直流电子负载设计

直流电子负载（D题）

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。设计和制作一台电子负载，有恒流和恒压两种模式，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。

二、要求

1．基本要求

（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）显示分辨力及误差：至少具有三位数，相对误差小于5%。

2．发挥部分

（1）增加恒阻（CR）模式。

（2）扩大负载参数的设置及读出范围。

（3）具备自动过载保护设计。

（4）其它。

三、说明

（1）负载参数可调节设置，人工预置或数字程控皆可。

（2）负载参数可数字化显示，两种负载参数(CV、CC)同时显示。

（3）实现原理可参考下图。

四、评分标准

设计报告

项目满分设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电

路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分

析

30

基本要求实际制作完成情况50

发挥部分完成第（1）项20完成第（2）项10完成第（3）项10其他10小计50

总分130

直流电子负载（D题）

摘要

本设计作品主要由恒压模块，恒流模块，恒阻模块等三大模块组成，并通过51单片机进行控制，实现对恒压负载电压值和恒流负载电流值的预设，并通过液晶显示预设值和实测值。

整个设计系统采用功率MOS管和运算放大器组成的恒流模块和恒压模块，通过D/A转换将单片机预设的电流值和电压值作为恒流模块和恒压模块的给定，控制电流电压的输出，再经过A/D转换对实际的电流和电压输出值进行检测和采样，实现闭环控制，从而达到所需电子负载的精度。同时在一定的范围内，通过键盘任意设置电子负载的电压值和电流值，并且通过模拟开关实现恒压负载、恒流负载、恒阻负载之间的切换，通过液晶显示预设值和实际值，从而达到题目的各项设计指标。

关键词：恒压恒流恒阻电子负载数控

Abstract

The design works mainly by the constant pressure module,constant current module,constant resistance module composed of three modules,and through control of the microcontroller51to achieve constant voltage and constant current load value of load current default,and through the liquid crystal displayThe default value and the measured values.

The whole design system uses power MOS tube and the composition of op-amp constant voltage constant current module and the module,through the D/A conversion will MCU default values as current and voltage constant voltage constant current module and the module is given,the control current and voltageoutput,and then after A/D conversion on the actual current and voltage output for testing and sampling,to achieve closed-loop control to achieve the required precision electronic load.At the same time in a certain range,arbitrarily set by the keyboard electronic load voltage and current values,and the analog switch achieved through constant load,constant load, constant switching between the load resistance,through the liquid crystal display and the actual value of the default valuesto achieve the title of the design specifications.

Keywords:constant current constant voltage constant electronic load resistance numerical control

一、系统方案论证与比较

1、系统设计思路

根据题目要求的电路原理示意图所知，本系统需要先制作一个恒压源和一个恒流源模块，通过单片机对D/A的控制，预置电子负载的电压值和电流值，再通过A/D采样，将实际输出的电压电流信号进行返回，形成闭环系统，满足电子负载的精度。再通过模拟开关，实现电子负载恒压，恒流，恒阻三种状态的切换。通过软件保护实现系统过流和过压的保护。最后需要使用液晶显示电子负载的输出值和预设值。

2、方案比较与选择

（1）恒流模块方案选择

方案一：采用开关电源构成恒流源电路。当给定电压发生改变时，PWM控制器也同时改变开关器件的占空比，从而调整输出电压，最终获得输出电流的恒定。但开关电源电压纹波比较大，控制电路复杂，很难制作出低纹波，高精度，线性度很好的恒流源。

方案二：采用集成运放构成的线性恒流源。电路框图如图1-2所示。电路工作在电流负反馈状态，输出电流直接由功率MOS管流出，在保证功率MOS管在线性导通的状态下，能够输出比较大的电流。而且此电路线性度比较好，电路结构简单，容易控制，输出电流纹波比较小，电流输出范围比较大。

图1.2-2采用集成运放构成的线性恒流源

综上所述，本系统采用方案二，选择集成运放构成的线性恒流源电路，此电路能通的电流比较大，完全可以满足题目的指标，而且线性度比较好，容易控制。（2）恒压模块方案选择

方案一：采用运放与功率MOS管相结合的开关恒压源。通过单片机产生PWM 信号，与运放的给定信号进行比较，使功率MOS管工作在开关状态，改变其占空比，从而达到电压的恒定。但电压纹波比较大，容易出现电压尖峰，线性度不是很好。

方案二：采用运放与功率MOS管相结合的线性恒压源。使功率MOS管工作在线性模式。通过运放给定与获取电压的反馈进行比较，构成电压负反馈，从而获得输出电压的恒定。此方案输出电压纹波较小，线性度比较好，易于控制。

综上所述，采用方案二，电压线性度较好，容易实现。

（3）恒阻模块方案选择

方案一：采用硬变件实现的恒阻方案。电路原理如图1-3所示。用输入电压与流过功率MOS管的电流的比值来等效电子恒阻负载。电路工作在电流负反馈