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電子假負載基本思路
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。
電子假負載電路原理
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。
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。
電子假負載電路測試
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。