【正文】 e its resistance. The core essences are the opamp, MOS tube here both as a control device and as a power load tested. Controlling the guide flux of the MOS tube, the resistance of the MOS tube will change accordingly, thus the current which flows the electronic load current will constant, At last, we realized constant current work pattern. This design can realize the Constantcurrent control of the electronic load: it can measured the current, voltage and power of Measured power and the LCD display. If it use situations in rated, no matter how the input voltage change in the constantcurrent mode (within a certain range), the electronic load will be based on setting to absorb the current, the current which flows the electronic load will constant. Key words: electronic load。這個 控制環(huán)路 是整個 電路的核心實質(zhì) ， MOS 管 在這里既作為電流的控制器件同時也作為被測電源的負(fù)載。 摘 要 電子負(fù)載的原理是控制內(nèi)功率 MOSFET 或晶體管的導(dǎo)通量 ， 靠 功率管的 耗散功率消耗電能的設(shè)備 ，它的基本工作方式有恒壓、恒流、恒阻、恒功率這幾種。 通過運放 、 PI 調(diào)節(jié)器 及 負(fù) 反饋 控制環(huán)路 來控制 MOSFET 的柵極 電壓 ，從而達(dá)到其內(nèi)阻變化。 在額定使用環(huán)境下 ,恒流方式時不論輸入電壓如何變化（在一定范圍內(nèi)），電子負(fù)載將根據(jù)設(shè)定值來吸收電流， 流過該電子負(fù)載的電流恒定。 AD transform。由于 鐵道電氣化供電、電氣牽引 、 信號控制 、無線通信、計算機(jī)指揮調(diào)度中心及家庭日常生活等應(yīng)用領(lǐng)域都在大量應(yīng)用各種各樣的電源， 因此人們 對電子負(fù)載的需求越來越多，對其性能要求也越來越高。直流電子負(fù)載比起交流電子負(fù)載，應(yīng)用的歷史較長，范圍更廣。 隨著功率場效應(yīng)晶體管 (MOSFET)，絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)和場效應(yīng)晶閘管(McT)等主要開關(guān)器件的出現(xiàn)以及電力電子變換器拓?fù)涞陌l(fā)展，由于變換器能更好的將一種電能變?yōu)榱硪环N或多種形式的電能，交流電子負(fù)載也得到了實現(xiàn)。它有恒流、恒阻、恒壓和恒功率功能，以及短路，過流，動態(tài)等等，應(yīng)該說所有的電源廠家都會有用，而且也必須有。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第一章 電子負(fù)載系統(tǒng)設(shè)計方案 2 第 一 章 電子負(fù)載 系 統(tǒng) 設(shè)計方案 電子負(fù)載 工作原理 電子負(fù)載用于測試直流穩(wěn)壓電源、蓄電池等電源的性能。 若被測電壓在 5～ 10V變化，設(shè)定電 流為 100mA，則當(dāng)調(diào)節(jié)被測電壓值時，負(fù)載上的電流值應(yīng)維持在 100mA不變 , 而此時負(fù)載值是可變的。此方式適用于測試電壓源，電流源的啟動與限流特性。定電壓模式能被使用于測試電源的限流特性。用 A/D 轉(zhuǎn)換器與 單片機(jī) 連接把電路中電壓 電流的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號 ，然后用液晶顯示 方式 顯示出即時的電壓電流。 系統(tǒng)總體設(shè)計方案論證 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，得出以下三種方案 ： 方案一： 如 圖 11所示， 運用 傳統(tǒng)的 電子負(fù)載設(shè)計 方式， 通過比較器 的比較結(jié)果及反饋來控制 MOSFET 的柵極電壓，從而達(dá)到其內(nèi)阻變化的目的。電路中的檢測電路為電壓、電流負(fù)反饋回路，通過 A/D 采集到單片機(jī)，與預(yù)置值進(jìn)行比較，作為單片機(jī)進(jìn)一步 調(diào)節(jié) PWM 占空比的依據(jù)。 MOS 管 在這里既作為電流的控制器件同時也作為被測電源的負(fù)載 ，通過 PI 調(diào)節(jié)器 控制 MOS 管的導(dǎo)通量， 從而達(dá)到 流過該電子負(fù)載的電流恒定，實現(xiàn)恒流工作模式 。 這 對于占空比的細(xì)調(diào) 節(jié)不易控制，誤差較大。 系統(tǒng) 具體 設(shè)計方案 電子負(fù)載系統(tǒng)由軟、硬件共同組成。 (2)數(shù)據(jù)采集和處理程序。 PI 控制器 控 制 MOS 管 的導(dǎo)通 量變化 與截止，從而達(dá)到保持電流恒定的目的。在整個電子負(fù)載系統(tǒng)中，主控器是系統(tǒng)的控制中心，其工作效率的高低關(guān)系到系統(tǒng)效率的高低以及系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。 方案二： STC89C51 與 AT89C51 基本性能相同，但 STC89C51 RMB 較 多 ,8K flash,串口可以直接燒程序 ， 可以和 Keil 直連 。 顯示模塊的 設(shè)計 方案一：采用數(shù)碼管顯示。液晶顯示具有功耗低、體積小、質(zhì)量輕、無輻射危害、平面直角顯示以及影響穩(wěn)定不閃爍、畫面效果好、分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點 。 故經(jīng)過比較 選擇方案二 Nokia 5110 液晶顯示 特點： （ 1) 性價比高，可以顯示 15 個漢字、 30個字符， 價格相對便宜； （ 2) 接口簡單，僅四根 I/O線即可驅(qū)動； （ 3) 速度快， 是 LCD12864 的 20倍，是 LCD1602 的 40倍； （ 4) Nokia5110 工作電壓 ，正常顯示時工作電流 200uA 以下，具有掉電模式，適合電池供電的便攜式移動設(shè)備。 圖 24 Nokia 5110復(fù)位時 （ 3）顯示英文字符 英文字符占用 6*8 個點陣，通過建立一個 ASCII 的數(shù)組 font6x8[][6]來尋址。 并且 此鍵盤是用于按鍵較少或操作速度較高的場合。所以需要有 09的數(shù)字鍵、小數(shù)點等等按鍵 ，按鍵較多， 所以 鍵盤 模塊采用 方案二 。 (3)自動調(diào)節(jié)啟動停止按鍵 :該按鍵把電子負(fù)載功能劃分為設(shè)置和調(diào)節(jié)兩部分，沒有按下該按鍵 時，默認(rèn)為功能設(shè)置，此時單片機(jī)只預(yù)置數(shù)據(jù)輸入、按鍵查詢、預(yù)置數(shù)據(jù)LCD 顯示等功能 ； 而當(dāng)按下該按鍵 1次后，單片機(jī)將轉(zhuǎn)為執(zhí)行負(fù)載調(diào)節(jié)、 A/D 采集、實際數(shù)據(jù) LCD顯示等功能。 東華理工大學(xué)畢業(yè)論文（論文） 第二章 電子負(fù)載硬件系統(tǒng)設(shè)計 10 D/A 轉(zhuǎn)換模塊的選擇 方案一 DAC0832 是 8分辨率的 D/A 轉(zhuǎn)換集成芯片。 TLC5615是一個串行 1O位 DAC芯片，性能比早期電流型輸出的要好。同時 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 TLC5615 采用接口簡單的，使得硬件電路大為簡化，線路板面積縮小，成本降低 ， 故選擇方案二。 VREF 為到 PI 調(diào)節(jié)器與實際值相比較的基準(zhǔn)電壓。 + 2 . 5 V46132 785U3T L C 5 6 1 5V R E FV C CGNDP 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3R 1 4O P 3 71 2 V 1 2 VR 2 31KR 2 41K V R E F 圖 27 TLC5615與反相器連接圖 圖 28 TLC5615時序圖 采樣電路 模塊 方案一采用 8位 A/D 轉(zhuǎn) 換器 ADC0809 是一種 8路模擬輸入的 8 位逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器，為 CMOS 型單芯片器件。 TLC1549采用 CMOS 工藝。采樣 A/D 選用 10位精度的 TLC154精度較高 。 如 圖 29所示 采用 1/11的分壓，輸出送往 A/D采樣 TLC1549添加一個電壓跟隨器，沒有 放大作用， 輸出電壓與輸入電壓相同 ， 提高了輸入阻抗 ，對電路 進(jìn)行緩沖 ， 起到承上啟下的作用 。 如 圖 29 所示 負(fù)載電流 I與電流采樣點電壓 Ua 的關(guān)系為 I=Ua/R17=Ua/ （ 24） 采樣電阻 R17 的電阻為 歐姆，為 錳銅 采 樣 電阻， 阻值較小， 但可以承受大功率， 采 樣 電阻分流對整個電路影響較小。根據(jù) TLC1549 的功能結(jié)構(gòu)和工作時序，其工作過程可分為 3個階段：模擬量采樣、模擬量轉(zhuǎn)換和數(shù)字量傳輸。串行接口把輸入／輸出時鐘序列供給 I／ O CLOCK 并接收上一次轉(zhuǎn)換結(jié)果。 10 位數(shù)字量通過 DATA OUT 發(fā)送到主機(jī)串行接口 。 電流取樣 PI 控制器等組成的負(fù)反饋控制模塊 電子負(fù)載 的核心實質(zhì)是一個電流取樣 PI 控制器組成的 負(fù)反饋控制環(huán)路， 也是 電子負(fù)載的功率控制電路 。這個電路中，設(shè)定值與實際值相比較。傳統(tǒng)的僅靠比較器來比較設(shè)置值與實測值，比較后的輸出作用于 MOS 管。當(dāng)突加輸入電壓 Uin時，由于開始瞬間電容東華理工大學(xué)畢業(yè)論文（論文） 第二章 電子負(fù)載硬件系統(tǒng)設(shè)計 16 C相當(dāng)于短路，反饋回路只有電阻 R1，使輸出電壓 Uex突跳到 KPIUin。比例部分能夠迅速響應(yīng)控制作用，積分控制則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。 PI調(diào)節(jié)器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值 r(t)與實際輸出值 c(t)構(gòu)成控制偏差 e(t)= r(t)— c(t) （ 25） 將偏差的比例（ P）和積分（ I）通過線性組合構(gòu)成控制量，對被控對象進(jìn)行控制，其控制規(guī)律為 ]dt)t(eT1)t(e[Ku(t ) t0Ip ??? （ 26） 其中 u(t)為 PI 控制器的輸出， e(t)為 PI 調(diào)節(jié)器的輸入， Kp 為比例系數(shù)， TI 為積分時間常數(shù)。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分常數(shù) TI， TI 越大，積分作用越弱，反之越強(qiáng)。 東華理工大學(xué)畢業(yè)論文（論文） 第二章 電子負(fù)載硬件系統(tǒng)設(shè)計 17 功率電路模塊 電子模擬負(fù)載方式的選擇 方案一：晶體管式電子模擬負(fù)載：晶體管是通過一定的工藝，將兩個 PN 結(jié)結(jié)合在一起的器件。由于晶體管屬于電流控制性器件，在控制變化速度上較慢，因此適合模擬一些電流恒定或是變化緩慢的實際負(fù)載。 MOSFET 的通態(tài)電阻較大，且負(fù)載電流較小。專為高電壓、高速開關(guān)芯片 ， 可以應(yīng)用于電力供應(yīng)、電機(jī)控制、 PWM 變流器等領(lǐng)域。當(dāng)反向偏壓達(dá)到一定時，東華理工大學(xué)畢業(yè)論文（論文） 第二章 電子負(fù)載硬件系統(tǒng)設(shè)計 18 耗盡區(qū)將完全溝道“夾斷”，此時 場效應(yīng)管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。但其值甚小，所以柵極的輸入功率也很小。 （ 4） MOS 管 子不像雙極型管子那樣存在明 顯的二次擊穿現(xiàn)象，所以在中、低壓情況下，其工作的可靠性要高 — 些， 過電壓保護(hù)的設(shè)計也可以簡單一些。 如圖 217所示為 N溝道增強(qiáng)型 MOS 管 ， MOS管不僅作為電流控制器，而且作為被測電源的負(fù)載， IRFP460 為 N溝道增強(qiáng)型 MOS 管 ，所以整個設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)是根據(jù) IRFP460MOS管的參數(shù)進(jìn)行選定的。電源電壓的設(shè)計主要針對系統(tǒng)需求的不同電壓進(jìn)行的電源分配， 在電子負(fù)載系統(tǒng)中，單片機(jī)的工作電壓是 。 HCPL－ 78XX 系列為 3 端正穩(wěn)壓電路內(nèi)含過流、過熱和過載保護(hù)電路。輸出晶體管 SOA 保護(hù)。該器件的典型動態(tài)阻抗為 ，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表 、運放電路、可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等等。 電源電路利