摘要 鉴于电子负载在电源设备测验中的广泛应用，研发了一台以MSP430F149单片机为中心处理器的直流电子负载。单片机MSP430F149内设ADC12模块对负载电压、电流信号实时采样，并外设10位D/A转化芯片TLC5615输出模仿电压信号驱动MOS管，内部操控选用BP神经网络算法，完结定电流、定电压、定电阻和定功率4种作业形式。经设备测验，体系调整时刻3 s，电压电流丈量误差均±0.5%，且盯梢速度快、丈量精度高，并具有必定的经济实用价值。
在电子、通讯、动力等领域中，需求对电源稳压器、蓄电池和功率电子元件等设备进行测验。在进行传统的负载测验时，需求用电阻、电容和电感或是其串并联组合来模仿实践负载状况，该测验办法其负载调理为有级调理，精度差、体积大、功耗高且安稳性差。直流电子负载是以功率半导体器材为载体，吸收和耗费电能的一种模仿负载。其基本原理是经过操控功率场效应晶体管(MOS)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或功率晶体管(GTR)等的导通量，完结定电流、定电压、定电阻和定功率4种作业形式。因而，负载可进行接连调理，且体积小、精度高、安稳性好。
规划的直流电子负载以MSP430F149为操控中心，内部运用BP神经网络算法，配以外围模块，完结了直流电子负载的恒压、恒流、恒阻和恒功率功用，其具有硬件结构简略、盯梢速度快、精度高、以及操控灵敏的特色。
1 体系的总体规划和作业原理
1.1 体系总体规划
依据直流电子负载的完结方法，本规划包含电压电流检测模块、操控驱动模块、键盘及液晶显现模块等，详细结构如图1所示。
1.2 作业原理
经过人机交互模块中的键盘和LCD显现功用，体系可以挑选不同的作业形式，即定电流、定电压、定电阻和定功率4种作业形式，且还可经过键盘设置在不同作业形式下的参数值。选定作业形式并设置相关参数之后，再运转此形式。MSP430F149对作业电压和电流实时检测，并经过内部BP神经网络算法与设定值进行比较，快速调整功率器材的导通量，直至体系的运转数据与设定值保持一致。其调整时刻3 s，电压电流丈量误差均±0.5%。
4种作业形式的详细原理如下所述：(1)定电流形式。不管负载电压怎么改变，负载电流一直与设定的电流参阅值保持一致。(2)定电压形式。负载电压的改变决议负载电流的改变，电压值设定后，电流会发生改变，直到电压值与所设定的参阅电压持平。(3)定阻形式。负载电压、负载电流成份额的改变，然后使得电阻值保持安稳，电压与电流比较的成果与按键输入电阻值持平。(4)定功率形式。功率值是负载电流、负载电压相乘的成果，经过操控调理，负载电压、电流相乘成果与设定的功率值持平。
2 体系硬件规划
MSP430F149是体系操控的中心，具有16位处理器，超低功耗，并具有较多的I/O端口，可满意人机交互模块的需求，片内12位A/D转化器有较高的转化功率，可满意电压电流采样精度要求。
2.1 电压电流检测模块
电压电流检测模块包含电压采样电路、电流采样电路、片内A/D转化电路，其硬件原理如图2所示。
电压检测选用电阻分压原理，即采样得到电阻R4上的电压值，取样后送入内置A/D转化电路，终究输出一个3.3 V的电压。为便利核算与调试，设置A/D的丈量规模为0～3 V，R4选用滑动变阻器。因为体系所测电压规模为0～30 V，因而R3与R4的比值应为9：1。采样电压UADV与实践电压U的转化联系如下所示
电流采样电路需将改变的电流信号转化为相对应的电压信号，电流信号以R5为载体转化为电压信号。因为体系所测电流规模为0～3 A，设置片内A/D丈量规模为0～3 V。因而，当R5上有3 A电流流过，其电压不能超过3 V，即R5的取值不能超过1 Ω。为使体系安全低耗的运转，选定精细电阻R5为0.5 Ω，然后电压信号经过运算扩大器LM324扩大2倍，终究送入内置A/D转化芯片进行处理。采样电压UADV与实践负载电流的联系为
2.2 操控驱动模块
操控驱动模块包含阻隔扩大电路和D/A转化电路。硬件原理如图3所示。
功率半导体器材选用n沟道增强型功率场效应管IRF740，漏源之间的最大接受电压为400 V，常温下漏极电流最大为10 A，契合规划需求。在D/A输出口与IRF740栅极之间参加线性光耦器材HCPL7840，驱动功率场效应管IRF740作业，一起起到阻隔作用，以进步抗干扰才能。
MSP430F149无内置D/A转化电路，因而，需求在外围增设D/A转化电路。D/A转化芯片选用10位的数模转化器TLC5615，只需3根串行总线便可完结10位数据的传输，易于和单片机进行接口，并简化了电路，其外部基准电压一般为2.048 V，因而体系选用高精度基准电压源REF3020，满意了芯片需求。TLC5615最大可输出根据基准2倍的电压，即可驱动MOS管正常作业。
3 软件规划
软件的主程序流程如图4所示，可使被测负载安稳的作业在恒流、恒压、恒阻、恒功率4种作业形式下。软件包含初始化程序、数据收集程序、单片机处理程序、D/A转化程序和LCD显现程序等。程序执行时先对各模块程序进行初始化，然后对负载电压电流进行实时采样，再经过MSP430F149处理，并结合相应的操控算法，快速调整PWM输出，终究的实践值与预先设定值保持一致。
在操控驱动功率负载电路PWM输出时，软件部分选用的是BP神经网络算法，在上述4种作业形式中，若实践值大于给定值，使用BP神经网络算法不断练习，实时调整PID操控器参数，并经过得到的最优参数便可准确推导出操控量，从而得到PWM占空比。一起驱动MOS管的栅极电压，下降管内的导通量使实践值减小，终究与给定值保持一致。若实践值小于给定值，则增大MOS管的导通量使实践值增大。
BP神经网络算法可最大化的迫临直流电子负载的非线性曲线，实时调整PID参数，使PID调理抵达最优状况，且此算法的收敛速度快，可以抵达抱负的操控作用。
4 结束语
体系以MSP430F149超低功耗单片机为操控中心规划的直流电子负载设备，完结了对负载输入电压为0～30 V、负载输入电流为0～3 A的调理与操控。经过软硬件结合调试，测得体系最大负载电阻为90 Ω、最大负载功率为90 W，电压和电流的丈量误差均操控在以下，可以完结对体系恒压、恒流、恒阻、恒功率4种作业形式的滑润调理与切换。此处体系以软件代替硬件的准则，简化了硬件电路。综上所述，文中规划的直流电子负载设备具有丈量误差小、硬件简略、易于调试等长处。
