简易直流电子负载设计

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1、简易直流电子负载设计报告摘要：本文论述了简易直流电子负载的设计思路和过程。直流电子负载采用MSP430G2553单片机作为系统的控制芯片，可实现以下功能：在恒流（CC）模式下，不管电子负载两端电压是否变化，流过电子负载的电流为一个设定的恒定值。AD模块接收电路电压和电流模拟信号，转化为数字信号，经液晶模块12864同步显示电压和电流。系统包括控制电路(MCU)、驱动隔离电路(PWM波)、主电路、采样电路、显示电路、基准电路等；具有过压保护功能;能够检测被测电源的电流值、电压值；具有直流稳压电源负载调整率自动测量功能；各个参数都能直观的在液晶模块上显示。关键词：电

2、子负载；单片机（MCU）；模数（A/D）.PWM波.一、引言电子负载用于测试直流稳压电源的调整率，电池放电特性等场合,是利用电子元件吸收电能并将其消耗的一种负载。电子元件一般为功率场效应管（PowerMOS）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等功率半导体器件。由于采用了功率半导体器件替代电阻等作为电能消耗的载体，使得负载的调节和控制易于实现，能达到很高的调节精度和稳定性。同时通过灵活多样的调节和控制方法，不仅可以模拟实际的负载情况，还可以模拟一些特殊的负载波形曲线，测试电源设备的动态和瞬态特性。二，总体方案论证与设计设计和制作一台电子负载，在恒流（CC）模式下，不

3、管电子负载两端电压是否变化，流过电子负载的电流为一个设定的恒定值。要求：（1）负载工作模式：恒流（CC)模式；（2）电压设置范围：0～10V；（3）电流设置范围：100mA～1000mA，设置分辨率为10mA，设置精度为±1%；（4）直流稳压电源负载调整率：测量范围为0.1%～19.9%，测量精度为±1%。（5）显示分辨能力及误差：至少具有3位数，相对误差小于5%。恒流模块和恒压模块共用一个基准电压12v，并且通过开关实现两种模式的转换，用A/D转换器把电路中的电压电流的模拟信号转换为数字信号，然后通过单片机来程控从而重置电压电流，用数码管液晶显示同时呈现即时电

4、压电流。原理图如下所示。显示按键输入单片机A/D转换PWM控制电流检测电压检测功率控制2.1电压电流参数测量设计方案方案一：通过手动调节滑动变阻器来调节恒流源的电压，其缺点是调节耗时费力，准确度不高。但操作简单易懂。方案二：通过电压分压器调节电压，采用AD转换电路通过电子计数器在数码管上显示。其缺点是精度低，电路功耗能较大，不适合于高精度测量。方案三：利用ADS8319检测并将被测电压从模拟信号转换为数字信号，再利用单片机程序来修改电压电流参数，此方案精确度高，操作技术要求很高，节省时间。2.2恒流模式（CCmode）设计方案方案一：最常用的简易恒流源如下图所示

5、，用两只同型三极管，利用三极管相对稳定的基极发射极电压作为基准，电流数值为：I=Vbe/R1。这种恒流电路优点是简单易行，而且电流的数值可以自由控制，也没有使用特殊的元件，有利于降低产品的成本。缺点是不同型号的管子，其电压不是一个固定值，即使是相同型号，也有一定的个体差异。同时不同的工作电流下，这个电压也会有一定的波动。因此不适合精密的恒流需求。方案二：在恒流工作模式时，电子负载所流入的负载电流依据所设定的电流值而保持恒定，与输入电压大小无关，即负载电流保持恒定值不变。此图是一个最常用的恒流电路，这样的电路更容易获得稳定及精确的电流值，R3为取样电阻,VREF是

6、输入信号，电路工作原理是：当给定一个信号VREF时，如果R3上的电压小于VREF，也就是OP07的-IN小于+IN，OP07加大输出，使MOS加大导通R3的电流；如果R3上的电压大于VREF时，即就是-IN大于+IN，OP07减小输出，也就降了R3上的电流，如此往复电路最终维持在恒定的值上，也就实现了恒流工作模式。如输入VREF为10mV，R3为0.01欧时电路恒流为1A，改变VREF可改变恒流值，VREF可用电位调节输入或用DAC芯片由MCU控制输入，采用电位器可手动调节输出电流。如采用DAC输入可实现数控恒流电子负载。方案二：基本电路为除虚线框⑤和两个万用表

7、以外的部分，由恒压电路、恒流电路、过压（流）保护电路、驱动电路组成。U=12V输入电压，经过限流电阻R1到三端可调分流基准源U1(TL431)的阴极K后，由参考端R得到输出基准电压VR为2.5V，经电阻R1到调整滑动变阻器R6，一路经电阻R2为U3A提供电压，另一路经电阻R7为U3C提供电压。与方案一的区别是用开关可以切换恒流源和恒压源，并且两种模式共用一个场效应管，方案二还多了一个过流保护模块，故我们选择方案二进行设计。2.4显示方案选择：方案一：电压和电流的显示可以用数码管，但数码管的只能显示简单的数字，其电路复杂，占用资源较多，显示信息少，不宜显示大量信息

8、。方案二：使用功能更好的