CN114325008A - 无源可调恒流电子负载 - Google Patents

Abstract

本发明公开了无源可调恒流电子负载，属于电子设备中的电子负载技术领域，包括：输入正极IN+；输入负极IN‑；电流表M1，用于显示负载电流值，输入正极IN+与电流表M1的正极端连接；开关S1，作为负载接入工作开关，电流表M1的负极端与开关S1的输入端连接；三极管V1，作为驱动三极管，电流表M1的负极端与三极管V1的集电极连接，三极管V1与开关S1并联；三极管V2，作为驱动三极管，电流表M1的负极端与三极管V2的集电极连接。本发明一种无源电子负载产品，体积小，电路简单，在一定的输入电压范围内可以实现恒流负载功能，产品电路简单，成本低，便于携带，操作方便，并且无需输入电源就可以工作，具有成本低廉并且非常实用的特点。

Description

无源可调恒流电子负载

技术领域

本发明涉及电子设备中的电子负载技术领域，更具体地说，涉及无源可调恒流电子负载。

背景技术

所有电子产品的工作都需要电源进行供电，电子负载是电源类产品测试最常用的设备，电子负载最主要的功能是通过设置负载参数对电源设备进行输出参数的性能测试，电子负载的恒流模式是最常用的工作模式，例如通过对电池组的恒流放电来计算电池组的放电容量等，市场上的有源电子负载型号与规格较多，具有恒流负载功能，尺寸较大，成本也较高；市场上的无源电子负载则以纯电阻型负载居多，难以设置为恒流工作模式。

现有市场上的电子负载主要都是有源电子负载，尺寸较大，携带不便，并且需要外接电源才能正常工作，在一些户外或野外的工作场合时，由于没有输入电源，电子负载就无法使用。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供无源可调恒流电子负载，它是一种无源电子负载产品，体积小，电路简单，在一定的输入电压范围内可以实现恒流负载功能，产品电路简单，成本低，便于携带，操作方便，并且无需输入电源就可以工作，具有成本低廉并且非常实用的特点。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

无源可调恒流电子负载，包括：

输入正极IN+；

输入负极IN-；

电流表M1，用于显示负载电流值，所述输入正极IN+与电流表M1的正极端连接；

开关S1，作为负载接入工作开关，所述电流表M1的负极端与开关S1的输入端连接；

三极管V1，作为驱动三极管，所述电流表M1的负极端与三极管V1的集电极连接，所述三极管V1与开关S1并联；

三极管V2，作为驱动三极管，所述电流表M1的负极端与三极管V2的集电极连接，所述三极管V2与三极管V1并联，所述三极管V1的射极与三极管V2的基极连接；

运算放大器N1A，用于控制负载电流，所述开关S1的输出端与运算放大器N1A的电源端连接，所述运算放大器N1A的输出端与三极管V1的基极连接，所述运算放大器N1A的负极端与三极管V2的射极连接，所述运算放大器N1A的接地端与输入负极IN-连接；

电阻R7，作为电流取样电阻，所述运算放大器N1A的负极端、三极管V2的射极与电阻R7的输入端连接，所述电阻R7的输出端与输入负极IN-连接；

电阻R1，用以产生基准电压，所述开关S1的输出端与电阻R1的输入端连接，所述电阻R1与运算放大器N1A并联；

电压放大电路，用以实现电压放大，所述电阻R1的输出端与电压放大电路的输入端连接，所述电压放大电路的输出端连接GND端，所述电压放大电路的输出端还与输入负极IN-连接；

三端稳压管N3，用以产生基准电压，所述电阻R1的输出端和电压放大电路的输出端均与三端稳压管N3的调整端和负端连接，所述三端稳压管N3的负端与输入负极IN-连接；

电阻R5，用以实现将基准电压进行分压后作为被比较电压，所述电压放大电路的输出端与电阻R5的输入端连接，所述电阻R5与三端稳压管N3并联，所述电阻R5的输出端与运算放大器N1A的正极端连接；以及

可变电阻R6，用以实现将基准电压进行分压后作为被比较电压，所述电阻R5的输出端与可变电阻R6的输入端连接，所述可变电阻R6与运算放大器N1A并联，所述可变电阻R6的输出端与输入负极IN-连接。本发明一种无源电子负载产品，体积小，电路简单，在一定的输入电压范围内可以实现恒流负载功能，产品电路简单，成本低，便于携带，操作方便，并且无需输入电源就可以工作，具有成本低廉并且非常实用的特点。

作为本发明的一种优选方案，所述电压放大电路包括：

运算放大器N1B，所述电阻R1的输出端与运算放大器N1B的正极端连接；

电阻R4，所述运算放大器N1B的输出端与电阻R4的输入端连接，所述电阻R4的输出端分别与电阻R5的输入端、三端稳压管N3的调整端和负端连接；

电阻R2，所述运算放大器的输出端与电阻R2的输入端连接，所述电阻R2与电阻R5并联，所述电阻R2的输出端与运算放大器N1B的负极端连接；以及

电阻R3，所述电阻R2的输出端还与电阻R3的输入端连接，所述电阻R3的输出端分别与GND端和输入负极IN-连接。

作为本发明的一种优选方案，所述运算放大器N1B的型号为LM358，所述电阻R2、电阻R3和电阻R4的阻值分别为120KΩ、200KΩ和750Ω。

作为本发明的一种优选方案，所述运算放大器N1B的型号同样为LM358。

作为本发明的一种优选方案，所述三极管V1和三极管V2的型号分别为2SC1623和2SD1049。

作为本发明的一种优选方案，所述三端稳压管N3的型号为AZ432。

作为本发明的一种优选方案，所述电阻R1和电阻R5的阻值分别为2MΩ和10KΩ。

作为本发明的一种优选方案，所述可变电阻R6为可变电阻，所述可变电阻R6的可调阻值为0-50KΩ。

作为本发明的一种优选方案，所述电阻R7为功率电阻，所述电阻R7的阻值为0.05Ω。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本发明的电子负载无需额外的电源即可工作，巧妙地直接利用了输入电源的微小耗电来实现恒流负载的控制，实现的负载功能具有恒流特性，恒流值大小可调并且稳定，负载电流显示直观，负载电路组成简单，成本很低，携带方便，有良好的实用性和经济性。

(2)本发明直接利用了输入电源的微小耗电来实现恒流负载的控制，由运算放大器构成了小电流恒流电路供电给三端稳压管工作，使电路消耗电流小且电流不随输入电压变化，保证了基准电压的稳定。

(3)本发明采用了运算放大器N1A结合达林顿管的电流驱动方式，驱动电流小，放大倍数高，并使负载的恒流值可调且稳定。

附图说明

图1为本发明无源可调恒流电子负载中实施例1处的电路原理图。

图2为本发明无源可调恒流电子负载中实施例2处的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

请参阅图1，无源可调恒流电子负载，包括：

输入正极IN+；

输入负极IN-；

电流表M1，用于显示负载电流值，输入正极IN+与电流表M1的正极端连接；

开关S1，作为负载接入工作开关，电流表M1的负极端与开关S1的输入端连接；

三极管V1，作为驱动三极管，电流表M1的负极端与三极管V1的集电极连接，三极管V1与开关S1并联；

三极管V2，作为驱动三极管，电流表M1的负极端与三极管V2的集电极连接，三极管V2与三极管V1并联，三极管V1的射极与三极管V2的基极连接；

运算放大器N1A，用于控制负载电流，开关S1的输出端与运算放大器N1A的电源端连接，运算放大器N1A的输出端与三极管V1的基极连接，运算放大器N1A的负极端与三极管V2的射极连接，运算放大器N1A的接地端与输入负极IN-连接；

电阻R7，作为电流取样电阻，运算放大器N1A的负极端、三极管V2的射极与电阻R7的输入端连接，电阻R7的输出端与输入负极IN-连接；

电阻R1，用以产生基准电压，开关S1的输出端与电阻R1的输入端连接，电阻R1与运算放大器N1A并联；

电压放大电路，用以实现电压放大，电阻R1的输出端与电压放大电路的输入端连接，电压放大电路的输出端连接GND端，电压放大电路的输出端还与输入负极IN-连接；

三端稳压管N3，用以产生基准电压，电阻R1的输出端和电压放大电路的输出端均与三端稳压管N3的调整端和负端连接，三端稳压管N3的负端与输入负极IN-连接；

电阻R5，用以实现将基准电压进行分压后作为被比较电压，电压放大电路的输出端与电阻R5的输入端连接，电阻R5与三端稳压管N3并联，电阻R5的输出端与运算放大器N1A的正极端连接；以及

可变电阻R6，用以实现将基准电压进行分压后作为被比较电压，电阻R5的输出端与可变电阻R6的输入端连接，可变电阻R6与运算放大器N1A并联，可变电阻R6的输出端与输入负极IN-连接；

具体的，电压放大电路包括：

运算放大器N1B，电阻R1的输出端与运算放大器N1B的正极端连接；

电阻R4，运算放大器N1B的输出端与电阻R4的输入端连接，电阻R4的输出端分别与电阻R5的输入端、三端稳压管N3的调整端和负端连接；

电阻R2，运算放大器的输出端与电阻R2的输入端连接，电阻R2与电阻R5并联，电阻R2的输出端与运算放大器N1B的负极端连接；以及

电阻R3，电阻R2的输出端还与电阻R3的输入端连接，电阻R3的输出端分别与GND端和输入负极IN-连接；

具体的，本发明的工作原理为：当开关S1为断开状态时，此时如果接入输入电源(即接入输入正极IN+和输入负极IN-)，三极管V2处于截止状态，负载电路不工作；当开关S1为闭合状态时，此时如果接入输入电源，该输入电源会给运算放大器N1A供电，运算放大器N1A处于工作状态，此时输入电源还会经过电阻R1给三端稳压管N3供电，三端稳压管N3产生基准电压值Vref提供到运算放大器N1A的正极端成为基准电压，此时电阻R2、电阻R3以及运算放大器N1B构成电压放大电路，运算放大器N1B输出放大后的电压值，例如放大倍数为N，运算放大器N1B的输出电压为Vref*N，这时电阻R4两端的电压差为Vref*(N-1)，流过电阻R4的电流为恒流值，电流值＝Vref*(N-1)/R4，由于该电流值恒定不变，具有两个作用，一个是当输入电压变化时，用于产生基准电压的耗电流值不变；另一个作用是可以保证提供一个稳定的电流值给三端稳压管N3，使三端稳压管N3的电压值很稳定，基准电压Vref经过电阻R5和电阻R6电阻分压后，提供给运算放大器N1A正极端成为被比较电压，假设分压比为1/k，则运算放大器N1A正极端的电压值为Vref/k，当运算放大器N1A正极端电压高于运算放大器N1A负极端电压时，运算放大器N1A的正极端输出高电压，驱动三极管V1和三极管V2三极管导通，三极管V1导通会加速三极管V2导通，使从输入正极NN+经过电流表M1流到三极管V2集电极再到三极管V2射极并经过电阻R7流到输入负极IN-的电流迅速变大，当电流在电阻R7上产生的电压降达到Vref/k时，运算放大器N1A正极端电压与运算放大器N1A负极端电压相等，此时电路处于稳定的恒流工作状态，成为恒流电子负载，此时负载电流＝Vref/k/R7+Vref*(N-1)/R4+运算放大器工作电流，由于运算放大器N1A的工作电流小于3mA，而Vref*(N-1)/R4可以设计为小于2mA，因此主要的负载电流大小取决于Vref/k/R7的值，此时输入电源的负载电流可以在电流表M1上读到，当调节可变电阻R6的阻值时，会改变电阻R5与电阻R6的分压比，使k值发生变化，运算放大器N1A正极端电压Vref/k发生变化，因此负载电流值也随着电阻R6的阻值变化而调整，并保持在恒流工作状态。

实施例2：

请参阅图2，无源可调恒流电子负载，为了实现电子负载的负载电流可调整范围为0A～20A，实施例2在实施例1的基础上给出如下具体参数：三极管V1和三极管V2的型号分别为2SC1623和2SD1049，其输入电源的工作电压范围为3V～30V，电路中的运算放大器N1A和运算放大器N1B均采用LM358，电阻R1采用2MΩ阻值的电阻，三端稳压管N3采用AZ432型号，其基准电压为1.25V，电阻R2和电阻R3的阻值分别为120KΩ、200KΩ，电阻R3和电阻R2的分压比为1.6，电阻R4的阻值为750Ω，因此驱动三端稳压管N3的工作电流≈(1.6－1)*1.25V/750Ω＝0.001A＝1mA，该电流值可以保证三端稳压管N3有稳定的驱动电流并产生稳定的电压，该驱动电流值很小，不影响恒流控制，电阻R5采用10KΩ阻值，可变电阻R6采用0-50KΩ的可调电阻，因此Vref经过电阻R5和可变电阻R6后的分压值为0～1.04V，电阻R7采用0.05Ω的功率电阻，1.04V/0.05Ω＝20.8A，因此该电子负载的负载电流可调整范围为0A～20A。

需要进行说明的是：在实际使用中的操作为：开关S1先处于断开状态，将可变电阻R6的阻值设置为最小，此时接入输入电源并将开关S1闭合导通，再调节可变电阻R6的阻值，这时可以看到电流表M1上的电流值会逐渐变大，当负载电流值调整到所需要的恒流值时则停止调节可变电阻R6，这时该电子负载即处于用户所需要的恒流电子负载工作状态。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.无源可调恒流电子负载，其特征在于，包括：

输入正极IN+；

输入负极IN-；

电流表M1，用于显示负载电流值，所述输入正极IN+与电流表M1的正极端连接；

开关S1，作为负载接入工作开关，所述电流表M1的负极端与开关S1的输入端连接；

三极管V1，作为驱动三极管，所述电流表M1的负极端与三极管V1的集电极连接，所述三极管V1与开关S1并联；

三极管V2，作为驱动三极管，所述电流表M1的负极端与三极管V2的集电极连接，所述三极管V2与三极管V1并联，所述三极管V1的射极与三极管V2的基极连接；

运算放大器N1A，用于控制负载电流，所述开关S1的输出端与运算放大器N1A的电源端连接，所述运算放大器N1A的输出端与三极管V1的基极连接，所述运算放大器N1A的负极端与三极管V2的射极连接，所述运算放大器N1A的接地端与输入负极IN-连接；

电阻R7，作为电流取样电阻，所述运算放大器N1A的负极端、三极管V2的射极与电阻R7的输入端连接，所述电阻R7的输出端与输入负极IN-连接；

电阻R1，用以产生基准电压，所述开关S1的输出端与电阻R1的输入端连接，所述电阻R1与运算放大器N1A并联；

电压放大电路，用以实现电压放大，所述电阻R1的输出端与电压放大电路的输入端连接，所述电压放大电路的输出端连接GND端，所述电压放大电路的输出端还与输入负极IN-连接；

三端稳压管N3，用以产生基准电压，所述电阻R1的输出端和电压放大电路的输出端均与三端稳压管N3的调整端和负端连接，所述三端稳压管N3的负端与输入负极IN-连接；

电阻R5，用以实现将基准电压进行分压后作为被比较电压，所述电压放大电路的输出端与电阻R5的输入端连接，所述电阻R5与三端稳压管N3并联，所述电阻R5的输出端与运算放大器N1A的正极端连接；以及

可变电阻R6，用以实现将基准电压进行分压后作为被比较电压，所述电阻R5的输出端与可变电阻R6的输入端连接，所述可变电阻R6与运算放大器N1A并联，所述可变电阻R6的输出端与输入负极IN-连接。

2.根据权利要求1所述的无源可调恒流电子负载，其特征在于，所述电压放大电路包括：

运算放大器N1B，所述电阻R1的输出端与运算放大器N1B的正极端连接；

电阻R4，所述运算放大器N1B的输出端与电阻R4的输入端连接，所述电阻R4的输出端分别与电阻R5的输入端、三端稳压管N3的调整端和负端连接；

电阻R2，所述运算放大器的输出端与电阻R2的输入端连接，所述电阻R2与电阻R5并联，所述电阻R2的输出端与运算放大器N1B的负极端连接；以及

电阻R3，所述电阻R2的输出端还与电阻R3的输入端连接，所述电阻R3的输出端分别与GND端和输入负极IN-连接。

3.根据权利要求2所述的无源可调恒流电子负载，其特征在于，所述运算放大器N1B的型号为LM358，所述电阻R2、电阻R3和电阻R4的阻值分别为120KΩ、200KΩ和750Ω。

4.根据权利要求3所述的无源可调恒流电子负载，其特征在于，所述运算放大器N1B的型号同样为LM358。

5.根据权利要求4所述的无源可调恒流电子负载，其特征在于，所述三极管V1和三极管V2的型号分别为2SC1623和2SD1049。

6.根据权利要求5所述的无源可调恒流电子负载，其特征在于，所述三端稳压管N3的型号为AZ432。

7.根据权利要求6所述的无源可调恒流电子负载，其特征在于，所述电阻R1和电阻R5的阻值分别为2MΩ和10KΩ。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的无源可调恒流电子负载，其特征在于，所述可变电阻R6的可调阻值为0-50KΩ。

9.根据权利要求8所述的无源可调恒流电子负载，其特征在于，所述电阻R7为功率电阻，所述电阻R7的阻值为0.05Ω。

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