一、总体方案

测试仪分0~10A和0~500A两路输出直流电流,10A电流通过1个0~10A可调直流开关电源输出,500A电流通过4个100A不可调和1个0~100A可调直流开关源并联输出.通过两路电流传感器分别将电流采集回控制电路实现对信号的运算处理,反馈显示等.

二 、开关电源控制

1、功能要求

(1)实现对4个100A直流开关电源(不可调)输出通断的控制,对1个100A直流开关电源(可调)输出通断的控制和输出电流大小的控制.

(2)实现对1个10A直流开关电源通断的控制和输出电流大小的控制.

2、实现方式

5个100A直流源的通断通过它们的使能端控制,10A直流源(无使能端)在它的220VAC输入回路中用电磁继电器来控制其通断,100A和10A可调直流源的输出电流的大小通过单片机(F020)的同一路DA输出(DAC0)控制.

100A直流源的使能端off端子含有上拉电阻,开路电压为5V,当off端和G端子开路时,电流源输出;当off端子和G端子短路时,电流源不输出.为了保证单片机输出回路和直流源回路的电气隔离在两回路间加光耦P521,电路如下图1所示.

单片机高电平为2.7V~3.6V,取Vcc=Vdd=3.3V,当P1口输出高电平时,光耦被关断,off端和G端子开路,电流源输出;当P1口输出低电平时,光耦被打开,off端和G端子导通,电流源不输出.需要哪个直流源工作对应的单片机输出端口(P1.[2:7])置高电平,单片机处于低功耗的工作模式.

为了保证单片机的推挽输出能够驱动电磁继电器,另外加12V电源通过三级管的方式驱动,电路如下图2所示.

当P1口输出高电平时,三级管导通,继电器常开触点闭合,220VAC输入回路导通,10A直流开关电源工作,从而输出电流.

3、开关电源响应速度

(1)100A直流开关电源

结果:100A直流电源的启动时间(过渡时间)为4ms,上升时间为3ms,超调量为10%,满足电源稳定输出时间≤4ms的要求.

(2)10A直流开关电源

结果:10A直流电源的启动时间(过渡时间)为3ms,上升时间为1.5ms,超调量为80%,满足电源稳定输出时间≤4ms的要求.

4、直流开关电源控制回路

5、100A和10A可调直流源电流大小的控制

电流的大小都是由其控制端子电压的大小来调节的,电压的调节范围为0~5V,分别对应输出0~100A和0~10A电流.由单片机内置DA并通过适当的运算放大器放大,来得到0~5V的电压,而DA输出电压的大小通过改变寄存器(DAC0L、DAC0H)的值调节.单片机DAC0输出为0~2.45V,运放放大2.2倍(将R7改为12K),J10-2输出电压为0~5.39V.

三 数据处理

100A和10A可调直流电源线性度的校验

在100A和10A可调直流源控制端子通过电位器调节电压(0~5V),输出端通过分流器或直接用万用表测量输出电流,数据表格如下表2所示.

输入电压（V）	100A可调直流源输出（A）	10A可调直流源输出（A）
0	0.82	4.21
0.5	1.74	14.63
1	2.68	24.58
1.5	3.60	34.80
2	4.53	44.01
2.5	5.46	55.23
3	6.42	66.38
3.5	7.33	75.58
4	8.26	85.35
4.5	9.18	95.70
5	10.10	105.45

由图可见,两可调直流源随控制端子电压变化基本呈线性变化,方程分别为I1=20u+4.8(A)和I2=1.85u+0.82(A).可调直流源和传感器可能在某些区间不是成线性,在数据处理中通过分段性化的方式建立数据表格,用户使用的过程实际上也就是一个查表过程.分段线性化就是用分流器或高精度的传感器测量电流输出,和采样回路对照,每隔10A或0.5A(10A电流源)记录采样回路的返回值,认为在这每10A或0.5A区间段呈线性.