基于 DSP 的電子負(fù)載---- 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析

第6章系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析

調(diào)試是整個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)中一個(gè)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求，主要進(jìn)行了兩個(gè)方面的調(diào)試，首先硬件調(diào)試，然后進(jìn)行軟件調(diào)試。

6.1硬件調(diào)試

電子負(fù)載用的信號(hào)板和電源板是傳統(tǒng)的模擬電路，設(shè)計(jì)失誤和元件的質(zhì)量問(wèn)題都必須通過(guò)硬件調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)，檢查步驟如下所示。

（1）上電前的檢查：

目測(cè)所有的接線是否正確，是否有少線、接錯(cuò)線、虛焊和接觸不良的焊點(diǎn)，MOSFET管、電容等引腳是否有接錯(cuò)，IC插座引腳次序是否接反等等。用萬(wàn)用表測(cè)量下電源線、信號(hào)線、底線是否有短路現(xiàn)象，尤其是電源對(duì)地和芯片插座各個(gè)引腳是否短路，是否所有的地線都接到了一起并接上電源的負(fù)極。

（2）DSP板、信號(hào)板、電源板通電檢測(cè)

DSP板、信號(hào)板、電源板分別通電檢測(cè)，電源接通后，觀察電路板是否有異常現(xiàn)象發(fā)生，包括是否有冒煙現(xiàn)象、特殊氣味，用手小心觸摸各芯片，看是否有異常發(fā)燙現(xiàn)象。

（3）整機(jī)調(diào)試

完成以上兩個(gè)步驟后，將DSP板、信號(hào)板、電源板連接為一體進(jìn)行整機(jī)調(diào)試，檢查DSP是否能夠通過(guò)RS232和上位機(jī)進(jìn)行通訊，鍵盤輸入測(cè)試模式能否顯示在小液晶屏上，電源模塊輸出電壓是否為設(shè)計(jì)的值。

6.2軟件調(diào)試

將控制程序各功能模塊，包括顯示模塊、鍵盤輸入模塊、通信模塊、AD模塊等分別載入運(yùn)行，觀察硬件功能是否符合要求，發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題立即找出程序中所對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤或不妥之處，反復(fù)進(jìn)行修改完善，直到可以完成所要求的功能。不過(guò)單純的軟件調(diào)試只能檢查程序的基本正確性，而整個(gè)方案所有程序是否能夠同時(shí)完成要求，需要在軟硬件綜合調(diào)試過(guò)程中才能夠進(jìn)行檢查。

6.3試驗(yàn)結(jié)果及分析

6.3.1實(shí)驗(yàn)波形及數(shù)據(jù)

（1）恒流工作方式：以5V/0.5A的直流充電器作為被測(cè)電源，恒流測(cè)試設(shè)定值為0.45A、0.5A、0.3A和0.1A，得到以下圖6.1試驗(yàn)數(shù)據(jù)及波形：

縱坐標(biāo)CH1為測(cè)試電源模塊輸出電壓，單位每格表示1伏，縱坐標(biāo)CH3為測(cè)試電源模塊輸出電流，單位每格表示100毫安；橫坐標(biāo)單位每格表示1秒。CH1、CH3箭頭所指位置為零線。電子負(fù)載穩(wěn)定的工作，恒流環(huán)控制精確，電流切換快速。

以12V/5A的直流電源模塊作為被測(cè)電源，恒流測(cè)試指標(biāo)為5A、4A、3A、2A、1A，得到以下圖6.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)及波形：

縱坐標(biāo)CH1為測(cè)試的電源模塊輸出電壓，單位每格表示2伏，縱坐標(biāo)CH3為測(cè)試電源模塊輸出電流，單位每格表示1安；橫坐標(biāo)單位每格表示2秒。CH1、CH3箭頭所指位置為零線。電子負(fù)載穩(wěn)定的工作，被測(cè)模塊單元出現(xiàn)不規(guī)則的噪聲，3A時(shí)電流偏離點(diǎn)設(shè)定值，有大約0.15A的誤差。

以5V/16A的直流電源模塊作為被測(cè)電源，恒流測(cè)試指標(biāo)為0.5A、1A、3A、5A、8A、10A和15A，得到以下圖6.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)及波形：

縱坐標(biāo)CH1為測(cè)試的電源模塊輸出電壓，單位每格表示1伏，縱坐標(biāo)CH3為測(cè)試電源模塊輸出電流，單位每格表示1安；橫坐標(biāo)單位每格表示2秒。電源模塊輸出電壓從5V降至4.22V，這是電源模塊本身特性所導(dǎo)致的，由上圖看出恒流環(huán)控制比較精確，負(fù)載電流始終為一恒定的電流，15A是有輕微的波動(dòng)，其余電流控制的很穩(wěn)定。

（2）恒壓工作方式：

恒壓工作方式：以5V/0.5A的直流充電器作為被測(cè)電源，恒壓測(cè)試指標(biāo)為4V、3V、2V、1V，得到以下圖6.4試驗(yàn)數(shù)據(jù)及波形：

縱坐標(biāo)CH1為測(cè)試的電源模塊輸出電壓，單位每格表示1伏，縱坐標(biāo)CH3為測(cè)試電源模塊輸出電流，單位每格表示100毫安；橫坐標(biāo)單位每格表示1秒。CH1、CH3箭頭所指位置為零線。電子負(fù)載穩(wěn)定的工作，電壓切換時(shí)有輕微的波動(dòng)，隨后穩(wěn)定的輸出恒定電壓。

以5V/2A直流電源模塊作為被測(cè)電源，恒壓測(cè)試指標(biāo)為5V、4V、3V、2V，得到以下圖6.5試驗(yàn)數(shù)據(jù)及波形

縱坐標(biāo)CH1為測(cè)試的電源模塊輸出電壓，單位每格表示1伏，縱坐標(biāo)CH3為測(cè)試電源模塊輸出電流，單位每格表示100毫安；橫坐標(biāo)單位每格表示1秒。由上圖可以看出，電子負(fù)載穩(wěn)定的工作，5V電壓輸出剛開(kāi)始有點(diǎn)不穩(wěn)定，快速調(diào)整后，隨后穩(wěn)定至設(shè)定值。

（3）恒阻工作方式：

恒阻工作方式：以12V/5A的直流電源模塊作為被測(cè)電源，恒阻測(cè)試指標(biāo)2.4歐姆、3歐姆、4歐姆、6歐姆和12歐姆，恒阻模式下，電子負(fù)載吸收與負(fù)載電壓成線性比例關(guān)系的電流，實(shí)際上也是控制電流處于恒流模式，對(duì)應(yīng)的控制電流為：5A、4A、2A和1A，得到以下圖6.6試驗(yàn)數(shù)據(jù)及波形。

縱坐標(biāo)CH1為測(cè)試的電源模塊輸出電壓，單位每格表示2伏，縱坐標(biāo)CH3為測(cè)試電源模塊輸出電流，單位每格表示1安；橫坐標(biāo)單位每格表示2秒。上圖左側(cè)CH1、CH3箭頭所指位置為起始零線。電子負(fù)載穩(wěn)定的工作，設(shè)定阻值所對(duì)應(yīng)的電流控制平穩(wěn)，負(fù)載電流較大的時(shí)候，待測(cè)單元噪聲也很大，對(duì)應(yīng)阻值略微有些波動(dòng)。

以5V/16A的直流電源模塊作為被測(cè)電源，恒阻測(cè)試指標(biāo)10歐姆、5歐姆、2歐姆、1歐姆，0.6歐姆，0.5歐姆和0.34歐姆，對(duì)應(yīng)的控制電流為：0.5A、1A、2.5A、5A、8.3A、10A和14.7A，得到以下圖6.7試驗(yàn)數(shù)據(jù)及波形：

縱坐標(biāo)CH1為測(cè)試的電源模塊輸出電壓，單位每格表示1伏，縱坐標(biāo)CH3為測(cè)試電源模塊輸出電流，單位每格表示2安；橫坐標(biāo)單位每格表示2秒。CH1、CH3箭頭所指位置為零線。電子負(fù)載穩(wěn)定的工作，負(fù)載電流輸出平直，能夠快速跟蹤電流給定值，有些數(shù)值偏離有點(diǎn)大，電阻檔位切換時(shí)有點(diǎn)輕微波動(dòng)，大電流時(shí)數(shù)字環(huán)調(diào)整時(shí)間有點(diǎn)長(zhǎng)。

6.3.2調(diào)試結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：基于DSP電子負(fù)載方案能達(dá)到預(yù)定方案的要求，其技術(shù)參數(shù)為：

恒流模式：高檔位，0-16A，電流精度：O.15A；

低檔位，0-3A，電流精度：O.03A；

恒壓模式：高檔位，0-60V，電壓精度：0.2V；

低檔位，0-16V，電壓精度：50mV；
恒阻模式：測(cè)試精度：0.1ohm；

最大測(cè)試功率：100W.

6.4電磁干擾研究

電子負(fù)載工作環(huán)境較為惡劣，電子負(fù)載本身由數(shù)字電路和模擬電路組成，工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾，這些干擾通過(guò)電磁輻射或者通過(guò)線路傳送到控制電路時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的干擾，嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)正常的工作。

6.4.1系統(tǒng)的主要干擾源

（1）DSP控制板上數(shù)字電路產(chǎn)生的干擾

電子負(fù)載控制板采用數(shù)字信號(hào)處理器TMS320LF2812進(jìn)行控制，其脈沖電流和電壓波形含有豐富的高次諧波分量，不僅容易傳導(dǎo)進(jìn)入電源線中，而且還向周圍空間輻射，這是一種頻譜較寬的干擾源。另外，DSP外圍的時(shí)鐘振蕩器、各種門電路、觸發(fā)器等都會(huì)產(chǎn)生輻射干擾。

（2）電流傳輸線干擾

傳輸線流過(guò)大電流時(shí)周圍存在低頻電場(chǎng)和磁場(chǎng)的干擾，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)表明，一根流過(guò)100A電流的導(dǎo)線，在其表面附近磁感應(yīng)強(qiáng)度高達(dá)（5 -10）x10^-4wb/m²，在距離導(dǎo)線30cm處磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.65x10^-4 wb/m ²。由于本設(shè)計(jì)空間狹窄，電纜布置密集，故防止大電流傳輸線干擾顯得尤為重要。

6.4.2系統(tǒng)的的抗干擾設(shè)計(jì)

（1）濾波

系統(tǒng)在主電路直流輸入端加裝了合適的EMC電路，傳導(dǎo)干擾可分為共模干擾和差模干擾，濾波器由共模電路和差模電路構(gòu)成。共模電路由共模扼流圈和Cy對(duì)地電容構(gòu)成。差模電路由線間電容Cx構(gòu)成，此時(shí)共模扼流圈不起作用，如圖6.8所示。

（2）接地設(shè)計(jì)

正確的接地在電力電子系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計(jì)中占有重要的地位。所謂接地，就是指將電路與充當(dāng)信號(hào)電位公共參考點(diǎn)的接地點(diǎn)實(shí)行地阻抗連接。一個(gè)好的“接地點(diǎn)”電位應(yīng)該是：與系統(tǒng)中任何功能部分的電位比較，都可忽略不計(jì)。

在本系統(tǒng)中各種地線歸納起來(lái)有以下幾種：數(shù)字（或邏輯地），作為邏輯開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電路的零電位。模擬地，作為A/D轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器、比較器等模擬電路的零電位。屏蔽地，為防止靜電感應(yīng)和磁場(chǎng)感應(yīng)而設(shè)計(jì)的地。

負(fù)載電路板上的模擬地、數(shù)字地、繼電器地分開(kāi)布線而且盡可能的粗，防止串?dāng)_。每個(gè)集成芯片的電源和地的引腳加104的旁路電容，不用的引腳接地或上拉。

（3）軟件抗干擾設(shè)計(jì)

為了加強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中也采用了一些軟件抗干擾技術(shù)，主要有以下幾個(gè)方面：系統(tǒng)上電時(shí)，先進(jìn)入系統(tǒng)初始化程序，軟件設(shè)定確保各端子輸出正確的控制信號(hào)，避免處于錯(cuò)誤狀態(tài)和不確定狀態(tài)。啟用軟件狗。防止程序在干擾情況下跑飛，確保系統(tǒng)工作在安全可靠的狀態(tài)。