基于ARM9TDMI的簡易直流電子負載設計

　　0 引言

　　現實生活中負載的形式較為復雜，多為一些動態負載，如：負載消耗的功率是時間的函數;或者負載工作在恒定電流、恒定電阻;負載為瞬時短路負載;以及在儀表測試時，如果想對其輸出特性進行可靠、全面且比較簡單、快捷的測試等。傳統負載不能模擬這些復雜的負載形式，關鍵在于不能完成自動測試，因此，要實現這些功能離不開電子負載。

　　目前的電子直流負載由于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。本系統采用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，并采用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。

　　1系統方案選擇

　　圖1為DA控制的電子負載結構框圖。

　　借助16位模數轉換器ADS1115將電壓電流回送至單片機。通過DA控制恒流源的電流，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，并有過壓保護功能。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，并結合精確的軟件控制，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理論分析與計算

　　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，由于運算放大器OP07是精度高、低漂移運算放大器，并且在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正比于TLV5616的輸出電壓，與負載電阻Rw無關。當MOS管IRF640導通后，流過負載電阻Rw的電流Iw=IL。若要求電流能從100mA～1000mA變化，考慮留有一定余量，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：