【电阻制作】简易电子负载的制作

1、什么是电子负载
电子负载的作用：能模拟一个参数可任意变化的负载，从而可测试电源在各种普通状态和极限状态下的表现。蓄电池也是电源，蓄电池的放电和放电测试也是免不了需要指定放电参数，以免电池受到伤害，比如恒流放电、恒功率放电、定电量放电、定时放电、过压自停等等，当然这需要电子负载具有条件触发功能，如定时触发、累计值触发、参数阀值触发等等。电子负载应该有完善的保护功能。在开关电源的调试中，充电器的测试中，电子负载起到了功不可没的作用。
2、它是如何工作的
电子负载的原理是控制内部功率MOSFET或晶体管的导通量（占空比大小）,靠功率管的耗散功率消耗电能的设备，它能够准确检测出负载电压，精确调整负载电流，同时可以实现模拟负载短路，模拟负载是感性阻性和容性，容性负载电流上升时间。一般开关电源的调试检测是不可缺少的。
3、自己如何制作电子负载
电子爱好者在测试电源容量时，一般用恒流模式。在恒流模式下，不管输入电压是否改变，电子负载消耗一个恒定的电流。我们利用MOS管的线性区，把它当作可变电阻来用的，把电消耗掉。MOS管在恒流区（即放大状态）内，Vgs一定时Id不随Vds的变化而变化，可实现MOS管输出回路电流恒定。只要改变Vgs的值，即可在改变输出回路中恒定的电流的大小。在实际当中，我们一般通过运放对MOS管进行驱动和电压控制，也就是实现电压-电流的转换。为了实现较高的稳定性，可以用电压基准固定住输入电压。
 
图1 电子负载原理图

如图1所示，采样电阻Rs、运放构成一个比较放大电路，MOS管输出回路的电流经Rs转换成电压后，反馈到运放反相端实现Vgs，从而MOS管输出一定的电流。当给定一个电压VREF时，如果Rs上的电压小于VREF，也就是运放的-IN电压小于+IN，运放加大输出，使MOS导通程度加深，使MOS管输出回路电流加大。如果Rs上的电压大于VREF，-IN电压大于+IN，运放减小输出，MOS管减少输出回路电流，这样电路最终维持在恒定的给值上，也就实现了恒流工作。
所以，输出电流Id=Is=VREF/Rs。由此可知只要VREF不变，Id也不变，即可实现恒流输出。如果改变VREF就可改变恒流值，VREF可用电位器调节输入或用DAC芯片由MCU控制输入，采用电位器可手动调节输出电流。
实用的电子负载电路图如图2所示。原理和上述类似，R1、U2构成一个2.5V基准电压源，R2、Rp对这2.5V电压分压得到一个参考电压送入运放同相端，MOS管输出回路的电流Is经Rs转换成电压后，反馈到运放反相端，实现控制电压Vgs，从而控制MOS管输出回路的电流Is的稳定。电容C1主要作用有2个，一方面是消除杂波，另一方面使得电压变化速度减缓，尽量减少MOS管的栅极电压高频变化引发振荡的可能。根据分压公式，读者可以自行计算负载能吸收的最大电流。
 
图2 实用的电子负载电路图

器件选型
运放：因为是直流，可以不考虑单电源工作的问题。但是要考虑运放输出电压的范围，使得MOS管工作在线性区，另外，既然是DIY,一定要低成本，所以可以选择LM358，内置的另一个运放可以用来做保护用。
MOS管：负载输入电压主要受MOSFET的漏极到源极电压(Vds)额定值和电流检测电阻器的值的限制。注意，将电源连接到负载时，应小心地计算功耗，使MOSFET始终处于安全操作区域（SOA）中，否则会在其管芯温度超过安全余量时将会爆炸。这里MOS管选择常用的IRFP462。为了实现大电流的输出，可以把多个MOS管并联起来。
电压基准：TL431是一款输出电压可调的基准电压源，辅以合适的外围电路它可以在很大范围内输出质量较好的基准电压。
功率电阻：电阻的功率一定要留有余量，最好选择黄金铝壳电阻。如果想做几十安培的大负载，可以考虑用分流器电阻。
制作完成的电路板如图3所示。
 
图3 实物图

注意事项
散热：根据你的测试需要，尽可能用大的散热器。
指示：最好用电压电流数显表头指示工作情况，以防MOS管过载烧坏。
电源：连接待测电源时注意极性不能接反，以防运放芯片烧坏。
4、如何改进
由于MOS管工作在线性区，效率是很低的。我们可以用PWM控制的方式，这样装置的功率密度可以做得较大。喜欢数字化的朋友可以用单片机控制DAC，代替电压基准进行数字控制，这样可以实现精细化控制。有条件的朋友可以设置保护功能，对电压和电流进行限定，这样可靠性大大提升。有了这个电子负载，你不必为缺乏大功率变阻器而操心了，心动就赶快行动起来吧，让电子制作之路越走越远！