2012年TI杯简易直流电子负载解析
简易直流电子负载的设计分析
简易直流电子负载的设计分析简易直流电子负载的设计分析简易直流电子负载是用于测试电子装置、电源等的一种装置，它可以模拟若干种负载条件以测试相关设备的工作情况。
本文将介绍简易直流电子负载的设计分析，包括工作原理、设计思路、主要部件、关键技术和应用领域等方面的内容。
一、工作原理简易直流电子负载是一种能够模拟负载条件，从而测试其他设备的工作状况的装置。
它利用了一个能够提供模拟负载的电池和负载滑动电阻滑动电阻器来产生不同的负载条件，从而模拟各种应用条件。
使用直流电源将电负载连接到测试设备上，可以对测试设备的性能进行评估和测试。
二、设计思路简易直流电子负载的设计思路是通过使用可变电阻器和大功率开关晶体管来模拟不同的负载条件。
为了实现高精度、高性能的测试，需要使用高质量、高品质的元器件。
在设计过程中需要深入了解每个元件的标准和特性，以确定最佳的元件组合和设计方案。
三、主要部件简易直流电子负载的主要部件包括直流电源、继电器、抵抗器、电容、测量电路、温度保护等。
其中，高精度测量电路是保证电子负载性能最关键的部分，因此必须利用高性能IC 部件进行设计。
高精度电压采样电路和高精度电流采样电路是这一部分的核心。
四、关键技术简易直流电子负载的设计过程中需要掌握一些关键技术，包括负载控制、负载保护和热保护等方面。
负载控制要准确实现设定的负载条件，保护部件，保证负载的准确性和有效性。
负载保护要在工作时及时保护负载，同时需提高工作效率。
热保护作为一种常用的健康保护技术，对于长时间工作和大功率工作非常适用。
五、应用领域简易直流电子负载主要适用于各种电子产品的测试、研究和制造领域。
无论是电子设备的设计、测试、维护还是智能电表、逆变器、锂电池等产品的研究，简易直流电子负载都是必不可少的工具之一。
此外，汽车电子、太阳能电池板等领域也需要使用简易直流电子负载来测试设备的性能和可靠性。
总之，简易直流电子负载是一种重要的测试设备，可用于测试不同类型的电子产品，具有可靠性高、稳定性好、成本低等优点。
直流电子负载仪
直流电子负载仪简介直流电子负载仪（DC Electronic Load）是一种用于模拟电子负载的仪器，在电源电路测试、充电器测试、锂电池测试等领域都有广泛的应用。
它可以通过调节负载电流、电压和功率等参数来模拟各种实际负载条件，以验证电源电路的性能。
原理直流电子负载仪的基本原理是利用MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）来控制电路的电流、电压和功率等参数。
在负载电路中，电子负载仪相当于一个可编程、可调节的电阻负载，它可以帮助测试人员模拟各种实际负载条件。
特点直流电子负载仪具有以下特点：1.高精度：直流电子负载仪的电流精度一般可以达到0.01%或更高，电压精度可以达到0.1%或更高；2.大功率：直流电子负载仪的功率一般可以达到几千瓦甚至数十千瓦；3.多种负载模式：可以模拟恒流、恒压、恒功率、恒阻等多种负载模式；4.可编程、可调节：可以通过编程方式设置电流、电压、功率等参数，并可以动态调节；5.多种保护功能：具有过温、过流、过压、短路等多种保护功能，确保测试过程的安全和稳定。
应用直流电子负载仪在以下领域有着广泛的应用：1.电源电路测试：通过模拟实际负载条件，测试电源电路的性能，包括输出电压、电流、效率、峰值因数等；2.充电器测试：模拟各种充电条件，测试充电器的性能，包括充电电流、充电时间、电池状态等；3.电池测试：模拟各种放电条件，测试电池的性能，包括剩余容量、内阻、放电时间等；4.LED驱动器测试：测试LED驱动器的性能，包括输出电流、输出电压、效率、调光性能等；5.太阳能电池板测试：测试太阳能电池板的性能，包括输出电压、输出电流、效率等。
市场现状与展望目前，直流电子负载仪已成为电子测试领域中不可或缺的一部分。
尤其是随着新能源汽车、智能家居等产业的发展，对于电源电路测试的需求也越来越高，这为直流电子负载仪的市场提供了巨大的机会。
未来，随着科技的不断进步和市场的扩大，直流电子负载仪将会更加智能化、可靠性更高，同时也将会拥有更加丰富的功能和应用场景。
2012年TI杯简易直流电子负载
简易直流电子负载设计与总结报告湖北仙桃职业学院：杨青林胡炎何方指导教师：刘祖云刘明江简易直流电子负载的设计与总结报告摘要本系统设计的是直流电子负载，以TI公司16位的单片机MSP430为控制核心，由按键模块，D/A转换模块，恒流源模块、以及液晶显示模块等主要外围电路构成。
通过对DA的控制，达到对恒流值在一定范围内的控制，流过该电子负载的电流恒定，且电流值可设定。
之后通过内部AD的采集模块将实际端电压、端电流值送到单片机控制模块，能够检测被测电源的电流值、电压值；各个参数通过显示模块加以显示。
本设计着重阐述了系统框架、工作原理、软硬件设计，并给出了系统测试表。
测试结果表明，该系统具有稳定性强、调节速度快的特点，很好的满足了提出的性能指标。
关键词：恒流源、TM12864Z-1液晶、D/A、采样电路（电压采样、电流采样）、键盘、被测电源。
一.系统结构原理图本系统由以下部分组成：电源电路、单片机、功率控制电路、电压、电流采样电路、D/A输出、键盘输入、液晶显示电路。
系统总体结构框图如图1所示：二.方案比较与论证1. 主控芯片方案一：选用ATMEL公司的AT89C51作为该系统的微控制器。
51单片机软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，单片机为8位机，价格便宜，成本低，控制简单。
但51单片机功耗较高、运行速度慢、储存空间小内存只有8Kb，片内资源少，存储容量小，难以存储大容量的程序和实现快速精准的反应、控制、计算。
使用AT89C51需外接两路AD转换电路，实现较为复杂。
方案二：选用TI公司MSP430单片机作为该系统的微控制器。
MSP430单片机是16位的单片机，数据处理速度快，耗能低，保密性能好，内存空间大，抗干扰性好，内部集成资源丰富，存储容量大，低电源电压（1.8V—3.6V），支持多个中断源，可任意嵌套，时钟系统灵活，具有A/D转换等电路。
考虑到本系统对单片机性能要求较高，本设计采用了方案二，选用MSP430单片机作为直流电子负载微控制器。
TI杯电子设计大赛C题论文
2012年TI杯电子设计大赛C题论文摘要本系统以MSP430F5438为主控芯片，设计了全桥电路、电压电流检测电路、驱动电路、LC滤波电路及液晶显示和键盘，通过运放对电压、电流做反馈，再经过MSP430的调节来改变开关管的导通与关断，即软、硬件的协调配合，从而达到预控制目的。
本设计能实现电子负载的恒流控制，检测电子负载的电流、电压并由液晶显示，整个系统具有稳定性强、调节速度快、精确度高的特点，很好地满足了题目基本部分和发挥部分的全部要求。
该设计的最大亮点在于能够将低压侧的功率传送到高压侧，实现废电回收再利用功能。
关键字：电子负载,全桥,PI调节,PWM一、方案论证1、系统框图：本系统主要由全桥电路、电压电流检测电路、驱动电路、LC滤波电路及液晶显示和键盘等主要模块组成，其系统框图如图1所示。
图1 系统框图2、恒流模式设计：方案一：采用电流互感器对电流回路上器件的磁场进行反馈，构成恒流模块。
然而该电路的实现形式比较复杂，考虑到竞赛的时间限制，不采用此方案。
方案二：采用恒流二极管构成恒流模块，简单易行。
但恒流二极管的恒流特性并不是非常好且电流规格比较少，价格又比较昂贵。
故此方案也不可行。
方案三：采用以全桥电路为基础，增加电流反馈电路，将电流信号转化为电压信号给单片机处理，输出理想占空比来控制MOSFET管的开通和关断，实现恒流模式。
此方案简单，系统稳定性高，可实现性强。
综上，选择方案三。
3、主控模块设计方案一：采用ATMEL 公司的AT89C51作为控制芯片，51单片机价格便宜，应用广泛，但是使用AT89C51需外接两路AD转换电路，实现较为复杂，故不采用。
方案二：采用高档系列AVR单片机ATmega8作为本系统的控制芯片，对系统的稳定性、功能的优越性都起到很大的作用。
但是ATmega8价格昂贵，对于此题性价比不高，因此不采用。
方案三：采用TI公司的MSP430F5438作为控制芯片。
MSP430运算速度快，超低功耗，具有强大的处理能力，高性能模拟技术，MSP340F5438提供了16位TIM，TIMA支持多重的捕获\比较模式，能进行PWM的生成和内部定时，内部集成12位ADC，能够自动的进行采样并进行转换，可以顺利实现题目的各项要求。
2012TI杯 简易直流电子负载
简易直流电子负载摘要本作品是一台恒流（DC/DC）工作模式的简易直流电子负载，由DC-DC降压变换模块、控制模块、DA和AD转换电路、键盘及显示模块、电压电流检测、开路检测模块等组成，具有很稳定的恒流效果。
DC-DC降压变换模块利用TI公司的直流/直流开关电源转换芯片TPS5430DDA，将输入信号降压获得输出电压。
电流控制模块由C8051F340单片机，通过对MOS管的栅极电压的控制，得到不同的电流值。
本设计利用硬件反馈调节的方法，大量减少了控制器的运算量和执行效率，恒流效果较高。
关键词：恒流；DC-DC变换器；C8051F340单片机；TPS5430DDA一方案比较、设计与论证1.1 DC-DC 开关电源部分方案一：采用高性能的电流模式 PWM 控制器UCC28C40/UCC38C40来实现降压变换。
该芯片最大开关频率为1MHz，而且可以最快以35ns的启动建立时间。
但是电路实现方法过于复杂，而且要用到变压器，增加了电路板系统的布局面积，同时也增大了输出纹波。
故不采用此方案。
方案二：采用TI的DC-DC降压变换芯片TPS5430构成降压电路，电路如下。
TPS5430外部电路很简单，只需很少的电感、电容、电阻即可实现。
图表 1 TPS5430 BUCK 降压电路TPS5430具有宽输入电压（5.5V-36V），最高频率可达500Hz，输出可调至1.22V，高转换效率，而且具有过流保护及热关断功能。
通过改变输出电压来实现恒流源，功率消耗相比同类芯片，有很大优势。
所以本设计选用方案二。
1.2 电压电流检测部分方案一：采用两运放仪表放大器，电路如下。
两运放仪表放大器价格低廉，并且在直流处拥有优良的共模抑制比，但是由于输入引脚的信号路径不平衡（一个输入直接进入A2，一个进过A1 后才进入A2），导致在频率稍高时CMRR急剧恶化。
方案二：采用1.4 控制电路部分方案一:利用PWM专用芯片产生PWM控制信号。
简易直流电子负载
简易直流电子负载简介直流电子负载是一种可在实验室或工业环境中模拟负载条件以测试电源或电池性能的设备。
它通常用于测试电源效率、电池容量、保护功能等方面。
本文将介绍一款简易直流电子负载的设计和制作过程。
设计原理核心部件简易直流电子负载的核心部件是负载电阻和功率调节装置。
负载电阻通常由多个细丝电阻组成，通过调整细丝电阻的接入数量实现不同负载阻值的模拟。
功率调节装置则用于调节负载的电流和功率输出。
控制回路简易直流电子负载的控制回路由微控制器（MCU）和电流采样模块组成。
MCU 负责接收输入的控制信号，并通过与电流采样模块的交互来实现对负载电流的精确控制和测量。
显示与操作为了方便用户操作和监测电流输出，设计中还包括了显示屏和操作按钮。
通过显示屏可以实时显示负载电流、功率和设定参数等信息。
操作按钮则用于调整负载的工作模式和参数。
制作过程材料准备准备以下材料以制作简易直流电子负载：1.电阻：选用合适的多个细丝电阻，以满足不同的负载阻值需求；2.散热器：用于散热以保证负载的稳定工作；3.微控制器板：选用具备足够的IO口和ADC输入引脚的开发板；4.显示屏和操作按钮：选用合适的尺寸和接口的显示屏，以及用于操作调整参数的按钮。
电路连接按照设计电路图将电阻、散热器、微控制器板、显示屏和操作按钮等元件连接起来。
确保连接正确可靠，并注意保护电路免受短路和过流等问题。
程序开发根据控制要求，编写程序代码并烧录到微控制器板中。
程序应该实现以下功能：1.接收并解析用户的控制信号；2.根据控制信号调整负载电流和功率输出；3.实时采集并显示负载的电流、功率和设定参数。
散热设计在负载电阻和功率调节装置周围安装散热器，并确保散热器与电路紧密接触，以提高散热效果。
此外，还可以在散热器上添加风扇以增强散热效果。
完成调试完成以上步骤后，对整个系统进行调试和测试。
确保负载能够按照设定的电流和功率输出稳定工作，并能够准确采集和显示相关参数。
使用和注意事项使用简易直流电子负载时，应注意以下事项：1.确保输入电源符合设备要求，避免过压或过流对设备造成损坏；2.在使用高功率输出时，注意散热情况，避免设备过热；3.操作合理，并遵循设备的使用说明，以免发生意外和设备损坏。
2012年全国大学生电子设计竞赛报告
2012全国大学生电子设计竞赛TI杯模拟电子系统设计专题邀请赛高效LED驱动电路（A题）摘要本文研究设计了一个高效LED驱动电路，驱动5只串联高亮LED，并且整体只有一个输入电压3.3V。
该装置采用TI公司的TPS61040作为DC-DC核心，并用MSP430FR5739控制，保证了整块系统的效率和低功耗。
关键词：LED驱动TPS61040 DC-DC MSP430FR5739 低功耗目录1系统方案 (3)1.1单片机供电选择 (3)1.2单片机显示模块的论证与选择 (3)2系统理论分析与计算 (4)2.1TPS61040电路分析 (4)3电路与程序设计 (4)3.1电路的设计 (4)3.1.1系统总体框图 (4)3.1.2恒流源电路原理图 (5)3.1.3恒压源电路原理图 (5)3.2程序的设计 (6)3.2.1程序功能描述与设计思路 (6)3.2.2程序流程图 (7)4测试方案与测试结果 (8)4.1测试方案 (8)4.2 测试条件与仪器 (8)4.3 测试结果及分析 (8)4.3.1测试结果(数据) (8)4.3.2测试分析与结论 (8)微弱信号检测装置（A题）1系统方案本题目要求整体电路必须采用 3.3V单路直流稳压电源供电，不得采用额外供电方式。
限定采用TI公司TPS61040作为DC-DC变换器核心芯片。
并且单片机限定使用SEED-EXP430F5529A、MSP-EXP430FR5739、MSP-EXP430G2LaunchPad三块开发板其中之一，开关S1断开后，电路由电容C供电。
控制LED驱动电路，在保证LED串上电流不小于0.5mA的前提下，尽可能延长对LED的供电时间。
考虑低功耗因素，故采用MSP430FR5739单片机控制，为了必要的显示功能，系统配备了128x64黑白液晶。
整体框图如图1所示。
图1 LED发光装置供电方式示意图1.1单片机供电选择方案一：直接采用外部3.3V输入供电方案二：采用一级DC-DC稳定到3.3V再给单片机供电如果直接采用外部3.3V输入供电，由于设计要求在断开S1后在保证LED串上电流不小于0.5mA的前提下，尽可能延长对LED的供电时间，并且要求单片机检测流过LED 串的电流，所以单片机需要一个稳定的参考，结合低功耗应该，应选择使用单片机内部2.0V参考源，则单片机供电电压必须高于2.2V，而TPS61040的工作电压最低可达1.8V，并且其工作效率较高，这对断开S1后尽可能延长对LED串的供电时间有很大帮助。
简易直流电子负载
简易直流电子负载设计报告一，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。
设计和制作一台电子负载，有恒流和和恒压两种模式，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。
外接12V稳压电路。
要求：（1）负载工作模式：恒压（CV）、恒流（CC)两种模式可选择。
（2）电压设置及读出范围：1.00V~20.0V。
（3）电流设置及读出范围：100mA~3.00A。
（4）显示分辨能力及误差：至少具有3位数，相对误差小于5%。
恒流模块和恒压模块共用一个基准电压12v，并且通过开关实现两种模式的转换，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，然后通过单片机来程控从而重置电压电流，用数码管液晶显示同时呈现即时电压电流。
简易直流电子负载报告
2012TI杯竞赛—简易直流电子负载（C题）1目录摘要 (4)二：设计过程 (5)（一）：题目理解和方案选择 (5)1.主控器模块的设计方案与选择 (5)方案一 (5)方案二 (5)2.键盘模块的设计方案与选择 (5)方案一 (5)方案二 (5)3.显示模块的设计方案与选择 (6)方案一 (6)方案二 (6)4.信号处理电路的设计方案与选择 (6)方案一 (6)方案一 (7)方案二 (7)（二）系统组成 (7)三：硬件设计 (8)（一）主控电路的设计 (8)（二）恒流电路的设计 (9)2（三）电路保护 (10)四：测试和分析 (11)五：结论 (11)附录 (12)A程序流程图 (12)B部分模拟电路 (13)C单片机部分电路原理图 (14)D单片机源程序 (14)3摘要本组通过对题目的理解，设计和制作一台恒流（CC）工作模式的简易直流电子负载。
在实现基础性能的要求上又（1）能实时测量并数字显示电子负载两端的电压，电压测量精度为±（0.02%+0.02%FS ），分辨力为1mV。
（2）能实时测量并数字显示流过电子负载的电流，电流测量精度为±（0.1%+0.1%FS），分辨力为1mA。
（3）具有直流稳压电源负载调整率自动测量功能，测量范围为0.1%～19.9%，测量精度为±1%。
为方便，本题要求被测直流稳压电源的输出电压在10V 以内。
基本完成了发挥部分。
模拟电路主要采用比较器控制负载回路上的主控NMOS管栅压，从而控制其导通情况即回路等效阻抗。
主芯片是STC89C2RC单片机，以实现A/D,D/A转换，外挂键盘，对模拟电路的控制等等。
Through the understanding of the subject of, design and production of a constant flow (CC) work mode of simple dc electronic load. In the realization of performance requirements based on (1) and can real time measurement and digital display electronic load on both ends of the voltage, the voltage measurement precision is +-(0.02% + 0.02% FS), resolution for 1 mV.(2) can real time measurement and digital display through electronic load of current, current measurement precision is +-(0.1% + 0.1% FS), resolution for 1 mA. (3) has the dc voltage stabilizer load rate adjustment automatic measurement function, measurement range is 0.1% ~ 19.9%, the measurement accuracy for plus or minus 1%. For convenience, ontology requirements be measured the output voltage dc voltage stabilizer in less than 10 V. Basic completed play a part.The analog circuit is used mainly by the load on the way back to the master control NMOS tube bar pressure, to control the conduction situation that is equivalent impedance circuit.The chips are STC89C2RC microcontroller, in order to achieve A/D, D/A transformation, hacking keyboard, to the analog circuit control and so on.关键字：直流，电子负载，恒流4二：设计过程（一）：题目理解和方案选择1.主控器模块的设计方案与选择主控器负责控制与协调其他各个模块工作，并进行简单的数字信号处理。
简易数控直流电子负载设计原理的分析
简 易数控 直流 电子负载设计原理的分析
文／ 王 松
现 如今 ， 电子 负载作 为一种 区别 与传 统 电阻性 负载 的新 型 电 源测 试设 备 ，有着 广 泛 的应 用； 般 而 言， 电子 负载主 要是 控 制 内部功 率 Ｍ Ｏ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ或 晶体 管的导 通 量， 靠 功 率管 的耗 散功 率 来 消耗 电能的 。它 能够 准确检 测 出 负载 电压，精 确调 整 负载 电流等 等 ， 更 为真 实 的模 拟 实 际工作 中电 源 带载的各种工作情况 。
同时 本 设 计 选 用 ０ ． １ 欧， 式下也可以加 上软 至于恒 流模 式，其实与 恒压模 式没有 太 件 的过流保护 功能等 等，再次也就 不一一详尽 所 以最大 恒流输 出不 超过 ４ ． ５安 ，Ｉ ＲＦ ３ ２ ０ ５的 大 的 区别，无 非就 是改变 采样 电阻两端 的 电 举例说 明了，大家可 自由发挥 的。 压 ，从而控 制 流过 采样 电阻的 电流 ，首 先还 持续漏极 电流为 ８ ０ Ａ、最大耗散功率为 ２ ０ ０瓦 ， 是 ＭＣ Ｕ 输 出 ＣＢ Ａ－ － Ｏ ０ １ ， 使 电 子 开 关 选 通 恒 参考文献 所 以正常情况 下系统是 可以稳 定工作 的。 ＡＣ的输 ［ １ ］ 李卫华 ， 谢珩 ．关于电子模拟 负载现状的 同时本 系 统为 了实现 对三 种模 式 的数控 流 模式 ，运 算 放大器 Ｕ４同 向端 接 Ｄ 探讨 ［ Ｊ ］ ． 新余 高专 学报 ， ２ ０ ０ ５ ， １ ０ （ ２ ） ： ４ ７ － 切 换 功能 ，采 用 了八选 一 数字 控制 模拟 开关 出设定值，运算放大 器 Ｕ４反 向端接经过一 级 ４ ９ ． Ｃ Ｄ４ ０ ５ １ 。该 芯片 由四个控制 端来 决定通 道 的 放大 电路放大 的电流反馈信 号，这主 要是 因为 Ｃ输 出的设 定值根本 无法达 到很 大的动 态 【 ２ 】 王子剑 ， 孔峰 ． 基于Ｄ Ｓ Ｐ的 数 字 电 子 选 择 ，以实 现对 后级 功率 管 的控制 使系 统恒 ＤＡ 范 围，所 以为 了达到 小电流 的输 出必须要将 反 负载 控 制 器 设 计 ［ Ｊ ］ ．计 算 机 技 术 与 发 定 输 出 ，三 个 二 进 制 控 制 输 入 端 ，Ａ、Ｂ、 馈信号进行必要 的放大 处理 ，若是要 达到大电 展 ， ２ ０ ０ ２（ ２ ） ： ２ ４ 卜 ２ ４ ４ ． ｃ ，一个禁 止端 Ｅ Ｎ，将 Ａ 、Ｂ 、Ｃ三 个控制端 流 的输 出就得 将 ＤＡＣ的输 出设定 值进行必 要 ［ ３ 】宋亚 明 ．浅析 现代 电子 负载 系统方案设计 接 到 ＭＣ Ｕ 的三 个输 出端 口，Ｅ Ｎ 接低 电平 ： 的放大处理 ，当然也是 可以将 反馈信 号进 行一 【 Ｊ 】 ．信 息科技 ， ２ Ｏ １ １ ． 若 ＭＣ Ｕ 输 出 ＣＢ Ａ＝ Ｏ ０ ０ ， 则 选 通 Ｘ０通 道 ， 定 的衰减 处理 的，只不 过小信 号的衰 减会 使误 … ４ 朱金 刚 ． 智能 电子 负载 的设 计 ［ Ｊ ］ ．实验 实现被测 电源 的恒阻模式 输 出；若 ＭＣ Ｕ输 出 Ｃ Ｂ Ａ＝ Ｏ ０ １ ，则选通 Ｘ１ 通道 ，实现被测 电源 的 恒 压 模 式输 出；若 ＭＣ Ｕ输出 Ｃ Ｂ Ａ＝ ０ １ ０ ， 则 选通 Ｘ ２通道 ，实现被测 电源的恒流模 式输出。 恒 阻 模 式 输 出 要 求 被 测 电源 的 输 出
简易直流电子负载.
2012年江苏省大学生电子设计竞赛（TI杯）简易直流电子负载（C题）设计报告二O一二年八月八日摘要：本系统设计的直流电子负载，以TI的MSP430F169单片机为主控芯片，包括控制器、矩阵键盘、液晶显示、恒流电路、辅助电源电路、电压电流检测电路。
系统以比例—积分调节作为恒流控制核心，电流采样采用TI提供的ADS1115和INA282芯片，辅助电源采用TI提供的TPS54331和LM2576电源芯片。
以三极管TIP42C为功率器件，通过控制其基极电流达到控制负载电流的目的。
本系统还扩展了简单的恒阻、恒压、动态带载以及描绘U-I特性曲线的功能。
本报告着重阐述了系统框架、工作原理、软硬件设计，并给出了系统各项数据测试表。
测试结果表明，该系统具有稳定性强、调节速度快的特点，很好地达到了题目要求的性能指标。
关键词：直流电子负载恒流恒阻恒压动态带载 U-I特性曲线Abstract：The design of the system DC electronic load involves the master chip--TI's MSP430F169 MCU controller, matrix keyboard, LCD, constant current circuit, the auxiliary power supply circuit, voltage and current detection circuit. System to proportional - integral adjustment as a constant current control core, proportional to speed up the adjustment speed, integral system without static error.The current sample provided by TI ADS1115 and INA282 chip. Auxiliary power is provided by TI TPS54331 and the LM2576 power chip. Transistor TIP42C power devices controlled by controlling the base current to achieve the purpose of load current. The system also extends the simple constant resistance, constant voltage and simulate dynamic load. This report focuses on a systems framework, working principle, hardware and software design, and gives the system the data test sheet. The test results show that the system stability, adjust the speed and quickness, a good performance to the subject requirements.Key words：DC Electronic Load constant current constant resistance constant pressure Dynamic load U-I characteristic curve一、系统方案1.1赛题分析题目要求实现一个恒定电流工作模式的直流电子负载，并且电流值能够任意设定，同时还要求实时检测电压值和电流值，并且达到一定的精度，系统还要求能够实现检测直流稳压电源的负载调整率。
简易直流电子负载
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Ｂ Ｏ ＯＳ Ｔ电路输入 电流的 目的 。这样 ， Ｂ Ｏ ＯＳ Ｔ 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
— —
斟协论坛 ・２ ０ １ ３ 年第 ８ 期（ 下 ）— —
综上 ， 我们选方案二 。 ｌ － ３ 控 制方 案
ＭＳ Ｐ ４ ３ ０ Ｇ ２ ５ ３ ３单片机具有两个 ｌ ６位定时器 ， 可得 Ｐ ＷＭ 占空
比分辨 率 为 ：
△ｄ １ （ １ ）
１ ． ４ ． １ 电流检测方 案 方案一：采用 电流 霍尔传感器。应用霍尔效应闭环 原理 的电流传感器， 不规则波形的电流 。但霍尔测量精度不能满足本设计精 度的要求， 且价格 昂贵。
影响， 必 须 采 取特 别 的 电路 措 施 防止 温 度 、 电压 的变 化 所 造 成 的漂 移 。
对于开关 电阻的控制可以采用模拟 电路进行调制和控制 ，
方案二： 利用 电阻分压取样 电压 。用 电阻分压取样 电压，
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 此 电路设计简单易于实现 ， 选取适当的电阻值 即能满足要求。 单一 ， 不便 于实现课题要求的多功能化。所 以， 为实现不同的
经数字 Ｐ Ｉ 调节后输 出相应 占空 比的 Ｐ ＷＭ 信 号驱动开关管 ，
从 而 实现 闭环 控 制 达 到 题 目的 要 求 。
当ｖ 和 Ｒ一定时电流 的分辨率取决于占空 比的分辨率 ，
设计 要 求 电流 的分 辨 率 为 ｌ ｍＡ，即 分辨 率 的 要 求 至 少 为 千 分 之一 。 采用超小型 １ ６ 位 高 精 度 度 模 数 转 换 器 ＡＤ Ｃ ： 片
2012年江苏省大学生电子设计竞赛(TI杯) 简易直流电子负载
2012年江苏省大学生电子设计竞赛（TI杯）试题简易直流电子负载（C题）【本科组】一、任务设计和制作一台恒流（CC）工作模式的简易直流电子负载。
其原理示意图如图1所示。
图1 直流电子负载原理示意图二、要求1.基本要求（1）恒流（CC）工作模式的电流设置范围为100m A～1000m A，设置分辨力为10m A，设置精度为±1%。
还要求CC工作模式具有开路设置，相当于设置的电流值为零。
（2）在恒流（CC）工作模式下，当电子负载两端电压变化10V时，要求输出电流变化的绝对值小于变化前电流值的1％。
（3）具有过压保护功能（如将电子负载置于开路状态），过压阈值电压为18V±0.2V。
2.发挥部分（1）能实时测量并数字显示电子负载两端的电压，电压测量精度为±0.02%，分辨力为1m V。
（2）能实时测量并数字显示流过电子负载的电流，电流测量精度为±0.2%，分辨力为1m A。
（3）具有直流稳压电源负载调整率自动测量功能，测量范围为0.1%～19.9%，测量精度为±1%。
（4）其他。
三、说明：1.图1中被测电压设备即直流稳压电源。
2.在恒流（CC）模式下，不管电子负载两端电压是否变化，流过电子负载的电流为一个设定的恒定值，该模式适合用于测试直流稳压电源的调整率，电池放电特性等场合。
3.直流稳压电源负载调整率是指电源输出电流从零至额定值变化时引起的输出电压变化率。
为方便测量，本题要求被测直流稳压电源的电压小于10V，额定输出电流值设定为1A。
4.负载调整率的测量过程要求自动完成，即在输入有关参数后，能直接给出电源的负载调整率。
5.为了方便负载调整率的测量，可以在被测直流稳压电源的输出端串接一个电阻RW ，更换不同阻值的RW，可以改变被测电源的负载调整率。
测试示意图如图2所示。
图2 负载调整率测试示意图四、评分标准。
直流电子负载
安徽工程大学课程设计第一章绪论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。
传统的测试方法中一般都采用电阻、滑线变阻器、电阻箱等充当测试负载，但这些负载不能满足我们对负载多方面的要求，如：恒定电流的负载；带输出接口的负载；随意调节的负载、恒功率的负载、动态负载；多输出端口的负载等。
现在有一种新型多功能的电子负载，可据实际应用中对负载特性的要求进行设置，满足了我们对负载的各种要求，解决了开发研制测试中的困难。
电子负载即电子负荷。
凡是能够消耗能量的器件，可以广泛地称为负载。
电子负载能消耗电能，使之转化成热能或其它形式的能量。
静态的电子负载可以是电阻性（如功率电阻、滑线变阻器等）、电感性、电容性。
但实际应用中，负载形式就较为复杂，如动态负载，消耗功率是时间函数，或电流、电压是动态的，也可能是恒定电流、恒定电阻、恒定电压，不同峰值系数（交流情况下），不同功率因数或瞬时短路等。
电子负载就是在实际应用中负载比较复杂的情况下而设计生产的测试设备。
它能替代传统的负载，如电阻箱、滑线变阻器、电阻线、电感、电容等。
尤其对吸收恒定电流或以恒定电压吸收电流，或电压电流都要在设定范围突变等传统方法不能解决的领域里，更能显示出优越性能。
直流电子负载可以具备恒定电流、恒定电阻、恒定电压、动态负载及短路负载等工作方式。
本课题主要讨论恒压和恒流两种模式。
第二章总体设计方案需要设计一个直流负载，可以实现恒压和恒流两种模式，并可以切换，且电压值和电流值都可以设定在一定范围内。
本实验采用的是手动切换两种模式的方式。
恒压、恒流两种模式都是采用运算放大器和反馈网络所组成的电路而实现的，其中，电路中的反馈网络是以场效应管为核心而构成的可调式放大电路，并增加了软启动电路和电压补偿电路进行补充。
可调式放大电路就是指放大电路根据输出要求的需要改变经过反馈电路的反馈信号，以达到输出需求。
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简易直流电子负载设计与总结报告湖北仙桃职业学院：杨青林胡炎何方指导教师：刘祖云刘明江简易直流电子负载的设计与总结报告摘要本系统设计的是直流电子负载，以TI公司16位的单片机MSP430为控制核心，由按键模块，D/A转换模块，恒流源模块、以及液晶显示模块等主要外围电路构成。
通过对DA的控制，达到对恒流值在一定范围内的控制，流过该电子负载的电流恒定，且电流值可设定。
之后通过内部AD的采集模块将实际端电压、端电流值送到单片机控制模块，能够检测被测电源的电流值、电压值；各个参数通过显示模块加以显示。
本设计着重阐述了系统框架、工作原理、软硬件设计，并给出了系统测试表。
测试结果表明，该系统具有稳定性强、调节速度快的特点，很好的满足了提出的性能指标。
关键词：恒流源、TM12864Z-1液晶、D/A、采样电路（电压采样、电流采样）、键盘、被测电源。
一.系统结构原理图本系统由以下部分组成：电源电路、单片机、功率控制电路、电压、电流采样电路、D/A输出、键盘输入、液晶显示电路。
系统总体结构框图如图1所示：二.方案比较与论证1. 主控芯片方案一：选用ATMEL公司的AT89C51作为该系统的微控制器。
51单片机软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，单片机为8位机，价格便宜，成本低，控制简单。
但51单片机功耗较高、运行速度慢、储存空间小内存只有8Kb，片内资源少，存储容量小，难以存储大容量的程序和实现快速精准的反应、控制、计算。
使用AT89C51需外接两路AD转换电路，实现较为复杂。
方案二：选用TI公司MSP430单片机作为该系统的微控制器。
MSP430单片机是16位的单片机，数据处理速度快，耗能低，保密性能好，内存空间大，抗干扰性好，内部集成资源丰富，存储容量大，低电源电压（1.8V—3.6V），支持多个中断源，可任意嵌套，时钟系统灵活，具有A/D转换等电路。
考虑到本系统对单片机性能要求较高，本设计采用了方案二，选用MSP430单片机作为直流电子负载微控制器。
方案一：采用DAC0832的DA芯片，DAC0832是8位分辨率，双通道A/D 转换，5V电源供电，工作频率为250KHz，转换时间为32us，一般功耗为15mW。
方案二：采用TLC5615的D/A芯片，它是一个串行10位的DA芯片，性能比早期电流型输出的DA要好，只需要通过3根串行总线就可以完成10位数据的串行输入，5V供电，微功耗，最大功耗为1.75mW，转换速率快，更新率为1.2MHz，上电时内部自动复位。
根据方案比较与论证，本系统选择方案二。
3. 液晶显示电路方案一：用数码管进行显示。
数码管亮度高、显示速度快、显示效果简洁明了。
但是数码管需要实时的进行动态扫描，需要外加三极管或者锁存器进行驱动，硬件电路设计较为复杂。
且显示信息简单、有限，只能显示有限的数字和符号，在本题目中应用受到很大的限制。
方案二：采用TM12864Z-1液晶显示，显示效果为蓝底白字、数据传输：串、并口兼容STN（黄绿模、灰模、黑白模）反射型，带EL或LED背光源EL/30VAC，400HZ 带EL驱动，内置ST7920简、繁体中文字库控制器，可3.3v或5v供电，显示4行，每行显示12个汉字。
根据方案比较与论证，本系统选择方案二。
4. 恒流源电路方案一：由晶体管构成恒流源该电路的缺点之一在于电流的测量精度受到两个晶体管的匹配程度影响，其中涉及到比较复杂的工艺参数。
另一缺点在于，集电极最大输出电流约为几百毫安，而题目要求输出电流为100～1000mA，因此由晶体管构成的恒流源不适合采用。
方案二：由运算放大器加上扩流管构成恒流电路，既能利用运算放大器准确的特性，输出又能达到要求。
采用高精度运算放大器OPA227，更能增加其准确的性能；采用IRF540场效应管进行扩流，具有很大的扩流能力，两者结合，可以实现比较精确的恒流电路。
根据方案比较与论证，本系统选择方案二。
方案一：采用A/D0809芯片，此芯片是8位的A/D转换器，转换精度高，抗干扰性能好，价格便宜，但是转换速度较慢一般用于要求不高的场合。
使用时需要外接电路。
方案二：采用MSP430内部的A/D芯片，此芯片是10位的A/D转换器，使用时不需要外接电路即可使用。
根据方案比较与论证，本系统选择方案二。
6.采样电路采样电路的作用是为了获得实际的端电压、端电流数据，送回到单片机处理并进行显示。
因此，采样电路的就成为设计的重点。
由D/A电路，输出一个电压信号送到OPA2277进行放大，去控制场效应管IRF540两极的电流。
由INA271对本系统的电流进行监控，当从而使流经R1的电流保持恒定，成为一个非常稳定的恒流电子负载。
再有MSP430内部的A/D。
采样之后的数据需要进行处理之后才会得到所求的数据。
7. 自制电源电路方案一：采用7805三端正电源稳压电路。
此稳压电路有热过载保护，短路保护，其缺点就是输出电流小，纹波与噪声电压（峰峰值）大，输出的电压精度不够。
故不能达到要求。
方案二：自制一个稳压电源,本系统自制的稳压电源采用的是桥式整流电路，由电源变压器Tr，二极管D1、D2、D3、D4和电感、电容、电阻、TL431、TP31C 等电路组成桥式整流。
此电路输出的电压精度高，带负载能力强, 纹波与噪声电压（峰峰值）小.根据方案比较与论证，本系统选择方案二。
三.理论分析与计算1. 电子负载及恒流电路的分析经由单片机和D/A电路，输出一个电压信号送到OPA2277高精度运放进行放大，去控制场IRF540场效应管的源极和漏极间的电流。
当被测电压改变时，IRF540的D、S端压降改变，从而使流经R1的电流保持恒定，成为一个非常稳定的恒流电子负载。
2. 电压、电流测量及精度分析单片机经过D/A输出电压，控制IRF540的电流，电流步进值100mA，范围为100mA-1000mA。
INA271监测流经R1的电流，输出电压，该电压经过2.5K 和17.5K电阻分压电路，作为采样电压。
3. 直流稳压电源的组成原理自制一个稳压电源是由电源变压器Tr，二极管D1、D2、D3、D4和电感、电容、电阻、TL431、TP31C等电路组成桥式整流。
采用π型滤波器，包括两个电容器和一个电感器，它的输入和输出都呈低阻抗。
π型电路因为元件多，所以其插入损耗特性比C型和LC型更好。
本设计中采用电感L值为57.2mH，电容C值为2200uF。
滤波后的信号经过并联稳压集成电路TL431，该器件是良好的热稳定性能的三端可调分流基准源，它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从Verf （2.5V）到36V范围内的任何值，其典型动态阻抗为0.2Ω。
本设计中采用了2.7K 电阻和2.7K电阻分压，得到5V输出。
在输出端采用了通用硅功率晶体管TIP31C，输出电流可以达到1A的要求。
4. 电源负载调整率的测量原理负载调整率是电源负载的变化会引起电源输出的变化,负载增加,输出降低,相反负载减少,输出升高。
好的电源负载变化引起的输出变化减到最低,通常指标为3%~5%。
测试说明：输入电压为额定值时，因变换负载引起的输出电压波动不应超过规定的范围。
测试方法：1）输入电压为额定值，输出电流取最小值，记录最小负载量的输出电压U1；2）调节负载为50%满载，记录对应的输出电压U0；3）调节负载为满载，记录对应的输出电压U2； 4）负载调整率按以下公式计算：负载调整率={(U- U0)/U0}×100％ 式中：U 为U1 和U2中相对U0变化较大的值；四. 硬件电路设计1. D/A 转换电路采用TLC5615的D/A 芯片，由单片机输入信号经过上拉电阻送入TLC5615转换输出，送入恒流源电路。
D/A 转换电路如图2所示：2.液晶显示电路液晶由TM12864Z-1显示，引脚接线如表一。
液晶显示电路如图3所示：3.由单片机和D/A 电路，输出一个电压信，由OPA2277高精度运算放大器进行放大，加上扩流管IRF540构成恒流电路，再有INA271对本系统进行电流监控，从而使流经R1的电流保持恒定，成为一个非常稳定的恒流电子负载。
恒流源负载如图4所示：4.自制电源电路本系统自制的稳压电源采用的是桥式整流电路，由电源变压器Tr ，四个二极管和电感、电容、电阻、TL431、TP31C 等电路组成桥式整流。
由π型滤波器进行此电路的滤波，滤波后的信号经过并联稳压集成电路TL431，输出电压用两个电阻就可以任意的设置到得到5V 输出，再由TP31C 提高输出的电流。
自制电源电路如图5所示：五. 采样输出电流、电压并在液晶上显示。
单片机通过内部自带的10位A/D 对等效负载的电压和电流进行采样，将采集回来的数值在单片机内部处理后送液晶进行电压电流的显示。
六.系统测试与分析1. 测试仪器数字万用表；函数发生器；示波器；直流电源；2. 测试方法在电路各个模块完整的制作完成后，首先要做的是再次检查硬件电路是否有错误，如虚焊，连线错误等。
如果并无此方面的问题，则在不加测试电源的情况下，对各个模块的主要部件进行测试，如单片机对D/A的控制是否正常，采样模块的A/D是否能够正常的进行工作，显示模块是否能够正常显示等。
当通过上面的测试后，则可以接入电源。
当电源在初次接入时，其电流值应该设定的很小，可以从0A开始进行调节，与此同时，还要考虑到并联限流电阻，为了确保电路的安全，初次接入时应先选取2欧进行测试。
在测试过程中，尽量保证电源电流与D/A输出模拟电流向接近，避免两者偏差过大。
当测试过程中出现异常情况时，切记先关闭电源开关。
3. 测试数据恒流源模式的测试负载调整率通过键盘设置恒定值测得测试点电流数据如表二所示：表二恒流模式下测试数据表由数据表明，实测电流的值都稳定在设定值左右，经计算，相对误差小于2%。
说明系统在恒流模式下工作正常。
七.总结本系统设计的基于MSP430控制的电子负载，能够直接检测被测电源的电流值、电压值，以及在不同大小的负载下电源的输出电流值。
通过单片机控制使各个参数都能直观的在液晶上显示。
此电子负载能很好的替代传统的测试方法中一般采用的电阻、滑线变阻器、电阻箱等，更简单、更快捷、更可靠地对电源、变压器、蓄电池等电子设备进行输出特性的测试。
但是，本设计还存在着很多不足，希望能在以后能改善这方面的缺陷。
此次设计的电子负载，从最开始的资料搜集，到电路的设计；从最开始的元件选型，到电路板的焊接，再到现在的实物的整体调试，一步都印证着自己在完成电子设计任务上一个又一个的成功与失败，迷惑与奋发！我们在整个设计制作过程中，始终关注系统的性能指标和运行的稳定性，本着稳定性和精确性并重的原则，我们采取了诸多的有效措施，完成了设计题目所规定的部分指标和要求，达到基本的性能指标，而且对于有些指标我们的设计还有了一定的的提高，功能也有所扩展。