Matlab軟件與C語(yǔ)言聯(lián)合設(shè)計(jì)了串口通訊程序，以及監(jiān)控界面，完成參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄等功能。數(shù)據(jù)可直接輸入到Matlab中，便于進(jìn)一步的數(shù)據(jù)及測(cè)試器件的特性分析。
權(quán)利要求1.一種低功耗直流電子負(fù)載，包括有功率驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于還包括有內(nèi)置12位 A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)、電壓采樣電路、電流采樣電路，電壓采樣電路、電流采樣電路的輸入端分別與功率驅(qū)動(dòng)電路連接，電壓采樣電路、電流采樣電路的輸出端分別接入單片機(jī)內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器的通道，單片機(jī)通過軟件編程對(duì)電壓、電流和電阻進(jìn)行預(yù)設(shè)置，單片機(jī)內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器的通道分別連接有恒壓電路、恒流電路、橫阻電路的信號(hào)輸入端，恒壓電路、恒流電路、橫阻電路的信號(hào)輸出端分別與功率驅(qū)動(dòng)電路控制連接，單片機(jī)外接報(bào)警電路、顯示電路，單片機(jī)通過通訊接口與上位機(jī)通訊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗直流電子負(fù)載，其特征在于所述的單片機(jī)的型號(hào)為 C8051F120。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗直流電子負(fù)載，其特征在于所述的顯示電路采用12864 液晶顯示器。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗直流電子負(fù)載，其特征在于所述的電流采樣電路采用 CS005XL霍爾傳感器檢測(cè)電流。
5.據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗直流電子負(fù)載，其特征在于還包括有供電電源，供電電源為電壓采樣電路、電流采樣電路提供12V電壓，為單片機(jī)提供5V電壓。
專利摘要本實(shí)用新型公開了低功耗直流電子負(fù)載，包括有功率驅(qū)動(dòng)電路、內(nèi)置12位A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)、電壓采樣電路、電流采樣電路，電壓采樣電路、電流采樣電路的輸入端分別與功率驅(qū)動(dòng)電路連接，電壓采樣電路、電流采樣電路的輸出端分別接入單片機(jī)內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器的通道，單片機(jī)通過軟件編程對(duì)電壓、電流和電阻進(jìn)行預(yù)設(shè)置，單片機(jī)內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器的通道分別連接有恒壓電路、恒流電路、橫阻電路的信號(hào)輸入端，恒壓電路、恒流電路、恒阻電路的信號(hào)輸出端分別與功率驅(qū)動(dòng)電路控制連接，單片機(jī)外接報(bào)警電路、顯示電路，單片機(jī)通過通訊接口與上位機(jī)通訊連接。本實(shí)用新型具有低功耗、穩(wěn)定性好，精度高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R31/36GK202837425SQ20122042023
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月23日
發(fā)明者李昕, 李良光, 邢麗坤, 辛元芳 申請(qǐng)人:安徽理工大學(xué)