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开关型电子负载 摘要 本文提出了一种基于TI 公司CORTEX-M3 为内核的32 位单片机的智能开 关型电子负载方案。本设计以lm3s811 芯片为控制核心，通过斜坡发生器产 锯齿波和经比例积分运算得到的反馈电压作比较生高频PWM 波控制MOSFET 管的导通，然后经过误差比较器的PI 调节构成闭环负反馈控制环路。 开关 型电子负载具有优良的精度、稳定性和动态响应，并结合精确的软件控制， 实现了电源测量的快速和准确。 关键词: 开关 电子负载 PI调节 电源测试 引言 随着全球石油等资源储量的紧张和环保压力，近年各国都在大力发展新能源 和清洁能源。清洁环保型电源已广泛应用于国民经济的重要行业领域，随着电源 的发展，电源的精度、稳定性和高效性变得十分重要。 常规的电阻负载(滑动变阻器和电阻箱) 由于其温度的变化会引起阻值的变 化, 当电流很大时产生的热噪声及自身温度骤然升高常常会影响测试结果。比如: 在对一些高精度稳压电源、功率器件、电池等设备进行参数检测时, 负载的性能 会影响参数值的不精确。为了得到理想的测试结果, 阻值精确、性能优良的负载 是必要的。直流电子负载被广泛应用于电源类产品和功率电子元器件的实验、测 试、检定、老化等环节。为了能够准确的测出供电的电源（电池）的特性，我们 设计一个便携式、智能的数字化开关型电子负载。该开关型电子负载具有优良的 负载精度、负载稳定性和方便的测量和分析控制功能。 1. 系统方案 本开关型电子负载系统采用TI 公司Cortex—M3 内核的LM3S811 单片机为控 制核心，通过LCD 显示和4X4 矩阵键盘组成的人机交互界面设定系统的工作方式 和数值；然后用ADC 采样输入电压计算出接入电路的工作电流值和与之对应的 DAC 的输出电压值；接着将DAC 的输出电压和经采用电阻通过采样电路得到的电 压作比例积分运算并做相位补偿，构成误差比较电路。再将运算的输出值与双极 性的斜波作比较得到PWM 波；PWM 波经MOS 管高速驱动电路控制MOS 管的开通与 关断，从而控制接入电路的电流值，构成了软硬件的闭环控制系统。通过以上软 硬件的闭环控制就能够得到可控的稳定电流值；再通过控制接入电路的稳定的电 流值，经过软件的计算和处理得到可控的稳定的功率值、电压值、电流值。最终 实现了开关型的电子负载。系统结构框图如下所示： 图1 开关型电子负载系统框图 本设计的关键在于得到接入电路的可控的稳定电流，得到可控的稳定的电流 的关键如下： (1) 产生双极性的不失真的斜波； (2) 采样回来的输入电压的精度，运用LM3s811 自带的硬件过采样和自写的 软件过采样，以牺牲少量时间来换取精度的方法保证采样回来的电压值 准确可靠； (3)纯硬件的PWM 产生及PI 调节的硬件负反馈环路，具有快速的硬件反馈， 及动态调节能力，如图下图所示： 图2 PI 调节的硬件闭环控制环回路 (4)实时的软件反馈，采用了PI 控制算法，实时检测采样电流、控制DAC 输出，建立实时的软件闭环控制，如图所示： 图3 PI 控制算法的软件闭环控制回路 本设计的开关型电子负载实现了恒电流（CC 模式）0—15A,恒电压（CV 模式） 0.5-25V，恒电压(CR模式)5—40000oU,最大模拟功率为50W 的小功率高精度直 流电子负载。 2. 系统硬件设计 3.1 控制模块 电子负载选用的是具有高性能、低功耗TI 公司的LM3S811 为处理器。使用 的控制接口如下表所示： I/O 口 应用 I/O 口 应用 PC(4-7),PA(0-3) 键盘 RESET 复位 PB0,1,2 液晶 ADC0,ADC1 ADC 通道 外部6M 晶振,pll 倍频 时钟输 ADC 采样序列