目 錄摘要 I關(guān)鍵字 IAbstract IKey words II1 前言 12 設(shè)計任務(wù)與要求 32.1 設(shè)計任務(wù) 32.2 設(shè)計要求 42.2.1 基本要求 42.2.2 發(fā)揮部分 43 設(shè)計方案的選擇與論證 53.1 電子負(fù)載的工作原理 53.1.1 恒定電流模式 53.1.2 恒定電阻模式 53.1.3 恒定電壓模式 63.2 系統(tǒng)整體設(shè)計方案論證 73.2.1 負(fù)載器件選擇 73.3 負(fù)載工作模式的論證與選擇 73.3.1 恒流方案 73.3.2 恒阻方案 83.3.3 恒壓方案 83.4 電壓電流檢測方案論證與選擇 93.5 保護(hù)電路方案的選擇 94 可編程直流電子負(fù)載硬件的分析與計算 104.1 系統(tǒng)總體方框圖 104.2 負(fù)載電路的分析與計算 114.3 工作模式的分析與計算 124.4 驅(qū)動電路的解析 134.5 保護(hù)電路的分析 135 電子負(fù)載流程圖設(shè)計 155.1 鍵盤識別處理與顯示流程圖設(shè)計 155.2 電子負(fù)載計算值系統(tǒng)流程圖設(shè)計 166 系統(tǒng)測試與調(diào)試分析 177 結(jié)論 21參考文獻(xiàn) 23致謝 24附錄A 可編程直流電子負(fù)載的供電電源 25附錄B 設(shè)計實物圖 28可編程直流電子負(fù)載的設(shè)計與實現(xiàn)摘要 本設(shè)計采用8個100W的MOS增強(qiáng)型功率場效應(yīng)管并聯(lián)連接作為電子負(fù)載，采用STC12C5A60S2低功耗單片機(jī)作為控制核心，控制電子負(fù)載的工作模式和系統(tǒng)的參數(shù)，電流、電阻、電壓的數(shù)值可以通過鍵盤對其進(jìn)行任意設(shè)置，而且還能夠?qū)崟r顯示到液晶顯示屏上。

恒流模式電流的可調(diào)范圍為0-10A，恒壓模式電壓的可調(diào)范圍為5V-40V，恒阻模式電阻的可調(diào)范圍為10-200Ω，電子負(fù)載的計算采用了逐次逼近法使電子負(fù)載的各個參數(shù)與設(shè)定參數(shù)無限接近，所以系統(tǒng)的準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性強(qiáng)，同時還具有過壓、欠壓、過流、過熱及防反接功能關(guān)鍵字 STC12C5A60S2; 電子負(fù)載; 場效應(yīng)管; 恒流Design and Realization of the Programmable DC Electronic LoadAbstract The design adopted 8 enhanced power MOSFET(100W) connected in parallel as electronic load,and adopt STC12C5A60S2 low consumption SCM as the main controller to control the electronic load's working mode as well as its parameters,the figure of current resistance and voltage can be randomly setted through the keyboard,and it's can also be displayed in the LCD simultaneous.Adjustable extent for constant current mode is between 0A to 10A,for constant voltage mode is 5V-40V,and for constant resistance mode is 10-200Ω,the electronic load adopt successive approximation to make its parameters infinitely close to the figures which have been setted before,therefore the system have high accuracy and stability,and also have function which can guard against over-voltage,owe pressure,overflow, overheating,and wrong connecting.Key words STC12C5A60S2; Electronic load; MOSFET; Constant current I 1 前言 在人們生活的多個領(lǐng)域都要用到負(fù)載測試，如充電電源試驗、蓄電池放電試驗以及衡量購買電池、電源的特性時等都需要負(fù)載測試。

當(dāng)前，國內(nèi)外對上述產(chǎn)品的試驗一般都采用傳統(tǒng)的靜態(tài)負(fù)載(如電阻、電阻箱、滑線變阻器等)能耗放電的辦法進(jìn)行，此種方法存在操作不方便，散熱性欠佳，準(zhǔn)確率低等缺陷[1]隨著電力電子技術(shù)的、計算機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，為電源檢測技術(shù)帶來了革命性的變化由于鐵道電氣化供電、電氣牽引、信號控制、無線通信、計算機(jī)指揮調(diào)度中心及家庭日常生活等應(yīng)用領(lǐng)域都在大量應(yīng)用各種各樣的電源，電子負(fù)載被廣泛用于生產(chǎn)線(手機(jī)充電器，手機(jī)電池，電動車電池，開關(guān)電源，線性電源)，科研機(jī)構(gòu)，汽車電子，航空航天，船舶，太陽能電池，燃料電池等行業(yè)[2]因于人們對電子負(fù)載的需求越來越多，對其性能要求也越來越高而傳統(tǒng)的電源檢測技術(shù)面臨著極大的挑戰(zhàn)為準(zhǔn)確檢測電源的可靠性和帶載能力，因此把電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，實現(xiàn)電源的可靠檢測，大力發(fā)展動態(tài)負(fù)載或是可編程的電子負(fù)載變得越來越重要所謂動態(tài)帶載，就是電子負(fù)載做模擬的變化帶載，也叫瞬態(tài)其有幾個重要的參數(shù)變化斜率籠統(tǒng)的說是電子負(fù)載可以完成的變化速度，精確地說是電子負(fù)載變化時，從變化量的10%～90%的變化速率恒流狀態(tài)下的單位是A/ms，A/us[3] 　響應(yīng)時間:電子負(fù)載可以完成變化的最小時間單位為us。

電子負(fù)載的動態(tài)（瞬態(tài)）頻率分為兩種，動態(tài)頻率（只包含一個上升沿或者一個下降沿，或者說單位時間變化的次數(shù)），瞬態(tài)頻率（一個周期包含上升沿與下降沿）從電源類型來看，電子負(fù)載可分為直流電子負(fù)載和交流電子負(fù)載兩種直流電子負(fù)載比起交流電子負(fù)載，應(yīng)用的歷史較長，范圍更廣最初在實驗室，利用電力電子器件的特性，通過分析等值電路，用電力電子元件搭建電子電路來模擬負(fù)載，可以實現(xiàn)定電阻、定電壓等特性隨后又有工作人員將單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用到電子負(fù)載中，逐步可實現(xiàn)定電流模式和可編程斜率模式單片機(jī)技術(shù)與變換器電路的密切結(jié)合還使得電子負(fù)載可以工作在其它多種模式下，如定功率模式、動態(tài)電阻模式、短路模式、恒流與恒壓模式、恒阻與恒壓模式此外可編程電子負(fù)載還有以下特點:(1)過流，過壓，過功率，過熱，極性反接保護(hù)； (2)高亮度，真空VFD屏，雙排四路同步顯示； (3)根據(jù)溫度變化，無極伺服智能風(fēng)扇系統(tǒng)； (4)電路軟啟動時間設(shè)定，可根據(jù)設(shè)定電壓值帶載； (5)電池測試及短路功能； (6)提供動態(tài)測試，上升下降斜率設(shè)定； (7)支持外部觸發(fā)輸入，輸出； (8)提供外部電流波形監(jiān)視端子； (9)支持遠(yuǎn)端電壓補(bǔ)償，多個數(shù)據(jù)存儲； (10)開機(jī)自檢，軟件校正，標(biāo)準(zhǔn)儀器架設(shè)計[4];隨著電子負(fù)載的進(jìn)一步研究與功率場效應(yīng)晶體管 (MOSFET)，絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)和場效應(yīng)晶閘管(MCT)等主要開關(guān)器件的出現(xiàn)以及電力電子變換器拓?fù)涞陌l(fā)展，變換器能更好的將一種電能變?yōu)榱硪环N或多種形式的電能，交流電子負(fù)載也得到了實現(xiàn)。

交流電子負(fù)載是可以模擬傳統(tǒng)真實阻抗負(fù)載的電力電子裝置，它能模擬一個固定或變化的負(fù)載，甚至將試驗的電能反饋回電網(wǎng)，其設(shè)計初衷是交流電源出廠試驗交流電源出廠試驗通常采用電阻箱耗能的辦法，它存在調(diào)節(jié)不便、自動化程度低、耗電量大等缺點，而采用交流電子負(fù)載進(jìn)行試驗可有效克服這些缺點，它可使試驗更加簡單、靈活，且大大降低試驗的成本可編程直流電子負(fù)載還可以模擬真實環(huán)境中的負(fù)載（用電器）應(yīng)該說所有的電源廠家都會有用，而且也必須有由于電子負(fù)載在應(yīng)用方面問題，直流電子負(fù)載應(yīng)用比較廣泛，可編程直流電子負(fù)載與傳統(tǒng)的模擬電阻性負(fù)載相比具有節(jié)能、可編程、體積小、重量輕、成本低、功率高、效率高等優(yōu)點，由于可編程電子負(fù)載所具有的性能和優(yōu)點，其被越來越多地應(yīng)用到各種試驗場合因此電子負(fù)載的研究具有廣闊的市場和廣泛的應(yīng)用前景[5]，本文將主要介紹可編程直流電子負(fù)載的設(shè)計與實現(xiàn)2 設(shè)計任務(wù)與要求2.1 設(shè)計任務(wù) 設(shè)計一款可編程的直流電子負(fù)載，要求其具有電流、電壓、和電阻模式，功率達(dá)到500W以上2.2 設(shè)計要求 設(shè)計一個有單片機(jī)控制的可編程直流電子負(fù)載，其由液晶顯示,具有中文菜單,能實時顯示電壓、電流數(shù)據(jù)，并具有過壓、欠壓、過流、防反接保護(hù)和過熱保護(hù)等功能，要求有恒阻、恒電流工作模式，恒阻模式可預(yù)置電阻值，功率不小500W。

2.2.1 基本要求 (1)恒流模式下電子負(fù)載流入電流Io可設(shè)定，范圍為0.5-5A；以0.1A 為步進(jìn)，并顯示設(shè)定電流、實際電流（即 Io），電流誤差≤±0.1A (2)恒壓模式下電子負(fù)載端電壓Uo可設(shè)定，范圍為12-40V；以0.1V為步進(jìn),并顯示設(shè)定電壓、實際端電壓（即Uo），電壓誤差≤±0.1V，紋波有效值＜0.1V (3)實時顯示工作時長、機(jī)內(nèi)溫度 (4)電子負(fù)載功率不小于500W2.2.2 發(fā)揮部分 (1)設(shè)計基本要求電流范圍為0.5-5A；電壓范圍為12-40V，設(shè)計負(fù)載電流范圍為0-10A，控制精度達(dá)98%；恒壓模式下:負(fù)載電壓范圍為5V-40V（非總輸入電壓），控制精度達(dá)96%，精度較高 (2)設(shè)計采用STC12C5A60S2低功耗單片機(jī)為控制核心，在散熱較好的條件下，功率可達(dá)到500W以上 (3)電路的采用了銀線連接和高精度的霍爾電流傳感器實時檢測電路的總電流，總電流可達(dá)到12A以上 (4)設(shè)計需要進(jìn)一步降低設(shè)計的制作成本，提高功率，降低功耗3 設(shè)計方案的選擇與論證3.1 電子負(fù)載的工作原理電子負(fù)載，顧名思義，是用電子器件實現(xiàn)的“負(fù)載”功能，其輸出端口符合歐姆定律。

具體地說，電子負(fù)載的原理是控制內(nèi)功率MOSFET或晶體管的導(dǎo)通量（占空比），靠功率管的耗散功率消耗電能的設(shè)備[6]電子負(fù)載一般具有定電流、定電壓、定電阻、定功率、短路及動態(tài)負(fù)載多種模式，可以模擬各種不同的負(fù)載狀況，其可用于測試直流穩(wěn)壓電源、蓄電池等電源的性能它能夠準(zhǔn)確檢測出負(fù)載電壓,精確調(diào)整負(fù)載電流,同時可以實現(xiàn)模擬負(fù)載短路,模擬負(fù)載可以是感性、阻性和容性它的基本工作方式有恒壓、恒流、恒阻這三種3.1.1 恒定電流模式在定電流模式中,在額定使用環(huán)境下, 不論輸入電壓大小如何變化電子負(fù)載將根據(jù)設(shè)定值來吸收電流若被測電壓在5～10V變化，設(shè)定電流為100mA，則當(dāng)調(diào)節(jié)被測電壓值時，負(fù)載上的電流值應(yīng)維持在100mA不變,而此時負(fù)載值是可變的定電流模式能用于測試電壓源及AD/DC電源的負(fù)載調(diào)整率負(fù)載調(diào)整率 (LOAD REG。