目前的電子直流負載由於電路設計和電器元件選擇的不完善，導致其不能在較大電流和較高電壓下穩定、快速、精確的完成測量任務。本係統采用32位的ARM9TDMI為主控芯片
，同時借助外部16位A/D轉換芯片ADSlll5的輔助電路
，能夠保存更多的采樣數據，從而減小了采樣信號的失真度，實現了穩定快速的實時測量。對硬件電路的設計，采用OP07與IRF640構成的線性恒流源

，並采用CSM025A
、VSM025A來轉換電子負載側的較高電壓和較大電流

，減小了在較高電壓和較大電流下對電子負載的影響。

 

 

 

借助16位模數轉換器ADS1115將電壓電流回送至單片機。通過DA控製恒流源的電流，借助PID不斷修正電流至設定值，以保證電流的恒定且可調
，達到步進10mA的要求，並有過壓保護功能。在12864液晶上顯示實時電壓電流值和設定電流值及負載調整率，電子負載具有優良的精度、穩定性和動態響應
，並結合精確的軟件控製
，實現了電源測量的快速和準確。原理簡單
，可行性高
，成本低。

 

 

2．1 電子負載及恒流電路的分析

 

通過16位高精度模數轉換器ADSlll5輸出電壓給恒流源電壓轉換恒定電流電路，由於運算放大器OP07是精度高、低漂移運算放大器，並且在10歐負載的情況下輸出電流能達到2 A。所以采用OP07和IRF640組成的一個Uin。電流串聯負反饋來實現電壓到電流的轉換，具體電路如圖2所示。

 

 

原理圖中OP07與IRF640構成負反饋
，由運放的“虛短、虛斷”理論，因此MOS管IRF640的S極電位與TLV 5616輸入的電壓值相等。負載電流為：

 

 

IL正比於TLV5616的輸出電壓，與負載電阻Rw無關。當MOS管IRF640導通後，流過負載電阻Rw的電流Iw=IL。若要求電流能從100mA～1000mA變化
，考慮留有一定餘量，最大電流為1.5A
，當設定DA輸出最大電壓為1.5 V時：

 

 

2．2電壓、電流的測量及精度分析

 

（1）A/D轉換器精度分析

 

為了能實現步進1 mV的高精度要求
，采用16位高精度模數轉換器ADS1115
，能夠以高達每秒860個的速度采樣數據
，精度為1/2^n=1/2^16。

 

（2）D/A轉換器精度分析

 

為了能實現步進1mA的精度要求
，采用12位模數轉換器TLV5616，精度可達到1/2^n=1/2^12。

 

2．3 電源負載調整率的測試原理

 

直流穩壓電源負載調整率是指電源輸出電流從零至額定值變化時引起的輸出電壓變化率。負載調整率可以通過如下方式計算：當電子負載電流為0時，被測電壓輸入記為U1。在達到額定電流I2（1A）時
，被測電壓為U2，則電源負載調整率為：

 

 

 

3．1恒流源方案設計
 

gaihengliuyuanshuchudedianliuyufuzaiwuguan，tongguoshiyongliangkuaiyunsuanfangdaqigouchengbijiaofangdahuanjie

，gonglvguangouchengtiaozhenghuanjie


，liyongjingtiguanpingtandeshuchutexingheshendudefufankuidianlukeyidedaowendingdehengliushuchuhegaoshuchuzukang，shixianledianyayidianliuzhuanhuan。gaixianxinghengliuyuanwenliuxiaoguojiaohao。youyuhuiluzhonghuiyoudadianliutongguo，yincigonglvwentiyeyaokaolv。zhenduizhegewenti，benshejixuanyonglehaosangonglvjiaodadechangxiaoyingguanIRF640，能承受大電流的康銅絲，保證了器件的安全。

 

3．2電壓電流檢測方案

 

係(xi)統(tong)所(suo)要(yao)檢(jian)測(ce)的(de)信(xin)號(hao)采(cai)用(yong)霍(huo)爾(er)傳(chuan)感(gan)器(qi)法(fa)檢(jian)測(ce)，如(ru)被(bei)測(ce)電(dian)源(yuan)設(she)備(bei)向(xiang)該(gai)簡(jian)易(yi)直(zhi)流(liu)電(dian)子(zi)負(fu)載(zai)輸(shu)入(ru)的(de)電(dian)壓(ya)，以(yi)及(ji)流(liu)進(jin)負(fu)載(zai)的(de)電(dian)流(liu)。電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)分(fen)別(bie)通(tong)過(guo)電(dian)壓(ya)霍(huo)爾(er)、電dian流liu霍huo爾er傳chuan感gan器qi檢jian測ce，並bing經jing過guo必bi要yao的de輸shu出chu轉zhuan換huan電dian路lu後hou轉zhuan換huan為wei檢jian測ce信xin號hao。為wei了le提ti高gao係xi統tong的de抗kang幹gan擾rao性xing
，檢jian測ce信xin號hao經jing過guo一yi個ge低di通tong濾lv波bo器qi濾lv除chu噪zao聲sheng，再zai送song入ru單dan片pian機ji的deAD轉換器中。其中電流霍爾的原理圖如3所示。

 

 

電壓采樣使用電壓霍爾傳感器VSM025A，其精度為0.7％。電流采樣使用電流霍爾傳感器CSM025A
，其精度為0.5％。選定采樣電阻使電壓霍爾傳感器的輸入電壓在5～12 V變化時，使送給ADC的電壓在1～2.4 V之間變化。選定采樣電阻使電流霍爾傳感器的輸入電流從0．3～3．5 A變化時，送給ADC的電壓在0.2～2.4 V之間變化。

 

3．3 DC-DC轉換電路

 

輔助電源可用線性電源及開關電源芯片，考慮到效率、穩定性、帶負載能力

，選用穩壓芯片如LM2596
、TLV2543

，MC34063分別將+15 V輸入電壓穩到+12 V，+5 V，一12 V
，+3.3 V以方便ARM9TDMI
、CSM025A、VSM025A、ADSlll5、TLV 5616等芯片供電使用，原理圖如圖4所示。

 

3．4過壓保護電路設計

 

如圖5所示，通過三極管$8050和繼電器，蜂鳴器構成簡單的過壓保護電路。當檢測到輸入電壓大於18 V時

，開關器件三極管導通，輸人斷開，同時聲光報警。為保證可靠斷開還采用了軟件保護法
，使得當輸入電壓大於18 V時
，單片機迫使UDAin。輸出為0。

 

3．5程序設計

 

軟(ruan)件(jian)設(she)計(ji)中(zhong)特(te)別(bie)為(wei)電(dian)路(lu)的(de)過(guo)壓(ya)保(bao)護(hu)編(bian)寫(xie)了(le)相(xiang)應(ying)的(de)程(cheng)序(xu)，當(dang)負(fu)載(zai)電(dian)壓(ya)過(guo)大(da)時(shi)會(hui)通(tong)過(guo)蜂(feng)鳴(ming)器(qi)和(he)發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)來(lai)實(shi)現(xian)報(bao)警(jing)，同(tong)時(shi)也(ye)會(hui)自(zi)動(dong)啟(qi)動(dong)繼(ji)電(dian)器(qi)，實(shi)現(xian)過(guo)壓(ya)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)。具(ju)體(ti)的(de)流(liu)程(cheng)圖(tu)如(ru)圖(tu)6所示。

 

 

測試所需儀器：高精度電壓表，型號DP59（1）一PDV20
；高精度電流表，型號DP59（1）-PAA5
；可變電阻Rw以及被測電源。當該設備正常工作時
，用高精度電壓表
，電流分別測試該電子負載的電壓、電流。用電壓表直接並在被測電源兩端，記下相應示數。將電流表串在被測電源和Rw之間，並記錄相應電流值。將電壓電流值和顯示器顯示值進行對比。改變Rw電阻值
，計算相對應的負載調整率。

 

4．2測試結果

 

測試結果如表1、表2所示。

 

 

 

根據表1和表2的測試結果可知：負載的變化對電流的影響很小，說明設計中恒流實現的很好。負載調整率SR不斷變化，但都達到≤4％的目標。紋波電流為14mA
，基本上達到輸出噪聲紋波電流≤15mA的目標。而整機效率為86.7％，達到了整機效率≥80％的目標。由此說明該電子負載的設計方案是可行的，具有優良的精度、穩定性和動態響應，結合精確的軟件控製，快速和準確地實現了電源測量。