电子负载设计.

题目：直流电子负载的设计

摘要由大功率晶体管构成的功率恒流源充当负载, 通过吸收电源提供的大电流,从而模拟复杂的负载形式, 测试电能输

出装置或转换装置的输出性能。在对比传统测试所用的静态负载的基础上, 提出新型电子负载实现的基本功能, 并作了原理和电路分析及电路调试, 同时进行了功能完善、性能改善及智能控制探讨。实验证明, 该装置解决了传统测试中用电阻、电阻箱、滑线变阻器等模拟不了复杂负载的问题。

关键词负载; 电子负载; 定电流模式; 定电压模式

输出电能或转换电能的设备或部件各式各样, 如何对其输出特性进行可靠、全面且比较简单、快捷的测试, 一直是仪表测试行业研究的问题。传统测试中, 常采用静态负载( 作为消耗能量的器件广泛地称为负载) 。实际上负载的形式较为复杂, 常为一些动态负载, 如: 负载消耗的功率是时间的函数, 或者负载工作在恒定电流、恒定电阻、恒定电压方式以及不同的峰值因数、功率因数或负载为瞬时短路负载等, 传统负载模拟不了这些复杂的负载形式。本文研制的电子负载就是针对实际应用中负载比较复杂的情况而设计的测试设备。

1工作原理

为了使电子负载有具有定电流(CC) 、定电阻(CR) 、定电压(CV) 、定功率(CP)等工作模式. 采用以单片机为核心的控制电子负载的工作模式,通过检测电源输出的电压和输出电流. 根据电子负载设定的模式,控制电源输出电流的大小,使电子负载具有定

电流(CC) 、定电阻(CR) 、定电压(CV) 、定功率(CP)等工作模式. 电流采用滞环控制方式,功率管工作在开关状态,产生的能量大部分消耗在功率电阻上,功率管的损耗小,温升低. 图1 为恒流型电子负载的结构框图. 各部分的功能分别为:电流控制电路是控制被测电源的负载的电流, 能按设定的电流给电源加载,功率消耗电路是把电流控制产生的能量以热的形式消耗掉,显示及键盘电路主要是满足人机界面, CPU主要完成人机交互,测量电压电流,计算出放电的能量,以及根据要求产生电压信号控制负载的电流;电源电路产生合适电源为其它电路提供工作电源。

2恒流电子负载的硬件组成

在定电流工作模式时，电子负载所流入的负载电流依据所设定的电流值而保持恒定，与输入电压大无关，即负载电流保持摄定值不变。

下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，R1 为取样电阻,REF 是给定信号，电路工作原理是：当给定一个信号时REF，如果R1 上的电压小于1REF，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R1上的电压大于REF 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1REF 为10mV，R3 为0.1 欧时电路恒流为0.1A，改变。REF 可改变恒流值，REF 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。

图1 MOSZ恒流电子负载

如图所示为直流电子负载恒流模式

上表为实测数据

该图为使用TIP122仿真图

实物图如下所示

用IRF9530和TIP42组成复合管电路如下：

负载电阻为0.5欧姆。输入电压范围为0.05v至1.5v 该数据如晶体管输出特性曲线相似

图一

图二

图三

上面三图形中图二，三是IRF9530和TIP127在0.1欧姆和0.5欧姆的电路图

通过测试在输入电压为1v时取样电压为0；且取样电压不稳定图一为IRF9530在取样电阻为0.5欧姆时输入电压超过一定值时不稳定；

下图是IRF9530，取样电阻为0.1欧姆时，通过测量所获得的

一下数值如下；

于改进。

恒电压模式（CV mode ）

在定电压工作模式时，电子负载所流入的负载电流依据所设定的负载电压而定，此时负载电流将会增加直到负载电压等于设定值为止，即负载电压保持设定值不变。

R61kΩR71k¦¸

VCC

15V

V10.5 V

I13 A

U2

OP07AH

3

2

4

76

8

14

VCC

C14.7mF

C2100nF

C31uF

Q1

IRF540

C4470pF

7

51

Probe1,Probe1

V:

V(p-p): V(rms): V(dc): I:

I(p-p): I(rms): I(dc): Freq.:

图中 MOS 管上的电压经 R6 与 R7 分压后送入运放 IN+与给定值进行比较，如图所示， IN-为 0.5V ，那么 MOS 管上的电压应为1V 。 方案二：

基本电路为除虚线框⑤ 和两个万用表以外的部分，由恒压电路、恒流电路、过流保护电路、驱动电路组成。V =12V 输入电压，经过限流电阻R1到三端可调分流基准源U1(TL431)的阴极K 后，由参考端R 得到输出基准电压VR 为2.5V ，经电阻R1到调整滑动变阻器R6，一路经电阻R2为U3A 提供电压，另一路经电阻R7为U3C 提供电压。

在这里我们选择方案一。

测试数据：

0.1A 0.3A 0.5A 0.8A 1.0A 1.5A 1.8A 2.0A 2.5A 3.0A 输入电

流\输入

电压

0.5V 1.01V 1.02V 1.02V 1.02V 1.02V 1.02V 1.02V 1.02V 1.03V 1.03V 1V 1.93V 1.94V 1.94V 1.94V 1.94V 1.94V 1.94V 1.94V 1.95V 1.95V

2.5V 5.07V 5.07V 5.07V 5.07V 5.07V 5.07V 5.07V 5.07V 5.08V 5.08V

3.5V 7.04V 7.04V 7.05V 7.05V 7.05V 7.05V 7.05V 7.05V 7.06V 7.06V 输入电流\

0.1A 0.3A 0.5A 0.8A 1.0A

输入电压

4V 8.08V 8.08V 8.08V 8.08V 8.09V

5 10.14V 10.15V 10.15V 10.15V 10.15V

6V 12.15V 12.15V 12.15V 12.15V 12.16V

7V 14.2V 14.2V 14.2V 14.2V 14.2V

8V 16.2V 16.2V 16.2V 16.2V 16.2V

9V 18.3V 18.3V 18.3V 18.3V 18.3V

10V 20.3V 20.3V 20.3V 20.3V 20.3V

实物展示：