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前言：
前面水了几期视频介绍到了我自己DIY的电子负载，很多小伙伴比较有兴趣，今天写个专栏做个开源和介绍吧。（我在电源网水过一个帖子，可能有的小伙伴没有账号，今天到B站专栏再水一下）
简介：
电子负载作为电子工程师经常使用的一款仪器，测试电源，电池容量等会经常用到。
先说下DIY的电子负载具体参数和技术细节吧：
一、电子负载最大电压100V，电流20A，最大功率150W
二、硬件支持恒流和恒压双闭环设计，负载支持恒压负载。恒流负载，恒阻负载，恒功率负载。
三、可以拓展支持电池直流内阻测试，太阳能电池板功率曲线测试。
四、主MCU采用STM32G0设计，32位MCU，64M主频，12位ADC,多路定时器。这是一款ST比较新的MCU，后面一段时间可能成为低成本32位机主流。可以学习下。
五、模拟量采集采用自带ADC,基准量给定采用PWM滤波处理，是一款比较低成本的方案。
六、电子负载采用两个通道设计，可以软件独立设置电流，可以保证功率均衡分布，同时可以兼容小电流的精度和大功率热量。
七、电压采样采用四线制，电压量程采用三段可编程电路设计。保证各个电压段的电压精度。
八、两路NTC实时温度检测，保护模块不过温烧坏，同时有智能风扇控制。
九、4.3寸液晶屏参数显示和设置交互，可以显示多个参数，图标显示等。
链接：https://pan.baidu.com/s/14ErBCNiB3yPpUhFxt-qJjQ
提取码：6bsz
整体结构：
主界面
整体效果图
功率扫描模式（测试温差发电功率就用的这个模式）
静态测试：
48V恒压负载
12V恒压负载
3.7V恒压负载
5A恒流负载
2A恒流负载
整体精度还是勉强可以用的。
动态测试：
恒流启动波形
恒流关闭波形
条件：先接好电源，再开启和关闭负载。
这边顺便说下，PWM滤波成模拟量给定基准是有缺陷的，为了满足模拟量的纹波足够小，一般RC滤波常数选PWM周期的10-20倍。这样PWM的分辨率（即模拟量基准的分辨率）和动态速度不能同时最优化，需要做个均衡。
恒流负载启动波形，看下边沿时间大概3ms。没有过冲和震荡还是可以的。
恒压梯形波动态测试
恒流1A，电压3V-10V动态变化
电压波形没有明显震荡和超调，说明电子负载动态特性还行
电流波形在电压变化过程中有震荡，说明电源的恒流模式动态调节欠缺。
恒流梯形波动态测试
电压15V，电流1A-4A动态变化。
电源电压未随着电流变化而波动，说明电源恒压动态调节特性还可以。
电流也没有明显震荡和超调，说明电子负载动态特性也行。
恒流硬连接
一般电子负载使用都是先连接好电源，再设置参数并启动。
如果先设置好电压电流参数，再硬连接到电子负载上，就存在过冲的风险。
下图为硬连接电流过冲波形，当然反馈调节电路反应慢也是电流过冲的一个重要原因。
当然软件是可以做一些优化和规避的，还没着手优化。
温度测试：
MOS管A通道
MOS管B通道
180W，超过额定功率20%负载半小时以上， 温度还有余量。
开发环境：
固件基于keil5编写
STM32底层外设基于STM32CUBEMX自动生成
串口屏基于USART HMI
电路板基于cadence绘制
原理图初步讲解：
负载部分
整个负载由两个负载模块构成，这边就贴一个图出来。
电流采样采用TI INA199运放放大，采样电阻R80实际贴的是5毫欧，原理图画了10毫欧。
运放出来的电流信号一个支路给反馈调节回路，一个支路给MCU采样。
R83和R84为一个负反馈电阻，降低MOS管跨导，减少过冲和震荡，同时可以分担部分低压大电流负载时功率。这个可以取消。
U9A为恒压调节回路，
U9B为恒流调节回路，
当输入电压低于设定电压时，U9A输出低，关闭负载，当电压高于设定电压时，U9A输出高，由U9B参与回路调节。直至负载电流等于设定电流稳定，这个模式为恒流调节模式。
当电压高于设定电压，电源的输出电流低于设定电流时（比如恒流源），U9B输出高，因为D16的原因，不起作用，这时U9A也输出高，MOS管导通，拉低电压，会稳定在输入电压等于设定电压状态，这个为恒压调节模式。
再稍微补充下：
一、原理图里面得MOS管实际使用型号为IRFP250
二、电流采样得U8 INA199的基准脚这里接的是地，导致零电流或者小电流的时候有点漂移（运放不能做到理想的轨至轨输出），最好的做法将基准脚上浮50-100mv。
电压采样反馈部分
电压采样支持远端采样，解决线阻压降问题。
电压采样分两级，第一级为差分电路，增益为 51 / 1600 。保证输入0-100V时输出在3.3V以内。
第二级采用一个可编程放大电路，
两个MOS关闭时二级增益为 1，跟随模式，可以测试到 0-100V量程
Q8关闭，Q9开启时二级增益为 231/51 总的增益为 231 / 1600 ,可测量0-22V量程
Q8开启，Q9关闭时二级增益为 19，总增益为 969/1600，可测量0-5.4V电压
电阻阻值分布情况
有些小伙伴好奇，差分电路为什么用了这么多电阻串并联。
这是个非常规的做法，因为前级电路对精度要求比较高。我就设计了个多个电阻串并联调高精度。
下图是我随机测量71个精度为1%的100K电阻，均值99.915K，误差0.1%左右。通过分布差异补偿可能提高精度。
当然如果向一个方向偏就难以补偿了。
国产运放
这个电路对运放要求也比较高，用了一个国产的运放，效果还可以。国产芯片一直在升级啊。
MCU部分
MCU这页比较简答，主MCU采用32为M0+内核的STM32G030C8T6。
首先是一个MCU最小系统。
PWM1-PWM3是一个调节给定的基准模拟量，使用PWM滤波获取模拟量，这边使用了二阶滤波。
ADC3-ADC5为一些模拟量采集。
J16-J17为风扇接口
ADC0-ADC1为外接的NTC温度接口。
J15为串口屏接口
J23为预留和上位机通讯接口
J22为预留的数字电位器接口
固件初步讲解：
固件工程
程序分为两个：一个为串口屏代码，另一个为MCU固件。MCU采用KEIL5编译器，底层外设代码生成采用STM32CubeMX.
整个固件大的框架采用状态机结构。
对每个文件做个介绍吧：
AdcFb.c ：模拟量采集的一些出来，包含滤波计算电压电流之类的。
Eload.c ：电子负载相关代码
Gui.c : 界面参数显示的相关代码
HMI.c ：串口屏通讯解析，一些屏幕相关代码
LED.c : 对LED不同模式的显示做了个封装
NTC.c : 计算外接NTC的温度，包含对数计算法和查表法，这边用的查表法
SysParas.c ： 一些系统参数
UsartBuf.c : 对串口做了个缓存处理，串口屏的硬件底层
FAN.c : 智能风扇的一些控制逻辑
补充说明：
有些小伙伴好奇，为什么MOS不能并联，这样就可以少一路驱动和采样。
因为两个MOS直接并联容易导致电流不均衡，电压一样，发热也就不均衡。一个卖力，一个划水。
我们看下下面的图片：
两个完全一样的MOS管，相同的GS控制电压，比如4V，温度在25度时电流3A，温度150度时电流6A。
这样就会导致，如果某一个温度稍微偏高点，相同的控制电压，电流会更大，温度进一步提高，加剧了不平衡。
但过了A点后（大概30A），相同的GS控制电压，温度升高，反而电流下降。这样反而会趋势两个温度接近。
为了保证每个MOS管发热均衡，保证每个MOS管发挥岀最大功率，一般采用多通道分别控制。
155-2731-8020
