(有用)电子负载原理.doc

6电子负载原理直流电子负载是控制功率MOSFET的导通深度靠功率管的耗散功率（发热）消耗电能的设备它的基本工作方式有恒压、恒流、恒阻、恒功率这几种。下文讲述直流电子负载恒流模式原理。在恒流模式下不管输入电压是否改变电子负载消耗一个恒定的电流。功率MOS管的工作状态电子负载是利用MOS的线性区当作可变电阻来用的把电消耗掉。MOS管在恒流区（放大状态）内Vgs一定时Id不随Vds的变化而变化可实现MOS管输出回路电流恒定。只要改变Vgs的值即可在改变输出回路中恒定的电流的大小。用运放控制Vgs采样电阻Rs、运放构成一比较放大电路MOS管输出回路的电流经RS转换成电压后反馈到运放反向端实现控制vgs从而MOS管输出回路的电流。当给定一个电压VREF时如果Rs上的电压小于VREF也就是运放的-IN小于+IN运放加大输出使MOS导通程度加深使MOS管输出回路电流加大。如果Rs上的电压大于VREF时-IN大于+IN运放减小输出也就MOS管输出回路电流这样电路最终维持在恒定的给值上也就实现了恒流工作。下面推导Id的表达式：Un=Is*RsUp=Un=UrefUref=Is*RsIs=Id-Ig对于MOS管其输入电阻很大Ig近似为0则：Id=Is=Uref/Rs由此可知只要Uref不变Id也不变即可实现恒流输出。如果改变UREF就可改变恒流值UREF可用电位器调节输入或用DAC芯片由MCU控制输入采用电位器可手动调节输出电流。若采用DAC输入即可实现数控恒流电子负载。实用的运放恒流电子负载基本原理：MOS和电阻Rs组成负反馈电路MOS管工作在恒流区运放同相端调节设定恒流值MOS管的电流在电阻Rs上产生压降反馈到运放反向端实现控制输出电流。R1、U2构成一2.5V基准电压源R2、Rp对这2.5V电压分压得到一参考电压送入运放同相端MOS管输出回路的电流Is经Rs转换成电压后反馈到运放反向端实现控制vgs从而控制MOS管输出回路的电流Is的稳定。电容C1主要作用有2个一方面是消杂波另一方面也是对运放输出的梯波进行补偿使得电压变化速度减缓尽量减少mosfet的G极电压高频变化引发振荡的可能。下面给出各种参数的表达式：Uref=2.5*（Rp’/(R2+Rp)）其中Rp’为Rp抽头对地的电阻Is=Uref/RS=2.5*（Rp’/(R2+Rp)）/Rs当Rp抽头在最上端时Uref、Is有最大值Urefmax=2.5*（Rp/(R2+Rp)）Ismax=Urefmax/RS=2.5*（Rp/(R2+Rp)）/Rs如果已知最大电流Is可用Rs=Urefmax/RS=2.5*（Rp/(R2+Rp)）/Ismax按图中元件参数计算可以得到Urefmax=2.5*（4.7/(27+4.7)）=0.37vIsmax=Urefmax/RS=2.5*(Rp/(R2+Rp)）/Rs=2.5*（4.7/(27+4.7)）/0.1=3.7A即图中电路最大恒流值约为3.7A。多MOS管并联电子负载是靠功率管的耗散功率（发热）消耗电能的流经MOS管电流过大会导致耗散功率过大容易烧坏MOS管。为此可以采用多管并联的方式来均分电流。由于元件具有离散性和差异性流经每个MOS管的电流实际并不一致可以在电路中加入均流电阻图中R4、R5、R6、R7为均流电阻。注意在这种电路中按上文式子计算出来Rs是总电阻Id是总电流。其实上图是有缺陷的：一是不能很好解决每个MOS电流的不一致的问题二是运放的输出能力有限不能驱动多个MOS管。每个MOS管独立用一套运放驱动即可解决。在这一电路中按上文式子计算出来Rs是总电阻Id是总电流。附一：恒压模式原理在恒压模式下电子负载将消耗足够的电流来使输入电压维持在设定的电压上。电压工作模式的情况与电流模式相同只不过检测的变量是输出电压这一输出电压是经过电阻R1、R2分压得到的。检测出的电压（R14两端）被反馈到运放的同相输入端MOS管再次工作在线性区。如图所示Vref为参考电压值Uf为功率控制电路的反馈电压值。当Uf>Vref时运放加大输出MOS管导通程度加深使得MOS管输出回路上的电压下降；当Uf<Vref时运放减小输出MOS管导通程度减小使得MOS管输出回路上的电压升高最终维持在一恒定的值。通过改变Vref的值可以使电压改变并恒定。恒压值U=Vref*((R1+R2)/R2)由Vref=Ur2=U*(R2/(R1+R2))可以推导出。附二：恒阻模式原理在定电阻模式下电子负载被等效为一个恒定的电阻电子负载会随着输入电压的改变来线性改变电流。如图所示Uin为外加信号调节滑动变阻器R17设定阈值电压当Uin改变时负载R50上的电流也会随之线性变化；因为U+=U-U+=Uin*R17下/（R