電子負(fù)載儀是電源制作和電池性能測(cè)試必不可少的一種儀器。顧名思義電子負(fù)載儀是由電子器件組成模擬負(fù)載，用來檢測(cè)各類電源帶負(fù)荷特性和化學(xué)電源輸出性能的儀器。在恒電流測(cè)試時(shí)加以同步計(jì)時(shí)，就可精確測(cè)出電池容量值。

筆者因工作需要，曾接觸過多個(gè)廠家電子負(fù)載儀產(chǎn)品。雖然檔次高低迥異、體積相差很大，但是電子負(fù)載的重要部分，即電子開關(guān)部件大部分由管耗較小的VMOS功率管組成，其工作模式均為PWM方式。為了電池容量計(jì)量的方便，負(fù)載儀大多工作于恒流放電模式。電子開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路有單片機(jī)、運(yùn)算放大器、分立元件組成控制電路。高級(jí)的還具有各種功能顯示和設(shè)置功能。所以配置較高的產(chǎn)品價(jià)位極高，約幾千元至數(shù)萬元不等。其價(jià)位是很多電子愛好者和小廠家望洋興嘆！

可見，如果撇開很多華而不實(shí)的設(shè)置和顯示功能，以堅(jiān)固耐用、容易操作、簡(jiǎn)單可靠作為設(shè)計(jì)指標(biāo)的大容量負(fù)載儀，肯定能受到很多用戶所歡迎！

基于上述主導(dǎo)方針，筆者設(shè)計(jì)了一款用LM324運(yùn)放為主控器件的電子負(fù)載儀。整個(gè)儀器由電子開關(guān)、斜波發(fā)生、電流檢測(cè)放大、比較調(diào)節(jié)、PWM驅(qū)動(dòng)單元組成。

該儀器可對(duì)12~48V電源和電池進(jìn)行放電性能測(cè)試，最大電流為20A；操作非常方便；由K1控制放電投入或切出；W1調(diào)節(jié)電流幅度大??；W2調(diào)節(jié)欠壓值。

下面簡(jiǎn)單介紹電路工作原理，其電路如圖1所示。圖中，IC1A、R1~R4、Q1、C3、C4、D1組成斜波發(fā)生電路。其中，R2、R3分壓為IC1A反相輸入端基準(zhǔn)電壓；而同相輸入端接C3通過R1充電。初始時(shí)IC1A輸出低電平；當(dāng)C3電壓上升大于反相基準(zhǔn)時(shí)，IC1A輸出為高電平；經(jīng)D1、R4使Q6導(dǎo)通，致C3瞬間放電為0V。此時(shí)IC1A輸出翻轉(zhuǎn)為低電平。又重復(fù)上述過程。

如此周而復(fù)始， C3接連產(chǎn)生類如鋸齒波脈沖，鋸齒最大幅度略低于反相端基準(zhǔn)電壓，該脈沖送IC1B反相端作為PWM周期比對(duì)脈沖；而IC1B同相端輸入控制信號(hào)：此信號(hào)由經(jīng)IC1D單元與電流反饋信號(hào)比較處理后輸出?？梢钥闯觯喝绻刂菩盘?hào)幅度小于脈沖信號(hào)幅度,則IC1B輸出低電平；而控制信號(hào)大于脈沖信號(hào)幅度,IC1B輸出高電平。所以控制信號(hào)幅度變化轉(zhuǎn)換為輸出脈沖寬度變化；且每個(gè)鋸齒波周期內(nèi)信號(hào)幅度越大，IC1B輸出脈沖越寬。信號(hào)幅度越小，IC1B輸出脈寬越窄。

顯而易見，IC1D輸出的脈沖寬度變化，使場(chǎng)效應(yīng)管每周期導(dǎo)通時(shí)間變化，即可達(dá)到控制負(fù)載電流的目的。這就是各類PWM控制的基本原理。PWM方式的應(yīng)用，既使功率器件工作在能耗極小的高頻開關(guān)區(qū)域，又能使功率器件產(chǎn)生等同線性工作時(shí)的控制效果。

R12、R13、R14、IC1C組成電流取樣放大部分，作用是將電流變化轉(zhuǎn)換成一定幅度的反饋電壓。其增益為10倍，由調(diào)節(jié)R13與R12比例決定。IC1C輸出信號(hào)作為電流反饋信號(hào)輸運(yùn)到IC1D單元作比較處理。

IC1C輸出送至IC1D反相端，與同相端電流給定信號(hào)作減法運(yùn)算。電路中R15、R16、R17、R18阻值相等，構(gòu)成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)減法器。圖中為給定電壓減去反饋電壓。這可以理解為一旦給定電壓確定后，如果由于某種原因電流上升，則ICID輸出電壓下降；由于電池電壓下降導(dǎo)致電流下降時(shí)，IC1D輸出電壓上升。由于IC1D的作用，在很大程度上補(bǔ)償了放電電流波動(dòng)時(shí)的幅值變化，使之接近恒流放電情況。

R7~R10、Q1、Q2、Q3、Q4組成PWM驅(qū)動(dòng)電路。1C1B輸出高電平時(shí)，Q1、Q2、Q3導(dǎo)通，Q3導(dǎo)通使Q5（場(chǎng)效應(yīng)功率管）得到接近15V的柵壓而導(dǎo)通，此時(shí)Q4反偏截止。IC1B輸出翻轉(zhuǎn)為低電時(shí)，Q1、Q2、Q3、截止，Q5柵壓消失，此時(shí)，Q4正偏置導(dǎo)通，使Q5柵極快速放電而可靠關(guān)斷！Q3、Q4對(duì)管的作用是：以足夠的驅(qū)動(dòng)功率克服場(chǎng)管的柵、源的電容效應(yīng)使Q5可靠開關(guān)。

這是一個(gè)用于場(chǎng)效應(yīng)管的經(jīng)典電路，非常可靠，驅(qū)動(dòng)能力也很強(qiáng)，筆者曾用來驅(qū)動(dòng)數(shù)百安培的大功率器件，效果很好。

用于電池欠壓保護(hù)的電路由R20、R19組成電壓取樣至IC2反相輸入端。6.3V由R21、W2、R22組成欠壓設(shè)定電路，設(shè)定電平信號(hào)至IC2同相輸入端。在電源電壓取樣信號(hào)大于設(shè)定信號(hào)時(shí)；IC2輸出為低電平，此時(shí)，T1不動(dòng)作。一旦電源電壓取樣信號(hào)小于設(shè)定信號(hào)時(shí)，IC2輸出端翻轉(zhuǎn)為高電平，T1導(dǎo)通并自鎖。T1導(dǎo)通，使Q1失去偏壓而截止，中斷了PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的傳輸，使電子開關(guān)隨機(jī)關(guān)斷，達(dá)到電池欠電壓保護(hù)的目的。T1的自鎖是為了防止關(guān)閉放電后，電池端電壓回升使IC2輸出翻轉(zhuǎn)，系統(tǒng)重新進(jìn)入工作區(qū)而頻繁開關(guān)激發(fā)機(jī)振的必要措施。

Q5選用IXFK120N20 ，參數(shù)為120A/200V/10mΩ，配用150X100散熱器；另外配置12V/0.35A儀表風(fēng)機(jī)強(qiáng)制風(fēng)冷。對(duì)于保護(hù)場(chǎng)效應(yīng)管的安全也是非常必要的。

圖中RX1為大功率電阻，阻值為0.75Ω，功率為300W。此電阻加入雖然大大降低了功率VMOS管承受的功耗，但是亦帶來一個(gè)問題：在不加RX1的情況下，可測(cè)試很低電壓的電池，如3.6V的動(dòng)力鋰電池的10A放電檢測(cè)；加上RX1以后，等同Q5增加了0.75Ω的導(dǎo)通電阻，實(shí)際只能達(dá)到最大4.8A放電值。所以在單體電池大電流檢測(cè)上，應(yīng)該短接RX1，以達(dá)到預(yù)期效果。

對(duì)于超過20V的電源，此電阻效果很顯著，如24V電池以20A放電為例，此時(shí)電子開關(guān)須承受總計(jì)480W功率，可以計(jì)算出RX1分擔(dān)了其中300W。實(shí)際上采購符合功率、阻值要求的功率電阻頗不容易，而且價(jià)值非常昂貴。下面介紹一種適合業(yè)余條件下制作該電阻的方法：材料系用2~5kW的電熱絲，截取多段并聯(lián)達(dá)到需要阻值和功率。注意盡量使每段阻值一致，保證流過電流相同。至于其聯(lián)接方法，為盡量減少系統(tǒng)電阻，不宜用接插方式，應(yīng)盡量使用焊接方式。但電熱絲不易上錫怎么解決？先把電熱絲頭用銅軟線緊密排繞一定寬度；然后以常規(guī)方式上錫；上錫前把電熱絲頭彎折，防止銅線滑出。這樣就可以把很難上錫的電熱絲實(shí)施焊接連接了。

土制的RX1在大電流值工作時(shí)，發(fā)熱很厲害。散熱的方法可以用強(qiáng)制風(fēng)冷，但是并不理想，最好的方式還是水冷，即把電熱絲放在一定容積的水槽中即可。但焊接點(diǎn)必須用樹脂涂復(fù)或熱縮管保護(hù)，而且由于電化作用，電熱絲壽命也不可能很長。如果能找到一些變壓器油(或汽車水箱防凍液)代替水作為冷卻介質(zhì)的話，那就比較理想了。

顯示儀表選用數(shù)字表頭，最好采用220V供電的那種。注意：電流表與電壓表不能共用5V電源，否則引發(fā)讀數(shù)不準(zhǔn)，甚至損壞表頭。

儀器使用：接好220V電源，放電開關(guān)置關(guān)位置，W1反旋到底，接上放電電源（電池和各類電源）。然后把放電開關(guān)置放電位，調(diào)節(jié)W1至合適放電電流值即可。

欠壓值沒定：接上一個(gè)可調(diào)節(jié)電源，放電電流調(diào)節(jié)至0.5~1A，調(diào)整可調(diào)電源至欠壓值，如21V；再細(xì)心調(diào)節(jié)W2旋鈕至電流表讀數(shù)消失，證明W2已調(diào)節(jié)到21V欠壓值；然后關(guān)閉儀器電源（使T1復(fù)位）再重啟電源，接上被測(cè)電池，調(diào)節(jié)合適的電流值即可。當(dāng)然每次欠壓保護(hù)后，必須使T1復(fù)位。