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在測量AC-DC和DC-DC電源、功率器件、電池、電池充電器等輸出能量或消耗能量時都需要負載，傳統的方法是利用固定電阻和可變電阻器來充當被測負載。一種新興的電子儀器和測試設備一-電子負載應運而生，他利用功率器件模擬電阻器，具有很強的操作靈活性。目前，電子負載技術發展的比較成熟，就其類型來說，一般有具有定電流(CC)、定電阻(CR)、定電壓(CV)、定功率(CP)等工作模式。研究和開發新型的低成本的電子負載也成為一項有意義的工作。 1 恒流型(CC)電子負載結構框圖介紹 恒流型(CC)電子負載是用來測試電壓源的多種性能的專門設備。本文介紹一款恒流型電子負載的新方案，他基于反饋控制理論，采用模擬PI調解器，控制N溝道大功率MOSFETDE的導通強度，實現對被測電流的無靜差控制。其控制精度高，電路簡單，成本低廉。圖1為恒流型電子負載的結構框圖。直流穩壓電源框是一款直流穩壓電源電路，他提供恒流設定電壓、PI調節器工作電壓、電流檢測和轉換電路的工作電源，要求必須具有的功率輸出和較高的電壓穩定指標。恒流設定電路可提供線性的可調負極性電壓輸出。PI調節器由普通的運算放大器構成，PI參數用實驗的方法調為最佳。執行機構為N溝道MOS管或MOS管組。 [/table][table] 2 控制電路設計及實驗研究 要實現一個無靜差調節控制，就必須采用比例一積分一微分控制規律。對本控制對象，采用比例一積分(PI) 控制就能滿足要求。硬件電路如圖2所示。電路主要由倒相器，PI調節器，MOS管和霍爾電流傳感器組成。設計時一般從控制對象或執行單元進行。首先需要確定的是執行單元的傳遞函數，即MOS管的放大系數Ks的確定。 2．1 MOS管的放大系數Ks的確定 測試電路如圖3所示。被測電壓源功率足夠大，輸出電流滿足測試要求。調節給定電位器W，測取MOS管G極電壓UG和流過MOS管D-S極的電流IO得到一組實驗數據記錄在表1中，從表中可以看出，當UG≤2．5 V時，MOS管不導通，IO=0，稱為死區。在UG>2．5V后，MOS管開始導通，當UG>3．3 V后，其關系呈線性變化。在線性段求取KS。 2．2 電流反饋系數β的確定 也就是霍爾電流傳感器轉換系數的確定。設計中用到的電流傳感器為霍爾傳感器，輸入為電流，輸出為電壓，經測試確定霍爾系數K=0．8 V／A，即當傳感器的輸入端電流為l A時，輸出端的電壓為O．8 V。β=K=0．8 V／A。 2．3 PI調節器靜態放大系數Kp的確定 根據負反饋閉環控制原理有：K=βKpKs=1得：Kp=l／βKs△0．875 V／A。根據此值，選取調節器輸入、輸出電阻值，以滿足RF／RI=Kp。 2．4 各電壓極性的確定和控制原理簡述 各電壓極性一般是由后向前推得，MOS管的控制電壓UG為正(+)，也就要求PI調節器的輸出為正(+)，又考慮到霍爾電流傳感器的輸出始終為正(+)，為了構成負反饋控制，則PI調節器的給定電壓應為負(一)。所以PI調節器采用負相輸入，由前一級的倒相器將由電位器w產生的可調正電壓變為可調的負電壓，作為恒流設定值加在調節器的輸入極，與由霍爾電流傳感器提供的電流反饋電壓進行比較，根據偏差量和正負極性由PI調節器實現比例一積分調節，以實現電流(IO)恒定。改變積分電容的大小，以滿足響應快速性和穩定性要求。 3 實驗研究結果 表2是實驗實測數據，從數據規律看，UGD(電位器w)和MOS管漏、源極電流IO成較好的線性關系。且IO／UGD=1／β=1／0．8=1．25。實驗中的調節響應的快速性和抗擾性能都能調為最佳。 4 幾點說明和改進措施 (1)由于采用了PI調節器，MOS管的死區不必專門設計電路來消除，MOS管的非線性在閉環內自行消除。 (2)根據被測設備的性質(阻性，感性，容性)，總可以通過調節PI參數，以保證其快速性，穩定性和抗擾性要求。 (3)該系統具有很強的可擴展性能。可實現數字給定和調節控制。 (4)對于要求測試電流較大時，可以考慮用多只MOS管的并聯組合來擴大負載容量，如圖4所示為2只MOS管的并聯組合，在此情形下，Ks'=mKs；Kp'=Kp／m，m為所并MOS管的只數。 |
