基于單片機(jī)的智能電子負(fù)載

王莉　楊嘯宇

摘要：為了方便測(cè)試小功率直流穩(wěn)壓電源，設(shè)計(jì)了一種新型智能電子負(fù)載。該電子負(fù)載以盛群?jiǎn)纹瑱C(jī)為主控芯片，包括恒流控制、電壓電流檢測(cè)、過(guò)壓保護(hù)、供電電源等電路，實(shí)現(xiàn)了定電流、直流穩(wěn)壓電源負(fù)載調(diào)整率自動(dòng)測(cè)試和過(guò)壓保護(hù)功能，能實(shí)時(shí)測(cè)量多路級(jí)聯(lián)工作的直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓和電流。將該電子負(fù)載應(yīng)用到小功率直流穩(wěn)壓電源的生產(chǎn)測(cè)試中，能有效測(cè)試出負(fù)載調(diào)整率。

關(guān)鍵詞：電子負(fù)載；恒流控制；負(fù)載調(diào)整率

1 概述

電子負(fù)載具有體積小，調(diào)節(jié)方便，工作方式靈活，性能穩(wěn)定，精度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電源類(lèi)產(chǎn)品和各類(lèi)電子元器件的試驗(yàn)、測(cè)試、檢定和老化環(huán)節(jié)。該方案基于盛群AD型單片機(jī)，設(shè)計(jì)了一種智能電子負(fù)載，與其他同類(lèi)設(shè)計(jì)相比，具有直流穩(wěn)壓電源負(fù)載調(diào)整率自動(dòng)測(cè)試功能。

系統(tǒng)原理整個(gè)智能電子負(fù)載系統(tǒng)由單片機(jī)、恒流控制電路、功率負(fù)載器件、電壓電流檢測(cè)電路、過(guò)壓保護(hù)、供電電源等構(gòu)成，系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

電子負(fù)載工作在定電流模式時(shí)，被測(cè)直流穩(wěn)壓電源輸出的電流不變（以被測(cè)電源能提供相應(yīng)電流為前提）。測(cè)試直流穩(wěn)壓電源負(fù)載調(diào)整率時(shí)，連接好測(cè)試電路，按鍵選定電源負(fù)載調(diào)整率測(cè)試功能，輸入被測(cè)電源的額定電流、電壓值，即可自動(dòng)測(cè)試被測(cè)電源的負(fù)載調(diào)整率。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)恒流電路使流過(guò)功率負(fù)載器件的電流值與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓成線(xiàn)性關(guān)系。單片機(jī)控制數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出電壓，使恒流控制電路控制功率負(fù)載器件流過(guò)所需電流。電壓電流檢測(cè)電路把被測(cè)電源的輸出電壓和電流線(xiàn)性地轉(zhuǎn)化成適合盛群?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)部集成12位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器測(cè)量的量程，單片機(jī)切換多通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換器測(cè)量電壓和電流檢測(cè)電路的輸出電壓，完成測(cè)量被測(cè)電源輸出電壓和電流的功能。恒流及電壓電流檢測(cè)電路如圖2 所示，其中Q1 是功率負(fù)載器件，用于吸收被測(cè)電源輸出的功率。

圖2中數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出的電壓經(jīng)過(guò)電壓跟隨器U1B輸入運(yùn)算放大器U3 的同相輸入端，運(yùn)算放大器U3 通過(guò)采樣電阻R6，差分放大器U4 等建立了深度負(fù)反饋，將運(yùn)算放大器看做理想的放大器，由“虛短”、“虛斷”可得：

UDAC=IR6A

式中：UDAC是數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出的電壓；I 是流過(guò)功率負(fù)載器件的電流；A 是由差分放大器U4 及R4 ，R5 等所組成電路的放大倍數(shù)，差分放大器U4 選用的型號(hào)為INA2134。從式（1）中可以看出，流過(guò)功率負(fù)載器件的電流與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出的電壓成線(xiàn)性關(guān)系，因此可以通過(guò)單片機(jī)控制功率負(fù)載器件的電流。通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器分別測(cè)量圖2中ADC1 ，ADC2 處的電壓，可以得到被測(cè)負(fù)載電源輸出的電壓和電流.

被測(cè)電源輸出電壓U 與ADC1 處的電壓UADC1 之間關(guān)系式為：

被測(cè)電源輸出電流I 與ADC2 處的電壓UADC2 之間關(guān)系式為：

UADC2=IR6A

3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序采用模塊編程，主程序調(diào)用各模塊的方式實(shí)現(xiàn)。主要由定電流、被測(cè)電源輸出電壓檢測(cè)、被測(cè)電源輸出電流檢測(cè)、負(fù)載調(diào)整率自動(dòng)測(cè)試、按鍵檢測(cè)、顯示驅(qū)動(dòng)等模塊組成。

整個(gè)系統(tǒng)有兩個(gè)工作模式：定電流工作模式和負(fù)載調(diào)整率自動(dòng)測(cè)試模式。

定電流工作模式同時(shí)顯示被測(cè)電源輸出的電壓和電流，系統(tǒng)上電后單片機(jī)首先進(jìn)行各模塊的初始化，最后在主循環(huán)中不斷地檢測(cè)各個(gè)標(biāo)志位，以判斷工作模式，通過(guò)檢測(cè)按鍵來(lái)改變標(biāo)志位。

直流穩(wěn)壓電源負(fù)載調(diào)整率S 表達(dá)式為：

式中：U 表示直流穩(wěn)壓電源設(shè)定的額定電壓值；Uo 表示空載輸出的電壓值；Um表示滿(mǎn)載時(shí)的輸出電壓值。

直流穩(wěn)壓電源負(fù)載調(diào)整率自動(dòng)測(cè)試功能在定電流的基礎(chǔ)上進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)，負(fù)載調(diào)整率自動(dòng)測(cè)試流程圖如圖3所示。

4 結(jié)語(yǔ)

以盛群?jiǎn)纹瑱C(jī)HT45XX為主控芯片設(shè)計(jì)了一種新型智能電子負(fù)載，使運(yùn)算放大器工作在深度負(fù)反饋條件下實(shí)現(xiàn)功率負(fù)載恒流，該單片機(jī)自帶12位ADC轉(zhuǎn)換器，選用12 位串行數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，設(shè)計(jì)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路，通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源負(fù)載調(diào)整率自動(dòng)測(cè)試功能。實(shí)際設(shè)計(jì)與制作表明，該方案滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

作者簡(jiǎn)介

王莉（1976-）女，河北省滄州市，現(xiàn)職稱(chēng)：工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：電子計(jì)算機(jī)。