直流電子負載的幾種工作模式原理詳解

在一般的系統中，電源（包括電池）能否保持穩定供電是極其重要的。因此，要花很長(cháng)的時(shí)間進(jìn)行電源測試時(shí)，讓電源連接什么樣的負載就成了一個(gè)問(wèn)題。

丨沒(méi)有負載，就無(wú)法進(jìn)行電源評測

用實(shí)際負載進(jìn)行電源評測也不合理,因此為了自動(dòng)進(jìn)行電源測試，常使用電子負載。電子負載的種類(lèi)很多，有直流電源用、交流電源用、蓄電池用等。

而直流電子負載是通過(guò)控制內部功率（MOSFET）或晶體管的導通量（量占空比大?。?，依靠功率管的耗散功率消耗電能的設備。它能夠準確檢測出電源電壓，精確調整負載電流，同時(shí)可以實(shí)現模擬負載短路、高速動(dòng)態(tài)拉載等，這些功能都是直流電源調試檢測不-可-缺-少的。

丨電源和負載在系統開(kāi)發(fā)中，電源的評估很重要

眾-所-周-知，隨著(zhù)電子技術(shù)的進(jìn)步，直流電子負載最初是用于測試直流電源的專(zhuān)用產(chǎn)品。直流電子負載顯示電源對各種負載條件的響應。直流電子負載中常見(jiàn)的FET開(kāi)關(guān)和非電抗組件的使用避免了共振和不穩定性。

隨著(zhù)越來(lái)越多的電子設備轉換和存儲能量，直流電子負載越來(lái)越受歡迎。它們可用于測試大多數直流電源，包括電池、太陽(yáng)能電池板、LED驅動(dòng)器、DC-DC轉換器和燃料電池等。

電子設備的功能標準也變得復雜，在設計和開(kāi)發(fā)過(guò)程中，一般對直流電源要求比較嚴格的廠(chǎng)家都會(huì )用直流電子負載來(lái)檢測電源的好壞，要進(jìn)行各種各樣的測試。而且近來(lái)不僅要求功能，還要求低功耗化和高效率化。

丨直流電子負載的常見(jiàn)的四種工作模式

市面上常見(jiàn)的直流電子負載擁有CC、CV、CR、CP四種工作模式，可適應多種場(chǎng)合的測試需求。

1.恒流（CC）工作模式

將電子負載設置為恒流工作模式時(shí)，無(wú)論電壓怎么變化，電流值保持恒定。要注意的是，該模式的電壓是不可以編程的。但是，如果DUT施加的電壓高于規定電流范圍內允許的電壓，就會(huì )啟動(dòng)電子負載的過(guò)壓保護機制，跳閘并關(guān)閉輸入。

電流值可在高量程與低量程的范圍內進(jìn)行編程，如果量程值在量程重疊區域，則負載選擇低量程。如果電流設置在低范圍之外，負載會(huì )自動(dòng)將輸入調整到低范圍內的最大值。

上圖是一個(gè)常用的恒流電路，通過(guò)此電路很容易獲得精準的電流值。R3為取樣電阻，VREF是給定信號。當給定一個(gè)信號VREF時(shí)，如R3上的電壓小于VREF，也就是VOP07的-IN小于+IN，VOP07加大輸出，增大MOS導通程度，從而加大通過(guò)R3的電流。如果R3上的電壓大于VREF，-IN大于+IN，OP07減小輸出，MOS導通程度減小，也就減少了通過(guò)R3的電流。這樣電路始終維持在恒定的電流給及上，實(shí)現恒流工作。

2.恒壓(CV)工作模式

電子負載處于恒壓工作模式時(shí)，負載模塊試圖消耗足夠的電流來(lái)控制電源電壓到程序設定的值。CV(恒壓)操作設置了電流限制，如果負載電流保持在電流限制所設置的范圍內，輸出電壓將保持其程序設置。當輸出電流達到電流極限-時(shí)，設備不再工作在恒壓模式下，輸出電壓不再保持恒定。相反，電子負載現在將輸出電流調整到其電流限制設置。如果電壓持續上升，直至超過(guò)規定電流范圍允許的電壓或最大功率，過(guò)壓保護機制啟動(dòng)，跳閘并關(guān)閉輸入。
 

上圖為恒壓電子負載電路。MOS管上的電壓經(jīng)R2和R3分壓后送入運放+IN與給定值進(jìn)行計較。A點(diǎn)電壓的變化會(huì )引起R2上的電壓變化通過(guò)LM358影響Q1的導通程度，從而牽制A點(diǎn)電壓的變化，使A點(diǎn)保持恒壓。

3.恒阻（CR）工作模式

當電子負載處于恒阻工作模式時(shí)，模塊所消耗的電流與電壓成正比。電阻可以編程在任何三個(gè)重疊電阻范圍(高，中，或低)。負載選擇一個(gè)與編程電阻值相對應的范圍。如果電阻值在范圍重疊區域，負載會(huì )選擇分辨率最高的范圍。如果當前輸入設置超過(guò)選擇的量程，負載將自動(dòng)將輸入設置調整為新選擇的量程內最-接-近的可用值。

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上圖A和B兩點(diǎn)的電壓通過(guò)R4加在LM358的+IN腳，也就控制了R1上的電壓，從而控制R1中的電流。這樣，AB兩點(diǎn)的電壓比上電路中的電流，也就是AB兩點(diǎn)的等效電阻。當AB兩點(diǎn)電壓變化時(shí)，R1上的電壓也隨之變化，從而通過(guò)R1的電流也相應的變化，保證了電路的恒阻特性。

4.恒功率（CP）工作模式

當電子負載處于恒功率工作模式時(shí)，負載模塊根據程序設定的恒功率值調整被測設備的功耗。負載模塊通過(guò)測量輸入的電壓和電流來(lái)調節輸入功率，并根據AD轉換器的測試數據流來(lái)調節輸入功率。

恒功率功能大部分電子負載都采用恒流電路來(lái)實(shí)現，原理是MCU采樣到輸入電壓后根據設定的功率值來(lái)計算輸出電流。當然也可以通過(guò)硬件方法來(lái)實(shí)現，上圖就是通過(guò)硬件實(shí)現恒功率的方塊圖。