简易直流电子负载设计及测试

陈喻　邬杨波　李宏　谢建军　励金祥 周赛华

摘要：该文设计了以单片机C8051F020为控制核心的简易直流电子负载。电子负载采用恒流工作模式，恒流方式通过单片机内部DA输出控制NMOS管等电路产生恒定电流，当直流稳压电源电压在一定范围内变化时，流过本直流电子负载的电流保持恒定。在恒流模式下的设定电流非常精准。在不同设定电流下，电子负载两端电压变化10V时输出电流变化值能够控制在0.9%以内。过压保护阈值电压18V附近。电子负载两端的电压，电流测量精度均可满足。同时本简易直流电子负载可以工作在恒阻方式。可设定电阻，并可测得电子负载两端电压与电流为线性关系，即是恒阻模式下的电阻值。

关键词：直流电子负载；恒流模式；恒阻模式；C8051F020

中图分类号：TP273.1 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2012）34-8293-05

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。直流电子负载，应用的历史较长，范围更广。在实验室，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，可以实现定电阻、定电压等特性。单片机技术与变换器电路的密切结合还使得电子负载可以工作在其它多种模式下：定功率模式、动态电阻模式、短路模式等。该文设计了以单片机C8051F020为控制核心的简易直流电子负载，且本系统采用恒流工作模式，所达到的精度很高，完全达到了设计任务要求。可以实现的功能：恒流、恒阻，等功能。

1系统方案

1.1核心控制器（单片机）方案设计

采用C8051F020单片机作为核心控制单元，内部包含12位A/D、D/A转换功能，精确度高。通过软件编程可以实现对电流预置，A/D采样比较、D/A输出、LCD显示、过压控制、过流控制等多种功能，并且外围电路简单，控制效果好。

1.2功率控制方案设计

用增强型NMOS管作为功率器件。功率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MOS管热稳定性好。

1.3过压控制的方案设计

采用继电器与单片机之间的通信，当外部电压到达18V是，单片机P1.0口置位，通过继电器驱动电路，实现过压控制效果。电路设计简单，效果稳定，自动判断功能模块的效果极佳。

2理论分析与计算

2.1电子负载及恒流电路的分析

若同时要求外部输入电压的最大值为18V，且最大工作电流为1A（IRF3710最大电流为59A），那么NMOS所承受的功率为17W，功率电阻所承受的功率为1W，设计中选用个额定功率为2W电阻和160W的IRF3710，完全可满足功率和电流要求。同时在IRF3710上载入超大型散热片，防止过热而导致功率电阻的阻值发生变化。

2.2电压、电流的测量及精度分析

恒流（CC）工作模式的电流设置范围采用100mA～1000mA，只要调整压控电压使之位于100mV～1000mV之间。并且在运放作用下，可以使得LF353正级输入与负极输入相等。从而保证输入电压既是1Ω电阻上的电压。

外部输入电压经过分压后，由单片机进行256个点的12位过采样可以达到16位分辨率。完全可以满足分辨率要求。同时对于精度，主要应用各种高精度电阻和高精度运放，以达到高精度要求。

2.3电源负载调整率的测试原理

电源负载调整率是在一定外部稳定电压下，一定被测电源负载下，预置电流为0A和1A时，测试外部稳压电源的电压值的相对偏差。

3系统硬件分析与设计

3.1直流电子负载总体设计