在开始主题之前,我们需要了解的是:负载电阻是什么?将其拆分:负载和电阻。
负载,顾名思义,是指连接在电路中的电源两端的电子元件。主要功能就是将电能转换成其他形式的能,以实现能量的转换。负载电阻是电阻的一种,是指电路中的“负载”也就是电路里的工作设备的电阻。例如,照明电路中灯泡的电阻就是负载电阻。
从广义上定义,负载就是给电源制造负担的实体,电子负载包括各种电器;从狭义上定义,电子负载就是一个可调(或者等效于)的电阻,一般也可以工作于一种或者多种工作模式,有恒定电流,恒定电压,恒定电阻,恒定功率等。
1.电子负载的用途
严格来说所有的电源输出类产品都需要进行测试,测试就需要用对应的产品(或者合适的负载),对此可以用一个固定电阻来模拟实际的产品,对特定的电源参数进行测试和老化,但要测试电源产品各种参数,轻载、满载、重载、特别是参数需要变化的时候,这时候就必须要一个电子负载了,电子负载能在一定范围内调节各项参数,恒压,恒流,恒阻,恒功率等。
2.电子负载常用的模式:恒流模式,恒压模式,恒阻模式。
恒流模式(见下图)
CC 模式原理图
图中,R1是限流电阻,Q1 是功率管子,当运算放大器的正端比负端电压高时,输出高电压推动Q1 拉载电流,当B 点检测的电压值和A 端检测的电压近似时,达到一个平衡值,此时MOS 管子的电压是恒定的,当A 端电压升高时,B 点的电压也升高,电流增加;B 的的电压值被限制在和A 点基本一致时,达到平恒,从而达到恒流的目的。因此,在控制的时候只需要用一个小电阻控制A 端的电压就可以达到恒定电流的目的。表1 是输入电压和输出电流的比例一栏表
由表1 可以看出输出电流只有电压有关系,而于输入电压无关。
恒流的电子负载模式应用于需要恒流放电的电子产品,比如各种充电器,电源输出产品。
恒压模式(见下图)
电源电压,输出电压,控制电压的关系表(见表2)。 可以看出,输出电压和输入电压没有关系,输出电压只和控制电压有关系。
恒压模式主要应用于各类LED 产品,因为LED 电压要考虑各种不同配置的LED 的个数,如果设置电子负载为各个电压点,从而能检测出在某个电压点的电源运行情况。
恒阻模式(见图5、图6)图中,R1 是限流电阻,Q1 是功率管子,当运算放大器的正端比负短电压高时,输出高电压推动Q1 拉载电流,当A 点检测的电压值和G 端检测的电压近似时,达到一个平衡值。
当控制的电压值是0.1V,输入的电源电压是12V 时,输出电流时1A,则计算出其电阻值是12V/1A=12R;单电源电压升高至24V 时,再来计算一下,此时A 点电压由于VCC 的升高也跟着升高变成0.2V;从而使B 点电压升高到0.2V 此时电流变成2A,达到一个平衡,计算出其电阻为24V/2A=12R,由实际可知,输入电压的变化,造成检测电压也成比例升高,电流成比例升高,最终的结果是电阻不变,达到恒阻的目的。
表3是输入电源电压和电阻设定在特定值时的参数表
其实电子负载还有很多变种的模式,如恒功率,恒压恒流等等,基本上都是上面那几种都通过计算出来的。
(5)实际电路下面是笔者设计的一个电流在0-8A 电子负载的实际电路,其原理(参见图8):
图中,MCU 经过PWM 滤波后的信号通过R7,R8 分压输入到运放OP07 的第三脚,老化后的电流在电阻R14 捡测出来,通过R13 输入到OP07 的第2 脚,经过比较后的电压经OP07 的Out 输出到Q4 的栅极控制着输出的电流,电源电压通过电阻R10,R11 分压后输入到单片机的AD 端口,电流信号通信R15 输入到单片机的AD 端口,单片机经过处理后,再将信号输出到控制级,完成整个过程。
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