TA的每日心情 | 开心
2023-6-12 15:40 |
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电子负载的原理是控制内功率MOSFET或晶体管的导通量，靠功率管的耗散功率6 ` U# a2 w" y' W+ |: l7 ?
消耗电能的设备，它的基本工作方式有恒压、恒流、恒阻、恒功率这几种。
5 w# u! i4 y: w1 p, e ^5 Y( z本设计从直流电子负载系统方案分析入手，详细讨论了整个系统的硬件电路和5 \9 }% a/ @' S ^, ?2 @
软件实现，并给出较为合理的解决方案。为便于控制的实现和功能的扩展，采用了
9 R$ ~: T, q- G2 hSTC89C52 单片机作为核心控制器， 设计了DA输出控制电路、AD电压电流检测电路、
& o0 W! G7 h! }键盘电路、显示电路和驱动电路，通过软、硬件的协调配合，实现了整个设计。通! d( n- A" Q; R1 y5 y! B
过运放、PI 调节器及负反馈控制环路来控制MOSFET的栅极电压， 从而达到其内阻变* v& D) Q& ^( D6 k
化。这个控制环路是整个电路的核心实质， MOS管在这里既作为电流的控制器件同时
4 O/ x8 j& W' g也作为被测电源的负载。控制MOS管的导通量，其内阻发生相应的变化，从而达到
3 H, v1 n, T' d' C. _, f流过该电子负载的电流恒定，实现恒流工作模式。1 e/ Y$ F5 N! D. e7 R2 K
本设计能实现电子负载的恒流控制：能够检测被测电源的电流、电压及功率并
8 N- S2 u* T: \- b# K& _4 d0 \由液晶显示。在额定使用环境下, 恒流方式时不论输入电压如何变化（在一定范围6 e; J0 ^) W' c' R
内），电子负载将根据设定值来吸收电流，流过该电子负载的电流恒定。; T6 {+ i N; ^" ^& G: @" G
* u3 J# i8 V' J0 I% |第一章电子负载系统设计方案9 R+ j& Y7 i) ^7 t- b, B& g
1.1 电子负载工作原理
6 I( c: o, d: T. ~电子负载用于测试直流稳压电源、蓄电池等电源的性能。电子负载的原理是控; q3 X2 z8 o* C( y. P
制内功率MOSFET或晶体管的导通量（占空比） ，靠功率管的耗散功率消耗电能的设
3 j3 N3 j( s; _7 Z* b备，它能够准确检测出负载电压, 精确调整负载电流, 同时可以实现模拟负载短路, 模
$ y0 @) S3 w4 o& H1 M7 z P/ z- ]拟负载是感性阻性和容性, 容性负载电流上升时间。它的基本工作方式有恒压、恒流、
% |' m: z$ u5 W4 z c恒阻、恒功率这几种。, ?8 K3 Q0 u9 C$ s; V3 [; Z
（1）恒定电流方式
2 Z! ^9 r! E- `, Z1 Q5 M在定电流模式中, 在额定使用环境下, 不论输入电压大小如何变化, 电子负载. ^" S: a% g" y: g, Z4 V# w
将根据设定值来吸收电流。
! [" e4 A" N7 i2 O, E若被测电压在5～10V变化，设定电流为100mA，则当调节被测电压值时，负载上3 p. g0 f0 n9 g) E' P+ ]
的电流值应维持在100mA不变, 而此时负载值是可变的。定电流模式能用于测试电压3 y8 O( w& f( v; M+ t$ r' {# X
源及AD DC电源的负载调整率。负载调整率是电源在负载变动情况下能够提供稳定的
- M0 }; D7 `& \" j' Z输出电压的能力, 是电源输出电压偏差率的百分比。/ a0 R- y4 }: I$ T1 ?- n& d' O
（2）恒定电阻方式' s$ y8 R" G# H k
此种状态下，负载如纯电阻，吸收与电压成线性正比的电流。此方式适用于测
+ F& Q1 T# Y; ?9 O, t试电压源，电流源的启动与限流特性。6 W8 e( G+ p3 Y0 N
在定电阻模式中, 电子负载将吸收与输入电压成线性的负载电流。若负载设定
* ^5 c) o: {/ P为1 k Ω, 当输入电压在1～10 V 变化时, 电流变化则为10～100 mA 。
$ f9 w: D' Y, R（3）恒定电压方式
7 S. Q5 d# T0 ?9 l. g在定电压方式下电子负载将吸收足够的电流来控制电压达到设计值。定电压模
! b0 ]4 G% I' M% i6 z; ?* j式能被使用于测试电源的限流特性。另外, 负载可以模拟电池的端电压, 故也可以' X3 j0 p+ H1 y9 k
使用于测试电池充电器。4 n/ J% i/ t6 V. S0 _7 H
（4）恒定功率方式
: U" u9 Z- H; @+ h4 i, ]在定功率工作模式时，电子负载所流入的负载电流依据所设定的功率大小而定，) S, t0 p9 f N; l+ e* h5 }0 v
此时负载电流与输入电压的乘积等于负载功率设定值，即负载功率保持设定值不变。. k, Z% U7 `" b! r. }8 n
本电子负载机实现了在恒流模式下一定范围内的正常工作， PI 调节器的基准电压
( @* M) L3 H0 y. W& I0 i7 P N7 s由单片机DA转换输出。用AD转换器与单片机连接把电路中电压电流的模拟信号转
% j; Q& y3 D; r% s5 x5 Q7 H换为数字信号，然后用液晶显示方式显示出即时的电压电流。
9 X# Y% W0 Q; M% R4 K! z1.2 系统设计要求
g( M: Q6 {4 @9 ^9 L6 C根据电子负载的原理，设计出实现恒流模式下的电子负载：能够检测被测电压
+ ^+ G, L5 V5 h$ {6 y9 h6 a1 b6 x& Z型电源的电流、电压及功率并由液晶显示。在额定使用环境下, 恒流方式为不论输入
& R+ ]# F8 H/ J2 Z电压如何变化（在一定范围内） ，电子负载将根据设定值来吸收电流，流过该电子负
' v4 P3 s$ V: X载的电流恒定。
- U: Z1 A5 ?3 I6 i设计出最大功率为 100W，电流O一20A，电压O一50V的直流电子负载。
c+ X. E# f8 O/ e7 M1.3 系统总体设计方案论证
: I! ~7 ~* ~$ B- @根据系统的设计要求，得出以下三种方案：. t- @" j; ?5 L' w: c# S9 Q- d
方案一：如图1-1 所示，运用传统的电子负载设计方式，通过比较器的比较结- R5 Q" i7 I! Q, W2 v) c
果及反馈来控制MOSFET的栅极电压，从而达到其内阻变化的目的。
3 N! v. \- s! C" C+ v1 n方案二：如图1-2 所示，采用了单片机作为核心控制器，设计了AD电压电流检
$ X/ W, i; i; F" m% d9 k& \" S测电路、键盘电路、液晶显示电路和驱动电路， ATmegal6 单片机为核心处理器。键- t. H, J& f+ d, z" X' S: C
盘、串口通讯和LCD实现人机交互， MOS管电路为电子负载主电路。单片机输出一定
0 Z/ F9 E8 X' h占空比的PWM控制信号，控制功率电路MOS管的导通和关断时间，来获得实际所需- v+ ~0 ?" W1 q3 U0 Z& A
的工作电流、电压。电路中的检测电路为电压、电流负反馈回路，通过AD采集到单1 m& U4 z b+ D6 H" f7 v7 Z$ _; b; _
片机，与预置值进行比较，作为单片机进一步调节PWM占空比的依据。6 V$ L' t/ {2 G) V+ A8 z
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发表于 2019-11-12 08:48
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