有用電子負(fù)載原理

1、電子負(fù)載原理直流電子負(fù)載是控制功率MOSFET的導(dǎo)通深度，靠功率管的耗散功率（發(fā)熱）消耗電能的設(shè)備，它的基本工作方式有恒壓、恒流、恒阻、恒功率這幾種。下文講述直流電子負(fù)載恒流模式原理。在恒流模式下，不管輸入電壓是否改變，電子負(fù)載消耗一個(gè)恒定的電流。1、 功率MOS管的工作狀態(tài) 電子負(fù)載是利用 MOS 的線性區(qū)，當(dāng)作可變電阻來(lái)用的，把電消耗掉。MOS管在恒流區(qū)（放大狀態(tài)）內(nèi)，Vgs一定時(shí)Id不隨Vds的變化而變化，可實(shí)現(xiàn)MOS管輸出回路電流恒定。只要改變Vgs的值，即可在改變輸出回路中恒定的電流的大小。2、 用運(yùn)放控制Vgs采樣電阻Rs、運(yùn)放構(gòu)成一比較放大電路，MOS管輸出回路的電流經(jīng)

2、RS轉(zhuǎn)換成電壓后，反饋到運(yùn)放反向端實(shí)現(xiàn)控制vgs，從而MOS管輸出回路的電流。當(dāng)給定一個(gè)電壓VREF時(shí)，如果Rs上的電壓小于 VREF，也就是 運(yùn)放的-IN小于+IN，運(yùn)放加大輸出，使MOS導(dǎo)通程度加深，使MOS管輸出回路電流加大。如果 Rs 上的電壓大于 VREF時(shí)，-IN大于+IN，運(yùn)放減小輸出，也就MOS管輸出回路電流，這樣電路最終維持在恒定的給值上，也就實(shí)現(xiàn)了恒流工作。下面推導(dǎo)Id的表達(dá)式：Un=Is*RsUp=Un=UrefUref=Is*RsIs=Id-Ig對(duì)于MOS管，其輸入電阻很大，Ig近似為0，則：Id=Is=Uref/Rs由此可知只要Uref不變，Id也不變，即可實(shí)現(xiàn)恒流輸

3、出。如果改變 UREF就可改變恒流值，UREF可用電位器調(diào)節(jié)輸入或用DAC芯片由MCU控制輸入，采用電位器可手動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電流。若采用 DAC輸入即可實(shí)現(xiàn)數(shù)控恒流電子負(fù)載。3、 實(shí)用的運(yùn)放恒流電子負(fù)載基本原理：MOS和電阻Rs組成負(fù)反饋電路，MOS管工作在恒流區(qū)，運(yùn)放同相端調(diào)節(jié)設(shè)定恒流值，MOS管的電流在電阻Rs上產(chǎn)生壓降，反饋到運(yùn)放反向端實(shí)現(xiàn)控制輸出電流。 R1、U2構(gòu)成一2.5V基準(zhǔn)電壓源，R2、Rp對(duì)這2.5V電壓分壓得到一參考電壓送入運(yùn)放同相端，MOS管輸出回路的電流Is經(jīng)Rs轉(zhuǎn)換成電壓后，反饋到運(yùn)放反向端實(shí)現(xiàn)控制vgs，從而控制MOS管輸出回路的電流Is的穩(wěn)定。電容C1主要作用有2個(gè)，

4、一方面是消雜波，另一方面也是對(duì)運(yùn)放輸出的梯波進(jìn)行補(bǔ)償，使得電壓變化速度減緩，盡量減少mosfet的G極電壓高頻變化引發(fā)振蕩的可能。下面給出各種參數(shù)的表達(dá)式：Uref=2.5*（Rp/(R2+Rp)）其中Rp為Rp抽頭對(duì)地的電阻Is=Uref/RS=2.5*（Rp/(R2+Rp)）/Rs當(dāng)Rp抽頭在最上端時(shí)，Uref、Is有最大值Urefmax=2.5*（Rp/(R2+Rp)）Ismax=Urefmax/RS=2.5*（Rp/(R2+Rp)）/Rs如果已知最大電流Is可用Rs=Urefmax/RS=2.5*（Rp/(R2+Rp)）/Ismax按圖中元件參數(shù)計(jì)算，可以得到Urefmax=2.5*（

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即圖中電路最大恒流值約為3.7A。4、 多MOS管并聯(lián) 電子負(fù)載是靠功率管的耗散功率（發(fā)熱）消耗電能的，流經(jīng)MOS管電流過(guò)大會(huì)導(dǎo)致耗散功率過(guò)大，容易燒壞MOS管。為此可以采用多管并聯(lián)的方式來(lái)均分電流。由于元件具有離散性和差異性，流經(jīng)每個(gè)MOS管的電流實(shí)際并不一致，可以在電路中加入均流電阻，圖中R4、R5、R6、R7為均流電阻。注意，在這種電路中，按上文式子計(jì)算出來(lái)Rs是總電阻，Id是總電流。 其實(shí)上圖是有缺陷的：一是不能很

6、好解決每個(gè)MOS電流的不一致的問(wèn)題，二是運(yùn)放的輸出能力有限，不能驅(qū)動(dòng)多個(gè)MOS管。每個(gè)MOS管獨(dú)立用一套運(yùn)放驅(qū)動(dòng)即可解決。在這一電路中，按上文式子計(jì)算出來(lái)Rs是總電阻，Id是總電流。附一：恒壓模式原理在恒壓模式下，電子負(fù)載將消耗足夠的電流來(lái)使輸入電壓維持在設(shè)定的電壓上。電壓工作模式的情況與電流模式相同,只不過(guò)檢測(cè)的變量是輸出電壓, 這一輸出電壓是經(jīng)過(guò)電阻R1、R2分壓得到的。檢測(cè)出的電壓（R14兩端）被反饋到運(yùn)放的同相輸入端, MOS管再次工作在線性區(qū)。如圖所示，Vref為參考電壓值，Uf為功率控制電路的反饋電壓值。當(dāng)Uf>Vref時(shí)，運(yùn)放加大輸出，MOS管導(dǎo)通程度加深，使得MOS管輸出

7、回路上的電壓下降；當(dāng)Uf<Vref時(shí)，運(yùn)放減小輸出，MOS管導(dǎo)通程度減小，使得MOS管輸出回路上的電壓升高，最終維持在一恒定的值。通過(guò)改變Vref的值，可以使電壓改變，并恒定。恒壓值U=Vref *(R1+R2)/R2) 由Vref=Ur2=U *(R2/(R1+R2) 可以推導(dǎo)出。附二：恒阻模式原理在定電阻模式下，電子負(fù)載被等效為一個(gè)恒定的電阻，電子負(fù)載會(huì)隨著輸入電壓的改變來(lái)線性改變電流。 如圖所示，Uin為外加信號(hào)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R17設(shè)定閾值電壓，當(dāng)Uin改變時(shí)，負(fù)載R50上的電流也會(huì)隨之線性變化；因?yàn)?U+ = U-U+=Uin*R17下/（R16+R17）U-=Iin*R50所以 Uin /Iin = R50 *（R16+R17）/ R17下 可以看到輸入電壓與輸入電流呈現(xiàn)線性變化，并可通過(guò)滑動(dòng)變阻器R17手動(dòng)設(shè)置電阻值。例如，Uin