電子負載原理,直流電子負載電路原理圖-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2024-06-18
電源和負載：為用電部分供電是電源（AC/DC電源和電池）的功能。一般來說，與它們相連并接受其供電的部分被稱為負載。
直流電子負載就是通過控制內部功率（MOSFET）或晶體管的導通量（量占空比大小），依靠功率管的耗散功率消耗電能的設備。它能夠準確檢測出電源電壓，精確調整負載電流，同時可以實現模擬負載短路、高速動態拉載等，這些功能都是直流電源調試檢測不可缺少的。
直流電子負載可用于測試大多數直流電源，包括電池、太陽能電池板、LED驅動器、DC-DC轉換器和燃料電池等。
直流電子負載的工作模式包括恒流（CC）模式、恒壓（CV）模式、恒阻（CR）模式和恒功率（CP）模式。在恒流模式下，電子負載通過控制內部電路維持一個恒定的電流值；恒壓模式下，負載模塊試圖消耗足夠的電流來控制電源電壓到程序設定的值；恒阻模式下，模塊所消耗的電流與電壓成正比；恒功率模式下，負載模塊根據程序設定的恒功率值調整被測設備的功耗。
1.恒流（CC）工作模式
將電子負載設置為恒流工作模式時，無論電壓怎么變化，電流值保持恒定。要注意的是，該模式的電壓是不可以編程的。但是，如果DUT施加的電壓高于規定電流范圍內允許的電壓，就會啟動電子負載的過壓保護機制，跳閘并關閉輸入。
電流值可在高量程與低量程的范圍內進行編程，如果量程值在量程重疊區域，則負載選擇低量程。如果電流設置在低范圍之外，負載會自動將輸入調整到低范圍內的最大值。
上圖是一個常用的恒流電路，通過此電路很容易獲得精準的電流值。R3為取樣電阻，VREF是給定信號。當給定一個信號VREF時，如R3上的電壓小于VREF，也就是VOP07的-IN小于+IN，OP07加大輸出，增大MOS導通程度，從而加大通過R3的電流。
如果R3上的電壓大于VREF，-IN大于+IN，OP07減小輸出，MOS導通程度減小，也就減少了通過R3的電流。這樣電路始終維持在恒定的電流給及上，實現恒流工作。
2.恒壓(CV)工作模式
電子負載處于恒壓工作模式時，負載模塊試圖消耗足夠的電流來控制電源電壓到程序設定的值。CV(恒壓)操作設置了電流限制，如果負載電流保持在電流限制所設置的范圍內，輸出電壓將保持其程序設置。
當輸出電流達到電流極限時，設備不再工作在恒壓模式下，輸出電壓不再保持恒定。相反，電子負載現在將輸出電流調整到其電流限制設置。如果電壓持續上升，直至超過規定電流范圍允許的電壓或最大功率，過壓保護機制啟動，跳閘并關閉輸入。
上圖為恒壓電子負載電路。MOS管上的電壓經R2和R3分壓后送入運放+IN與給定值進行計較。A點電壓的變化會引起R2上的電壓變化通過LM358影響Q1的導通程度，從而牽制A點電壓的變化，使A點保持恒壓。
3.恒阻（CR）工作模式
當電子負載處于恒阻工作模式時，模塊所消耗的電流與電壓成正比。電阻可以編程在任何三個重疊電阻范圍(高，中，低)。負載選擇一個與編程電阻值相對應的范圍。如果電阻值在范圍重疊區域，負載會選擇分辨率最高的范圍。如果當前輸入設置超過選擇的量程，負載將自動將輸入設置調整為新選擇的量程內最接近的可用值。
上圖A和B兩點的電壓通過R4加在LM358的+IN腳，也就控制了R1上的電壓，從而控制R1中的電流。這樣，AB兩點的電壓比上電路中的電流，也就是AB兩點的等效電阻。當AB兩點電壓變化時，R1上的電壓也隨之變化，從而通過R1的電流也相應的變化，保證了電路的恒阻特性。
4.恒功率（CP）工作模式
當電子負載處于恒功率工作模式時，負載模塊根據程序設定的恒功率值調整被測設備的功耗。負載模塊通過測量輸入的電壓和電流來調節輸入功率，并根據AD轉換器的測試數據流來調節輸入功率。
恒功率功能大部分電子負載都采用恒流電路來實現，原理是MCU采樣到輸入電壓后根據設定的功率值來計算輸出電流。當然也可以通過硬件方法來實現，上圖就是通過硬件實現恒功率的方塊圖。
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