電子假負(fù)載的電路原理及測試

用于發(fā)電機(jī)、AC/DC、DC/DC變換器、不間斷電源(UPS)、干電池、蓄電池、變壓器、充電器等輸出特性進(jìn)行測試。最大假負(fù)載功率高達(dá)600W，假負(fù)載電阻可調(diào)節(jié)在30mΩ～14.352kΩ。 本文制作的電子假負(fù)載能替代傳統(tǒng)的負(fù)載電阻箱、滑線變阻器等，尤其能設(shè)置恒定電流或恒定電壓應(yīng)用于傳統(tǒng)的滑線變阻器不能解決的領(lǐng)域里。

一、基本思路     電子假負(fù)載的功率器件，一般選用所需控制功率小的場效應(yīng)管和IGBT管、選用時一定要有超過滿載時的功率余量，避免使用中燒毀；電子假負(fù)載工作時產(chǎn)生大量的熱量，需要加裝散熱器，并且功率器件與散熱器之間的熱阻要盡量小，必要時可安裝散熱風(fēng)扇；電子假負(fù)載的功率器件極易發(fā)生寄生自激振蕩，一旦產(chǎn)生振蕩，不但工作狀態(tài)完全變了，還會燒壞功率器件。所以防寄生自激振蕩非常重要的，也是制作電子假負(fù)載成功與否的決定因素。本制作產(chǎn)生一個基準(zhǔn)電壓分別送到三個運放，通過恒壓、恒流實現(xiàn)電子假負(fù)載的基本功能�？傇�理框圖如圖1所示。
 
圖1 原理框圖

二、電路原理
    原理圖如圖2所示，基本電路為除虛線框⑤ 和兩個萬用表以外的部分，由恒壓電路、恒流電路、過流保護(hù)電路、驅(qū)動電路組成。V =12V輸入電壓，經(jīng)過限流電阻R1到三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源U1(TL431)的陰極K后，由參考端R得到輸出基準(zhǔn)電壓VR為2.5V，經(jīng)電阻R1到調(diào)整滑動變阻器R6，一路經(jīng)電阻R2為U3A提供電壓，另一路經(jīng)電阻R7為U3C提供電壓。
 

1.恒壓電路
    如圖2虛線框①所示。當(dāng)負(fù)載端輸入電壓增大時，U3A同相輸入端電壓增大。當(dāng)同相輸人端電壓大于反相輸入端電壓(基準(zhǔn)電壓)時，U3A輸出高電平，在場效應(yīng)管Q1、Q2、Q3、Q4的柵極G電壓VG上產(chǎn)生壓降，使得漏極D和源極S之間的電壓VDS減小，從而達(dá)到恒壓的目的。

2.恒流電路
    如圖2虛線框②所示。當(dāng)負(fù)載電流增大時，R19、R22、R25、R28上的電壓增大。即R18、R21、R24、R27上的取樣電壓增大，也即是U3C反相輸入端電壓增大，當(dāng)U3C反相輸入端電壓大于同相輸入端電壓時，U3C輸出低電平，場效應(yīng)管Q1、Q2、Q3、Q4的柵極G電壓VG減小，Q1、Q2、Q3、Q4的內(nèi)阻RDS增大，負(fù)載電流減小，從而達(dá)到恒流的目的。

3.過流保護(hù)電路
    如圖2虛線框③ 所示。當(dāng)負(fù)載電流增大時，R19、R22、R25、R28上的電壓增大，即R18、R21、R24、R27上的取樣電壓增大，U3B反相輸入端電壓增大，但電流繼續(xù)增大。當(dāng)反相端電壓大于所設(shè)定過流保護(hù)電流的基準(zhǔn)電壓(同相端輸入電壓)時，U3B輸出低電平，場效應(yīng)管Q1、Q2、Q3、Q4的柵極G電壓VG減小，Q1、Q2、Q3、Q4的內(nèi)阻RDS增大，負(fù)載電流減小，從而起到過流保護(hù)作用。

4.驅(qū)動電路
   如圖2虛線框④ 所示。Q1、Q2、Q3、Q4選用大功率場效應(yīng)管IRF540作為功率器，但是多管并聯(lián)后，由于極間電容和分布電容相應(yīng)增加，使放大器的高頻特性變壞，通過反饋容易引起放大器的高頻寄生振蕩。為此，并聯(lián)復(fù)合管一般不超過4個，而且在每管基極或柵極上串接防寄生振蕩電阻。R17、R20、R23、R26為驅(qū)動電阻，R18、R21、R24、R27為取樣電壓電阻，R19、R22、R25、R28為限流電阻。C9一端接場效應(yīng)管IRF540漏極，另一端接地，用于防震蕩。

三、電路測試
    電子假負(fù)載制作后需進(jìn)行測試，測試電路接線圖如圖2所示。虛線框⑤ 和兩個萬用表部分。萬用表1測電源輸出電壓，萬用表2測電源輸出電流，兩個滑變電阻都打在50％處。單刀雙擲開關(guān)J1打在1端時，為恒壓模式，所選的被測電源的輸出電壓保持在12.501V，說明該電子假負(fù)載有恒壓功能。單刀雙擲開關(guān)J1打在2端時，為恒流模式，所選的被測電源的輸出電流保持在19.993A，說明該電子假負(fù)載有恒流功能。定電流模式能用于測試電壓源及電源的負(fù)載調(diào)整率。改變滑變電阻R6的抽線位置，可以改變預(yù)置的恒定電壓電流值。過流保護(hù)的預(yù)置電流值可以通過滑變電阻R14來改變。
    圖中虛線框⑤ 部分為列舉的測量電源(也可以用其他電源作為測量電源)，V∞為15V交流電壓，經(jīng)橋式整流電路D1、D2、D3、D4整流后，由電容濾波后得到直流電壓，再經(jīng)三端穩(wěn)壓器U2(ML7812)穩(wěn)壓，得到穩(wěn)定的+12V直流電壓。