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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(guān)重要的角色，它不僅替代了傳統(tǒng)的電阻負載，還具備廣泛的調(diào)節(jié)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(diào)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(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)運算，即可實現(xiàn)所需的閉環(huán)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(xiàn)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(shè)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(yīng)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(shè)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(tài)下保持電路的準確性。Vref作為給定輸入端，其電壓值可調(diào)，電子負載的恒流狀態(tài)即據(jù)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(shè)定和顯示相關(guān)參數(shù)。
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(diào)整MOS的導通狀態(tài)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(jīng)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(yīng)電壓，進而控制MOS的導通與關(guān)斷。當分壓值低于給定值時，運放輸出降低，MOS關(guān)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(guān)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(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)計負反饋回路，電路能夠自動趨向于穩(wěn)定狀態(tài)。然而，此圖中并未展示給定信號，因為該圖所體現(xiàn)的電阻值是固定的。若需實現(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)點增加一個拉電阻，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(diào)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(jù)相應(yīng)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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