基于 DSP 的电子负载---- 系统调试及结果分析

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第6章系统调试及结果分析
          调试是整个设计任务中一个重要的一个环节。为了达到设计要求，主要进行了两个方面的调试，首先硬件调试，然后进行软件调试。
       
        6.1硬件调试
          电子负载用的信号板和电源板是传统的模拟电路，设计失误和元件的质量问题都必须通过硬件调试才能发现，检查步骤如下所示。
       
        （1）上电前的检查：
          目测所有的接线是否正确，是否有少线、接错线、虚焊和接触不良的焊点，MOSFET管、电容等引脚是否有接错，IC插座引脚次序是否接反等等。用万用表测量下电源线、信号线、底线是否有短路现象，尤其是电源对地和芯片插座各个引脚是否短路，是否所有的地线都接到了一起并接上电源的负极。
       
        （2）DSP板、信号板、电源板通电检测
          DSP板、信号板、电源板分别通电检测，电源接通后，观察电路板是否有异常现象发生，包括是否有冒烟现象、特殊气味，用手小心触摸各芯片，看是否有异常发烫现象。
       
        （3）整机调试
          完成以上两个步骤后，将DSP板、信号板、电源板连接为一体进行整机调试，检查DSP是否能够通过RS232和上位机进行通讯，键盘输入测试模式能否显示在小液晶屏上，电源模块输出电压是否为设计的值。
       
        6.2软件调试
          将控制程序各功能模块，包括显示模块、键盘输入模块、通信模块、AD模块等分别载入运行，观察硬件功能是否符合要求，发现的问题立即找出程序中所对应的错误或不妥之处，反复进行修改完善，直到可以完成所要求的功能。不过单纯的软件调试只能检查程序的基本正确性，而整个方案所有程序是否能够同时完成要求，需要在软硬件综合调试过程中才能够进行检查。
       
        6.3试验结果及分析
          6.3.1实验波形及数据
          （1）恒流工作方式：以5V/0.5A的直流充电器作为被测电源，恒流测试设定值为0.45A、0.5A、0.3A和0.1A，得到以下图6.1试验数据及波形：
         
          纵坐标CH1为测试电源模块输出电压，单位每格表示1伏，纵坐标CH3为测试电源模块输出电流，单位每格表示100毫安；横坐标单位每格表示1秒。CH1、CH3箭头所指位置为零线。电子负载稳定的工作，恒流环控制精确，电流切换快速。
       
        以12V/5A的直流电源模块作为被测电源，恒流测试指标为5A、4A、3A、2A、1A，得到以下图6.2试验数据及波形：
       
        纵坐标CH1为测试的电源模块输出电压，单位每格表示2伏，纵坐标CH3为测试电源模块输出电流，单位每格表示1安；横坐标单位每格表示2秒。CH1、CH3箭头所指位置为零线。电子负载稳定的工作，被测模块单元出现不规则的噪声，3A时电流偏离点设定值，有大约0.15A的误差。
       
        以5V/16A的直流电源模块作为被测电源，恒流测试指标为0.5A、1A、3A、5A、8A、10A和15A，得到以下图6.3试验数据及波形：
       
        纵坐标CH1为测试的电源模块输出电压，单位每格表示1伏，纵坐标CH3为测试电源模块输出电流，单位每格表示1安；横坐标单位每格表示2秒。电源模块输出电压从5V降至4.22V，这是电源模块本身特性所导致的，由上图看出恒流环控制比较精确，负载电流始终为一恒定的电流，15A是有轻微的波动，其余电流控制的很稳定。
       
        （2）恒压工作方式：
          恒压工作方式：以5V/0.5A的直流充电器作为被测电源，恒压测试指标为4V、3V、2V、1V，得到以下图6.4试验数据及波形：
       
        纵坐标CH1为测试的电源模块输出电压，单位每格表示1伏，纵坐标CH3为测试电源模块输出电流，单位每格表示100毫安；横坐标单位每格表示1秒。CH1、CH3箭头所指位置为零线。电子负载稳定的工作，电压切换时有轻微的波动，随后稳定的输出恒定电压。
       
        以5V/2A直流电源模块作为被测电源，恒压测试指标为5V、4V、3V、2V，得到以下图6.5试验数据及波形
       
        纵坐标CH1为测试的电源模块输出电压，单位每格表示1伏，纵坐标CH3为测试电源模块输出电流，单位每格表示100毫安；横坐标单位每格表示1秒。由上图可以看出，电子负载稳定的工作，5V电压输出刚开始有点不稳定，快速调整后，随后稳定至设定值。
       
        （3）恒阻工作方式：
          恒阻工作方式：以12V/5A的直流电源模块作为被测电源，恒阻测试指标2.4欧姆、3欧姆、4欧姆、6欧姆和12欧姆，恒阻模式下，电子负载吸收与负载电压成线性比例关系的电流，实际上也是控制电流处于恒流模式，对应的控制电流为：5A、4A、2A和1A，得到以下图6.6试验数据及波形。
       
        纵坐标CH1为测试的电源模块输出电压，单位每格表示2伏，纵坐标CH3为测试电源模块输出电流，单位每格表示1安；横坐标单位每格表示2秒。上图左侧CH1、CH3箭头所指位置为起始零线。电子负载稳定的工作，设定阻值所对应的电流控制平稳，负载电流较大的时候，待测单元噪声也很大，对应阻值略微有些波动。
       
        以5V/16A的直流电源模块作为被测电源，恒阻测试指标10欧姆、5欧姆、2欧姆、1欧姆，0.6欧姆，0.5欧姆和0.34欧姆，对应的控制电流为：0.5A、1A、2.5A、5A、8.3A、10A和14.7A，得到以下图6.7试验数据及波形：
       
        纵坐标CH1为测试的电源模块输出电压，单位每格表示1伏，纵坐标CH3为测试电源模块输出电流，单位每格表示2安；横坐标单位每格表示2秒。CH1、CH3箭头所指位置为零线。电子负载稳定的工作，负载电流输出平直，能够快速跟踪电流给定值，有些数值偏离有点大，电阻档位切换时有点轻微波动，大电流时数字环调整时间有点长。
       
        6.3.2调试结果分析
          实验结果表明：基于DSP电子负载方案能达到预定方案的要求，其技术参数为：
          恒流模式：高档位，0-16A，电流精度：O.15A；
                    低档位，0-3A，电流精度：O.03A；
          恒压模式：高档位，0-60V，电压精度：0.2V；
                    低档位，0-16V，电压精度：50mV；
        恒阻模式：测试精度：0.1ohm；
          最大测试功率：100W.
          6.4电磁干扰研究
          电子负载工作环境较为恶劣，电子负载本身由数字电路和模拟电路组成，工作时会产生很强的电磁干扰，这些干扰通过电磁辐射或者通过线路传送到控制电路时，会产生很大的干扰，严重影响控制系统正常的工作。
       
        6.4.1系统的主要干扰源
          （1）DSP控制板上数字电路产生的干扰
          电子负载控制板采用数字信号处理器TMS320LF2812进行控制，其脉冲电流和电压波形含有丰富的高次谐波分量，不仅容易传导进入电源线中，而且还向周围空间辐射，这是一种频谱较宽的干扰源。另外，DSP外围的时钟振荡器、各种门电路、触发器等都会产生辐射干扰。
       
        （2）电流传输线干扰
          传输线流过大电流时周围存在低频电场和磁场的干扰，实验测得的数据表明，一根流过100A电流的导线，在其表面附近磁感应强度高达（5 -10）x10-4wb/m2，在距离导线30cm处磁感应强度为0.65x10-4 wb/m 2。由于本设计空间狭窄，电缆布置密集，故防止大电流传输线干扰显得尤为重要。
       
        6.4.2系统的的抗干扰设计
          （1）滤波
          系统在主电路直流输入端加装了合适的EMC电路，传导干扰可分为共模干扰和差模干扰，滤波器由共模电路和差模电路构成。共模电路由共模扼流圈和Cy对地电容构成。差模电路由线间电容Cx构成，此时共模扼流圈不起作用，如图6.8所示。
       
        （2）接地设计
          正确的接地在电力电子系统的电磁兼容设计中占有重要的地位。所谓接地，就是指将电路与充当信号电位公共参考点的接地点实行地阻抗连接。一个好的“接地点”电位应该是：与系统中任何功能部分的电位比较，都可忽略不计。
       
        在本系统中各种地线归纳起来有以下几种：数字（或逻辑地），作为逻辑开关网络或数字电路的零电位。模拟地，作为A/D转换器、运算放大器、比较器等模拟电路的零电位。屏蔽地，为防止静电感应和磁场感应而设计的地。
       
        负载电路板上的模拟地、数字地、继电器地分开布线而且尽可能的粗，防止串扰。每个集成芯片的电源和地的引脚加104的旁路电容，不用的引脚接地或上拉。
       
        （3）软件抗干扰设计
          为了加强系统的抗干扰能力，在系统的设计中也采用了一些软件抗干扰技术，主要有以下几个方面：系统上电时，先进入系统初始化程序，软件设定确保各端子输出正确的控制信号，避免处于错误状态和不确定状态。启用软件狗。防止程序在干扰情况下跑飞，确保系统工作在安全可靠的状态。