一種數(shù)控恒流電子負載的設計

胡繼明，夏路生，文海明，廖世海（江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學院，337055）

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一種數(shù)控恒流電子負載的設計

胡繼明，夏路生，文海明，廖世海
（江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學院，337055）

摘要：本系統(tǒng)以STC12C5A60S2為控制核心，包括核心控制電路（單片機）模塊、功率控制模塊、電壓，電流采樣模塊、運放比較模塊、LCD顯示模塊、鍵盤模塊、電源模塊；能夠測量直流電源的電流值，電壓值。采用PWM控制和負反饋方式，實現(xiàn)恒流，且電流值可以通過鍵盤設定；電流、電壓值能實時在液晶上顯示。這種直流恒流電子負載優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、界面友好、操作方便成本低廉。

關鍵詞：PWM；恒流；電子負載；單片機

1 系統(tǒng)方案設計

本系統(tǒng)主要由核心控制電路（單片機）模塊、功率控制模塊、電壓，電流采樣模塊、電流比較模塊、LCD顯示模塊、鍵盤輸入模塊、電源模塊組成。鍵盤設定負載電流并顯示，通過電壓、電流采樣、電流比較以及功率控制電路，模塊化實現(xiàn)恒流，并通過單片機對采集的電壓來自動調(diào)整功率管發(fā)熱功率，防止功率管過熱燒毀。本恒流電子負載的最大負載電壓30V，最大電流為10A，最大功率為300W，電流分辨率為0.1A，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖-1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖2 功率控制、電壓、電流采樣及運放電路

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 主控電路的原理圖。主控電路由單片機STC12C5A60S2、晶振電路，復位電路組成的單片機最小系統(tǒng)構(gòu)成。它是整個系統(tǒng)的核心，其接受鍵盤的輸入信號，將設定值和采樣到的電壓和電流送到LCD 1602液晶上顯示，當采樣的電流值和設定值不相等時，調(diào)整P3.7引腳輸出PWM波形占空比，再經(jīng)過整形濾波電路控制功率管的柵極電壓，從而調(diào)整電流，直到采樣值和設定值相等時，輸出PWM占空比保持不變，使被控對象輸出電流恒定。

2.2 功率控制、電壓、電流采樣及運放電路。系統(tǒng)上電后，有R4、R5、R9、R10、R13、D1、C12構(gòu)成的電壓采集電路，將采集到的電壓值進行判斷，有AUTO_P1和AUTO_P2控制K1和K2繼電器的吸合或斷開來調(diào)整電流回路中功率電阻的大小，調(diào)整功率管Q1的發(fā)熱功率，防止功率管過熱燒毀，達到保護功率管的作用。

通過鍵盤預設恒流值的參數(shù)，再由單片機通過R16、R17、C11構(gòu)成的電流采樣電路，將采集到的電流值與預設值進行比較后，輸出控制信號DA_OUT，通過運放將控制信號送給功率管實現(xiàn)對電流的控制。這樣不斷將預設值與采樣值進行比較，調(diào)整控制信號控制功率管，使負載電流保持恒定。電流和電壓采樣利用單片機自帶的AD采樣模塊，都的降低硬件電路的復雜性。

2.3 電源電路。系統(tǒng)電源電路由12V直流供電經(jīng)過LM317調(diào)整為5V，給單片機、液晶等供電。同時12V電源經(jīng)TL431組成的基準電源電路給單片機提供5V精確的AD采樣參考電源。運放LM358直接由12V直流電源供電。

2.4 其它電路。其它電路包括液晶顯示電路和鍵盤電路，液晶顯示采用LCD1602，實時顯示被控對象的電壓、電流值，及設定電流值和電流步進值。鍵盤電路采用4*4矩陣鍵盤，主要用于控制參數(shù)的設置和調(diào)整。本部分電路原理圖限于篇幅在此省略。

3 系統(tǒng)程序設計

此電子負載除了要完成作為負載的功能以外，還要實現(xiàn)I/U數(shù)據(jù)采集、測量與顯示的任務。且顯示分辨力至少具有三位數(shù)，相對誤差小于5%。

圖-3主程序流程圖

3.1 主程序流程圖

系統(tǒng)上電后先進行系統(tǒng)初始化，包括液晶顯示、PWM、功率單元控制等初始化，然后實時檢測鍵盤，將鍵盤輸入的參數(shù)顯示在液晶上，并對輸入?yún)?shù)進行判斷以便調(diào)整功率單元，以降低功率管Q1上的功耗，達到保護功率管的目的，最后采集電壓和電流并判斷采集的電流值（即實際電流值）與輸入的電流值進行比較，如果不相等，進行PWM調(diào)整，直到兩種相等時保持PWM占空比不變，已達到恒流的目的。

4 總結(jié)

本系統(tǒng)設計以STC12C5A60S2單片機為控制核心的電子負載，利用單片機自帶的AD轉(zhuǎn)換模塊能夠直接檢測被測電源的電流值、電壓值。負載電流參數(shù)可以設定，且各個電壓、電流值均能直觀的在液晶屏上顯示，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、體積小巧、便于攜帶，適用于各種電源、電池、適配器及需要電子負載測試場合，有一定的市場前景。

參考文獻

［1］廖世海，吳政江主編.單片機應用技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社出版.2010.

［2］深圳宏晶科技有限公司.STC12C5A60S2系列單片機指南［M］.2013.

［3］趙廣林編著.常用電子元器件識別/檢測/選用一讀通［M］.北京：電子工業(yè)出版社.2007.

Design of a numerical control constant current electronic load

Hu Jiming，Xia Lusheng，Wen Haiming，Liao Shihai
（Jiangxi Vocational College of Industry & Engineering，337055）

Abstract：Using PWM control and negative feedback mode to achieve constant current， and the current value can be set through the keyboard； current， voltage value can be displayed on the LCD in real time. The DC constant current electronic load has the advantages of simple structure， friendly interface， convenient operation and low cost.

Keywords：PWM；constant current；electronic load；single chip microcomputer