人机交互的多功能直流电子负载装置制造方法
【专利摘要】本实用新型为一种人机交互的多功能直流电子负载装置，属于电子仪器领域。本装置由主回路、直流电子负载控制器、控制和显示面板以及辅助电源组成。所述直流电子负载控制器采用步进迭代控制策略、过压控制策略和过流控制策略，实现整个直流电子负载装置的工作电流精确可调，同时还具有可自恢复的过压过流保护功能。该装置中的关键部件——开关管处于开关工作状态、损耗小、发热量小、所需散热器也小，可令整个直流电子负载装置的体积大幅度地减小。
【专利说明】人机交互的多功能直流电子负载装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及仪表测量领域下的电子仪器范畴。
【背景技术】
[0002]在电子产品的设计和生产过程中，都需要使用特定的负载来进行必要的性能测试。电子负载是用电子器件实现负载功能的一种电路，目前市场上的电子负载大都采用线性的工作模式，即通过控制晶体管或开关管的导通程度来控制其等效阻抗的大小，从而实现负载电流可调的目的。但是，该种电子负载因其主要器件晶体管或开关管工作于线性区，发热量很大，出于散热的安全考虑需要很大的散热器，因此造成体积庞大。
实用新型内容
[0003]为了解决现有线性直流电子负载中关键部件损耗大、发热量大、所需散热器体积大的问题，本实用新型提出了一种关键部件损耗小、发热量小、所需散热器体积小的人机交互的多功能直流电子负载装置。
[0004]本实用新型采用的技术方案为:
[0005]一种直流电子负载装置，其主要特征为:所述直流电子负载装置包括主回路、直流电子负载控制器、控制和显示面板以及辅助电源。
[0006]所述的主回路包括过压过流保护电路和Boost电路，由电子开关S、电感L、二极管D、MOS管M、输出电容C和负载R组成，所述电子开关S的一端与输入电压Vi的正极相连，电子开关S的另一端与电感L的一端相连，电感L的另一端与二极管D的阳极以及MOS管M的漏极相连,二极管D的阴极与输出电容C的一端以及负载电阻R的一端相连，输出电容C的另一端与负载电阻R的另一端、MOS管M的源极以及输入电压Vi的负极相连。
[0007]所述直流电子负载控制器包括电压检测电路、电流检测电路、控制电路、PWM驱动电路，所述控制电路又包含电流控制电路和保护控制电路。
[0008]所述主回路与所述直流电子负载控制器相连，所述主回路的输入电压Vi的检测端口、MOS管M的门极、工作电流i的检测端口、电子开关S的控制端分别与直流电子负载控制器上的VC端口、vg端口、vsen端口和vs端口相连,直流电子负载控制器的vset端口还与控制和显示面板的vset端口相连。
[0009]所述直流电子负载控制器中的电压检测电路，用于检测主回路的输入电压Vi ;所述直流电子负载控制器中的电流检测电路，用于检测直流电子负载工作电流i的大小；所述直流电子负载控制器中的电流控制电路，通过比较直流电子负载控制器上的vsen端口和vset端口的信号,输出MOS管M的控制信号vgc ;所述直流电子负载控制器中的电流控制电路，接收并比较电流检测电路的输出信号和控制和显示面板的vset端口信号，采用步进迭代控制策略，输出MOS管M的控制信号vgc ;所述直流电子负载控制器中的PWM驱动电路把MOS管M的控制信号vgc转换成MOS管M的驱动信号vg ;所述直流电子负载控制器中的保护控制电路接收电压检测电路的输出信号和电流检测电路的输出信号，采用过压控制策略和过流控制策略，通过所述直流电子负载控制器的VS端口输出控制电子开关S的控制信号，实现自恢复的过压过流保护功能。
[0010]所述控制和显示面板，用于设定直流电子负载的工作电流i的大小和实时显示直流电子负载的工作状态及相关数据。
[0011]所述辅助电源用于提供所述直流电子负载控制器以及控制和显示面板正常工作所需的工作电压。
[0012]进一步说明，所述保护控制电路由滞回比较器I和滞回比较器2、放大器I和放大器2、或门电路、参考电压源1、参考电压源2组成，直流电子负载控制器的vc端口与放大器I的输入端相连，放大器I的输出端与滞回比较器I的正相输入端相连，参考电压源I与滞回比较器I的反相输入端相连，滞回比较器I的输出端与或门电路的一个输入端相连，直流电子负载控制器的vsen端口与放大器2的输入端相连,放大器2的输出端与滞回比较器2的正相输入端相连，参考电压源2与滞回比较器2的反相输入端相连，滞回比较器2的输出端与或门电路的另一输入端相连，或门电路的输出端与直流电子负载控制器的vs端口 ；
[0013]所述电流控制电路由减法器、加法器、采样保持器、D/A转换器、比较器、选择开关、三角波发生器、滞回比较器3、参考电压源3组成，直流电子负载控制器的vsen端口与采样保持器的输入端相连，米样保持器的输出端与比较器的反相输入端、加法器的一个输入端以及减法器的正输入端相连，直流电子负载控制器的vset端口与D/A转换器的输入端相连，D/A转换器的输出端与比较器的正相输入端相连，比较器的输出端与选择开关的控制端G相连，参考电压源3与加法器的另一个输入端以及减法器的负输入端相连，减法器的输出端与选择开关的0状态输入端相连，加法器的输出端与选择开关的I状态输入端相连，选择开关的输出端与滞回比较器3的正相输入端相连，三角波发生器的输出端与滞回比较器3的反相输入端相连，滞回比较器3的输出端输出MOS管M的控制信号vgc。
[0014]本实用新型的技术构思为:以开关方式工作的Boost电路为主体，采用步进迭代控制策略、过压控制策略和过流控制策略，实现人机交互的多功能直流电子负载装置。该直流电子负载装置具有精确控制工作电流的功能，同时还具有过压和过流保护的功能。
[0015]本实用新型的有益效果主要表现在:与现有的线性直流电子负载不同，本直流电子负载中的关键部件——开关管处于开关工作状态、损耗小、发热量小、所需散热器也小，可令整个直流电子负载装置的体积大幅度地减小。除此之外，整个直流电子负载装置具有人机交互地精确控制工作电流的功能，同时还具有过压和过流保护的功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型实施例的总框图。
[0017]图2是本实用新型实施例的主电路图。
[0018]图3是本实用新型实施例的直流电子负载控制器的功能框图。
[0019]图4是本实用新型实施例的保护控制电路图。
[0020]图5是本实用新型实施例的电流控制电路图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本实用新型作进一步描述。[0022]实施例
[0023]参照图1-5，本实施例的主要特征为:所述直流电子负载装置包括主回路、直流电子负载控制器、控制和显示面板以及辅助电源。
[0024]所述的主回路包括过压过流保护电路和Boost电路，由电子开关S、电感L、二极管D、MOS管M、输出电容C和负载R组成，所述电子开关S的一端与输入电压Vi的正极相连，电子开关S的另一端与电感L的一端相连，电感L的另一端与二极管D的阳极以及MOS管M的漏极相连,二极管D的阴极与输出电容C的一端以及负载电阻R的一端相连，输出电容C的另一端与负载电阻R的另一端、MOS管M的源极以及输入电压Vi的负极相连。
[0025]所述直流电子负载控制器包括电压检测电路、电流检测电路、控制电路、PWM驱动电路，所述控制电路又包含电流控制电路和保护控制电路。
[0026]所述主回路与所述直流电子负载控制器相连，所述主回路的输入电压Vi的检测端口、MOS管M的门极、工作电流i的检测端口、电子开关S的控制端分别与直流电子负载控制器上的VC端口、vg端口、vsen端口和vs端口相连,直流电子负载控制器的vset端口还与控制和显示面板的vset端口相连。
[0027]所述直流电子负载控制器中的电压检测电路，用于检测主回路的输入电压Vi ;所述直流电子负载控制器中的电流检测电路，用于检测直流电子负载工作电流i的大小；所述直流电子负载控制器中的电流控制电路，通过比较直流电子负载控制器上的vsen端口和vset端口的信号,输出MOS管M的控制信号vgc ;所述直流电子负载控制器中的电流控制电路，接收并比较电流检测电路的输出信号和控制和显示面板的vset端口信号，采用步进迭代控制策略，输出MOS管M的控制信号vgc ;所述直流电子负载控制器中的PWM驱动电路把MOS管M的控制信号vgc转换成MOS管M的驱动信号vg ;所述直流电子负载控制器中的保护控制电路接收电压检测电路的输出信号和电流检测电路的输出信号，采用过压控制策略和过流控制策略，通过所述直流电子负载控制器的vs端口输出控制电子开关S的控制信号，实现自恢复的过压过流保护功能。
[0028]所述控制和显示面板，用于设定本实施例的工作电流i的大小和实时显示本实施例的工作状态及相关数据。
[0029]所述辅助电源用于提供所述直流电子负载控制器以及控制和显示面板正常工作所需的工作电压。
[0030]进一步说明，所述保护控制电路由滞回比较器I和滞回比较器2、放大器I和放大器2、或门电路、参考电压源1、参考电压源2组成，直流电子负载控制器的vc端口与放大器I的输入端相连，放大器I的输出端与滞回比较器I的正相输入端相连，参考电压源I与滞回比较器I的反相输入端相连，滞回比较器I的输出端与或门电路的一个输入端相连，直流电子负载控制器的vsen端口与放大器2的输入端相连,放大器2的输出端与滞回比较器2的正相输入端相连，参考电压源2与滞回比较器2的反相输入端相连，滞回比较器2的输出端与或门电路的另一输入端相连，或门电路的输出端与直流电子负载控制器的vs端口 ；
[0031]所述电流控制电路由减法器、加法器、采样保持器、D/A转换器、比较器、选择开关、三角波发生器、滞回比较器3、参考电压源3组成，直流电子负载控制器的vsen端口与采样保持器的输入端相连，米样保持器的输出端与比较器的反相输入端、加法器的一个输入端以及减法器的正输入端相连，直流电子负载控制器的vset端口与D/A转换器的输入端相连，D/A转换器的输出端与比较器的正相输入端相连，比较器的输出端与选择开关的控制端G相连，参考电压源3与加法器的另一个输入端以及减法器的负输入端相连，减法器的输出端与选择开关的O状态输入端相连，加法器的输出端与选择开关的I状态输入端相连，选择开关的输出端与滞回比较器3的正相输入端相连，三角波发生器的输出端与滞回比较器3的反相输入端相连，滞回比较器3的输出端输出MOS管M的控制信号vgc。
[0032]本实施例的工作原理具体如下:
[0033]( I)步进迭代的正常工作过程
[0034]本实施例通过控制和显示面板设定工作电流设定值vset。当工作电流检测信号vsen比vset小时，电流控制电路中的比较器输出高电平,使选择开关的通道I接通，选择开关输出信号(vsen+vsetp),滞回比较器3根据信号(vsen+vsetp)和三角波发生器输出信号vtri产生MOS管M的控制信号vgc,结果是增大MOS管M的开通时间，从而使本实施例的工作电流i增大；反之，若工作电流检测信号vsen比vset大时，比较器输出低电平，选择开关的通道0接通,选择开关输出信号(vsen-vsetp),滞回比较器3根据信号(vsen-vsetp)和三角波发生器输出信号vtri产生MOS管M的控制信号vgc，结果是减小开关管M的开通时间，从而使本实施例的工作电流减小。重复上述工作过程，最终本实施例的工作电流i会与设定值保持在一定的误差范围内。
[0035](2)过压过流的保护工作过程
[0036]本实施例的过压保护阈值由参考电压源I的输出电压Vrefl决定，输入电压检测信号vc经过放大器I放大后与滞回比较器I的正输入端相连，参考电压Vrefl与滞回比较器I的负输入端相连，当(vcXAl)大于Vrefl时，滞回比较器I输出高电平，保护控制电路输出vs高电平,使过压过流保护电路工作，电子开关S断开。反之，当(vcXAl)小于Vrefl时，滞回比较器I输出低电平，保护控制电路输出vs低电平，使过压过流保护电路不工作，电子开关S合上；本实施例的过流保护阈值由参考电压源2的输出电压Vref2决定，电流检测信号vsen经过放大器2放大后与滞回比较器2的正输入端相连，参考电压Vref2与滞回比较器2的负输入端相连，当(vsenXA2)大于Vref2时，滞回比较器2输出高电平，保护控制电路输出vs高电平，使过压过流保护电路工作，电子开关S断开。反之，当(vsen X A2 )小于Vref2时，滞回比较器2输出低电平，使过压过流保护电路不工作，电子开关S合上。而且，本实施例的过压过流保护功能具有自恢复性，当输入电压或工作电流从比阈值大的值减小到比阈值小时，滞回比较器I和滞回比较器2都能重新输出低电平，使过压过流保护电路停止工作，电子开关S合上，使直流电子负载恢复正常工作状态。
[0037]本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。
【权利要求】
1.一种人机交互的多功能直流电子负载装置，其特征在于:所述人机交互的多功能直流电子负载装置包括主回路、直流电子负载控制器、控制和显示面板以及辅助电源； 所述的主回路包括过压过流保护电路和Boost电路，由电子开关S、电感L、二极管D、MOS管M、输出电容C和负载R组成，所述电子开关S的一端与输入电压Vi的正极相连，电子开关S的另一端与电感L的一端相连，电感L的另一端与二极管D的阳极以及MOS管M的漏极相连，二极管D的阴极与输出电容C的一端以及负载电阻R的一端相连，输出电容C的另一端与负载电阻R的另一端、MOS管M的源极以及输入电压Vi的负极相连； 所述直流电子负载控制器包括电压检测电路、电流检测电路、控制电路、PWM驱动电路，所述控制电路又包含电流控制电路和保护控制电路； 所述主回路与所述直流电子负载控制器相连，所述主回路的输入电压Vi的检测端口、MOS管M的门极、工作电流i的检测端口、电子开关S的控制端分别与直流电子负载控制器上的VC端口、Vg端口、vsen端口和vs端口相连,直流电子负载控制器的vset端口还与控制和显示面板的vset端口相连； 所述直流电子负载控制器中的电压检测电路，用于检测主回路的输入电压Vi ;所述直流电子负载控制器中的电流检测电路，用于检测直流电子负载工作电流i的大小；所述直流电子负载控制器中的电流控制电路，通过比较直流电子负载控制器上的vsen端口和vset端口的信号,输出MOS管M的控制信号vgc ;所述直流电子负载控制器中的电流控制电路，接收并比较电流检 测电路的输出信号和控制和显示面板的vset端口信号，采用步进迭代控制策略，输出MOS管M的控制信号vgc ;所述直流电子负载控制器中的PWM驱动电路把MOS管M的控制信号vgc转换成MOS管M的驱动信号vg ;所述直流电子负载控制器中的保护控制电路接收电压检测电路的输出信号和电流检测电路的输出信号，采用过压控制策略和过流控制策略，通过所述直流电子负载控制器的vs端口输出控制电子开关S的控制信号，实现自恢复的过压过流保护功能； 所述控制和显示面板，用于设定直流电子负载的工作电流i的大小和实时显示直流电子负载的工作状态及相关数据； 所述辅助电源用于提供所述直流电子负载控制器以及控制和显示面板正常工作所需的工作电压。
2.如权利要求1所述的人机交互的多功能直流电子负载装置，其特征在于:所述保护控制电路由滞回比较器一和滞回比较器二、放大器一和放大器二、或门电路、参考电压源一、参考电压源二组成，直流电子负载控制器的VC端口与放大器一的输入端相连，放大器一的输出端与滞回比较器一的正相输入端相连，参考电压源一与滞回比较器一的反相输入端相连，滞回比较器一的输出端与或门电路的一个输入端相连，直流电子负载控制器的vsen端口与放大器二的输入端相连,放大器二的输出端与滞回比较器二的正相输入端相连，参考电压源二与滞回比较器二的反相输入端相连，滞回比较器二的输出端与或门电路的另一输入端相连，或门电路的输出端与直流电子负载控制器的vs端口。
3.如权利要求1所述的人机交互的多功能直流电子负载装置，其特征在于:所述电流控制电路由减法器、加法器、采样保持器、D/A转换器、比较器、选择开关、三角波发生器、滞回比较器三、参考电压源三组成，直流电子负载控制器的vsen端口与采样保持器的输入端相连，采样保持器的输出端与比较器的反相输入端、加法器的一个输入端以及减法器的正输入端相连， 直流电子负载控制器的vset端口与D/A转换器的输入端相连，D/A转换器的输出端与比较器的正相输入端相连，比较器的输出端与选择开关的控制端G相连,参考电压源三与加法器的另一个输入端以及减法器的负输入端相连，减法器的输出端与选择开关的O状态输入端相连,加法器的输出端与选择开关的I状态输入端相连,选择开关的输出端与滞回比较器三的正相输入端相连，三角波发生器的输出端与滞回比较器三的反相输入端相连，滞回比较器三的输出端输出MOS管M的控制信号vgc。
【文档编号】G01R31/00GK203414545SQ201320526175
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】薛建军, 白雪琛, 诸亮, 张宪, 陈怡
申请人:浙江工业大学