摘 要：为了满足人们在生产和生活中对电源测试的需要，设计一种恒流电子负载。系统通过运放、主控制器及负反馈控制环路，控制MOSFET的栅极电压，从而对其导通电阻进行调节，实现恒流放电。经测试，该电子负载精度达到±1%，实时性好、适应性强。
　　关键词：恒流电子负载；反馈控制；MOSFET
　　随着电气化与信息化的不断推进，各个领域都充斥着各种各样的电源产品。电源的安全性和可靠性十分重要，它的损坏会带来巨大的经济损失，所以电池性能测试十分重要。因此我们设计了用于测试电池性能的恒流电子负载，该电子负载实现了对多种电池的性能测试，并能将测试数据发送给上位机进行显示及保存。
　　1系统总体方案设计
　　系统主要由主控制器、滤波模块、MOSFET功率
　　模块、信号采集模块、显示模块组成。主控制器输出的PWM波经过滤波、放大后作用于MOSFET的栅极。根据采集的数据相应改变PWM波的占空比调节MOSFET的导通电阻，从而改变放电电流，实现恒流放电，最终在显示模块上显示放电信息。总体方案设计如图1所示。
　　图1系统总体方案设计
　　2 系统的硬件设计
　　2.1滤波模块
　　滤波模块用于将主控制器产生的PWM波转换成直流量作为控制信号。如果2所示，主控输出频率为10KHZ 峰峰值为3.3V的PWM波，因为根据系统量程推算出PWM波经过滤波后输出的控制信号范围在0-150mV之间且要获得较好的滤波效果，所以采用带电阻分压的二阶低通滤波器。理论上讲截止频率越低，滤波后输出的直流电压纹波越小。但截止频率越低系统响应速度越慢。综合考虑设定截止频率为106.1HZ，响应时间为3ms。
　　图2滤波电路模块
　　2.2 MOSFET调节模块
　　MOSFET调节模块通过引入电流负反馈实现控制信号一定时自动调节放电电流恒定的功能。电路如图3所示，运放同相端接入控制信号，反相端接入R12引入的负反馈，形成电流负反馈回路。当控制电压恒定不变时，如果电流减小那么反相端电压减小，从而导致运放输出电压上升，Q2导通电阻减小，使电流上升构成负反馈回路。因此电池放电电流I和控制电压呈线性关系。为了抑制零点漂移，在运放反向端加2.5V基准电压经电阻分压后的抬升电路，设置一段死区。当控制信号给定时，硬件电路通过调节MOSFET夹断区的大小控制放电电流恒定，最终实现当控制信号不变时，放电电流不随电池电压的改变而改变。系统主放电回路由Q2和电阻R21、R19组成，主要功率通过Q2消耗。R11和R17两个电阻给Q2提供结电容放电回路，提升其响应速度。
　　图3 MOSFET功率模块
　　2.3 电流采样模块
　　电流采样模块实现对电池放电电流的精确测量。由于电子负载工作在大电流状态，且要做到精确度高，所以就必须考虑导线电阻对电流采样的影响。本设计使用的单根导线电阻大于0.025Ω的采样电阻。采用减法电路精确取出采样电阻两端电压，从而消除导线电阻影响，经过放大滤波后再进行AD转换。电路如图4所示。
　　图4 电流采样模块
　　3 系统测试
　　对容量为100F电压为2.7V的超级电容进行恒流放电测试。设定放电电流1500mA、停止电压500mV。开始放电后放电电流稳定在1500mA稳态误差在1%以内，随着电量的减少，电容电压逐渐下降，当下降到停止电压后系统自动停止放电，来保护电池避免过度放电造成电容损坏。停止放电后电容内阻分压减小电压出现回升。
　　4 结论
　　本系统“恒流电子负载”集适应性和实时性于一身，能够对多种类电池进行测试，测试精度达1%以内，能应用于生产和生活的多个方面，具有广阔的市场和极大的应用前景。
　　参考文献：
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