自制电子负载仪

时间:2018-11-14 18:34 | 来源:金桥电子网 | 点击: 次 [去老版] [去论坛] [去网店]

核心提示:电子负载仪是电源制作和电池性能测试必不可少的一种仪器。顾名思义电子负载仪是由电子器件组成模拟负载,用来检测各类电源带负荷特性和化学电源输出性能的仪器。在恒电流测试


电子负载仪是电源制作和电池性能测试必不可少的一种仪器。顾名思义电子负载仪是由电子器件组成模拟负载,用来检测各类电源带负荷特性和化学电源输出性能的仪器。在恒电流测试时加以同步计时,就可精确测出电池容量值。 
笔者因工作需要,曾接触过多个厂家电子负载仪产品。虽然档次高低迥异、体积相差很大,但是电子负载的重要部分,即电子开关部件大部分由管耗较小的VMOS功率管组成,其工作模式均为PWM方式。为了电池容量计量的方便,负载仪大多工作于恒流放电模式。电子开关驱动电路有单片机、运算放大器、分立元件组成控制电路。高级的还具有各种功能显示和设置功能。所以配置较高的产品价位极高,约几千元至数万元不等。其价位是很多电子爱好者和小厂家望洋兴叹! 
可见,如果撇开很多华而不实的设置和显示功能,以坚固耐用、容易操作、简单可靠作为设计指标的大容量负载仪,肯定能受到很多用户所欢迎! 
基于上述主导方针,笔者设计了一款用LM324运放为主控器件的电子负载仪。整个仪器由电子开关、斜波发生、电流检测放大、比较调节、PWM驱动单元组成。 


该仪器可对12~48V电源和电池进行放电性能测试,最大电流为20A;操作非常方便;由K1控制放电投入或切出;W1调节电流幅度大小;W2调节欠压值。 
下面简单介绍电路工作原理,其电路如图1所示。图中,IC1A、R1~R4、Q1、C3、C4、D1组成斜波发生电路。其中,R2、R3分压为IC1A反相输入端基准电压;而同相输入端接C3通过R1充电。初始时IC1A输出低电平;当C3电压上升大于反相基准时,IC1A输出为高电平;经D1、R4使Q6导通,致C3瞬间放电为0V。此时IC1A输出翻转为低电平。又重复上述过程。 

自制电子负载仪
如此周而复始, C3接连产生类如锯齿波脉冲,锯齿最大幅度略低于反相端基准电压,该脉冲送IC1B反相端作为PWM周期比对脉冲;而IC1B同相端输入控制信号:此信号由经IC1D单元与电流反馈信号比较处理后输出。可以看出:如果控制信号幅度小于脉冲信号幅度,则IC1B输出低电平;而控制信号大于脉冲信号幅度,IC1B输出高电平。所以控制信号幅度变化转换为输出脉冲宽度变化;且每个锯齿波周期内信号幅度越大,IC1B输出脉冲越宽。信号幅度越小,IC1B输出脉宽越窄。 


显而易见,IC1D输出的脉冲宽度变化,使场效应管每周期导通时间变化,即可达到控制负载电流的目的。这就是各类PWM控制的基本原理。PWM方式的应用,既使功率器件工作在能耗极小的高频开关区域,又能使功率器件产生等同线性工作时的控制效果。 
R12、R13、R14、IC1C组成电流取样放大部分,作用是将电流变化转换成一定幅度的反馈电压。其增益为10倍,由调节R13与R12比例决定。IC1C输出信号作为电流反馈信号输运到IC1D单元作比较处理。 
IC1C输出送至IC1D反相端,与同相端电流给定信号作减法运算。电路中R15、R16、R17、R18阻值相等,构成一个标准减法器。图中为给定电压减去反馈电压。这可以理解为一旦给定电压确定后,如果由于某种原因电流上升,则ICID输出电压下降;由于电池电压下降导致电流下降时,IC1D输出电压上升。由于IC1D的作用,在很大程度上补偿了放电电流波动时的幅值变化,使之接近恒流放电情况。 
R7~R10、Q1、Q2、Q3、Q4组成PWM驱动电路。1C1B输出高电平时,Q1、Q2、Q3导通,Q3导通使Q5(场效应功率管)得到接近15V的栅压而导通,此时Q4反偏截止。IC1B输出翻转为低电时,Q1、Q2、Q3、截止,Q5栅压消失,此时,Q4正偏置导通,使Q5栅极快速放电而可靠关断!Q3、Q4对管的作用是:以足够的驱动功率克服场管的栅、源的电容效应使Q5可靠开关。 
这是一个用于场效应管的经典电路,非常可靠,驱动能力也很强,笔者曾用来驱动数百安培的大功率器件,效果很好。 
用于电池欠压保护的电路由R20、R19组成电压取样至IC2反相输入端。6.3V由R21、W2、R22组成欠压设定电路,设定电平信号至IC2同相输入端。在电源电压取样信号大于设定信号时;IC2输出为低电平,此时,T1不动作。一旦电源电压取样信号小于设定信号时,IC2输出端翻转为高电平,T1导通并自锁。T1导通,使Q1失去偏压而截止,中断了PWM驱动信号的传输,使电子开关随机关断,达到电池欠电压保护的目的。T1的自锁是为了防止关闭放电后,电池端电压回升使IC2输出翻转,系统重新进入工作区而频繁开关激发机振的必要措施。 

Q5选用IXFK120N20 ,参数为120A/200V/10mΩ,配用150X100散热器;另外配置12V/0.35A仪表风机强制风冷。对于保护场效应管的安全也是非常必要的。 
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