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毕业设计报告(论文) (2013届) 题 目: LED灯驱动电源的测试仪设计 所 属 系: 自动化技术系 班 级: 电子1011 摘 要 本文主要介绍一款LED测试仪。此测试仪可以测量交直流电压、电流、功率等。此测试仪是以C8051F060单片机为核心。我做的是直流部分,直流部分主要包括直流电的取样,信号调理,电流纹波放大电路,量程转换电路,真有效值转换电路。取样采用电压传感器和霍尔电流变换器,量程转换采用PGA集成芯片,真有效值转换电路采用AD637芯片。此LED测试仪采用低功耗元器件,具有节能环保、成本低的优点。本款单片机的内置A/D让测量仪的模数转换全部在单片机里完成,使得电路。设计变的相对简单,精度与准确度得到提高。具有测量精度高、可靠性高、低成本、模块化、可扩展等特点在现代生产生活中具有很高的应用价。 图2.1整体方案 2.2 取样电路的方案论证 2.2.1 直流电压取样方案 2.2.1.1 直流压取样方案一 目前对于直流电压的精确检测基本上都是基于磁补偿原理进行的,又因为直流测电压值较高,而直流电压传感本身电流小,故采用均压以后的电容器组上,可采用一定比列的直流电压,不会影响测量精度。同时保证了器件的安全。传感器输出信号为一精确的直流信号,图2.2.1.1即为此电路。 图2.2.1.1直流电压采样电路 2.2.1.2 直流电压取样方案二 因为直流电路对电压的要求较低,对直流电压的采样电路直接用DSP内部的A/D,如图2.2.2 。 图片2.2.1.2 直流电压采样电路 直流电压与交流电压取样电路有两点不同点,因为传感器不同,前者采用直流电压霍尔,输出信号为电流信号,后者为电压变送器,输出信号为交流流信号,因此直流取样之前接电阻。但是这种方案精度不高,不适合本设计。 2.2.1.3 直流电压取样电路方案三 采用LEM公司的电压传感器LV100.直流电压传感器采用LEM公司的电压传感器LV100。LV100为霍尔效应的闭环电压传感器,所以有非常良好的原副边隔离作用,可测的电压范围为100V~2500V。电压传感器LV100有如下优点: 精度高;线性度好;频带宽;抗干扰能力强。所以采用这种电路实现电压取样。 2.3 取样电路的设计 2.3.1 直流电压取样电路 图2.3.1.1 直流电压取样传感器 电压传感器LV100的原边额定有效电流为10mA,在原边为额定电流时传感器精度最高器精度最高。取样电阻R1=80K欧,按原副边1:5的比例设计,副边电流为50MA,副边采样电阻为150欧,原边电压为800V时副边电压为7.5V。副边信号经二阶滤波电路以减小干扰,由于采样直流信号,滤波器截止频率可以选取的较低,实际设计的滤波器截止频率为2khz。 经过传感器采样后还需经过直流电压调理电路后才能送入DSP的A/D采样端,直流信号调理电路如图2.3.1.2所示: 图2.3.1.2 直流电压信号取样电路 前端电阻R1的作用是把霍尔传感器输出的直流电流信号变为直流电压信号,从上面可知霍尔传感器副边输出的电流最大为50mA,根据 即可确定电阻R1的大小,其余部分的电阻则没有太严格的要求,在设计中采样的电阻型号如图2.3.1.2所示;第二部分为两个电压跟随器,与后面的采样电路进的电阻匹配;第三部分为二个二极管组成的电路并加上滤波电容,保证输入DSP的A/D采样端的输入电压信号保持在0~3.3v以内,防止DSP被烧毁。 2.3.2 直流电流取样电路 电流采样电路设计如图2.3.2所示,和直流电压取样电路完全一样,但前端的采样器件不同,这些器件对用户的接口统一为电流信号。 图2.3.2 直流电流取样电路 前端电流检测采用LEM公司型号为LA58-P的霍尔效应电流变换器,原边与副边之间是电气隔离的,该传感器可用于测量直流、交流脉冲信号。这种霍尔传感器主要的优点有:出色的精度;良好的线性度;低温漂;最佳的反应时间;宽频带;无插入损耗;抗干扰能力强;电流过载能力,因此选用此种类型的传感器可以达到良好的采样要求。 2.4 量程转换电路的设计方案 2.4.1 方案一:利用集成多路模拟开关改变电阻 用不同阻值的固定电阻,通过集成多路模拟开关 (如8选1模拟开关CD4051 等) ,将其分别接入运算放大器的反馈回路,以此来达到改变反馈电阻的目的,从而实现对信号的放大或衰减,即改变放大器的增益,其原理如图2.4.1所示: 图2.4.1 集成模拟多路开关 上述方案的优点是简单、通用,通过单片机控制模拟开关即可实现放大器的增益可变,控制简单。缺点是模
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