基于ARM9TDMI的简易直流电子负载设计

　　0 引言

　　现实生活中负载的形式较为复杂，多为一些动态负载，如：负载消耗的功率是时间的函数;或者负载工作在恒定电流、恒定电阻;负载为瞬时短路负载;以及在仪表测试时，如果想对其输出特性进行可靠、全面且比较简单、快捷的测试等。传统负载不能模拟这些复杂的负载形式，关键在于不能完成自动测试，因此，要实现这些功能离不开电子负载。

　　目前的电子直流负载由于电路设计和电器元件选择的不完善，导致其不能在较大电流和较高电压下稳定、快速、精确的完成测量任务。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。

　　1系统方案选择

　　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。

　　2理论分析与计算

　　2.1 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。负载电流为：

　　IL正比于TLV5616的输出电压，与负载电阻Rw无关。当MOS管IRF640导通后，流过负载电阻Rw的电流Iw=IL。若要求电流能从100mA～1000mA变化，考虑留有一定余量，最大电流为1.5A，当设定DA输出最大电压为1.5 V时：

　　2.2电压、电流的测量及精度分析

　　(1)A/D转换器精度分析

　　为了能实现步进1 mV的高精度要求，采用16位高精度模数转换器ADS1115，能够以高达每秒860个的速度采样数据，精度为1/2^n=1/2^16。

　　(2)D/A转换器精度分析

　　为了能实现步进1mA的精度要求，采用12位模数转换器TLV5616，精度可达到1/2^n=1/2^12。

　　2.3 电源负载调整率的测试原理

　　直流稳压电源负载调整率是指电源输出电流从零至额定值变化时引起的输出电压变化率。负载调整率可以通过如下方式计算：当电子负载电流为0时，被测电压输入记为U1。在达到额定电流I2(1A)时，被测电压为U2，则电源负载调整率为：