電子負載設計.

1、題 目：直流電子負載的設計摘 要由大功率晶體管構成的功率恒流源充當負載，通過吸收電源提供的大電流，從而模擬復雜的負載形式，測試電能輸 出裝置或轉(zhuǎn)換裝置的輸出性能。 在對比傳統(tǒng)測試所用的靜態(tài)負載 的基礎上，提出新型電子負載實現(xiàn)的基本功能，并作了原理和 電路分析及電路調(diào)試，同時進行了功能完善、性能改善及智能控 制探討。實驗證明，該裝置解決了傳統(tǒng)測試中用電阻、電阻箱、 滑線變阻器等模擬不了復雜負載的問題。關鍵詞 負載；電子負載；定電流模式；定電壓模式輸出電能或轉(zhuǎn)換電能的設備或部件各式各樣，如何對其輸出特性進行可靠、全面且比較簡單、快捷的測試，一直是儀表測試行 業(yè)研究的問題。傳統(tǒng)測試中，常采用靜態(tài)負載

2、（作為消耗能量的 器件廣泛地稱為負載）。實際上負載的形式較為復雜,常為一些 動態(tài)負載，如:負載消耗的功率是時間的函數(shù)，或者負載工作 在恒定電流、恒定電阻、恒定電壓方式以及不同的峰值因數(shù)、功 率因數(shù)或負載為瞬時短路負載等 ，傳統(tǒng)負載模擬不了這些復雜 的負載形式。本文研制的電子負載就是針對實際應用中負載比較 復雜的情況而設計的測試設備。1工作原理為了使電子負載有具有定電流（CC）、定電阻（CR）、定電壓（CV）、定功率（CP）等工作模式.采用以單片機為核心的控制電子 負載的工作模式,通過檢測電源輸出的電壓和輸出電流 .根據(jù)電 子負載設定的模式，控制電源輸出電流的大小,使電子負載具有定 電流(CC)

3、、定電阻(CR)、定電壓(CV)、定功率(CP)等工作模式.電流采用滯環(huán)控制方式，功率管工作在開關狀態(tài)，產(chǎn)生的能量大部 分消耗在功率電阻上，功率管的損耗小，溫升低.圖1為恒流型電 子負載的結構框圖.各部分的功能分別為:電流控制電路是控制 被測電源的負載的電流，能按設定的電流給電源加載 ，功率消耗 電路是把電流控制產(chǎn)生的能量以熱的形式消耗掉，顯示及鍵盤電路主要是滿足人機界面，CPU主要完成人機交互，測量電壓電流， 計算出放電的能量，以及根據(jù)要求產(chǎn)生電壓信號控制負載的電流；電源電路產(chǎn)生合適電源為其它電路提供工作電源。2恒流電子負載的硬件組成在定電流工作模式時，電子負載所流入的負載電流依據(jù)所設定的

4、電流值而保持恒定，與輸入電壓大無關，即負載電流保持攝定值 不變。下圖是一個最常用的恒流電路， 這樣的電路更容易獲得穩(wěn)定及精 確的電流值，R1為取樣電阻,REF是給定信號，電路工作原理是： 當給定一個信號時 REF如果R1上的電壓小于1REF也就是OP07 的-IN小于+IN，OP07加輸出大，使MOS加大導通使R3的電流 加大。如果R1上的電壓大于REF時，-IN大于+IN，OP07減小輸 出，也就降了 R3上的電流，這樣電路最終維持在恒定的給值上， 也就實現(xiàn)了恒流工作。如給定 1REF為10mV，R3為0.1歐時電 路恒流為0.1A，改變。REF可改變恒流值，REF可用電位器調(diào)節(jié) 輸入或用D

5、AC芯片由MCU控制輸入，采用電位器可手動調(diào)節(jié)輸出電流。如采 用DAC輸入可實現(xiàn)數(shù)控恒流電子負載。IRFKMNV: lOaniiVV(p-p): 0 VV(rm5): 0 V V(dc): 10.1 mV £ 101 mAI®訕 0 A IfrfftS); Q AHdc)： 101 mAFreq,jvcc工匚匸 mm圖1 mosz恒流電子負載如圖所示為直流電子負載恒流模式VDDesf電陰丄電壓esf電阻上電壓e£f電阻上SJEesf電阻上電電阻上臥10. 0346 D330.1850.1830. 0120.0120, 0540. 0520. 1080.10620.

6、0340. 0330.1850.1330. 0120.0120. 0540. 0&20. 1080.10630.0340. 0330.1850.1330. 0120.0120. 0540. 0&20. 1030.10650. 0340. 0330.1850.1830. 0120.0120. 0540.0520. IDS0.106100. 0340. 0330.1S50.1S30. 0120.0120. 0B40.0520.10S0.106150.034CL 0'330.1S50.183C. 0120.0120. 0B4Q. 0520.10S0.106200.0340.

7、0330.1S50.1830. 012Qi. 0120. 0B4Q.0S20. IOS0.10610.1320.130.1620,160.170.1SS0.2040.2010. 280.27820.1320.130.1620,160.170.1680.2040.2010. 280.27830.1320.130.1620. 160.170.1680. 2040.2010. 280.27850.1320.130.1620,160.170.1680. 2040.2010. 280.278100.1320.130.1620,160.170.1580. 2040.2010. 280.278150.132

8、0.130.1620.160.170.1&80.2040.2010. 280.278200,1320.130.1620. 160.170.1&80,2040.2010.23Q2憲上表為實測數(shù)據(jù)M1VVQQ :V： 10.1 他Vfc-p): 0 V V(rmsJ: 10.1 mV Vtdc): Ua.lmV h 101mA Ifc-p); 2.13 胡 Ifmis)?：山 I mA I(dc)E 101 fA.Freq.: 35.0 l*Hz該圖為使用TIP122仿真圖VDDesf電陰上電壓esf電陰上電壓esf電阻上電電阻上電加f電歸上電H10. 016Qt 0160.041

9、0.040. 0680. 0畀0.1020.1010.1320.1320.0160, 0160.0410.040. 0680, 0670.1020.1010.1320.1336 Cl 6Q+ 016a. 0410.040.憫0.0670.1020.1 D10.132Q.L350.0160.0160.0410.040. 0680.06?(XI®0-1010.1320.13100. 0166 0410.040. 0680t 07Oh 1020.101Oh 132613150,0160. 0160.0410. 040. 0680. 0&70.1020,1010. 1320.1320

10、0. 0166 0160.041Q 040. 063H 0670.1020.1010.1320.1310. 155CL 1530.1S10.1780.2D. 1970.2450. 2430. 2980. 29720. 1550.1530. L810.1780. 2Ci. 1970.2450. 2430.2980. 29730. 1550.1530.1810.17S0. 20. 1970. 2450. 2430.29S0. 297S0. 155D. 1530. LSI0. 1?Bn. 20.1970. 2450. 243CL 2980. 297100.1550.1530.1810.17S0. 2

11、0.1970. 2450. 2430.29S0. 2971F0.15B0.1530i 1S1Q.1730.20.1970.當50.2430.2980. 297200.1550.153Ol 1810,17S0.20.1970. 2450. 2430.2980. 297該圖為tip122實測數(shù)據(jù)實物圖如下所示i i JL 口XU“用IRF9530和TIP42組成復合管電路如下:erfd.6VVT-12VVTALM358ADVCCR3：1kQVDD-20 VVCC1VOIDQIQ2IR09TIP42AR1:&0QmQ12V測量電壓（該測蚩駐據(jù)均為負苗）m（V）12345810131520輸人

12、電壓（耐23.439.949,949,9蚊349,949.849.849.9覘呂2760.960,960.®60, 76(X8&叮GO. 760.?%. 525.79L.4龜&%. 8弧396. S96. S瀝飛96.396. S134.勺27.194134.7134.?134. 6134. 6134. 6134.6134.6134.6135. 525.190.1154.7185.5185. 4185. 4135.4135.5185.5185.5煩32L00166230255255255煩25530830971622西304309因輸入電壓電茹不萌3723210016

13、7231300366C6V)372(7V)372(37)45334103171236300366(8V)431(7V)455(SV)41S38L17188260330400(&V)420(7V)420(8V)負載電阻為0.5歐姆。輸入電壓范圍為0.05V至1.5v該數(shù)據(jù)如晶體管輸出特性曲線相似圖一圖二圖三上面三圖形中圖二，三是 IRF9530和TIP127在0.1歐姆和0.5 歐姆的電路圖通過測試在輸入電壓為1v時取樣電壓為0;且取樣電壓不穩(wěn)定 圖一為IRF9530在取樣電阻為0.5歐姆時輸入電壓超過一定值時 不穩(wěn)定；下圖是IRF9530，取樣電阻為0.1歐姆時，通過測量所獲得的 一下

14、數(shù)值如下；測量電壓（該測量數(shù)抿均為員值）電汪（V）12345310131520輸入電壓CJIV）1313.413.413.613.613. &13.613. S13. S13-813.855.355.95S156. 156.156. L56.156.156.156. 1SO. 581818181S181. 1818181.181121. 9120.912Q.9120,S120.8120, 3120, B120.8120.3120.7120.7159.6160160.1160160160160.11&0160160160182.21S2.6182.6182.6LS2.6182.

15、6182.61S2.&182.6102.6LS2.62302312312312312312312&2263263263263263263（&V）263（7V）263（8V）因輸人電壓電流不夠2S42852852852852E5285伽235（7V）2B5（SV）通過分析在這種情況下測量誤差較??；但erf輸入電壓小，有待于改進。恒電壓模式(CV mode)此時負載電在定電壓工作模式時， 電子負載所流入的負載電流依據(jù)所設定的負載電壓而定， 流將會增加直到負載電壓等于設定值為止，即負載電壓保持設定值不變。V:V(p-p)：V(rms):V(dc):113 A圖中MOS管上的電

16、壓經(jīng) R6與R7分壓后送入運放 IN+與給定值進行比較，如圖所示，IN-為0.5V，那么 MOS管上的電壓應為 1V。萬案一：基本電路為除虛線框 和兩個萬用表以外的部分，由恒壓電路、恒流電路、過流保護電路、 驅(qū)動電路組成。V =12V輸入電壓，經(jīng)過限流電阻 R1到三端可調(diào)分流基準源 U1(TL431)的陰 極K后，由參考端 R得到輸出基準電壓 VR為2.5V，經(jīng)電阻R1到調(diào)整滑動變阻器 R6, 路經(jīng)電阻R2為U3A提供電壓，另一路經(jīng)電阻R7為U3C提供電壓。在這里我們選擇方案一。測試數(shù)據(jù):輸入電 流輸入 電壓0.1A0.3A0.5A0.8A1.0A1.5A1.8A2.0A2.5A3.0A0.5V1.01V1.02V1.02V1.02V1.02V1.02V1.02V1.02V1.03V1.03V1V1.93V1.94V1.94V1.94V1.94V1.94V1.94V1.94V1.95V1.95V2.5V5.07V5.07V5.07V5.07V5.07V5.07V5.07V5.07V5.08V5.08V3.5V7.04V7.04V7.05V7.05V7