简易直流电子负载

简易直流电子负载

制作小组：程建

刘满

文超炜

指导老师：张志俊

田微

摘要

本设计是由运算放大器OP07作为电压放大器，MOS管IRF540作为恒流负载，78XX系列稳压芯片提供电源，；STM32作为主控制器检测电流电压，实现电子负载过压保护并能自动测量负载调整率；12864作为显示器实时显示电子负载电压、电流、电流精度和过压阈值。本系统能保持稳定的电流特性，高精度的电流、电压测量和显示，具有过压保护功能和友好的人机界面。

关键词：OP07 IRF540 STM32 12864

一、系统方案

电子负载用于测试直流电源、蓄电池等电源的性能，其工作方式有横流、恒压和横阻三种模式，因为本题的要求，故将电子负载作为横流模式，其主电路包括开环电压放大器、横流负载和测量显示。

1.1主电压放大器的选择

方案一：OP07

OP07是双电源供电的高精度低噪声运算放大器，当其工作于开环线性放大区时，其正负输入端的电压值及其接近，经实测为0.001V的差值，因而可以提高电流精度，其性价比高。

方案二：OPA2227

OPA2227为TI公司的高精度仪放，但在实际测量中，其开环放大区的正负输入端电压差值大，不利于对输出电流精度的控制，其价格相对较贵。

综上，选用方案一。

1.2横流负载的选择

方案一：IRF540

IRF540为N沟道MOS管，通过控制V DS和V GS的关系使其工作于恒流区，其参数值为V DSS=100V，I D=23A,R DS(ON)≤77mΩ。对于本题电压阈值18±0.2V，最大电流1A来说足够。

方案二：IRF630

IRF630同为N沟道MOS管，其参数值为V DSS=200V，I D=9A,R DS(ON)≤400mΩ，对于本题来说也足够，但其能通过的最大开关电流小于IRF540,而导通内阻又远大于IRF540，故其在通过持续电流的最大值比IRF540小，导通损耗比IRF540大，对于散热的要求高。

综上，选用方案一。

1.3主控制器的选择

方案一：STM32

STM32有

方案二：MSP430

MSP430有

二、理论分析与计算

1.1电子负载及恒流电路分析

下图是一个常用的恒流电路，这样的电路容易获得稳定和精确的电流值，R3为采样电阻，VREF是参考电压，电路的工作原理是：当给定一个VREF时，如果R3上的电压小于VREF，则OP07会加大输出，MOS管会加大导通使R3上的电流增大。如果R3上的电压大于VREF，则OP07会减小输出，MOS管会降低开通使R3上的电流减小。这样R3上的电压则通过负反馈维持在恒定的给定电压值VREF，来实现横流控制，MOS管则作为外部电源的负载消耗能量，整个电路就成了一个电子负载。。

例如：下图电路中VERF=10mV,则电子负载的导通电流I=VERF/R3=1A。实际应用中可以用DAC来给定VERF的电压值实现数控横流电子负载。

图一

1.2电压、电流的测量及精度分析

本次设计结合题目要求后，其输入电压范围为0.1V-18V,输出电流范围为100mA-1000mA。题目要求的电压测量精度为±（0.02%+0.02%FS），分辨力为1mV，本次设计中设定的满电压为18V，则0.02%FS为3.6mV的偏差。STM32内部集成12位高精度AD转化器，其最小分辨率为3.3V/212