直流电子负载电路图大全（四款直流电子负载电路原理图详解） - 全文

直流电子负载电路图（一）

直流电子负载一般有三种工作模式，分别为恒压模式、恒流模式、恒阻模式。这三种工作方式均可由00P7和运放的连接来实现。以恒流模式为例，将00P7与MOS管以左图方式连接，通过0P07控制MOS管的导通量，即可获得稳定的电流值。其恒流值通过恒流信号的电压值与采样电阻阻值之比决定。

在该图中00P7采取巧v供电，当有恒流信号到来时，如果采样电阻上的电压小于恒流信号，即00P7的反相输人端电压小于同相输人端的电压，则0P07的输出加大，使得MOS管加大导通从而为采样电阻补流。若采样电阻上的电压大于恒流信号，即00P7的同相输人端电压小于反相输人端电压，则0P07减小输出，也就降低了采样电阻上的电流。在电路工作时，当检测电压在一定范围内变化时，恒流电源电路总能使电路维持恒定电流值上，从而实现恒流工作。其电流值由恒流信号与采样电阻的阻值决定，例如，当采样电阻为10几时，若想得到100mA的恒定电流值，只需恒流信号调整为10v即可。

在实际使用过程中，为了使可调的参数显得直观明了，可设定值更加方便，可以用单片机或其他程序芯片来实现输人-显示的任务。通过按键将设定的恒定值输人给处理芯片，将数据经过处理后通，一方面将数值通过现实设备显示出来，另一方面通过数模转换，将信号值输人给0P07，使整个系统工作。这样就使直流电子负载的恒定值可调，与此同时，也可以将采样电阻上的电流电压信号经过模数转换，同样显示出来，从而使整个系统显得更加直观。需要注意的是，为保证电路的安全工作，在实际使用过程中，应该对测试信号进行过压保护，防止测试信号过大对电路造成损害。另外如果系统的电流值较高时，对采样电阻的功率要求也要相对严格。

直流电子负载电路图（二）

电路主要模块包括四部分：控制电路，恒流电路，电压电流检测，输入、显示电路参数电路。

电路设计原理

指标要求能数字设定并且能控制电流输出，这就需要使用DAC转换及与DAC输出电压具有良好线性关系的恒流电路。使用12位的TLV5618 完成DA转换，若步进为1mA，范围按0~1000mA计算，要求DAC需要2000分度，必须选用1000分辨率以上的DAC才能满足要求。DACTLV5618的分辨率充分满足电流1mA 步进的要求。DAC的输出控制U5A 和Q3 将电压转换为相应的电流值。同时输出电流流经R20得到采样电压经U5B放大21倍后反馈给U5A，由此形成硬件闭环控制。该闭环控制最终导致TP3的电压与TP2电压相等，而TP3 的电压值即为R20 两端电压值经U5B 放大后的值。因而改变TP2电压值即可改变R20两端电压，从而控制流经RL 的电流值，故TP2 为电流设定值调整。图中U5B的放大倍数=UTP3/UR20=（R26+R29）/R29=21，也就是说当向DAC输入最大值4095 时，调整R14 使VTP2=4.2V，就可使RL 输出最大电流2000mA。在本电路中，采样电阻选用0.1Ω/10W 的电阻。其目的是为了避免采样电阻通过大电流时发热引起阻值变化，从而影响输出电流。本电路最终使用了4 个0.1Ω/10W的电阻两两并联后再串联接入电路，从而最大程度上减少温度对电阻阻值的影响。由于前端DC/DC转换电路产生的是正电压，因此选择LM258单电源运放。其供电电压范围0.3~32V，输入失调电压2~5mV，满足设计要求。扩流管使用VMOS 管IRFZ44N。

电压采样如设定精度为1mV，范围按0~18.000V计算，要求ADC需要精度需要18000分度必须选用32768分辨率以上的ADC才能满足系统要求。所以选用TI公司提供的16bitADC ADS1115.而AD采样则由TI公司生产的ADS1115芯片完成，通过与电子负载并联采样大电阻，将电压值进行一定比例的衰减。然后通过电压跟随器交给AD采样。

B 功率器件：

由于恒流源将输出较大电压，本作品将使用水泥电阻与MOS管共同承受功率。当电子负载两端电压值较小时，将利用并联的4个MOS管通过热效应消耗功率。由于MOS管导通电阻很小，可以很好的实现大电流输出。而当电压值大于10V时，单片机将输出高电平，使继电器断开，水泥电阻接入电路，从而减轻MOS管的负担。

C 保护电路：

过压保护电路在单片机采样到直流稳压电源输出18V时动作，输出高电平驱动蜂鸣器和LED灯进过行报警，然后使DA的输出值为零。通过软件在电压恢复到18V以下时将继续保持电流大小为输入值。

D 电源负载调整率的测试原理

电源负载的变化会引起电源输出的变化，负载增加，输出降低，相反负载减少，输出升高。好的电源负载变化引起的输出变化减到最低，通常指标为3%~5%。本题方便负载调整率的测量，可以在被测直流稳压电源的输出端串接一个电阻RW，更换不同阻值的RW，即相当于改变被测电源的内阻。所串电阻越大，其负载调整率也会最大，反之会减小。可以改变被测电源的负载调整率。

直流电子负载电路图（三）

本文提出了一种基于STC12C5A60S 的直流电子负载的设计方案。主要以高速、低功耗、超强抗干扰STC12C5A60S 单片机为控制核心设计直流电子负载。包括控制电路（MCU）、主电路、采样电路、显示电路等，能够检测被测电路的电流值、电压值等各个参数，并能直观的在液晶上显示。本系统由自锁开关控制电路的工作状态，通过手动调节开关切换在恒压、恒流、恒阻电路之间的工作状态，由LED 灯指示相应的工作状态。系统的稳压范围为1V-30V，稳流范围为100mA-3.5A，误差0-5%在题目要求范围内，达到题目要求并扩展了恒压、恒流的范围。由单片机控制，通过按键达到对恒压值或恒流值在一定范围内的控制，设置了过载保护，通过亮灯显示过载。

方案通过两个自锁开关来控制电路的工作状态，在恒压、横流、恒阻之间进行切换，通过stc12c5a60s 单片机通过D/A 芯片控制恒压、恒流等的值，stc12c5a60s 是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统的8051，但速度快8-12倍，8路高速10位A/D 转换。采用大功率NMOS 管IRF540，该管导通电阻足够小，源漏抗击穿能力足够强。软硬件结的方式，方便简洁实现了不同模块之间的转换，很好的完成了恒压、恒流等基本功能，并完成了恒阻等附加功能。

恒压电路

TEXT 和GND 的为测试点。电路整体是个负反馈：当TEXT 高于设定值时，运放输出高电压，Q1 导通度增加，负载阻抗变小，和电源内阻分压，TEXT 减小，直至V+=V-;当TEXT 低于设定值时，运放输出低电压，Q1到通度减小，负载和电源内阻分压变大，TEXT 增大，直至V+=V-。

恒流电路图

TEXT 和GND 为测试点，OP07中V+=V-。当V+》V-时，运放输出高电压，Q1导通度增加，电流增大，V-升高，达到V+=V-。当V+《V-时，运放输出低电压，Q1到通度减小，负载和电源内阻分压变大，电流降低，直至V+=V-。所稳定的电流=V-除以阻值。

恒阻电路图

当滑动变阻器打到5 0 % 时电阻分压V+=1/2Vin=V-， 电流I=Vin/4，R=Vin/I=4欧，电源电压与电流成正比例变化。可以用单片机实现，R=VText/I，由恒流原理实现。（如需长时间测试，MOSS 管最好接大散热片）。

提出一种基于STC12C5A60S 的直流电子负载的设计方案。本方案中设计的直流电子负载主要以高速、低功耗、超强抗干扰STC12C5A60S 单片机为控制核心，由自锁开关控制电路的工作状态，通过手动调节开关切换在恒压、恒流、恒阻电路之间的工作状态。系统的稳压范围为1V-30V，稳流范围为100mA-3.5A，误差0-5%在题目要求范围内，达到对恒压值或恒流值在一定范围内的控制， 设置了过载保护，通过亮灯显示过载，经验证，本方案具有实际的应用价值。

直流电子负载电路图（四）

本系统采用32位的ARM9TDMI为主控芯片，同时借助外部16位A/D转换芯片ADSlll5的辅助电路，能够保存更多的采样数据，从而减小了采样信号的失真度，实现了稳定快速的实时测量。对硬件电路的设计，采用OP07与IRF640构成的线性恒流源，并采用CSM025A、VSM025A来转换电子负载侧的较高电压和较大电流，减小了在较高电压和较大电流下对电子负载的影响。

图1为DA控制的电子负载结构框图。

借助16位模数转换器ADS1115将电压电流回送至单片机。通过DA控制恒流源的电流，借助PID不断修正电流至设定值，以保证电流的恒定且可调，达到步进10mA的要求，并有过压保护功能。在12864液晶上显示实时电压电流值和设定电流值及负载调整率，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。原理简单，可行性高，成本低。

电子负载及恒流电路的分析

通过16位高精度模数转换器ADSlll5输出电压给恒流源电压转换恒定电流电路，由于运算放大器OP07是精度高、低漂移运算放大器，并且在10欧负载的情况下输出电流能达到2 A。所以采用OP07和IRF640组成的一个Uin。电流串联负反馈来实现电压到电流的转换，具体电路如图2所示。

原理图中OP07与IRF640构成负反馈，由运放的“虚短、虚断”理论，因此MOS管IRF640的S极电位与TLV 5616输入的电压值相等。