一种程控直流电子负载制造技术

一种程控直流电子负载，属于电源测试技术领域，解决了现有直流电子负载无法兼顾响应速度和控制精度以及因导线分压而限制自身控制精度进一步提高的问题。所述电子负载：硬件控制部分包括PID恒压控制模块和PID恒流控制模块，根据反馈信号与参考信号的幅值差实时调整对功率管并联模块的驱动信号。软件控制部分基于主控模块实现，主控模块根据反馈信号与期望信号的幅值差实时调整控制信号。所述电子负载采用四线制待测电源接线法，即待测电源的正极与功率管并联模块的电流输入端相连，功率管并联模块的电流输出端经电流采样电阻与待测电源的负极相连，串联后的第一电压采样电阻和第二电压采样电阻与待测电源并联。

A Programmable DC Electronic Load

【技术实现步骤摘要】
一种程控直流电子负载
本专利技术涉及一种电子负载，属于电源测试

技术介绍
对电源的测试会用到负载，而电阻器和滑动变阻器等传统负载存在诸多不足，例如不便于动态调节以及通上大电流时会产生温漂而不能使电源恒压或者恒流地输出等。因此，电子负载得到了越来越广泛的应用。现有的直流电子负载通常采用由硬件构成的闭环负反馈回路或者基于软件实现的闭环负反馈回路来控制功率管的导通量，以实现电源的恒压或者恒流输出。然而，现有基于硬件闭环负反馈回路的直流电子负载虽然具有较快的响应速度，但是其控制精度较低。现有基于软件闭环负反馈回路的直流电子负载虽然具有较高的控制精度，但是其响应速度较慢。另一方面，由于待测电源与功率管之间的导线上有较大的分压，也在一定程度上降低了现有直流电子负载的控制精度。为了解决导线分压的问题，往往需要进行繁琐的软件补偿。当直流电子负载所用导线不同时，补偿参数需重新标定。除此之外，软件补偿的效果因容易受导线温漂影响而大打折扣。
技术实现思路
本专利技术为解决现有直流电子负载无法兼顾响应速度和控制精度以及因导线分压而限制自身控制精度进一步提高的问题，提出了一种程控直流电子负载。本专利技术所述的程控直流电子负载包括主控模块、功率管并联模块、PID恒压控制模块、PID恒流控制模块、电压调理模块、电流调理模块、滤波模块、通路控制模块、第一电压采样电阻、第二电压采样电阻和电流采样电阻；待测电源的正极与功率管并联模块的电流输入端相连，功率管并联模块的电流输出端经电流采样电阻与待测电源的负极相连；第一电压采样电阻与第二电压采样电阻串联，串联后的第一电压采样电阻和第二电压采样电阻与待测电源并联；第一电压采样电阻与第二电压采样电阻的公共端经电压调理模块同时与PID恒压控制模块的反馈电压信号输入端和主控模块的反馈电压信号输入端相连；功率管并联模块与电流采样电阻的公共端经电流调理模块同时与PID恒流控制模块的反馈电流信号输入端和主控模块的反馈电流信号输入端相连；主控模块的控制信号输出端经滤波模块同时与PID恒压控制模块的参考电压信号输入端和PID恒流控制模块的参考电流信号输入端相连；当待测电源为直流电流源时，主控模块控制通路控制模块使PID恒压控制模块的驱动信号输出端与功率管并联模块的驱动信号输入端相连，根据预设的所述程控直流电子负载的工作模式计算初始控制信号，并根据反馈电压信号与预设的期望电压信号的幅值差实时调整控制信号，以在软件层面上实现闭环控制；当待测电源为直流电压源时，主控模块控制通路控制模块使PID恒流控制模块的驱动信号与功率管并联模块的驱动信号输入端相连，根据预设的所述程控直流电子负载的工作模式计算初始控制信号，并根据反馈电流信号与预设的期望电流信号的幅值差实时调整控制信号，以在软件层面上实现闭环控制；PID恒压控制模块用于根据反馈电压信号与参考电压信号的幅值差实时调整驱动信号，以在硬件层面上实现闭环控制；PID恒流控制模块用于根据反馈电流信号与参考电流信号的幅值差实时调整驱动信号，以在硬件层面上实现闭环控制。作为优选的是，当待测电源为直流电流源时，所述程控直流电子负载的工作模式包括恒压模式、恒阻模式和恒功率模式；当待测电源为直流电压源时，所述程控直流电子负载的工作模式包括恒流模式、恒阻模式和恒功率模式。作为优选的是，主控模块还用于在反馈电压信号的幅值超出预设的电压信号安全限值或反馈电流信号的幅值超出预设的电流信号安全限值时，控制通路控制模块使功率管并联模块停止接收驱动信号。作为优选的是，所述程控直流电子负载还包括温度监测模块，用于实时检测功率管并联模块的工作温度，并在功率管并联模块的工作温度超出工作温度安全限值时，通过主控模块控制通路控制模块，使功率管并联模块停止接收驱动信号。作为优选的是，所述程控直流电子负载还包括报警模块，用于在反馈电压信号的幅值超出预设的电压信号安全限值或反馈电流信号的幅值超出预设的电流信号安全限值时，以及在功率管并联模块的工作温度超出工作温度安全限值时，根据主控模块发来的报警信号发出报警音。作为优选的是，所述程控直流电子负载还包括按键模块，与主控模块相连，用于设置所述程控直流电子负载的工作模式和工作参数，工作参数包括电压、电流、电阻和功率。作为优选的是，所述程控直流电子负载还包括RS232通讯模块，主控模块通过RS232通讯模块与上位机相连，上位机用于设置所述程控直流电子负载的工作模式和工作参数。作为优选的是，所述程控直流电子负载还包括显示模块，与主控模块相连，用于显示所述的程控直流电子负载的工作模式、设定的工作参数、实际的工作参数以及功率管并联模块的工作温度。作为优选的是，所述程控直流电子负载还包括模数转换模块，电压调理模块和电流调理模块均通过模数转换模块与主控模块相连。作为优选的是，PID恒压控制模块和PID恒流控制模块的P、I、D参数均通过仿真确定，在确定的P、I、D参数的状态下所述程控直流电子负载无超调且上升时间最短。作为优选的是，功率管并联模块包括4个功率管，功率管为IRFP2907型号的场效应管。作为优选的是，PID恒流控制模块包括运算放大器U1、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1和电容C2；运算放大器U1的同相输入端与电阻R1的第一端相连，运算放大器U1的反相输入端同时与电阻R2的第一端、电容C1的第一端和电容C2的第一端相连，电容C1的第二端与电阻R3的第一端相连，运算放大器U1的输出端同时与二极管D1的阳极、电阻R3的第二端和电容C2的第二端相连；电阻R1的第二端、电阻R2的第二端和二极管D1的阴极分别为PID恒流控制模块的参考电流信号输入端、反馈电流信号输入端和驱动信号输出端；电容C1的容值、电容C2的容值和电阻R3的阻值分别为PID恒流控制模块的P、I、D参数；PID恒流控制模块的P、I、D参数分别为1uF、1nF、10kΩ。作为优选的是，PID恒压控制模块包括运算放大器U2、二极管D2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C3和电容C4；运算放大器U2的同相输入端与电阻R4的第一端相连，运算放大器U2的反相输入端同时与电阻R5的第一端、电容C3的第一端和电容C4的第一端相连，电容C3的第二端与电阻R6的第一端相连，运算放大器U2的输出端同时与二极管D2的阳极、电阻R6的第二端和电容C4的第二端相连；电阻R4的第二端、电阻R5的第二端和二极管D2的阴极分别为PID恒压控制模块的参考电压信号输入端、反馈电压信号输入端和驱动信号输出端；电容C3的容值、电容C4的容值和电阻R6的阻值分别为PID恒压控制模块的P、I、D参数；PID恒压控制模块的P、I、D参数分别为1nF、1uF、1kΩ。作为优选的是，当所述程控直流电子负载工作于恒压模式时，主控模块采用以下方式调整控制信号：S1、判断反馈电压信号与期望电压信号的幅值差的绝对值是否大于预定的第一幅值差参考值且期望电压信号的幅值大于反馈电压信号的幅值，当判断结果为是时，执行S2，否则，执行S3；S2、使控制信号的占空比加第一修正值，并执行S1；S3、判断反馈电压信号与期望电压信号的幅值差的绝对值是否大于预定的第一幅值差参考值且期望电压信号的幅值小于反馈电压信号的幅值，当判断结果为是时，执行S4，否则，执行S5；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种程控直流电子负载，其特征在于，所述程控直流电子负载包括主控模块、功率管并联模块、PID恒压控制模块、PID恒流控制模块、电压调理模块、电流调理模块、滤波模块、通路控制模块、第一电压采样电阻、第二电压采样电阻和电流采样电阻；待测电源的正极与功率管并联模块的电流输入端相连，功率管并联模块的电流输出端经电流采样电阻与待测电源的负极相连；第一电压采样电阻与第二电压采样电阻串联，串联后的第一电压采样电阻和第二电压采样电阻与待测电源并联；第一电压采样电阻与第二电压采样电阻的公共端经电压调理模块同时与PID恒压控制模块的反馈电压信号输入端和主控模块的反馈电压信号输入端相连；功率管并联模块与电流采样电阻的公共端经电流调理模块同时与PID恒流控制模块的反馈电流信号输入端和主控模块的反馈电流信号输入端相连；主控模块的控制信号输出端经滤波模块同时与PID恒压控制模块的参考电压信号输入端和PID恒流控制模块的参考电流信号输入端相连；当待测电源为直流电流源时，主控模块控制通路控制模块使PID恒压控制模块的驱动信号输出端与功率管并联模块的驱动信号输入端相连，根据预设的所述程控直流电子负载的工作模式计算初始控制信号，并根据反馈电压信号与预设的期望电压信号的幅值差实时调整控制信号，以在软件层面上实现闭环控制；当待测电源为直流电压源时，主控模块控制通路控制模块使PID恒流控制模块的驱动信号与功率管并联模块的驱动信号输入端相连，根据预设的所述程控直流电子负载的工作模式计算初始控制信号，并根据反馈电流信号与预设的期望电流信号的幅值差实时调整控制信号，以在软件层面上实现闭环控制；PID恒压控制模块用于根据反馈电压信号与参考电压信号的幅值差实时调整驱动信号，以在硬件层面上实现闭环控制；PID恒流控制模块用于根据反馈电流信号与参考电流信号的幅值差实时调整驱动信号，以在硬件层面上实现闭环控制。...

【技术特征摘要】
1.一种程控直流电子负载，其特征在于，所述程控直流电子负载包括主控模块、功率管并联模块、PID恒压控制模块、PID恒流控制模块、电压调理模块、电流调理模块、滤波模块、通路控制模块、第一电压采样电阻、第二电压采样电阻和电流采样电阻；待测电源的正极与功率管并联模块的电流输入端相连，功率管并联模块的电流输出端经电流采样电阻与待测电源的负极相连；第一电压采样电阻与第二电压采样电阻串联，串联后的第一电压采样电阻和第二电压采样电阻与待测电源并联；第一电压采样电阻与第二电压采样电阻的公共端经电压调理模块同时与PID恒压控制模块的反馈电压信号输入端和主控模块的反馈电压信号输入端相连；功率管并联模块与电流采样电阻的公共端经电流调理模块同时与PID恒流控制模块的反馈电流信号输入端和主控模块的反馈电流信号输入端相连；主控模块的控制信号输出端经滤波模块同时与PID恒压控制模块的参考电压信号输入端和PID恒流控制模块的参考电流信号输入端相连；当待测电源为直流电流源时，主控模块控制通路控制模块使PID恒压控制模块的驱动信号输出端与功率管并联模块的驱动信号输入端相连，根据预设的所述程控直流电子负载的工作模式计算初始控制信号，并根据反馈电压信号与预设的期望电压信号的幅值差实时调整控制信号，以在软件层面上实现闭环控制；当待测电源为直流电压源时，主控模块控制通路控制模块使PID恒流控制模块的驱动信号与功率管并联模块的驱动信号输入端相连，根据预设的所述程控直流电子负载的工作模式计算初始控制信号，并根据反馈电流信号与预设的期望电流信号的幅值差实时调整控制信号，以在软件层面上实现闭环控制；PID恒压控制模块用于根据反馈电压信号与参考电压信号的幅值差实时调整驱动信号，以在硬件层面上实现闭环控制；PID恒流控制模块用于根据反馈电流信号与参考电流信号的幅值差实时调整驱动信号，以在硬件层面上实现闭环控制。2.如权利要求1所述的程控直流电子负载，其特征在于，当待测电源为直流电流源时，所述程控直流电子负载的工作模式包括恒压模式、恒阻模式和恒功率模式；当待测电源为直流电压源时，所述程控直流电子负载的工作模式包括恒流模式、恒阻模式和恒功率模式。3.如权利要求2所述的程控直流电子负载，其特征在于，主控模块还用于在反馈电压信号的幅值超出预设的电压信号安全限值或反馈电流信号的幅值超出预设的电流信号安全限值时，控制通路控制模块使功率管并联模块停止接收驱动信号。4.如权利要求3所述的程控直流电子负载，其特征在于，所述程控直流电子负载还包括温度监测模块，用于实时检测功率管并联模块的工作温度，并在功率管并联模块的工作温度超出工作温度安全限值时，通过主控模块控制通路控制模块，使功率管并联模块停止接收驱动信号。5.如权利要求4所述的程控直流电子负载，其特征在于，所述程控直流电子负载还包括报警模块，用于在反馈电压信号的幅值超出预设的电压信号安全限值或反馈电流信号的幅值超出预设的电流信号安全限值时，以及在功率管并联模块的工作温度超出工作温度安全限值时，根据主控模块发来的报警信号发出报警音。6.如权利要求5所述的程控直流电子负载，其特征在于，所述程控直流电子负载还包括按键模块，与主控模块相连，用于设置所述程控直流电子负载的工作模式和工作参数，工作参数包括电压、电流、电阻和功率。7.如权利要求6所述的程控直流电子负载，其特征在于，所述程控直流电子负载还包括RS232通讯模块，主控模块通过RS232通讯模块与上位机相连，上位机用于设置所述程控直流电子负载的工作模式和工作参数。8.如权利要求7所述的程控直流电子负载，其特征在于，所述程控直流电子负载还包括显示模块，与主控模块相连，用于显示所述的程控直流电子负载的工作模式、设定的工作参数、实际的工作参数以及功率管并联模块的工作温度。9.如权利要求8所述的程控直流电子负载，其特征在于，所述程控直流电子负载还包括模数转换模块，电压调理模块和电流调理模块均通过模数转换模块与主控模块相连。10.如权利要求9所述的程控直流电子负载，其特征在于，PID恒压控制模块和PID恒流控制模块的P、I、D参数均通过仿真确定，在确定的P、I、D参数的状态下所述程控直流电子负载无超调且上升时间最短。11.如权利要求10所述的程控直流电子负载，其特征在于，功率管并联模块包括4个功率管，功率管为IRFP2907...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘旺，刘建鑫，付宁，乔立岩，彭喜元，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23