基于 DSP 的电子负载----研究意义及名词解释

备。它能够准确检测出负载电压，精确调整负载电流，同时可以实现模拟负载短路，模拟负载是感性电阻或容性电阻，从而可以模拟真实环境中的负载即用电器，实现对负载电流的实时调节和控制。

现有电子负载的大都是模拟控制环节，调节和控制的适应性和实时性差，不能适应不同电源供应器的具体情况。电子负载的数字化和智能化关键在于控制模块的数字化，用DSP来实现数字电子负载即用DSC取代传统电子负载上的控制芯片MCU，使用更合理的控制算法来实现控制要求。带有MIPS的数字信号处理器，除明显的改善产品性能外，还大大的简化了产品的设计过程。TMS320F28x系列其强大的CPU处理能力，可以运行多种非线性控制算法，整合多种控制策略，从而为电子负载搭建高性能的控制算法硬件平台。

1.2.4电子负载的分类

电子负载常用的有恒阻和恒流两大类型，恒阻型电阻负载和普通的电阻的电压电流特性差不多。现在的使用的实际电子电路，使用大量的IC元件和电阻电容器件，电压电流特性已经和纯电阻特性相差很远，而恒流型电阻负载更接近于实际，为广大测试人员的首选。

从电源类型来看，电子负载可分为直流电子负载和交流电子负载两种。直流电子负载比交流电子负载应用时间长，范围广。最初利用电力电子器件的特性，用电力电子元件搭建电子电路来模拟负载，通过分析等值电路，可以实现模拟定电阻、定电压等特性。随后将单片机技术应用到电子负载中，实现了定电流模式和可编程斜率模式，使得电子负载可以工作在其它多种模式：动态电阻模式、短路模式等。相比直流电子负载，交流电子负载可以模拟传统的真实阻抗负载，它能模拟一个固定或者变化的负载，甚至将试验的电能反馈回电网，其电路结构如下图1.1所示。

上图1.1中，e1为待测试的交流电源输出电压，e2为外接的交流电网电压。

从电子负载的电子器件组成来分，可分为晶体管式电子负载、场效应管式电子负载和绝缘栅双极型晶体管式负载。

晶体管式电子负载：通过基极电流可以控制集电极电流，从而可以达到控制晶体管作为一个可变负载的目的。利用大功率晶体管作为一个电子负载，如下图所示，Ul为外接负载的电压，IL为负载电流，UR为基准电压，由图可以看出如式1.1所示。负载电流流过Rd的电压信号作为误差放大器的反相端的一个信号，基准电压UR作为误差放大器的正相端的控制信号，负载电流只和基准电压有关，与负载电压大小没有关系。我们通过改变基准电压UR的大小就可以改变负载电流的大小。

大功率晶体管构成的功率恒流源担当负载，吸收电源提供的大电流，模拟复杂的负载形式。一旦基准电压固定，保持在某一值上，无论负载电压怎样变化，回路中的负载电流都维持在一个恒定的电流值上。由于晶体管属于电流控制型器件，控制电流变化速度较慢，因此适合模拟电流恒定或是变化缓慢的实际负载。
并且，晶体管还存在温度系数为负的问题，所以使用过程中还需考虑温度补偿的问题。

场效应晶体管式电子负载：场效应晶体管（MOSFET）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。用MOSFET作可变电阻具有工作速度快，控制灵敏和可靠性好等优点，而且无机械触点，无运动部件，噪声低，寿命长。但是MOSFET的通态电阻较大，负载电流较小。所以MOSFET适合模拟一些变化速度较快，但电流不大的实际负载。

传统的以MOSFET作为电阻负载的原理图，见图1.2.由图可以看出，通过运放及反馈来控制MOSFET的栅极电压，从而达到其内阻变化的目的。

绝缘栅双极型晶体管式电子负载：绝缘栅双极型晶体管，简称IGBT，IGBT工作在不饱和区时，其射极与集电极之间的伏安特性可以看作是一个受栅极电压

控制的可变电阻。它与晶体管相比，响应速度快；与MOSFET相比，负载电流大，通态阻值变化范围大。IGBT可以用来模拟动态电弧，如图1.3所示。将事先已测得的电弧阻值变化通过计算机编程，来控制IGBT栅极电压的变化，从而达到IGBT作为可变负载时需要的变化阻值。这种电子负载是主要用来完成对弧焊电源动特性的测试。

从能量的观点来分，电子负载可以分为能耗式电子负载和能馈式电子负载。

模拟负载的主要功能是完成通信电源的出厂试验。图1.4为电子负载试验示意图。

图1.4中的"负载模拟单元"所模拟的负载一般可以等效为电感和电阻的串联，如下图1.5中的a所示，设被试电源的输出电压为Ud.在分别模拟阻感负载和电阻负载时，其等值电路应同实际的阻感、电阻负载相同，如图1.5中的b所示。

同时，可得到它们的数学模型为：

分别解方程式