直流电子负载仪的电路实现及基础研究

直流电子负载仪的电路实现及基础研究

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/weixin_45817947/article/details/139275920

直流电子负载仪是电子工程领域中常用的测试设备，主要用于电源电路、电池和汽车电子系统的测试。本文将详细介绍直流电子负载仪的功能、特点及其三种基本工作模式（CC、CV、CP）的电路实现原理。

直流电子负载仪的功能和特点

1. 功能：

• 电源电路测试：通过调节负载电流、电压和功率等参数来模拟各种实际负载条件，以验证电源电路的性能。
• 电池测试：在电池测试中，直流电子负载可以模拟电池的放电过程，对电池的容量、内阻、自放电率等参数进行测试。
• 汽车电子测试：直流电子负载可以用于模拟汽车电子系统的负载，对汽车电子设备进行测试，如模拟汽车传感器的信号来评估电控单元的性能。

2. 特点：

• 大功率、高安全性：直流电子负载仪具有功率大、安全性高的特点，能够确保在测试过程中的稳定性和可靠性。
• 实时显示：在测试过程中能实时显示电压、电流等数据，方便用户进行监控和分析。
• 多重保护功能：具备多重保护功能，如电源异常或负载短路时，能自动切断电源并进行报警提示，保证设备和测试过程的安全。
• 控制精度：通过微处理器进行数据处理和显示，实现高精度控制。
• 定时/定时功能：根据测试需求，可以设置定时或定时功能，自动完成测试过程。

3. 工作原理：

• 直流电子负载仪采用电子元器件组成可变电阻，通过调节电阻值来改变负载电流，实现电源性能的测试。
• 利用电子控制电路将可变电阻调整至预定值，并通过采样电阻将负载电流转化为电压信号，再通过AD转换器将模拟信号转换为数字信号，最后由微处理器进行数据处理和显示。

电路实现

CC模式

当电流Ics为1A时，检流电阻Rcs(0.1Ω)上的电压Vcs为0.1V，那么Vref为0.1V。

在Δt即很短的时间上来看：

• 当电流Ics小于1A时，Vcs小于0.1V，此时比较器输出高电平，MOS管导通，进入负载的设备因为电流增大，此时相应地该设备输出端的电容储能减少，电压下降。
• 当电流Ics大于1A时，Vcs大于0.1V，此时比较器输出低电平，MOS管截止，进入负载的设备因为电流减小，此时相应地该设备输出端的电容储能增加，电压上升。

实际上，MOS管理论上Vgs应该是类似于PWM波，其占空比由输入电压Vin决定。当输入电压Vin为2V时，此时MOS管Duty为50%。当输入电压Vin为4V时，此时MOS管Duty为25%。

如果将Vref设置为0.1V，那么此时CC模式的输入电流Ics为1A。如果Vref设置为0.2V，那么此时CC模式的输入电流Ics为2A。即Vref与电流Ics呈线性关系，Ics=10*Vref

CV模式

当需要保持输入电压Vin为10V时，此时Vref为1V。

在Δt即很短的时间上来看：

• 当Vin大于10V时，比较器输出高电平，MOS管导通，进入负载的设备因为电流增大，此时相应地该设备输出端的电容储能减少，电压下降。
• 当Vin小于10V时，比较器输出低电平，MOS截止，进入负载的设备因为电流减小，此时相应地该设备输出端的电容储能增加，电压上升。

实际上，MOS管理论上Vgs应该是类似于PWM波，其占空比由进入负载的设备的输出决定。

如果将Vref设置为1V，那么此时CV模式的输入电压Vin为10V。如果Vref设置为2V，那么此时CV模式的输入电压Vin为20V。即Vref与输入电压Vin呈线性关系，Vin=10*Vref

CP模式

恒功率功能大部分电子负载都采用恒流电路来实现，原理是MCU采样到输入电压后根据设定的功率值来计算输出电流。