ad电阻原理图_负载电阻的原理及应用

在开始主题之前,我们需要了解的是:负载电阻是什么?

将其拆分:负载和电阻;

负载,顾名思义,是指连接在电路中的电源两端的电子元件。主要功能就是将电能转换成其他形式的能,以实现能量的转换。负载电阻是电阻的一种,是指电路中的“负载”也就是电路里的工作设备的电阻。例如,照明电路中灯泡的电阻就是负载电阻。

从广义上定义,负载就是给电源制造负担的实体,电子负载包括各种电器;从狭义上定义,电子负载就是一个可调(或者等效于)的电阻,一般也可以工作于一种或者多种工作模式,有恒定电流,恒定电压,恒定电阻,恒定功率等。

1:电子负载的用途:

严格来说所有的电源输出类产品都需要进行测试,测试就需要用对应的产品(或者合适的负载),对此可以用一个固定电阻来模拟实际的产品,对特定的电源参数进行测试和老化,但要测试电源产品各种参数,轻载、满载、重载、特别是参数需要变化的时候,这时候就必须要一个电子负载了,电子负载能在一定范围内调节各项参数,恒压,恒流,恒阻,恒功率等。

2:电子负载常用的模式:恒流模式,恒压模式,恒阻模式。

恒流模式(见下图)

CC 模式原理图

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图中,R1是限流电阻,Q1 是功率管子,当运算放大器的正端比负端电压高时,输出高电压推动Q1 拉载电流,当B 点检测的电压值和A 端检测的电压近似时,达到一个平衡值,此时MOS 管子的电压是恒定的,当A 端电压升高时,B 点的电压也升高,电流增加;B 的的电压值被限制在和A 点基本一致时,达到平恒,从而达到恒流的目的。因此,在控制的时候只需要用一个小电阻控制A 端的电压就可以达到恒定电流的目的。表1 是输入电压和输出电流的比例一栏表

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由表1 可以看出输出电流只有电压有关系,而于输入电压无关。表1

恒流的电子负载模式应用于需要恒流放电的电子产品,比如各种充电器,电源输出产品。

恒压模式(见下图)

CV 模式原理图

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图中,R1 是限流电阻,Q1 是功率管子,当运算放大器的正端比负端电压高时,输出高电压推动Q1 拉载电流,当A 点检测的电压值和G 端检测的电压近似时,达到一个平衡值,此时MOS 管子的电压是恒定的。当电源VCC 电压升高时,造成A 端电压上升,由于G 端电压不变,此时运算放大器导通,Q1 拉载电流加大,将电源电压拉低,A 端电压减低,最后使A 点电压等于G 点电压,达到平衡。改变电阻R2,R3 的分压比,可以改变控制电压和输出电压的比值。

电源电压,输出电压,控制电压的关系表(见表2)

可以看出,输出电压和输入电压没有关系,输出电压只和控制电压有关系。

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表2

恒压模式主要应用于各类LED 产品,因为LED 电压要考虑各种不同配置的LED 的个数,如果设置电子负载为各个电压点,从而能检测出在某个电压点的电源运行情况。

恒阻模式(见图5、图6)

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CR 模式原理图

图中,R1 是限流电阻,Q1 是功率管子,当运算放大器的正端比负短电压高时,输出高电压推动Q1 拉载电流,当A 点检测的电压值和G 端检测的电压近似时,达到一个平衡值。

当控制的电压值是0.1V,输入的电源电压是12V 时,输出电流时1A,则计算出其电阻值是

12V/1A=12R;单电源电压升高至24V 时,再来计算一下,此时A 点电压由于VCC 的升高也跟着升高变成0.2V;从而使B 点电压升高到0.2V 此时电流变成2A,达到一个平衡,计算出其电阻为

24V/2A=12R,由实际可知,输入电压的变化,造成检测电压也成比例升高,电流成比例升高,最终的结果是电阻不变,达到恒阻的目的。

表3是输入电源电压和电阻设定在特定值时的参数表

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由上表可知,设置电阻=输入电压/输出电流,也就是说电压变化时电流也随着变化,整个阶段电阻值保持不变,当改变电阻时,电流也随之改变,恒阻的电子负载在实现起来时相对比较困难,因此有些电子负载并不设专门的硬件电路来实现,而是采用MCU通过CC模式计算出来,这种恒阻的方式响应会比较慢,可以在要求不高的环境下使用,专业的恒阻电子负载都是由硬件来实现的。

其实电子负载还有很多变种的模式,如恒功率,恒压恒流等等,基本上都是上面那几种都通过计算出来的。

3:工业电子负载的设计

负载设置是一个比较复杂的电路,需要完成以下几个方面:

(1)与电脑通信一个完整的设备,除了实用,还要有更友好的界面,如下所示,需要让用户看到各项参数,这就涉及通信,工业常用的可靠简单的通信接口是485 接口,采用Mudbus 通信协议。

(2)电源稳定电路电子负载作为产品老化的测试设备,首先需要保证自身产品的稳定可靠,电

源一定要稳定,当需要个电子负载同时使用时,还需要相互的隔离,所以每一个电子负载必须要保证自身与电源的有效隔离。

(3)PWM 稳定与调节电路目前大多数电子负载均采用MCU 控制电路,调节的电压值大多数

都是PWM 输出后滤波所得,此时一定要保证滤波后的直流稳定,波动小,否则最终做出的电子负载会有很大的波动,甚至崩溃,损坏整个产品。

(4)信号采集对此除了需要输出特定的电压控制电压电流外,一个完整的电子负载还必须能

够采集到实际的电流电压值,这样便于构成一个闭环控制,也才能知道实际的产品是否符合要求。

(5)实际电路下面是笔者设计的一个电流在0-8A 电子负载的实际电路,其原理(参见图8):

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图中,MCU 经过PWM 滤波后的信号通过R7,R8 分压输入到运放OP07 的第三脚,老化后的电流在电阻R14 捡测出来,通过R13 输入到OP07 的第2 脚,经过比较后的电压经OP07 的Out 输出到Q4 的栅极控制着输出的电流,电源电压通过电阻R10,R11 分压后输入到单片机的AD 端口,电流信号通信R15 输入到单片机的AD 端口,单片机经过处理后,再将信号输出到控制级,完成整个过程。

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