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如何科學快速地檢測電源產品的性能和指標成了一大難題。靜態能耗式負載像電阻和電阻箱等，采用有級調節，負載形式單一，功率小。現實中的實際負載形式比較復雜，通常都是動態的，即負載隨時間、頻率在不斷的變化，傳統的靜態負載越來越不能滿足電源測試的要求。因此，國內外學者都在尋求可以替代的負載形式，產生了由電阻、電感、電容、晶體管和集成電路組成的電力電子負載。它可以在輸入端模擬線性、非線性和特殊負載的電特性，達到對被測設備各種電特性的測試目的。同時將電力電子技術和微機控制技術引入負載裝置，設計成數字電子負載，建立相應的軟件操作界面，不但可以實現傳統靜態負載的一些基本功能，而且可以在原有負載的基礎上通過升級軟件，實現更多的功能： （1）預設測試值。在恒流模式下，測試電池2A電流的放電特性，將設定值輸入電子負載，接上測試電源，電子負載將按照設定的2A的電流開始給電池放電，全程自動完成測試任務。 （2）測試參數的保存。當電子負載在生產線上應用時，可為待測試產品設定一組數據并保存下來，當下次再測試這個產品時只要調出來使用就行了，而不用再從新設計參數。 （3）測試模式的選擇。測試電源產品在不同測試模式下，不同的電流值下電壓變化情況，或者是在不同電壓值下的電流變化情況，此功能可以讓待測電源產品在測試時按照設定的測試模式下，根據測試參數的不同自動控制輸入信號。 （4）數據保存功能。少量的數據可暫時保存于DSP的RAM上，長期保存的較大c的數據，需要通過串口把傳到上位機上，保存到電腦硬盤里面。 （5）控制策略調用。對不同的待測電源，調用上位機里面不同的控制算法來實現不同的控制策略，適應不同產品的電源特性，滿足測試的精度要求。 數字式電子負載與傳統的模擬電阻性負載相比，具有以下優點： （1）體積小、重量輕、節約電能。由于電子負載系統沒有把試驗的所有功率變成熱量，因此不必使用體積龐大的電阻箱及冷卻設備，因而節約了安裝空間和降低了實驗設備成本。 （2）減低了電源測試時的勞動強度，若采用傳統的電阻性負載，要根據不同的所測試設備選擇組裝不同的器件，測試時操作又繁瑣。電力電子負載可以根據設定自動完成測試任務，簡化測試工作。 在過去的幾年中，最顯著的是功率半導體器件驅動的負載性質的變化。市場正從按照負載類型（如：電動機、磁盤驅動器、電視機線圈、熒光燈）劃分轉變為純電子負載（如IC）占功率半導體應用市場的主要份額上來。這一成長的市場集中體現在功率半導體產品的革新，也為新型控IC創造了市場機會。其成長之迅速使得業界還特別為描述該市場定義了一個新名詞：電源管理，從開辟了IC電子負載的新天地。近年來，由于數字信號處理器、電力電子以及控制理論和控制方法的快速發展，數字控制系統已成為控制技術的主流，電子負載必將具有更廣闊的前景和更廣大的市場。 1.2電子負載研究的現狀 1.2.1什么是負載 負載是指連接在電路中的電源兩端的電子元件，把電能轉換成其他形式能的裝置，常用的負載有電阻、馬達和燈泡等可消耗電源功率的元器件。不消耗功率的元器件，如電容，也可接上去，但此情況為斷路。負載通常分為如下幾種： 感性負載：感性負載即具有電感的性質，磁場和電流不能突變。當負載電流滯后負載電壓一個相位差時，負載為感性，如負載為電動機、變壓器。 容性負載：容性負載即具有電容的性質，充放電和電壓不能突變，當負載電流超前負載電壓一個相位差時，負載為容性，如負載為補償電容。 阻性負載：當電流和電壓沒有相位差時負載為純阻性負載，如家用的白熾燈、電爐。 混聯電路中容抗大于感抗時負載電路呈容性，容抗小于阻抗時為感性。 1.2.2傳統的負載 過去人們往往使用一些互連的低功率瓷盤電阻、滑線變阻器或電阻箱作為測試負載，這些負載分辨率低，阻值會因接觸不良和發熱發生變化。并且有如下缺點：設備笨重，攜帶不便，調節費力，精度難以保證；負載電流不能連續調節，從零調到滿載在加電的狀態下，易接觸不良打火燒毀；難以用于程控化、數字化的自動化生產線上，更不能測試電源的動態參數。 1.2.3現代的電子負載 隨著功率場效應晶體管（MOSFET）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）和場效應晶閘管等主要開關器件的出現以及電力電子變換器拓撲的發展，現代電子負載是利用有源元件主動從電源中吸收電流，一般由放大器和功率器件等電子元件組成的可調負載，靠控制功率管或晶體管的導通量（占空比大小），通過功率管的耗散功率消耗電能的設備。它能夠準確檢測出負載電壓，精確調整負載電流，同時可以實現模擬負載短路，模擬負載是感性電阻或容性電阻，從而可以模擬真實環境中的負載即用電器，實現對負載電流的實時調節和控制。 現有電子負載的大都是模擬控制環節，調節和控制的適應性和實時性差，不能適應不同電源供應器的具體情況。電子負載的數字化和智能化關鍵在于控制模塊的數字化，用DSP來實現數字電子負載即用DSC取代傳統電子負載上的控制芯片MCU，使用更合理的控制算法來實現控制要求。帶有MIPS的數字信號處理器，除明顯的改善產品性能外，還大大的簡化了產品的設計過程。TMS320F28x系列其強大的CPU處理能力，可以運行多種非線性控制算法，整合多種控制策略，從而為電子負載搭建高性能的控制算法硬件平臺。 1.2.4電子負載的分類 電子負載常用的有恒阻和恒流兩大類型，恒阻型電阻負載和普通的電阻的電壓電流特性差不多。現在的使用的實際電子電路，使用大量的IC元件和電阻電容器件，電壓電流特性已經和純電阻特性相差很遠，而恒流型電阻負載更接近于實際，為廣大測試人員的首選。 從電源類型來看，電子負載可分為直流電子負載和交流電子負載兩種。直流電子負載比交流電子負載應用時間長，范圍廣。最初利用電力電子器件的特性，用電力電子元件搭建電子電路來模擬負載，通過分析等值電路，可以實現模擬定電阻、定電壓等特性。隨后將單片機技術應用到電子負載中，實現了定電流模式和可編程斜率模式，使得電子負載可以工作在其它多種模式：動態電阻模式、短路模式等。相比直流電子負載，交流電子負載可以模擬傳統的真實阻抗負載，它能模擬一個固定或者變化的負載，甚至將試驗的電能反饋回電網，其電路結構如下圖1.1所示。 
上圖1.1中，e1為待測試的交流電源輸出電壓，e2為外接的交流電網電壓。 從電子負載的電子器件組成來分，可分為晶體管式電子負載、場效應管式電子負載和絕緣柵雙極型晶體管式負載。 晶體管式電子負載：通過基極電流可以控制集電極電流，從而可以達到控制晶體管作為一個可變負載的目的。利用大功率晶體管作為一個電子負載，如下圖所示，Ul為外接負載的電壓，IL為負載電流，UR為基準電壓，由圖可以看出如式1.1所示。負載電流流過Rd的電壓信號作為誤差放大器的反相端的一個信號，基準電壓UR作為誤差放大器的正相端的控制信號，負載電流只和基準電壓有關，與負載電壓大小沒有關系。我們通過改變基準電壓UR的大小就可以改變負載電流的大小。 大功率晶體管構成的功率恒流源擔當負載，吸收電源提供的大電流，模擬復雜的負載形式。一旦基準電壓固定，保持在某一值上，無論負載電壓怎樣變化，回路中的負載電流都維持在一個恒定的電流值上。由于晶體管屬于電流控制型器件，控制電流變化速度較慢，因此適合模擬電流恒定或是變化緩慢的實際負載。 并且，晶體管還存在溫度系數為負的問題，所以使用過程中還需考慮溫度補償的問題。 場效應晶體管式電子負載：場效應晶體管（MOSFET）工作在不飽和區時，漏極與源極之間的伏安特性可以看作是一個受柵源電壓控制的可變電阻。用MOSFET作可變電阻具有工作速度快，控制靈敏和可靠性好等優點，而且無機械觸點，無運動部件，噪聲低，壽命長。但是MOSFET的通態電阻較大，負載電流較小。所以MOSFET適合模擬一些變化速度較快，但電流不大的實際負載。 傳統的以MOSFET作為電阻負載的原理圖，見圖1.2.由圖可以看出，通過運放及反饋來控制MOSFET的柵極電壓，從而達到其內阻變化的目的。
絕緣柵雙極型晶體管式電子負載：絕緣柵雙極型晶體管，簡稱IGBT，IGBT工作在不飽和區時，其射極與集電極之間的伏安特性可以看作是一個受柵極電壓 控制的可變電阻。它與晶體管相比，響應速度快；與MOSFET相比，負載電流大，通態阻值變化范圍大。IGBT可以用來模擬動態電弧，如圖1.3所示。將事先已測得的電弧阻值變化通過計算機編程，來控制IGBT柵極電壓的變化，從而達到IGBT作為可變負載時需要的變化阻值。這種電子負載是主要用來完成對弧焊電源動特性的測試。
從能量的觀點來分，電子負載可以分為能耗式電子負載和能饋式電子負載。 模擬負載的主要功能是完成通信電源的出廠試驗。圖1.4為電子負載試驗示意圖。
圖1.4中的“負載模擬單元”所模擬的負載一般可以等效為電感和電阻的串聯，如下圖1.5中的a所示，設被試電源的輸出電壓為Ud.在分別模擬阻感負載和電阻負載時，其等值電路應同實際的阻感、電阻負載相同，如圖1.5中的b所示。
同時，可得到它們的數學模型為：
file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml7232\wps46.png 分別解方程式，則有：
file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml7232\wps47.png 在模擬阻感負載時，電網電壓在一定范圍內恒定，被測電源輸出電流的大小直接正比于系統所模擬的功率的大小，即正比于交流側電流的大小，而電流的設定值若按上式（1.4）的給定進行控制，則成功地控制了被測電源輸出電流的大小，也就是成功地模擬了R、L性質的負載，此時通過對R、L值的設定即可實現對模擬功率的設定。同理，模擬純電阻負載時，電流設定值按上式（1.5）的給定取值即可。該負載有節約能源的目的，但前提條件是需要掌握實際負載的數字模型，對一些數學模型尚未清楚的實際負載而言，此方法的應用有些困難。 能饋式電子負載是一種新興的電子負載，是根據節約能源、減少開支和試驗自動化的要求而設計的，它可以在完成測試功率試驗的前提下，將待測試設備的輸出能量大部分無污染的反饋回電網，節約了大部分能源，實現了能量的循環再生利用。 1.3研究的內容和主要的性能指標 采用單片機作為主控芯片，雖然可以實現簡單的控制功能，但是調節和控制的適應性和實時性差，特別是隨著電源產品測試的實時性和精度的要求的提高，需要處理的數據量越來越大，低檔的單片機已不再能滿足要求。與單片機相比，DSP器件采用改進的哈佛結構，具有獨立的程序和數據空間，允許同時存取程序和數據，片內集成了A/D和采樣/保持電路，內置高速的硬件乘法器，增強的多級流水線，使DSP器件具有高速的數據運算能力。采用DSP（數字信號處理器）的電子負載，可以對負載電流上升和下降變化速率采取數字化實時控制，自動的調節負載電流，適應不同的電源的測試特性要求，研究的主要內容為：（1）、確定實現數字電子負載的方案的可行性。 （2）、設計電子負載的硬件電路，研究主電路元器件的選擇和控制電路的設計。 （3）、結合TMS320LF2812和信號板模擬電路，研究數字PID控制器，通過控制MOS管的門極電壓大小，來達到控制信號板上負載電流大小的目的。 （4）、依據控制系統的功能要求，編寫各個單元模塊控制系統的軟件程序。 （5）、完成直流電子負載的硬件電路和軟件電路調試后，連接硬件電路載入軟件進行系統聯調，根據實際情況修改電路和改進軟件算法。 （6）、簡化直流電子負載控制系統模型，進行在MATLAB中簡化仿真，設計不同的控制算法，驗證各種控制策略的可行性。 （7）連接市場上銷售的電源產品進行測試，并對測試結果進行分析，根據測試的負載特性曲線，檢驗控制方案的正確性和可行性，研究探討實際應用中存在的問題，加以改進。 基于DSP的直流電子負載系統設計應當滿足以下要求：
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