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直流电子负载设计基础
  

电子负载基本工作原理:
1. 恒压模式
2. 恒流模式
3. 恒阻模式
4. 恒功率模式
恒流

电子负载线路图

图中R1 为限流电阻,R1 上的电压被限制约0.7V,所以改变R1 的阻值就可以改变恒流值,在上图中我们知道,在串联电路中,各点电流相同,电路要恒流工作,只要在串联回路里控制流过一个元件的电流就可以达到我们所控制的恒流输出。
上图是一个简易的恒流电路,通常用在一些功率较小及要求不高的场合里应用,那么在一些应用中这种电路就无能为力了,如:在输入电压为1V 输入电流为30A,那么对于这样的要求这样的电根本无法保证工作。这样的电路调节输出电流也不是很方便。


恒流电路

这个图是一个最常用的恒流电路,这样的电路更容易获得稳定及精确的电流值,R3 为取样电阻,VREF 是给定信号,电路工作原理是:当给定一个信号时VREF,如果R3 上的电压小于VREF,也就是OP07 的-IN 小于+IN,OP07 加输出大,使MOS 加大导通使R3 的电流加大。如果R3 上的电压大于VREF 时,-IN 大于+IN,OP07 减小输出,也就降了R3 上的电流,这样电路最终维持在恒定的给值上,也就实现了恒流工作。如给定VREF 为10mV,R3 为0.01 欧时电路恒流为1A,改变VREF 可改变恒流值,VREF 可用电位器调节输入或用DAC芯片由MCU 控制输入,采用电位器可手动调节输出电流。如采用DAC 输入可实现数控恒流电子负载。电路仿真验证

电路仿真验证

在上图中我们给定了Vin 为4V-12V 变化的电压信号,VREF 给定50mV的电压信号,在仿真结果中输入电流一真保持在5A,电路实现了恒流作用。恒压电路

恒压电路

一个简易的恒压电路,用一个稳压二极管就可以了。
这是一个很简易的图,输入电压被限制在10V,恒压电路在用于测试充电器时是很有用的,我们可以慢慢调节电压测试充电器的各种反应。图是10V 是不可调的,请看下图可调直流恒压电子负载电路:

电子负载电路

图中MOS 管上的电压经R3 与R2 分压后送入运放IN+与给定值进行比较,如图所示,当电位器在10%时IN-为1V,那么MOS 管上的电压应为2V。下面图是电路仿真的结果:


电路仿真验证

图中B 点为输入电压信号,A 点是电子负载的输入,当A 点电压变化时输入电流也在变化,而电路能让A 点稳定在2V 不变。
恒阻电路恒阻功能,在有些数控电子负载中并不设计专用电路,而是在恒流电路的基础上通过MCU 检测到的输入电压来计算电流,达到恒阻功能的目的,比如要恒定电阻为10 欧时,MCU 检测到输入电压为20V,那么会控制输出电流为2A,但这种方法响应较慢,只适用于输入变化较慢,且要求不高的场合。专业的恒阻电子负载都是由硬件实现的。下面电路是由硬变件实现的恒阻电路:


恒阻电路

如图所示:R4 为1%,如果输入电压为1V,那么IN+上的电压为10mV,也就控制R1 上的电压为10mV,等效电阻测为1 欧。请看下图仿真结果:

电路仿真验证

图中我们可以看到电压与电流变化的特牲,这种是纯阻性电路的特点。
我们将R4 调到2 时再看下仿真结果:
调R4 为2%后等效电阻为0.5 欧,电路仿真结果验证电路的可行性。
恒功率电路:

恒功率功能大部份电子负载都采用恒流电路来实现,原理是MCU 采样到输入电压后根据设定的功率值来计算输出电流。当然也可以采用硬件方法来实现恒功率功能。

具体详见:开关电源可调直流源,交直流电源开关直流电源直流高压电源

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