一种数控恒流电子负载的设计

胡继明，夏路生，文海明，廖世海（江西工业工程职业技术学院，337055）



一种数控恒流电子负载的设计

胡继明，夏路生，文海明，廖世海
（江西工业工程职业技术学院，337055）

摘要：本系统以STC12C5A60S2为控制核心，包括核心控制电路（单片机）模块、功率控制模块、电压，电流采样模块、运放比较模块、LCD显示模块、键盘模块、电源模块；能够测量直流电源的电流值，电压值。采用PWM控制和负反馈方式，实现恒流，且电流值可以通过键盘设定；电流、电压值能实时在液晶上显示。这种直流恒流电子负载优点是结构简单、界面友好、操作方便成本低廉。

关键词：PWM；恒流；电子负载；单片机

1 系统方案设计

本系统主要由核心控制电路（单片机）模块、功率控制模块、电压，电流采样模块、电流比较模块、LCD显示模块、键盘输入模块、电源模块组成。键盘设定负载电流并显示，通过电压、电流采样、电流比较以及功率控制电路，模块化实现恒流，并通过单片机对采集的电压来自动调整功率管发热功率，防止功率管过热烧毁。本恒流电子负载的最大负载电压30V，最大电流为10A，最大功率为300W，电流分辨率为0.1A，系统结构框图如图-1所示。

图1 系统结构框图

图2 功率控制、电压、电流采样及运放电路

2 系统硬件设计

2.1 主控电路的原理图。主控电路由单片机STC12C5A60S2、晶振电路，复位电路组成的单片机最小系统构成。它是整个系统的核心，其接受键盘的输入信号，将设定值和采样到的电压和电流送到LCD 1602液晶上显示，当采样的电流值和设定值不相等时，调整P3.7引脚输出PWM波形占空比，再经过整形滤波电路控制功率管的栅极电压，从而调整电流，直到采样值和设定值相等时，输出PWM占空比保持不变，使被控对象输出电流恒定。

2.2 功率控制、电压、电流采样及运放电路。系统上电后，有R4、R5、R9、R10、R13、D1、C12构成的电压采集电路，将采集到的电压值进行判断，有AUTO_P1和AUTO_P2控制K1和K2继电器的吸合或断开来调整电流回路中功率电阻的大小，调整功率管Q1的发热功率，防止功率管过热烧毁，达到保护功率管的作用。

通过键盘预设恒流值的参数，再由单片机通过R16、R17、C11构成的电流采样电路，将采集到的电流值与预设值进行比较后，输出控制信号DA_OUT，通过运放将控制信号送给功率管实现对电流的控制。这样不断将预设值与采样值进行比较，调整控制信号控制功率管，使负载电流保持恒定。电流和电压采样利用单片机自带的AD采样模块，都的降低硬件电路的复杂性。

2.3 电源电路。系统电源电路由12V直流供电经过LM317调整为5V，给单片机、液晶等供电。同时12V电源经TL431组成的基准电源电路给单片机提供5V精确的AD采样参考电源。运放LM358直接由12V直流电源供电。

2.4 其它电路。其它电路包括液晶显示电路和键盘电路，液晶显示采用LCD1602，实时显示被控对象的电压、电流值，及设定电流值和电流步进值。键盘电路采用4*4矩阵键盘，主要用于控制参数的设置和调整。本部分电路原理图限于篇幅在此省略。

3 系统程序设计

此电子负载除了要完成作为负载的功能以外，还要实现I/U数据采集、测量与显示的任务。且显示分辨力至少具有三位数，相对误差小于5%。

图-3主程序流程图

3.1 主程序流程图

系统上电后先进行系统初始化，包括液晶显示、PWM、功率单元控制等初始化，然后实时检测键盘，将键盘输入的参数显示在液晶上，并对输入参数进行判断以便调整功率单元，以降低功率管Q1上的功耗，达到保护功率管的目的，最后采集电压和电流并判断采集的电流值（即实际电流值）与输入的电流值进行比较，如果不相等，进行PWM调整，直到两种相等时保持PWM占空比不变，已达到恒流的目的。

4 总结

本系统设计以STC12C5A60S2单片机为控制核心的电子负载，利用单片机自带的AD转换模块能够直接检测被测电源的电流值、电压值。负载电流参数可以设定，且各个电压、电流值均能直观的在液晶屏上显示，整个系统结构简单、成本低廉、体积小巧、便于携带，适用于各种电源、电池、适配器及需要电子负载测试场合，有一定的市场前景。

参考文献

［1］廖世海，吴政江主编.单片机应用技术［M］.北京：机械工业出版社出版.2010.

［2］深圳宏晶科技有限公司.STC12C5A60S2系列单片机指南［M］.2013.

［3］赵广林编著.常用电子元器件识别/检测/选用一读通［M］.北京：电子工业出版社.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