简易直流电子负载
摘要：该设计以msp430 launchpad构成的最小系统为核心，由恒流电子负载模块、电压电流检测模块、人机交互等模块完成了简易直流电子负载系统。
采用高精度电流监控器ina282和16位高精度模数转换芯片ads1115构成电子负载电流、电压实时检测，并将检测到的电流信号与给定值比较调节恒流电子负载模块的pwm信号的占空比以实现恒流，并且将电压、电流检测数据进行处理得到被测稳压源的负载调整率。
测试结果表明该系统结构简单、高效、稳定。
关键词：开关电阻可调恒流负载数字控制
中图分类号：tp368.1 文献标识码：a 文章编号：1007-3973（2013）008-115-03
1 系统方案
1.1 具体指标如表1
1.2 恒流电子负载电路方案
方案一：boost拓扑构成的恒流电子负载。
如图1所示，在特定的输入电压下，通过调节boost电路的pwm信号占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boost电路输入电流的目的。
这样，boost 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好，对被测稳压源的影响较小；要求的输入电压可以做到很低，从而适应被测电源电压的范围很宽。
但缺点是开关管的电压电流应力较大，控制上不易稳定。
方案二：基于开关电阻的恒流电子负载。
如图2所示，开关s和电阻r构成开关电阻，特定直流电压vi加在开关管电阻上，调节pwm信号占空比可以调节电路的输入电流，通过闭环控制，可以实现输入电流的恒定，输入电流波形如图3。
该方案具有电路结构简单、控制方便、成本低廉、工作可靠等优点。
可以直接发出pwm低电平封锁开关管实现0输入电流的目的。
缺点是输入电压必须不低于某一特定的值才能正常运行和保证控制精度。
由于有先进的单片机、ad芯片、电流检测芯片等，通过电路参数的合理设计，可以将这些问题的影响降到最低。
综上，我们选方案二。
1.3控制方案
对于开关电阻的控制可以采用模拟电路进行调制和控制，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单一，不便于实现课题要求的多功能化。
所以，为实现不同的恒流目标值的设定、稳压源的负载调整率的自动测试、系统保护等功能，控制上采用单片机为核心的数字控制如图4所示。
通过检测恒流电子负载输入电流ii，并将其与给定值进行比较，经数字pi调节后输出相应占空比的pwm信号驱动开关管，从而实现闭环控制达到题目的要求。
1.4 检测方案
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，能在电隔离条件下测量直流、交流、脉冲以及各种不规则波
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。
方案二：采用电流并联监控器ina282。
ina282 是ti公司提供的电压输出电流并联监控器，此监控器能够感测共模电压上-14v至+80v的压降，与电源电压无关。
零漂移架构的低偏移使得电流感测在整个分流器上的最大压降低至10mv的满量程。
特点：宽共模范围：-14v至80v；增益误差（最大值）、偏移漂移、增益漂移小。
综合系统的要求，本设计选择ina282为主要器件构成的检测电路取样电流。
1.4.2 电压检测方案
方案一：采用电压霍尔传感器。
应用霍尔电压传感器，能在测量直流、交流、脉冲以及各种不规则波形的同时实现电气隔离。
但采用霍尔器件的缺点是价格比较高，易受电磁干扰影响，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。
方案二：利用电阻分压取样电压。
用电阻分压取样电压，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。
综上，本设计选用电阻分压网络取样电压。
2 理论分析与计算
2.1 恒流电子负载电路的主要器件参数计算
2.2 检测电路的设计与参数计算
3 电路设计
主电路如图8。
4 结论及性能分析
经过测试可知，本系统可达到以下指标：
（1）电流变化在100ma～1000ma可实现恒流，且恒流精度小于1%。
（2）具有过压保护功能，大于18v时报警并封锁pwm信号。
（3）能实时测量并显示电子负载两端电压、流过电子负载电流，测量精度均达到发挥部分要求。
（4）具有直流稳压电源负载调整率自动测量范围，达到发挥部分要求。
综合分析各项指标的测试结果并与设计指标进行比较发现，本系统的各项设计参数均能达到设计指标。
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