简易直流电子负载（G题）
摘要：
系统方案
方案选择
　　根据系统的设计要求，设计和制作一台恒流（CC）工作模式的简易直流电子负载。系统的总体设计框图1。
　　
　　
　　图1总体设计框图
　　按照设计要求，得出以下三种方案：
　　方案一：晶体管式电子模拟负载：晶体管是通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起的器件。通过基极电流可以控制集电极电流，从而可以达到控制晶体管作为一个可变负载的目的。大功率晶体管构成的功率恒流源充当负载，通过吸收电源提供的大电流，从而模拟复杂的负载形式。即通过将恒压、恒流、恒阻误差信号经过放大，再送入逻辑或控制电路，用选中的误差信号来调整晶体管的内阻，以达到模拟变化负载的目的。由于晶体管属于电流控制性器件，在控制变化速度上较慢，因此适合模拟一些电流恒定或是变化缓慢的实际负载。其次，晶体管还存在温度系数为负的问题，所以在使用过程中还需要考虑温度补偿的问题。
　　
　　单片机是个电路的核心，通过D/A转换电路来控制功率恒流源的工作电流，模数转换部分检测功率恒流源上的电压和电流值，作为控制器进一步调节的依据。如图1-1所示，单片机DAC的输出经运放，采用三极管作为功率放大器件。
　　方案二：如图1-2所示，也采用了单片机作为核心控制器，设计了AD电压电流检测电路、键盘电路、液晶显示电路和驱动电路，采用 MOS管电路为电子负载主电路。单片机输出一定占空比的PWM控制信号，控制功率电路MOS管的导通和关断时间，来获得实际所需的工作电流、电压。电路中的检测电路为电压、电流负反馈回路，通过A/D采集到单片机，与预置值进行比较，作为单片机进一步调节PWM占空比的依据。
　　　
图1-1电子负载设计
　　　
图1-2 方案二系统设计模块
　　　方案三：为便于控制的实现和功能的扩展，如图1-3所示为新型电子负载设计系统模块框图。采用了STC12C52单片机作为核心控制器，设计了DA输出控制电路、AD电压电流检测电路、键盘电路、液晶显示电路和驱动电路，通过软、硬件的协调配合，实现了整个设计。通过运放、PI调节器及负反馈控制环路，是整个电路的核心实质，来控制MOSFET的栅极电压，从而达到其内阻变化。MOS管在这里既作为电流的控制器件同时也作为被测电源的负载，通过PI调节器控制MOS管的导通量，从而达到流过该电子负载的电流恒定，实现恒流工作模式。
　　　
　　　图1-3 方案三系统模块框图（画成框图）
描述
　　经过比较，方案一设计采用三极管构成恒流模式，由于要求可调，且稳定性好，功率较大，三极管并不具备我们想要的精度。方案二通过单片机输出一定占具备空比的PWM控制信号，控制MOS管的导通和关断时间，来获得实际所需的工作电流、电压。这对于占空比的细调节不易控制，误差较大。方案三采用通过软、硬件的协调配合，实现了整个设计。通过运放、PI调节器及负反馈控制环路，能够较精确的控制MOS管的导通量，实现无静差的调节。故整个设计采用方案三。
理论分析与计算
电子负载及恒流电路分析

该系统采用Mosfet，高精度运算放大器、采样电阻组成。根据MOSFET的恒流特性，再加上电流的反馈电路，使得该电路精度很高。DA转换器输出控制电压加在运放的正输入端，控制负载中流过的电流。采样电阻选用康铜丝，以减少因温度变化而引起的采样电阻值的变化。AD、DA的参考电压2.5V。电路中流过的电流要求最大1A，本电路设计中可达4A。当DA转换采用数字输入加1时，模拟量增加 。令其电流增加XXX，取样电阻为。
电压、电流测量及精度分析

直流稳压电源的组成原理
电源负载调整率的测试原理