实现程控直流电子负载和恒流源设计应用

直流电子负载在直流电源校准中的应用摘要：本文简要介绍了直流电子负载的四种工作模式以及常见用途，并着重论述了其在直流电源校准中的应用，介绍了直流电源的校准方法及在校准中的注意事项。

关键词：电子负载；直流电源；校准The Application of DC Electronic Load in calibration of DCPower SupplyAbstract:This paper introduce four modes of operation and usual application for DC electronic load. And it is more discussed using DC electronic load to calibrate DC power supply,and Calibration methods and some notices are given .Key words :Electronic load；DC power supply ；Calibration1引言在直流电源的校准中，使用直流电子负载替代笨重而不便于调节的“绕线式”变阻器，将会显著的提高工作效率。

本文以chroma公司生产的6312型直流电子负载为例，首先简要介绍了直流电子负载的四种工作模式和应用，而后着重论述了其在直流电源校准中的应用。

2 直流电子负载的工作模式[1]及应用[2]直流电子负载具有恒流、恒压、恒阻、恒功率、动态等工作模式；可用于蓄电池、不间断电源(UPS)、充电器及AC/DC变换器、互感器、整流器、变压器及电感、电容等元件的测试。

以下是直流电子负载常具有的四种工作模式。

2.1恒流模式（Constant Current Mode）该模式下，在额定输入电压及额定功率范围内，无论输入电压如何变化，设定的恒流值始终不变。

如图1所示。

I设定的恒流值图1恒流工作模式U恒流模式可用来做直流稳压电源及直流变换器的老化试验及测试它们的负载效应，还可测试电池的放电特性、二次电池的充电特性等。

第27卷第4期2013年08月空军预警学院学报Journal of Air Force Early Warning AcademyV ol.27No.4Aug.2013收稿日期：2013-05-03作者简介：刘卫华(1979-)，男，工程师，主要从事机载计算机硬件设计研究.高精度宽范围程控直流恒流源的设计与实现刘卫华1，祁承超2，王荣3（1.西安六三一研究所，西安710068；2.空军预警学院五系，武汉430019；3.空军预警学院科研部，武汉430019）摘要：针对串联负反馈恒流源功耗大、效率低的问题，详细分析了影响恒流源输出电流精度的各种因素，提出了一种基于功率调整管漏源电压随输出电流自动改变原理的以ADuC841单片机为控制核心的恒流源控制方案，并进行了相关的实验．实验结果表明，通过改变输入电压，采用数字PI 调节和调整管负反馈双重闭环控制，可使输出电流精度明显提高，功耗明显降低．关键词：恒流源；ADuC841单片机；Buck 变换器中图分类号：TM46文献标志码：A文章编号：2095-5839(2013)04-0293-03直流恒流源广泛应用于电测仪表、激光、传感器等领域[1]，其实现方式有串联负反馈调整[2-3]和开关变换[4]2种．串联负反馈直流恒流源输出电流较小(≤30A),功耗较大,效率低(＜70%)，但输出电流精度高、电磁兼容性较好；开关变换直流恒流源输出电流较大(≥30A)、开关损耗较小,效率高(≥90%)，但输出电流精度不高、电磁干扰较大．本文设计了一种功率调整管漏源电压随输出电流自动改变的恒流源控制方式，分析了其工作原理．实验结果表明，该恒流源具有输出电流范围宽、精度高及功耗低等优点．1串联负反馈直流恒流源串联负反馈直流恒流源是依据负反馈和晶体管集电极电流输出较平坦原理，当误差放大器同、反相端电压不相等时，电压差值经误差放大器放大后，通过改变线性调整管栅源之间的电压U GS 来改变流过调整管漏源间的电流I 0，最终实现误差放大器同、反相端基准电压与取样电阻两端电压相等，从而实现输出电流的恒定．其典型电路[1]如图1所示．恒流源输出电流为I 0=U S /R S(1)ｏ图1串联反馈直流恒流源电路1)影响输出电流的因素[1-2]．影响恒流源输出电流精度的因数包括：基准电压U S 的稳定度、取样电阻R S 阻值随温度的变化、误差放大器输入端电压漂移及噪声电压、误差放大器本身参数的变化、误差放大器输入端内阻漂移、负载电阻R L 的变化及输入端直流电压U i 纹波等．其中，基准电压U S 的稳定度、取样电阻R S 阻值随温度的变化、误差放大器输入端电压漂移及噪声电压是影响恒流源输出电流精度的主要因素；其他则是次要因素，可不考虑．2)控制方式．串联负反馈直流恒流源的控制方式有误差放大器负反馈[2-3]和PI 调节控制[5]2种．前者虽然能实现输出电流的恒定，但输出电流稳定性和负载动态性能差；后者则电流稳定性和负载动态性能均较好．PI 调节控制又分为模拟PI 调节控制和数字PI 调节控制，两者的恒流控制原理一致，都是将给定电流值与输出电流反馈值比较，电流差值经过PI 运算后控制调整管栅源之间的电压，从而改变调整管漏源间的输出电流，最终实现输出反馈电流与给定电流的无误差．3)减小调整管功耗的方法．如何降低调整管的功耗，是恒流源设计必须考虑的重要因素．根据输出功率的计算公式P OUT =U 2DS /R DS =I 2DS R DS可知，降低调整管功耗的途径有3种：①采用多只调整管并联均流方式；②采用调整管与电阻并联再串联分压方式；③控制输入电压，使调整管漏源电压恒定的方式．文献[6]采用第1种方式实现大电流恒流，但须保证并联调整管参数完全一致，且为了提高系统的可靠性，还需增加每只并联调整管电流检测及均流电路，实现方式较复DOI:10.3969/j.issn.2095-5839.2013.04.016空军预警学院学报2013年杂；文献[7]采用第2种途径来降低调整管的功耗，根据输出电流的不同，将串联调整管分别工作在饱和、线性放大及截止状态，从而将调整管的损耗转嫁到并联电阻上，该方式需增加串联调整管栅源电压U GS 控制电路．第3种途径是当输出电流大幅度调节时，调整管在很宽的电压范围内工作，很难保证调整管工作在最佳状态，同时，当输出电压调到很低乃至输出端短路时，调整管几乎承担了全部的功耗，为保证恒流源有较高的效率，同时保证输出电流的高稳定性，采用改变输入电压的方式，使调整管漏源电压U DS 维持相对恒定．4)电流取样．直流恒流源电流取样的方式有电阻取样和零磁通直流互感器取样[1,7-9]2种．前者由于电阻阻值随温度的升高而发生改变，为保证取样电流的稳定度，一般选用阻值随温度变化较小的锰铜电阻，该方式适用于恒流源输出电流较小的情况，当电流较大时，取样电阻阻值因温升必然发生改变，从而影响恒流源输出电流的稳定度；后者实际是一个直流电流比较仪，它把一次大电流精确地变换成二次小电流，而在二次电流回路中仍用标准电阻取样获得电压信号．零磁通直流互感器具有不随温度变化的优点，但当电流处于较大变化范围变化时，低端线性度较差．2程控恒流源的原理与设计实现2.1系统总体方案设计恒流源电路结构如图2所示．整个恒流源电路由Buck 变换器、串联负反馈恒流源电路、输出电流检测电路、调整管漏源电压U DS 差动放大反馈电路、ADuC841单片机系统组成．ｏｏ+-图2恒流源电路结构恒流源采用Buck 变换器与负反馈恒流源电路构成组合式的恒流源电路，通过Buck 变换器可实现输入电压随输出电流的改变而改变，确保调整管工作在最佳的线性状态及合适的功耗范围．恒流源采用软件PI 调节实现恒流．2.2工作原理1)调整管输入电压随输出电流改变原理Buck 变换器输出电压为U OUT =DU DC(2)式中，U DC 为220V AC 整流滤波后的直流电压，D 为开关管V T1的占空比．通过调节开关管V T1的占空比D 就可改变输出电压，从而改变调整管输入电压．占空比D 的控制方式采用的是增量式PI 调节方式．PI 调节公式为D n =D n -1+K P (e n -e n -1)+K I e n e n =U ref -U bak}(3)式中，U bak 为调整管漏源电压U DS 经差动放大器AD620放大后，经A/D 采样的电压值；U ref 为给定参考值；K P 、K I 分别为PI 调节的比例系数和积分系数．系统稳定后，Buck 降压电路输出电压U OUT 随给定U ref 的改变而改变．U ref 由单片机软件设定，当恒流源输出电流处于不同值时，通过对U ref 查表的方式改变Buck 变换器输出电压U OUT ，从而使调整管始终工作在较佳的线性状态和功耗状态．2)恒流原理恒流源输出电流经取样电路取样放大后，经A/D 采样得到输出电流反馈值，给定电流值与反馈电流值差值比较后，经软件PI 调节，输出值经D/A 变换后控制调整管的栅源电压，最终达到给定电流值与反馈电流值差值为零，从而实现输出电流恒定．恒流源输出电流PI 调节采用增量式PI 调节方式，同式(3)．恒流源输出电流为I o =NR 1(R 1+R 2)I refR S (4)式中，I ref 为输出电流的给定值，N 为直流电流互感器副边与原边匝比．2.3软件设计系统软件采用模块化结构，分为数据采集与处理、键盘处理与显示、PI 调节、脉宽调整等4个子程序模块．其软件流程如图3所示．图3软件流程3实验结果1)实验参数．选用MJE8055调整管，ADuC841294第4期刘卫华，等：高精度宽范围程控直流恒流源的设计与实现单片机；对输出电流取样，零磁通直流互感器，原副边匝比为1∶100，电流检测最大值为10A．高精度宽范围程控恒流源技术指标为：输入电压220V AC/50Hz，输出电流0～5A，步进2mA，输出电流最大纹波≤0.1mA，输出电压≤10V，整机效率≥80%．2)实验结果．使用FLUCK六位半数字表DF1931双输入交流低频毫安表对系统进行了测量．测试结果如表1所示．由实验结果可知：恒流源输出电流在0～5A范围内误差≤0.2%,输出电流最大纹波≤0.1mA．表1测量结果给定电流/mA 10100500200040005000负载/Ω0.51.02.00.51.02.00.51.02.00.51.02.00.51.02.00.51.02.0输出电流/mA9.9810.0010.02100.00100.10100.10499.00501.50501.601997.002001.002003.004002.004000.004004.004997.005002.005006.00纹波电流/mA0.030.060.050.040.070.060.050.020.040.070.080.060.050.070.040.080.060.08输出电压/V0.00490.01000.19000.05000.10000.19000.25000.49001.02001.00003.99003.98002.00004.01007.98002.49004.98009.9700整机效率/%90～9190～9188.2～88.587.5～88.086.4～87.085.0～86.54结论本文分析了影响恒流源输出电流精度的各种因素、所采用的控制方式及降低恒流源功耗的方式等，提出了一种以ADuC841单片机为控制核心的高精度宽范围恒流源的设计方案．该恒流源通过改变调整管输入电压，确保调整管在整个输出电流范围内均工作在较佳的工作状态下，采用直流互感器取样，数字PI调节和调整管负反馈双重闭环反馈控制，确保输出电流精度≤0.2%，调整管功耗大大降低．参考文献：[1]陈凯良，竺树声.恒流源及其应用电路[M].杭州：浙江科学技术出版社，1992:1-10.[2]汪雨林.25A恒流源系统实验研究与设计[D].长春：吉林大学，2004:1-10.[3]穆云田.基于单片机控制的直流恒流源的设计[D].石家庄：河北工业大学，2007:1-10.[4]张瑞峰,孔令杭，吕辰刚.大功率半导体激光器恒流源设计[J].激光技术，2012，36(1)：80-83.[5]张苏红,黄韬,王进华,等.基于增量式PID控制的数控恒流源[J].现代电子技术，2011,34(20):190-192.[6]才滢，苏皤.300A标准恒流源的设计[J].计测技术，2010,30(6):17-19.[7]卢玉宇.大电流电流源实现方法[J].福建农林大学学报，2008,37(3):329-333.[8]李惠英，赵新龙，斯扬华.直流互感器在恒流源中的应用研究[J].电站系统工程，2004,20(1):34-35.[9]吴伟,顾文晶,冯秀明,等.高稳定度电源设计的关键因素[J].兰州大学学报：自然科学版，2001,37(2):57-62.Design and Implementation of Programmable DC Constant CurrentSource With High-precision and Wide-rangeLIU Wei-hua1,QI Cheng-chao2,WANG Rong3(1.Xi’an No.631Institute,Xi’an710068,China；2.No.5Department,Air Force Early Wearing Academy,Wuhan430019,China；3.Division of Scientific Research,Air Force Early Wearing Academy,Wuhan430019,China)Abstract：In view of the issues of high power loss and low efficiency of the series negative feedback DC constant current source,this paper analyzes various factors that exert influences on the output current precision of the constant current source in detail,brings about a sort of control scheme of the source in which the ADuC841 single-chip is as a core and its operating principles are based on the voltage of drain node and source node of the power transistor changing automatically with the output current,and the relating experiments are performed. Experimental results show that the output current precision could be improved and the power loss lowered clearly, by changing the input voltage and employing the digital PI regulator and the power transistor with negative feedback and double closed-loop control.Key words：constant current source；ADuC841single-chip；Buck converter295。

电子商务143关于STM32的程控直流电子负载设计研究◆付国锋摘要：STM32程控直流电子负载设计是计算机通讯技术在信息技术革命背景下为电子电力技术所开发的广阔发展前景。

文章围绕程控直流电子负载原理及方案相关内容展开，分析设计直流电子负载参数，并设计电子负载样机及其测试方案，以推进STM32程控直流电子负载设计的进一步发展。

关键词：STM32；程控直流电子负载；设计研究电源性能具有不同的性质和阻值载数，在进行测试时也常常需要接入不同性质的参数。

近些年来，大功率用电器逐渐增多，可变电阻的体积也日益增大，不连续分立电阻元件阻值也在发生变化，传统的电源性能测试方法无法满足对恒流、恒压以及恒功率负载电源性能的需求。

带通信接口的负责和动态负载功能的新型特殊负载需求，传统负载性能的直流电子也都难以实现。

在新常态经济发展形势下，革新传统电子负载，扩大负载设备测试需求，对于创新STM32的程控直流电子负载设计具有重要作用。

1 STM32程控直流电子负载原理及方案分析图1 电子负载系统框架示意图大功率三极管各MOSFET 是直流电子负载中用于消耗功率的主要器件，通常情况下，MOSFET 在商用电子负载中使用得更为广泛。

MOSFET 作为STM32程控直流电子负载的主要载体，在工作运行状态中其有开关和线性两种状态。

MOSFET 需要运算放大器来为其的驱动提供电压，虽然MOSFET 本身就是一种电压驱动型器件，但由于其物理结构极其容易导致它与端口形成栅极和源级寄生电容，因此在使用时必须加上滤波环节。

并保证栅极和源级寄生电容在控制电压时处于负90度的相移电流状态。

STM32程控直流电子负载框架主要包括STM32、矩阵键盘、采样电阻、电流采样回路、供电电源、控制回路、被测电源、电压采样回路、散热装置以及MOSFET 组。

STN32通常是以STM32F103VCT6作为控制器的，常常采用的是AD 技术和多路并联线路来对电源性能进行实时检测的。

四种常见恒流源电路及作有源负载的应用维库电子市场网> 技术资料> 基础电子基本的恒流源电路主要是由输入级和输出级构成，输入级提供参考电流，输出级输出需要的恒定电流。

恒流源电路就是要能够提供一个稳定的电流以保证其它电路稳定工作的基础。

即要求恒流源电路输出恒定电流，因此作为输出级的器件应该是具有饱和输出电流的伏安特性。

这可以采用工作于输出电流饱和状态的双极结型晶体管或者金氧半场效晶体管来实现。

为了保证输出晶体管的电流稳定，就必须要满足两个条件：a）其输入电压要稳定——输入级需要是恒压源；b）输出晶体管的输出电阻尽量大——输出级需要是恒流源。

四种恒流源电路分析在改进型差动放大器中，用恒流源取代射极电阻RE，既为差动放大电路设置了合适的静态工作电流，又大大增强了共模负反馈作用，使电路具有了更强的抑制共模信号的能力，且不需要很高的电源电压，所以，恒流源和差动放大电路简直是一对绝配！恒流源既可以为放大电路提供合适的静态电流，也可以作为有源负载取代高阻值的电阻，从而增大放大电路的电压放大倍数。

这种用法在集成运放电路中有非常广泛的应用。

本节将介绍常见的恒流源电路以及作为有源负载的应用。

一、镜像恒流源电路如图1所示为镜像恒流源电路，它由两只特性完全相同的管子VT0和VT1构成，由于VT0管的c、b极连接，因此UCE0=UBE0，即VT0处于放大状态，集电极电流IC0=β0*IB0。

另外，管子VT0和VT1的b-e分别连接，所以它们的基极电流IB0=IB1=IB。

设电流放大系数β0=β1=β，则两管集电极电流IC0=IC1=IC=β*IB。

可见，由于电路的这种特殊接法，使两管集电极IC1和IC0呈镜像关系，故称此电路为镜像恒流源（IR为基准电流，IC1为输出电流）。

镜像恒流源电路简单，应用广泛。

但是在电源电压一定时，若要求IC1较大，则IR势必增大，电阻R的功耗就增大，这是集成电路中应当避免的；若要求IC1较小，则IR势必也小，电阻R的数值就很大，这在集成电路中很难做到，为此，人们就想到用其他方法解决，这样就衍生出其他电流源电路。

数控直流恒流源的设计与制作数控直流恒流源的设计与制作本数控直流恒流源系统输出电流稳定，输出电流可在20mA~2000mA范围内任意设定，不随负载和环境温度变化，并具有很高的精度，输出电流误差范围±4mA，因而可实际应用于需要高稳定度小功率直流恒流源的领域。

1 系统原理及理论分析1.1单片机最小系统组成单片机系统是整个数控系统的核心部分，它主要用于键盘按键管理、数据处理、实时采样分析系统参数及对各部分反馈环节进行整体调整。

主要包括AT89S52单片机、模数转换芯片ADC0809、12位数模转换芯片AD7543、数码管显示译码芯片74LS47与74LS138等器件。

1.2系统性能本系统的性能指标主要由两大关系所决定，设定值与Ａ/Ｄ采样显示值（系统内部测量值）的关系。

内部测量值与实际测量值的关系，而后者是所有仪表所存在的误差。

1.3恒流原理数模转换芯片AD7543是12位电流输出型，其中OUT1和OUT2是电流的输出端。

为了实现数控的目的，可以通过微处理器控制AD7543的模拟量输出，从而间接改变电流源的输出电流。

从理论上来说，通过控制AD7543的输出等级，可以达到1mA的输出精度。

但是本系统恒流源要求输出电流范围是20mA~2000mA，而当器件处于2000mA的工作电流时，属于工作在大电流状态，晶体管长时间工作在这种状态，集电结发热严重，导致晶管值下降，从而导致电流不能维持恒定。

为了克服大电流工作时电流的波动，在输出部分增加了一个反馈环节来控制电流稳定，减小电流的波动，此反馈回路采用数字形式反馈，通过微处理器的实时采样分析后，根据实际输出对电流源进行实时调节。

经测试表明，采用常用的大功率电阻作为采样电阻R0，输出电流波动比较大，而选用锰铜电阻丝制作采样电阻，电流稳定性得到了改善。

电路反馈原理如下图所示。

2 总体方案论证与比较方案一：采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如选用CPLD等可编程逻辑器件。

摘要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。

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STC89C52 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、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，从而达到流过该电子负载的电流等恒定，从而实现四种工作模式。

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。

关键词：电子负载；恒流模式；PI调节；单片机控制AbstractThe principle of electronic load is within the control of the power MOSFET or transistor conduction flux, the power dissipated by the power tube power consumption of the device, and its basic operating mode and constant voltage, constant current, constant resistance, constant power these types.The design of system solutions from a DC electronic load analysis, a detailed discussion of the entire system hardware and software, and gives a more reasonable solution. In order to facilitate the implementation and control of the expansion, using STC89C52 microcontroller as the core controller designed DA output control circuit, AD voltage and current detection circuit, keyboard circuit, display circuit and driver circuit, through software and hardware coordination to achieve the entire design. By the op amp, PI regulators and negative feedback control loop to control the MOSFET gate voltage, so as to change its resistance. This control loop is the core substance of the circuit, MOS tube here both as a current control device also serves as the power supply under test load. Control MOS transistor conduction flux, its resistance changes accordingly, so as to flow through the electronic load current is constant, to achieve constant current mode.This design can achieve constant current electronic load control: the ability to detect the measured supply current, voltage and power by the LCD. The rated usage environment, the constant current mode regardless of the input voltage changes (in a certain range), the electronic load to absorb the current according to the set value, the flow through the constant current electronic load.Key words:electronic load; constant-current pattern; PI regulator; SCM control目录第1章绪论 (1)1.1 课题背景与意义 (1)1.2 直流电子负载的应用现状 (1)1.3 直流电子负载发展现状 (2)1.4 系统设计要求 (3)第2章方案论证 (5)2.1 电子负载的工作原理 (5)2.2 总体设计方案论证 (6)2.3 器件选型 (7)2.3.1 单片机的选择 (7)2.3.2 液晶显示模块 (8)2.3.3 D/A转换模块 (9)2.3.4 采样模块 (10)2.3.5 键盘模块 (11)2.3.6 电源电路模块 (11)2.4 软件设计方案 (12)第3章硬件系统设计 (13)3.1 单片机最小系统设计 (13)3.2 显示电路设计 (13)3.3 键盘电路设计 (14)3.4 D/A转换电路设计 (16)3.5 采样电路设计 (17)3.5.1 电流采样电路 (18)3.5.2 电压采样电路 (18)3.6 电源电路设计 (20)第4章软件系统设计 (23)4.1 PID调节原理 (23)4.1.1 PID参数设置 (24)4.1.2 PID设定值的调整 (24)4.2 软件介绍 (26)4.3 主程序流程图 (26)4.4 电压电流采样流程图 (27)4.5 显示子程序流程图 (28)4.6 D/A转换程序流程图 (29)4.7 按键子程序流程图 (30)第5章系统调试 (32)5.1 硬件调试 (32)5.2 软件调试 (33)5.3 软硬件综合调试 (33)第6章总结 (35)参考文献 (36)致谢 (37)附录I (38)附录II (39)附录III (46)第1章绪论1.1 课题背景与意义在人们生活的多个领域都要用到负载测试，如充电电源试验、蓄电池放电试验以及购买电池、电源时等都需要负载测试。

直流电子负载的应用及其校准方法的探讨一、引言电子负载是一种起程控电能吸收装置作用的仪器。

其主要应用是对直流电源进行测试。

不过，它也可用于其它场合，如制造或研发期间的电池测试、固态半导体大功率元件测试、直流电动机测试、直流发电机测试和固态电动机控制的测试。

通常，电子负载具有允许输出电压和输出电流迅速改变的高输出阻抗。

由于电子负载要吸收能量，故常常称之为“电流吸收器”。

典型情况下，电子负载的额定值从几十W到几kW，电流额定值从几A到几百A，电压额定值从几V到1kV左右。

电子负载有固定电流（CC），固定电压（CV），固定电阻（CR）模式，可分别用于不同的电源参数的测量。

电子负载在作为一个可变或恒定电阻时，还可以作为直流电压、直流电流的测量，而且有保护功能。

这既利于提高测量速度也方便测量。

因此，电子负载的正确使用和测试是很重要的。

二、直流电子负载的特点1.直流电子负载能在设定的模式下显示电压、电流，可以代替直流数字电压表；可以测量直流恒流源的输出电流，特别是10A～100A以上的大电流。

2.直流电子负载在设定为固定电流模式下允许同极性的模块并联使用，此时负载电流为所有电子负载的电流之和，负载功率也为所有负载功率之总和。

但切记不可以串联使用。

3.当测量电源的CV态的负载调整率、输出电压调整或动态模拟负载时，使用固定电流模式比较合适；4.当测量电源的CC态的负载调整率、输出电流调整或动态模拟负载时，使用固定电压模式比较合适；5.使用面板操作时能控制负载电流上升或下降的变化率，可以将感性引线的压降现象降低到最低程度，或测试待测电源供应器的输出暂态反应特性。

6.用直流电子负载测量电源时，要保证两者正负对应连接，反接会损坏负载的模块。

7.电子负载基本上都有远端电压的测量功能，即配有电压敏感设置和端口测量，以减小在电流时测量引线引起的分压，避免测量误差。

三、主要应用1.把电子负载设定在CC模式，负载关闭，此时用电子负载以电压表形式测量直流稳压电源CV态的开路输出电压；2. 把电子负载设定在CC 模式，打开负载及其短路设置，此时用电子负载以电流表形式测量直流稳压电源CC 态的输出电流；3. 直流电源的稳压即CV 态的负载调整率的测量：例如有一台电源，规格30V/30A ，（把电压调节到最小，电流调节到适当值），则设置负载在CC 状态，打开负载（LOAD ON ），设置负载的CC 值为30A ，调节电源的电压值，此时负载值随着外加电压的改变而变化，直到调节电压为30V 时，电子负载测量出电源带载的实际输出电压Um 和回路电流。

直流电子负载设计报告（侯进高业林伍贯礼）指导老师周晓波王森摘要：本文论述了直流电子负载的设计思路和过程。

本电子负载采用A T89S51 单片机作为系统的控制芯片，可实现以下功能：电子负载有恒流和恒压两种模式，可手动切换。

恒流方式时不论输入电压如何变化（在一定范围内），流过该电子负载的电流恒定，且电流值可设定。

工作于恒压模式时，电子负载端电压保持恒定，且可设定，流入电子负载的电流随被测直流电源的电压变化而变化。

AD模块接受电路电压和电流模拟信号，转化为数字信号，经液晶模块同步显示电压和电流。

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；能够检测被测电源的电流值、电压值；各个参数都能直观的在数码管上显示。

关键词：电子负载；单片机（MCU）；模数（A/D）.PWM.一，引言在电路中，负载是指用来吸收电源供应器输出的电能量的装置，它将电源供应器输出的电能量吸收并转化为其他形式的能量储存或消耗掉。

如电炉子将电能转化为热能；电灯将电能转化为光能；蓄电池将电能转化为化学能；电机将电能转化为动能。

这些都是负载的真实表现形式。

负载的种类繁多，但根据其在电路中表现的特性可分为阻性负载、容性负载、感性负载和混合性负载。

在实验室，我们通常采用电阻、电容、电感等或它们的串并联组合，作为负载模拟真实的负载情况。

进行电源设备的性能实验。

电子负载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（Power MOS）、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。

这是电阻等负载形式所无法实现的。

二，总体方案论证与设计电子负载用于测试直流稳压电源、蓄电池等电源的性能。

程控直流电子负载的研究与设计摘要：文章为解决在交直流电源的测试中，需要不断的改变负载，传统的滑动电阻器使用不方便且效率较低。

利用MSP430F449单片机为控制核心，功率三极管为电子负载控制对象，通过对DA、AD硬件控制与PID软件结合，实现程控直流电子负载和恒流源，提高交直流电源参数测试的效率。

关键词：交直流电源；PID；程控直流电子负载；恒流源直流电子负载是一种能以手控或程控方式吸收电能的仪器，起到可变电流吸收器、可变电源电阻器或分路电压调节器的作用，当它吸收可变电流时，将维持某一固定电压。

系统主要工作于恒压、恒流和恒阻三种工作模式，可用于交直流电源的测试。

1 总体设计方案整个系统由单片机控制模块、电子负载模块、功率驱动模块、采样模块、显示模块和电源模块构成。

单片机采用MSP430，较之51系列具有I/O口多、内部集成AD模块、低功耗等优点。

基本的工作原理是：通过键盘设置功率驱动模块使得电子负载工作在恒流状态下，通过一个0.05 Ω的电阻与3DD15D串联来对电流进行采样。

将流过电阻的端电压经过INA282组成的电流采样模块后送到MSP430单片机。

采用0.05 Ω的小电阻与3DD15D串联使得电阻的分压减小，从而将系统的误差降到最小。

基于单片机的恒流工作模式的直流电子负载原理框图如图1所示。

此方案采用单片机编程控制整个系统，电子负载模块采用晶体三极管3DD15D与取样电阻组成。

由OPA2227组成的功率驱动模块通过单片机的控制使得3DD15D工作在一个设定的恒流条件下。

通过一个0.05 Ω的电阻与3DD15D 串联。

将电阻两端的电压经过INA282放大后通过单片机采集，由单片机计算出流过电子负载的电流并经LCD1602显示。

将功率器件的端电压经过由OPA2340与OPA2227组成的电压衰减模块后送入单片机进行采集，由单片机计算出功率器件的端电压并送入LCD1602显示。

2 单元电路设计单元电路设计主要包括以下几个部分。

程控直流电子负载设计程控直流电子负载是一种专业的测试设备，用于测试电源、电池、电子产品等的性能和稳定性。

程控直流电子负载的设计需要考虑多方面因素，包括额定功率、负载电阻、响应时间、稳定性等等。

下面将对程控直流电子负载的设计进行详细介绍。

一、额定功率程控直流电子负载的额定功率是其最重要的指标之一，它决定了其能够承受的最大电功率。

额定功率的选择需要根据使用环境和测试需求来确定。

通常情况下，程控直流电子负载的额定功率应该比测试电源的额定功率高出一些，以保证其在测试过程中不会因功率过载而导致故障。

二、负载电阻程控直流电子负载的负载电阻需要根据测试电源的输出电压和电流来选择。

负载电阻的选择应该保证程控直流电子负载的输入端和输出端之间的电压降不超过规定范围，在电压和电流范围内保持稳定。

一般来说，负载电阻应该具备线性可变的特性，以适应不同的测试需求。

三、响应时间程控直流电子负载的响应时间是指其从接收到控制信号到实际转换为负载电流所需的时间。

响应时间越短，程控直流电子负载的稳定性越高，测试结果也越准确。

因此，响应时间是一个重要的设计指标之一。

一般来说，程控直流电子负载的响应时间应该控制在几毫秒以内，以保证测试结果的准确性和稳定性。

四、稳定性程控直流电子负载的稳定性是指其输出电流和电压的精度和稳定度。

稳定性是直接影响测试结果准确性的因素之一。

为了提高程控直流电子负载的稳定性，需要采用高质量的元器件和控制电路。

同时，还需要对电源电压波动、温度变化等因素进行优化和控制，以保证稳定性和精度。

五、安全性程控直流电子负载的安全性是设计的基本要求之一。

安全性包括电路安全设计、防护措施、安装位置等多个方面。

在设计过程中，需要考虑到使用环境的安全性，根据不同的使用环境和需求，采取相应的保护措施，保证用户操作和使用的安全性。

六、易用性程控直流电子负载的易用性也是设计的重要考虑因素之一。

易用性不仅包括人机界面的设计，还包括操作方法、故障诊断等方面。

直流电子负载器的基本原理直流电子负载器（DC Electronic Load）是一种能够模拟真实负载电流特性并对电子设备进行负载测试的仪器。

其主要原理是通过模拟负载电流和电压来对被测试设备进行负载测试，并能够实时测量参数和反馈给被测试设备。

1.恒流源：直流电子负载器的主要功能之一是模拟不同负载条件下的恒流特性。

恒流源通常由高精度的运放和电阻组成。

在测试中，恒流源通过调节电阻值以控制负载电流的大小。

具体来说，运放根据输入的电压信号调整输出电流，而反馈电路则测量输出电流并将其与设定的目标电流进行比较，从而实现闭环控制。

通过这种方式，负载器可以在不同负载电流下模拟真实工作条件。

2.电压源：直流电子负载器的另一个重要功能是模拟负载电压。

电压源通常由运放和电阻组成。

当被测试的设备需要反馈电压信号时，电压源会提供一个与设备需求相匹配的电压值。

恒流源和电压源可以独立或同时操作，以模拟不同的工作条件。

3.测量电路：直流电子负载器配备了高精度的测量电路，用于测量被测试设备的电流、电压、功率等参数。

一般来说，测量电路包括模拟前端和数字信号处理部分。

模拟前端负责将被测试设备的电流和电压信号转换为数字信号，并进行放大和滤波。

数字信号处理部分负责采集和处理模拟前端输出的数字信号，通过数学算法计算电流、电压、功率等参数，并将其显示在负载器的屏幕上。

4.控制电路：直流电子负载器还配备了一套控制电路，用于设定负载条件、实时监测和调整负载参数。

这个控制电路通常由微处理器、控制芯片和外部接口等组成。

通过控制电路，用户可以设定负载器的工作模式、目标电流和目标电压，并可以实时监测被测试设备的电流、电压和功率。

负载器还可以根据设定的负载条件和安全措施进行自动保护，以避免设备被过载或过热。

综上所述，直流电子负载器模拟恒流源和电压源的特性，通过测量和控制电路来实现对被测试设备的负载测试。

其主要原理是通过恒流源和电压源模拟真实负载条件，并通过测量电路测量被测试设备的电流、电压和功率等参数。

基于MSP430单片机控制直流电子负载电路设计MSP430是一种经济实用的单片机，可用于控制各种电路和设备。

在本文中，我们将介绍如何使用MSP430来设计和控制直流电子负载电路，以实现器件/电路的电流加载和调整。

1. 设计要求首先，我们需要确定设计要求。

在这种情况下，我们需要设计一个可以接受不同负载并能够调整电流的负载电路。

电流调整范围需要在1A-5A之间。

2. 电路设计基于上述要求，我们可以根据以下电路设计实现：（1）预调芯片(LM358)非反馈电路(A2-A3)用于获取电路的电流信号，并将其与输入电压进行比较，输出的电流向上和向下调节。

（2）MSP430单片机与直流电子负载电路的控制电路相连。

（3）电阻调节装置可用于改变电路的电阻。

（4）负载电路和电源电路应使用稳压器和过压/过流保护器等。

3. 直流电子负载电路的编程我们需要将直流电子负载电路编程，以实现对电路的调节。

MSP430单片机可实现数字输入输出、定时器、比较器、计数器等功能。

这些功能在电路调节的过程中非常有用。

在编程过程中，我们将使用MSP430的定时器/计数器模块来创建一个滞后的PID算法。

这个算法将响应电路中的误差，并动态调整电流以达到我们所需的电路故障标准。

此外，我们还将使用比较器模块来比较预设的电流值和实际电流值。

此外，我们还需要使用数字输入/输出模块来从电阻调节装置获取值。

这将允许我们根据需要动态调整电路的电阻，从而实现对电路的更精细调节。

4. 结论通过使用MSP430单片机与直流电子负载电路相连，我们可以创建一个高度精细的直流电子负载电路。

这个电路可以接受不同的负载并调节电流以达到我们所需的电路故障标准。

要实现这个电路，我们需要了解MSP430单片机的基本功能并将其应用于我们的设计中。

直流数控电流源的设计与实现直流数控电流源的设计与实现类别：单片机/DSP流电流源作为稳定电源的分支，在工程技术和测量领域中有着重要的实用价值，其涉及的应用由稳定电磁场、校正电流表等扩展至激光、超导、现代通信和传感技术等领域。

基于模拟电路的电流源虽然可以实现高精度、宽电流范围输出，但其结构复杂, 调整困难，指示不直观。

随着单片机技术的发展，数字控制电流源开始出现，其以控制灵活、调节方便等特点展示了良好的应用前景。

一般的恒流电流源往往是电流值固定，或是有限数值档的电流值输出，不便于通用。

数字控制的电流源则通过单片机作为核心控制器，通过键盘设置所需的电流值，电流值取值范围大，使用方便灵活。

本文将介绍数字电流源设计方案，实现基于单片机控制的程控电流源硬件及软件设计。

数控电流源硬件设计数字控制电流源可以有多种方案，如基于PWM技术的开关电源、基于模拟器件的模拟反馈压控，以及基于微控制器的数字反馈数控方案。

本设计采用基于微处理控制器的数字控制方案，硬件系统框图如图1所示。

利用单片机AT89C51将输入的控制信号进行处理输出数字量，再把输出的数字量转换成模拟电压量，最后把转换后的模拟电压量进行电压/电流的转换供给负载。

图1 硬件电路框图 1 单片机控制与显示电路直流数控电流源原理图如图2所示。

控制电路由AT89C51、晶振、按键等构成，包括单片机时钟电路、复位电路以及按键输入电路。

该电路的工作原理为：AT89C51单片机通电后复位，P0和P1口均输出高电平。

当按键输入电路给电路输入控制信号后，通过程序控制经过内部处理，在P0及P1口输出处理后的信号。

P0的信号送至DAC0832的数字输入端进行数模转换，P1的输出信号送至显示电路进行显示。

键盘作为输入控制的信号，如图2所示，总共有8个按键，具体功能为：++键用于实现步进加，--键用作实现步进减，S1～S4用于实现从最低位至最高位设置时的位选，位选后，由+、-键调节各位的数值。

基于STM32的程控直流电子负载设计莫熙;周伟;窦晓波;黄冬冬;曹翔;孙旻;赵波【期刊名称】《电测与仪表》【年(卷),期】2014(051)018【摘要】从程控直流电子负载的整体设计方案入手,采用STM32F103VCT6作为中央控制器,运用多通道AD技术对多路并联的MOSFET上的电压及各支路电流进行实时监测,控制工作在线性状态的MOSFET上的电流,以实现电子负载的恒流、恒压、恒功率和恒电阻4个功能.详细研究了MOSFET寄生电容引起的自激振荡及消除方法以及PI调节器、滤波器的设计,提出了一种提高多路MOSFET并联的电子负载的稳定性的方法.针对所提出的电子负载设计方案制作了实验样机,并对其进行了测试、分析和再优化.仿真和实验结果证明,所设计的电子负载具有较高的稳定性,有效抑制自激振荡,最大耐流30A,耐压90V,最大功率150W.【总页数】7页(P85-91)【作者】莫熙;周伟;窦晓波;黄冬冬;曹翔;孙旻;赵波【作者单位】东南大学电气工程学院,南京210096;同济大学电子与信息工程学院,上海201804;东南大学电气工程学院,南京210096;东南大学电气工程学院,南京210096;东南大学电气工程学院,南京210096;江西省电力科学研究院,南昌330096;浙江省电力试验研究院,杭州201804【正文语种】中文【中图分类】TM930.2【相关文献】1.程控直流电子负载的研究与设计 [J], 许琴;2.基于STM32直流电子负载的设计与实现 [J], 蒋益飞;周杏鹏3.基于STM32的程控直流电子负载 [J], 刘俊杰;4.基于STM32F103的直流电子负载的设计 [J], 欧少敏;梁文斌5.基于STM32的直流稳压电源可编程控制器设计 [J], 张家田;王典;严正国;汤英;王正辉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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基于单片机的数控直流恒流源的设计摘要恒流源,是一种能够向负载提供恒定电流的电源。

恒流源的应用范围非常广泛,并且在许多情况下是必不可少的。

它既可以为各种放大电路提供偏流以稳定其静态工作点,又可以作为其有源负载,以提高放大倍数。

并且在差动放大电路、脉冲产生电路中得到了广泛应用。

本系统以恒流源为核心，AT89S52单片机为主控制器，通过键盘来设置恒流源的输出电流，并由液晶显示LCD( ZLG7289)显示出实际输出电流值和电流设定值。

本系统由单片机控制输出数字信号，经过D/A转换器（MAX532）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电流。

在通过键盘设定好需要输出电流值后，单片机对设定值按照一定的算法进行处理。

经D/A输出电压控制恒流源电路输出相应的电流值。

单片机系统还兼顾对恒流源进行实时监控，输出电流经过电流/电压转变后，通过A/D转换芯片AD7715，实时把模拟量转化为数据量，再经单片机分析处理，通过数据形式的反馈环节，使电流更加稳定，这样构成稳定的压控电流源,在软件设计上采用增量式PID控制算法，即数字控制器的输出只是控制量的增量。

实际测试结果表明，本系统与传统稳压电流源相比，具有操作方便、输出电流稳定度高的特点。

该系统已基本达到预期的设计目标，具有功能强、性能可靠、体积小、电路简单的特点，可以应用于需要高稳定度的小功率恒流源的领域。

关键词：恒流源；单片机；PID控制算法The Design of DC Constant-Current Source NumericalControl Based on SCMABSTRACTThe constant current, is one kind can provide the constant current to the load the power source. Therefore the constant current application scope is widespread, and in many situations is essential. It both may provide the bias for each kind of amplifying circuit by to stabilize its static operating point, and may take its active load, enhances the enlargement factor. And in the differential motion amplifying circuit, the pulse produced in the electric circuit to obtain the widespread application.In this system the constant current source is center and AT89S52 version single chip microcomputer (SCM) is main controller, output current of DC power can be set by a keyboard .while the real output current and the set value can be displayed by LCD( ZLG7289). In the system, the digitally programmable signal from SCM is converted to analog value by DAC (MAX532), then the analog value which is isolated and amplified by operational amplifiers, , is sent to the base electrode of power transistor, so an adjustable output current can be available with the base electrode voltage of power transistor. Using the keyboard to set the needed output current value, The SCM based on some specific algorithm to deal the certain settings for processing. Corresponding voltage output by the DAC output voltage-controlled current source circuit. On the other hand, The constant current source can be monitored by the SCM system real-timely, its work process is that output current is converted voltage, then its analog value is converted to digital value by ADC (AD7715) finally the digital value as a feedback loop is processed by SCM so that output current is more stable, so a stable voltage-controlled constant current power is designed. This paper adopt incremental PID control algorithm in software design，namely the output of digital controller is just the increment of controlled variable. The test results have showed that this system, compared with the traditional regulated current source, has easy to operate and features high output current stability.This system armed comprehensive functionalities in the following aspects power suit, high credibility, simple circuit design. It can be used flexibly in the domain which in a demand of high-stable constant-current source with small power.Keywords:Constant-current source；SCM ；PID control arithmetic目录引言 (1)第1章绪论 (2)1.1本系统设计的内容和意义 (2)1.2设计研究现状和发展趋势 (2)1.2.1 研究现状 (2)1.2.2 发展趋势 (2)1.3本系统功能介绍 (3)第2章系统的总体设计 (4)2.1 方案比较 (4)2.2系统方案研究 (5)2.2.2 恒流源模块的设计 (5)2.2.2 单片机的主控制系统的设计 (5)2.3 系统总体设计与介绍 (5)2.3.1 单片机 (6)2.3.2 恒流源 (6)2.3.3 键盘 (6)2.3.4 显示 (6)2.3.5 A/D模数转换 (6)2.3.6 D/A数模转化 (7)第3章系统的硬件设计 (8)3.1 单片机功能介绍 (8)3.1.1 复位及时钟电路 (8)3.2恒流源模块的选择与设计 (9)3.2.1 恒流源介绍 (9)3.2.2 恒流源的选择 (11)3.3 键盘设计 (12)3.4显示器设计 (13)3.5 A/D模数转化的设计 (13)3.5.1 AD7715简介 (13)3.5.2 硬件电路设计 (17)3.6.D/A 模块设计 (17)3.6.1 MAX532简介 (17)3.6.2 硬件电路设计 (19)第4章系统的软件设计 (20)4.1 控制算法 (20)4.2 软件流程图 (21)4.2.1 主程序流程图 (21)4.2.2 显示中断子程序 (22)结论与展望 (24)致谢 ...................................................................................................... 错误！未定义书签。