电子负载的制作

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在修理和制作电源或视听设备的电源部分时,需要可调的负载来测试电源的电气性能。过去,我们一般用瓷盘电阻器、滑线电阻器或电阻箱作为测试负载,不妨叫它们“普通负载”。

普通负载有以下几方面的缺点:一是设备笨重,携带不便,调节费力,且价格偏高;二是负载电流不能连续、线性地从零(空载)调节到满载,同时在加电状态下调节负载大小时,易接触不良而打火,甚至烧毁;三是不便于自动化生产,普通负载在生产流水线上,要达到能程控、数控等自动化生产测试,非常困难;四是普通负载不能测试电源的动态参数。为此人们设计制造了“电子负载”来克服和弥补普通负载的不足。

顾名思义,电子负载就是用电子元器件来组成实用的可调负载。它一般由放大器和功率器件构成。电子负载有恒阻和恒流型两大类。恒阻型电子负载的电压电流特性和普通负载差不多。而现在的实际电子线路,由于使用大量的IC及电源旁路电容器,电压电流特性已和纯电阻相差甚远,恒流型电子负载更接近实际。所以现在使用较普遍的还是恒流型电子负载。

电子负载看似线路简单,但制作中也有几个关键要注意:

1.电子负载用的功率器件,一般选用所需控制功率小的场效应管和IGBT管。选用时一定要有超过满载时的功率余量。否则,使用中极易烧毁。

2.电子负载工作时产生大量的热量。一定要有大的散热器把热量散发出去,并且功率器件与散热器之间的热阻要尽量小。必要时可安装风扇散热。

3.电子负载的功率器件在零到十几安培、零点二到几十伏特的广阔的工作区域内工作,极易在某个区域内发生自激振荡。一旦产生振荡,不但工作状态完全变了,还会烧坏功率器件。所以电子负载的防振是非常重要的,也是制作电子负载成功与否的决定因素。

下面介绍一款简单实用的电子负载线路,具体线路如附图所示。左边虚线方框内为一小功率的普通稳压源,作为电子负载的工作电源,以便使电子负载在使用中不受其绝对电位的制约。电路选用大功率场效应管IRP150作为功率器件(VT),其耗散功率可达150W。R5作为电流取样电阻,满载10A时,它上面的压降达0.5V。IC3用廉价的并联基准稳压集成块TL431作为基准电压,IC2也用TL431变通使用,作为直流反相放大器。通过电位器RP调节基准电压分压的大小,来调节负载电流。

图1
图1 🔍原图 (850×379)

恒流的过程是:负载电流流过VT,以同样的大小流过R5,在R5上产生的电压为U\(_{B}\)=I×R5,加上由电位器RP调节的基准电压的分压U\(_{AB}\)等于U\(_{A}\),U\(_{A}\)应该正好等于IC2控制极需要的2.5V电压。如果负载电流有增大的趋势,则R5上的压降U\(_{B}\)增加,U\(_{A}\)也增加,IC2控制极(即A点)电压大于2.5V,IC2的工作电流增大,C点电压下降,VT的栅极电压下降,VT内阻增大,负载电流减小,仍回到原来的数值。

R1、C3、C4为防振元件,有时要调整数值和接入位置,才能满足防振要求。由于负载电流较大,流过大电流的机内引线要足够粗,一般要16号以上线(截面1mm\(^{2}\))。

这台负载可作为0~10A、0.2~50V电源的负载。由于没有超功率保护电路,使用中要注意,不能使电流、电压同时达到较大值而超载使用。

电子负载使用中还要注意,由于负载电流较大,电子负载的引出线要用四根。I+、I-用粗线,U+、U-用细线。I+与U+以及I-与U-要到被测电源输出端才能接在一起,否则电压表指示会偏小。

(商启民)