TA的每日心情 | 开心
2023-6-12 15:40 |
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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9 n% y0 s7 n' H' \5 Y: U
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。- I8 j0 X# A- [. v, O4 L+ e2 c2 ]
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- f" b2 w) ]$ Y/ T3 ^( q
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
* [: f; ^1 Y: s8 tSTC89C52 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、
0 X* U6 `$ T: U! c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. p( q! H! g8 E) Q' v
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" w9 |. r$ n/ ]" a
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
; d& V, B( E' q9 k4 ?6 D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) A. ?3 s* `- n0 Z; Z ?
流过该电子负载的电流恒定，实现恒流工作模式。
) @8 J+ a- W, u5 U$ n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" X" k4 N! ]) z; Y
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/ `# ^8 g5 M7 `1 c X- a- m
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。2 l V4 E" a3 ?' K
2 [( R. {; Q5 \3 n8 r
第一章电子负载系统设计方案! G. F* i9 } g0 k
1.1 电子负载工作原理) C' N( r3 K, K
电子负载用于测试直流稳压电源、蓄电池等电源的性能。电子负载的原理是控0 Z' H5 E4 E$ s4 h9 ~! a. n
制内功率MOSFET或晶体管的导通量（占空比） ，靠功率管的耗散功率消耗电能的设
8 Q+ p d, `# ?* F" O备，它能够准确检测出负载电压, 精确调整负载电流, 同时可以实现模拟负载短路, 模% F7 h# B/ ^2 b' r
拟负载是感性阻性和容性, 容性负载电流上升时间。它的基本工作方式有恒压、恒流、
2 N& c2 u9 T F( N% x恒阻、恒功率这几种。
' T: J9 O5 I* e7 g+ D+ L( |4 t（1）恒定电流方式
- q) Y( Y6 s; I# A+ ^7 Y在定电流模式中, 在额定使用环境下, 不论输入电压大小如何变化, 电子负载
1 Q7 v5 L- `- P. h* | _( D将根据设定值来吸收电流。
" S, f I# b0 ^5 i7 p0 T. h若被测电压在5～10V变化，设定电流为100mA，则当调节被测电压值时，负载上
+ X% d2 [. {7 G7 a# Y9 i: ?的电流值应维持在100mA不变, 而此时负载值是可变的。定电流模式能用于测试电压
6 Z; v. z$ W+ @ U0 Y源及AD DC电源的负载调整率。负载调整率是电源在负载变动情况下能够提供稳定的
& \/ S5 t+ f1 K1 ]# d0 o+ U$ H/ \- k1 P输出电压的能力, 是电源输出电压偏差率的百分比。4 t" i! }0 w6 }& n J
（2）恒定电阻方式& ~4 g+ S. S# n* X& M3 B) k& q
此种状态下，负载如纯电阻，吸收与电压成线性正比的电流。此方式适用于测
! K8 K: ]9 o2 Y+ v试电压源，电流源的启动与限流特性。
- a2 v, b, ~" l! M& f5 j在定电阻模式中, 电子负载将吸收与输入电压成线性的负载电流。若负载设定
4 {/ a% ^; h7 h为1 k Ω, 当输入电压在1～10 V 变化时, 电流变化则为10～100 mA 。
6 f9 j! u$ j! C) W4 s（3）恒定电压方式: {7 ?$ q( L% m7 A$ q0 h; P+ n* {
在定电压方式下电子负载将吸收足够的电流来控制电压达到设计值。定电压模) v) _& B- n" j# [* B5 E
式能被使用于测试电源的限流特性。另外, 负载可以模拟电池的端电压, 故也可以
( O# T1 \4 g: j2 f* [使用于测试电池充电器。) `# F. b! ?4 C& z+ _2 j
（4）恒定功率方式1 R+ [- n7 d# @: f0 n; S l n( F
在定功率工作模式时，电子负载所流入的负载电流依据所设定的功率大小而定，5 o" y5 ]8 g5 Y) I8 _0 }- _- M
此时负载电流与输入电压的乘积等于负载功率设定值，即负载功率保持设定值不变。. X/ }: V) `& Y- m# B
本电子负载机实现了在恒流模式下一定范围内的正常工作， PI 调节器的基准电压, ^2 H; Y9 L% ~9 A8 t1 U6 K1 Q
由单片机DA转换输出。用AD转换器与单片机连接把电路中电压电流的模拟信号转0 b, C& _" l1 h) B" q
换为数字信号，然后用液晶显示方式显示出即时的电压电流。
$ a( ^. i* L8 H8 J* _$ T1.2 系统设计要求! y7 d- ~! q1 X/ p9 I2 \% T
根据电子负载的原理，设计出实现恒流模式下的电子负载：能够检测被测电压* J: R' t2 t$ X3 w4 G1 C5 B
型电源的电流、电压及功率并由液晶显示。在额定使用环境下, 恒流方式为不论输入
' ^: }" a* M, [; R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- |' u0 e( X ^6 [/ C
载的电流恒定。: i* T$ Y# |# {% j
设计出最大功率为 100W，电流O一20A，电压O一50V的直流电子负载。8 S2 d X' F* }# d. K, N
1.3 系统总体设计方案论证8 {1 S3 v0 `7 R/ d9 ~) F+ q: _
根据系统的设计要求，得出以下三种方案：
J4 T1 q J3 T方案一：如图1-1 所示，运用传统的电子负载设计方式，通过比较器的比较结5 q( |. e: m+ p6 d+ [& G
果及反馈来控制MOSFET的栅极电压，从而达到其内阻变化的目的。: G3 J1 @7 A& g# Z# m% Z
方案二：如图1-2 所示，采用了单片机作为核心控制器，设计了AD电压电流检
1 h; A1 v. \; K- ~; e测电路、键盘电路、液晶显示电路和驱动电路， ATmegal6 单片机为核心处理器。键
# [" p% e/ ]" g盘、串口通讯和LCD实现人机交互， MOS管电路为电子负载主电路。单片机输出一定/ F4 E; [. s9 E* p. {- B
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，来获得实际所需
: p+ `! S5 v/ t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AD采集到单
: _1 i; G% a6 V. @+ k/ r, c9 m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。
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发表于 2019-11-12 08:48
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