起直流穩(wěn)壓(流)電子負載核心作用的功率 MOSFET

　　設計人員都用直流電子負載來測試電源，如太陽能陣列或電池，但商用直流電子負載很昂貴。你只要將功率 MOSFET在其線性區(qū)內(nèi)使用，就可制作出自己的直流電子負載（圖 1）。該負載采用兩個簡單的反饋回路。MOSFET 用作一個穩(wěn)流模式下的電流源或穩(wěn)壓模式下的電壓源。設計師在描述電壓源的特性時都使用穩(wěn)流模式，因為在穩(wěn)流模式下，電源必須提供電子負載中設定的電流值。設計師都將穩(wěn)壓模式與電流源一起使用，因為穩(wěn)壓模式會迫使電源在負載設定的電壓下工作。

　　在電流模式下，R_SHUNT檢測I_LOAD，檢測得到的電壓反饋給運算放大器 IC_1A的反相輸入端。由于運算放大器的直流增益在線性反饋工作區(qū)內(nèi)很高，反相輸入端保持與非反相輸入端相等，即相當于VIREF。放大器產(chǎn)生自己的輸出值，以使 MOSFET Q₂和Q₃工作于線性區(qū)，因而會消耗電源的功率。源極電流值與電流環(huán)基準 V_IREF 成正比，即I_LOAD=V_IREF/R_SHUNT。可利用一個連接到穩(wěn)定電壓基準上的電阻分壓器設定 V_IREF，或者使用來自一個基于PC的I/O卡的D/A轉(zhuǎn)換器輸出，以實現(xiàn)靈活的配置。
　　電壓工作模式的情況與電流模式相同，只不過檢測的變量是輸出電壓，這一輸出電壓是經(jīng)過分壓器R_A/R_B衰減的，所以電子負載的工作電壓比運放電源電壓高。檢測出的電壓被反饋到 IC_1B 的非反相輸入端，MOSFET 再次工作在線性區(qū)。負載電壓V_LOAD=V_VREF(R_A+R_B)/R_B。

　　CA3240型雙運放IC₁可以在輸入電壓低于負電源電壓的情況下工作，這對單電源供電非常有用，然而，如果你有對稱電源，那就可以采用任何運放。繼電器 K₁通過一根驅(qū)動Q₁ 的數(shù)字控制線來切換工作模式。MOSFET 是至關重要的；你可以增加這個并聯(lián)使用的IRF150器件，以提高電流承受能力，因為IRF150具有正的溫度系數(shù)，從而可均衡流過兩只并聯(lián) MOSFET的電流。由于電路中使用兩只 MOSFET，電子負載可承受10A 電流，功耗大于 100W，所以使用一只散熱器和小風扇是個好主意。
　　本電路適用于描述有兩種電源模式的光伏電池模塊的特性。采用本電路和基于PC的設置時，Helios技術(shù)公司（www.heliostechnology.com）的一個光伏電池模塊的I-V特性曲線表明有一個區(qū)在VMPP（最高點的電壓）以上，在VMPP這一電壓下，陡峭的過渡與一個電壓源相對應（圖2）。在低于 VMPP 的電壓下，光伏電池模塊猶如一個電流源。一般情況下，用一個簡單的電流模式電子負載描述I-V 特性曲線這一平坦區(qū)的特性是很困難的，因為電壓輸出對電流的微小變化很敏感，因此，恒定電壓模式負載就是一種較好的選擇。