摘 要
本系统是基于MSP430单片机控制的电子负载，首先通过比较器将D/A给定的值和电路中的电流值反馈回来的电压值相比较。再将比较结果送给功率器件的门极进行控制。开关管出来的波形再进行滤波之后采样电流。从而形成一个闭环系统达到恒流的目的。系统中用带中文字库的液晶实时显示采样电流，电压和设定值等。通过独立按键控制电流步进。
关键词 受控，单闭环，MSP430
前沿
在电路中，负载是指用来吸收电源供应器输出的电能量的装置，它将电源供应器输出的电能量吸收并转化为其他形式的能量储存或者消耗掉。如电炉子将电能转化为热能；电灯将电能转化为光能；蓄电池将电能转化为化学能；电机将电能转化为动能。这些都是负载的真实表现形式。负载的种类繁多，但根据其在电路中表现的特性可以分为阻性负载、容性负载、感性负载和混合性负载。再实验室，我们通常采用电阻、电容、电感等或者它们的串并联组合，作为负载模拟真实的负载情况。进行电源设备的性能测试。电子负载是利用电子元件吸收电能并将其消耗的一种负载。电子元件一般为功率场效应管（POWER MOS）、绝缘双极型晶体管（IGBT）等功率半导体器件。由于采用了功率半导体器件代替电阻等作为电能消耗的载体，使得负载的调节和控制易于实现，能达到很高的调节精度和稳定性。同时通过灵活多样的调节和控制方法，不仅可以模拟实际的负载情况，还可以模拟一些特殊的负载波形曲线，测试电源设备的东热爱和瞬态特性。这是电阻等负载形式无法实现的。
总体方案设计
电子负载的功率电路主要包括场效应管（MOSFET）、功率耗散电阻和滤波电容。场效应管是一种单极型晶体管，它只有一个P-N结，在零偏压的状态下，它是导通的，如果在其栅极(G)和源极(S)之间加上一个反向偏压(称栅极偏压)，在反向电场作用下，P-N变厚(称耗尽区)，沟道变窄，漏极电流变小。当反向偏压达到一定时，耗尽区将完全沟道“夹断\，此时，场效应管进入截止状态。绝缘栅型场效应管分为增强型和耗尽型两种，我们称在正常情况下导通的为耗尽型场效应管，在正常情况下断开的为增强型场效应管。增强型场效应管特点：当UDS=O且UGs>0时，栅极电流为零。当UGs增大时，形成一个N型薄层，称为反型层，这个反型层就构成了漏—源之间的导电沟道。使沟道刚刚形成的栅—源电压称为开启电压UGS。场效应管属于为电压型控制元件，具有正的温度系数，开关频率高，易于并联使用。但由于场效应管的通态电阻大，负载电流小，因此需要串入功率耗散电阻。工作在不饱和区时，漏极与源极之间的伏安特性可以看作是一个受栅源电压控制的可变电阻。电子负载系统设计要求的电流工作范围是：0-1A；电压工作范围是：0-18V。根据系统的设计参数，取一定裕量，并考虑实验过程中的不定因素，选择N沟道增强型MOS管IRF3205，最大耐压55V，最大电流110A。对于其通态电阻较大，且负载电流较小的缺陷，通过串入功率耗散电阻来解决。其特性曲线如下：
为了更好的消耗功率我们用开关管设计了一个BUCK拓扑电路电路中的主要消耗功率器件为功率耗散电阻。恒定电流为开关管前供电回路上的电流，当负载电压提高的时候由于主干路上电流恒定，也就是说电子负载消耗的功率也应该相应的提升。通过提高控制开关管脉冲的占空比提高BUCK回路中的电压，增大加在功率耗散电阻上消耗的功率。
设当前被测电源输入电压为UIN?10v功率耗散电阻为5欧姆 设定输入电流恒定为1A那么当前功率耗散电阻需要消耗的功率为 W?UI?10V?1A?10W由W?IR 可得负载电流
2IR?W10??2AR5那么负载电压为
UR?IR?R1?52V
假设在理想情况下开关管和滤波电路不消耗功率效率为100%那么当前占空比为
??若当前被测电源输入电压为UIN?20v输入电流要恒定1A电流那么功率耗散电阻上消
52?70.7耗的功率为
W?UI?20V?1A?20W
那么由W?IR 可得负载电流
2IR?W20??2AR5那么负载电压为
UR?IR?R1?10V
假设在理想情况下开关管和滤波电路不消耗功率效率为100%那么当前占空比为
??10?50% 20 方案一 通过采用MSP430单片机控制D/A输出一个给定电压给TI公司的开关电源专用芯片TL494内部比较器和反馈电压信号相比较形成闭环系统。TL494再产生一个稳定的PWM波控制开关管构成横流的目的。 TL494内部集成两个误差放大器，通过发反馈能对PWM信号的占空比进行调节，从而精确地调整输出电压具有较高的驱动能力，开关管能工作在完全导通或完全截止的理想状态， TL494是一种固定频率脉宽调制电路，他包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激、半桥式、全桥式开关电源。TL494有SO-16和PDIP-16两种封装方式
方案二 通过采用运算放大器构成比较器，将单片机的给定电压和反馈电压相比较产生一个PWM波控制开关管，滤波之后再采集电流信号反馈给比较器。 采用单电源芯片LM358设计比较器，电路简单原理明了,响应速度快。外围器件非常少。虽然不能产生稳定的PWM波，效率和供电质量不高但是本题目对供电质量要求不高发热功率全在功率耗散电阻上。 LM358足够满足各项要求。因此综合考虑选择方案二。
电流采样方案一
TI公司提供的电流并联互感器INA282AIDR采样电流具有宽共模范围双向高准确度单电源供电-14v to 80v，有效增益：50V/V，0.005%/°C Gain Drift (Max增益漂移) 使用简单、测量精度高、器件小、反映速度快。 电流采样方案二 采样二级放大采样电流信号，分别放大10倍5倍。采用TI公司提供的芯片OPA2340PA单电源双路CMOS运放，轨对轨输入输出、增益带宽：5.5MHZ 压摆率：6v/us 外围电路不如INA282AIDR简单，可靠性不强。放大倍数提高温度漂移会叠加。综合考虑选择电流并联互感器设计采样电路。
恒流与电流采样原理图
（电路仿真中用LM324模拟电流并联互感器）
开 始系统所有端口和设备初始化While(1)判断 page1显示页面1、文字部分（只执行一次）显示界面2、进入测量电压状态和调整率界面（只执行一次）显示界面1、进入电流可设定状态(默认)键盘键值扫描键盘键值扫描电压值采样，并求平均0键值key_val判断01设定电流值加102设定电流值减103翻页 page=24确定键4负载调整率启动处理数据、LCD12864显示处理AD12电流采样数据，并显示计算负载调整率、并显示键值key_val判断3翻页 page=1执行DA控制、恒定电流电压处理数据、LCD12864显示 电压检测，超过上线电压，则启动继电器，没有则返回主循环函数主 循 环 函 数