直流電子負(fù)載設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

更新時(shí)間：2022-09-01

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直流電子負(fù)載設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1. 恒壓模式
2. 恒流模式
3. 恒阻模式
4. 恒功率模式

恒流

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圖中 R1 為限流電阻,R1 上的電壓被限制約 0.7V,所以改變 R1 的阻值就可以改變恒流值，在上圖中我們知道，在串聯(lián)電路中，各點(diǎn)電流相同，電路要恒流工作，只要在串聯(lián)回路里控制流過(guò)一個(gè)元件的電流就可以達(dá)到我們所控制的恒流輸出。

上圖是一個(gè)簡(jiǎn)易的恒流電路，通常用在一些功率較小及要求不高的場(chǎng)合的應(yīng)用。而在另一些應(yīng)用中，這種電路就無(wú)能為力了，如：在輸入電壓為 1V 輸入電流為 30A，這種要求下根本無(wú)法保證工作，電路調(diào)節(jié)輸出電流也不是很方便。

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這個(gè)圖是一個(gè)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，R3 為取樣電阻，VREF 是給定信號(hào)。在電路工作原理是，給定一個(gè)信號(hào) VREF：當(dāng) R3上的電壓小于 VREF，也就是 OP07的 -IN 小于+IN，OP07 加輸出大，使 MOS 加大導(dǎo)通使 R3 的電流加大；當(dāng) R3 上的電壓大于 VREF 時(shí)，-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(shí)現(xiàn)了恒流工作。

當(dāng)給定 VREF 為 10mV，R3 為 0.01 歐時(shí)電路恒流為 1A，改變 VREF 可改變恒流值，VREF 可用電位器調(diào)節(jié)輸入或用 DAC 芯片由 MCU 控制輸入，采用電位器可手動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電流。如采用 DAC 輸入可實(shí)現(xiàn)數(shù)控恒流電子負(fù)載。

下圖是電路仿真驗(yàn)證：

圖中我們給定了Vin為4V-12V變化的電壓信號(hào)，VERF給定的50mV的電壓信號(hào)，在仿真結(jié)果中輸入電流一真保持在5A，電流實(shí)現(xiàn)恒流作用。

恒壓電路

一個(gè)簡(jiǎn)易的恒壓電路，用一個(gè)穩(wěn)壓二極管就可以了。

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這是一個(gè)很簡(jiǎn)易的圖，輸入電壓被限制在10V，恒壓電路在用于測(cè)試充電器時(shí)是很有用的，我們可以慢慢調(diào)節(jié)電壓測(cè)試充電器的各種反應(yīng)。圖是10V是不可調(diào)的，請(qǐng)看下圖可調(diào)直流恒壓電子負(fù)載電路：

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圖中MOS 管上的電壓經(jīng) R3 與 R2 分壓后送入運(yùn)放 IN+ 與給定值進(jìn)行比較。如圖所示，當(dāng)電位器在 10% 時(shí) IN- 為 1V，那么 MOS 管上的電壓應(yīng)為 2V。下圖是仿真的結(jié)果：

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圖中B點(diǎn)為輸入電壓信號(hào)，A點(diǎn)是電子負(fù)載的輸入，當(dāng)A點(diǎn)電壓變化時(shí)輸入電流也在變化，而電路能讓A點(diǎn)穩(wěn)定在2V不變。

恒阻電路

恒阻功能，在有些數(shù)控電子負(fù)載中并不設(shè)計(jì)專(zhuān)用電路，而是在恒流電路的基礎(chǔ)上通過(guò) MCU 檢測(cè)到的輸入電壓來(lái)計(jì)算電流，達(dá)到恒阻功能的目的。比如要恒定電阻為 10 歐時(shí)，MCU 檢測(cè)到輸入電壓為 20V，那么會(huì)控制輸出電流為 2A。但這種方法響應(yīng)較慢，只適用于輸入變化較慢，且要求不高的場(chǎng)合。專(zhuān)業(yè)的恒阻電子負(fù)載都是由硬件實(shí)現(xiàn)的。

下圖電路是由硬變件實(shí)現(xiàn)的恒阻電路：

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如圖所示：R4為1%，如果輸入電壓為1V，那么IN+上的電壓為10mV，也就控制了R1上的電壓為10mV，等效電阻測(cè)為1歐。請(qǐng)看下圖仿真結(jié)果：

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圖中我們可以看到電壓和電流變化的特征，這種是純阻性的特點(diǎn)。我們將R4調(diào)到2時(shí)再看下圖仿真的結(jié)果：

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調(diào)R4為2%后等效電阻為0.5歐，電路仿真結(jié)果驗(yàn)證電路的可行性。

恒功率電路

恒功率功能大部分電子負(fù)載都采用恒流電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，原理是 MCU 采樣到輸入電壓后根據(jù)設(shè)定的功率值來(lái)計(jì)算輸出電流。當(dāng)然也可以采用硬件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)恒功率功能。下圖是恒功率功能方塊圖：

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