電子負載制作指南
一、恒流模式電子負載的制作原理
在恒流模式下，電子負載能夠在一個穩(wěn)定的電流值上運行，即使輸入電壓發(fā)生變化。為了實現(xiàn)這一目標，我們可以利用 MOS 管的線性區(qū)域特性，將其作為可變電阻來消耗電能。
（一）MOS 管的特性與控制
當 MOS 管處于恒流區(qū)（即放大狀態(tài)）時，只要 Vgs（柵源電壓）保持恒定，Id（漏極電流）就不會隨 Vds（漏源電壓）的變化而變化，從而實現(xiàn)了 MOS 管輸出回路電流的恒定。通過改變 Vgs 的值，就可以精確地調(diào)節(jié)輸出回路中恒定電流的大小。
（二）運用運放進行驅(qū)動和控制
在實際應用中，我們通常會使用運算放大器（運放）來對 MOS 管進行驅(qū)動和電壓控制，以實現(xiàn)電壓 - 電流的轉(zhuǎn)換。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可以采用電壓基準來固定輸入電壓。
如圖 1 所示，采樣電阻 Rs 與運放構(gòu)成了一個比較放大電路。MOS 管輸出回路的電流經(jīng)過 Rs 轉(zhuǎn)換為電壓后，反饋到運放的反相端，從而實現(xiàn)對 Vgs 的控制，進而使 MOS 管輸出穩(wěn)定的電流。
當給定一個電壓 VREF 時：
若 Rs 上的電壓小于 VREF，即運放的 - IN 端電壓小于 + IN 端電壓，運放會增加輸出，使 MOS 管的導通程度加深，導致 MOS 管輸出回路電流增大。
相反，若 Rs 上的電壓大于 VREF，- IN 端電壓大于 + IN 端電壓，運放則會減小輸出，使 MOS 管減少輸出回路電流。
最終，電路會在 VREF 設定的值上達到平衡，實現(xiàn)恒流工作。輸出電流 Id=Is=VREF/Rs，這表明只要 VREF 保持不變，Id 也就保持恒定，從而實現(xiàn)了恒流輸出。若需要改變恒流值，可以通過調(diào)節(jié) VREF 來實現(xiàn)。VREF 可以通過電位器調(diào)節(jié)輸入，也可以采用 DAC 芯片由 MCU 控制輸入。使用電位器可以方便地手動調(diào)節(jié)輸出電流。
二、實用電子負載電路的制作
圖 2 展示了一個實用的電子負載電路，其原理與上述基本恒流電路相似。
（一）電路組成與功能
R1 和 U2 構(gòu)成一個 2.5V 的基準電壓源。R2 和 Rp 對這 2.5V 電壓進行分壓，得到一個參考電壓并送入運放的同相端。MOS 管輸出回路的電流 Is 經(jīng) Rs 轉(zhuǎn)換為電壓后，反饋到運放的反相端，從而實現(xiàn)對電壓 Vgs 的控制，確保 MOS 管輸出回路電流 Is 的穩(wěn)定。
（二）電容的作用
電容 C1 在電路中有兩個主要作用：
消除雜波，濾除高頻噪聲，提高電路的穩(wěn)定性。
減緩電壓變化速度，盡量減少 MOS 管柵極電壓的高頻變化，降低振蕩的風險。
可以根據(jù)分壓公式計算負載能夠吸收的最大電流。
三、器件選型要點
（一）運放選擇
由于該電路主要用于直流應用，因此無需過多考慮單電源工作的問題。但需要關(guān)注運放的輸出電壓范圍，以確保 MOS 管能夠在安全的線性區(qū)內(nèi)工作。出于成本考慮，可以選擇 LM358 運放，其內(nèi)置的另一個運放可以用于保護功能。
（二）MOS 管選擇
負載輸入電壓主要受到 MOSFET 的漏極到源極電壓（Vds）額定值和電流檢測電阻器值的限制。在將電源連接到負載時，必須仔細計算功耗，確保 MOSFET 始終處于安全操作區(qū)域（SOA）內(nèi)。否則，如果管芯溫度超過安全余量，MOSFET 可能會損壞。這里推薦選擇常用的 IRFP462 MOS 管。若需要實現(xiàn)大電流輸出，可以考慮將多個 MOS 管并聯(lián)使用。
（三）電壓基準選擇
TL431 是一款輸出電壓可調(diào)的基準電壓源。配合合適的外圍電路，它可以在較寬的范圍內(nèi)輸出質(zhì)量較好的基準電壓，非常適合用于本項目。
（四）功率電阻選擇
功率電阻的選擇一定要留有足夠的余量，以保證在高功率條件下能夠穩(wěn)定工作。黃金鋁殼電阻是一個不錯的選擇。如果需要制作幾十安培的大負載，可以考慮使用分流器電阻。
通過上述步驟和要點，您可以成功制作出一個性能穩(wěn)定、可靠的電子負載。
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