如何利用運算放大器和MOSFET構(gòu)建電流負載

測試電源和電池需要電流負載，該電流負載能夠吸收大電流并消耗大量功率。只需使用一個運算放大器和一個功率MOSFET就可以構(gòu)建一個簡單而準確的電流負載，如圖1所示。

圖1這種簡單的電流負載和并聯(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（VREF）輕松控制它。運算放大器應(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，則可以使用一個運算放大器來控制多個并聯(lián)工作的MOSFET。但是，簡單地并聯(lián)MOSFET會產(chǎn)生兩個不良影響。一方面，導(dǎo)通閾值通常在晶體管之間（即使是同一型號）也有所不同，并且它們的閾值具有負溫度系數(shù)。這意味著開始時每個晶體管中的漏極電流之間可能會有很大的差異，一旦晶體管預(yù)熱，其閾值就會降低，從而進一步增加電流并使之更熱。

為了均衡晶體管電流，可以添加一個與每個晶體管的源極串聯(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，這使其成為很大一部分電壓。結(jié)果是均衡電阻會耗散大功率，并且它們兩端的壓降會消耗到電路可以工作的最小電壓。

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建立高電流，高功率負載的更好方法是分別控制每個MOSFET，避免由于閾值擴展而引起的電流不平衡。圖2示出了兩個并聯(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，總負載電流由下式給出：

如果檢測電阻相等（R2= R5= RS），則總負載電流為：

圖2此電流負載原理圖使用兩個獨立控制的MOSFET。

為了測量總負載電流，我們需要對每個晶體管的電流求和，在這種情況下，需要將所有感測電阻器的壓降相加。通常，這是由一個反相加法器和一個由兩個運算放大器構(gòu)成的反相器完成的。缺點是由于加法器輸出端的電壓反轉(zhuǎn)，它們需要雙極性電源。

在本設(shè)計思想中，展示了一種使用電阻R7和R8以及僅一個運放的增加電壓降的更簡單方法。此添加的原理在圖3中說明。N個電阻器中的每一個均由一個具有非常低阻抗的電壓源驅(qū)動，這就是在感測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：

因此

對于兩個檢測電阻器，如圖2所示，U2A的同相輸入端的電壓是R2和R5兩端壓降之和的一半。在通過U2A增益為2后，輸出電壓IMON是兩個檢測電阻器電壓的總和，可用于監(jiān)視總負載電流。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，我們可以對電路進行擴展，我們可以計算總負載電流和通過U2A放大之前的電流檢測輸出。方便地，一個四運算放大器可與三個電源模塊一起使用。

最后，可以使電流負載充當恒定電阻，這在測試某些電源時非常有用。這是通過提供一部分負載電壓VL作為參考電壓來實現(xiàn)的。在跳線J2進入（和J1離開）的情況下，U1A和U1B的同相輸入端的電壓由VL決定，分壓器由R9和R10形成，因此負載電流變?yōu)椋?/p>

從這里我們可以看到有效的負載電阻RL為：

通過調(diào)節(jié)分壓比或用電位計代替R10，負載電阻可以從等式7計算得出的標稱值（圖2中的值為2.55Ω）變?yōu)镽10= 0時的幾乎無窮大。

康斯坦丁·斯特法諾夫（Konstantin Stefanov）是英國公開大學電子影像中心的高級研究員。

編輯：hfy