淺析現(xiàn)代電子負(fù)載系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

宋亞明

遼寧省機(jī)電工程學(xué)校，遼寧 遼陽(yáng) 111004

在能源競(jìng)爭(zhēng)激烈的今天，多種多樣的電源廣泛應(yīng)用于冶金、能源、化工等國(guó)民生產(chǎn)的個(gè)個(gè)領(lǐng)域，電源是人們生產(chǎn)以及生活不可缺少的條件。電子負(fù)載的出現(xiàn)使大功率直流電源的出廠檢驗(yàn)消耗的能源成本減少，實(shí)用價(jià)值得到突顯。在通訊、汽車、蓄電池等各個(gè)行業(yè)中，現(xiàn)代的電子負(fù)載技術(shù)與傳統(tǒng)模擬電阻性負(fù)載相比具有效率高、消耗低、節(jié)省空間等等優(yōu)勢(shì)。

1 電子負(fù)載分類

儀表測(cè)試行業(yè)主要研究如何對(duì)輸出電能或轉(zhuǎn)換電能的設(shè)備進(jìn)行可靠、安全、全面簡(jiǎn)潔的測(cè)試問(wèn)題。在傳統(tǒng)的儀表測(cè)試過(guò)程中，經(jīng)常使用靜態(tài)負(fù)載來(lái)完成此過(guò)程。電子負(fù)載是專為較大功率的負(fù)載設(shè)備的實(shí)驗(yàn)維護(hù)而開(kāi)發(fā)的新型模擬負(fù)載，由數(shù)字控制器、通訊電路、檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)電路等各種元件組合而成的，為了使測(cè)試更加簡(jiǎn)捷，通常采用合適的模擬負(fù)載，因?yàn)樵趯?shí)際負(fù)載中形式比較復(fù)雜多變，負(fù)載隨時(shí)可能發(fā)生變化，因此原有的靜態(tài)負(fù)載在此基礎(chǔ)上則難以有效地完成模擬負(fù)載，學(xué)者們通過(guò)研究電子模擬負(fù)載來(lái)替代實(shí)際負(fù)載來(lái)完成這一過(guò)程，即電子負(fù)載。

目前，根據(jù)電子器件選擇的不同可以分為采用晶體管的電子負(fù)載、采用場(chǎng)效應(yīng)管的電子負(fù)載、采用絕緣柵雙極晶體管的電子負(fù)載以及電能反饋型電子負(fù)載，每種電子負(fù)載都有其各自的特點(diǎn)。首先，晶體管電子負(fù)載應(yīng)用十分廣泛，對(duì)電信號(hào)有放大和開(kāi)關(guān)的作用；其次場(chǎng)效應(yīng)電子負(fù)載中使用的場(chǎng)效應(yīng)晶體管有控制靈敏度高、工作速度快，既無(wú)機(jī)械接觸點(diǎn)，也無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，適合模擬速度較快，電流稍小的實(shí)際負(fù)載；絕緣柵雙極晶體管是場(chǎng)效應(yīng)晶體管與晶體管技術(shù)相結(jié)合的復(fù)合型器件，它采用了兩者的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行負(fù)載，比晶體管的速度快，比場(chǎng)效應(yīng)晶體管的負(fù)載電流大；電能反饋型電子負(fù)載，此種形式具有節(jié)能無(wú)污染的效能，是目前比較超前的電子負(fù)載模式之一。因此，在選擇合適的電子模擬負(fù)載時(shí)，要在兩者相互融合的基礎(chǔ)上確定模擬負(fù)載與實(shí)際負(fù)載的匹配性。

2 直流電子負(fù)載系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

在直流電子負(fù)載系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)直流電子負(fù)載為實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)為小功率的直流電源出廠測(cè)試提供了較為理想的實(shí)驗(yàn)手段，節(jié)省了時(shí)間和空間，提高了效能，自動(dòng)化水平得到了極大的提高。直流電子負(fù)載正是利用負(fù)載模擬方法，采用對(duì)負(fù)載電流調(diào)節(jié)方法，使控制環(huán)的可調(diào)節(jié)電流與檢測(cè)的輸入電壓滿足特定的規(guī)律，當(dāng)負(fù)載電流和非線性負(fù)載電流特性曲線近似的情況下，即可模擬非線性負(fù)載①。對(duì)于非線性功率變換的電路測(cè)試，需要建立一個(gè)安全的消耗功率轉(zhuǎn)換器的最大功率的負(fù)載電路?？梢赃x擇兩種方案實(shí)行：1）采用常用的額定大功率的電阻，通過(guò)消耗能源的方式消耗功率；2）根據(jù)電子負(fù)載的分類特點(diǎn)，可采用雙極晶體管或場(chǎng)效應(yīng)晶體管組成的電路，由一個(gè)可控開(kāi)關(guān)控制，在適當(dāng)時(shí)調(diào)節(jié)所需電流值。場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）具有控制靈敏度高、工作速度快，既無(wú)機(jī)械接觸點(diǎn)，也無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，適合模擬速度較快，電流稍小的實(shí)際負(fù)載，場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）在工作時(shí)相當(dāng)于開(kāi)路，其電阻巨大，在實(shí)際工作中不會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)的功率消耗。在設(shè)計(jì)直流電子負(fù)載的時(shí)候可以采用場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）控制電壓控制器件，具有更加節(jié)能便捷的功能。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

圖1為場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）為電子負(fù)載的主電路圖，從圖中可以看出D片上A/D轉(zhuǎn)換器的功能是采集和反饋測(cè)試電源狀態(tài)數(shù)據(jù)的，LCD、鍵盤實(shí)現(xiàn)人機(jī)信息交互轉(zhuǎn)換，串口通訊采用RS232標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)和上位機(jī)的通訊。電子負(fù)載系統(tǒng)的核心處理器是TMS320LF281，掌握著整個(gè)電路的主脈，控制算法的調(diào)用和轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。在電路圖的設(shè)計(jì)中，電子負(fù)載系統(tǒng)采用了TMS320LF2812核心處理通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換、LCD顯示、串口通訊、鍵盤操作等過(guò)程并通過(guò)電壓控制實(shí)現(xiàn)功率板電路控制的技術(shù)方案，整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了恒電壓、恒電流、恒電子的過(guò)程，使整個(gè)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，在不斷地實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)本電路圖中場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）的電子負(fù)載系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。

3 結(jié)論

本文對(duì)直流電子負(fù)載系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的淺顯分析，旨在為能源問(wèn)題突出的今天，通過(guò)電子負(fù)載技術(shù)的應(yīng)用降低大功率直流電源出廠檢驗(yàn)消耗能源的成本。通過(guò)分析不同電子負(fù)載技術(shù)的特點(diǎn)，為直流電子負(fù)載的模擬使用選擇提供可參考的依據(jù)。

注釋：

①Van De Sype D.M,De Gusseme K,Van den BosscheA.P,MelkebeekJ.A.A.“A Sampling Algorithm for Digitally Controlled Boost PFC Converters”[J].Trans on Power Electronics,2004，19：649-657.

[1]李衛(wèi)華，謝珩.關(guān)于電子模擬負(fù)載研究現(xiàn)狀的探討[J].新余高專學(xué)報(bào)，2005，10(2):47-49.

[2]王子劍，孔峰.基于DSP的數(shù)字電子負(fù)載控制器設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2002(2)：241-244.

[3]趙徐成.電流調(diào)制技術(shù)在電子負(fù)載和兩階段充電中的應(yīng)用[J].電力電子技術(shù)，1997，10(3)：58-60.