文 献 综 述

1.1课题研究背景

在人们生活的多个领域都要用到负载测试，如充电电源试验、蓄电池放电试验以及购买电池、电源时等都需要负载测试。当前，国内外对上述产品的试验一般都采用传统的静态负载(如电阻、电阻箱、滑线变阻器等)能耗放电的办法进行。

随着电力电子技术的、计算机技术和自动控制技术的迅速发展，为电源检测技术带来了革命性的变化。由于铁道电气化供电、电气牵引、信号控制 、无线通信、计算机指挥调度中心及家庭日常生活等应用领域都在大量应用各种各样的电源，因此人们对电子负载的需求越来越多，对其性能要求也越来越高。而传统的电源检测技术面临着极大的挑战。为准确检测电源的可靠性和带载能力，因此把电力电子技术和微机控制技术有机地结合起来，实现电源的可靠检测。

1.2电子负载器简介

从电源类型来看，电子负载可分为直流电子负载和交流电子负载两种。直流电子负载比起交流电子负载，应用的历史较长，范围更广。最初在实验室，利用电力电子器件的特性，通过分析等值电路，用电力电子元件搭建电子电路来模拟负载，可以实现定电阻、定电压等特性。随后又有工作人员将单片机技术应用到电子负载中，逐步可实现定电流模式和可编程斜率模式。单片机技术与变换器电路的密切结合还使得电子负载可以工作在其它多种模式下:定功率模式、动态电阻模式、短路模式等。

随着功率场效应晶体管 (MOSFET)，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和场效应晶闸管(MCT)等主要开关器件的出现以及电力电子变换器拓扑的发展，由于变换器能更好的将一种电能变为另一种或多种形式的电能，交流电子负载也得到了实现。交流电子负载是可以模拟传统真实阻抗负载的电力电子装置，它能模拟一个固定或变化的负载，甚至将试验的电能反馈回电网，其设计初衷是交流电源出厂试验。交流电源出厂试验通常采用电阻箱耗能的办法，它存在调节不便、自动化程度低、耗电量大等缺点，而采用交流电子负载进行试验可有效克服这些缺点，它可使试验更加简单、灵活，且大大降低试验的成本。

电子负载可以模拟真实环境中的负载（用电器）。它有恒流、恒阻、恒压和恒功率功能，以及短路，过流，动态等等，应该说所有的电源厂家都会有用，而且也必须有。电子负载分为直流电子负载和交流电子负载，由于电子负载的应用方面问题，直流电子负载应用比较广泛，本设计主要针对直流电子负载。

电子负载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，由于电子负载所具有的性能特点和优点，电子负载被越来越多地应用到各种试验场合。因此，电子负载的研究具有广阔的市场和广泛的应用前景。

1.3该设计实现的意义

本设计能实现电子负载的恒流控制：能够检测被测电源的电流、电压及功率并由液晶显示。在额定使用环境下，恒流方式时不论输入电压如何变化（在一定范围内），电子负载将根据设定值来吸收电流，流过该电子负载的电流恒定。

虽然此电子负载能很好的替代传统的测试方法中一般采用的电阻，更简单、更快捷、更可靠地对电源、变压器等电子设备进行输出特性的测试。但是，本设计还存在着很多不足，由于时间的仓促以及自身能力所限，本文只是对电子负载一些较浅的研究，通过运放PI调节器组成的负反馈来控制MOSFET的栅极电压，从而达到其内阻变化的目的，改变MOS管的导通量。自己还有很多可以进一步改善，比如可以采用更高精度取样电阻和PWM控制方式、更高精度的D/A、A/D装换芯片来提高测量精度等等。同时整个设计也只研究电子负载的恒流工作模式，还可以进一步改进和设计，增加其他工作模式，比如恒压、恒阻和恒功率模式，提高电子负载的实用性。

1.4恒流电子负载器的设计方法

本课题设计的是电子负载器，在设计电子负载器时，根据系统设计方法,有以下几种方案:

方案一:传统设计方法

如图1-1所示，运用传统的电子负载设计方式，通过比较器的比较结果及反馈来控制MOSFET的栅极电压，从而达到其内阻变化的目的。

图1-1 传统的电子负载设计

方案二：ATmegal6单片机

如图1-2所示，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，ATmegal6单片机为核心处理器。键盘、串口通讯和LCD实现人机交互，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1-2 方案二系统设计模块

方案三：STC89C52

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STC89C52 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

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