直流電子負載電路圖（一）

直流電子負載一般有三種工作模式，分別為恒壓模式、恒流模式、恒阻模式。這三種工作方式均可由00P7和運放的連接來實現。以恒流模式為例，將00P7與MOS管以左圖方式連接，通過0P07控制MOS管的導通量，即可獲得穩定的電流值。其恒流值通過恒流信號的電壓值與采樣電阻阻值之比決定。

在該圖中00P7采取巧v供電，當有恒流信號到來時，如果采樣電阻上的電壓小于恒流信號，即00P7的反相輸人端電壓小于同相輸人端的電壓，則0P07的輸出加大，使得MOS管加大導通從而為采樣電阻補流。若采樣電阻上的電壓大于恒流信號，即00P7的同相輸人端電壓小于反相輸人端電壓，則0P07減小輸出，也就降低了采樣電阻上的電流。在電路工作時，當檢測電壓在一定范圍內變化時，恒流電源電路總能使電路維持恒定電流值上，從而實現恒流工作。其電流值由恒流信號與采樣電阻的阻值決定，例如，當采樣電阻為10幾時，若想得到100mA的恒定電流值，只需恒流信號調整為10v即可。

在實際使用過程中，為了使可調的參數顯得直觀明了，可設定值更加方便，可以用單片機或其他程序芯片來實現輸人-顯示的任務。通過按鍵將設定的恒定值輸人給處理芯片，將數據經過處理后通，一方面將數值通過現實設備顯示出來，另一方面通過數模轉換，將信號值輸人給0P07，使整個系統工作。這樣就使直流電子負載的恒定值可調，與此同時，也可以將采樣電阻上的電流電壓信號經過模數轉換，同樣顯示出來，從而使整個系統顯得更加直觀。需要注意的是，為保證電路的安全工作，在實際使用過程中，應該對測試信號進行過壓保護，防止測試信號過大對電路造成損害。另外如果系統的電流值較高時，對采樣電阻的功率要求也要相對嚴格。

直流電子負載電路圖（二）

電路主要模塊包括四部分：控制電路，恒流電路，電壓電流檢測，輸入、顯示電路參數電路。

電路設計原理

指標要求能數字設定并且能控制電流輸出，這就需要使用DAC轉換及與DAC輸出電壓具有良好線性關系的恒流電路。使用12位的TLV5618 完成DA轉換，若步進為1mA，范圍按0~1000mA計算，要求DAC需要2000分度，必須選用1000分辨率以上的DAC才能滿足要求。DACTLV5618的分辨率充分滿足電流1mA 步進的要求。DAC的輸出控制U5A 和Q3 將電壓轉換為相應的電流值。同時輸出電流流經R20得到采樣電壓經U5B放大21倍后反饋給U5A，由此形成硬件閉環控制。該閉環控制最終導致TP3的電壓與TP2電壓相等，而TP3 的電壓值即為R20 兩端電壓值經U5B 放大后的值。因而改變TP2電壓值即可改變R20兩端電壓，從而控制流經RL 的電流值，故TP2 為電流設定值調整。圖中U5B的放大倍數=UTP3/UR20=（R26+R29）/R29=21，也就是說當向DAC輸入最大值4095 時，調整R14 使VTP2=4.2V，就可使RL 輸出最大電流2000mA。在本電路中，采樣電阻選用0.1Ω/10W 的電阻。其目的是為了避免采樣電阻通過大電流時發熱引起阻值變化，從而影響輸出電流。本電路最終使用了4 個0.1Ω/10W的電阻兩兩并聯后再串聯接入電路，從而最大程度上減少溫度對電阻阻值的影響。由于前端DC/DC轉換電路產生的是正電壓，因此選擇LM258單電源運放。其供電電壓范圍0.3~32V，輸入失調電壓2~5mV，滿足設計要求。擴流管使用VMOS 管IRFZ44N。

電壓采樣如設定精度為1mV，范圍按0~18.000V計算，要求ADC需要精度需要18000分度必須選用32768分辨率以上的ADC才能滿足系統要求。所以選用TI公司提供的16bitADC ADS1115.而AD采樣則由TI公司生產的ADS1115芯片完成，通過與電子負載并聯采樣大電阻，將電壓值進行一定比例的衰減。然后通過電壓跟隨器交給AD采樣。

B 功率器件：

由于恒流源將輸出較大電壓，本作品將使用水泥電阻與MOS管共同承受功率。當電子負載兩端電壓值較小時，將利用并聯的4個MOS管通過熱效應消耗功率。由于MOS管導通電阻很小，可以很好的實現大電流輸出。而當電壓值大于10V時，單片機將輸出高電平，使繼電器斷開，水泥電阻接入電路，從而減輕MOS管的負擔。

C 保護電路：

過壓保護電路在單片機采樣到直流穩壓電源輸出18V時動作，輸出高電平驅動蜂鳴器和LED燈進過行報警，然后使DA的輸出值為零。通過軟件在電壓恢復到18V以下時將繼續保持電流大小為輸入值。

D 電源負載調整率的測試原理

電源負載的變化會引起電源輸出的變化，負載增加，輸出降低，相反負載減少，輸出升高。好的電源負載變化引起的輸出變化減到最低，通常指標為3%~5%。本題方便負載調整率的測量，可以在被測直流穩壓電源的輸出端串接一個電阻RW，更換不同阻值的RW，即相當于改變被測電源的內阻。所串電阻越大，其負載調整率也會最大，反之會減小。可以改變被測電源的負載調整率。

直流電子負載電路圖（三）

本文提出了一種基于STC12C5A60S 的直流電子負載的設計方案。主要以高速、低功耗、超強抗干擾STC12C5A60S 單片機為控制核心設計直流電子負載。包括控制電路（MCU）、主電路、采樣電路、顯示電路等，能夠檢測被測電路的電流值、電壓值等各個參數，并能直觀的在液晶上顯示。本系統由自鎖開關控制電路的工作狀態，通過手動調節開關切換在恒壓、恒流、恒阻電路之間的工作狀態，由LED 燈指示相應的工作狀態。系統的穩壓范圍為1V-30V，穩流范圍為100mA-3.5A，誤差0-5%在題目要求范圍內，達到題目要求并擴展了恒壓、恒流的范圍。由單片機控制，通過按鍵達到對恒壓值或恒流值在一定范圍內的控制，設置了過載保護，通過亮燈顯示過載。

方案通過兩個自鎖開關來控制電路的工作狀態，在恒壓、橫流、恒阻之間進行切換，通過stc12c5a60s 單片機通過D/A 芯片控制恒壓、恒流等的值，stc12c5a60s 是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統的8051，但速度快8-12倍，8路高速10位A/D 轉換。采用大功率NMOS 管IRF540，該管導通電阻足夠小，源漏抗擊穿能力足夠強。軟硬件結的方式，方便簡潔實現了不同模塊之間的轉換，很好的完成了恒壓、恒流等基本功能，并完成了恒阻等附加功能。

恒壓電路

TEXT 和GND 的為測試點。電路整體是個負反饋：當TEXT 高于設定值時，運放輸出高電壓，Q1 導通度增加，負載阻抗變小，和電源內阻分壓，TEXT 減小，直至V+=V-;當TEXT 低于設定值時，運放輸出低電壓，Q1到通度減小，負載和電源內阻分壓變大，TEXT 增大，直至V+=V-。

恒流電路圖

TEXT 和GND 為測試點，OP07中V+=V-。當V+》V-時，運放輸出高電壓，Q1導通度增加，電流增大，V-升高，達到V+=V-。當V+《V-時，運放輸出低電壓，Q1到通度減小，負載和電源內阻分壓變大，電流降低，直至V+=V-。所穩定的電流=V-除以阻值。

恒阻電路圖

當滑動變阻器打到5 0 % 時電阻分壓V+=1/2Vin=V-， 電流I=Vin/4，R=Vin/I=4歐，電源電壓與電流成正比例變化。可以用單片機實現，R=VText/I，由恒流原理實現。（如需長時間測試，MOSS 管最好接大散熱片）。

提出一種基于STC12C5A60S 的直流電子負載的設計方案。本方案中設計的直流電子負載主要以高速、低功耗、超強抗干擾STC12C5A60S 單片機為控制核心，由自鎖開關控制電路的工作狀態，通過手動調節開關切換在恒壓、恒流、恒阻電路之間的工作狀態。系統的穩壓范圍為1V-30V，穩流范圍為100mA-3.5A，誤差0-5%在題目要求范圍內，達到對恒壓值或恒流值在一定范圍內的控制， 設置了過載保護，通過亮燈顯示過載，經驗證，本方案具有實際的應用價值。

直流電子負載電路圖（四）

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。

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。

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。