电子负载的工作原理

分解：负载和电阻；

负载，顾名思义，是指电路中连接在电源两端的电子元件。主要功能是将电能转换成其他形式的能量，实现能量转换。负载电阻是电阻的一种，指电路中的“负载”，即电路中工作设备的电阻。例如，照明电路中灯泡的电阻就是负载电阻。

从广义上讲，负载是给电源造成负担的实体。电子负载包括各种电器。从狭义上定义，电子负载是一个可调（或等效）电阻。一般也可以工作在一种或多种工作模式下，包括恒流、恒压、恒阻、恒功率等。

1：电子负载的用途：

严格来说，所有功率输出的产品都需要进行测试。测试需要使用相应的产品（或适当的负载）。为此，可以使用固定电阻来模拟实际产品，并对具体的电源参数进行测试和老化。但是要测试电源产品的各种参数，轻载、满载、重载，尤其是参数需要改变的时候，这时候就需要电子负载了。电子负载可以在一定范围内调节各种参数，恒压、恒流、恒阻、恒功率等。

2：电子负载常用模式：恒流模式、恒压模式、恒阻模式。

恒流模式（见下图）

CC模式原理图

图中，R1为限流电阻，Q1为功率管。当运放正端电压高于负端时，输出高电压推动Q1拉动负载电流。当B点检测到的电压值与A端检测到的电压值相似时，达到平衡值。此时MOS管的电压是恒定的。当A端电压升高时，B点电压也升高，电流增大；将B点的电压值限制为与A点基本相同，达到平衡，从而达到恒流的目的。因此，在控制时，只需要用一个小电阻来控制A端的电压即可实现恒流。表1是显示输入电压与输出电流之比的柱形表。

从表1可以看出，输出电流仅与电压有关，与输入电压无关。表1

恒流电子负载模式用于需要恒流放电的电子产品，如各种充电器、功率输出产品等。

恒压模式（见下图）

CV模式原理图

图中，R1为限流电阻，Q1为功率管。当运算放大器的正端电压高于负端时，输出高电压驱动Q1拉动负载电流。当A点检测到的电压值与G端检测到的电压相近时，达到一个平衡值，此时MOS管的电压恒定。当电源VCC电压升高时，A端电压升高。由于G端电压保持不变，此时运算放大器导通，Q1的负载电流增大，从而拉低电源电压，A端电压下降。最后，A点电压下降。电压与G点电压相等，达到平衡。改变电阻R2和R3的分压比，可以改变控制电压与输出电压的比值。

电源电压、输出电压与控制电压关系表（见表2）

可见，输出电压与输入电压无关，输出电压仅与控制电压有关。

表2

恒压模式主要用于各类LED产品，因为LED电压必须考虑各种配置的LED数量。如果将电子负载设置到各个电压点，就可以检测到某个电压点的电源运行情况。

恒阻模式（见图5、图6）

CR模式示意图

图中，R1为限流电阻，Q1为功率管。当运放正极高于负极短路电压时，输出高电压驱动Q1拉动负载电流。当A点检测到的电压值与G端检测到的电压值相似时，达到平衡值。

当控制电压值为0.1V、输入电源电压为12V、输出电流为1A时，计算出的电阻值为

12V/1A=12R；当单电源电压升至24V时，我们再计算一下。此时A点电压也因VCC的增加而上升至0.2V；因此，此时B点电压上升至0.2V。电流变为2A并达到平衡。电阻计算如下

24V/2A=12R。从实践中可知，输入电压的变化会导致检测电压成比例增加，电流也成比例增加。最终的结果是电阻保持不变，达到恒阻的目的。

表3为输入电源电压和电阻设定为具体值时的参数表。

从上表可以看出，设定电阻=输入电压/输出电流，也就是说当电压变化时，电流也会变化。整个阶段电阻值保持不变。当电阻改变时，电流也会改变。对于恒阻电子负载来说实现起来比较困难，所以有些电子负载没有专门的硬件电路来实现，而是使用MCU通过CC模式来计算。这种恒阻方式响应速度会较慢，可用于要求不高的环境。为了在一定的条件下使用，专业的恒阻电子负载是通过硬件实现的。

其实电子负载的变种模式有很多，比如恒功率、恒压、恒流等，基本上都是根据以上几种来计算的。

3：工业电子负载设计

负载设置是一个比较复杂的电路，需要完成以下几个方面：

（1）一个完整的与计算机通讯的设备，除了实用之外，还必须有一个比较友好的界面，如下图，用户需要能够看到各种参数，这就涉及到通讯。工业上常用的可靠、简单的通讯接口是485接口，采用Mudbus通讯协议。

(2)电源稳压电路电子负载作为产品老化的测试设备，首先需要保证自身产品的稳定性和可靠性。

来源必须稳定。当两个电子负载同时使用时，也需要相互隔离。因此，每个电子负载必须保证其与电源的有效隔离。

(3) PWM稳压调整电路目前大多数电子负载均采用MCU控制电路，调整的电压值大多为

它们都是在PWM 输出后经过滤波。这时就需要保证滤波后的直流电稳定、波动小。否则，最终的电子负载将会出现较大的波动，甚至崩溃，损坏整个产品。

(4) 一个完整的电子负载除了需要输出特定的电压控制电压和电流进行信号采集外，还必须能够

采集实际的电流和电压值就足够了，以便于形成闭环控制，了解实际产品是否满足要求。

（5）实际电路下面是作者针对电流为0-8A的电子负载设计的实际电路。其原理（见图8）：