基于PWM的开关型单MOS电子负载实践

猪小呆

在上一个帖子中，提出了“单MOS+灯泡”方案的电子负载的设想，用以解决MOS发热问题。本来是想在目前坛子里普遍的那种DIY方案上外挂灯泡来实现的，后来网上找资料，在一家国外网站找到了一个类似的方案，但是他采用的是PWM的方式，开关管工作在开关状态，这让我眼前一亮，因为这样的话开关管发热问题就可以完全解决了：
https://www.nutsvolts.com/magazine/article/July2016_Adjustable-Electronic-Load-Using-Light-Bulbs





但是他这个方案用到了芯片，需要对芯片编程，需要专门的工具，这可难倒我了。后来坛子里的大神温总提示可以用555芯片来实现PWM部分，网上又查资料，找到了这个基于555的调光电路，一想这不是跟我想做的原理是一样的嘛，于是立马淘宝下单买555芯片：

http://www.elecfans.com/d/672790.html

                               
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在等待555芯片的期间又有坛友交流说可惜这个电路不能恒流，要是能加上反馈机制就好了，于是又琢磨能不能加上限流。一个偶然的机会间脑子里灵光一闪想起了白菜白光的调温电路，前边产生PWM加热脉冲，后边通过热电偶的电压反馈回来控温，那照理说用普通的运放也能产生PWM的，再用一个电阻将电流取样出来反馈回去进行限流控制，也应该是完全可行的啊。于是又上网找资料，运气好又找到了一个，用一个LM324实现了PWM生成和限流控制，频率可调，占空比可调，限流可调，堪称完美啊，这不正是我想要的嘛！

http://www.alt-nrg.org/pwm-v2.html



于是555也不想搞了，打算搞这个，手上缺7810和一些电位器，于是又淘宝下单，并且一边等零件一边开始先焊一部分，这是零件到之前焊的半成品：


后来零件到了之后就继续焊，中间过程也忘拍了，直接上焊好的成品图吧，这是负载部分，单独做在一个板子上：


这是控制部分，其实很简单的，零件并不多。为了能上高压，控制板是通过一个DC口用12V电源单独供电的：



整体图：



板子背面，渣渣焊功请忽略：




接下来开始测试，先用电动车充电器测试。这个充电器是前不久刚修好的，好多年前就坏了，后来不知道给放哪了找不到了，前不久收拾东西在一个盒子里发现了它，还是西普尔的，做工不错，于是修了一下，只坏了一个0欧的跳线电阻和3842，别的啥都没坏。一开始用了一个浴霸灯泡，试了后发现电流只能达到零点几A上不去，于是又加了一个灯泡。

先将电流调到最低，这有两种方式可以实现，一个是调占空比，另一个是调限流，二者效果一样，至于频率嘛调好了就不去管它了。我是将占空比调最大，然后通过调限流来控制电流，这样的话也算是一定程度上实现了“恒流”吧。另外要吐槽的是这个9块多包邮买的表头不准，怎么调都调不准，没办法凑活看吧。

电流调最低，充电器绿灯，电压55V左右：


当电流调到0.25A（是表头显示的但不一定准）左右的时候，充电器转红灯，电压也上升到60V左右：


继续调大电流，灯泡也慢慢变亮：



电流达到1.16A左右的时候就再也上不去了，如果想继续加大电流，还得并更多的灯泡:sweat:：



灯泡看上去还挺漂亮的，摸起来很烫，但是摸MOS散热片则很凉一点都不热，这个时候的功率差不多是60W左右：


由于没办法再并更多的灯泡了，充电器就测到这里了，接下来再用可调电源测一下看看。测之前我还想将两个表头调成显示一致，电压还可以勉强调一致，电流都拧到头了也没法调一致，这破表头果然便宜没好货。这里的测试方式是电流不限制调最大，通过调电压来看该电压下能达到的最大电流以及二者显示的对比。

5V:


10V:


20V:


30V，这可调电源最大也就30几伏了，没法继续加大了:


以上就是大概的测试情况了，总体说来，这种PWM方式最大的优点就是MOS的散热问题给解决了。根据国外网站的使用情况，加个稍微再大点的散热片以及散热风扇，可以在几十A电流的情况下长时间稳定工作，当然电压可能是12V左右，反正我在60W的情况下散热片摸上去是冷的。但是用灯泡作为负载的缺点大家也看到了，就是灯泡在很热的状态下内阻会变大，这限制了电流的提升，如果想要测更大的电流，就得并联更多的灯泡才行，我不知道有没有一种灯泡是内阻比较小但是功率比较大的。如果不用灯泡，其他还有什么更理想的可以代替？电炉丝？

就我个人而言，我更喜欢这种PWM方式的，我没有精度上的要求，能测个大概就可以了，现在需要解决的就是找到更合适的负载，能让电流提上去，如果负载的问题解决，后期考虑的优化方向是加上第一个图里电路中的电容电感等元件来平滑电流，大家有什么建议也可以说说，一起改进

天使之音

强！！！
有梦想，只要执着就会实现～～

人艰不拆了

哈哈，pwm方式难道就不发热了吗，能量去哪儿了:titter:

猪小呆

人艰不拆了 发表于 2019-8-29 11:07
哈哈，pwm方式难道就不发热了吗，能量去哪儿了

能量去灯泡了呀，总归要有地方将热量发出去，灯泡不用考虑散热片及风扇等烦人的问题

892777011

电子负载里面的MOS管就是用来消耗功率的，MOS管不发热功率往哪消耗？你这个加个灯泡MOS管是不热，灯泡热啊，有什么意义？MOS管还更好控制，你这个实际上就相当于一个降压电源

猪小呆

892777011 发表于 2019-8-29 11:15
电子负载里面的MOS管就是用来消耗功率的，MOS管不发热功率往哪消耗？你这个加个灯泡MOS管是不热，灯泡热啊 ...

MOS散热难搞啊，我如果想要实现200W的功率，估计得搞四个MOS，两个散热器，太麻烦啦，用这个我估计一个MOS+小散热片就能实现200W了

人艰不拆了

cptw2006 发表于 2019-8-29 11:11
能量去灯泡了呀，总归要有地方将热量发出去，灯泡不用考虑散热片及风扇等烦人的问题 ...

哈哈，关键是你的恒流稳不稳啊，要是不稳这和点亮灯泡基本是没什么大区别的，不过没想到你还能钻研这个，还是值得肯定的:titter:

猪小呆

人艰不拆了 发表于 2019-8-29 11:22
哈哈，关键是你的恒流稳不稳啊，要是不稳这和点亮灯泡基本是没什么大区别的，不过没想到你还能钻研这个， ...

稳肯定是不如MOS线性消耗功率的方式的，但是对于我来说不需要那么精确的，够用就行啦，哈哈

人艰不拆了

cptw2006 发表于 2019-8-29 11:17
MOS散热难搞啊，我如果想要实现200W的功率，估计得搞四个MOS，两个散热器，太麻烦啦，用这个我估计一个MO ...

还是老问题，电压适应范围窄，高压好办，低压就很难办

人艰不拆了

低压时，mos导通时间变长，mos电阻产生热量就也加大了，大概也需要10%的消耗，200w就是大约20瓦:loveliness::loveliness:

人艰不拆了

cptw2006 发表于 2019-8-29 11:25
稳肯定是不如MOS线性消耗功率的方式的，但是对于我来说不需要那么精确的，够用就行啦，哈哈 ...

知足常乐:titter:

猪小呆

人艰不拆了 发表于 2019-8-29 11:30
低压时，mos导通时间变长，mos电阻产生热量就也加大了，大概也需要10%的消耗，200w就是大约20瓦:loveliness ...

一般我用不到低压大电流的功能，其实我最大也就测个电动车充电器，现在唯一要解决的就是用什么作为负载，灯泡太不给力了

aacyxjz

电炉丝，对折再对折，相当于四根并联，满足要求。
另外12V的卤素灯也不错，多来几个串联

猪小呆

aacyxjz 发表于 2019-8-29 11:55
电炉丝，对折再对折，相当于四根并联，满足要求

哈哈，手里刚好有坏热得快，等我把它拆了用里面的发热丝搞试试

sjtx1971

估计用几组电炉丝做负载,根据电压高低来串并联,应该效果不错

夜游虾

输入加个大电容再串个电感，类似开关电源输入整流滤波那样:lol::lol::lol:，之前用饮水机散热套件装了一个4管单管500V18A的，自带的风扇不给力只能到六七十瓦，手摸管子比较热了就没敢再加，改天换个暴力风扇

zhkrid

可以找ptc发热片来当负载，体积小，功率大

晚风飘飘

cptw2006 发表于 2019-8-29 11:17
MOS散热难搞啊，我如果想要实现200W的功率，估计得搞四个MOS，两个散热器，太麻烦啦，用这个我估计一个MO ...

我做的4管，一个显卡散热器搞定250W

lorn丁

我不会告诉你用DCDC做电子负载的办法的，发热很小，但是你得找到能量的去路

qrut

这种适合要求不高的场合，干扰 纹波都比较大，必须串电感，mos也要加阻容吸收，不如大电流高电压mos容易击穿，功率大电解也要加大，也是电感能量吸收通路，pwm了如果占空比范围比较宽可以多并灯泡或低阻值电炉丝可以一定范围内解决低压不能大电流的问题～