淺析現代電子負載系統方案設計

宋亞明

遼寧省機電工程學校，遼寧 遼陽 111004

在能源競爭激烈的今天，多種多樣的電源廣泛應用于冶金、能源、化工等國民生產的個個領域，電源是人們生產以及生活不可缺少的條件。電子負載的出現使大功率直流電源的出廠檢驗消耗的能源成本減少，實用價值得到突顯。在通訊、汽車、蓄電池等各個行業中，現代的電子負載技術與傳統模擬電阻性負載相比具有效率高、消耗低、節省空間等等優勢。

1 電子負載分類

儀表測試行業主要研究如何對輸出電能或轉換電能的設備進行可靠、安全、全面簡潔的測試問題。在傳統的儀表測試過程中，經常使用靜態負載來完成此過程。電子負載是專為較大功率的負載設備的實驗維護而開發的新型模擬負載，由數字控制器、通訊電路、檢測與驅動電路等各種元件組合而成的，為了使測試更加簡捷，通常采用合適的模擬負載，因為在實際負載中形式比較復雜多變，負載隨時可能發生變化，因此原有的靜態負載在此基礎上則難以有效地完成模擬負載，學者們通過研究電子模擬負載來替代實際負載來完成這一過程，即電子負載。

目前，根據電子器件選擇的不同可以分為采用晶體管的電子負載、采用場效應管的電子負載、采用絕緣柵雙極晶體管的電子負載以及電能反饋型電子負載，每種電子負載都有其各自的特點。首先，晶體管電子負載應用十分廣泛，對電信號有放大和開關的作用；其次場效應電子負載中使用的場效應晶體管有控制靈敏度高、工作速度快，既無機械接觸點，也無運動部件，適合模擬速度較快，電流稍小的實際負載；絕緣柵雙極晶體管是場效應晶體管與晶體管技術相結合的復合型器件，它采用了兩者的優勢進行負載，比晶體管的速度快，比場效應晶體管的負載電流大；電能反饋型電子負載，此種形式具有節能無污染的效能，是目前比較超前的電子負載模式之一。因此，在選擇合適的電子模擬負載時，要在兩者相互融合的基礎上確定模擬負載與實際負載的匹配性。

2 直流電子負載系統方案設計

在直流電子負載系統方案的設計過程中，通過直流電子負載為實現實驗樣機為小功率的直流電源出廠測試提供了較為理想的實驗手段，節省了時間和空間，提高了效能，自動化水平得到了極大的提高。直流電子負載正是利用負載模擬方法，采用對負載電流調節方法，使控制環的可調節電流與檢測的輸入電壓滿足特定的規律，當負載電流和非線性負載電流特性曲線近似的情況下，即可模擬非線性負載①。對于非線性功率變換的電路測試，需要建立一個安全的消耗功率轉換器的最大功率的負載電路。可以選擇兩種方案實行：1）采用常用的額定大功率的電阻，通過消耗能源的方式消耗功率；2）根據電子負載的分類特點，可采用雙極晶體管或場效應晶體管組成的電路，由一個可控開關控制，在適當時調節所需電流值。場效應晶體管（MOSFET）具有控制靈敏度高、工作速度快，既無機械接觸點，也無運動部件，適合模擬速度較快，電流稍小的實際負載，場效應晶體管（MOSFET）在工作時相當于開路，其電阻巨大，在實際工作中不會產生靜態的功率消耗。在設計直流電子負載的時候可以采用場效應晶體管（MOSFET）控制電壓控制器件，具有更加節能便捷的功能。

圖1 系統總體結構圖

圖1為場效應晶體管（MOSFET）為電子負載的主電路圖，從圖中可以看出D片上A/D轉換器的功能是采集和反饋測試電源狀態數據的，LCD、鍵盤實現人機信息交互轉換，串口通訊采用RS232標準實現和上位機的通訊。電子負載系統的核心處理器是TMS320LF281，掌握著整個電路的主脈，控制算法的調用和轉換實現。在電路圖的設計中，電子負載系統采用了TMS320LF2812核心處理通過A/D轉換、LCD顯示、串口通訊、鍵盤操作等過程并通過電壓控制實現功率板電路控制的技術方案，整個過程實現了恒電壓、恒電流、恒電子的過程，使整個系統處于穩定狀態，在不斷地實驗過程中，實現本電路圖中場效應晶體管（MOSFET）的電子負載系統的實際應用。

3 結論

本文對直流電子負載系統方案設計的淺顯分析，旨在為能源問題突出的今天，通過電子負載技術的應用降低大功率直流電源出廠檢驗消耗能源的成本。通過分析不同電子負載技術的特點，為直流電子負載的模擬使用選擇提供可參考的依據。

注釋：

①Van De Sype D.M,De Gusseme K,Van den BosscheA.P,MelkebeekJ.A.A.“A Sampling Algorithm for Digitally Controlled Boost PFC Converters”[J].Trans on Power Electronics,2004，19：649-657.

[1]李衛華，謝珩.關于電子模擬負載研究現狀的探討[J].新余高專學報，2005，10(2):47-49.

[2]王子劍，孔峰.基于DSP的數字電子負載控制器設計[J].計算機技術與發展，2002(2)：241-244.

[3]趙徐成.電流調制技術在電子負載和兩階段充電中的應用[J].電力電子技術，1997，10(3)：58-60.