关于自制电子负载的请教

pdshyh

一年多来在论坛发帖求教得到论坛各位老师的热心帮助和指教，有些进步，主要欠缺太多，如题想自制一台电子负载，也留意论坛关于电子负载的帖子，希望老师能推荐款电子负载电路图，有老师介绍 M8 数控电源，也想通过学习制作电子负载，把数字控制部分也加上，通过电子负载及数字控制，学习单片机、DAC（PWM）工作原理，希望老师能把电子负载工作原理和m8单片机、DAC（PWM）电路原理能给大概讲解给一个学习方向都行，欠缺太多。

补充内容 (2018-10-7 15:15):
请教各位老师，ne5532运放只加+15v，0v电压,输入空，Vout电压是14.**左右，加输入Vi+/Vi-调整Vi+>Vi-或Vi+<Vi-输出Vout电压没有明显变化，输入电压变化没有控制运放输出变化，LM358运放也只加+15v，0v电压,输入空，Vout电压=0，ne5532运放为什么是这样情况？请解惑。

washu

pdshyh 发表于 2018-9-20 13:29
...仿真电路输入电压调整为2v,电流还是2a，mos场效应管vds<Vgs，应该不满足恒流条件了，mos场效应管工作在什么状况呀？ vref为0.1v。Vgs= 4.59V 电压，是 IRF250 的跨导决定的”如何理解，费解vref和Vgs的关系是什么？

1、没有说 Vds<Vgs 就不能满足恒流唷

2、Vref 和 Vgs 的关系是，Vgs = Uc + (Uref/Rref)/g，g 是场管的跨导（g = ΔIds/ΔVgs，场管 Vgs 和 Ids 伏安特性曲线的导数），Uc 是场管进入饱和区的电压（通常是 2Uth，2 倍场管的栅极阈值电压/场管源漏开启电压）。IRF250 的 Uth 典型值 2V 多，Uc 通常就是 4V 多，所以 Vgs 就是 4V+(Uref/Rref)/g，g 是随 Vgs 变化的（所以只能用某一点的斜率），Uc 附近跨导比较小，Vgs 再大一些后跨导会比较大。IRF250 手册给出的值是 Id=19A 时跨到至少 9 西（IR 公司的，Intersil 公司的典型值更大）。



伏安特性曲线：


Multisim 中的 IRF250 在 Id=19A 时跨导大约 16 西：

washu

电子负载常见的有 CC，CV，CR 和 CW 几种，但最常用的是 CC 型的，其基本结构多是一个电流阱（Current Sink）：

同相放大器型，楼主的图和网络上常见的 DIY 电子负载主要是这个结构



嗯我做的也是 运放的虚短特性通过负反馈调节 Q1 的夹断能力使得流过 Q1 的电流在负反馈点也就是参考电阻 R3 上产生的压降等于参考电压 Uref。因此恒流电子负载的电流为参考电压 / 参考电阻，即 Uref / R3



反相放大器型，也是一个原理，只是运放从同相放大器接成反相放大器而已，负反馈还是一样的。



这是安捷伦的 6060B 电子负载原理图（第六页），可见用的就是这个基本反相放大器型的电流阱结构



6060B 一共有 8 路，将其中 1 路独立画出来，就是一个反相放大器构成的电流阱，此外参考电阻上的电压经过一个减法器放大，目的在于消除引线的电阻，本质上还是没有区别：

washu

PWM 即脉冲宽度调制，对一个频率为 f 的矩形波（比如 1kHZ），它有时间为 1/f 的周期（1ms），在这个周期中，如果高电平持续的时间较长而低电平持续的时间较短（反正加起来都是 1ms），则整个周期平均下来的电压就较高，所以可以用调节脉冲宽度的方式实现一个可变的电压，此电压大小和脉冲宽度线性相关，比如高电平持续时间 314.15926us，高电平电压 1V，则得到 0.31415926V 电压。

如果用定时器、计数器产生一个 PWM 脉冲，那么可以将一个量化的数字转变为脉冲宽度，从而转化为电压，因此用这个方式可以实现一个 DAC。当然除了 PWM 还有其它实现 DAC 的方式，比如电阻阵列，但现代单片机普遍集成 16 位 PWM 发生器，所以在一些场合用单片机的片内 PWM 发生器作为 DAC 会显得比较廉价，毕竟单独买一个 R-2R 型电阻阵列 DAC 要额外花钱

脉冲宽度和电压：

pdshyh

washu 发表于 2018-9-19 18:30
电子负载常见的有 CC，CV，CR 和 CW 几种，但最常用的是 CC 型的，其基本结构多是一个电流阱（Current Sink ...

      谢谢washu老师，根据仿真mos场效应管工作在恒流区，我以为是可变电阻区 。这个电路是同相放大器，mos场效应管工作在恒流区，我初步理解了电子负载的工作原理。6060的反相放大器我在消化。
      按您的仿真电路图我也用Multisim进行仿真，有一个问题不解请教，根据同相放大器计算公式运算输出电压vo=（1+Rf/R1)v-=（1+Rf/R1)vs，我搜mos场效应管输入电阻Rgs几兆-几百兆，按10欧这个公式计算（1+10/0.1）*0.1=10.1，仿真电压是4.59V。不知道我错误在哪里。

pdshyh

washu 发表于 2018-9-19 19:01
PWM 即脉冲宽度调制，对一个频率为 f 的矩形波（比如 1kHZ），它有时间为 1/f 的周期（1ms），在这个周期中 ...

奥，可以理解，这就是一种开关电源工作原理吧，谢谢，这样控制比较方便准确。

chd

电子负载不太懂，只知道是放电用的，有恒流和恒功率的工作方式吧。

pdshyh

bg1trk 发表于 2018-9-19 21:52
二楼已经把原理讲了讲，最近正在对以前的电子负载做数控改造，贴个模拟部分的仿真图。

      bg1trk老师好，谢谢您的帮助，我做电源时学习运放基本工作原理又还回去一部分，想制作电子负载又看不明白了，补补课，数字控制还没接触，想先做简单的电子负载，看看在老师们的帮助下，把数字控制加上看行不行。
      您的电路有电压控制部分，还可实现恒压、恒阻、恒功率这三个模式还有模拟RV、RI模拟数控的DAC输出。不错不错，我先做简单的，扩充功能在学习参考，我说看着多了几个运放，功能增加了。

pdshyh

chd 发表于 2018-9-20 10:33
电子负载不太懂，只知道是放电用的，有恒流和恒功率的工作方式吧。

谢谢指教，上面的第一个仿真原理图是恒流的，运放不是很熟悉，场效应管也不是很熟悉，糊度到一块了。

pdshyh

bg1trk 发表于 2018-9-20 10:51
实现基本功能的电子负载比电源简单些，您5楼的图就是基本的原理图，再完善完善就能用了。

探针3测 ...

       好的，我习惯刨根问底，知道理解工作原理制作起来踏实。我手头场效应管有一个型号的不知道能用不回去看看，其它基本零件齐全，有一个小变压器，运放电源和基准耗电不大应该能用。还准备用洞洞板做，原来洞洞板稳压电源用多股铜线电源线去掉绝缘做连接导线，我现在发现铜线氧化比较严重，一般洞洞板用什么线好，粗和细单根铜线连接。

washu

pdshyh 发表于 2018-9-20 10:22
谢谢washu老师，根据仿真mos场效应管工作在恒流区，我以为是可变电阻区 。这个电路是同相放大 ...

基本概念错误了唷 此时 MOS 已经和运放“一体”了，因此此时的输出电压应该是 探针2 处电压。

另，你的图中 Vin = 0.1V，Rf = 0Ω，Rs = 0.1Ω，所以输出电压 = 0.1V


btw. 至于实际上运放 2 脚的 4.59V 电压，是 IRF250 的跨导决定的

pdshyh

washu 发表于 2018-9-20 12:09
基本概念错误了唷  此时 MOS 已经和运放“一体”了，因此此时的输出电压应该是 探针2 处电压。

另 ...

     washu 老师好，“此时 MOS 已经和运放“一体”了，因此此时的输出电压应该是 探针2 处电压。”,我理解一体电路为电压跟随电路，我把vref调整为0.2v和R2电压也是0.2v，Vgs电压=4.88v。仿真电路输入电压调整为2v,电流还是2a，mos场效应管vds<Vgs，应该不满足恒流条件了，mos场效应管工作在什么状况呀？ vref为0.1v。Vgs= 4.59V 电压，是 IRF250 的跨导决定的”如何理解，费解vref和Vgs的关系是什么？
     

pdshyh

washu 发表于 2018-9-20 17:55
1、没有说 Vds

        谢谢washu老师，应该是“VGS>VGS(th)、VDS>VGS-VGS(th) ”在恒流区，我看伏安特性图，感觉是VDS>5v以上，（随便写一个VDS>VGS把-VGS(th) 漏了，当时看到了 ）在恒流区，VGS-VGS(th) =4.68-(2---4)。VDS电压最小值在0.68-2.68V以上为恒流区，昨天看图5v左右 。

       Vref 和 Vgs 的关系是，Vgs = Uc + (Uref/Rref)/g， 仿真Vref =0.2/0.21，计算g=5，反算Rref=0.0571Ω，v1或者Vref选择带内阻电池， Vgs=13.5v，电流Id=0？又找麻烦了 ，Rref这个值仿真怎么模拟。或者是计算Vgs = Uc + (Uref/Rref)/g，Rref怎么取值或仿真测量。

pdshyh

bg1trk 发表于 2018-9-20 22:05
理解工作原理，避免抓个图就照做，好习惯！

功率管的选取，您要留意管子的安全区。下图是三星产IRF250 ...

      谢谢bg1trk 老师提醒，IRF250在不超过100w这个区域，上次做稳压电源功率管用到标称功率一半或更少。您给的网站看了，过去搜百度看管子的参数不是很好找。
     多股铜线做导线   用松香酒精溶液解决氧化问题，松香和酒精都有，这个好制作，这就用。昨天回家看了变压器尺寸厚2cm宽5cm。10/8/20v同事给的电磁炉里边的变压器。

电源开关

bg1trk 发表于 2018-9-19 21:52
二楼已经把原理讲了讲，最近正在对以前的电子负载做数控改造，贴个模拟部分的仿真图。

你这个恒压控制单路可以，并联显然是不可取的，仿真仿不出器件的差异线阻等因素，犹如2个电压源并联显然电压高一些的输出负载会更重