基于單片機的智能電子負(fù)載

王莉　楊嘯宇

摘要：為了方便測試小功率直流穩(wěn)壓電源，設(shè)計了一種新型智能電子負(fù)載。該電子負(fù)載以盛群單片機為主控芯片，包括恒流控制、電壓電流檢測、過壓保護、供電電源等電路，實現(xiàn)了定電流、直流穩(wěn)壓電源負(fù)載調(diào)整率自動測試和過壓保護功能，能實時測量多路級聯(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)測試中，能有效測試出負(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，被廣泛應(yīng)用于電源類產(chǎn)品和各類電子元器件的試驗、測試、檢定和老化環(huán)節(jié)。該方案基于盛群AD型單片機，設(shè)計了一種智能電子負(fù)載，與其他同類設(shè)計相比，具有直流穩(wěn)壓電源負(fù)載調(diào)整率自動測試功能。

系統(tǒng)原理整個智能電子負(fù)載系統(tǒng)由單片機、恒流控制電路、功率負(fù)載器件、電壓電流檢測電路、過壓保護、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，被測直流穩(wěn)壓電源輸出的電流不變（以被測電源能提供相應(yīng)電流為前提）。測試直流穩(wěn)壓電源負(fù)載調(diào)整率時，連接好測試電路，按鍵選定電源負(fù)載調(diào)整率測試功能，輸入被測電源的額定電流、電壓值，即可自動測試被測電源的負(fù)載調(diào)整率。

2 硬件電路設(shè)計

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

圖2中數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出的電壓經(jīng)過電壓跟隨器U1B輸入運算放大器U3 的同相輸入端，運算放大器U3 通過采樣電阻R6，差分放大器U4 等建立了深度負(fù)反饋，將運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 選用的型號為INA2134。從式（1）中可以看出，流過功率負(fù)載器件的電流與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出的電壓成線性關(guān)系，因此可以通過單片機控制功率負(fù)載器件的電流。通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器分別測量圖2中ADC1 ，ADC2 處的電壓，可以得到被測負(fù)載電源輸出的電壓和電流.

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

被測電源輸出電流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

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

整個系統(tǒng)有兩個工作模式：定電流工作模式和負(fù)載調(diào)整率自動測試模式。

定電流工作模式同時顯示被測電源輸出的電壓和電流，系統(tǒng)上電后單片機首先進行各模塊的初始化，最后在主循環(huán)中不斷地檢測各個標(biāo)志位，以判斷工作模式，通過檢測按鍵來改變標(biāo)志位。

直流穩(wěn)壓電源負(fù)載調(diào)整率S 表達式為：

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表示滿載時的輸出電壓值。

直流穩(wěn)壓電源負(fù)載調(diào)整率自動測試功能在定電流的基礎(chǔ)上進行編程實現(xiàn)，負(fù)載調(diào)整率自動測試流程圖如圖3所示。

4 結(jié)語

以盛群單片機HT45XX為主控芯片設(shè)計了一種新型智能電子負(fù)載，使運算放大器工作在深度負(fù)反饋條件下實現(xiàn)功率負(fù)載恒流，該單片機自帶12位ADC轉(zhuǎn)換器，選用12 位串行數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，設(shè)計過壓過流保護電路，通過軟件編程實現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源負(fù)載調(diào)整率自動測試功能。實際設(shè)計與制作表明，該方案滿足設(shè)計要求。

作者簡介

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