基于ARM9TDMI的簡易直流電子負載設計

　　3電路與程序設計

　　3.1恒流源方案設計

　　該恒流源輸出的電流與負載無關，通過使用兩塊運算放大器構成比較放大環節，功率管構成調整環節，利用晶體管平坦的輸出特性和深度的負反饋電路可以得到穩定的恒流輸出和高輸出阻抗，實現了電壓一電流轉換。該線性恒流源穩流效果較好。由于回路中會有大電流通過，因此功率問題也要考慮。針對這個問題，本設計選用了耗散功率較大的場效應管IRF640，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

　　系統所要檢測的信號采用霍爾傳感器法檢測，如被測電源設備向該簡易直流電子負載輸入的電壓，以及流進負載的電流。電壓和電流檢測分別通過電壓霍爾、電流霍爾傳感器檢測，并經過必要的輸出轉換電路后轉換為檢測信號。為了提高系統的抗干擾性，檢測信號經過一個低通濾波器濾除噪聲，再送入單片機的AD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于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，使得當輸入電壓大于18 V時，單片機迫使UDAin。輸出為0。

　　3.5程序設計

　　軟件設計中特別為電路的過壓保護編寫了相應的程序，當負載電壓過大時會通過蜂鳴器和發光二極管來實現報警，同時也會自動啟動繼電器，實現過壓保護功能。具體的流程圖如圖6所示。

　　4測試方案與測試結果

　　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。用電壓表直接并在被測電源兩端，記下相應示數。將電流表串在被測電源和Rw之間，并記錄相應電流值。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。

　　5結論

　　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，結合精確的軟件控制，快速和準確地實現了電源測量。