0 引言

電子負載具有體積小，調(diào)節(jié)方便，工作方式靈活，性能穩(wěn)定，精度高等優(yōu)點，被廣泛應用于電源類產(chǎn)品和各類電子元器件的實驗.測試.檢定和老化環(huán)節(jié).該方案基于51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(wěn)壓電源負載調(diào)整率自動測試功能.

1 系統(tǒng)原理整個智能電子負載系統(tǒng)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(gòu)成，系統(tǒng)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(wěn)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(wěn)壓電源負載調(diào)整率時，連接好測試電路，按鍵選定電源負載調(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載調(diào)整率.

2 硬件電路設計

2.1 恒流及電壓電流檢測電路

設計恒流電路使流過功率負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)化成適合模/數(shù)轉(zhuǎn)換器測量的量程，單片機控制模/數(shù)轉(zhuǎn)換器測量電壓電流檢測電路的輸出電壓，達到測量被測電源輸出電壓和電流的功能.恒流及電壓電流電測電路如圖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(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 等建立了深度負反饋.將運算放大器看做理想的放大器，由“虛短”.“虛斷”可得：

式中：UDAC 是數(shù)/模轉(zhuǎn)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(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：

2.2 模/數(shù).數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路

為了使系統(tǒng)達到一定的精度，且節(jié)省單片機I/O口資源，分別選用12位串行模/數(shù).數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，分辨率達212 = 4 096 .U1 ,U3 分別為模/數(shù).數(shù)/模轉(zhuǎn)換器提供穩(wěn)定的參考電壓.模/數(shù)轉(zhuǎn)換器選用TCL2543,數(shù)/模轉(zhuǎn)換器選用TCL5618如圖3所示.

2.3 過壓保護電路

過壓保護電路用于在被測電源輸出的電壓大于一定值時，切斷被測電源與電子負載的連接，起到保護電子負載的作用，電路如圖4所示.

圖4中J1 與被測電源輸出端口相連，J2 連接到功率負載器件.電阻R2 .R5 分得的電壓輸入到電壓比較器U2 的同相輸入端，電壓比較器U2 的反向輸入端輸入一固定的電壓.當同相輸入端電壓小于反向輸入端電壓(未過壓)時，電壓比較器U2 輸出低電平，三極管Q1 截止，繼電器K1 不動作，J1 與J2 保持連通;當同向輸入端電壓大于反向輸入端電壓(過壓)時，電壓比較器U2 輸出高電平，三極管Q1 導通，繼電器K1 動作，J1 與J2 斷開，即過壓保護.

3 系統(tǒng)程序設計

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.負載調(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志位，以判斷工作模式，通過檢測按鍵來改變標志位，系統(tǒng)程序流程如圖5所示.

直流穩(wěn)壓電源負載調(diào)整率S 表達式為：

式中：U 表示直流穩(wěn)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(wěn)壓電源負載調(diào)整率自動測試功能在定電流的基礎上進行編程實現(xiàn)，負載調(diào)整率自動測試流程圖如圖6所示.

4 結(jié)語

以51單片機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(xiàn)功率負載恒流，選用12 位串行的模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，設計過壓過流保護電路，通過軟件編程實現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源負載調(diào)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.