直流“电子负载”设计

简易直流电子负载

摘 要：该设计以msp430 launchpad构成的最小系统为核心，由恒流电子负载模块、电压电流检测模块、人机交互等模块完成了简易直流电子负载系统。采用高精度电流监控器ina282和16位高精度模数转换芯片ads1115构成电子负载电流、电压实时检测，并将检测到的电流信号与给定值比较调节恒流电子负载模块的pwm信号的占空比以实现恒流，并且将电压、电流检测数据进行处理得到被测稳压源的负载调整率。测试结果表明该系统结构简单、高效、稳定。

关键词：开关电阻 可调恒流负载 数字控制

中图分类号：tp368.1 文献标识码：a 文章编号：1007-3973（2013）008-115-03

1 系统方案

1.1 具体指标如表1

1.2 恒流电子负载电路方案

方案一：boost拓扑构成的恒流电子负载。如图1所示，在特定的输入电压下，通过调节boost电路的pwm信号占空比可以使得输入电流发生改变，通过闭环控制可以达到恒定boost电路输入电流的目的。这样，boost 电路充当了一个恒流负载。该方案的优点是恒流负载的输入电流波形较好，对被测稳压源的影响较小；要求的输入电压可以做到很低，从而适应被测电源电压的范围很宽。但缺点是开关管的电压电流应力较大，控制上不易稳定。 方案二：基于开关电阻的恒流电子负载。如图2所示，开关s和电阻r构成开关电阻，特定直流电压vi加在开关管电阻上，调节pwm信号占空比可以调节电路的输入电流，通过闭环控制，可以实现输入电流的恒定，输入电流波形如图3。该方案具有电路结构简单、控制方便、成本低廉、工作可靠等优点。可以直接发出pwm低电平封锁开关管实现0输入电流的目的。缺点是输入电压必须不低于某一特定的值才能正常运行和保证控制精度。由于有先进的单片机、ad芯片、电流检测芯片等，通过电路参数的合理设计，可以将这些问题的影响降到最低。

综上，我们选方案二。

1.3控制方案

对于开关电阻的控制可以采用模拟电路进行调制和控制，具有模拟控制的快速性、连续性等优点，但模拟电路的功能较单一，不便于实现课题要求的多功能化。所以，为实现不同的恒流目标值的设定、稳压源的负载调整率的自动测试、系统保护等功能，控制上采用单片机为核心的数字控制如图4所示。通过检测恒流电子负载输入电流ii，并将其与给定值进行比较，经数字pi调节后输出相应占空比的pwm信号驱动开关管，从而实现闭环控制达到题目的要求。

第４５卷第７期　２０１１年７月　电力电子技术　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｖｏ１．４５．Ｎｏ．７　ＪｕＩｖ　２０１１　

电能回馈直流电子负载的设计与实现　

陈　强，鞠文耀，贾中璐　（南京电子技术研究所，江苏南京２１００３９）　

摘要：介绍了电能回馈直流电子负载的原理，给出其拓扑结构。该结构由Ｂｏｏｓｔ变换电路、高频隔离电路及逆变　并网电路组成。Ｂｏｏｓｔ变换电路利用电流型控制芯片ＵＣ３８４３实现控制，采用电压外环、电流内环的双闭环控制　策略制；高频隔离电路的控制单元为ＳＧ３５２５；逆变并网电路采用电流型控制，逆变输出电流跟踪电网相位以保　证较高的功率因数，采用ＬＣＬ滤波器有效滤除谐波，保证较高的电能质量。在理论分析的基础上，研制出一台　１　ｋＶＡ样机，并进行了实验验证，对采用ＬＣ滤波器和ＬＣＬ滤波器的实验波形进行了比较。　关键词：电子负载；升压变换电路；高频隔离电路；逆变并网电路　中图分类号：ＴＭ７１４　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—１００Ｘ（２０１１）０７—０１０８—０３　

Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｆｅｅｄｂａｃｋ　Ｔｙｐｅ　ＤＣ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｌｏａｄ　

ＣＨＥＮ　Ｑｉａｎｇ，ＪＵ　Ｗｅｎ－ｙａｏ，ＪＩＡ　Ｚｈｏｎｇ—ｌｕ　

（Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００３９，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ￣ｅｄｂａｃｋ　ｔｙｐｅ　ＤＣ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｌｏａｄ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｓ　ｓｉｒｅｎ　ｗｈｉｃｈ　ｉｎｃｌｕｄｅｓ　Ｂｏｏｓｔ　ｃｏＨｖｅ￣ｅｒ　ｃｉｒｃｕｉｔ，ｈｉ　ｇｈ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｅ　ｉｓｏｌａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｎｄ　ｉｎｖｅｒｓｅ　ｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ．Ｔｈｅ　Ｂｏｏｓｔ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｉｓ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｂｙ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｍｏｄｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｈｉｐ　ＵＣ３８４３　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｏｆ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｄｏｕｂｌｅ　ｃｌｏｓｅｄ—　ｌｏｏｐ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｅｌｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ一￣ｅｑｕｅｎｃｙ　ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｉｓ　ＳＧ３５２５．Ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｍｏｄｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｓ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎ—　ｖｅｒｓｅ　ｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ＬＣＬ　ｆｉｌｔｅｒ　ｉｓ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｗａｖｅ．Ａ　１　ｋＶＡ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｉｓ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ．ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｉｓ　ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ＬＣ　ｆｉｌｔｅｒ　ａｎｄ　ＬＣＬ　ｆｉｌｔｅｒ　ａｌ＇ｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ．　

简易直流电子负载的设计

直流电子负载是用来模拟电子设备在不同负载下的工作状态，进行性能评估、设计验证和电源测试等应用。本篇文章将介绍如何设计一款简易直流电子负载。

1. 功能需求

根据负载的应用场景和测试要求，确定需要支持哪些电压和电流范围，以及是否需要具备恒压模式或恒流模式切换等功能。

2. 电路部分

直流电子负载的核心电路包括电源电路和负载电路。电源电路提供给负载电路所需的电压和电流，负载电路则通过调整电阻来模拟负载。

(1) 电源电路

电源电路应有较好的稳压和保护功能，以提供可靠的工作环境。在设计时可以考虑采用集成电路LM317的恒压电源，它拥有很好的输出稳定性，能够稳定地提供实验所需的直流电源。具体参考图一

图一 LM317电源电路

(2) 负载电路

负载电路是根据不同的测试要求设计的。通常，它由电阻和开关组成。通过控制开关状态，可以改变电流流过的电阻值，从而模拟不同的负载情况。具体参考图二

图二 负载电路

在此电路中，当开关S1和S2同时闭合，负载电路中的电阻为R1+R2，此时电流为I=V/R，R为R1+R2。当仅闭合S2，电路中的电阻为R1，此时电流为I=V/R1。

3. 控制部分

控制部分负责检测电路输入参数，控制负载电路中的开关状态，以实现恒压或恒流模式。通过引脚连接信号发生器和AD转换器，可以实现对测试信号的自动控制和测量。

4. PCB设计

根据电路设计要求，制作 PCB 设计图并下单生产。需要注意的是，在 PCB的布局设计时，不同信号的逻辑分开布局，尽量避免出现复杂的交叉干扰。

5. 其他

需要注意的是，电路部分虽然简单，但是在设计和实现的过程中，需要充分考虑设备的安全性和可靠性，尽量避免出现安全事故。

总之，设计简易直流电子负载需要考虑功能需求、电路部分、控制部分、PCB设计等各个环节。只有当以上各个方面都考虑周全，才能制作出高质量的直流电子负载，以满足各种测试需求。

1

2020年4月19日

F直流电子负载设计方案

文档仅供参考

2

2020年4月19日 直流电子负载的设计方案

【本科组】

设计输入：

适当调整并明确设计输入要求。

一、任务

电子负载用于测试直流稳压电源、蓄电池等电源的性能。设计并制作一台电子负载，有恒流和恒压两种方式，可手动切换。恒流方式时要求不论输入电压如何变化（在一定的范围内），流过该电子负载的电流恒定，且电流值可设定。工作于恒压方式时，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。

示意图

二、要求 文档仅供参考

3

2020年4月19日 （1）负载工作模式：恒压（CV）、恒流（CC）、恒阻（CR）三种模式可选择

（2）电压设置及调节范围：0.50V-30.00V，相对误差小于5%，调节时间小于3S。

（3）电流设置及调节范围：0.010A-2.000A，相对误差小于5%，调节时间小于3S。

（4）具有自动过载保护报警设计。过载值可设。

（5）负载参数可调节设置，数字设定。

（6）电压电流同时显示。

（7）电阻设置及调节范围：1- Ω，相对误差小于5%，调节时间小于3S。

（8）在原设计要求的范围内，相对误差应小于5%，调节稳定时间小于2S。 文档仅供参考

4

2020年4月19日 设计方案：

1. 核心控制部分：

采用MEGA88单片机完成电流采样、电压采样、恒流恒压恒阻的控制，以及逻辑控制、人机界面等工作，MEGA88工作于8MHz。

MEGA88经过10位ADC采集负载电流，负载电压信号，经过按键实现启停控制，CV/CC/CR设定,恒压设定值、恒流设定值、恒阻电阻值、过流保护值的设定。

单片机经过PWM口输出PWM平滑滤波、放大后控制功率MOS控制输出电压或电流。

恒压控制：单片机采集负载电压UL与设定电压US进行PI调节，调节器输出经过单片机的PWM输出控制MOS管的放大状态，达到恒压控制的目的。