哈哈哈,第二更來晚了,手上雜事太多了,下面來說說關于電子負載的一些原理圖設計,下面是正文。
電子負載在設計原理圖時可以簡略的分為功率、控制、電源等幾大部分,功率部分主要是MOS的控制電路,控制部分就很雜亂,幾乎所有的保護電路和輔助控制都在這一部分,然后就是電源部分,之所以將電源拿出來單獨說是因為電源對負載的影響還是很大的,如果電源質量很渣的話負載很有可能導致負載振蕩,情況好的話就是負載電流不準確,嚴重的就是直接炸雞。。。。。
先說功率部分吧,這部分來來回回改了三次,算是比較滿意的,先看圖
哈哈哈,直接QQ截圖快捷又簡單,這是MOS管部分的電路,一共十只管子,每個管子的電路都是一樣的采樣電阻用的直徑2mm的20mR錳銅絲(或者康銅絲?)電阻,每個管子設計的電流最大會有5A,直徑太細了估計溫飄會很大。
這部分就是實現電子負載恒流、恒壓、恒功率、恒阻等一系列負載模式的關鍵電路。電流采樣信號IFB1經過運放進行放大,放大后的電壓經過R1送到358的2腳與基準電壓REF進行比較并輸出一個誤差電壓去控制MOS管柵極G1來控制電流大小,最終將電流穩定在設定值。
之所以說這個電路關鍵就在于這個電路是實現MOS管均流的基礎,大功率的電子負載都是通過增加MOS管數量來增加功率的,MOS管并聯就會存在均流問題,特別是CV、CP、CR三個模式更需要MOS管有很好的均流效果。
仔細看看上圖,會發現他和網上常見的恒流控制有點小區別,可以和下圖進行對比
首先一個,運放的供電變化了,當然并不是指供電電壓值,而是供電方式由單電源變為雙電源供電了,另一個就是放大部分的區別,可以看到他們一個是差分放大,一個是同相放大器?,F在來說說做這些修改的原因,關于供電,普通運放單雙電源供電的區別就在于輸出擺幅和輸出0V的區別,在電子負載中輸出擺幅我們并不關心,而輸出0V的能力我們就很關心了,單電源供電的運放是沒有辦法輸出一個很接近0V的電壓的,哪怕是軌到軌運放也不行,當是雙電源供電就可以解決這個問題,它可以輸出一個真正的0V,雙電源供電的另一個作用就是可以輸出負壓將MOS“關死”,在一些控制和保護中很有用,這部分在后面的敘述中有講。
然后就是同相放大改差分了,因為MOS數量較多而且距離很遠,這個時候地平面就是個問題了,如果采用同相放大電路,會因為地平面的問題造成MOS管不均流,這個問題已經在我的第二版負載中體現出來了,離REF近的MOS電流最大,離最遠的那個MOS電流最小。差分放大就不存在這個問題,差分放大不存在參考地這個問題,這樣的話地平面的對MOS的均流影響就很小了。
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前面是對功率部分的簡單敘述,現在來說說一些控制和保護方面的,電子負載第一個需要考慮的就是反接保護,因為反接后電流會從功率MOS的體二極管流過,完全不受控,簡單的反接保護就是串保險絲或串二極管,串保險絲的問題就是要么反接炸保險,炸一次換一次保險,麻煩,要么保險余量選大了熔斷不及時,串二極管的主要缺點就是過電流能力受限于二極管的電流大小和散熱處理,小于10A的電流用二極管還是最劃算的。復雜點就是用MOS或者繼電器,繼電器存在的問題也是過電流的能力以及觸點的壽命,但是它也有優點,就是出現過壓或者因MOS損壞出現過流時可以完全將負載和被測電源斷開,用MOS做反接保護的優點就是可以過很大的電流,體積也可以相對的做小,缺點嘛就是過壓時不能斷開負載,或者MOS損壞時不能斷開與電源的連接,與繼電器的優缺點是相對的。
這次電子負載的反接保護用的是MOS,因為電流比較大(雖然后來發現電子負載并帶不了那么大的電流。。。。),反接保護用的普通比較器LM393,電路圖如下
R3 R4從5V基準哪兒分得一個很小得電壓(大約20mV)送入LM393得2腳,3腳同相端為電壓采樣輸入,當沒有輸入電壓或者輸入反接時比較器輸出低電平到6腳,因為5腳為5V,比較器輸出一個高電平作為空載保護信號至控制端。具體保護電路如下
圖中D1為6.2V穩壓管
輸入啟動為高時,D1被擊穿三極管導通將REF拉低至負電壓,負載停止工作,當由正確的輸入電壓時,輸入啟動為低電平,D1截止,三極管關閉,REF恢復為正常的電壓,負載開始正常的工作。
啟動控制和過溫保護原理和上述保護一樣。
過流和過功率保護電路圖如下
由于設計時考慮不周,R6在實際調試中更換為1N4148
他的保護原理很簡單,MUL為乘法器輸出的功率信號或者為輸入總電流的電流信號,當出現過功率或者過流時Q1導通將REF電壓拉低進行功率或者電流限制,這部分的環路速度需要快一點,才能保證出現故障時能夠快速的將REF降低。
最后就是電源部分,這部分設計的很簡單,控制部分直接用三端穩壓得到+12V和-5V,如圖
因為后續會加一個數控功能,所以另外用一顆降壓芯片穩壓出一個12V給單片機供電。如下圖
風機供電被我獨立出來了,連同風機控制也獨立出來了,因為在之前的版本中發現風機啟動后對負載部分的干擾還是很大的,特別是環路沒有調試的很好的時候可以直接將環路干擾的振蕩,風機部分如下圖
原理圖設計基本就這些,后續單片機部分要是做好了的話我會更新到這篇文章的后面。這一更就到這吧,如果有問題的話歡迎大家在評論區討論,當然,要是原理圖有問題的話我更歡迎大家在評論區提出來,避免將別人誤導了,哈哈哈。