直流电子负载设计

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1、直流电子负载设计直流电子负载通常用于直流稳压电源加负载能力的测试，即负载调整率测试，也可用于电池放电特性等测试。直流稳压电源往往会因输入电压变化而引起输岀电压的变化，同样也会因负载变化而引起输岀电压的变化，这就是肓流稳压电源屮的源效应和负载效应。一般悄况下，为了测试稳压电源的带负载特性，要在稳压电源的输出口连接人功率可变电阻，改变电阻值以获得变化的电流，测虽端口电压变化情况，从而得到负载调整率、等效内阻等特性参数。采用电子负载，可以不必使用机械结构复杂的大功率可变电卩n,避免改变电阻时触点接触不良等问题，并口可以实现自动操作，会给测试带来许多方便。设计目标：测试

2、极限参数为24V/3A的肓流稳圧电源，具有尽量高的控制和测量精度，0.1-3.0AZ间电流调节精度不低于-±1%,并显示端口电压、电流。当被测电源输出电压高过30V时切断测量回路，以保护电子负载。一.方案选择电子负载是为了给被测电源提供电流通路，实际是一个可控电流源，为一个测量装置,需要有一定的控制梢度。电子负载本身是一个耗能器件，不必考虑其工作效率。为了使其电流调节梢度足够高，电路采用线性闭坏控制方式，主要由电流取样电路、线性放人电路、谋差比较电路、电流调整电路、参考电压设置、过电压保护电路构成，其框图如图1所示。图1电子负载组成框图其屮参考电压可以由电位器设

3、置，也可以由单片机进行设置，实现数控方式。这里的设置电路连同电流、电压值显示都统一由单片机电路进行处理，参考电压值以3.0V为限，即3.0V对应3.0A为标准，协调设置电路为控制电路的关系。—.硬件电路的实现根据上述方案，落实具体电路结构及元器件参数。2.1电流控制环路电流控制环路采用传统的放人加比较的线性控制方式，电路结构如图2所示。其屮电流调整管采用MOSFET功率器件，冇足够的电流、电压承受能力，并且加装大体积散热器，必要时用风扇进行强制散热。MOSFET功率器件的可选型号很多，结合现有的资源，这里采用IRF53O,其最大工作电流为17A,最大耐压值为10

4、0V,满足电路工作耍求。图2基本恒流电路通常，为了尽屋降低电流源口身的功耗，电流源的取样电阻值一般选得比较小，如选为0.01Q等。但作为电子负载，就是需要消耗电能，这里的电流取样电阻的阻值可以取得大一•些，有助于降低放大电路的电压增益，减小非线性指标。但要有较高的热稳定性，最适合的是镒铜丝。取一段长度为450mm的1.2mmS铜丝，绕成螺旋状，其电阻值约为0.2Q。这样，电流控制的基准电压是3.0V对应3.0A,线性放大电路的电压增益应该是5倍。电流取样获得的是直流参数，其放大芯片最好釆用直流放大专用芯片0P07,温度漂移量小，只有0.5pV/°C和2）i

5、V/月的静态漂移，使其有较高的长期工作稳定性。这样，误差放大得采用其他芯片,还需要止、负双电源供电，电路结构会复杂一些。若为了赶时间，如应对竞赛等，需要简化电路，可以将电压放人和谋差放人合二为一，选用LM358芯片，而且只要单电源供电即可。图所示电路是作为一般性设计，采用了0P07芯片放大采样电压。对于误差放大电路，主要要求电压增益高一些，可以选用0P07芯片，也可以选用LM358芯片。这里考虑电源供电中还需要用到运算放大器，选用了LM358芯片作误差放大。电路由参考电压Vi控制着输出电流人，有必要了解恒流坏路的输出电流人与参考电压W的关系。设取样放人电路的增益

6、为A1,谋差放人电路的增益为A2,场效应管的跨导为g“gm是一个变化量，运算放大器还是作为理想运放处理。恒流状态时栅极电压为必so+人/创。（/?丿/

7、一匕）42+%=%$。+打/弘R4oAAlS,n~1o=VGS08m~ViSmio=—+—g—g,»尺7人/珞”-1心£必”厂1'如果能够排除血的影响，人与W的关系会变得简单。这就要求无论负载电流有否存在，场效M管应该一肓工作在导通状态，即静态下场效应管已经导通，电路需要为场效应管引入静态导通电流。当控制电流的参考电压输入0V时,对应取样电流值也为零值，IC

8、的反相端需要负电压拉动，使其输出端电位升高至血值。

9、如果A2按100计算,需要・0.04V的电压。为此,在基本恒流电路中增加电阳.R26、R27,引入负电压。同时将R8肌值改为2kQ,将IC2的增益也改为10倍。更改后的电路如图3所示。具屮R27的阻值要视情况而定，设直标准是：输入0V电流参考电压，且1C2也输出0V电压，场效应管处丁微导通状态。这里有一个问题必定存在：为了电流控制的线性化，恒流电流不可能完全关闭。图3线性化的恒流电路当设置场效应管的静态导通电流后，且A2值很大，ZoAiV.的关系式可以简化为线性关系，其计算式如1式所示。V^17A做了近似处理后，引入了一定的固有误差。所其中R17A]=1,对于I

10、RF530器件,gm远大