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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