浅析现代电子负载系统方案设计

宋亚明

辽宁省机电工程学校，辽宁 辽阳 111004

在能源竞争激烈的今天，多种多样的电源广泛应用于冶金、能源、化工等国民生产的个个领域，电源是人们生产以及生活不可缺少的条件。电子负载的出现使大功率直流电源的出厂检验消耗的能源成本减少，实用价值得到突显。在通讯、汽车、蓄电池等各个行业中，现代的电子负载技术与传统模拟电阻性负载相比具有效率高、消耗低、节省空间等等优势。

1 电子负载分类

仪表测试行业主要研究如何对输出电能或转换电能的设备进行可靠、安全、全面简洁的测试问题。在传统的仪表测试过程中，经常使用静态负载来完成此过程。电子负载是专为较大功率的负载设备的实验维护而开发的新型模拟负载，由数字控制器、通讯电路、检测与驱动电路等各种元件组合而成的，为了使测试更加简捷，通常采用合适的模拟负载，因为在实际负载中形式比较复杂多变，负载随时可能发生变化，因此原有的静态负载在此基础上则难以有效地完成模拟负载，学者们通过研究电子模拟负载来替代实际负载来完成这一过程，即电子负载。

目前，根据电子器件选择的不同可以分为采用晶体管的电子负载、采用场效应管的电子负载、采用绝缘栅双极晶体管的电子负载以及电能反馈型电子负载，每种电子负载都有其各自的特点。首先，晶体管电子负载应用十分广泛，对电信号有放大和开关的作用；其次场效应电子负载中使用的场效应晶体管有控制灵敏度高、工作速度快，既无机械接触点，也无运动部件，适合模拟速度较快，电流稍小的实际负载；绝缘栅双极晶体管是场效应晶体管与晶体管技术相结合的复合型器件，它采用了两者的优势进行负载，比晶体管的速度快，比场效应晶体管的负载电流大；电能反馈型电子负载，此种形式具有节能无污染的效能，是目前比较超前的电子负载模式之一。因此，在选择合适的电子模拟负载时，要在两者相互融合的基础上确定模拟负载与实际负载的匹配性。

2 直流电子负载系统方案设计

在直流电子负载系统方案的设计过程中，通过直流电子负载为实现实验样机为小功率的直流电源出厂测试提供了较为理想的实验手段，节省了时间和空间，提高了效能，自动化水平得到了极大的提高。直流电子负载正是利用负载模拟方法，采用对负载电流调节方法，使控制环的可调节电流与检测的输入电压满足特定的规律，当负载电流和非线性负载电流特性曲线近似的情况下，即可模拟非线性负载①。对于非线性功率变换的电路测试，需要建立一个安全的消耗功率转换器的最大功率的负载电路。可以选择两种方案实行：1）采用常用的额定大功率的电阻，通过消耗能源的方式消耗功率；2）根据电子负载的分类特点，可采用双极晶体管或场效应晶体管组成的电路，由一个可控开关控制，在适当时调节所需电流值。场效应晶体管（MOSFET）具有控制灵敏度高、工作速度快，既无机械接触点，也无运动部件，适合模拟速度较快，电流稍小的实际负载，场效应晶体管（MOSFET）在工作时相当于开路，其电阻巨大，在实际工作中不会产生静态的功率消耗。在设计直流电子负载的时候可以采用场效应晶体管（MOSFET）控制电压控制器件，具有更加节能便捷的功能。

图1 系统总体结构图

图1为场效应晶体管（MOSFET）为电子负载的主电路图，从图中可以看出D片上A/D转换器的功能是采集和反馈测试电源状态数据的，LCD、键盘实现人机信息交互转换，串口通讯采用RS232标准实现和上位机的通讯。电子负载系统的核心处理器是TMS320LF281，掌握着整个电路的主脉，控制算法的调用和转换实现。在电路图的设计中，电子负载系统采用了TMS320LF2812核心处理通过A/D转换、LCD显示、串口通讯、键盘操作等过程并通过电压控制实现功率板电路控制的技术方案，整个过程实现了恒电压、恒电流、恒电子的过程，使整个系统处于稳定状态，在不断地实验过程中，实现本电路图中场效应晶体管（MOSFET）的电子负载系统的实际应用。

3 结论

本文对直流电子负载系统方案设计的浅显分析，旨在为能源问题突出的今天，通过电子负载技术的应用降低大功率直流电源出厂检验消耗能源的成本。通过分析不同电子负载技术的特点，为直流电子负载的模拟使用选择提供可参考的依据。

注释：

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]李卫华，谢珩.关于电子模拟负载研究现状的探讨[J].新余高专学报，2005，10(2):47-49.

[2]王子剑，孔峰.基于DSP的数字电子负载控制器设计[J].计算机技术与发展，2002(2)：241-244.

[3]赵徐成.电流调制技术在电子负载和两阶段充电中的应用[J].电力电子技术，1997，10(3)：58-60.