专利名称：低功耗直流电子负载的制作方法
技术领域：
本实用新型技术涉及一种阻性负载，尤其涉及可恒流、恒阻、恒压三种模式运行的低功耗直流电子负载。
背景技术：
直流电子负载主要模拟实际环境中使用的负载或用电器，广泛用于通信直流电源、开关电源、蓄电池等等充放电过程参数的快速测试，以及电机等功率型器件负载稳定特性和瞬态特性参数的测试。选择适合的电子负载对电源测试是电源类研发生产中一个重要步骤。与传统阻性负载相比，直流电子负载具有其体积小，效率高，性能可靠，节能环保的优点。目前大多数直流电子负载采用精密并联型的三端可调基准电压源代替稳压管，以满足测试过程中对直流电子负载恒压、恒流指标的严格要求，但这种方法构成的直流负载其恒流值不可调，输出电流很小范围较窄，且电压不宽。此外，目前直流电子负载仍存在电子负载响应速度慢，精度不高，动态负载测试能力不完善，稳定性和鲁棒性不够好等缺点。
发明内容本实用新型针对目前存在的直流负载其功耗较大，因采用核心控制件散热效果不理想，系统长期运行时稳定性较差，提供一种功耗低，精度高，稳定性强，功能全面的低功耗直流电子负载。本实用新型采用的技术方案是低功耗直流电子负载，包括有功率驱动电路，其特征在于还包括有内置12位A/D转换器和D/A转换器的单片机、电压采样电路、电流采样电路，电压采样电路、电流采样电路的输入端分别与功率驱动电路连接，电压采样电路、电流采样电路的输出端分别接入单片机内置A/D转换器的通道，单片机通过软件编程对电压、电流和电阻进行预设置，单片机内置D/A转换器的通道分别连接有恒压电路、恒流电路、恒阻电路的信号输入端，恒压电路、恒流电路、恒阻电路的信号输出端分别与功率驱动电路控制连接，单片机外接报警电路、显示电路，单片机通过通讯接口与上位机通讯连接。所述的单片机的型号为C8051F120。所述的显示电路采用12864液晶显示器。所述的电流采样电路采用CS005XL霍尔传感器检测电流。还包括有供电电源，供电电源为电压采样电路、电流采样电路提供12V电压，为单片机提供5V电压。本实用新型采用内置12位A/D、D/A的高性能、低功耗单片机C8051F120组成系统控制核心，采用12864液晶显示器作为系统的工作模式和运行数据显示屏，通过软件设计实现系统工作于定电压、定电流、定电阻三种模式。采用CS005XL霍尔传感器检测电流，以电压的形式反馈至单片机，进而控制D/A输出，提高了电流测量精度。另外，加入了声音报 警电路、显示电路等实用功能电路设计。[0013]本实用新型的优点是[0014]本实用新型具有低功耗、稳定性好，精度高的优点；具有高压(20V以上)和大电流 (3A以上)工作状态声音提示功能和功率限制(最大功率60W)工作模式。[0015]
[0016]图1是本实用新型的原理结构图。[0017]图2是实用新型的软件流程图。
具体实施方式
[0018]如图1、2所示，低功耗直流电子负载，包括有功率驱动电路2，还包括有内置12位 A/D转换器3和D/A转换器4的单片机1、电压采样电路5、电流采样电路6，电压采样电路5、电流采样电路6的输入端分别与功率驱动电路2连接，电压采样电路5、电流采样电路6 的输出端分别接入单片机I内置A/D转换器3的通道，单片机I通过软件编程对电压、电流 和电阻进行预设置，单片机I内置D/A转换器4的通道分别连接有恒压电路7、恒流电路8、 恒阻电路9的信号输入端，恒压电路7、恒流电路8、横阻电路9的信号输出端分别与功率驱 动电路2控制连接，单片机I外接报警电路10、显示电路11，单片机I通过通讯接口 12与 上位机13通讯连接。[0019]单片机I的型号为C8051F120。[0020]显示电路11采用12864液晶显示器。[0021]电流采样电路6采用CS005XL霍尔传感器检测电流。[0022]还包括有供电电源14，供电电源14为电压采样电路5、电流采样电路6提供12V 电压，为单片机I提供5V电压。[0023]核心部分主要采用低功耗单片机C8051F120作为核心控制单元，其内部包含12位 A/D、D/A转换功能，精确度高。通过软件编程实现对电压、电流和电阻预设置，A/D采样比 较，D/A输出，LCD显示，过压控制，过流控制和过功率控制等多种功能。[0024]功率控制通过核心控制器控制继电器C8051F120自动选通恒压、恒流、恒阻三种 模式电路。三种模式电路分立设计，恒压电路采用TL082运放设计一个同相比例放大电路， 再通过电压采样电路输出；恒流电路采用TL082运放设计一个同相比例放大电路接入电流 检测电路；恒阻电路采用与恒流电路相同的工作电路，单片机控制电压与电流的比值恒定。 同时针对三种模式电路设计了过压、过流、过功率保护电路。其中功率管采用N沟道增强型 MOS管IRF640作为功率管。功率MOS管具有正温度系数，当结温升高时通态电阻增大，有自 限流作用，因此采用功率MOSFET设计的本系统热稳定性高。[0025]电流采样是通过CS005XL霍尔传感器将电流信号转换为电压信号反馈回单片机 控制单元电路；电压采样是将采样电阻上的电压反馈给电压输入端，通过在输出端接可调 微调电阻校正采样的电压数值。[0026]显示采用12864 IXD显示，在同一界面上同时显示电压、电流、功率等多种参数，通 过单片机I/o 口连接控制峰鸣器完成报警功能。[0027]系统供电由交流220V经WD10-220D12开关电源模块，输出±12V直流电压，经滤波后供给运放和电流传感器使用。+ 12V电压经三端稳压器7805输出+5V电压给单片机供电。主控芯片C8051F120上的串行通信接口 COMl与PC上的COMl连接，完成与上位机间的通信，将测试数据载入上位机，实现监控功能。系统软件功能设计此设计使用低功耗增强型单片机C8051F120，组成的电路可以实现以下三个功能，软件流程如图2所示1.采样输出电流、电压并在IXD上显示。单片机通过内部自带的12位A/D对等效负载的电压和电流进行采样，将采集回来的数值在单片机内部进行处理后送液晶屏进行电压、电流、实际功率的显示。2.设定恒压、恒流和恒阻运行模式及参数。通过键盘设定预设值送给单片机，单片机通过内部自带D/A将数字量转换成相应的模拟量输出，当电流大于3A或电压大于20V时，单片机就会启动过流(过压)提示，蜂鸣器发出报警信号。如果功率超过设定的最大功率，那么在恒压模式下就降低电压，在恒流模式下就减小电流，同时蜂鸣器报警。3.当电压、电流或功率大于某一数值时进行报警(如电压大于20V，电流大于3A，功率大于50W)，且报警声随着数值的增大而变得急促。上位机监控与数据采集设计采用Matlab软件与C语言联合设计了串口通讯程序，以及监控界面，完成参数设定、数据显示、数据实时记录等功能。数据可直接输入到Matlab中，便于进一步的数据及测试器件的特性分析。
权利要求1.一种低功耗直流电子负载，包括有功率驱动电路，其特征在于还包括有内置12位 A/D转换器和D/A转换器的单片机、电压采样电路、电流采样电路，电压采样电路、电流采样电路的输入端分别与功率驱动电路连接，电压采样电路、电流采样电路的输出端分别接入单片机内置A/D转换器的通道，单片机通过软件编程对电压、电流和电阻进行预设置，单片机内置D/A转换器的通道分别连接有恒压电路、恒流电路、横阻电路的信号输入端，恒压电路、恒流电路、横阻电路的信号输出端分别与功率驱动电路控制连接，单片机外接报警电路、显示电路，单片机通过通讯接口与上位机通讯连接。
2.根据权利要求1所述的低功耗直流电子负载，其特征在于所述的单片机的型号为 C8051F120。
3.据权利要求1所述的低功耗直流电子负载，其特征在于所述的显示电路采用12864 液晶显示器。
4.据权利要求1所述的低功耗直流电子负载，其特征在于所述的电流采样电路采用 CS005XL霍尔传感器检测电流。
5.据权利要求1所述的低功耗直流电子负载，其特征在于还包括有供电电源，供电电源为电压采样电路、电流采样电路提供12V电压，为单片机提供5V电压。
专利摘要本实用新型公开了低功耗直流电子负载，包括有功率驱动电路、内置12位A/D转换器和D/A转换器的单片机、电压采样电路、电流采样电路，电压采样电路、电流采样电路的输入端分别与功率驱动电路连接，电压采样电路、电流采样电路的输出端分别接入单片机内置A/D转换器的通道，单片机通过软件编程对电压、电流和电阻进行预设置，单片机内置D/A转换器的通道分别连接有恒压电路、恒流电路、横阻电路的信号输入端，恒压电路、恒流电路、恒阻电路的信号输出端分别与功率驱动电路控制连接，单片机外接报警电路、显示电路，单片机通过通讯接口与上位机通讯连接。本实用新型具有低功耗、稳定性好，精度高的优点。
文档编号G01R31/36GK202837425SQ20122042023
公开日2013年3月27日 申请日期2012年8月23日 优先权日2012年8月23日
发明者李昕, 李良光, 邢丽坤, 辛元芳 申请人:安徽理工大学