C题：简易直流电子负载
直流电子负载仪
直流电子负载仪简介直流电子负载仪（DC Electronic Load）是一种用于模拟电子负载的仪器，在电源电路测试、充电器测试、锂电池测试等领域都有广泛的应用。
它可以通过调节负载电流、电压和功率等参数来模拟各种实际负载条件，以验证电源电路的性能。
原理直流电子负载仪的基本原理是利用MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）来控制电路的电流、电压和功率等参数。
在负载电路中，电子负载仪相当于一个可编程、可调节的电阻负载，它可以帮助测试人员模拟各种实际负载条件。
特点直流电子负载仪具有以下特点：1.高精度：直流电子负载仪的电流精度一般可以达到0.01%或更高，电压精度可以达到0.1%或更高；2.大功率：直流电子负载仪的功率一般可以达到几千瓦甚至数十千瓦；3.多种负载模式：可以模拟恒流、恒压、恒功率、恒阻等多种负载模式；4.可编程、可调节：可以通过编程方式设置电流、电压、功率等参数，并可以动态调节；5.多种保护功能：具有过温、过流、过压、短路等多种保护功能，确保测试过程的安全和稳定。
应用直流电子负载仪在以下领域有着广泛的应用：1.电源电路测试：通过模拟实际负载条件，测试电源电路的性能，包括输出电压、电流、效率、峰值因数等；2.充电器测试：模拟各种充电条件，测试充电器的性能，包括充电电流、充电时间、电池状态等；3.电池测试：模拟各种放电条件，测试电池的性能，包括剩余容量、内阻、放电时间等；4.LED驱动器测试：测试LED驱动器的性能，包括输出电流、输出电压、效率、调光性能等；5.太阳能电池板测试：测试太阳能电池板的性能，包括输出电压、输出电流、效率等。
市场现状与展望目前，直流电子负载仪已成为电子测试领域中不可或缺的一部分。
尤其是随着新能源汽车、智能家居等产业的发展，对于电源电路测试的需求也越来越高，这为直流电子负载仪的市场提供了巨大的机会。
未来，随着科技的不断进步和市场的扩大，直流电子负载仪将会更加智能化、可靠性更高，同时也将会拥有更加丰富的功能和应用场景。
TI杯电子设计大赛C题论文
2012年TI杯电子设计大赛C题论文摘要本系统以MSP430F5438为主控芯片，设计了全桥电路、电压电流检测电路、驱动电路、LC滤波电路及液晶显示和键盘，通过运放对电压、电流做反馈，再经过MSP430的调节来改变开关管的导通与关断，即软、硬件的协调配合，从而达到预控制目的。
本设计能实现电子负载的恒流控制，检测电子负载的电流、电压并由液晶显示，整个系统具有稳定性强、调节速度快、精确度高的特点，很好地满足了题目基本部分和发挥部分的全部要求。
该设计的最大亮点在于能够将低压侧的功率传送到高压侧，实现废电回收再利用功能。
关键字：电子负载,全桥,PI调节,PWM一、方案论证1、系统框图：本系统主要由全桥电路、电压电流检测电路、驱动电路、LC滤波电路及液晶显示和键盘等主要模块组成，其系统框图如图1所示。
图1 系统框图2、恒流模式设计：方案一：采用电流互感器对电流回路上器件的磁场进行反馈，构成恒流模块。
然而该电路的实现形式比较复杂，考虑到竞赛的时间限制，不采用此方案。
方案二：采用恒流二极管构成恒流模块，简单易行。
但恒流二极管的恒流特性并不是非常好且电流规格比较少，价格又比较昂贵。
故此方案也不可行。
方案三：采用以全桥电路为基础，增加电流反馈电路，将电流信号转化为电压信号给单片机处理，输出理想占空比来控制MOSFET管的开通和关断，实现恒流模式。
此方案简单，系统稳定性高，可实现性强。
综上，选择方案三。
3、主控模块设计方案一：采用ATMEL 公司的AT89C51作为控制芯片，51单片机价格便宜，应用广泛，但是使用AT89C51需外接两路AD转换电路，实现较为复杂，故不采用。
方案二：采用高档系列AVR单片机ATmega8作为本系统的控制芯片，对系统的稳定性、功能的优越性都起到很大的作用。
但是ATmega8价格昂贵，对于此题性价比不高，因此不采用。
方案三：采用TI公司的MSP430F5438作为控制芯片。
MSP430运算速度快，超低功耗，具有强大的处理能力，高性能模拟技术，MSP340F5438提供了16位TIM，TIMA支持多重的捕获\比较模式，能进行PWM的生成和内部定时，内部集成12位ADC，能够自动的进行采样并进行转换，可以顺利实现题目的各项要求。
直流“电子负载”设计
直流“电子负载”设计直流电子负载是一种能够模拟真实工作情况并对电流进行调节的设备。
它可以用于测试和验证直流电源、电池、太阳能电池和风能电池等直流电源的性能。
本文将介绍直流电子负载的设计原理、主要特点以及在各个领域的应用。
一、直流电子负载的设计原理直流电子负载的设计原理主要基于非线性电阻网络和控制电路。
通过控制电阻网络的状态，可以实现对电流的调节。
整个直流电子负载主要包括两个部分：控制电路部分和非线性电阻网络部分。
控制电路主要负责接收控制信号，并对非线性电阻网络进行控制。
控制信号可以来自于外部的操作控制台或者计算机控制界面。
在得到控制信号后，控制电路会根据信号的大小和方向调整非线性电阻网络的状态，从而实现对电流的调节。
非线性电阻网络由多个管脚连接起来，形成一个复杂的电阻网络。
通过调整各个管脚之间的电阻状态，可以实现不同的电流调节要求。
非线性电阻网络的设计需要考虑到电流的范围、精度和稳定性等因素，以确保直流电子负载的性能达到设计要求。
二、直流电子负载的主要特点1.高精度控制：直流电子负载能够对电流进行精确控制，可以满足各种电流调节要求，尤其适用于对电源和电池性能的测试和验证。
2.大电流容量：直流电子负载具有较大的电流容量，可以承受较高的电流负载，同时保持稳定的输出。
3.快速响应：直流电子负载能够迅速响应控制信号，并在极短的时间内实现电流的调节，以满足实时的工作需求。
4.多功能应用：直流电子负载可以根据需要进行不同的电流调节模式，如恒流、恒压、恒功率等模式，适用于不同的测试和验证场景。
5.保护功能：直流电子负载具有多种保护功能，如过流保护、过压保护、过功率保护等，可以有效保护被测试设备以及负载本身的安全性。
三、直流电子负载的应用领域1.电源测试：直流电子负载可以模拟负载情况，测试电源的性能指标，如输出电流、输出电压、稳定性等。
2.电池测试：直流电子负载可以模拟不同工作条件下对电池进行测试，如充放电测试、容量测试、循环寿命测试等。
简易直流电子负载设计
简易直流电子负载设计【摘要】电子负载可以模拟真实环境中的负载（用电器），与传统的模拟电阻性负载相比具有节能、体积小、重量轻、成本低、效率高等优点。
本系统详细讨论了直流电子负载系统的硬件电路和软件实现，给出了较为合理的解决方案。
为了便于控制和功能的实现，采用了TI公司的MSP430高性能控制模块，设计了AD控制电路和相关的检测电路、校正电路、键盘电路、显示和驱动电路等，通过软硬件的协调配合，完成了整个的设计，较好实现了题目所要求的各项功能，且各项指标均达到要求。
【关键词】MSP430F149单片机；A/D转换；开关管一、系统设计方案1.总体方案设计电子负载系统采用MSP430F149单片机、LCD液晶显示、键盘操作、PWM 移相控制、功率管电路、A/D转换结合的技术方案；集控制、检变、显示等功能于一体的设计方法。
总方案设计框图如图1所示。
2.电流源方案比较方案一：根据传统线性恒流源的原理，以集成纹样芯片（LM337）与数字电位器构成电源的主体部分，通过单片机改变数字电位器的阻值，以及实现对恒流源输出值的调整，并使用LCD12864显示其数值，其原理方框图如图2所示。
由于流过的电流较大，需要并串多个数字电位器才能满足输出的电流要求，且系统的开环控制稳定性较差，精度较低。
方案二：根据开关电源的原理，经AC/DC变换过程来实现可调稳流的功能，主电路由整流滤波电路、斩波电路和恒流电路构成。
其工作过程如下：市电经变压器降压后，通过整流桥，电容器滤波，变成平稳的直流电，该方案可靠性高，编程容易。
电源设计框图如图3所示。
比较两种方案，最终选择方案二。
3.采样方案方案一：采用外置A/D转换器，如10位A/D转换器TLC1549系列对功率器件两端电压取样，并进行转换、控制、存储和显示。
TLC1549采用CMOS工艺。
内部具有自动采样保持、可按比例量程校准转换范围、抗噪声干扰功能，而且在设计时使在满刻度时总误差也不高，因此广泛应用于模拟量和数字量的转换电路。
简易直流电子负载电子设计竞赛报告
江苏省大学生电子设计竞赛（TI杯）设计报告参赛学校：参赛队员：指导老师：简易直流电子负载摘要本系统使用TI公司的通用运算放大器实现底层控制，以MSP430F169单片机为系统级控制核心，实现了实现了恒流负载模式、过压保护、键盘输入、数字显示的功能。
设计采用了模拟与数字混合的方案，单片机利用12位DAC作为模拟控制器的可靠给定，模拟PI调节器有效减少静态误差、响应时间与超调。
在系统设计上遵循准确、可靠、低成本的设计准则。
经测试，该系统较好地实现了题目所要求的基本和发挥功能。
关键词MSP430S169，PI 控制，恒流模式，过压保护。
AbstractIn this design, general purpose op-amp from TI is used for local control while controller MSP430F169 is used as the system controller. The designed system can work under constant current sink mode with over-voltage protection, interface function is also provided for keyboard input and full digital display. With the proposed analog-digital hybrid control concept, the analog controller follows the reliable control demand issued by the high precision 12-bit DAC from the MSP430 controller, and zero steady-state error, controlled response time and over-shoot is achieved. The entire design follows three guide lines, high precision, high reliability and low cost. The experimental tests indicate that the objectives of proposal are achieved properly.KeywordsMSP430F169，PI control, constant current mode, over-voltage protection.一、方案的选择与论证1.1系统总体方案论证电子负载可分为能耗式与回馈式，本要求中的设计对象为小功率电子负载，故采用能耗是。
简易直流电子负载
简易直流电子负载设计报告一，引言在电路中，负载是指用来吸收电源供应器输出的电能量的装置，它将电源供应器输出的电能量吸收并转化为其他形式的能量储存或消耗掉。
如电炉子将电能转化为热能；电灯将电能转化为光能；蓄电池将电能转化为化学能；电机将电能转化为动能。
这些都是负载的真实表现形式。
负载的种类繁多，但根据其在电路中表现的特性可分为阻性负载、容性负载、感性负载和混合性负载。
在实验室，我们通常采用电阻、电容、电感等或它们的串并联组合，作为负载模拟真实的负载情况。
进行电源设备的性能实验。
电子负载是利用电子元件吸收电能并将其消耗的一种负载。
电子元件一般为功率场效应管（Power MOS）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等功率半导体器件。
由于采用了功率半导体器件替代电阻等作为电能消耗的载体，使得负载的调节和控制易于实现，能达到很高的调节精度和稳定性。
同时通过灵活多样的调节和控制方法，不仅可以模拟实际的负载情况，还可以模拟一些特殊的负载波形曲线，测试电源设备的动态和瞬态特性。
这是电阻等负载形式所无法实现的。
二，总体方案论证与设计电子负载用于测试直流稳压电源、蓄电池等电源的性能。
设计和制作一台电子负载，有恒流和和恒压两种模式，可手动切换。
恒流方式时不论输入电压如何变化（在一定范围内），流过该电子负载的电流恒定，且电流值可设定。
工作于恒压模式时，电子负载端电压保持恒定，且可设定，流入电子负载的电流随被测直流电源的电压变化而变化。
外接12V稳压电路。
要求：（1）负载工作模式：恒压（CV）、恒流（CC)两种模式可选择。
（2）电压设置及读出范围：1.00V~20.0V。
（3）电流设置及读出范围：100mA~3.00A。
（4）显示分辨能力及误差：至少具有3位数，相对误差小于5%。
恒流模块和恒压模块共用一个基准电压12v，并且通过开关实现两种模式的转换，用A/D转换器把电路中的电压电流的模拟信号转换为数字信号，然后通过单片机来程控从而重置电压电流，用数码管液晶显示同时呈现即时电压电流。
基于运放芯片 OP07实现的简易直流电子负载
基于运放芯片 OP07实现的简易直流电子负载
徐智超
【期刊名称】《《电子制作》》
【年(卷),期】2013(000)007
【摘要】所谓负载是指用来使用或消耗电源供应器输出的电能量的装置,根据其具体在电路中的表现形式,负载一般可分为阻性负载、容性负载、感性负载和混合性
负载。
为了模拟各种负载的真实工作情况,在实验中我们通常直接采用采用将电阻、电容、电感等器件或它们的串并联组合的方式进行模拟。
电子负载是利用电子元件吸收电能并将其消耗的一种负载。
电子元件一般为功率场效应管或功率半导体器件。
由于采用了功率半导体器件替代电阻等作为电能消耗的载体,使得负载的调节和控
制易于实现,从而能达到很高的调节精度和稳定性。
同时通过灵活多样的调节和控
制方法。
本文就结合实际,对直流电子负载的原理和实现方法加以介绍。
【总页数】1页(P11-11)
【作者】徐智超
【作者单位】咸阳师范学院 712000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于MSP430的简易直流电子负载 [J], 韩雨航;徐章龙;张焱
2.基于MSP430的简易直流电子负载 [J], 龙舰涵
3.基于ARM9TDMI的简易直流电子负载的设计 [J], 马键;王青;袁建华
4.基于MSP430F169简易直流电子负载设计与实现 [J], 方磊;甘亚鹏;万道玲
5.简易直流电子负载的设计与实现 [J], 卢翠珍;陆大同
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直流电子负载器的基本原理
直流电子负载器的基本原理直流电子负载器（DC Electronic Load）是一种能够模拟真实负载电流特性并对电子设备进行负载测试的仪器。
其主要原理是通过模拟负载电流和电压来对被测试设备进行负载测试，并能够实时测量参数和反馈给被测试设备。
1.恒流源：直流电子负载器的主要功能之一是模拟不同负载条件下的恒流特性。
恒流源通常由高精度的运放和电阻组成。
在测试中，恒流源通过调节电阻值以控制负载电流的大小。
具体来说，运放根据输入的电压信号调整输出电流，而反馈电路则测量输出电流并将其与设定的目标电流进行比较，从而实现闭环控制。
通过这种方式，负载器可以在不同负载电流下模拟真实工作条件。
2.电压源：直流电子负载器的另一个重要功能是模拟负载电压。
电压源通常由运放和电阻组成。
当被测试的设备需要反馈电压信号时，电压源会提供一个与设备需求相匹配的电压值。
恒流源和电压源可以独立或同时操作，以模拟不同的工作条件。
3.测量电路：直流电子负载器配备了高精度的测量电路，用于测量被测试设备的电流、电压、功率等参数。
一般来说，测量电路包括模拟前端和数字信号处理部分。
模拟前端负责将被测试设备的电流和电压信号转换为数字信号，并进行放大和滤波。
数字信号处理部分负责采集和处理模拟前端输出的数字信号，通过数学算法计算电流、电压、功率等参数，并将其显示在负载器的屏幕上。
4.控制电路：直流电子负载器还配备了一套控制电路，用于设定负载条件、实时监测和调整负载参数。
这个控制电路通常由微处理器、控制芯片和外部接口等组成。
通过控制电路，用户可以设定负载器的工作模式、目标电流和目标电压，并可以实时监测被测试设备的电流、电压和功率。
负载器还可以根据设定的负载条件和安全措施进行自动保护，以避免设备被过载或过热。
综上所述，直流电子负载器模拟恒流源和电压源的特性，通过测量和控制电路来实现对被测试设备的负载测试。
其主要原理是通过恒流源和电压源模拟真实负载条件，并通过测量电路测量被测试设备的电流、电压和功率等参数。
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TI杯大学生电子设计竞赛题目：简易电子直流负载
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2012年8月7日
简易直流电子负载
摘要：本系统以MSP430单片机系统为平台，设计和制作一台恒流工作模式的简易直流电子负载。
采用了具有高共模抑制比电流分流监控器INA282实现对采样电阻两端电压的提取，同时由单片机输出指令电压，通过反馈回路输出电压控制三功率极管的电流，使电路自动调节，进而实现要求的高精度恒流负载制作；采用高精度A/D采样，同时加入过压检测保护，以及休眠模式，最终达到题目的指标要求。
关键词：MSP430 电流分流监控器高精度恒流源
一、 方案论证与比较
根据系统设计要求分析，本系统主要包括电流监控模块，恒流控制反馈环模块，AD 采样及显示模块，方案论证主要围绕恒流源电路模块展开。
1.1 恒流源
方案一：通过单片机产生PWM 控制3525产生不同幅度的电压进而控制MOS 管导通与关断，从而产生恒流源。
方案二：通过单片机控制三极管的基极电压大小，进而控制其I C ，从而实现恒流源的制作。
方案一中，3525可能存在输出偏差，且MOS 管线性区比较窄，使MOS 管无法在题目要求的范围内产生稳定的恒流源，对于三极管来说，其线性区比较宽，可以用单片机控制外加反馈回路，从而产生恒流源，因此选择方案二。
1.2 电流监视模块
方案一：采用微功耗仪表放大器INA122,对采样电阻两端电压进行提取，该放大器可通过调节外接电阻控制输出电压增益，增益可由5调节至10k 。
方案二：使用高精度电流分流监控器INA282，当两个参考端都接地时，可实现稳定50倍电压增益。
方案一中仪表放大器存在共模输入电压必须远小于电源电压的问题，致使输入电压不能过大，不能够满足本题要求，相比于方案一，方案二可输入电源轨电压，且精度更高，因此选用方案二。
1.3 反馈环路
方案一：将采样电压及基准电压同时输入运放LM358，通过PI 环反馈回路调节输出电压，从而实现对电流的调节。
方案二：通过比较器LM393对单片机输出的基准电压及采样电阻的两端电压
图1 方案一框图 图2 方案二框图
进行比较，通过输出电压控制三极管I C ，从而实现电路的反馈调节。
方案二中，LM393电路测试中，当输入电压过大时，输出波形变化幅度过大，易使功率三极管工作开关状态，不能使三极管达到题目要求的恒流源输出，故选择方案一中输出电压平稳的LM358，且LM358可线性工作。
2 系统框图
控制器
恒流电路
电压电流检测
键盘与显示
被测电源设备
−
+
功率器件
直流电子负载
二、 理论分析与计算
2.1
恒流源电路
被测电源负载回路中，通过电流检测器INA282采集电流并放大，通过反馈形式输入LM358反相端，由R5、R6、C 构成比例积分电路（PI 环），在LM358同相端输入基准电压，使反馈环路的中的监测对象I C 输出线性变化,达到恒流负载的控制目的。
电路中Q1选取TIP132，达林顿三极管，达林顿管就是两个三极管接在一起，极性只认前面的三极管，使电路简单化，同时TIP123的ß值 远大于100，满足设计要求，取样电阻R1选取高精度低值采样电阻，精确采集电流，R1，且阻值为50m ，并防止INA282放大后超出A/D 采集范围。
图3 系统整体框图
图4 恒流源电路
2.2 A/D 、D/A 模块
根据题目要求，输出电流设置范围100～1000mA,设置分辨率为10mA 。
精度为1%，则最低的分辨率为100mA*1%=1mA 。
而12位的D/A 分辨率为122-1=4095，则步进为1mA ，满足要求的10mA 步进，D/A 芯片TLV5616（16位D/A 芯片）能满足要求，其中TLV5616芯片采用REF5020基准电压芯片，作为基准电压，可提供2.048V 的稳定电压，使D/A 输出相比片内A/D 更精准。
扩展部分要求电压测量精度为±（0.02%+0.02%FS ），分辨率1mV ，电流测量精度为±（0.1%+0.1%FS ），分辨率1mA ，因此选用TI 提供16位A/D 转换芯片ADS1115，其分辨率为 -1=65534，即测量最小精度为0.125mV ，可以满足本设计的需求。
2.3
DC/DC 升压模块
根据题目要求，被测直流稳压电源输出为10V 以内，当电压低于3V 时，系统芯片不能正常工作，于是我们可能需要外接电源，所以选用输出电流较大的DC/DC 升压芯片TPS61087，可提供7.5V 以上电压，为系统外部供电。
其电路如下：
图5 A/D 转换模块 图6 D/A 转换模块
2.4 系统控制模块
系统控制模块中，MCU 由TI 公司的超低功耗单片机MPS430F169最小系统构成，包括A/D 、D/A 转换电路、显示屏，以及按键构成。
控制系统软件流程图见图7
三、系统测试
3.1 测试仪器
直流稳压电源:YB1732A 、数字万用表：REGOL DM3051。
3.2 测试方法与测试结果
+直流稳压电源 -电流表
直流电子负载
电压表
图8 软件系统构架
图9 测试方案框图
由于AD芯片在输出4V之内是比较稳定的，当输入电流为1A时，采样电阻两端电压经过INA282的50倍放大，且题上要求分辨率为1mA，经过推算，取采样电阻80mΩ左右，我们取50mΩ，以便当输入电流为100mA时可得到1mA电压，提高测量精度。
3.2.1 步进电流的测试
表一步进电流测试表
序号起始电流/mA步进次数测量电流/mA 误差/%
1 100.
2 1 110.6 0.4%
2 110.6 1 120.1 0.5%
3 120.1 1 130.7 0.5%
4 130.7 1 140.0 0.5%
5 140.0 1 150.8 0.6%
6 150.8 1 160.0 0.5%
7 160.0 1 170.9 0.6%
注：误差=测量电压/(起始电压+步进次数*10)
3.2.2 负载电压的测试
表二负载电压测试表
序号标准电压/V 测量电压/V误差/%
1 7.51
2 7.51
3 0.013%
2 8.012 8.01
3 0.012%
3 8.507 8.506 0.012%
4 9.032 9.031 0.011%
5 9.532 9.531 0.010%
6 10.019 10.018 0.010%
注：误差=（测量电压-标准电压）/标准电压
3.2.3负载电流的测试
表三负载电流测试
序号标准电流/mA测量电流/mA误差/%
1 100.1 100.
2 0.10%
2 250.2 250.
3 0.04%
3 500.6 500.8 0.04%
4 750.3 749.7 0.08%
5 1000.1 999.8 0.03%
注：误差=（测量电流-标准电流）/标准电流
3.2.4 负载调整率测试
当电流为0 mA 时，记录电压为Uo，当电流为1A时，记录电压为Un，则
负载调整率
取电阻为2 时，电压调整率测试结果为：0.201
四、总结与系统改进：
设计作品，已基本完成题目要求指标，并做了发挥部分，测试结果较好，包括采样精度，显示，分辨率等指标。
作品在测试时，可能由于布局不太合理，导致A/D采样时，呈非线性变化，但幅度在误差允许范围内变化。
缩短测量回路的铺线长度，可能会减小误差。
五、参考文献
【1】童诗白，华成英.模拟电子技术基础,4版.北京：高等教育出版社,2006 【2】阎石,数字电子技术基础,4版.北京：高等教育出版社，1998
【3】海纳电子资讯网，DDS短波信号发生器
【4】钟炎平，电力电子电路设计，华中科技大学出版社。