直流电子负载是一种通过电子电路实现欧姆定律的受控有源电阻电路，主要用于直流稳压源的智能化检测。直流电子负载通过控制内部功率器件MOSFET或晶体管的导通量，使功率管消耗功率，可以模拟各种不同的负载状况，一般具有定电流、定电压、定电阻、定功率、短路及动态负载等多种模式。简易直流电子负载系统设计以C8051F350单片机为控制核心，使用芯片内置的24位AD转换电路实现模拟电压和电流信号的数字化测量、控制与显示，电路主要包括恒流电路、电压电流取样电路、LCD显示电路等。主要性能有：能设定恒流电流值，显示被测电源的输出电压值、电流值以及电源的负载调整率等。其恒流电子负载的电流设置范围为100mA～1000mA，分辨率为10mA。在电子负载两端电压变化10V时，输出恒流变化的绝对值小于0.1%。系统具有过压保护功能，过压阈值保护电压为10V到30V可设。

　　关键词：电子负载 C8051F350单片机 设计

　　中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）10-0169-02

　　1 前言

　　在电路中，负载是用来消耗电源输出能量的装置。直流电子负载由于采用了功率半导体器件替代纯阻元件作为电能消耗的载体，可实现负载的智能调节与控制，并能达到较高的调节精度和稳定性，直流电子负载不仅可以模拟实际的负载情况，还可以编程模拟一些特殊的负载实现指定的波形曲线，用以测试稳压电源设备的瞬态特性，这是纯电阻式负载所无法实现的，近年来已广泛应用于电源类产品和功率电子元器件的性能测试、老化等实验环节。

　　2 系统方案设计

　　恒流式直流电子负载利用比较放大器、功率元件等构成电流负反馈环路，用单片机、比较器和采样电路构成电压反馈环路。使用两个环路可使系统更加稳定，反应速度更快。系统主要由恒流源、采样、测量显示、功率控制、保护电路等电路组成。C8051F350单片机为控制核心，通过测量电源加在负载端的电压及负载电流，并与设定恒流值、过压保护设定值比较后，调整恒流功率管的电流到规定值，或进行过压保护，并在显示器上显示测量信息。图1为恒流式直流电子负载系统框图。（如图1）

　　3 硬件电路设计

　　3.1 单片机控制电路

　　控制电路采用C8051F350高性能单片机芯片（如图2），C8051 F350是一款集成了单片模数混合信号的微控制器。内部有一个24位8通道ADC电路及8位双通道DAC电路，可用于模拟电压的高分辨率测量转换及控制数字量的模拟电压输出。设计使用情况为：1、2脚用于电压测量，3、4脚用于电流测量，11、12脚用于程序写入，14、15、16脚用于LCD显示控制，13、23脚用于按键开关，29脚用于恒流控制输出。（如图2）

　　3.2 控制电路

　　控制电路如图3所示，负载电源输入部分采用桥式电路，可防止电源正负极接反。比例放大器IC1B将采样电阻R13两端电压放大再与单片机输出的参考电压进行比较输出，控制功率MOS管形成电流负反馈。输入电压经R18、R17、R15分压后送单片机测量并与设定保护电压比较用于控制功率MOS管关闭，达到电源过压保护的目的。另外电压比较器IC2B用于最大输入电压保护，当输入电源电压高于最大规定值时，IC2B输出低电平关闭MOS管，并点亮过压保护指示灯。（如图3）

　　4 程序设计

　　单片机控制软件采用C语言，Keil-C51编译平台。主要功能模块程序有主循环程序、电流电压ADC检测程序、显示程序、负载调整率计算程序等。图4为主控制程序流程图。（如图4）

　　5 调试与性能测试

　　5.1 调试方法

　　在检查硬件电路无虚焊，线路连接正确的情况下，用GWINSEK PST-3202型线性电源、12V蓄电池、RIGOL DM3051型数字万用表进行电路调试与性能测试。测试过程为：

　　（1）将12V蓄电池一路提供给恒流电路中的运放芯片LM393工作电压，绿灯亮；另一路通过7805稳压成5V后再由LM1117IMP-3.3芯片转换成3.3V电压，给单片机C8051F350供电。检查电路正常后将线性电源作为被测电源接在电子负载电路的二端。

　　（2）恒流电路检测。用单片机设定一个恒流值，打开线性电源，使其电压从零开始增加，观察输出电流是否为设定的电流值，并记录在12V输出电压的情况下，由设定恒流值下的各实际输出电流值。

　　（3）过压保护检测。将单片机设定一个过压保护电压值（电流设在较小的值如100mA），将线性电源电压输出由零开始增加，测试在达到规定的输出电压时，电子负载能否断开保护。

　　（4）负载调整率检测。在电子负载串接功率电阻下，验证电子负载上显示的电压调整率是否正确。

　　5.2 电路性能

　　表1至3为电子直流负载的恒流设定精度及稳定度等性能测试表，结果表明：直流电子负载可在恒流工作模式的电流设置范围在100mA～1000mA，恒流精度在1%之内；在不同电压下的恒流稳定度也较好，当电子负载两端电压变化10V时，输出电流变化的绝对值变化小于前电流值的0.1%；负载调整率在0.1%～20.0%范围之内。

　　6 结语

　　直流电子负载以C8051F350单片机为控制核心，能够直接检测被测电源的电流值、电压值并在LCD液晶上显示，具有恒流值、过压保护值可设定，稳定性好、制作简单等优点。

　　参考文献

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