直流电子负载器的基本原理
直流电子负载仪
直流电子负载仪简介直流电子负载仪（DC Electronic Load）是一种用于模拟电子负载的仪器，在电源电路测试、充电器测试、锂电池测试等领域都有广泛的应用。
它可以通过调节负载电流、电压和功率等参数来模拟各种实际负载条件，以验证电源电路的性能。
原理直流电子负载仪的基本原理是利用MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）来控制电路的电流、电压和功率等参数。
在负载电路中，电子负载仪相当于一个可编程、可调节的电阻负载，它可以帮助测试人员模拟各种实际负载条件。
特点直流电子负载仪具有以下特点：1.高精度：直流电子负载仪的电流精度一般可以达到0.01%或更高，电压精度可以达到0.1%或更高；2.大功率：直流电子负载仪的功率一般可以达到几千瓦甚至数十千瓦；3.多种负载模式：可以模拟恒流、恒压、恒功率、恒阻等多种负载模式；4.可编程、可调节：可以通过编程方式设置电流、电压、功率等参数，并可以动态调节；5.多种保护功能：具有过温、过流、过压、短路等多种保护功能，确保测试过程的安全和稳定。
应用直流电子负载仪在以下领域有着广泛的应用：1.电源电路测试：通过模拟实际负载条件，测试电源电路的性能，包括输出电压、电流、效率、峰值因数等；2.充电器测试：模拟各种充电条件，测试充电器的性能，包括充电电流、充电时间、电池状态等；3.电池测试：模拟各种放电条件，测试电池的性能，包括剩余容量、内阻、放电时间等；4.LED驱动器测试：测试LED驱动器的性能，包括输出电流、输出电压、效率、调光性能等；5.太阳能电池板测试：测试太阳能电池板的性能，包括输出电压、输出电流、效率等。
市场现状与展望目前，直流电子负载仪已成为电子测试领域中不可或缺的一部分。
尤其是随着新能源汽车、智能家居等产业的发展，对于电源电路测试的需求也越来越高，这为直流电子负载仪的市场提供了巨大的机会。
未来，随着科技的不断进步和市场的扩大，直流电子负载仪将会更加智能化、可靠性更高，同时也将会拥有更加丰富的功能和应用场景。
2014.07.23(简易直流电子负载)
XX年全国大学生电子设计竞赛简易直流电子负载（C题）【XX组】XX年X月X日摘要简易直流电子负载主要由恒流电路、电压电流控制电路、输出过压保护电路、电源电路和单片机控制与显示系统五部分组成。
直流电子负载是以MOS管电压转换电流原理为核心，以硬件反馈实现恒流为基础，以单片机控制为中心的高精度作品。
恒流部分的控制端采用运算放大器LM324接成闭环反馈控制形式，并用大功率MOS管作为恒流电路调整管，用水泥电阻做采样电阻，具有良好的调控线性和稳定性。
稳压电源部分设置由多个单电源为各部分电路供电。
显示部分采用液晶显示器，能够直观、方便地显示设定电流和实测电流数据。
系统达到了恒流稳定性高的效果，实时显示电压电流，输出电流为100mA~1000mA，步进为10mA。
直流负载热稳定性高，工作过程中基本不会因发热而产生偏差，且可以持续很长时间，具有过压保护功能，成本低廉，可靠性高。
关键字：电子负载；恒流电路；电压电流检测电路；过压保护电路。
目录1设计方案的论证与选择 (3)1.1系统整体方案 (3)1.2 各部分方案的论证及选择 (4)2电路原理分析与计算 (5)2.1恒流电路部分 (5)2.2控制电路部分 (6)2.3电源电路部分.................................................................................... 错误!未定义书签。
2.4过压保护部分 (9)2.5键盘与显示部分电路 (10)4测试方法与测试结果 (10)4.1测试方法 (11)4.2测试条件及仪器 (11)4.3 测试结果及分析 (12)4.3.1测试结果 (12)4.3.2测试分析 (13)5设计总结 (14)参考文献 (14)附录1整体电路图 (14)附录2源程序 (15)附录3测试数据 (15)附录4 元件清单 (16)简易直流电子负载（C题）【XX组】1设计方案的论证与选择1.1系统整体方案本系统主要由单片机控制模块、电源模块、键盘与显示模块、恒流模块以及过压保护模块组成，以恒流电路为核心，用键盘对单片机进行控制，再通过单片机内部D/A 输出控制MOS管等电路产生恒定电流，当直流稳压电源在一定范围内变化时，流过本直流电子负载的电流保持恒定。
电子负载四种功能实现的原理介绍
电子负载四种功能实现的原理介绍
在开关电源的调试中，充电器的测试中，电子负载起到了功不可没的作用，那么电子负载原理是什么呢？
一、电子负载原理- -简介
电子负载，英文名称为electronic load，是一种通过控制内部功率或晶体管的导通量来达到准确检测负载电压、精确调整负载电流功能的电子元器件。
电子负载主要可分完成恒流、恒压、恒阻、恒功率四大功能。
二、电子负载原理- -恒流模式
下图所示是一个最基本的恒流模式电子负载，电阻R1被称为限流电阻，其电压被限制为0.7V，因此可通过对R1阻值的改变来改变恒流值的大小，常用于一些功率较小且要求不高的场合中。
那么对于一些功率不小且要求高的场合怎么办呢？下图所示就是一个最常用的恒流电路了，当信号VREF给定时，OPO7的-IN小于+IN，使得MOS管加大导通量，进而使得取样电阻R3的电压大于VREF，-IN大于+IN，OP07减小输出，R3上电流减小，最终使得电路最终维持在一个给定值上，实现了恒流模式。
三、电子负载原理- -恒压模式
如下图所示是一个简单的恒压电路，仅由一个稳压二极管构成，其输入电压被控制在10V，无法进行调整。
恒压电路主要用于对充电器的测试，通过对输入电压进行缓慢调整来观察充电器的反应，但上图中的输入电压是不可调的，这怎么可以呢~让我们接着来看看输入电压可调的恒压电路吧~下图就是一个常用的输入电压可调的恒压电路，在图中，MOS管上的电压经过R3和R2的分压后送到运算放大器与定值进行比较，若电位器在10%即IN-为1V时，MOS。
简易直流电子负载
简易直流电子负载简介直流电子负载是一种可在实验室或工业环境中模拟负载条件以测试电源或电池性能的设备。
它通常用于测试电源效率、电池容量、保护功能等方面。
本文将介绍一款简易直流电子负载的设计和制作过程。
设计原理核心部件简易直流电子负载的核心部件是负载电阻和功率调节装置。
负载电阻通常由多个细丝电阻组成，通过调整细丝电阻的接入数量实现不同负载阻值的模拟。
功率调节装置则用于调节负载的电流和功率输出。
控制回路简易直流电子负载的控制回路由微控制器（MCU）和电流采样模块组成。
MCU 负责接收输入的控制信号，并通过与电流采样模块的交互来实现对负载电流的精确控制和测量。
显示与操作为了方便用户操作和监测电流输出，设计中还包括了显示屏和操作按钮。
通过显示屏可以实时显示负载电流、功率和设定参数等信息。
操作按钮则用于调整负载的工作模式和参数。
制作过程材料准备准备以下材料以制作简易直流电子负载：1.电阻：选用合适的多个细丝电阻，以满足不同的负载阻值需求；2.散热器：用于散热以保证负载的稳定工作；3.微控制器板：选用具备足够的IO口和ADC输入引脚的开发板；4.显示屏和操作按钮：选用合适的尺寸和接口的显示屏，以及用于操作调整参数的按钮。
电路连接按照设计电路图将电阻、散热器、微控制器板、显示屏和操作按钮等元件连接起来。
确保连接正确可靠，并注意保护电路免受短路和过流等问题。
程序开发根据控制要求，编写程序代码并烧录到微控制器板中。
程序应该实现以下功能：1.接收并解析用户的控制信号；2.根据控制信号调整负载电流和功率输出；3.实时采集并显示负载的电流、功率和设定参数。
散热设计在负载电阻和功率调节装置周围安装散热器，并确保散热器与电路紧密接触，以提高散热效果。
此外，还可以在散热器上添加风扇以增强散热效果。
完成调试完成以上步骤后，对整个系统进行调试和测试。
确保负载能够按照设定的电流和功率输出稳定工作，并能够准确采集和显示相关参数。
使用和注意事项使用简易直流电子负载时，应注意以下事项：1.确保输入电源符合设备要求，避免过压或过流对设备造成损坏；2.在使用高功率输出时，注意散热情况，避免设备过热；3.操作合理，并遵循设备的使用说明，以免发生意外和设备损坏。
电子负载原理
直流电子负载设计基础电子负载基本工作原理：1.恒压模式2.恒流模式3.恒阻模式4.恒功率模式恒流图中R1为限流电阻，R1上的电压被限制约0.7V，所以改变R1的阻值就可以改变恒流值，在上图中我们知道，在串联电路中，各点电流相同，电路要恒流工作，只要在串联回路里控制流过一个元件的电流就可以达到我们所控制的恒流输出。
上图是一个简易的恒流电路，通常用在一些功率较小及要求不高的场合里应用，那么在一些应用中这种电路就无能为力了，如：在输入电压为1V输入电流为30A，那么对于这样的要求这样的电根本无法保证工作。
这样的电路调节输出电流也不是很方便。
这个图是一个最常用的恒流电路，这样的电路更容易获得稳定及精确的电流值，R3为取样电阻,VREF是给定信号，电路工作原理是：当给定一个信号时VREF，如果R3上的电压小于VREF，也就是OP07的-IN小于+IN，OP07加输出大，使MOS加大导通使R3的电流加大。
如果R3上的电压大于VREF时，-IN大于+IN，OP07减小输出，也就降了R3上的电流，这样电路最终维持在恒定的给值上，也就实现了恒流工作。
如给定VREF为10mV，R3为0.01欧时电路恒流为1A，改变VREF可改变恒流值，VREF可用电位器调节输入或用DAC 芯片由MCU控制输入，采用电位器可手动调节输出电流。
如采用DAC输入可实现数控恒流电子负载。
电路仿真验证在上图中我们给定了Vin为4V-12V变化的电压信号，VREF给定50mV的电压信号，在仿真结果中输入电流一真保持在5A，电路实现了恒流作用。
恒压电路一个简易的恒压电路，用一个稳压二极管就可以了。
这是一个很简易的图，输入电压被限制在10V，恒压电路在用于测试充电器时是很有用的，我们可以慢慢调节电压测试充电器的各种反应。
图是10V是不可调的，请看下图可调直流恒压电子负载电路：图中MOS管上的电压经R3与R2分压后送入运放IN+与给定值进行比较，如图所示，当电位器在10%时IN-为1V，那么MOS管上的电压应为2V。
直流电子负载
电子负载的原理是控制内功率MOSFET 或晶体管的导通量(量占空比大小)，靠功率管的耗散功率消耗电能的设备，它能够正确检测出负载电压，精确调整负载电流。
一般开关电源电源的调试检测是不可缺少的。
这里选择了一种低成本的功率MOS 场效应管——IRF540。
IRF540是一种N 沟道增强型功率MOS 场效应管，可耐压 100V ，最大工作电流30A 。
左图是N 沟道增强型功率MOS 场效应管的表示符号。
工作时，在栅极G 和源极S 之间加上正电压 Vgs ，源极电流Id 将随着门源电压 Vgs 的变化而变化。
右上图为IRF540 的转移特性曲线，由IRF540的转移特性曲线可知，IRF540 是电压控制电流型器件，当栅源电压 Vgs 达到 3～4V 时，Vgs 同漏极电流 Id 几乎呈线性变化，直流电子负载恒流和恒压模式时，主要就工作在这个线性变化的区域。
直流电子负载的主要原理是MCU 对采集到的电压，电流数据与设定的电压，电流进行对比，然后根据误差来调整输出电压的大小，从而控制功率MOS 场效应管的导通量，对被测电池的输出电压，电流进行控制，达到按指定电压，电流放电的目的。
设计框图如下：功率MOSFET：主要是作为功率消耗器件，拟采用一组小功率的功率管IRF540并联组成功率消耗电路。
电流检测电路：主要是检测被测电源的放电电流，这里采用电阻电压法测量，即在功率MOSFET的源极串接上阻值很小的电阻，通过测量电阻两端的电压，由I=U/R 可计算出电流。
电流检测电路：主要作用是检测被测电源的工作电压，这里通过两个精密电阻分压得到0~4V的电压，通过跟随、滤波送至A/D。
A/D：这里使用MAX1303，内部基准电压4.096V。
D/A：这里使用MAX5444，外部基准电压2.5V，将MCU根据一定算法给出的数字控制信号转换成模拟电压用以驱动功率MOS场效应管。
驱动电路：主要作用是给功率MOSFET提供驱动电压，将D/A输出电压放大2倍。
简易直流电子负载
9.2 简易直流电子负载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。
它是由电子器件组成的模拟负载，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。
9.2.1 功能要求设计和制作一台恒流（CC）工作模式的简易直流电子负载。
技术要求：电流设置范围为100mA～1000mA ，设置分辨率为10mA，设置精度为±1%。
当电子负载两端电压变化10V时，要求输出电流变化的绝对值小于变化前电流值的1%。
具有过压保护功能，过压阈值电压为18V±0.2V。
能实时测量并数字显示电子负载两端的电压，电压测量精度为±（0.02%+0.02%FS ），分辨力为1mV。
能实时测量并数字显示流过电子负载的电流，电流测量精度为±（0.1%+0.1%FS），分辨力为1mA。
具有直流稳压电源负载调整率自动测量功能，测量范围为0.1%～19.9%，测量精度为±1%。
为方便，本题要求被测直流稳压电源的输出电压在10V以内。
9.2.2总体方案论证系统的关键在设计恒流源电路和高精度A/D转换电路。
1.恒流源电路方案【方案一】恒流源可以通过一个经典的数控稳压源来实现。
在输出回路串联一个电流取样电阻，通过实测电流与给定电流的比较，运用恰当的控制算法，调整输出电压使实测与给定两个电流相等，就可以达到恒流的目的。
此种方案最大的问题是：不论是输入电源电压变化，还是负载变化，都要经过一段时间才能使电流稳定。
【方案二】最好的方案是一个硬件的闭环稳流电路，稳流的过程几乎不需要时间。
图9.2.1就是一个典型电路。
根据集成运放虚短的概念可得：I L ≈ V i / RR为电流取样电阻，由于R固定，因此I L完全由V i决定，只要V i不变，则I L不变，这就是恒流原理。
对某一特定的V i下的I L，无论是V CC或是R L变化，利用负反馈的自动调节作用，都能维持I L的稳定。
电子负载原理
电子负载原理
电子负载是一种电子测试仪器，它可以模拟真实的负载情况，使用电流和电压来测试被测试设备的性能和稳定性。
电子负载的原理是利用功电晶体技术，通过对电流和电压进行控制，使其按照用户定义的负载曲线进行工作。
电子负载主要由电源和负载部分组成。
负载部分由一个或多个电力晶体管组成，通过控制其输入电压和电流，可以模拟各种负载情况。
而电源部分则提供所需的电能，以确保负载正常工作。
在电子负载的工作原理中，关键的几个参数是电流、电压和功率。
电子负载可以根据用户的需要，对这些参数进行调节和控制。
通过改变负载电流，可以测试被测设备在不同负载条件下的工作性能。
而改变负载电压，可以测试其稳定性和适应能力。
电子负载的主要应用领域是电源和电池测试，以及电子设备和组件的性能评估。
在电源测试中，电子负载可以模拟各种负载情况，从而评估电源的输出性能和效果。
在电池测试中，电子负载可以模拟真实的负载条件，对电池的容量和工作时间进行测试和评估。
在电子设备和组件的测试中，电子负载可以对其工作性能和稳定性进行验证。
总之，电子负载是一种重要的电子测试仪器，通过模拟真实的负载情况，可以对被测设备的性能和稳定性进行评估。
其工作原理是利用功电晶体技术，通过控制电流和电压来模拟负载条
件，并通过调节这些参数来控制负载情况。
电子负载主要应用于电源和电池测试，以及电子设备和组件的性能评估。
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图2
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4 恒阻工作模式原理简介
恒阻功能，在有些数控电子负载中并不设计专用电路，而是在恒流电路的基 础上通过MCU 检测到的输入电压来计算电流，达到恒阻功能的目的，但这种 方法响应较慢，只适用于输入变化较慢，且要求不高的场合。专业的恒阻电子 负载都是由硬件实现了通过R3的电流。这样电路始终维持在恒定的 电流给及上，实现恒流工作。
图1
通过改变VREF的可改变恒流值，VREF可用电位计调节输入或用DAC芯片有 MCU控制输入。采用电位计可手动调节输出电流，如果采用DAC可实现数控恒流 电子负载。
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3 恒压工作模式原理简介
1 直流电子负载器工作模式
1、恒流工作模式 2、恒压工作模式 3、横阻工作模式 4、恒功率工作模式
2 恒流工作模式原理简介
图1是一个常用的恒流电路，通过此电路很容易获得稳定精确的电流值。R3为 取样电阻，VREF是给定信号。当给定一个信号VREF时，如果R3上的电压小于 VREF，也就是VOP07的-IN小于+IN，VOP07加大输出，增大MOS的导通程度， 从而加大通过R3的电流。如果R3上的电压大于VREF，-IN大于+IN，OP07减小输
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图3
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图3为恒阻电路，A和B两点的电压通过R4加在LM358的+IN脚，也就控制了 R1上的电压，从而控制了R1中的电流。这样，AB两点的电压比上电路中的电流， 也就是AB两点的等效电阻。当AB两点电压变化时，R1上的电压也随着变化，从而 通过R1的电流也相应的变化，保证了电路的恒阻特性。
5 恒功率工作模式原理简介
乘法器
给定信号
反相器
电平移 位电路
驱动
图4
INPUT 功率MOS
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恒功率功能大部份电子负载都采用恒流电路来实现，原理是MCU 采样到输入 电压后根据设定的功率值来计算输出电流。当然也可以采用硬件方法来实现恒功率 功能。图 4是通过硬件实现恒功率的方块图。
6 直流电子负载器在试验中的应用
从以上可以看出一般的电子负载器都是主动负载，它通过外部电路来作出相应 的调整，以此来达到相应的工作模式。所以在应用直流电子负载器时，我们邀考虑 到它的主动特性。特别是设备校验的时候，如果拿一个主动负载来验证一个主动性 电源供应器，那么它们之间会相互回馈影响测试结果，此点应特别注意。
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知识回顾 Knowledge Review
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