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電子負載的基本作用
電子負載在電力電子實驗中扮演著至關重要的角色,它不僅替代了傳統的電阻負載,還具備廣泛的調節范圍和簡便的操作方式。其獨特之處在于能夠模擬恒流或恒壓負載,從而為驗證變換器的各種特性提供了便捷的途徑。

電子負載的核心部件是半導體器件,這些器件通過調整控制信號,能夠模擬出恒流、恒壓、恒阻等多種特性。
電子負載的工作原理
一個簡易的電子負載通常運用運放來控制MOSFET,并收集MOS的電流和電壓等參數,形成閉環控制。無論是恒流、恒壓還是恒阻,只需采集所需參數并經過相應運算,即可實現所需的閉環特性。
值得一提的是,恒流電子負載在測試恒壓輸出的變換器方面表現出色,尤其適用于電池放電測試。通過采集電池路端電壓的變化,可以有效地檢測電池的放電特性。

上圖展示了恒流電子負載的電路設計。在這個電路中,Rs作為電流檢測電阻,被安置在MOS的源極位置。為了增強電路對溫度變化的適應性,通常會選用對溫度不敏感的康銅絲來作為電流檢測元件。Rs的阻值通常設計得相對較小,這樣能夠確保運放對采樣電壓的敏感性,同時避免占用過多的輸入電壓,從而在低壓小電流狀態下保持電路的準確性。Vref作為給定輸入端,其電壓值可調,電子負載的恒流狀態即據此變換。具體的恒流值計算公式為:Vref/Rs。Vref可以通過單片機DAC進行輸出,同時,鍵盤和液晶屏分別用于設定和顯示相關參數。
此外,恒壓電子負載主要用于測試恒流電源。當電源本身也是恒壓輸出時,則不適合直接進行浪涌測試。在恒壓模式下,將輸入電壓作為反饋信號,通過調整MOS的導通狀態來達到測試目的。

上圖展示了恒壓電子負載的反饋機制。在此電路中,輸入電壓經過分壓后,被引入運放的反饋端,同時運放的正輸入端連接給定信號。通過比較分壓值與給定值,運放輸出相應電壓,進而控制MOS的導通與關斷。當分壓值低于給定值時,運放輸出降低,MOS關閉;反之,則運放輸出上升,MOS開啟以釋放電荷。恒壓值由公式Vref(Rh+Rl)/Rl計算得出。
此外,關于恒阻負載,實際上并無直接方法能在無外加激勵的情況下測量回路電阻。在恒阻電路中,通常通過對比電壓和電流的值來推算電阻,這種計算方法在電路中被稱為運算獲得法。

恒阻電路的穩定性依賴于電壓和電流反饋值的相等或成比例,通過設計負反饋回路,電路能夠自動趨向于穩定狀態。然而,此圖中并未展示給定信號,因為該圖所體現的電阻值是固定的。若需實現可調整的電阻值,可以通過在反饋回路中插入可編程增益來實現。一種簡單方法是使用數字電位器替換Rh和Rl,利用單片機控制其分壓比,但數字電位器的成本可能較高。另一種選擇是在反饋回路節點增加一個拉電阻,以提供可編程偏移量,從而在有限范圍內控制恒阻負載的阻抗。
上圖展示了一種實用的解決方案,其中在分壓點引出一個電路,并將其連接到Vref。通過引入Vref,可以調整運算放大器的正輸入點的分壓值。為了得到正確的分壓值,需要依據相應的計算公式進行反算以確定給定值。此外,這個偏移電阻也可以被連接至電流的反饋回路中。
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