基于反馈控制的恒流型电子负载的实验研究

在测量ac-dc和dc-dc电源、功率器件、电池、电池充电器等输出能量或消耗能量时都需要负载，传统的方法是利用固定电阻和可变电阻器来充当被测负载。一种新兴的电子仪器和测试设备一-电子负载应运而生，他利用功率器件模拟电阻器，具有很强的操作灵活性。目前，电子负载技术发展的比较成熟，就其类型来说，一般有具有定电流(cc)、定电阻(cr)、定电压(cv)、定功率(cp)等工作模式。研究和开发新型的低成本的电子负载也成为一项有意义的工作。

1 恒流型(cc)电子负载结构框图介绍

恒流型(cc)电子负载是用来测试电压源的多种性能的专门设备。本文介绍一款恒流型电子负载的新方案，他基于反馈控制理论，采用模拟pi调解器，控制n沟道大功率mosfetde的导通强度，实现对被测电流的无静差控制。其控制精度高，电路简单，成本低廉。图1为恒流型电子负载的结构框图。直流稳压电源框是一款直流稳压电源电路，他提供恒流设定电压、pi调节器工作电压、电流检测和转换电路的工作电源，要求必须具有的功率输出和较高的电压稳定指标。恒流设定电路可提供线性的可调负极性电压输出。pi调节器由普通的运算放大器构成，pi参数用实验的方法调为最佳。执行机构为n沟道mos管或mos管组。

2．1 mos管的放大系数ks的确定

测试电路如图3所示。被测电压源功率足够大，输出电流满足测试要求。调节给定电位器w，测取mos管g极电压ug和流过mos管d-s极的电流io得到一组实验数据记录在表1中，从表中可以看出，当ug≤2．5 v时，mos管不导通，io=0，称为死区。在ug>2．5v后，mos管开始导通，当ug>3．3 v后，其关系呈线性变化。在线性段求取ks。

也就是霍尔电流传感器转换系数的确定。设计中用到的电流传感器为霍尔传感器，输入为电流，输出为电压，经测试确定霍尔系数k=0．8 v／a，即当传感器的输入端电流为l a时，输出端的电压为o．8 v。β=k=0．8 v／a。

2．3 pi调节器静态放大系数kp的确定

根据负反馈闭环控制原理有：k=βkpks=1得：kp=l／βks△0．875 v／a。根据此值，选取调节器输入、输出电阻值，以满足rf／ri=kp。

2．4 各电压极性的确定和控制原理简述

各电压极性一般是由后向前推得，mos管的控制电压ug为正(+)，也就要求pi调节器的输出为正(+)，又考虑到霍尔电流传感器的输出始终为正(+)，为了构成负反馈控制，则pi调节器的给定电压应为负(一)。所以pi调节器采用负相输入，由前一级的倒相器将由电位器w产生的可调正电压变为可调的负电压，作为恒流设定值加在调节器的输入极，与由霍尔电流传感器提供的电流反馈电压进行比较，根据偏差量和正负极性由pi调节器实现比例一积分调节，以实现电流(io)恒定。改变积分电容的大小，以满足响应快速性和稳定性要求。

(1)由于采用了pi调节器，mos管的死区不必专门设计电路来消除，mos管的非线性在闭环内自行消除。

(2)根据被测设备的性质(阻性，感性，容性)，总可以通过调节pi参数，以保证其快速性，稳定性和抗扰性要求。

(3)该系统具有很强的可扩展性能。可实现数字给定和调节控制。

(4)对于要求测试电流较大时，可以考虑用多只mos管的并联组合来扩大负载容量，如图4所示为2只mos管的并联组合，在此情形下，ks=mks；kp=kp／m，m为所并mos管的只数。

4 几点说明和改进措施

(1)由于采用了pi调节器，mos管的死区不必专门设计电路来消除，mos管的非线性在闭环内自行消除。

(2)根据被测设备的性质(阻性，感性，容性)，总可以通过调节pi参数，以保证其快速性，稳定性和抗扰性要求。

(3)该系统具有很强的可扩展性能。可实现数字给定和调节控制。

(4)对于要求测试电流较大时，可以考虑用多只mos管的并联组合来扩大负载容量，如图4所示为2只mos管的并联组合，在此情形下，ks=mks；kp=kp／m，m为所并mos管的只数。