【圖解】使用運(yùn)算放大器和MOSFET構(gòu)建電流負(fù)載-KIA MOS管

測(cè)試電源和電池需要電流負(fù)載，該電流負(fù)載能夠吸收大電流并消耗大量功率。只需使用一個(gè)運(yùn)算放大器和一個(gè)功率MOSFET就可以構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確的電流負(fù)載，如圖1所示。

圖1這種簡(jiǎn)單的電流負(fù)載和并聯(lián)的MOSFET可用于更大的電流和功耗。

通過以下公式得出通過Q1的電流：

可以通過更改參考電壓（V REF）輕松控制它。運(yùn)算放大器應(yīng)具有低輸入失調(diào)電壓，并能夠通過單電源供電。

如果電路需要能夠吸收大電流或消耗數(shù)十瓦的功率，則可以使用一個(gè)運(yùn)算放大器來控制多個(gè)并聯(lián)工作的MOSFET。

但是，簡(jiǎn)單地并聯(lián)MOSFET會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)不良影響。一方面，導(dǎo)通閾值通常在晶體管之間（即使是同一型號(hào)）也有所不同，并且它們的閾值具有負(fù)溫度系數(shù)。

這意味著開始時(shí)每個(gè)晶體管中的漏極電流之間可能會(huì)有很大的差異，一旦晶體管預(yù)熱，其閾值就會(huì)降低，從而進(jìn)一步增加電流并使之更熱。

為了均衡晶體管電流，可以添加一個(gè)與每個(gè)晶體管的源極串聯(lián)的小電阻器。為使此效果有效，源電阻兩端的壓降必須與閾值相當(dāng)，這使其成為很大一部分電壓。

結(jié)果是均衡電阻會(huì)耗散大功率，并且它們兩端的壓降會(huì)消耗到電路可以工作的最小電壓。

建立高電流，高功率負(fù)載的更好方法是分別控制每個(gè)MOSFET，避免由于閾值擴(kuò)展而引起的電流不平衡。圖2示出了兩個(gè)并聯(lián)的這種電路塊，但如果需要，可以添加更多的電路塊。

在跳線J1閉合且J2斷開的情況下，電路以恒定電流模式工作，總負(fù)載電流由下式給出：

如果檢測(cè)電阻相等（R 2 = R 5 = R S），則總負(fù)載電流為：

圖2此電流負(fù)載原理圖使用兩個(gè)獨(dú)立控制的MOSFET。

為了測(cè)量總負(fù)載電流，我們需要對(duì)每個(gè)晶體管的電流求和，在這種情況下，需要將所有感測(cè)電阻器的壓降相加。

通常，這是由一個(gè)反相加法器和一個(gè)由兩個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成的反相器完成的。缺點(diǎn)是由于加法器輸出端的電壓反轉(zhuǎn)，它們需要雙極性電源。

本設(shè)計(jì)展示了一種使用電阻R 7和R 8以及僅一個(gè)運(yùn)放的增加電壓降的更簡(jiǎn)單方法。此添加的原理在圖3中說明。

N個(gè)電阻器中的每一個(gè)均由一個(gè)具有非常低阻抗的電壓源驅(qū)動(dòng)，這就是在感測(cè)電阻器兩端施加的電壓降得到的阻抗。

圖3該圖說明了VOUT處的電壓求和。

如果沒有電流從VOUT端子汲取，根據(jù)基爾霍夫定律，我們可以：

對(duì)于兩個(gè)檢測(cè)電阻器，如圖2所示，U2A的同相輸入端的電壓是R 2和R 5兩端壓降之和的一半。

在通過U2A增益為2后，輸出電壓IMON是兩個(gè)檢測(cè)電阻器電壓的總和，可用于監(jiān)視總負(fù)載電流。

通過并行添加更多基本模塊，并通過使用帶有模塊數(shù)量的等式3和5，我們可以對(duì)電路進(jìn)行擴(kuò)展，我們可以計(jì)算總負(fù)載電流和通過U2A放大之前的電流檢測(cè)輸出。方便地，一個(gè)四運(yùn)算放大器可與三個(gè)電源模塊一起使用。

最后，可以使電流負(fù)載充當(dāng)恒定電阻，這在測(cè)試某些電源時(shí)非常有用。

這是通過提供一部分負(fù)載電壓V L作為參考電壓來實(shí)現(xiàn)的。在跳線J2進(jìn)入（和J1離開）的情況下，U1A和U1B的同相輸入端的電壓由V L決定，分壓器由R 9和R 10形成，因此負(fù)載電流變?yōu)椋?/span>

從這里我們可以看到有效的負(fù)載電阻R L為：

通過調(diào)節(jié)分壓比或用電位計(jì)代替R 10，負(fù)載電阻可以從等式7計(jì)算得出的標(biāo)稱值（圖2中的值為2.55Ω）變?yōu)镽 10 = 0時(shí)的幾乎無窮大。

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