起直流稳压(流)电子负载核心作用的功率MOSFET

设计人员都用直流电子负载来测试电源，如太阳能阵列或电池，但商用直流电子负载很昂贵。你只要将功率MOSFET在其线性区内使用，就可制作出自己的直流电子负载（图 1）。该负载采用两个简单的反馈回路。MOSFET用作一个稳流模式下的电流源或稳压模式下的电压源。设计师在描述电压源的特性时都使用稳流模式，因为在稳流模式下，电源必须提供电子负载中设定的电流值。设计师都将稳压模式与电流源一起使用，因为稳压模式会迫使电源在负载设定的电压下工作。

　　在电流模式下，R_SHUNT检测I_LOAD，检测得到的电压反馈

给运算放大器 IC_1A的反相输入端。由于运算放大器的直流增益在线性反馈工作区内很高，反相输入端保持与非反相输入端相等，即相当于VIREF。放大器产生自己的输出值，以使 MOSFET Q₂和Q₃工作于线性区，因而会消耗电源的功率。源极电流值与电流环基准 V_IREF成正比，即I_LOAD=V_IREF/R_SHUNT。可利用一个连接到稳定电压基准上的电阻分压器设定 V_IREF，或者使用来自一个基于PC的I/O卡的D/A转换器输出，以实现灵活的配置。
　　电压工作模式的情况与电流模式相同，只不过检测的变量是输出电压，这一输出电压是经过分压器R_A/R_B衰减的，所以电子负载的工作电压比运放电源电压高。检测出的电压被反馈到 IC_1B的非反相输入端，MOSFET 再次工作在线性区。负载电压V_LOAD=V_VREF×(R_A+R_B)/R_B。

　　CA3240型双运放IC₁可以在输入电压低于负电源电压的情况下工作，这对单电源供电非常有用，然而，如果你有对称电源，那就可以采用任何运放。继电器 K₁通过一根驱动Q₁的数字控制线来切换工作模式。MOSFET 是至关重要的；你可以增加这个并联使用的IRF150器件，以提高电流承受能力，因为IRF150具有正的温度系数，从而可均衡流过两只并联 MOSFET的电流。由于电路中使用两只 MOSFET，电子负载可承受10A 电流，功耗大于 100W，所以使用一只散热器和小风扇是个好主意。
　　本电路适用于描述有两种电源模式的光伏电池模块的特性。采用本电路和基于PC的设置时，Helios技术公司（www.heliostechnology.com）的一个光伏电池模块的I-V特性曲线表明有一个区在VMPP（最高点的电压）以上，在VMPP这一电压下，陡峭的过渡与一个电压源相对应（图2）。在低于 VMPP 的电压下，光伏电池模块犹如一个电流源。一般情况下，用一个简单的电流模式电子负载描述I-V 特性曲线这一平坦区的特性是很困难的，因为电压输出对电流的微小变化很敏感，因此，恒定电压模式负载就是一种较好的选择。