無源電子負載制作單元動態測試與運放選型比較

ID:104059 · 發表于 2016-1-22 04:36

為了測試剛修的電源，用半天時間搭建了一個電子負載
用了手上剩下8片igbt和2片mos。
用2r功率電阻做均流，直接用電位器分壓控制。
只添加了兩塊表頭看電流電壓，沒有用任何有源器件。
如有更簡陋的，請賜教

在這里拆的散熱片和igbt，對比一個迷你大螺絲刀

散熱片三維75*38*240

用到的功率管

把散熱片搞成風道，兩端裝風扇，風扇后來又換成大尺寸的了

先測試下方案可行性

焊接完成的樣子

已換成大風扇

真的是沒有有源器件

外接12v供電，最大500v 15a 約400w以上

看明白了，是無源的，樓主是10路并聯起來，用2歐電阻均流。
但是對輸入電壓有要求，如果太低，管子都不能導通的。
還有，建議在管子GS間加一個12V穩壓管，防止擊穿。

以為很簡潔，可以看明白就沒上電路圖，因為我事先也沒畫，現在補上。

gs兩端并聯的電容電阻是后加的，因為之前測試時沒有發現有高頻振蕩。
頻率大約20mhz以上，各功率管還不同所以輸出沒有明顯問題，只是表頭死機。
目前電路已測試沒有振蕩。

昨天的雙扇測試不理想，溫度比預想的要高，150w大約70度+。
400w那還不過百呀，于是換了個暴力扇（12v 0.45a）

150w輸入功率

單扇溫度只有40度不到（室溫26），這下安心了500w也應該可以。

芯片表面40.9度

可憐的電源

內部溫度64.9度

電源功率管

散熱片溫度80度

真正的“ 超簡陋無源電子負載”應該是大功率線繞電阻和低壓燈泡，我就是加上兩個萬用表這么應急的。樓豬的這個不算”無源“。

ID:104059 · 發表于 2016-1-22 04:37

剛看到，恒流是怎么控制的？

哈終于有人關心原理了

用電位器給定一個固定電壓，比如10vmos開啟電壓是6v，那么2歐電阻分壓4v，單路電流就是2a
假設電流上升為2.1a，分壓就是4.2v，則mos電壓變成5.8v。
因為mos的gs電壓減小，所以mos就會關斷使電流減小
而mos的放大倍數很大，gs電壓基本在6v左右，使的輸出電流由外控電壓和電阻決定

電阻越大，電流精度越高，但同時功耗也增加，最終選定了手上現有的2歐10w水泥電阻
由于mos溫度上升gs電壓會下降，所以電流穩定性大概只有2%左右，基本夠用。

目前給定的電壓范圍是4.5-9v，對應單路電流為0-1.5a，10路合計最大15a
用來測試你那個電源綽綽有余，散熱片估計耗散500w。

ID:104059 · 發表于 2016-1-22 04:43

前些日子做了個超簡陋電子負載，用著還可以。
最近想把它改成數控的，順便擴展一下功能。
想仿制脈沖負載功能，這對系統帶寬有要求。
要求系統調節快準穩，于是用常用的lm324和tl084做了下對比測試。
系統電路圖：

運放比較輸入與輸出，直連mos，沒用別的元件。
信號源加了100p電容濾除雜波。
輸入使用了100k和10k的方波，占空比50%，幅值0-0.5v。
電流采樣電阻2r，對應電流為0-0.25a。
先看運放lm324在100k下的表現。

可以說是基本沒法跟蹤輸入，方波基本被搞成了三角波。
輸入輸出延遲嚴重。
再看一下10k下的表現。

可以看到基本能還原原始波形，但延遲沒變。
輸出沒有過沖和震蕩。
換上tl084看一下，先是100k輸入。

上升初期有一定過沖，但很快衰減了。
這個波形很符合理論上pid調節目標曲線。
下降階段可以說很干脆，沒有震蕩。
再看下10k下的波形。

初期震蕩波形沒有變化，只是脈寬變大，震蕩所占的比例小了。
但對這個波形不是很滿意，畢竟過沖較大，雖然時間短。

隨后增大了輸入濾波電容，但只是增大了上升延遲，對初期震蕩幅值減小不是很理想。
后增加了運放驅動電路的微分反饋，若要完全抑制震蕩，則上升斜率必須很小。
tl084的上升斜率基本接近lm324的指標才能消除震蕩。

對比lm324和tl084的資料發現。
兩運放帶寬接近，都在1mhz附近。
主要區別在于壓擺，tl084在20v/us。
隨后看了運放的輸出波形，確認輸出延遲主要受壓擺限制。
而震蕩回調速度受帶寬影響。
也就是說帶寬大了，過沖就會很小，輸出穩定速度就快。
壓擺大了，輸出跟蹤就會好，輸出延遲就小。
目前來講tl084和lm324難以取舍。
目標肯定是lm324的波形，tl084的速度。

那問題就來了，有沒有人知道壓擺在20v/us左右，帶寬10mhz以上的運放。
要求價格便宜，采購容易，最好是多運放封裝，有直插的更好。

或者是有什么好的調整方法或是電路結構。

牽扯的問題很多，分布感容，米勒效應，084參考指標也不正確

之前看過你做的電源和電子負載。主電路結構應該差不多就是運放直驅加微分前饋。
不知道你選擇的什么運放。

我這里選用的是國產芯片，參數指標應該也就是及格水平。
實測來看壓擺確實是tl084大，但帶寬確實跟lm324是一個水平，沒有很大區別。
目前測試電源是穩壓電源，且加了很大的濾波電容，電源電壓變化很小。
米勒效應還沒有顯現。同時電流也很小，設定輸出才0.25a。

今天換了大mos和igbt試了一下，tl084驅動能力弱就顯現出來了。
tl084輸出電阻是250r，lm324是直接驅動。
由于結電容增加，使得最終輸出波形很相近。
明天考慮增加輸出驅動電路。
看你的設計并沒有采用輸出驅動電路，能否給講解下原因。

但發現大mos和igbt都有時延，也就是輸入的脈沖跟輸出電流變化有延遲。
直接方波驅動也是如此，不知道你有沒有碰到過這種現象。
同時也可以發現igbt的關斷延遲是很明顯的。

測試繼續，這是昨天測試用的臨時電路。

正負雙電源，獨立負載回路，用了四個可調電源（脈沖發生也用了一個）。
順便秀一下今年新上崗的可調電源，雙路數顯開關可調。

今天主要是更換一下mos，昨天用的那個功率太小了。
沒有實際應用意義，今天換個大功率的，同時也加個散熱片。
計劃單管最大電流10a，所以采樣電阻換做R05。

換了大功率管，果然是大不同。

這波形，瞬間慘不忍睹。
紅色是輸入信號，波紋是信號干擾。
藍色是驅動信號，幅值每格2V。
黃色是輸出電流。幅值每格2A。
瞬間把tl084的壓擺降低到lm324的水平，主要是驅動能力不足，輸出阻抗250R太大了。
結電容大了，柵極電壓上升慢，電流上升速度明顯下降。
關斷有嚴重的震蕩，應該跟igbt的特性有關。
降低頻率看一下。

已經有明顯的震蕩了，這柵極電壓跟輸出電流的相移是怎么回事。
有沒有哪位高手給解釋下，之前做開關電源時也發現這個問題。
那tl084已經慘不忍睹了，lm324是個什么樣子。

奇怪吧！并沒有多大差距，只是柵極振幅小了些。
輸出電流還真差不多，關斷延時稍微大了些，主要跟自激有關。
看來lm324驅動能力確實不錯，內阻比tl084小多了，更適合驅動容性負載、
從電流波形上來講，貌似lm324的更干凈，也許更好處理。
剛剛用的是igbt，型號20n120。

換個大mos看看，會有什么區別呢？
手上只有這個，20n60。

先看看lm324的表現，偷懶少換一次芯片。

比igbt的波形好看，輸出電流的延遲小了一些。
使得輸出電流振幅有所下降，但能看出來震蕩在加劇。
換上tl084看看有沒有改觀。

總體改變跟lm324差不多，自激振幅有所縮減。
mos的結電容跟延遲應該是比igbt小，自激振蕩頻率有所提高。

電流增大到10a，可調電源動態不好的電壓應該有所變化。
不知道震蕩跟輸入電壓有沒有關系。
在柵極波形上看到上升下降都有小平臺，應該是電壓變化導致米勒效應的影響。
明天補一下輸入電壓的波形。
另外要改變下電壓，看看電壓的影響。

如此看來在10k環境下，1m的頻響已經很吃力了，若要做到100k，10m頻響是最低要求。
以tl084昨天的結果來看，15v/us的壓擺基本夠用，主要是驅動能力要夠強。
當然也可以用圖騰柱驅動來加強，最好是能分段，小信號弱驅動，大信號強驅動。
即降低帶寬要求，又能保證高速響應，尚需進一步研究。

網友推薦的NE5532, 4580這類音頻運放，之前還真沒看上。
如上測試數據來看，應當就足夠了，原本還想用魏坤示波器上的那款運放，看來可以省省了。
原計劃是能滿功率響應50k的脈沖，現在來看帶寬有15m就差不多了。
看了下ne5532的數據，很符合我的要求，而且叫了那么多年的運算之皇，應當也是有些真本事的。
改天去采購幾片回來。

今天莫名又燒損一個tl084的通道，斷電時還好好的，再上電就壞了。
只能輸出高電平和截止，不能輸出低電平了，有沒有別人遇到過類似的事情。
這已經是第三次莫名燒損tl084了，lm324從未遇到過類似情況。
誰知道原因的給提醒下，壞的不明不白也不知該如何防范。

問：
我的板子沒有脈沖功能，不存在這些問題，延遲是有場管開啟電壓和運放壓擺率決定，實際采用不斷流脈沖方式即可，大電流場管高速開關是需要增加驅動的，管子指標電流越大相應g電容也越大，要具體器件pcb相應調試補償，igbt線性很差，用在線性電路不妥，084是場管輸入，很容易擊穿損壞，輸入最好增加反向并聯限幅二極管，同時注意正確的測量方法避免誤判

答：
我這里所問的延遲是柵極電壓跟源極電流之間的延遲。
也就是說柵極電壓已經遠遠超過開啟電壓到達峰值。
而源極電流卻滯后3-5us到達峰值，然后源漏電壓才開始下降。
源漏電壓下降有延遲可以理解。
但理論上講只要柵極電壓超過開啟電壓就會立即有電流通過才對。
在負載上表現還不是很清楚，在開關電源里才更加明顯。
功率管是mos不是igbt，無論大小mos都有這個現象。

繼續昨天未測定的mos管源漏電壓波形。

紅色是輸入信號，黃色是電壓波形，藍色是電流波形。
可以看到由于電源輸出能力不足，輸出時電壓已經基本被拉得一塌糊涂。
開來要從新考慮供電問題了，但震蕩肯定是不對的。
我理解電子負載應當在這種極端條件下也應當穩定。
也就是說在任何情況下自激都是不對的。
降低電壓看一下電壓波形。

降低電源電壓，波形變成了這樣。

請忽略藍色電流波形，忘記關掉了。電流波形未測，有機會重新補一個。
這時電流波形基本跟蹤輸入信號，只是mos內阻限制，電流不高，大約在3.5a左右。
關斷震蕩較為明顯，不知何原因。
再稍稍增大一點電壓。

調整到臨界震蕩前的位置。

可以看到在輸出的后半段，隱約有兩個凸起，若是再增大電壓的話就能看到震蕩加劇。
但此時關斷震蕩峰值高了，但是持續時間和衰減速度卻有所好轉。
輸出和關斷期間的電壓差應當是電容電流方向改變造成的。
這個電源是模擬電源，響應速度較低。
開通時電容放電電壓低，關斷時電容充電電壓高。
開通瞬間應當是電容分布電感影響，當然應當也有線纜的影響。
明天用cbb電容搞個小水塘看看。

如果換做開關電源回事什么樣子呢？

因為脈沖峰值是10a，所以設定輸出電流12a，讓電源只工作在恒壓狀態。

選了一個跟剛才測試接近的電壓，表現基本差不多。
導通跟關斷期間的電壓也接近，連波形都接近，估計線纜跟電容是個主要因素。
注意看關斷瞬間，脈沖高度明顯要高不少，應當跟輸出電抗有關，持續時間大約有5us吧。
或許這是之前選用ifr250n損壞的原因，所以這次選用了耐壓1000v的mos。
若是電源工作再恒流狀態是個什么表現呢？

于是設定一個比較低的電流先看看。

基本沒有什么大問題，最高也就700mv的脈沖。
這就放心多了，不過這波形確實不如模擬的好看。

增大電流看看，這……好像有點失控，恒流誤差有點大。

這電壓波形也不錯，又加了些電流，到大約4a左右。
基本波形跟線性一樣，但這脈沖是越來越高了
4a時峰值大約到了40v，怕過熱炸電容，明天搞個cbb水塘再測吧！
看看5v12a輸出什么樣子。

你的電源是線性的嗎，供電也會影響，可以把單片機的PWM信號積分成電壓再進行比較輸出！

第一次用的電源是線性的，主要是供電能力不足，電源最大5a。
負載脈沖10a。
后來用的開關模塊改的電源，電流12a，沒有太大區別。
主要是負載脈沖頻率太高，電源帶寬不足。

pwm信號沒有問題，為防止電源之間互相干擾，供電是分離的。
紅色通道是pwm信號，一直很穩定。

為的是測試電子負載的動態特性，所以pwm直驅。

繼續下文啊，有進展沒？

由于換工作的原因，最近比較忙。
大概等到年底會閑下來。
到時候可能會有下文。

目前困擾在mos選型與運放選型上。
高速運放一般精度都不高，用在這上面精度不足。
高精度運放一般速度都太低，連324都不如。
準備研究一下看看能不能通過某種方式讓他們協同工作。
mos主要是糾結在延遲與傳遞參數上。

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