直流电子负载电路图大全(四款直流电子负载电路原理图详解)

发布日期:2023-01-14
直流电子负载电路图大全(四款直流电子负载电路原理图详解)

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求一个usb电子负载电路图

直流电子负载电路图(一)

直流电子负载一般有三种工作模式,分别为恒压模式、恒流模式、恒阻模式。这三种工作方式均可由00P7和运放的连接来实现。以恒流模式为例,将00P7与MOS管以左图方式连接,通过0P07控制MOS管的导通量,即可获得稳定的电流值。其恒流值通过恒流信号的电压值与采样电阻阻值之比决定。

在该图中00P7采取巧v供电,当有恒流信号到来时,如果采样电阻上的电压小于恒流信号,即00P7的反相输人端电压小于同相输人端的电压,则0P07的输出加大,使得MOS管加大导通从而为采样电阻补流。若采样电阻上的电压大于恒流信号,即00P7的同相输人端电压小于反相输人端电压,则0P07减小输出,也就降低了采样电阻上的电流。在电路工作时,当检测电压在一定范围内变化时,恒流电源电路总能使电路维持恒定电流值上,从而实现恒流工作。其电流值由恒流信号与采样电阻的阻值决定,例如,当采样电阻为10几时,若想得到100mA的恒定电流值,只需恒流信号调整为10v即可。

在实际使用过程中,为了使可调的参数显得直观明了,可设定值更加方便,可以用单片机或其他程序芯片来实现输人-显示的任务。通过按键将设定的恒定值输人给处理芯片,将数据经过处理后通,一方面将数值通过现实设备显示出来,另一方面通过数模转换,将信号值输人给0P07,使整个系统工作。这样就使直流电子负载的恒定值可调,与此同时,也可以将采样电阻上的电流电压信号经过模数转换,同样显示出来,从而使整个系统显得更加直观。需要注意的是,为保证电路的安全工作,在实际使用过程中,应该对测试信号进行过压保护,防止测试信号过大对电路造成损害。另外如果系统的电流值较高时,对采样电阻的功率要求也要相对严格。

直流电子负载电路图(二)

电路主要模块包括四部分:控制电路,恒流电路,电压电流检测,输入、显示电路参数电路。

电路设计原理

指标要求能数字设定并且能控制电流输出,这就需要使用DAC转换及与DAC输出电压具有良好线性关系的恒流电路。使用12位的TLV5618 完成DA转换,若步进为1mA,范围按0~1000mA计算,要求DAC需要2000分度,必须选用1000分辨率以上的DAC才能满足要求。DACTLV5618的分辨率充分满足电流1mA 步进的要求。DAC的输出控制U5A 和Q3 将电压转换为相应的电流值。同时输出电流流经R20得到采样电压经U5B放大21倍后反馈给U5A,由此形成硬件闭环控制。该闭环控制最终导致TP3的电压与TP2电压相等,而TP3 的电压值即为R20 两端电压值经U5B 放大后的值。因而改变TP2电压值即可改变R20两端电压,从而控制流经RL 的电流值,故TP2 为电流设定值调整。图中U5B的放大倍数=UTP3/UR20=(R26+R29)/R29=21,也就是说当向DAC输入最大值4095 时,调整R14 使VTP2=4.2V,就可使RL 输出最大电流2000mA。在本电路中,采样电阻选用0.1Ω/10W 的电阻。其目的是为了避免采样电阻通过大电流时发热引起阻值变化,从而影响输出电流。本电路最终使用了4 个0.1Ω/10W的电阻两两并联后再串联接入电路,从而最大程度上减少温度对电阻阻值的影响。由于前端DC/DC转换电路产生的是正电压,因此选择LM258单电源运放。其供电电压范围0.3~32V,输入失调电压2~5mV,满足设计要求。扩流管使用VMOS 管IRFZ44N。

电压采样如设定精度为1mV,范围按0~18.000V计算,要求ADC需要精度需要18000分度必须选用32768分辨率以上的ADC才能满足系统要求。所以选用TI公司提供的16bitADC ADS1115.而AD采样则由TI公司生产的ADS1115芯片完成,通过与电子负载并联采样大电阻,将电压值进行一定比例的衰减。然后通过电压跟随器交给AD采样。

B 功率器件:

由于恒流源将输出较大电压,本作品将使用水泥电阻与MOS管共同承受功率。当电子负载两端电压值较小时,将利用并联的4个MOS管通过热效应消耗功率。由于MOS管导通电阻很小,可以很好的实现大电流输出。而当电压值大于10V时,单片机将输出高电平,使继电器断开,水泥电阻接入电路,从而减轻MOS管的负担。

C 保护电路:

过压保护电路在单片机采样到直流稳压电源输出18V时动作,输出高电平驱动蜂鸣器和LED灯进过行报警,然后使DA的输出值为零。通过软件在电压恢复到18V以下时将继续保持电流大小为输入值。

D 电源负载调整率的测试原理

电源负载的变化会引起电源输出的变化,负载增加,输出降低,相反负载减少,输出升高。好的电源负载变化引起的输出变化减到最低,通常指标为3%~5%。本题方便负载调整率的测量,可以在被测直流稳压电源的输出端串接一个电阻RW,更换不同阻值的RW,即相当于改变被测电源的内阻。所串电阻越大,其负载调整率也会最大,反之会减小。可以改变被测电源的负载调整率。

直流电子负载电路图(三)

本文提出了一种基于STC12C5A60S 的直流电子负载的设计方案。主要以高速、低功耗、超强抗干扰STC12C5A60S 单片机为控制核心设计直流电子负载。包括控制电路(MCU)、主电路、采样电路、显示电路等,能够检测被测电路的电流值、电压值等各个参数,并能直观的在液晶上显示。本系统由自锁开关控制电路的工作状态,通过手动调节开关切换在恒压、恒流、恒阻电路之间的工作状态,由LED 灯指示相应的工作状态。系统的稳压范围为1V-30V,稳流范围为100mA-3.5A,误差0-5%在题目要求范围内,达到题目要求并扩展了恒压、恒流的范围。由单片机控制,通过按键达到对恒压值或恒流值在一定范围内的控制,设置了过载保护,通过亮灯显示过载。

方案通过两个自锁开关来控制电路的工作状态,在恒压、横流、恒阻之间进行切换,通过stc12c5a60s 单片机通过D/A 芯片控制恒压、恒流等的值,stc12c5a60s 是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统的8051,但速度快8-12倍,8路高速10位A/D 转换。采用大功率NMOS 管IRF540,该管导通电阻足够小,源漏抗击穿能力足够强。软硬件结的方式,方便简洁实现了不同模块之间的转换,很好的完成了恒压、恒流等基本功能,并完成了恒阻等附加功能。

恒压电路

TEXT 和GND 的为测试点。电路整体是个负反馈:当TEXT 高于设定值时,运放输出高电压,Q1 导通度增加,负载阻抗变小,和电源内阻分压,TEXT 减小,直至V+=V-;当TEXT 低于设定值时,运放输出低电压,Q1到通度减小,负载和电源内阻分压变大,TEXT 增大,直至V+=V-。

恒流电路图

TEXT 和GND 为测试点,OP07中V+=V-。当V+》V-时,运放输出高电压,Q1导通度增加,电流增大,V-升高,达到V+=V-。当V+《V-时,运放输出低电压,Q1到通度减小,负载和电源内阻分压变大,电流降低,直至V+=V-。所稳定的电流=V-除以阻值。

恒阻电路图

当滑动变阻器打到5 0 % 时电阻分压V+=1/2Vin=V-, 电流I=Vin/4,R=Vin/I=4欧,电源电压与电流成正比例变化。可以用单片机实现,R=VText/I,由恒流原理实现。(如需长时间测试,MOSS 管最好接大散热片)。

提出一种基于STC12C5A60S 的直流电子负载的设计方案。本方案中设计的直流电子负载主要以高速、低功耗、超强抗干扰STC12C5A60S 单片机为控制核心,由自锁开关控制电路的工作状态,通过手动调节开关切换在恒压、恒流、恒阻电路之间的工作状态。系统的稳压范围为1V-30V,稳流范围为100mA-3.5A,误差0-5%在题目要求范围内,达到对恒压值或恒流值在一定范围内的控制, 设置了过载保护,通过亮灯显示过载,经验证,本方案具有实际的应用价值。

直流电子负载电路图(四)

本系统采用32位的ARM9TDMI为主控芯片,同时借助外部16位A/D转换芯片ADSlll5的辅助电路,能够保存更多的采样数据,从而减小了采样信号的失真度,实现了稳定快速的实时测量。对硬件电路的设计,采用OP07与IRF640构成的线性恒流源,并采用CSM025A、VSM025A来转换电子负载侧的较高电压和较大电流,减小了在较高电压和较大电流下对电子负载的影响。

图1为DA控制的电子负载结构框图。

借助16位模数转换器ADS1115将电压电流回送至单片机。通过DA控制恒流源的电流,借助PID不断修正电流至设定值,以保证电流的恒定且可调,达到步进10mA的要求,并有过压保护功能。在12864液晶上显示实时电压电流值和设定电流值及负载调整率,电子负载具有优良的精度、稳定性和动态响应,并结合精确的软件控制,实现了电源测量的快速和准确。原理简单,可行性高,成本低。

电子负载及恒流电路的分析

通过16位高精度模数转换器ADSlll5输出电压给恒流源电压转换恒定电流电路,由于运算放大器OP07是精度高、低漂移运算放大器,并且在10欧负载的情况下输出电流能达到2 A。所以采用OP07和IRF640组成的一个Uin。电流串联负反馈来实现电压到电流的转换,具体电路如图2所示。

原理图中OP07与IRF640构成负反馈,由运放的“虚短、虚断”理论,因此MOS管IRF640的S极电位与TLV 5616输入的电压值相等。

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