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【電阻制作】簡(jiǎn)易電子負載的制作

返回列表 來(lái)源:恒德電訊 瀏覽:- 發(fā)布日期:2019-07-23 13:27:46【
1、什么是電子負載
電子負載的作用:能模擬一個(gè)參數可任意變化的負載,從而可測試電源在各種普通狀態(tài)和極限狀態(tài)下的表現。蓄電池也是電源,蓄電池的放電和放電測試也是免不了需要指定放電參數,以免電池受到傷害,比如恒流放電、恒功率放電、定電量放電、定時(shí)放電、過(guò)壓自停等等,當然這需要電子負載具有條件觸發(fā)功能,如定時(shí)觸發(fā)、累計值觸發(fā)、參數閥值觸發(fā)等等。電子負載應該有完善的保護功能。在開(kāi)關(guān)電源的調試中,充電器的測試中,電子負載起到了功不可沒(méi)的作用。
2、它是如何工作的
電子負載的原理是控制內部功率MOSFET或晶體管的導通量(占空比大?。?靠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(shí)可以實(shí)現模擬負載短路,模擬負載是感性阻性和容性,容性負載電流上升時(shí)間。一般開(kāi)關(guān)電源的調試檢測是不可缺少的。
3、自己如何制作電子負載
電子愛(ài)好者在測試電源容量時(shí),一般用恒流模式。在恒流模式下,不管輸入電壓是否改變,電子負載消耗一個(gè)恒定的電流。我們利用MOS管的線(xiàn)性區,把它當作可變電阻來(lái)用的,把電消耗掉。MOS管在恒流區(即放大狀態(tài))內,Vgs一定時(shí)Id不隨Vds的變化而變化,可實(shí)現MOS管輸出回路電流恒定。只要改變Vgs的值,即可在改變輸出回路中恒定的電流的大小。在實(shí)際當中,我們一般通過(guò)運放對MOS管進(jìn)行驅動(dòng)和電壓控制,也就是實(shí)現電壓-電流的轉換。為了實(shí)現較高的穩定性,可以用電壓基準固定住輸入電壓。
 
圖1 電子負載原理圖

如圖1所示,采樣電阻Rs、運放構成一個(gè)比較放大電路,MOS管輸出回路的電流經(jīng)Rs轉換成電壓后,反饋到運放反相端實(shí)現Vgs,從而MOS管輸出一定的電流。當給定一個(gè)電壓VREF時(shí),如果Rs上的電壓小于VREF,也就是運放的-IN電壓小于+IN,運放加大輸出,使MOS導通程度加深,使MOS管輸出回路電流加大。如果Rs上的電壓大于VREF,-IN電壓大于+IN,運放減小輸出,MOS管減少輸出回路電流,這樣電路最終維持在恒定的給值上,也就實(shí)現了恒流工作。
所以,輸出電流Id=Is=VREF/Rs。由此可知只要VREF不變,Id也不變,即可實(shí)現恒流輸出。如果改變VREF就可改變恒流值,VREF可用電位器調節輸入或用DAC芯片由MCU控制輸入,采用電位器可手動(dòng)調節輸出電流。
實(shí)用的電子負載電路圖如圖2所示。原理和上述類(lèi)似,R1、U2構成一個(gè)2.5V基準電壓源,R2、Rp對這2.5V電壓分壓得到一個(gè)參考電壓送入運放同相端,MOS管輸出回路的電流Is經(jīng)Rs轉換成電壓后,反饋到運放反相端,實(shí)現控制電壓Vgs,從而控制MOS管輸出回路的電流Is的穩定。電容C1主要作用有2個(gè),一方面是消除雜波,另一方面使得電壓變化速度減緩,盡量減少MOS管的柵極電壓高頻變化引發(fā)振蕩的可能。根據分壓公式,讀者可以自行計算負載能吸收的最大電流。
 
圖2 實(shí)用的電子負載電路圖

器件選型
運放:因為是直流,可以不考慮單電源工作的問(wèn)題。但是要考慮運放輸出電壓的范圍,使得MOS管工作在線(xiàn)性區,另外,既然是DIY,一定要低成本,所以可以選擇LM358,內置的另一個(gè)運放可以用來(lái)做保護用。
MOS管:負載輸入電壓主要受MOSFET的漏極到源極電壓(Vds)額定值和電流檢測電阻器的值的限制。注意,將電源連接到負載時(shí),應小心地計算功耗,使MOSFET始終處于安全操作區域(SOA)中,否則會(huì )在其管芯溫度超過(guò)安全余量時(shí)將會(huì )爆炸。這里MOS管選擇常用的IRFP462。為了實(shí)現大電流的輸出,可以把多個(gè)MOS管并聯(lián)起來(lái)。
電壓基準:TL431是一款輸出電壓可調的基準電壓源,輔以合適的外圍電路它可以在很大范圍內輸出質(zhì)量較好的基準電壓。
功率電阻:電阻的功率一定要留有余量,最好選擇黃金鋁殼電阻。如果想做幾十安培的大負載,可以考慮用分流器電阻。
制作完成的電路板如圖3所示。
 
圖3 實(shí)物圖

注意事項
散熱:根據你的測試需要,盡可能用大的散熱器。
指示:最好用電壓電流數顯表頭指示工作情況,以防MOS管過(guò)載燒壞。
電源:連接待測電源時(shí)注意極性不能接反,以防運放芯片燒壞。
4、如何改進(jìn)
由于MOS管工作在線(xiàn)性區,效率是很低的。我們可以用PWM控制的方式,這樣裝置的功率密度可以做得較大。喜歡數字化的朋友可以用單片機控制DAC,代替電壓基準進(jìn)行數字控制,這樣可以實(shí)現精細化控制。有條件的朋友可以設置保護功能,對電壓和電流進(jìn)行限定,這樣可靠性大大提升。有了這個(gè)電子負載,你不必為缺乏大功率變阻器而操心了,心動(dòng)就趕快行動(dòng)起來(lái)吧,讓電子制作之路越走越遠!