电子负载的工作原理

更新时间：2026-01-21浏览：84次

电子负载的基本作用

电子负载在电力电子实验中扮演着至关重要的角色，它不仅替代了传统的电阻负载，还具备广泛的调节范围和简便的操作方式。其独特之处在于能够模拟恒流或恒压负载，从而为验证变换器的各种特性提供了便捷的途径。

电子负载的工作原理

电子负载的核心部件是半导体器件，这些器件通过调整控制信号，能够模拟出恒流、恒压、恒阻等多种特性。

电子负载的工作原理

◉ 恒流电子负载

一个简易的电子负载通常运用运放来控制MOSFET，并收集MOS的电流和电压等参数，形成闭环控制。无论是恒流、恒压还是恒阻，只需采集所需参数并经过相应运算，即可实现所需的闭环特性。

值得一提的是，恒流电子负载在测试恒压输出的变换器方面表现出色，尤其适用于电池放电测试。通过采集电池路端电压的变化，可以有效地检测电池的放电特性。

电子负载的工作原理

上图展示了恒流电子负载的电路设计。在这个电路中，Rs作为电流检测电阻，被安置在MOS的源极位置。为了增强电路对温度变化的适应性，通常会选用对温度不敏感的康铜丝来作为电流检测元件。Rs的阻值通常设计得相对较小，这样能够确保运放对采样电压的敏感性，同时避免占用过多的输入电压，从而在低压小电流状态下保持电路的准确性。Vref作为给定输入端，其电压值可调，电子负载的恒流状态即据此变换。具体的恒流值计算公式为：Vref/Rs。Vref可以通过单片机DAC进行输出，同时，键盘和液晶屏分别用于设定和显示相关参数。

◉ 恒压电子负载

此外，恒压电子负载主要用于测试恒流电源。当电源本身也是恒压输出时，则不适合直接进行浪涌测试。在恒压模式下，将输入电压作为反馈信号，通过调整MOS的导通状态来达到测试目的。

电子负载的工作原理

上图展示了恒压电子负载的反馈机制。在此电路中，输入电压经过分压后，被引入运放的反馈端，同时运放的正输入端连接给定信号。通过比较分压值与给定值，运放输出相应电压，进而控制MOS的导通与关断。当分压值低于给定值时，运放输出降低，MOS关闭；反之，则运放输出上升，MOS开启以释放电荷。恒压值由公式Vref(Rh+Rl)/Rl计算得出。

◉ 恒阻电子负载

此外，关于恒阻负载，实际上并无直接方法能在无外加激励的情况下测量回路电阻。在恒阻电路中，通常通过对比电压和电流的值来推算电阻，这种计算方法在电路中被称为运算获得法。

电子负载的工作原理

恒阻电路的稳定性依赖于电压和电流反馈值的相等或成比例，通过设计负反馈回路，电路能够自动趋向于稳定状态。然而，此图中并未展示给定信号，因为该图所体现的电阻值是固定的。若需实现可调整的电阻值，可以通过在反馈回路中插入可编程增益来实现。一种简单方法是使用数字电位器替换Rh和Rl，利用单片机控制其分压比，但数字电位器的成本可能较高。另一种选择是在反馈回路节点增加一个拉电阻，以提供可编程偏移量，从而在有限范围内控制恒阻负载的阻抗。

上图展示了一种实用的解决方案，其中在分压点引出一个电路，并将其连接到Vref。通过引入Vref，可以调整运算放大器的正输入点的分压值。为了得到正确的分压值，需要依据相应的计算公式进行反算以确定给定值。此外，这个偏移电阻也可以被连接至电流的反馈回路中。