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电子负载原理
电子负载是测试电源和供电系统的常用电子仪器,下图电子负载原理框图。
电子负载的原理是控制内功率MOSFET或晶体管的导通量(量占空比大小),靠功率管的耗散功率消耗电能的设备,它能够准确检测出负载电压,精确调整负载电流,同时可以实现模拟负载短路,模拟负载是感性阻性和容性,容性负载电流上升时间。
静态的电子负载可以是电阻性(如功率电阻、滑线变阻器等)、电感性、电容性。但实际应用中,负载形式就较为复杂,如动态负载,消耗功率是时间函数,或电流、电压是动态的,也可能是恒定电流、恒定电阻、恒定电压,不同峰值系数(交流情况下),不同功率因数或瞬时短路等。目前市面上的电子负载均有基本的四项功能:恒流、恒压、恒阻和恒功率。
电子负载电路原理图
原理图如图2所示,基本电路为除虚线框⑤和两个万用表以外的部分,由恒压电路、恒流电路、过流保护电路、驱动电路组成。V=12V输入电压,经过限流电阻R1到三端可调分流基准源U1(TL431)的阴极K后,由参考端R得到输出基准电压VR为2.5V,经电阻R1到调整滑动变阻器R6,一路经电阻R2为U3A提供电压,另一路经电阻R7为U3C提供电压。
1、恒压电路
如图2虚线框①所示。当负载端输入电压增大时,U3A同相输入端电压增大。当同相输人端电压大于反相输入端电压(基准电压)时,U3A输出高电平,在场效应管Q1、Q2、Q3、Q4的栅极G电压VG上产生压降,使得漏极D和源极S之间的电压VDS减小,从而达到恒压的目的。
2、恒流电路
如图2虚线框②所示。当负载电流增大时,R19、R22、R25、R28上的电压增大。即R18、R21、R24、R27上的取样电压增大,也即是U3C反相输入端电压增大,当U3C反相输入端电压大于同相输入端电压时,U3C输出低电平,场效应管Q1、Q2、Q3、Q4的栅极G电压VG减小,Q1、Q2、Q3、Q4的内阻RDS增大,负载电流减小,从而达到恒流的目的。
3、过流保护电路
如图2虚线框③所示。当负载电流增大时,R19、R22、R25、R28上的电压增大,即R18、R21、R24、R27上的取样电压增大,U3B反相输入端电压增大,但电流继续增大。当反相端电压大于所设定过流保护电流的基准电压(同相端输入电压)时,U3B输出低电平,场效应管Q1、Q2、Q3、Q4的栅极G电压VG减小,Q1、Q2、Q3、Q4的内阻RDS增大,负载电流减小,从而起到过流保护作用。
4、驱动电路
如图2虚线框④所示。Q1、Q2、Q3、Q4选用大功率场效应管IRF540作为功率器,但是多管并联后,由于极间电容和分布电容相应增加,使放大器的高频特性变坏,通过反馈容易引起放大器的高频寄生振荡。为此,并联复合管一般不超过4个,而且在每管基极或栅极上串接防寄生振荡电阻。R17、R20、R23、R26为驱动电阻,R18、R21、R24、R27为取样电压电阻,R19、R22、R25、R28为限流电阻。C9一端接场效应管IRF540漏极,另一端接地,用于防震荡。
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