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一款用LM324运放为主控器件的电子负载仪
LM324 Electronic load

时间:2013-1-25 22:20:00 来源:互联网 作者:不详 编辑: 【关闭


一款用LM324运放为主控器件的电子负载仪,LM324 Electronic load

关键字:LM324,电子负载电路图

作者:张汉屏
  整个仪器由电子开关、斜波发生、电流检测放大、比较调节、PWM驱动单元组成。
  该仪器可对12~48V电源和电池进行放电性能测试,最大电流为20A;操作非常方便;由Kl控制放电投入或切出;W1调节电流幅度大小;W2调节欠压值。
  其电路如下图所示。图中,ICIA、R1~R4、Q1、C3、C4、D1组成斜波发生电路。其中,R2、R3分压为IC1A反相输入端基准电压;而同相输入端接C3通过R1充电。
 
  初始时IC1A输出低电平;当C3电压上升大于反相基准时,ICIA输出为高电平;经D1、R4使Q6导通,致C3瞬间放电为0V。此时ICIA输出翻转为低电平。又重复上述过程。
  如此周而复始,C3接连产生类如锯齿波脉冲,锯齿最大幅度略低于反相端基准电压,该脉冲送ICIB反相端作为PWM周期比对脉冲;而ICIB同相端输入控制信号:此信号由经ICID单元与电流反馈信号比较处理后输出。可以看出:如果控制信号幅度小于脉冲信号幅度,则ICIB输出低电平;而控制信号大于脉冲信号幅度,ICIB输出高电平。所以控制信号幅度变化转换为输出脉冲宽度变化;且每个锯齿波周期内信号幅度越大,ICIB输出脉冲越宽。信号幅度越小,IC1B输出脉宽越窄。
  显而易见,IC1D输出的脉冲宽度变化,使场效应管每周期导通时间变化,即可达到控制负载电流的目的。这就是各类PWM控制的基本原理。PWM方式的应用,既使功率器件工作在能耗极小的高频开关区域,又能使功率器件产生等同线性工作时的控制效果。
  R12、R13、R14、IC1C组成电流取样放大部分,作用是将电流变化转换成一定幅度的反馈电压。其增益为10倍,由调节R13与R12比例决定。ICIC输出信号作为电流反馈信号输运到ICID单元作比较处理。
  ICIC输出送至ICID反相端,与同相端电流给定信号作减法运算。电路中R15、R16、R17、R18阻值相等,构成一个标准减法器。图中为给定电压减去反馈电压。这可以理解为一旦给定电压确定后,如果由于某种原因电流上升,则ICID输出电压下降;由于电池电压下降导致电流下降时,IC1D输出电压上升。由于IC1D的作用,在很大程度上补偿了放电电流波动时的幅值变化,使之接近恒流放电情况。
  R7~R10、Q1、Q2、Q3、Q4组成PWM驱动电路。IC1B输出高电平时,Q1、Q2、Q3导通,Q3导通使Q5(场效应功率管)得到接近15V的栅压而导通,此时Q4反偏截止。ICIB输出翻转为低电时.Q1、Q2、Q3、截止,Q5栅压消失,此时,Q4正偏置导通,使Q5栅极快速放电而可靠关断!
  Q3、Q4对管的作用是:以足够的驱动功率克服场管的栅、源的电容效应使Q5可靠开关。
  这是一个用于场效应管的经典电路,非常可靠,驱动能力也很强,笔者曾用来驱动数百安培的大功率器件,效果很好。
  用于电池欠压保护的电路由R20、R19组成电压取样至IC2反相输入端。6.3V由R21、W2、R22组成欠压设定电路,设定电平信号至IC2同相输入端。在电源电压取样信号大于设定信号时;IC2输出为低电平,此时,T1不动作。一旦电源电压取样信号小于设定信号时,IC2输出端翻转为高电平,T1导通并自锁。T1导通,使Q1失去偏压而截止,中断了PWM驱动信号的传输,使电子开关随机关断,达到电池欠电压保护的目的。T1的自锁是为了防止关闭放电后,电池端电压回升使IC2输出翻转,系统重新进入工作区而频繁开关激发机振的必要措施。
 
一款用LM324运放为主控器件的电子负载仪LM324 Electronic load
 
  Q5选用I×FK120N20,参数为120A/200V/10mΩ,配用150X100散热器;另外配置12V/0.35A仪表风机强制风冷。对于保护场效应管的安全也是非常必要的。
  图中R×1为大功率电阻,阻值为0.75Ω,功率为300W。此电阻加入虽然大大降低了功率VMOS管承受的功耗,但是亦带来一个问题:在不加R×1的情况下,可测试很低电压的电池,如3.6V的动力锂电池的10A放电检测;加上R×1以后,等同Q5增加了0.75Ω的导通电阻,实际只能达到最大4.8A放电值。所以在单体电池大电流检测上,应该短接R×1,以达到预期效果。
  对于超过20V的电源,此电阻效果很显著,如24V电池以20A放电为例,此时电子开关须承受总计480W功率,可以计算出RX1分担了其中300W。实际上采购符合功率、阻值要求的功率电阻颇不容易,而且价值非常昂贵。下面介绍一种适合业余条件下制作该电阻的方法:材料系用2~5kW的电热丝,截取多段并联达到需要阻值和功率。注意尽量使每段阻值一致,保证流过电流相同。至于其联接方法,为尽量减少系统电阻,不宜用接插方式,应尽量使用焊接方式。但电热丝不易上锡怎么解决?
  先把电热丝头用铜软线紧密排绕一定宽度;然后以常规方式上锡;上锡前把电热丝头弯折,防止铜线滑出。
  这样就可以把很难上锡的电热丝实施焊接连接了。
  土制的R×1在大电流值工作时,发热很厉害。
  散热的方法可以用强制风冷,但是并不理想,最好的方式还是水冷,即把电热丝放在一定容积的水槽中即可。但焊接点必须用树脂涂复或热缩管保护,而且由于电化作用,电热丝寿命也不可能很长。如果能找到一些变压器油(或汽车水箱防冻液)代替水作为冷却介质的话,那就比较理想了。
  显示仪表选用数字表头,最好采用220V供电的那种。注意:电流表与电压表不能共用5V电源,否则引发读数不准,甚至损坏表头。
  仪器使用:接好220V电源,放电开关置关位置,W1反旋到底,接上放电电源(电池和各类电源)。
  然后把放电开关置放电位,调节W1至合适放电电流值即可。
  欠压值没定:接上一个可调节电源,放电电流调节至0.5~1A,调整可调电源至欠压值,如21V;再细心调节W2旋钮至电流表读数消失,证明W2已调节到21V欠压值;然后关闭仪器电源(使T1复位)再重启电源,接上被测电池,调节合适的电流值即可。当然每次欠压保护后,必须使Tl复位。


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