測試電源和電池需要電流負(fù)載,該電流負(fù)載能夠吸收大電流并消耗大量功率。只需使用一個運(yùn)算放大器和一個功率MOSFET就可以構(gòu)建一個簡單而準(zhǔn)確的電流負(fù)載,如圖1所示。
圖1這種簡單的電流負(fù)載和并聯(lián)的MOSFET可用于更大的電流和功耗。
通過以下公式得出通過Q1的電流:
可以通過更改參考電壓(V REF)輕松控制它。運(yùn)算放大器應(yīng)具有低輸入失調(diào)電壓,并能夠通過單電源供電。
如果電路需要能夠吸收大電流或消耗數(shù)十瓦的功率,則可以使用一個運(yùn)算放大器來控制多個并聯(lián)工作的MOSFET。
但是,簡單地并聯(lián)MOSFET會產(chǎn)生兩個不良影響。一方面,導(dǎo)通閾值通常在晶體管之間(即使是同一型號)也有所不同,并且它們的閾值具有負(fù)溫度系數(shù)。
這意味著開始時每個晶體管中的漏極電流之間可能會有很大的差異,一旦晶體管預(yù)熱,其閾值就會降低,從而進(jìn)一步增加電流并使之更熱。
為了均衡晶體管電流,可以添加一個與每個晶體管的源極串聯(lián)的小電阻器。為使此效果有效,源電阻兩端的壓降必須與閾值相當(dāng),這使其成為很大一部分電壓。
結(jié)果是均衡電阻會耗散大功率,并且它們兩端的壓降會消耗到電路可以工作的最小電壓。
建立高電流,高功率負(fù)載的更好方法是分別控制每個MOSFET,避免由于閾值擴(kuò)展而引起的電流不平衡。圖2示出了兩個并聯(lián)的這種電路塊,但如果需要,可以添加更多的電路塊。
在跳線J1閉合且J2斷開的情況下,電路以恒定電流模式工作,總負(fù)載電流由下式給出:
如果檢測電阻相等(R 2 = R 5 = R S),則總負(fù)載電流為:
圖2此電流負(fù)載原理圖使用兩個獨(dú)立控制的MOSFET。
為了測量總負(fù)載電流,我們需要對每個晶體管的電流求和,在這種情況下,需要將所有感測電阻器的壓降相加。
通常,這是由一個反相加法器和一個由兩個運(yùn)算放大器構(gòu)成的反相器完成的。缺點(diǎn)是由于加法器輸出端的電壓反轉(zhuǎn),它們需要雙極性電源。
本設(shè)計展示了一種使用電阻R 7和R 8以及僅一個運(yùn)放的增加電壓降的更簡單方法。此添加的原理在圖3中說明。
N個電阻器中的每一個均由一個具有非常低阻抗的電壓源驅(qū)動,這就是在感測電阻器兩端施加的電壓降得到的阻抗。
圖3該圖說明了VOUT處的電壓求和。
如果沒有電流從VOUT端子汲取,根據(jù)基爾霍夫定律,我們可以:
對于兩個檢測電阻器,如圖2所示,U2A的同相輸入端的電壓是R 2和R 5兩端壓降之和的一半。
在通過U2A增益為2后,輸出電壓IMON是兩個檢測電阻器電壓的總和,可用于監(jiān)視總負(fù)載電流。
通過并行添加更多基本模塊,并通過使用帶有模塊數(shù)量的等式3和5,我們可以對電路進(jìn)行擴(kuò)展,我們可以計算總負(fù)載電流和通過U2A放大之前的電流檢測輸出。方便地,一個四運(yùn)算放大器可與三個電源模塊一起使用。
最后,可以使電流負(fù)載充當(dāng)恒定電阻,這在測試某些電源時非常有用。
這是通過提供一部分負(fù)載電壓V L作為參考電壓來實(shí)現(xiàn)的。在跳線J2進(jìn)入(和J1離開)的情況下,U1A和U1B的同相輸入端的電壓由V L決定,分壓器由R 9和R 10形成,因此負(fù)載電流變?yōu)椋?/div>
從這里我們可以看到有效的負(fù)載電阻R L為:
通過調(diào)節(jié)分壓比或用電位計代替R 10,負(fù)載電阻可以從等式7計算得出的標(biāo)稱值(圖2中的值為2.55Ω)變?yōu)镽 10 = 0時的幾乎無窮大。
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