基于單片機的智能電子負載

王莉　楊嘯宇

摘要：為了方便測試小功率直流穩壓電源，設計了一種新型智能電子負載。該電子負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，實現了定電流、直流穩壓電源負載調整率自動測試和過壓保護功能，能實時測量多路級聯工作的直流穩壓電源的輸出電壓和電流。將該電子負載應用到小功率直流穩壓電源的生產測試中，能有效測試出負載調整率。

關鍵詞：電子負載；恒流控制；負載調整率

1 概述

電子負載具有體積小，調節方便，工作方式靈活，性能穩定，精度高等優點，被廣泛應用于電源類產品和各類電子元器件的試驗、測試、檢定和老化環節。該方案基于盛群AD型單片機，設計了一種智能電子負載，與其他同類設計相比，具有直流穩壓電源負載調整率自動測試功能。

系統原理整個智能電子負載系統由單片機、恒流控制電路、功率負載器件、電壓電流檢測電路、過壓保護、供電電源等構成，系統原理框圖如圖1所示。

電子負載工作在定電流模式時，被測直流穩壓電源輸出的電流不變（以被測電源能提供相應電流為前提）。測試直流穩壓電源負載調整率時，連接好測試電路，按鍵選定電源負載調整率測試功能，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載調整率。

2 硬件電路設計

設計恒流電路使流過功率負載器件的電流值與數/模轉換器的輸出電壓成線性關系。單片機控制數/模轉換器輸出電壓，使恒流控制電路控制功率負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化成適合盛群單片機內部集成12位模/數轉換器測量的量程，單片機切換多通道模/數轉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 是功率負載器件，用于吸收被測電源輸出的功率。

圖2中數/模轉換器輸出的電壓經過電壓跟隨器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/模轉換器輸出的電壓；I 是流過功率負載器件的電流；A 是由差分放大器U4 及R4 ，R5 等所組成電路的放大倍數，差分放大器U4 選用的型號為INA2134。從式（1）中可以看出，流過功率負載器件的電流與數/模轉換器輸出的電壓成線性關系，因此可以通過單片機控制功率負載器件的電流。通過模/數轉換器分別測量圖2中ADC1 ，ADC2 處的電壓，可以得到被測負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 之間關系式為：

被測電源輸出電流I 與ADC2 處的電壓UADC2 之間關系式為：

UADC2=IR6A

3 系統程序設計

系統程序采用模塊編程，主程序調用各模塊的方式實現。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、負載調整率自動測試、按鍵檢測、顯示驅動等模塊組成。

整個系統有兩個工作模式：定電流工作模式和負載調整率自動測試模式。

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

直流穩壓電源負載調整率S 表達式為：

式中：U 表示直流穩壓電源設定的額定電壓值；Uo 表示空載輸出的電壓值；Um表示滿載時的輸出電壓值。

直流穩壓電源負載調整率自動測試功能在定電流的基礎上進行編程實現，負載調整率自動測試流程圖如圖3所示。

4 結語

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

作者簡介

王莉（1976-）女，河北省滄州市，現職稱：工程師，學歷：本科，研究方向：電子計算機。