一種新型智能電子負載的設計

0 引言

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實驗.測試.檢定和老化環節.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，具有直流穩壓電源負載調整率自動測試功能.

1 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

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/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模/數轉換器測量的量程，單片機控制模/數轉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/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：

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：

2.2 模/數.數/模轉換電路

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

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