2012年TI杯电子设计大赛C题论文.doc

摘 要本系统以MSP430F5438为主控芯片，设计了全桥电路、电压电流检测电路、驱动电路、LC滤波电路及液晶显示和键盘，通过运放对电压、电流做反馈，再经过MSP430的调节来改变开关管的导通与关断，即软、硬件的协调配合，从而达到预控制目的。本设计能实现电子负载的恒流控制，检测电子负载的电流、电压并由液晶显示，整个系统具有稳定性强、调节速度快、精确度高的特点，很好满足了题目基本部分和发挥部分的全部要求。该设计的最大点在于能够将低压侧的传送到高压侧，实现废电回收再利用功能。 全桥电路、电压电流检测电路、驱动电路、LC滤波电路及液晶显示和键盘， 图1 系统框图 2、恒流模式设计： 方案一：采用电流互感器对电流回路上器件的磁场进行反馈，构成恒流实现形式比较复杂恒流二极管的恒流特性不是非常好电流规格比较少，价格比较(主要是温度)影响较大，且不能实现隔离，作为模拟反馈量进行a/d转换，需要加入隔离放大器 方案二：将采样值经过一个反相比例器和加法器，再由两个稳压管稳压限幅，这样输出的电压值可以保证在0——3.3V之间，单片机可以准确读取采样电压。 综上，选择方案二。 理论分析与计算 1、电子负载及恒流电路的分析 直流电子负载，即在恒流模式下，负载流过负载的电流为一个设定的恒定值,则电源负载调整率为。更换串联在直流稳压电源输出端的电阻值,得出不同的负载调整率。比较不同的负载调整率发现，串联电阻越小，负载调整率就越小，等效被测电源的性能就越好。 电路与程序设计 1、电路设计 （1）全桥电路 采用INF540N MOS管，它的导通电压低，GS间内阻较小，很容易驱动上下两个桥臂互补导通，从而输出双极性电压。正因为此双极性所以在实现恒流时具有过电压保护功能，即电子负载两端电压E。 （2）电压电流检测电路 电压检测电路选用TI公司的OP07，它是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大集成电路，它的低失调、高开环增益的特性在放大传感器的微弱信号方面非常适用，因此采集到的电压值非常理想。 电流检测电路选用TI公司的INA114，进行低端采样，在地线回路中增加额外的电阻 图2 程序流程图 四、测试方案与测试结果 1、测量方案及测试条件 本系统采用两台直流稳压电源，一台模拟双路稳压源，另一台作为被测的电源。常温实验室测试，将直流电源连接直流负载，在恒流模式下设定负载参数，分别测量计算负载电压、电流，与万用表测量值进行比较。 2、测试结果 本系统测试结果如表1所示。 表1 测试结果 恒流模式 按键 电流示数（mA) 标准电流（mA) 电压示数（V) 标准电压（V) 100 99 102 8.510 8.566 99 100 3.556 3.578 99 103 13.464 13.549 300 304 303 5.786 5.770 304 303 0.847 0.776 304 303 10.755 10.781 500 504 496 3.696 3.629 504 500 -1.397 -1.444 503 497 8.773 8.820 800 804 811 -0.887 -1.041 803 806 -5.593 -6.064 803 804 8.030 8.042 1000 1.002 0.997 1.528 1.415 1.002 0.998 -3.394 -3.649 1.002 0.993 6.405 6.408 3、测试结果分析 在不同电流等级下，稳定状态时测量电流明显趋于实际电流，测量电压明显趋近与实际电压，因为PI调节的限制，测量电压与实际电压会有一些偏差，但在要求范围内。 五、总结 经过审题选题、方案论证、设计实现、测试调整、结果分析等完整过程，最终完成了本套系统，测试结果表明：该系统运行稳定，操作性好，功能完善，达到基本部分和发挥部分的全部要求。 六、参考文献 【1】 王兆安，黄俊. 电力电子技术 . 第4版 . 机械工业出版社 【2】 秦 龙MSP430单片机C语言应用程序设计实例精讲电子工业出版社 图2-2 6 电压检测 电压显示 电流显示 电流检测 被测 电源 功率 器件 LC 滤波 隔离驱动 全桥 电路 电流 比较 430 单 片 机 控 制 器 键盘 A/D A/D 任意键 12 输 入 退 出 负载调整率 设定 电流 11 13 14 停 止 判断按钮 N Y 等待按键 液晶点亮 改变PWM PI调节 采集电流 响应中断 初始化 开始 C31-V C31-A V A 电 子 负 载 直流稳压电 源 图3 测试框图