無源電子負(fù)載制作單元動態(tài)測試與運(yùn)放選型比較

ID:104059 · 發(fā)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(fù)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
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在這里拆的散熱片和igbt，對比一個迷你大螺絲刀
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散熱片三維75*38*240
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用到的功率管

把散熱片搞成風(fēng)道，兩端裝風(fēng)扇，風(fēng)扇后來又換成大尺寸的了
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先測試下方案可行性

焊接完成的樣子

已換成大風(fēng)扇
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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(lián)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(dǎo)通的。
還有，建議在管子GS間加一個12V穩(wěn)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(xiàn)在補(bǔ)上。
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gs兩端并聯(lián)的電容電阻是后加的，因為之前測試時沒有發(fā)現(xiàn)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(jī)。
目前電路已測試沒有振蕩。
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昨天的雙扇測試不理想，溫度比預(yù)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）
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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(yīng)該可以。
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芯片表面40.9度

可憐的電源

內(nèi)部溫度64.9度
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電源功率管

散熱片溫度80度

真正的“ 超簡陋無源電子負(fù)載”應(yīng)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(yīng)急的。樓豬的這個不算”無源“。

ID:104059 · 發(fā)表于 2016-1-22 04:37

剛看到，恒流是怎么控制的？

哈終于有人關(guān)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(shè)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(guān)斷使電流減小
而mos的放大倍數(shù)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(xiàn)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(wěn)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(yīng)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(fā)表于 2016-1-22 04:43

前些日子做了個超簡陋電子負(fù)載，用著還可以。
最近想把它改成數(shù)控的，順便擴(kuò)展一下功能。
想仿制脈沖負(fù)載功能，這對系統(tǒng)帶寬有要求。
要求系統(tǒng)調(diào)節(jié)快準(zhǔn)穩(wěn)，于是用常用的lm324和tl084做了下對比測試。
系統(tǒng)電路圖：

運(yùn)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(yīng)電流為0-0.25a。
先看運(yùn)放lm324在100k下的表現(xiàn)。
214353hduhmuyat7szz5ca.jpg.thumb.jpg

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(yán)重。
再看一下10k下的表現(xiàn)。
214355cxff7s6px476oyss.jpg.thumb.jpg

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。
214400mttdx0v4tx0ggdfl.jpg.thumb.jpg

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(diào)節(jié)目標(biāo)曲線。
下降階段可以說很干脆，沒有震蕩。
再看下10k下的波形。
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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(yùn)放驅(qū)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(biāo)才能消除震蕩。

對比lm324和tl084的資料發(fā)現(xiàn)。
兩運(yùn)放帶寬接近，都在1mhz附近。
主要區(qū)別在于壓擺，tl084在20v/us。
隨后看了運(yùn)放的輸出波形，確認(rèn)輸出延遲主要受壓擺限制。
而震蕩回調(diào)速度受帶寬影響。
也就是說帶寬大了，過沖就會很小，輸出穩(wěn)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(biāo)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(yùn)放。
要求價格便宜，采購容易，最好是多運(yùn)放封裝，有直插的更好。

或者是有什么好的調(diào)整方法或是電路結(jié)構(gòu)。

牽扯的問題很多，分布感容，米勒效應(yīng)，084參考指標(biāo)也不正確

之前看過你做的電源和電子負(fù)載。主電路結(jié)構(gòu)應(yīng)該差不多就是運(yùn)放直驅(qū)加微分前饋。
不知道你選擇的什么運(yùn)放。

我這里選用的是國產(chǎn)芯片，參數(shù)指標(biāo)應(yīng)該也就是及格水平。
實(shí)測來看壓擺確實(shí)是tl084大，但帶寬確實(shí)跟lm324是一個水平，沒有很大區(qū)別。
目前測試電源是穩(wěn)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(yīng)還沒有顯現(xiàn)。同時電流也很小，設(shè)定輸出才0.25a。

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

但發(fā)現(xiàn)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(qū)動也是如此，不知道你有沒有碰到過這種現(xiàn)象。
同時也可以發(fā)現(xiàn)igbt的關(guān)斷延遲是很明顯的。

測試?yán)^續(xù)，這是昨天測試用的臨時電路。
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正負(fù)雙電源，獨(dú)立負(fù)載回路，用了四個可調(diào)電源（脈沖發(fā)生也用了一個）。
順便秀一下今年新上崗的可調(diào)電源，雙路數(shù)顯開關(guān)可調(diào)。
222359sw0fgtegyoqb130m.jpg.thumb.jpg

今天主要是更換一下mos，昨天用的那個功率太小了。
沒有實(shí)際應(yīng)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。
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換了大功率管，果然是大不同。
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這波形，瞬間慘不忍睹。
紅色是輸入信號，波紋是信號干擾。
藍(lán)色是驅(qū)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(qū)動能力不足，輸出阻抗250R太大了。
結(jié)電容大了，柵極電壓上升慢，電流上升速度明顯下降。
關(guān)斷有嚴(yán)重的震蕩，應(yīng)該跟igbt的特性有關(guān)。
降低頻率看一下。
223933aw6y5rxinwfl5wrg.jpg.thumb.jpg

已經(jīng)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(guān)電源時也發(fā)現(xiàn)這個問題。
那tl084已經(jīng)慘不忍睹了，lm324是個什么樣子。
224302g52u95ljz4l5ae5m.jpg.thumb.jpg

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(guān)斷延時稍微大了些，主要跟自激有關(guān)。
看來lm324驅(qū)動能力確實(shí)不錯，內(nèi)阻比tl084小多了，更適合驅(qū)動容性負(fù)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。
224805v5pr1bc1mndcmdrc.jpg.thumb.jpg

換個大mos看看，會有什么區(qū)別呢？
手上只有這個，20n60。
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先看看lm324的表現(xiàn)，偷懶少換一次芯片。
225037kwezpxspse4sexrr.jpg.thumb.jpg

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。
225051e6zsu868shs9soo8.jpg.thumb.jpg

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

電流增大到10a，可調(diào)電源動態(tài)不好的電壓應(yīng)該有所變化。
不知道震蕩跟輸入電壓有沒有關(guān)系。
在柵極波形上看到上升下降都有小平臺，應(yīng)該是電壓變化導(dǎo)致米勒效應(yīng)的影響。
明天補(bǔ)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(huán)境下，1m的頻響已經(jīng)很吃力了，若要做到100k，10m頻響是最低要求。
以tl084昨天的結(jié)果來看，15v/us的壓擺基本夠用，主要是驅(qū)動能力要夠強(qiáng)。
當(dāng)然也可以用圖騰柱驅(qū)動來加強(qiáng)，最好是能分段，小信號弱驅(qū)動，大信號強(qiáng)驅(qū)動。
即降低帶寬要求，又能保證高速響應(yīng)，尚需進(jìn)一步研究。

網(wǎng)友推薦的NE5532, 4580這類音頻運(yùn)放，之前還真沒看上。
如上測試數(shù)據(jù)來看，應(yīng)當(dāng)就足夠了，原本還想用魏坤示波器上的那款運(yùn)放，看來可以省省了。
原計劃是能滿功率響應(yīng)50k的脈沖，現(xiàn)在來看帶寬有15m就差不多了。
看了下ne5532的數(shù)據(jù)，很符合我的要求，而且叫了那么多年的運(yùn)算之皇，應(yīng)當(dāng)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(jīng)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(yùn)放壓擺率決定，實(shí)際采用不斷流脈沖方式即可，大電流場管高速開關(guān)是需要增加驅(qū)動的，管子指標(biāo)電流越大相應(yīng)g電容也越大，要具體器件pcb相應(yīng)調(diào)試補(bǔ)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(lián)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(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過開啟電壓到達(dá)峰值。
而源極電流卻滯后3-5us到達(dá)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(fù)載上表現(xiàn)還不是很清楚，在開關(guān)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(xiàn)象。

繼續(xù)昨天未測定的mos管源漏電壓波形。
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紅色是輸入信號，黃色是電壓波形，藍(lán)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(jīng)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(fù)載應(yīng)當(dāng)在這種極端條件下也應(yīng)當(dāng)穩(wěn)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。
221829fnmmlcjash4lgh01.jpg.thumb.jpg

降低電源電壓，波形變成了這樣。
221830qilfqlddybycy1qd.jpg.thumb.jpg

請忽略藍(lán)色電流波形，忘記關(guān)掉了。電流波形未測，有機(jī)會重新補(bǔ)一個。
這時電流波形基本跟蹤輸入信號，只是mos內(nèi)阻限制，電流不高，大約在3.5a左右。
關(guān)斷震蕩較為明顯，不知何原因。
再稍稍增大一點(diǎn)電壓。
221832rcrexmllcpcxceld.jpg.thumb.jpg

調(diào)整到臨界震蕩前的位置。
221833mt2rcrsuczucr4rz.jpg.thumb.jpg

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(guān)斷震蕩峰值高了，但是持續(xù)時間和衰減速度卻有所好轉(zhuǎn)。
輸出和關(guān)斷期間的電壓差應(yīng)當(dāng)是電容電流方向改變造成的。
這個電源是模擬電源，響應(yīng)速度較低。
開通時電容放電電壓低，關(guān)斷時電容充電電壓高。
開通瞬間應(yīng)當(dāng)是電容分布電感影響，當(dāng)然應(yīng)當(dāng)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(guān)電源回事什么樣子呢？ 223024ldwf9hvgwuzhivvu.jpg.thumb.jpg

因為脈沖峰值是10a，所以設(shè)定輸出電流12a，讓電源只工作在恒壓狀態(tài)。
223028mmf6fzf7mleg6pev.jpg.thumb.jpg

選了一個跟剛才測試接近的電壓，表現(xiàn)基本差不多。
導(dǎo)通跟關(guān)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(guān)斷瞬間，脈沖高度明顯要高不少，應(yīng)當(dāng)跟輸出電抗有關(guān)，持續(xù)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(tài)是個什么表現(xiàn)呢？
223031oq9qqqa4212x4a82.jpg.thumb.jpg

于是設(shè)定一個比較低的電流先看看。
223034k4a8lu2l9apz2a8h.jpg.thumb.jpg

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(shí)不如模擬的好看。
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增大電流看看，這……好像有點(diǎn)失控，恒流誤差有點(diǎn)大。
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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(jī)的PWM信號積分成電壓再進(jìn)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(fù)載脈沖10a。
后來用的開關(guān)模塊改的電源，電流12a，沒有太大區(qū)別。
主要是負(fù)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(wěn)定。

為的是測試電子負(fù)載的動態(tài)特性，所以pwm直驅(qū)。

繼續(xù)下文啊，有進(jìn)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(yùn)放選型上。
高速運(yùn)放一般精度都不高，用在這上面精度不足。
高精度運(yùn)放一般速度都太低，連324都不如。
準(zhǔn)備研究一下看看能不能通過某種方式讓他們協(xié)同工作。
mos主要是糾結(jié)在延遲與傳遞參數(shù)上。

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