電子假負載的電路原理及測試

用于發電機、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行測試。最大假負載功率高達600W，假負載電阻可調節在30mΩ～14.352kΩ。?本文制作的電子假負載能替代傳統的負載電阻箱、滑線變阻器等，尤其能設置恒定電流或恒定電壓應用于傳統的滑線變阻器不能解決的領域里。

一、基本思路???? 電子假負載的功率器件，一般選用所需控制功率小的場效應管和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；電子假負載工作時產生大量的熱量，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扇；電子假負載的功率器件極易發生寄生自激振蕩，一旦產生振蕩，不但工作狀態完全變了，還會燒壞功率器件。所以防寄生自激振蕩非常重要的，也是制作電子假負載成功與否的決定因素。本制作產生一個基準電壓分別送到三個運放，通過恒壓、恒流實現電子假負載的基本功能。總原理框圖如圖1所示。
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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、過流保護電路、驅動電路組成。V =12V輸入電壓，經過限流電阻R1到三端可調分流基準源U1(TL431)的陰極K后，由參考端R得到輸出基準電壓VR為2.5V，經電阻R1到調整滑動變阻器R6，一路經電阻R2為U3A提供電壓，另一路經電阻R7為U3C提供電壓。
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1.恒壓電路
??? 如圖2虛線框①所示。當負載端輸入電壓增大時，U3A同相輸入端電壓增大。當同相輸人端電壓大于反相輸入端電壓(基準電壓)時，U3A輸出高電平，在場效應管Q1、Q2、Q3、Q4的柵極G電壓VG上產生壓降，使得漏極D和源極S之間的電壓VDS減小，從而達到恒壓的目的。

2.恒流電路
??? 如圖2虛線框②所示。當負載電流增大時，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，場效應管Q1、Q2、Q3、Q4的柵極G電壓VG減小，Q1、Q2、Q3、Q4的內阻RDS增大，負載電流減小，從而達到恒流的目的。

3.過流保護電路
??? 如圖2虛線框③ 所示。當負載電流增大時，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，但電流繼續增大。當反相端電壓大于所設定過流保護電流的基準電壓(同相端輸入電壓)時，U3B輸出低電平，場效應管Q1、Q2、Q3、Q4的柵極G電壓VG減小，Q1、Q2、Q3、Q4的內阻RDS增大，負載電流減小，從而起到過流保護作用。

4.驅動電路
?? 如圖2虛線框④ 所示。Q1、Q2、Q3、Q4選用大功率場效應管IRF540作為功率器，但是多管并聯后，由于極間電容和分布電容相應增加，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，并聯復合管一般不超過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。C9一端接場效應管IRF540漏極，另一端接地，用于防震蕩。

三、電路測試
??? 電子假負載制作后需進行測試，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，說明該電子假負載有恒壓功能。單刀雙擲開關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，說明該電子假負載有恒流功能。定電流模式能用于測試電壓源及電源的負載調整率。改變滑變電阻R6的抽線位置，可以改變預置的恒定電壓電流值。過流保護的預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，再經三端穩壓器U2(ML7812)穩壓，得到穩定的+12V直流電壓。