直流電子負(fù)載原理與應(yīng)用解析
一、電源與負(fù)載的基礎(chǔ)認(rèn)知
電源，涵蓋 AC/DC 電源及電池，其核心要義在于為用電裝置供應(yīng)電能。與之相連并接納電能的組件，統(tǒng)稱為負(fù)載。直流電子負(fù)載，作為一類關(guān)鍵的測試設(shè)備，在直流電源的調(diào)試檢測中扮演著舉足輕重的角色。
二、直流電子負(fù)載的構(gòu)成與功能
直流電子負(fù)載運(yùn)作時(shí)，靠調(diào)控內(nèi)部功率 MOSFET 或晶體管的導(dǎo)通量，依循功率管的耗散功率來消納電能。其卓越之處在于，能精準(zhǔn)檢測電源電壓、細(xì)致調(diào)節(jié)負(fù)載電流，且具備模擬負(fù)載短路、高速動(dòng)態(tài)拉載等功能，這些特性使其成為直流電源測試環(huán)節(jié)中不可或缺的利器，廣泛適用于電池、太陽能電池板、LED 驅(qū)動(dòng)器、DC-DC 轉(zhuǎn)換器以及燃料電池等眾多直流電源的測試場景。
三、直流電子負(fù)載的工作模式詳解
（一）恒流（CC）模式
將電子負(fù)載設(shè)定于恒流模式，核心表現(xiàn)為無論電壓如何波動(dòng)，電流值始終保持恒定。需著重注意，此模式下電壓不可進(jìn)行編程設(shè)定。一旦 DUT 施加的電壓超出規(guī)定電流范圍所容許的電壓值，電子負(fù)載的過壓保護(hù)機(jī)制即刻啟動(dòng)，致使跳閘并切斷輸入。
在電流值設(shè)定方面，可在高量程與低量程的范圍內(nèi)予以編程。若所設(shè)量程值處于量程重疊區(qū)間，負(fù)載將默認(rèn)選取低量程。倘若電流配置逾越低量程范疇，負(fù)載則自動(dòng)校準(zhǔn)輸入至低量程內(nèi)的峰值。常見的恒流電路如圖所示，
憑借該電路可便捷獲取高精準(zhǔn)度的電流值。其中，R3 承擔(dān)取樣電阻的角色，VREF 為給定信號源。當(dāng)賦予 VREF 信號時(shí)，若 R3 上的電壓低于 VREF，即 VOP07 的 - IN 小于 + IN，OP07 增大輸出功率，提升 MOS 導(dǎo)通程度，相應(yīng)地，流經(jīng) R3 的電流也隨之增大。反之，若 R3 上的電壓高于 VREF，即 - IN 超過 + IN，OP07 減少輸出，MOS 導(dǎo)通程度降低，流經(jīng) R3 的電流亦相應(yīng)減小。借此，電路得以始終保持恒定的電流供應(yīng)，達(dá)成恒流工作的目標(biāo)。
憑借該電路可便捷獲取高精準(zhǔn)度的電流值。其中，R3 承擔(dān)取樣電阻的角色，VREF 為給定信號源。當(dāng)賦予 VREF 信號時(shí)，若 R3 上的電壓低于 VREF，即 VOP07 的 - IN 小于 + IN，OP07 增大輸出功率，提升 MOS 導(dǎo)通程度，相應(yīng)地，流經(jīng) R3 的電流也隨之增大。反之，若 R3 上的電壓高于 VREF，即 - IN 超過 + IN，OP07 減少輸出，MOS 導(dǎo)通程度降低，流經(jīng) R3 的電流亦相應(yīng)減小。借此，電路得以始終保持恒定的電流供應(yīng)，達(dá)成恒流工作的目標(biāo)。
（二）恒壓（CV）模式
電子負(fù)載處于恒壓模式時(shí)，負(fù)載模塊旨在消耗足額電流，以掌控電源電壓，使其契合程序預(yù)設(shè)的數(shù)值。CV（恒壓）操作設(shè)立了電流限制。當(dāng)負(fù)載電流處于電流限制所框定的區(qū)間內(nèi)，輸出電壓方能維系程序所設(shè)定的狀態(tài)。
然而，當(dāng)輸出電流觸及電流極限時(shí)，設(shè)備將不再延續(xù)恒壓模式，輸出電壓亦不再恒定。此時(shí)，電子負(fù)載轉(zhuǎn)而調(diào)節(jié)輸出電流，使其契合電流限制設(shè)定。若電壓持續(xù)攀升，直至逾越規(guī)定電流范圍所允許可電壓或最大功率閾值，過壓保護(hù)機(jī)制將激活，觸發(fā)跳閘并關(guān)停輸入。恒壓電子負(fù)載電路圖如圖所示。MOS 管上的電壓經(jīng) R2 和 R3 分壓處理后輸入運(yùn)放 + IN，與給定值展開對比。A 點(diǎn)電壓的波動(dòng)會引發(fā) R2 上的電壓變動(dòng)，經(jīng) LM358 運(yùn)放作用后，影響 Q1 的導(dǎo)通程度，進(jìn)而約束 A 點(diǎn)電壓波動(dòng)，確保 A 點(diǎn)恒壓狀態(tài)。
（三）恒阻（CR）模式
電子負(fù)載處于恒阻模式時(shí)，模塊所消耗電流與電壓呈正比關(guān)系。電阻可在三個(gè)重疊電阻范圍（高、中、低）內(nèi)予以編程設(shè)定。負(fù)載將擇取與編程電阻值相匹配的范圍。若電阻值落入范圍重疊區(qū)間，負(fù)載將優(yōu)先選取分辨率最優(yōu)的范圍。一旦當(dāng)前輸入設(shè)定超越所選量程，負(fù)載將自動(dòng)校準(zhǔn)輸入設(shè)置，調(diào)整至新選量程內(nèi)最切近的可用值。電路中，A 和 B 兩點(diǎn)的電壓經(jīng) R4 施加于 LM358 的 + IN 腳，從而掌控 R1 上的電壓，進(jìn)而在 R1 中形成對應(yīng)電流。AB 兩點(diǎn)電壓與電路中電流的比值，即構(gòu)成 AB 兩點(diǎn)的等效電阻。當(dāng) AB 兩點(diǎn)電壓發(fā)生變動(dòng)時(shí)，R1 上的電壓隨之調(diào)整，流經(jīng) R1 的電流亦相應(yīng)改變，借此保障電路的恒阻屬性。
（四）恒功率（CP）模式
電子負(fù)載處于恒功率模式時(shí)，負(fù)載模塊依據(jù)程序預(yù)設(shè)的恒功率數(shù)值，動(dòng)態(tài)調(diào)整被測設(shè)備的功耗。借助測量輸入電壓與電流，進(jìn)而調(diào)控輸入功率，并依據(jù) AD 轉(zhuǎn)換器的測試數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)校準(zhǔn)輸入功率。當(dāng)下，多數(shù)電子負(fù)載采用恒流電路來兌現(xiàn)恒功率功能。其原理是 MCU 采樣輸入電壓后，依循設(shè)定功率值核算輸出電流。當(dāng)然，亦可借助硬件手段達(dá)成，圖示為經(jīng)硬件實(shí)現(xiàn)恒功率的方塊圖。
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