【電阻制作】簡易電子負載的制作

1、什么是電子負載
電子負載的作用：能模擬一個參數(shù)可任意變化的負載，從而可測試電源在各種普通狀態(tài)和極限狀態(tài)下的表現(xiàn)。蓄電池也是電源，蓄電池的放電和放電測試也是免不了需要指定放電參數(shù)，以免電池受到傷害，比如恒流放電、恒功率放電、定電量放電、定時放電、過壓自停等等，當然這需要電子負載具有條件觸發(fā)功能，如定時觸發(fā)、累計值觸發(fā)、參數(shù)閥值觸發(fā)等等。電子負載應該有完善的保護功能。在開關(guān)電源的調(diào)試中，充電器的測試中，電子負載起到了功不可沒的作用。
2、它是如何工作的
電子負載的原理是控制內(nèi)部功率MOSFET或晶體管的導通量（占空比大?。?靠功率管的耗散功率消耗電能的設備，它能夠準確檢測出負載電壓，精確調(diào)整負載電流，同時可以實現(xiàn)模擬負載短路，模擬負載是感性阻性和容性，容性負載電流上升時間。一般開關(guān)電源的調(diào)試檢測是不可缺少的。
3、自己如何制作電子負載
電子愛好者在測試電源容量時，一般用恒流模式。在恒流模式下，不管輸入電壓是否改變，電子負載消耗一個恒定的電流。我們利用MOS管的線性區(qū)，把它當作可變電阻來用的，把電消耗掉。MOS管在恒流區(qū)（即放大狀態(tài)）內(nèi)，Vgs一定時Id不隨Vds的變化而變化，可實現(xiàn)MOS管輸出回路電流恒定。只要改變Vgs的值，即可在改變輸出回路中恒定的電流的大小。在實際當中，我們一般通過運放對MOS管進行驅(qū)動和電壓控制，也就是實現(xiàn)電壓-電流的轉(zhuǎn)換。為了實現(xiàn)較高的穩(wěn)定性，可以用電壓基準固定住輸入電壓。
 
圖1 電子負載原理圖

如圖1所示，采樣電阻Rs、運放構(gòu)成一個比較放大電路，MOS管輸出回路的電流經(jīng)Rs轉(zhuǎn)換成電壓后，反饋到運放反相端實現(xiàn)Vgs，從而MOS管輸出一定的電流。當給定一個電壓VREF時，如果Rs上的電壓小于VREF，也就是運放的-IN電壓小于+IN，運放加大輸出，使MOS導通程度加深，使MOS管輸出回路電流加大。如果Rs上的電壓大于VREF，-IN電壓大于+IN，運放減小輸出，MOS管減少輸出回路電流，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。
所以，輸出電流Id=Is=VREF/Rs。由此可知只要VREF不變，Id也不變，即可實現(xiàn)恒流輸出。如果改變VREF就可改變恒流值，VREF可用電位器調(diào)節(jié)輸入或用DAC芯片由MCU控制輸入，采用電位器可手動調(diào)節(jié)輸出電流。
實用的電子負載電路圖如圖2所示。原理和上述類似，R1、U2構(gòu)成一個2.5V基準電壓源，R2、Rp對這2.5V電壓分壓得到一個參考電壓送入運放同相端，MOS管輸出回路的電流Is經(jīng)Rs轉(zhuǎn)換成電壓后，反饋到運放反相端，實現(xiàn)控制電壓Vgs，從而控制MOS管輸出回路的電流Is的穩(wěn)定。電容C1主要作用有2個，一方面是消除雜波，另一方面使得電壓變化速度減緩，盡量減少MOS管的柵極電壓高頻變化引發(fā)振蕩的可能。根據(jù)分壓公式，讀者可以自行計算負載能吸收的最大電流。
 
圖2 實用的電子負載電路圖

器件選型
運放：因為是直流，可以不考慮單電源工作的問題。但是要考慮運放輸出電壓的范圍，使得MOS管工作在線性區(qū)，另外，既然是DIY,一定要低成本，所以可以選擇LM358，內(nèi)置的另一個運放可以用來做保護用。
MOS管：負載輸入電壓主要受MOSFET的漏極到源極電壓(Vds)額定值和電流檢測電阻器的值的限制。注意，將電源連接到負載時，應小心地計算功耗，使MOSFET始終處于安全操作區(qū)域（SOA）中，否則會在其管芯溫度超過安全余量時將會爆炸。這里MOS管選擇常用的IRFP462。為了實現(xiàn)大電流的輸出，可以把多個MOS管并聯(lián)起來。
電壓基準：TL431是一款輸出電壓可調(diào)的基準電壓源，輔以合適的外圍電路它可以在很大范圍內(nèi)輸出質(zhì)量較好的基準電壓。
功率電阻：電阻的功率一定要留有余量，最好選擇黃金鋁殼電阻。如果想做幾十安培的大負載，可以考慮用分流器電阻。
制作完成的電路板如圖3所示。
 
圖3 實物圖

注意事項
散熱：根據(jù)你的測試需要，盡可能用大的散熱器。
指示：最好用電壓電流數(shù)顯表頭指示工作情況，以防MOS管過載燒壞。
電源：連接待測電源時注意極性不能接反，以防運放芯片燒壞。
4、如何改進
由于MOS管工作在線性區(qū)，效率是很低的。我們可以用PWM控制的方式，這樣裝置的功率密度可以做得較大。喜歡數(shù)字化的朋友可以用單片機控制DAC，代替電壓基準進行數(shù)字控制，這樣可以實現(xiàn)精細化控制。有條件的朋友可以設置保護功能，對電壓和電流進行限定，這樣可靠性大大提升。有了這個電子負載，你不必為缺乏大功率變阻器而操心了，心動就趕快行動起來吧，讓電子制作之路越走越遠！