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電子負(fù)載的基本作用
電子負(fù)載在電力電子實(shí)驗(yàn)中扮演著至關(guān)重要的角色,它不僅替代了傳統(tǒng)的電阻負(fù)載,還具備廣泛的調(diào)節(jié)范圍和簡便的操作方式。其獨(dú)特之處在于能夠模擬恒流或恒壓負(fù)載,從而為驗(yàn)證變換器的各種特性提供了便捷的途徑。

電子負(fù)載的核心部件是半導(dǎo)體器件,這些器件通過調(diào)整控制信號(hào),能夠模擬出恒流、恒壓、恒阻等多種特性。
電子負(fù)載的工作原理
一個(gè)簡易的電子負(fù)載通常運(yùn)用運(yùn)放來控制MOSFET,并收集MOS的電流和電壓等參數(shù),形成閉環(huán)控制。無論是恒流、恒壓還是恒阻,只需采集所需參數(shù)并經(jīng)過相應(yīng)運(yùn)算,即可實(shí)現(xiàn)所需的閉環(huán)特性。
值得一提的是,恒流電子負(fù)載在測(cè)試恒壓輸出的變換器方面表現(xiàn)出色,尤其適用于電池放電測(cè)試。通過采集電池路端電壓的變化,可以有效地檢測(cè)電池的放電特性。

上圖展示了恒流電子負(fù)載的電路設(shè)計(jì)。在這個(gè)電路中,Rs作為電流檢測(cè)電阻,被安置在MOS的源極位置。為了增強(qiáng)電路對(duì)溫度變化的適應(yīng)性,通常會(huì)選用對(duì)溫度不敏感的康銅絲來作為電流檢測(cè)元件。Rs的阻值通常設(shè)計(jì)得相對(duì)較小,這樣能夠確保運(yùn)放對(duì)采樣電壓的敏感性,同時(shí)避免占用過多的輸入電壓,從而在低壓小電流狀態(tài)下保持電路的準(zhǔn)確性。Vref作為給定輸入端,其電壓值可調(diào),電子負(fù)載的恒流狀態(tài)即據(jù)此變換。具體的恒流值計(jì)算公式為:Vref/Rs。Vref可以通過單片機(jī)DAC進(jìn)行輸出,同時(shí),鍵盤和液晶屏分別用于設(shè)定和顯示相關(guān)參數(shù)。
此外,恒壓電子負(fù)載主要用于測(cè)試恒流電源。當(dāng)電源本身也是恒壓輸出時(shí),則不適合直接進(jìn)行浪涌測(cè)試。在恒壓模式下,將輸入電壓作為反饋信號(hào),通過調(diào)整MOS的導(dǎo)通狀態(tài)來達(dá)到測(cè)試目的。

上圖展示了恒壓電子負(fù)載的反饋機(jī)制。在此電路中,輸入電壓經(jīng)過分壓后,被引入運(yùn)放的反饋端,同時(shí)運(yùn)放的正輸入端連接給定信號(hào)。通過比較分壓值與給定值,運(yùn)放輸出相應(yīng)電壓,進(jìn)而控制MOS的導(dǎo)通與關(guān)斷。當(dāng)分壓值低于給定值時(shí),運(yùn)放輸出降低,MOS關(guān)閉;反之,則運(yùn)放輸出上升,MOS開啟以釋放電荷。恒壓值由公式Vref(Rh+Rl)/Rl計(jì)算得出。
此外,關(guān)于恒阻負(fù)載,實(shí)際上并無直接方法能在無外加激勵(lì)的情況下測(cè)量回路電阻。在恒阻電路中,通常通過對(duì)比電壓和電流的值來推算電阻,這種計(jì)算方法在電路中被稱為運(yùn)算獲得法。

恒阻電路的穩(wěn)定性依賴于電壓和電流反饋值的相等或成比例,通過設(shè)計(jì)負(fù)反饋回路,電路能夠自動(dòng)趨向于穩(wěn)定狀態(tài)。然而,此圖中并未展示給定信號(hào),因?yàn)樵搱D所體現(xiàn)的電阻值是固定的。若需實(shí)現(xiàn)可調(diào)整的電阻值,可以通過在反饋回路中插入可編程增益來實(shí)現(xiàn)。一種簡單方法是使用數(shù)字電位器替換Rh和Rl,利用單片機(jī)控制其分壓比,但數(shù)字電位器的成本可能較高。另一種選擇是在反饋回路節(jié)點(diǎn)增加一個(gè)拉電阻,以提供可編程偏移量,從而在有限范圍內(nèi)控制恒阻負(fù)載的阻抗。
上圖展示了一種實(shí)用的解決方案,其中在分壓點(diǎn)引出一個(gè)電路,并將其連接到Vref。通過引入Vref,可以調(diào)整運(yùn)算放大器的正輸入點(diǎn)的分壓值。為了得到正確的分壓值,需要依據(jù)相應(yīng)的計(jì)算公式進(jìn)行反算以確定給定值。此外,這個(gè)偏移電阻也可以被連接至電流的反饋回路中。
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