项目说明：

配合IOTpowerCC表头制作一个可以记录电池放电曲线的迷你负载，使用模拟电路控制实现更线性的控制。

请勿在无人值守环境使用本负载，尤其是电池放电时应当全程对设备及电池保持观察，以免引发意外事故！

 

由于我手上的两台电子负载在小电流（小于100mA）放电时会存在控制不精准、放电电流波动较大的情况，在我制作小型、微型电子设备时无法知道电池的实际放电曲线，只能通过理论值计算对应电量，从而导致电量检测不够精准。

因此我决定基于更加精准的模拟电路，自己制作一个迷你负载。与传统的电子负载更加注重大功率放电不同，本负载旨在对百毫安时级别的小型软包锂电进行百毫安以内的放电，使用IOTpowerCC表头配合上位机记录电池放电曲线，使得制作产品时可以更加精确的通过电压反推出电量，也可以避免商家虚标电池容量、放电曲线等情况。

此外，本项目进行了低成本设计（更换部分元器件还可以成本更低，我是基于自己的设计习惯进行的选型），不算表头的整体成本仅不到30元（基于嘉立创免费PCB+免费面板打样）。

 

项目主要功能：

1、本负载模块具有恒电流/恒功率负载模式，可以通过拨动开关切换；

2、整体采用叠层设计减小体积，但保留了足够面积的散热片与降温风扇；

3、与IOTpowerCC表头采用香蕉插座+弹簧针进行连接，可以在不用时取下表头。

项目展示视频：哔哩哔哩_bilibili_【开源】低成本迷你放电负载，感谢您的三连！

 

开源协议：

CC BY-NC-SA 4.0

 

项目属性：

本项目为首次公开，为本人原创项目。

项目未曾在别的比赛中获奖。

 

项目进度：

2024/1/29 完成初步设计论证，项目立项

咕~

2024/3/6 开始绘制电路图

2024/3/13 第一版验证测试完成，发现部分问题

2024/3/15 基本测试完成，修正了已知问题，增加电路图注释

2024/3/19 绘制了压克力叠层板，准备第二次打样

2024/3/25 完整整体测试，所有功能验证完成

2024/3/27 开始撰写开源工程，加测部分数据

2024/3/28 撰写组装说明便于用户复刻

 

设计原理：

1、通过DCDC电路的开关节点实现电荷泵效果，产生正负压

2、基于运放的负反馈特性，搭建模拟电路实现闭环控制

3、小功率三极管控制大功率三极管，使用达林顿电路控制负载

4、巧用开漏输出的比较器控制MOS管，减少器件数量

 

电路设计与电路原理：

本项目的电路主要在控制板上（下图左），部分直插元器件安装在散热片支架板上（下图右）

本项目电路比较简单，主要分为电源电路与负载控制电路两大部分，控制负载的核心是运放负反馈。

 

1、电流方向

将电池接入接线座，通过铜柱+香蕉插头输入表头，从表头流出再进入负载，从而通过IOTpowerCC表头进行放电曲线记录

开关同时承担表头供电与电池输入负载两条路径的控制

 

2、系统电源

系统电源来自IOTpowerCC表头的5V（使用该负载时需要使用外部电源给表头供电，并切换表头上的拨动开关）

风扇支架板不仅承担了风扇支架的作用，同时设置有弹簧针的焊盘（采购链接见”其他“章节），用于取电后送去控制板

电源部分采用MT3608作为主控，利用SW开关节点实现反压输出，获得±15V，再使用LDO获得较为稳定的±12V电源

电源部分如上图所示

 

3、参数设置电路

本模块具有恒电流/恒电阻负载模式，可以通过拨动开关切换，如上图所示，同时在PCB上通过丝印标注了CC与CR便于识别

恒电阻模式中可以RP1用于分压输出参考值，上方的R17用于限制参考电压上限，在不同电阻时对应的负载最小等效电阻在图中进行了标注，便于用户根据实际需求进行切换，默认使用82k电阻，不建议长时间大电流使用负载以免过热

恒电流模式原理类似，其中R19用以限制最大负载电流，目前限制的最大电流为200mA

 

恒电流/恒功率模式的主要区别就是反馈来源不同，由于负载本身是电流反馈，因此给一个固定的参考电压就是恒电流模式，而参考电压随着输入电压的变化而线性变化就是恒电阻模式

基于一样的道理，我们还可以设计出恒功率模式

 

4、负载电路

负载部分采用741运放构建负反馈，其中R0电阻不仅承担负载功能，兼做电流采样电阻，用以作为反馈，因此采用RX24-5W的大功率封装电阻

TIP41C为大功率三极管，不便使用运放直接控制，因此采用3904与其构成达林顿电路

在负载的工作过程中，功率电阻与TIP41C均会发热严重，因此需要使用主动散热系统防止过热

组装好的功率&散热组件如下：（最上方紫色的为风扇支架板）

功率电阻与功率三极管反向安装在散热片背面，如下图所示：

安装时先把散热片粘在散热片支架上（PCB或亚克力），按下图弯折器件引脚，再把器件黏在散热片支架的对应开口中

完成以上组装与控制板的焊接及测试后，便可将功率&散热组件与控制板插在一起（注意，此时先不要焊接）

 

本项目的叠层较为复杂，组装时的叠层结构如下：

1、上面板

2、2mm厚度垫片（M2.5）

3、IOTpowerCC表头

    3.1、表头连接用铜柱

4、垫片、螺母

    以上1-4采用M2.5*8螺丝固定

5、香蕉插头(M2螺纹)

    6.1、M2螺丝

6、风扇支架板

    6.2、M2*7螺柱

    6.3、3510风扇

    6.4、M2沉头螺丝

    以上6.1-6.4固定在⑥风扇支架板上

7、M2*21+3螺柱

8、散热片支架

9、M2*9双通螺柱

10、负载控制板

11、2mm厚度垫片（M2）

12、亚克力底板

13、M2*8螺丝

图文组装说明详见文章：低成本迷你放电负载组装说明 - 嘉立创EDA开源硬件平台 (oshwhub.com)

 

5、风扇温控电路

为了避免负载过热，模块设置有温度控制的风扇启停电路

通过采用AP331比较器的开漏输出特性，可以便捷的控制AO3401 MOS管，从而减少了外围电路

为了兼容5V或12V两种不同电压的散热风扇，可以通过J1跳线焊盘进行电压选择（建议0805封装的0Ω电阻进行跳线），如果觉得风扇噪音较大，可以使用带有阻值的电阻作为跳线限制风扇转速过高的问题（一般不建议超过5Ω，设置完电阻后请进行测试，以避免风扇无法启动）

P1不需要焊接排针，P1的目的是提供两个焊盘用以焊接风扇的电源线，具体安装方法请参考组装说明

 

电路功能测试：

以下为测试实拍，为了便于不同电压条件下测试，使用数控电源代替电池输入负载

1、恒电阻模式

改变输入电压，负载电阻不变

 

2、恒电流模式

改变输入电压，负载电流不变

 

3、电池放电曲线测试

使用IOTpowerCC表头配合上位机记录电池放电曲线，这也是我设计本模块的主要功能，实现精准的小电流放电，从而获得小型软包锂电池的精确放电曲线，使得制作产品时可以更加精确的通过电压反推出电量

样品电池放电曲线如图所示（设置放电电流为100mA）

 

注意事项：

本项目仅用于小功率场景，请勿长时间大功率使用

输入电压不建议超过10V，否则控制系统可能出现异常

 

在使用完负载后，应养成好习惯将负载功率归零（电位器都逆时针旋转到底），防止下次使用时带载上电！

 

固定或拆卸电池引线至连接座时，应当避免螺丝刀触碰到表头的TypeC口外壳，否则将会把电池短路，十分危险！

为了避免以上情况发生，建议在使用负载前，将表头的TypeC口上插一个防尘塞，或使用胶布遮盖，便可有效避免上述情况的发生

 

请勿在无人值守环境使用本负载，尤其是电池放电时应当全程对设备及电池状态保持观察，以免引发意外事故！

注意：部分电池没有保护板，长时间放电将可能导致电池过放，从而造成电池发生不可逆的损坏，包括但不限于膨胀、起火、爆炸！

 

使用本开源项目需自负风险，开源作者及平台不对因使用本项目而导致的任何损失负责，包括但不限于人身伤害和财产损失。请在测试并确保负载工作正常后使用，确保合法合规使用，对于任何结果责任自负。

 

 

其他：

部分元器件淘宝购买链接：（其他元器件都可以在立创商城直接购买）

非广告，仅供参考

10K电位器：拨盘/齿轮电位器B503单联三脚50K 直径16*2MM唱戏机音量调节开关-淘宝网 (taobao.com)

散热风扇：盈讯3510 35X35X10MM 3.5*3.5*1CM 3.5CM/厘米 5/12/24V 散热风扇-淘宝网 (taobao.com)

散热片：（35*35*10）铝散热片剖槽带导热背胶贴 树莓派 CPU 路由 主板 电子芯片散热器-淘宝网 (taobao.com)

香蕉插头：2mm香蕉插头/2毫米纯铜镀金/六角螺纹/装面板式banana接头香蕉座-淘宝网 (taobao.com)

表头连接用铜柱：( C2*C4*5+C3*1.6 )铜套￠2￠2.5￠3￠4凸台阶铜柱SMT贴片pcb焊接支撑隔离柱通孔无牙-淘宝网 (taobao.com)

弹簧针：（型号H053）针管直径1.5mm分类 弹簧顶针连接器pogo pin端子铜针电流信号探针-淘宝网 (taobao.com)

2mm厚度垫片：（d2.1*D4*2）铝套管铝合金轴加厚垫片螺丝节管套圆形金属圈垫圈M2M2.5M3M4M5-淘宝网 (taobao.com)

大功率电阻：（1Ω）黄金铝壳电阻RX24 5W/10W/50W/200W/500W汽车大功率电阻元件大全-淘宝网 (taobao.com)

 

图文组装说明详见文章：低成本迷你放电负载组装说明 - 开源硬件平台OSHWHub

负载使用说明详见视频：哔哩哔哩_bilibili_【开源】低成本迷你放电负载

 

如果对项目有任何疑问或建议，欢迎留言讨论

也欢迎加入我的技术交流群：1016193632