直流电子负载论文
直流电子负载在直流稳压电源校准中的应用 精品
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。
直流电子负载基本工作模式的实现策略研究
直流电子负载基本工作模式的实现策略研究院（系）：电气工程系专业：电气工程及其自动化学号：1080610505 指导教师：王明彦2012年7月毕业设计（论文）题目直流电子负载基本工作模式的实现策略研究专业电气工程及其自动化学号1080610505学生吴海涛指导教师王明彦答辩日期2012年7月哈尔滨工业大学毕业设计（论文）评语姓名：学号：专业：毕业设计（论文）题目：工作起止日期：______ 年____ 月____ 日起______ 年____ 月____ 日止指导教师对毕业设计（论文）进行情况，完成质量及评分意见：______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ _____________________________ ____________指导教师签字：指导教师职称：评阅人评阅意见：______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ _____________________________________________________ _______ ______________________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ __________________________________ __ 评阅教师签字：_________ ______ 评阅教师职称：_________ _____答辩委员会评语：______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________ __________根据毕业设计（论文）的材料和学生的答辩情况，答辩委员会作出如下评定：学生毕业设计（论文）答辩成绩评定为：对毕业设计（论文）的特殊评语：______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ____________________________ ________答辩委员会主任（签字）：职称：______ __________答辩委员会副主任（签字）：答辩委员会委员（签字）：___________ ___________ ___________ __________ __________ ___________ ___________ ___________ __________ __________ ___________ ___________ ___________ __________ __________年月日哈尔滨工业大学毕业设计（论文）任务书摘要随着电力电子技术的发展，一种新兴的电子仪器和测试设备——电子负载应运而生。
基于单片机的直流电子负载设计
人们 生活的各个领域都有可能会应用到负载测试 ，例如 ，充 电 的因数等相 关因素 ，之前的 电子的电阻负载难 以模拟 比较复杂 的单 电源与蓄 电池放 电测试 ，购买 电池时也要进行 负载测试 。直流 电子 片机 电子 负载 的设计形式 。
负载使用 的时 间比较长 ，应用范围较为广泛。一般实验室利用 电力 ３单 片 机 电子 负载 软件 设 计
Ｃ８０５１Ｆ０２Ｏ控制核心一些简单的直流 电子负载 ，系统使用恒流 的工 作模式 ，精确度非常高 ，完全达到单片机直流 电子负载设计的 目的。
图１即为单片机 电子负载软件设计流程图。观察下 图可知，单片 机 电子负载的系统首先做Ｄ／Ａ、Ａ／１）、液晶的显示 、控制的电子变量 慢慢初始化 ，然后在调整键盘对相应的程序进行扫描 ，在未按下按
键时，直接默认 时可将预先设置好的资料数据直接输入 、按键查询 、预置数 据 的显示等相关功能 ，按键一次 以后 ，单片机就可以之间转变为所
２ 电子 负载 总体 设 计 与原 理
执行 的电子负载系统 的调节 、Ａ／Ｄ收集 、ＰＷＭ的参 数调 整 、资料数
数 控技 术
Ｉ ’数 １与字应技用术
基于单片机的直流电子负载设计
李 山 华 志 伟 （鹤 壁 市机 电信 息 工程 学校 河 南鹤 壁 ４５８０３１）
摘要：单 片机 最大的有事 就是 电子处理速度 非常快 、消耗 能量低 、抵 抗干扰能 量非常 强，可 以把 它使 用在现 价段 单片机 的 直流 电子 负载 设计过程
计［Ｊ］．电子 制作 。２０１４，１ ２（２４）：１ ０． ［３］张林仙。刘 刚，邓彬伟．基于 Ｂｏｏｓｔ升压 电路的直流电子负载 设计 ［Ｊ］．湖北 理 工 学 院 学 报。２０１３，２０（１）：１ ３．
北交大论文【电子模拟负载】
目录摘要〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃1 Abstract〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃2 第一章概述〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃3 第二章系统分析〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃6 §2.1 负载模拟原理〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃62.1.1 试验系统原理〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃62.1.2 等值电路和数学模型〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃6 §2.2 工业控制机集中控制系统〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃8 §2.3 负载模块实现方案〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃9 §2.4 逆变部分分析〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃11 §2.5 逆变部分控制研究〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃14 第三章直直变换器〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃17 §3.1 全桥变换器工作原理〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃173.1.1 基本工作原理〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃173.1.2 电流模式控制原理〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃18 §3.2 主电路结构及参数选择〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃193.2.1 主电路原理图〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃203.2.2 开关器件的选择〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃203.2.3 高频变压器的设计〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃213.2.4 输出滤波电感的选择〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃223.2.5 输出整流电路设计〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃22 §3.3 控制部分实现〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃23 §3.4 并联实现方式〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃25 第四章逆变部分设计〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃26 §4.1 主电路结构及参数选择〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃264.1.1 主开关管的选择〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃264.1.2 交流侧滤波电感的选择〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃274.1.3 直流侧滤波电容的选择〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃27 §4.2 控制电路实现〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃284.2.1 TMS320F240简介〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃284.2.2 控制电路原理框图〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃29 §4.3 驱动及保护电路设计〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃304.3.1 驱动电路的设计〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃304.3.2 缓冲吸收电路的设计〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃314.3.3 保护电路的设计〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃32 §4.4 滞环电流控制的DSP实现〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃354.4.1 控制方法硬件实现〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃354.4.2 DSP软件流程图〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃364.4.3 控制延时分析〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃38 第五章负载模块系统实现〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃39 §5.1 系统控制原理〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃395.1.1 双闭环控制分析〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃395.1.2 高压直流电压计算〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃40 §5.2 软件控制流程〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃42 §5.3 电磁兼容设计〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃44 第六章实验波形及分析〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃46 §6.1 直直变换实验波形〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃46 §6.2 逆变部分实验波形〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃47 §6.3 负载模块特性波形〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃49 结论〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃53 致谢〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃54 参考文献〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃55摘要能馈式电子模拟功率负载是一种用于各种直流电源出厂试验的能够模拟实际电阻负载特性的新型电力电子装臵。
论文.可编程直流电子负载的设计与研究讲解
目录摘要 (I)关键字 (I)Abstract (I)Key words (I)1 前言 (1)2 设计任务与要求 (3)2.1 设计任务 (3)2.2 设计要求 (4)2.2.1 基本要求 (4)2.2.2 发挥部分 (4)3 设计方案的选择与论证 (5)3.1 电子负载的工作原理 (5)3.1.1 恒定电流模式 (5)3.1.2 恒定电阻模式 (5)3.1.3 恒定电压模式 (6)3.2 系统整体设计方案论证 (7)3.2.1 负载器件选择 (7)3.3 负载工作模式的论证与选择 (7)3.3.1 恒流方案 (7)3.3.2 恒阻方案 (8)3.3.3 恒压方案 (8)3.4 电压电流检测方案论证与选择 (9)3.5 保护电路方案的选择 (9)4 可编程直流电子负载硬件的分析与计算 (10)4.1 系统总体方框图 (10)4.2 负载电路的分析与计算 (11)4.3 工作模式的分析与计算 (12)4.4 驱动电路的解析 (13)4.5 保护电路的分析 (13)5 电子负载流程图设计 (15)5.1 键盘识别处理与显示流程图设计 (15)5.2 电子负载计算值系统流程图设计 (16)6 系统测试与调试分析 (17)7 结论 (21)参考文献........................................... 错误！未定义书签。
致谢............................................... 错误！未定义书签。
附录A 可编程直流电子负载的供电电源............... 错误！未定义书签。
附录B 设计实物图................................. 错误！未定义书签。
可编程直流电子负载的设计与实现摘要本设计采用8个100W的MOS增强型功率场效应管并联连接作为电子负载，采用STC12C5A60S2低功耗单片机作为控制核心，控制电子负载的工作模式和系统的参数，电流、电阻、电压的数值可以通过键盘对其进行任意设置，而且还能够实时显示到液晶显示屏上。
电子设计大赛直流负载论文
电子设计大赛直流负载论文2012年山东省电子设计竞赛直流电子负载的设计制作（F题）目录摘要 (4)一、方案论证与设计 (5)1.1 模块方案比较 (6)1.1.1 负载参数预置方案 (6)1.1.2 电路设计方案 (7)1.2 自动过流保护设计 (9)1.3 显示方案选择 (9)二、软件设计及流程 (10)2.1 主程序流程图：....... 错误！未定义书签。
2.2定时中断流程图 (11)三、测试结果及分析 (12)3.1 恒电压模式测试 (12)3.2 恒电流模式测试 (12)3.3 测试器件.................................................................................... (11)四、设计总结和心得 (13)附录一 (14)直流电子负载的设计制作摘要本设计是基于TI公司的MSP460程控的电子负载，具有恒流、恒压、恒阻三种工作模式，通过矩阵键盘预先设定电子负载的值，手动开关和单片机结合实现三种负载模式的转换。
恒流源工作模式时，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依据所设定的电流值而保持恒定，与测量端输入电压的大小无关。
恒压工作模式及恒阻工作模式的特性与恒流工作模式类似。
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液晶屏上显示。
关键词：电子负载；单片机（MCU）；电子负载；数/模转换；电压电流采样一、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。
我们设计的电子负载有恒流和和恒压以及恒阻以三种工作模式模式，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。
简易直流电子负载论文
2013全国大学生电子设计竞赛直流电子负载系统(高职高专组F)摘要本设计以STC89C52单片机为核心控制系统，采用了DA输出控制电路、AD 电压电流检测电路、显示电路、键盘电路。
通过运放、负反馈控制环路来控制MOSFET的栅极电压使其阻变化，从而实现恒流工作模式。
MOS管既作为电流的控制器件同时也作为被测电源的负载，控制部分采用STC89C52单片机来完成，设定值通过键盘输入送往单片机，再通过DA输出电路产生基准电压送往PI控制器与实际电压相比较，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，通过单片机来控制转化，然后用液晶显示显示出即时的电压电流。
关键词：电子负载；单片机；恒流模式；A/D转换；D/A转换Abstract: This design with the core of STC89C52 MCU , using Da output control circuit, ad voltage and current detection circuit, display, keyboard, ing negative feedback control loop amplifier, to control grid voltage of the MOS to its internal resistance change, resulting in constant current mode of operation.MOS both as a current control devices at the same time as the measured power load control part using stc89c52 single - chip puter to plete the set value input from the keyboard to the SCM, and then by DA output circuit voltage sent to the PI controller with the actual voltage pared.In A / D converter circuit for voltage and current analog signals into digital signals by single - chip Microputer to control the conversion, and then use the LCD display shows the instantaneous voltage and current.Key word :electronic load ; MCU; constant current mode ; Ad conversion ; DA conversion目录1.系统方案设计 (4)1.1系统总体方案设计论证 (5)1.2系统具体设计方案............................................................................................................................................................................................................................ .. (6)1.2.1控制单元模块论证与选择................................................................................................................................................... . (6)1.2.2显示模块论证与选择 (6)1.2.3键盘模块论证与选择 (6)1.2.4 D\A转换模块的论证与选择 (7)2.系统理论分析与计算 (7)2.1电子负载及恒流电路的分析 (7)2.2电压、电流的测量及精度分析 (8)2.3电源负载调整率的测试原理 (8)3.电路与程序设计 (8)3.1电电路设计 (8)3.1.1控制单元模块设计 (8)3.1.2恒流模块设计 (9)3.1.3 键盘模块设计 (10)3.1.4 A/D与D/A转换模块设计 (11)3.1.5 电源模块设计 (12)3.2程序设计 (13)4.系统测试 (13)4.1测试方案及测试条件 (13)4.1.1测试方案 (13)4.1.2测试条件 (14)4.2测试数据 (14)4.3测试结果分析 (15)5.结论 (15)参考文献 (16)1 系统方案设计电子负载系统由软、硬件共同组成。
直流“电子负载”设计
直流“电子负载”设计直流电子负载是一种能够模拟真实工作情况并对电流进行调节的设备。
它可以用于测试和验证直流电源、电池、太阳能电池和风能电池等直流电源的性能。
本文将介绍直流电子负载的设计原理、主要特点以及在各个领域的应用。
一、直流电子负载的设计原理直流电子负载的设计原理主要基于非线性电阻网络和控制电路。
通过控制电阻网络的状态，可以实现对电流的调节。
整个直流电子负载主要包括两个部分：控制电路部分和非线性电阻网络部分。
控制电路主要负责接收控制信号，并对非线性电阻网络进行控制。
控制信号可以来自于外部的操作控制台或者计算机控制界面。
在得到控制信号后，控制电路会根据信号的大小和方向调整非线性电阻网络的状态，从而实现对电流的调节。
非线性电阻网络由多个管脚连接起来，形成一个复杂的电阻网络。
通过调整各个管脚之间的电阻状态，可以实现不同的电流调节要求。
非线性电阻网络的设计需要考虑到电流的范围、精度和稳定性等因素，以确保直流电子负载的性能达到设计要求。
二、直流电子负载的主要特点1.高精度控制：直流电子负载能够对电流进行精确控制，可以满足各种电流调节要求，尤其适用于对电源和电池性能的测试和验证。
2.大电流容量：直流电子负载具有较大的电流容量，可以承受较高的电流负载，同时保持稳定的输出。
3.快速响应：直流电子负载能够迅速响应控制信号，并在极短的时间内实现电流的调节，以满足实时的工作需求。
4.多功能应用：直流电子负载可以根据需要进行不同的电流调节模式，如恒流、恒压、恒功率等模式，适用于不同的测试和验证场景。
5.保护功能：直流电子负载具有多种保护功能，如过流保护、过压保护、过功率保护等，可以有效保护被测试设备以及负载本身的安全性。
三、直流电子负载的应用领域1.电源测试：直流电子负载可以模拟负载情况，测试电源的性能指标，如输出电流、输出电压、稳定性等。
2.电池测试：直流电子负载可以模拟不同工作条件下对电池进行测试，如充放电测试、容量测试、循环寿命测试等。
程控直流电子负载的研究与设计
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。
简易直流电子负载的设计与实现
电子产品世界简易直流电子负载的设计与实现*Design and implementation of simple dc electronic load卢翠珍，陆大同 （百色学院，广西 百色 533000）摘 要：随着电力电子技术的飞速发展，传统负载测试电源性能的方法在高科技产品的生产中逐渐暴露出许多的不足之处。
为了解决采用传统负载测试方法存在功耗较大、效率与调节精度低、体积大等问题，设计并制作一款适合随频率、时间变化而发生改变的被测电源的简洁、实用、方便的直流电子负载。
系统主要由STC12C5A60S2单片机主控、增强型N沟道场效应管IRF3205功率管、矩阵按键、D/A和A/D电路等部分组成。
实现了在一定电压与电流范围内恒压恒流任意可调，并通过LCD12864液晶显示屏显示被测电源的电压值、电流值及相应的设定值，具有输入被测电源电压过压保护和自动测量直流稳压电源负载调整率的功能。
该电子负载可满足高等院校电工电子实验室或学生创新实验的需求，具有一定应用前景。
关键词：STC12C5A60S2单片机；恒流恒压；IRF3205；负载调整率*项目基金：2018—2020年广西本科高校特色专业及实验实训教学基地（中心）建设项目：百色学院“电子信息工程”特色专业（批准文号：桂教高教〔2018〕52号；编号：119）；2019年信息工程学院工程硕士专业学位授权点（电子信息）项目资助0 引言在智能化电子产品给人们的工作生活带来极大便利的当今社会，其内部电源性能的好坏和稳定性将对人们高品质生活产生直接的影响[1]。
对于低压直流电源的小型产品来讲，如何精确、快速测试其负载能力是电子行业钻研的问题[2]。
传统测试方式是采用大功率电阻、滑线变阻器等充当测试负载。
而传统负载体积大，在长期大电流测试情况下容易发热而造成老化或烧损，致使测试效率和精度降低，无法满足小型化电子产品对恒压、恒流负载的要求[3]。
基于上述传统测试方法存在的不足，同时为了适合随频率、时间变化而发生改变的被测电源，设计并制作一款简洁、实用、方便的直流电子负载。
能馈型直流电子负载的设计与研究
图2系统电路图 2被测直流电源控制策略 被测直流电源控制器使用TL494电压驱动型脉宽调制器。 该控制器基本包含开关电源所有控制功能，因其工作可靠性
围输出的直流电转化为可任意调节的交流电;变压器可实现不 同电压下的变压及电气隔离;能量回馈装置可实现将交流电转 换成可并入直流电源侧的直流电，并可调并入电流值，实现电 能的高效循环利用。
基金项目：省级大学生创新创业计划(201810623055)。
PWM波
图3 TL494驱动波形
-4 - 科学技术创新2019.11
降低用于控制器供电;使用Boost拓扑升压，选择合适的反馈电
在开关管导通的T。时间内，二极管所加反向电压即二极管 不导通，此时输入电源通过电感给电容以及负载提供能量，同
2019.11科学技术创新 - 3-
能馈型直流电子负载的设计与研究
余婷王澄睿蒙怡帆
(西华大学电气与电子信息学院，四川成都610039)
摘要：能量回馈型直流源电子负载是一种新型实验测试装置，该装置能将被测直流源输岀电能通过变换后回馈到被测直
流源输入端，实现能量的循环利用，相比传统电子负载具有高效节能的优点。本文设计了一种PWM控制方式下的直流源能量回
传统直流源出厂测试基本上都是使用电阻器、电阻箱等作 任意调节的交流电、采用环形变压器实现电气隔离；由于冋馈
为负载，在测试过程中不仅将电能完全消耗，同时还产生大量 侧为恒流源，回馈电压值容易被直流电源钳位，所以回馈电压 热量,恶化了周围的工作环境。随着当今社会高速发展,能源危 可以通过逆变电源输岀间接控制，在电气隔离的基础上实现任
际选择时开关管最大允许工作电压应留有一定余量，一般选择
原则为V^=(2-3)1.1x1.200,而开关管的最大允许工作电流一般 选择原则为Idm=(2~3)I,叫
电子负载设计论文概要
本科大学生电子设计竞赛论文题目：简易直流电子负载编号：0051摘要系统设计了一种以具有高精度的直流电子负载。
其主要由单片机控制模块、电子负载模块、频率切换模块、采样模块、显示模块和电源模块构成。
在这个电力电子技术、计算机技术和自动控制技术迅速发展的时代，电源检测技术产生了革命性的变化，人们对电子负载的需求越来越多，对其性能要求也越来越高。
而传统的电源检测技术面临着极大的挑战。
为准确检测电源的可靠性和带载能力，因此把电力电子技术和微机控制技术有机地结合起来，实现电源的可靠检测。
本系统主要以pic18f4520单片机为控制核心；设计恒流方式的电子负载，当电压变化时，流过该电子负载的电流基本恒定，且电流值可设定。
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液晶屏上显示。
关键词：电子负载；单片机（MCU）；数模（D/A）；模数（A/D）；PWM。
目录摘要 (II)1电子负载的原理及概述 (1)1.1电子负载的意义 (1)1.2电子负载的工作方式.................................. 错误！未定义书签。
1.3在本设计中要做的主要任务 (1)1.4总体方案设计 (2)2 系统硬件设计 (4)2.1电子负载设计模块方框图 (4)2.2 pic18f4520单片机的应用 (4)2.3数模与模数转换 (5)2.3.1 A/D转换 (6)2.3.2 D/A转换 (6)2.4 系统模块显示 (8)2.5电流采样 (8)2.5.1电流采样 (8)2.5.2 电压采样 (10)2.5.3 MOSFET场效应管的应用 (10)2.5.4 集成运放的应用 (11)2.6 过压、短路保护 (13)3 系统软件设计 (13)3.1 程序设计概述 (13)3.2 电子负载程序设计流程图 (13)结论 (18)参考文献 (19)附录1：电子负载程序设计 (21)附录2：原理图 (38)1 电子负载的原理概述及方案确定在电子技术应用领域,经常要对开关电源、线性电源、UPS 电源、变压器、整流器、电池、充电器等电子设备进行测试，如何对其输出特性进行可靠、全面且比较简单、快捷的测试，一直是仪表测试行业研究的问题。
电子负载机的设计论文
2.5.1SPI接口时序写数据/命令10
2.5.2Nokia5110的初始化10
2.5.3设置Nokia5110液晶的坐标10
2.5.4显示英文字符11
2.5.5显示汉字11
2.6MOSFET场效管的应用11
2.6.1MOS型场效应管的特点11
2.6.2MOS型场效应管的输出特性曲线11
v
图1-1电子负载的恒定电流工作方式
1.2
在定电压工作模式时，电子负载所流入的负载电流依据所设定的负载电压而定， 此时负载电流将会增加直到负载电压等于设定值为止，即负载电压保持设定值不变。
1.3
在定电阻工作模式时，电子负载所流入的负载电流依据所设定负载电阻和输入电 压的大小而定，此时负载电流与输入电压呈正比例， 比值即是所设定的负载电阻，即 负载电阻保持设定值不变。
第十二届“挑战杯”中国大学生
参
赛
作
品
作品名称：电子负载机的设计 参赛姓名：肖新清、侯飞、邓玉龙 参赛类别：科技发明制作B类
二0一一年四月
摘要2
引言2
1电子负载的原理概述3
1.1定电流模式（CC mode3
1.2定电压模式（CVmode）3
1.3定电阻模式（CRmode）4
1.4定功率模式（CPmode）4
转换结果。首先移出上一次转换结果数字量对应的最高位，下一个I/O CLOCK勺下
降沿驱动。DATA OUT俞出上一次转换结果数字量对应的次高位，第9个I/OCLOCK
的下降沿将按次序驱动DATAOUT俞出上一次转换结果数字量的最低位，第10个I/OCLOC的下降沿，DATA OU俞出一个低电平，以便串行接口传输超过10个时钟；I/O CLOCKS主机串行接口接收长度在10〜16个时钟的输入序列。
基于单片机的电子负载本科毕业论文(含原理图及程序)
本科毕业论文基于单片机的电子负载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恒定，实现恒流工作模式。
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调节器； AD转换； DA转换ABSTRACTThe principle of electronic load is control of transistors inside power MOSFET or the guide flux of power tube, it is a consumption power equipment which depends on the dissipation power of tube, there are four basic working ways that persistence pressure, constant current, the constant resistance, constant power .This design start with the analysis of DC electric load system solutions, it discussed the realization of the whole system hardware circuit and software in detail, and give a reasonable solution. In order to realize the control and the expansion of function conveniently, we adopted the STC89C52 microcontroller as the core controller, and designed the DA output control circuit, AD voltage current detection circuit, keyboard circuit, display circuit and drive circuit, through the coordination between hardware and software, finally, we realized the whole design. PI adjuster and negative feedback control loop of the circuit which control the grid voltage of MOSFET, so as to change its resistance. The core essences are the op-amp, 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 Constant-current 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 constant-current 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; constant-current pattern; PI adjuster; AD transform; DA conversion目录绪论 (1)第一章电子负载系统设计方案 (2)1.1电子负载工作原理 (2)1.2系统设计要求 (3)1.3 系统总体设计方案论证 (3)1.4 系统具体设计方案 (5)第二章电子负载硬件系统设计 (6)2.1核心处理器的设计 (6)2.2显示模块的设计 (7)2.3键盘模块 (8)2.4D/A转换模块的选择 (10)2.5采样电路模块 (11)2.5.1 电压采样电路 (12)2.5.2 电流采样电路 (12)2.5.3 输入的模拟量采样 (13)2.6电流取样PI控制器等组成的负反馈控制模块 (14)2.7PI调节器 (15)2.8功率电路模块 (17)2.8.1 电子模拟负载方式的选择 (17)2.8.2 功率耗散MOS管的选型 (17)2.9电源电路的设计 (18)第三章电子负载软件系统设计 (21)3.1电压电流A/D采样程序设计 (22)3.2液晶显示子程序 (22)3.3D/A转化程序 (23)3.4键盘识别处理程序设计 (24)第四章系统调试 (25)4.1硬件调试 (25)4.2 软件调试 (26)4.3软硬件综合调试 (26)第五章结论 (27)致谢 (28)参考文献 (29)附录一整体电路原理图 (30)附录二电子负载设计程序 (1)绪论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。
电子负载论文：电子负载 PID 模糊PID 神经网络
电子负载论文：直流电子负载控制算法的研究【中文摘要】随着科技的发展,各类电力电子产品得到了越来越广泛的应用。
然而目前对这些产品的试验多以滑线变阻器和电阻箱等作为负载。
这些负载采用的是有级调节,阻值和负载特性曲线都是固定的,负载形式比较单一,而且也较功率小;输入这些负载的电能全部被消耗掉,造成经济上的浪费;并且占用了一定的安装空间。
因此,在电源测试系统中为了提高生产率,电子负载起着重要的作用。
PID控制指的是比例积分微分控制,是最早发展起来的控制策略之一。
经过多年的更新换代,PID控制得到了不断的发展。
PID控制通常和顺序装置、逻辑、选择器及一些较简单的功能块组成非常复杂的控制系统。
将一些复杂的智能控制算法与经典的PID控制策略结合在一起,获得的控制效果明显比单纯的PID控制策略要好很多。
在计算机控制出现后,由最初的模拟PID转化为现在的数字PID控制,数字PID控制器更显示出参数调整灵活、算法变化多样、简单方便的优点。
但用其对具有复杂非线性特性的对象或过程进行控制难以达到满意的效果。
本文在传统PID控制算法的基础上设计了模糊PID控制器,并对模糊PID 自整定控制系统进行仿真,取得了不错的效果。
另外,本文还探讨了基于神经元的神经网络控制方法,神经...【英文摘要】With the development of science and technology, various kinds of power electronic products have been applied more and more. Yet the measurement for these products usuallyapply slip line rheostat and resistance box etc. as load. Theseload employ level adjustment, both resistance and load characteristic curve are fixed, the form of load is single, andthe power is small. All the power input these load is consumed, causing economic waste and the load occupy a certaininstallation space. Therefore, in order t...【关键词】电子负载 PID 模糊PID 神经网络【英文关键词】electronic load PID Fuzzy PID Neural network【索购全文】联系Q1：138113721 Q2：139938848 同时提供论文写作一对一辅导和论文发表服务.保过包发【目录】直流电子负载控制算法的研究摘要4-5Abstract5第一章绪论9-12 1.1 论文的研究背景9-10 1.2 电子负载的研究现状和发展趋势10-11 1.2.1 负载的定义10 1.2.2 传统的负载10 1.2.3 现代的电子负载10-11 1.2.4 电子负载的发展趋势11 1.3 研究的主要内容11-12第二章电子负载系统的概述12-19 2.1 电子负载的基本结构12 2.2电子负载的工作原理及功能12-17 2.2.1 电子负载的工作原理12-13 2.2.2 电子负载的功能13-16 2.2.3 电子负载的应用及举例16-17 2.3 目前电子负载存在的问题和解决方法17-18 2.3.1 存在的问题17-18 2.3.2 解决方法18 2.4 本章小结18-19第三章电子负载系统总体设计19-32 3.1 控制系统结构19-20 3.2 功率电路和采样电路介绍20-23 3.2.1 功率电路20-22 3.2.2 采样电路22-23 3.3 硬件电路设计23-25 3.3.1 电源模块23-24 3.3.2 通信模块24 3.3.3 串行EEPROM 电路24-25 3.4 系统的软件设计25-30 3.4.1 DSP 芯片介绍25-26 3.4.2 DSP 开发工具简介26-27 3.4.3 软件总体设计思想27-28 3.4.4 初始化函数28-29 3.4.5 A/D 转换函数29 3.4.6 I/O 端口初始化函数29-30 3.5 本章小结30-32第四章传统 PID 控制器的研究及分析32-39 4.1 引言32 4.2 PID 控制策略32-35 4.2.1 模拟PID 控制32-33 4.2.2 数字PID 调节器基本原理33-35 4.3 PID 参数自整定方法35-38 4.3.1 PID 参数整定的一些准则35-36 4.3.2 PID 参数自整定方法36-38 4.4 本章小结38-39第五章电子负载控制器的设计39-59 5.1 模糊 PID 控制器的设计39-44 5.1.1 模糊控制器的结构39-40 5.1.2 各变量隶属度函数的确定40-41 5.1.3 模糊控制规则表的建立41-43 5.1.4 Matlab 仿真结果43-44 5.2 BP 神经网络44-50 5.2.1 BP 网络结构44-45 5.2.2 BP 神经网络算法45 5.2.3 BP 神经网络PID 控制器的设计45-47 5.2.4 Matlab/Simulink 仿真47-50 5.3 电子负载系统的 RBF 神经网络控制50-54 5.3.1 RBF 神经网络控制50-51 5.3.2 RBF 神经网络控制系统设计51-53 5.3.3 Matlab/Simulink 仿真53-54 5.4 DSP 程序设计与算法实现54-58 5.4.1 DSP 代码的自动生成55-56 5.4.2 数据类型的选取56-58 5.5 本章小结58-59第六章实验波形及数据分析59-64 6.1 实验波形及数据59-63 6.2 实验数据分析63-64第七章全文总结及展望64-657.1 全文总结647.2 展望64-65参考文献65-67发表论文和参加科研情况说明67-68致谢68。
【精品论文】直流电机负载下的开关电源控制问题研究
【精品论文】直流电机负载下的开关电源控制问题研究直流电机负载下的开关电源控制问题题目研究学院自动化学院专业电气工程与自动化班级学号学生姓名指导教师完成日期杭州电子科技大学本科毕业设计摘要本课题主要研究一种能适于反电势负载的AC/DC开关电源的控制方法。
虽然开关电源技术发展迅速，但是针对开关电源给电机类负载的供电问题，国内外暂无有效的解决方案。
因为电动机的起动、制动电流往往高过其额定值的许多倍，使得开关电源给相应功率的电机类负载供电时常因过电流保护关机而无法工作、或需要大幅降额使用而造成极大浪费。
为解决以上问题，探讨一种适于直流电动机负载的新型开关电源系统方案。
本文首先提出系统的总体方案，对其可行性进行了分析，然后建立了该系统对象的数学模型，研究综合控制算法，其中电压环(AVR)采用ID调节器整定成,,典型型系统，电流环(ACR)采用PI调节器整定成典型型系统，再用Matlab仿真分析，并与传统的稳压控制进行比较，系统仿真得到了较好的电压、电流波形曲线，实现了最大动态电流的约束控制和稳压控制的目的，最后设计电源控制器，包括电源控制器的总体结构框图，硬件电路设计和程序设计。
电源控制器硬件电路采用单片机进行控制，单片机选用ADμC812，采用基于串行通信的ZLG7290芯片作为LED数码管与按键的人机界面接口电路，本设计采用4个按键和3个LED。
关键词:直流电机;开关电源;电源控制器;ADμC812杭州电子科技大学本科毕业设计ABSTRACTThe paper focuses on Study for a kind of back-EMF load of AC / DC switching power supply control method.Although the rapid development of switching power supply technology, for switching power supply to the electric power load category, there are no effective solution at home and abroad. Because the start-up, brake current of motor are often many times higher than its rating, the switching power supply always unable to work forshutdown of over-current protection when power supply to the corresponding power motor type load, or need to significantly reduced the amount of use so as to caused a great waste and . To solve the above problem, investigate a new type of switching power supply system for DC motor load.In this paper, propose overall proposal of the system first,analysis of its feasibility, and then establish the object mathematical model of the system, research integrated control algorithm, automatic voltage regulator (AVR) use regulator of ID to Setting the ,system to Typicalsystem, automatic current regulator (ACR)regulator of PI to Setting,the system to Typicalsystem, use MATLAB to simulation and analysis, comparisonwith the traditional voltage regulator control, we get nice wave curve of voltage and current, reached the purpose of the maximum dynamic current control and Voltage stability control ,finally, design the power supply controllers, including the design of the overall structure of power supply controllers, hardware circuit and program.The hardware circuit of power supply controllers uses single-chip to control, the single-chip selected ADμC812, Use ZLG7290 which based on serial communication forman-machine interface circuit of LED digital tube and button, this design uses four buttons and three LED digital tubes.Key words:DC Motor;Switching Power Supply;Power Supply Controllers ;ADμC812杭州电子科技大学本科毕业设计目录摘要ABSTRACT1 前言..............................................................1 2 总体方案及其可行性分析.. (4)3 系统建模、控制算法及仿真分析 (6)3.1 对象建模 (6)3.2 综合控制算法研究 (9)3.2.1 电压调节器(AVR)的设计 (11)3.2.2 电流调节器(ACR)的设计 (12)3.3 系统仿真分析 (13)3.3.1 仿真参数计算 (13)3.3.2 系统仿真及结果分析...................................14 4 电源控制器的技术实现 (17)4.1 电源控制器的总体结构框图 (17)4.2 电源控制器的设计 (17)4.2.1 硬件电路设计 (17)4.2.2 程序设计 (23)5 总结.............................................................30 致谢................................................................31 参考文献............................................................32 附录电源控制器硬件电路图 (33)1 前言现实生活中常用的电源，可以分为发出电能的电源和变换电能的电源两大类。
模拟直流电机电力电子负载的设计与研究
第1章绪论
1.1研究背景
在电气与信息化高度发达的今天，随着电子设备以及供电技术的迅速发展，各种电源广泛应用于能源、化工、交通、军事等各行各业，在我们的日常生活中广泛使用的计算机等各种电器设备上都能经常见到它们的身影，电源已经成为人们生产、生活中必不可少的部分，电源的损坏将直接造成应用机器停止正常工作，进而影响生产、生活的正常运作，给国民经济和生活带来巨大的损失。正因为电源设备的重要性，国际、国内、行业内都相应制订了各种电源标准来严格考核电源产品质量，各种电源产品在出厂前都要进行十几甚至几十个小时的试验。如老化试验、输出特性试验等，以检验其技术指标和性能，保证出厂电源的优良品质。传统的电源试验方法是采用电阻等能耗型元件作为负载，电能被无谓地消耗为热能，这样对能源造成很大的浪费。此外，不同等级的电源设备需要不同负载进行带载试验，不仅需要大量的负载器件，同时需要耗用大量的人工对这些器件进行管理，所以这种直接测试的方式存在较大的弊端：
图2.1电力电子负载基本结构
如图2.1，电力电子负载接被试电源，并通过电能回馈装置将电能馈回电网，从而避免了能量的大量浪费。这样，通过采用电力电子元器件构成电源设备的综合测试平台进行试验可以代替传统的能耗型元件负载，实现了绿色节能的功效。
本论文中，要设计单相电力电子负载，能模拟直流电动机负载的电特性，系统采用的电力电子负载结构图如下图所示。
2.2电力电子负载
所谓电力电子负载，其定义通俗易懂，首先它是负载，说明它主要起到“负荷”的作用，将其与“电力电子”放在一起，说明这种负载不是一种纯粹意义上的负荷，即与电路定义的电感、电容、电阻不同，它只是模拟其电气特性的考核设备，所模拟负荷范围包括与电力电子技术相关的非线性负荷。再者，电力电子负载设备简便，自动化程度高，不需要大面积的厂房，大大降低了测试人员的劳动强度，节省了大量的人力物力成本。
直流节能回馈型电子负载的设计与实现
的 目的 ， 具 有 广 阔 的 实 用 价 值
关 键 词 ：ＭＣ ９ Ｓ ０ ８ Ａ Ｗ６ ０： 直 流 节 能 回馈 型 电子 负载 ； Ｂ ｏ ｏ ｓ ｔ电 路 ； 节 能 老 化
Ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｈ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｉ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｃ ａ ｎ ｂ ｏ ｏ ｓ ｔ ｔ ｈ ｅ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ｏ ｆ ３ － ３ ５ Ｖ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ｏ ｆ ３ ６ － ５ ８ Ｖ， ａ ｎ ｄ ￣ｅ ｄ ｂ ａ ｃ ｋ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｐ ｕ ｔ ｏ ｆ ｐ ｒ ｉ ｍａ ｒ ｙ ＤＣ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ａ ｇ ｉ ｎ ｇ － ｓ ａ ｖ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｌ ｙ ．Ｆ ｅ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｂ ｙ ｅ ｃ ｏ ｎ ｏ ｍｙ ，ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｓ ａ ｖ ｉ ｎ ｇ，ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ，ｔ ｈ ｉ ｓ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｄ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｅ ｓ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｐ ｏ ｐ ｕ ｌ ａ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄ ｓ： ＭＣ ９ Ｓ Ｏ ８ ＡＷ ６ ０； ＤＣ ｅ ｎ ｅ ｒ ｙ— ｇ ｓ ａ ｖ ｉ ｎ ｇ ｆ ｅ ｅ ｄ ｂ ａ ｃ ｋ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏｎ ｒ ｉ ｃ ｌ ｏ ａ ｄ； Ｂ ｏ ｏ ｓ ｔ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ；ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ － ｓ ａ ｖ ｉ ｎ ｇ ａ ｇ ｉ ｎ ｇ
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简易直流电子负载（C题）【本科组】摘要本系统以STM32F103VET6为控制核心，采用D/A TLV5616控制运放LM358驱动N沟道增强型P-MOSFET CSD17505Q5A，通过负反馈实现直流电子负载的恒流工作模式。
同时采用电流并联检测芯片INA282将电流反馈至MCU，通过A/D 采样检测实际电流与D/A设定电流的差值，利用PID控制实现无净差控制，提高了电流控制的精度。
其中PID参数通过遗传算法进行自整定，预设了一组较优PID参数，在实际高精度测量中，也可以通过重新整定更新PID参数。
系统工作电压范围0.2-18V，电压分辨率为0.5mV，精度恒为±0.25mV，工作电流范围0-1000mA，分辨率0.2mA，精度恒为±0.1mA，在满足设计要求的情况下具备了很高的恒流精度。
另外，通过对继电器的控制，实现了过压保护与自恢复功能，还具备声光报警等实用功能。
在大功率的应用需求中，本系统可以通过多个P-MOSFET并联扩流很方便的实现。
同时在不改变电路的情况下，通过软件更新还可实现直流电子负载的恒阻和恒功率方式运行。
关键词：直流电子负载；恒流模式；高精度高分辨率；PID参数自整定一、系统方案本系统主要由MCU控制模块、恒流模块、电压采样模块、电流采样模块、A/D D/A 转换模块、电源模块组成，下面分别就这几个模块进行方案论证及选择。
1.1电子负载及恒流方案的论证与选择本题要求制作一台恒流（CC）工作模式的简易直流电子负载。
即在电压输入低于18V的情况下，实现100mA~1000mA的恒流工作控制。
方案一：传统电子负载。
运用传统的电子负载设计方式，利用电力电子器件的特性，通过分析等值电路，用电力电子元件搭建电子电路来模拟负载，可以实现定电流特性。
但传统方案调节不够方便、精确。
方案二：PWM控制型电子负载。
单片机输出一定占空比的PWM控制信号，控制功率电路MOS管的导通和关断时间，让功率消耗在串接的电阻上，来获得实际所需的工作电流、电压。
电路中的检测电路为电压、电流负反馈回路，通过A/D采集到单片机，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。
此方案开关管工作在开关状态，损耗小，发热低，但电路纹波较大，不利于实现恒流负载的精确控制。
图1 PWM控制型电子负载方案三：能量回馈型电子负载。
待测电源通过DC/DC升压电路变换为高压直流电，再通过逆变变为交流回馈到电网。
此方案能实现电能的再生利用，多用在大功率的直流电子负载上。
在小功率、低电压直流电子负载中应用此方案，DC/DC部分要完成将低压电能变为可供逆变器输入的高压，输入端的低压大电流、输出端的高压低电流导致设计难度变大，且采用逆变方案节省的能量也很有限，性价比很低。
图2 能量回馈型电子负载方案四：线性控制方式电子负载。
通过控制功率管的电流大小，把能量损耗在功率管上，电子负载工作的最大功率受开关管消耗功率的限制，但本题只要求最大18W的功率，因此采用功率管来实现较容易。
由于采用了工作在线性区的功率半导体器件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控制和调节方法，不仅可以模拟实际的负载情况，还能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。
同时此方案也可以在不改动硬件的情况下，软件实现恒阻与恒功率运行模式。
综合以上四种方案，本设计选择方案四。
1.2 功率管的论证与选择方案一：采用功率双极性三极管。
双极性三极管属电流控制型器件，在控制变化速度上较慢，其次，晶体管具有负温度系数，温度越高，导通电压越大，热稳定度较差，同时晶体管还受到“二次击穿”效应的限制。
方案二：采用N沟道增强型P-MOSFET。
MOS管具有正温度系数，当结温升高时通态电阻增大，有自限流作用，所以功率MOSFET热稳定性好，并且在做功率扩展时便于多功率MOS管并联分流。
综合以上两种方案，本设计选择方案二。
1.3 电压采样方案的论证与选择方案一：采用普通大电阻分压。
稳定度较差，受温度漂移的影响。
方案二：采用高线性度模拟光电耦合器HCNR200。
利用HCNR200可以隔离模拟信号，同时具有良好的稳定度，线性度，频带宽和低成本特性。
综合以上两种方案，本设计选择方案二。
1.4 电流检测方案的论证与选择方案一：采用TI公司的差动运放芯片INA143。
差动放大器通过衰减输入信号并相减来实现高共模信号的抑制，测量速度较慢，适合平均电流的测量，并且由于输入级分压电阻网络的原因，“漏电流”大，在如此高精度的测量中，将会容易影响测量精度。
方案二：采用TI公司的电流检测放大器芯片INA282。
电流检测放大器通过高耐压的晶体管输入级和电阻将电压转化为电流，进行电流的相减，再通过第二级放大并转化为电压信号(或不转化)再输出，测量速度快，能测量瞬时电流，并且有很高的输入共模抑制比（CMRR）。
方案三：采用Allegro公司的带2.1kVRMS电压绝缘的、基于霍尔效应的线性电流传感器。
此方案不会引起干扰或引入插损，但成本相对比较昂贵，而且容易产生非线性效应和温度系数误差。
因此磁场检测方法通常局限于能够承受与无插损相关的较高成本的应用。
另外，此处的工作电压最大只有18V左右，不必要采用高电压的电压绝缘。
综合考虑采用方案二。
1.5 A/D、D/A转换的论证与选择方案一：采用MCU片内A/D、D/A。
主控方案采用STM32F103VET6，片内自带12位A/D与D/A，精度较低。
方案二：采用片外ADS1115、TLV5616。
ADS1115 是具有16 位分辨率的高精度模数转换器(ADC)，具有内部可编程增益放大器（PGA）、比较器，能方便的实现丰富的控制功能与高精度测量。
TLV5616控制方便，其电压输出范围= 2倍基准电压，在使用外部2.048V并联电压基准时可以方便的实现1mV/步进量的控制。
考虑本题对精度的较高要求，采用方案二。
1.6 整体方案描述如图3所示。
通过触摸液晶显示屏和辅助控制键盘对STM32F103VET6进行设置，通过D/A的恒流电路的恒流电路进行恒流控制，经过ADS1115采集到的电流进行闭环PID控制（PID的参数提前通过遗传算法整定，也可后期整定更新），使电流稳定在设定的值。
而电压采样跨接在整个直流电子负载输入端，一旦检测到电压大于18V，立即切断直流电子负载正极处的继电器，切断电子负载与被测电源构成的环路，完成过压保护，同时通过灯光闪烁与蜂鸣器报警，当电压低于18V时自动恢复电路功能。
图3 系统总体框图二、理论分析与计算2.1电子负载及恒流电路的分析2.2.1 恒流电路分析用一个运算放大器、功率MOSFET和外部电阻可以实现简单的、高质量的恒流电路。
其核心实质是一个电流取样的负反馈控制环，采样电阻（康铜丝）上的电压降通过负反馈保持电流恒定，P-MOSFET在这里既作为电流控制器件同时也作为被测电源的负载，工作在线性区。
为了更进一步的提高控制精度，同时通过并联电流检测芯片INA282检测电流大小，反馈到A/D，MCU通过PID进行闭环控制。
为了保证PID良好的控制特性，对PID参数采用遗传算法进行自整定，在200代进化参数中找到最优值。
反馈使采样电阻R14（见图4）端的电压通过D/A设定，进入到运算放大器同向输入端的值Vin+，得到对应的电流为：I=Vin+/R14（2-1）为了直流电子负载具有较强的带载能力（即在较小的电压下就能达到1A的最大带载电流），电阻R的取值不能过大，在此取0.1Ω的康铜丝。
由公式（2-1）可知，I=1A 时，Vin+=0.1V，由于电压太小导致D/A控制的精度太低，故在反馈中引入了同相放大负反馈电路。
设反馈的放大倍数为k，得到修正后的电压、电流关系为：I=k*Vin+/R14（2-2）由公式（2-2），假设运放同相输入端电压为3.6V时（D/A满量程输出为4.096V，此处留有一定余量），对应电流为1A，可知反馈处的同相放大倍数k=36。
运放的反馈电阻必须足够大，以便不会使输出过载；但也不能太大，使输入偏置电流产生较大的失调，反馈网络的高阻抗也增加了干扰信号的电容检波的易感性和杂散电容的负载效应，因此取同相放大器反相输入端电阻R1=10kΩ，又由电压放大倍数k=36，同相放大电压增益公式：Av =1+R17/R16（2-3）得R17=350kΩ。
另外考虑到运放的输入偏置电流，确保两个输入端的直流驱动电阻相同，即在反馈回路运放的同相输入端接入点阻R13=R17//R16=9.7kΩ。
2.2.2 恒流模式分辨率分析由2.2.1的分析可知，D/A输出3.6V时恒流电流为1000mA，在采用12位D/A TLV5616的情况下，电流分辨率D=(1000mA*4.096V)/(3.6V*212)=0.278mA<10mA，远远超过了题目的要求。
同时100mA~1000mA的设置精度都为±0.5D=±0.139mA，即在电流I=100mA~1000mA时，精度为0.139%~0.0139%<1%，也远远超过了题目的要求。
2.2.3 P-MOSFET选型分析由方案论证的分析可知，选用N沟道增强型P-MOSFET作为功率管。
题目要求被测电源设备输出电压0~18V可调，因此选用V DS>=25V的P-MOSFET。
要保证要直流电子负载具有较强的拉载能力（保证对低电压大电流电源的测量），除了保证2.2.1恒流电路的分析中的采用小电阻R（即在电流1A的情况下电阻R上只有0.1V的压降），还要保证P-MOSFET能够在很小的电压下达到1A的电流。
假设电子负载最低工作电压为0.2V，除去电阻R上分压的0.1V，V DS=0.1V，即要求选用能在V DS=0.1、V GS=10.5V （运算放大器LM358在V S =12V电源电压下能输入的最大电压V OH=V S-1.5V）下达到1A的电流的P-MOSFET。
CSD17505Q5A是TI公司的生产的N沟道功率MOSFET，具有V GS（th）=1.3V，R DS = 3.7 mΩ的典型值，由芯片资料中的V DS-I DS特性可知，在V DS=0.03V、V GS=6.0V （on）的情况下就能达到10A的电流，能够达到要求。
2.2.4 P-MOSFET散热分析采用线性控制方式电子负载，最大的问题就是把能量全部损耗在了功率管上，在18V、1A的情况下馆子耗散的功率达到了大约18W，因此需要对功率管允许的最大耗散功率进行计算，若小于18W，则应增加辅助散热措施。
设定环境温度T A=40℃，查阅PDF得CSD17505Q5A最大连续工作温度T J=150℃，从结到管壳的热阻为RθJC=1. 3℃/W，从管壳到环境的热阻为RθJA=50℃/W，由功率耗散公式：P D*RθJA=T J-T A （2-4）得最大耗散功率P D= (T J-T A)/ RθJA=2.144W<18W，因此必须在芯片上加装散热片。