專利名稱：直流電子負(fù)載儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光機(jī)電一體化智能儀表技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種用于模擬各類負(fù)載波形，實(shí)現(xiàn)對直流電源供應(yīng)器、充電器、電池以及功率電子元器件等進(jìn)行測試的直流電子負(fù)載儀。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)的直流電子負(fù)載儀從總體結(jié)構(gòu)上有兩種類型一種是單負(fù)載模組結(jié)構(gòu)，該類直流電子負(fù)載儀只包含一個(gè)負(fù)載模組，且不能聯(lián)機(jī)使用，因此只能應(yīng)用于單輸出的電源供應(yīng)器測試，而對于多路輸出的電源供應(yīng)器測試和單輸出電源供應(yīng)器并行測試，需要多模組的協(xié)調(diào)工作，該類產(chǎn)品無法滿足需求。第二種類型是模組+機(jī)框的結(jié)構(gòu)，該類直流電子負(fù)載儀通過機(jī)框作為總控制器，同時(shí)將負(fù)載模組安裝于機(jī)框內(nèi)部，通過機(jī)框內(nèi)安裝多個(gè)負(fù)載模組實(shí)現(xiàn)多路輸出的電源供應(yīng)器和單輸出電源供應(yīng)器并行測試。但是，由于增加了機(jī)框使成本增加，而且受機(jī)框結(jié)構(gòu)和控制功能的限制，模組的數(shù)量不能自由增加。當(dāng)用戶需要增加模組數(shù)量時(shí)，必須更換可容納更多模組且具有更強(qiáng)控制功能的機(jī)框才能實(shí)現(xiàn)。
直流電子負(fù)載儀最主要的功能是實(shí)現(xiàn)對負(fù)載電流的調(diào)節(jié)和控制，從而模擬各種負(fù)載波形特性。目前，國內(nèi)廣泛使用的直流電子負(fù)載儀對負(fù)載電流的調(diào)節(jié)和控制采用硬件模擬電路的方法實(shí)現(xiàn)，調(diào)節(jié)和控制的適應(yīng)性和實(shí)時(shí)性差，不能適應(yīng)不同電源供應(yīng)器的具體情況，無法實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)和控制負(fù)載電流及其上升/下降斜率，有的甚至不能調(diào)節(jié)改變負(fù)載電流上升/下降斜率。由于電源供應(yīng)器的種類繁多，性能各異，當(dāng)電源供應(yīng)器的設(shè)計(jì)參數(shù)與負(fù)載不匹配時(shí)，往往引起電源供應(yīng)器的輸出電壓或負(fù)載電流的震蕩沖擊，影響測試的正確性和準(zhǔn)確性，甚至造成電源供應(yīng)器的誤保護(hù)動作或損壞。
同時(shí)，由于電源供應(yīng)器的應(yīng)用廣泛，在一些要求較高的應(yīng)用場合，需要適應(yīng)各種不同的負(fù)載性質(zhì)，特別是適應(yīng)負(fù)載的動態(tài)瞬變。目前，國內(nèi)的直流電子負(fù)載儀一般僅具有靜態(tài)負(fù)載的功能，具有動態(tài)負(fù)載功能的電子負(fù)載儀也僅是實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)不同的負(fù)載準(zhǔn)位之間的動態(tài)切換，動態(tài)負(fù)載的形式單一，不能滿足一些較高要求和特殊測試的需要。
從上可知，目前國內(nèi)廣泛應(yīng)用的直流電子負(fù)載儀，主要存在以下缺點(diǎn)1、從總體結(jié)構(gòu)來看，單負(fù)載模組結(jié)構(gòu)不能滿足多路輸出的電源供應(yīng)器測試和單輸出電源供應(yīng)器并行測試的需求；模組+機(jī)框的結(jié)構(gòu)雖可以滿足以上要求，但成本增加，受機(jī)框限制，用戶應(yīng)用不靈活；2、負(fù)載電流上升/下降率不可調(diào)節(jié)或采用模擬調(diào)節(jié)，對種類繁多的電源供應(yīng)器適應(yīng)性差，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)性差，易引起電源供應(yīng)器的輸出電壓或負(fù)載電流的震蕩沖擊，干擾測試結(jié)果，觸發(fā)誤動作或損壞被測電源供應(yīng)器。
3、不具有動態(tài)負(fù)載測試功能或動態(tài)負(fù)載形式單一，不能滿足電源供應(yīng)器的一些較高要求和特殊測試的需要。
4、不能對電池的交流內(nèi)阻進(jìn)行測量。電池行業(yè)中對交流內(nèi)阻的測量需要采用專用的測量儀器，如交流mΩ表完成，價(jià)格昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中直流電子負(fù)載儀對電源供應(yīng)器適應(yīng)性差的問題，提供了一種新型的直流電子負(fù)載儀，可實(shí)現(xiàn)對負(fù)載電流上升/下降率的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制，以及對動態(tài)負(fù)載的測試功能。
為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種直流電子負(fù)載儀，包括數(shù)字信號處理器，所述數(shù)字信號處理器通過其輸入端連接外部設(shè)備，接收用戶發(fā)出的指令信號，并通過其輸出端連接可編程任意波形合成電路，生成用戶所需波形輸出到驅(qū)動放大電路的輸入端，所述驅(qū)動放大電路的輸出端連接開關(guān)元件的控制端，所述開關(guān)元件的選通端連接在直流電子負(fù)載儀的正輸入端和負(fù)輸入端之間，并經(jīng)采樣電路連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入到數(shù)字信號處理器中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，進(jìn)而通過顯示器輸出顯示。
作為對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述直流電子負(fù)載儀的正輸入端和負(fù)輸入端分別連接待測電源的正極和負(fù)極，其待測電源的電壓經(jīng)運(yùn)放電路放大后，一路連接所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入到數(shù)字信號處理器中；另一路反饋到所述的驅(qū)動放大電路中。
所述開關(guān)元件為一MOS管，其柵極連接所述驅(qū)動放大電路的輸出端，漏極連接直流電子負(fù)載儀的正輸入端，源極經(jīng)電流采樣電阻連接所述直流電子負(fù)載儀的負(fù)輸入端；所述電流采樣電阻的兩端分別與一運(yùn)放器的正相輸入端和反相輸入端對應(yīng)連接，所述運(yùn)放器將采樣電流進(jìn)行放大后一路輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，一路反饋給所述的驅(qū)動放大電路，另一路連接示波器接口，將電流波形通過示波器輸出顯示。
作為對上述技術(shù)方案的又進(jìn)一步限定，所述數(shù)字信號處理器的輸出端連接模式開關(guān)控制電路，根據(jù)用戶選擇的定電流、定電壓、定電阻或定功率模式向所述的驅(qū)動放大電路輸出相應(yīng)的控制信號，控制驅(qū)動放大電路內(nèi)部相應(yīng)的模擬開關(guān)動作，進(jìn)而改變輸出到所述MOS管柵極的電壓值。
在所述的驅(qū)動放大電路中，可編程任意波形合成電路輸出的波形信號經(jīng)兩級運(yùn)放連接定電流或定電阻模擬開關(guān)，進(jìn)而連接一運(yùn)放跟隨電路的輸入端；所述兩級運(yùn)放電路中的第一級運(yùn)放輸出端經(jīng)一電流運(yùn)放器連接定功率模擬開關(guān)，進(jìn)而連接所述運(yùn)放跟隨電路的輸入端；輸入到所述驅(qū)動放大電路的電流反饋信號經(jīng)電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號后與所述運(yùn)放跟隨電路輸出的電壓信號進(jìn)行疊加，進(jìn)而經(jīng)另一運(yùn)算放大器連接所述MOS管的柵極。此外，所述電流運(yùn)放器的輸出端還連接一乘法器的輸入端，所述乘法器的另一輸入端接收所述的電壓反饋信號，將電壓信號與電流信號相乘后反饋到所述電流運(yùn)放器的輸入端。
在所述的驅(qū)動放大電路中，可編程任意波形合成電路輸出的波形信號經(jīng)所述的兩級運(yùn)放連接定電壓模擬開關(guān)，進(jìn)而經(jīng)運(yùn)放跟隨電路輸出放大后的電壓信號，所述電壓信號與輸入到驅(qū)動放大電路中的電壓反饋信號進(jìn)行疊加，進(jìn)而經(jīng)兩級運(yùn)放連接所述MOS管的柵極。
作為對上述技術(shù)方案的再進(jìn)一步限定，在所述的直流電子負(fù)載儀中設(shè)置有可與外部計(jì)算機(jī)相連的RS232接口或GPIB接口電路、遙控信號接口電路、觸發(fā)信號接口電路和鍵盤，所述接口電路和鍵盤均與所述的數(shù)字信號處理器相連。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本實(shí)用新型的直流電子負(fù)載儀可對負(fù)載電流上升/下降率采用數(shù)字化實(shí)時(shí)程序控制，根據(jù)電源供應(yīng)器的特性，自動實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)負(fù)載電流上升/下降率，以適應(yīng)種類繁多的電源供應(yīng)器，不會引起電源供應(yīng)器的輸出電壓或負(fù)載電流的震蕩沖擊。內(nèi)嵌有5種特殊負(fù)載波形(正弦波、三角波、方波、前沿鋸齒波、后沿鋸齒波)，可與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)任意動態(tài)負(fù)載電流波形的下載，并通過任意波形產(chǎn)生電路實(shí)現(xiàn)任意動態(tài)負(fù)載電流波形的輸出和控制。此外，基于上述任意波形動態(tài)負(fù)載功能，本實(shí)用新型的直流電子負(fù)載儀可實(shí)現(xiàn)對電池交流內(nèi)阻的測試。


圖1是本實(shí)用新型中主從模組的組合結(jié)構(gòu)框圖；圖2是主模組中主控板的電路原理圖；
圖3是直流電子負(fù)載儀的檢測電路原理框圖；圖4是可編程任意波形合成電路的原理圖；圖5是各模式下DDS波形信號驅(qū)動放大電路原理圖；圖6是基本動態(tài)負(fù)載波形圖；圖7是任意動態(tài)負(fù)載波形圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
本實(shí)用新型的直流電子負(fù)載儀包含主模組和從模組兩個(gè)系列，主模組和從模組都具有電子負(fù)載的基本功能，可以獨(dú)立運(yùn)行使用。主模組內(nèi)置主控板實(shí)現(xiàn)對從模組的控制，可與從模組組合使用，形成一主多從的組合結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多路輸出電源供應(yīng)器的測試和單輸出電源供應(yīng)器的并行測試，參見圖1所示。一主多從組合應(yīng)用時(shí)，必須包含一個(gè)主模組，從模組的數(shù)量和型號可依據(jù)用戶需求而定，用戶可自由的增減和更換從模組，便于用戶擴(kuò)展模組數(shù)量和技術(shù)升級。所述主模組通過其內(nèi)部主控板電路實(shí)現(xiàn)對從模組的統(tǒng)一管理和數(shù)據(jù)通訊，所述主控板的電路原理圖參見圖2所示。
圖2中，在所述主控板電路中包含有一32位數(shù)字信號處理器TMS320F2812，所述數(shù)字信號處理器DSP經(jīng)光電隔離電路連接串口COM0，進(jìn)而連接外部計(jì)算機(jī)，接收計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制指令，例如負(fù)載波形的選擇、定電流/定電壓/定電阻/定功率模式的選擇等，并可實(shí)現(xiàn)任意動態(tài)負(fù)載電流波形的下載。COM1串口經(jīng)通訊線連接遙控器，接收遙控器發(fā)出的指令信號，經(jīng)IO隔離電路連接所述的數(shù)字信號處理器DSP。DSP根據(jù)接收到的指令信號，通過擴(kuò)展總線經(jīng)地址譯碼器PLD連接串口擴(kuò)展芯片ST16C554，進(jìn)而連接多個(gè)COM串口，圖中列舉了COM2～COM5串口。其中，COM2串口與主模組中的檢測電路板通訊，COM3串口與從模組中的檢測電路板通訊，COM4連接打印機(jī)，COM5經(jīng)轉(zhuǎn)換電路連接并行通訊GPIB接口卡，進(jìn)而經(jīng)所述的GPIB接口連接上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)直流負(fù)載儀與外部上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊。所述數(shù)字信號處理器DSP將接收到的指令信號通過COM2串口輸出到主模組中，通過COM3串口輸出到從模組中，控制主模組和從模組中的檢測電路按照指定方式對連接在其輸入端的直流電源供應(yīng)器進(jìn)行檢測，并將檢測結(jié)果通過顯示器輸出，供測量人員對檢測結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察監(jiān)控。若選擇一主多從的組合模式進(jìn)行測量，可以通過所述的串口擴(kuò)展芯片ST16C554連接更多個(gè)COM串口，進(jìn)而與多個(gè)從模組進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)對多個(gè)直流電源供應(yīng)器的同時(shí)測量監(jiān)控。
所述顯示器可根據(jù)其類型插入LCD接口或VFD接口，其中，LCD接口通過IO隔離通道連接32位DSP，VFD接口通過同步串行通訊總線SPI2連接所述的32位DSP，外置鍵盤通過鍵盤接口經(jīng)IO隔離通道向32位DSP輸入用戶指令。EEPROM通過同步串行通訊總線SPI2連接32位DSP，對系統(tǒng)程序進(jìn)行存儲，并對DSP輸出復(fù)位信號RESET；DSP通過擴(kuò)展總線分別連接雙口RAM、128Kbyte擴(kuò)展仿真RAM、16bit擴(kuò)展輸出接口和16bit擴(kuò)展輸入接口等，其選通時(shí)序由所述地址譯碼器PLD輸出的指令信號控制。其中，雙口RAM連接雙口RAM擴(kuò)展接口，實(shí)現(xiàn)對測試數(shù)據(jù)的存儲，并通過其他高速擴(kuò)展接口連接上位機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與直流負(fù)載儀之間的數(shù)據(jù)通訊；16bit擴(kuò)展輸出接口通過電平轉(zhuǎn)換和鎖存電路連接外圍電路；外圍電路輸出的數(shù)據(jù)信號經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路連接16bit擴(kuò)展輸入接口，進(jìn)而與所述數(shù)據(jù)信號處理器DSP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。
此外，所述的32位數(shù)字信號處理器DSP還通過局域網(wǎng)CAN接口連接外部網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程通訊；通過同步串行通訊總線SPI2連接4通道8位D/A轉(zhuǎn)換器，將DSP輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號分別對LCD/VFD的亮度、報(bào)警器的音量、風(fēng)扇以及其他模擬控制電路進(jìn)行控制，提高整機(jī)運(yùn)行的安全性和可靠性。
圖3是配置在所述直流電子負(fù)載儀中每一模組中的檢測電路原理框圖，本實(shí)用新型的直流電子負(fù)載儀的檢測電路以TI公司的TMS320F28系列32位數(shù)據(jù)信號處理器DSP為控制和數(shù)據(jù)處理核心，以功率型場效應(yīng)管Power MOS為耗能元件。DSP通過12位可編程任意波形合成DDS電路和各模式的驅(qū)動及反饋電路實(shí)現(xiàn)對負(fù)載的控制和電流的調(diào)節(jié)，通過16位高速ADC電路實(shí)現(xiàn)對電壓、電流的快速模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過鍵盤和顯示人機(jī)接口電路實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，同時(shí)具有多種遠(yuǎn)程控制接口和完備的保護(hù)電路。
所述32位數(shù)字信號處理器DSP與鍵盤電路相連，并通過RS232接口或GPIB接口連接外部計(jì)算機(jī)，通過REMOTE接口連接有線遙控器，通過TRIG接口接收外部設(shè)備發(fā)出的觸發(fā)信號；在組成主從檢測模式時(shí)，通過COM串口與主模組中的主控板通信，實(shí)現(xiàn)指令信號的接收以及檢測數(shù)據(jù)的傳輸。所述直流電子負(fù)載儀內(nèi)嵌有5種特殊負(fù)載波形正弦波、三角波、方波、前沿鋸齒波、后沿鋸齒波，可與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)任意動態(tài)負(fù)載電流波形的下載。32位DSP接收用戶選擇的波形指令，生成12位數(shù)字信號經(jīng)其GPIO口A0～A11連接12位可編程任意波形合成DDS電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD7541N的12位輸入端BIT1～BIT12，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬電流信號經(jīng)其輸出端IOUT1輸出，并通過與所述輸出端IOUT1連接的運(yùn)算放大器OP27G放大處理后，生成指定的電壓波形信號輸出到后續(xù)的驅(qū)動放大電路中，參見圖4所示。其中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD7541N的反饋端RFB連接運(yùn)算放大器OP27G的輸出端，接收電壓反饋信號，進(jìn)而對輸出的電流信號進(jìn)行校正。+15V直流電源經(jīng)穩(wěn)壓芯片REF01轉(zhuǎn)換成+10V直流電壓，通過運(yùn)算放大器OP07CP連接所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD7541N的基準(zhǔn)電壓輸入端VREF，為數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD7541N的輸出提供基準(zhǔn)值。
本實(shí)用新型的直流電子負(fù)載儀提供定電流、定電壓、定電阻和定功率四種測量模式，即CC/CV/CR/CP四種模式。32位數(shù)字信號處理器DSP將用戶選擇的測量模式通過CC/CV/CR/CP模式控制電路連接后續(xù)的驅(qū)動放大電路，控制驅(qū)動放大電路中各模擬開關(guān)的閉合或斷開狀態(tài)。圖5是本實(shí)用新型中驅(qū)動放大電路的內(nèi)部原理圖，經(jīng)所述12位可編程任意波形合成DDS電路生成的波形信號經(jīng)由運(yùn)放器U12和U13組成的兩級運(yùn)放電路連接CC/CR模式開關(guān)U31A，進(jìn)而連接運(yùn)放跟隨電路U16的同相輸入端。所述第一級運(yùn)放器U12的輸出端經(jīng)電阻R41連接電流運(yùn)放器U14的反相輸入端，電流運(yùn)放器U14的同相輸入端接地，輸出端一路經(jīng)CP模式開關(guān)U31C連接所述運(yùn)放跟隨電路U16的同相輸入端，另一路連接乘法器U39的輸入端Y1，向其輸入電流信號。所述乘法器U39的另一輸入端X1接收來自待測直流電源供應(yīng)器的電壓反饋信號，將電壓值與電流值相乘后生成功率信號反饋到電流運(yùn)放器U14的反相輸入端，對其輸出電流進(jìn)行校正。所述運(yùn)放跟隨電路U16的輸出端連接量程選擇開關(guān)U31B，根據(jù)待測直流電源供應(yīng)器的負(fù)載電流大小選擇合適的量程連接運(yùn)放器U18的反相輸入端。來自待測直流電源供應(yīng)器的電流反饋信號經(jīng)串聯(lián)電阻R28轉(zhuǎn)換成電壓信號后，與所述運(yùn)放器U18反相輸入端的電壓進(jìn)行疊加，進(jìn)而通過由運(yùn)放器U18、電阻R32、R76、電容C98、C99和二極管D5、D15組成的運(yùn)算放大電路輸出驅(qū)動信號，連接功率場效應(yīng)MOS管的柵極。
在選擇定電壓測量模式時(shí)，可編程任意波形合成DDS電路輸出的波形信號經(jīng)所述的兩級運(yùn)放電路U12和U13連接CV模式開關(guān)U31D，進(jìn)而經(jīng)運(yùn)放跟隨電路U17輸出放大后的電壓信號，所述電壓信號與輸入到驅(qū)動放大電路中的電壓反饋信號進(jìn)行疊加，進(jìn)而經(jīng)由運(yùn)算放大器U19、U20組成的兩級運(yùn)放電路連接所述MOS管的柵極。
圖3中，所述功率場效應(yīng)MOS管的漏極連接待測電源的正輸入端，源極經(jīng)串聯(lián)的電流采樣電阻R連接待測電源的負(fù)輸入端，所述電流采樣電阻R的兩端分別與一運(yùn)放器Y1的正相輸入端和反相輸入端對應(yīng)連接，所述運(yùn)放器Y1將采樣電流進(jìn)行放大后一路輸出給16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；一路反饋給所述的驅(qū)動放大電路，為其提供圖5中所示的電流反饋信號；另一路連接示波器Imonitor的輸出接口，將電流波形通過示波器輸出顯示。
所述直流電子負(fù)載儀的正輸入端和負(fù)輸入端分別連接待測電源的正極和負(fù)極，其待測電源的電壓經(jīng)運(yùn)算放大器Y2放大后連接選擇開關(guān)K1的常閉觸點(diǎn)，選擇開關(guān)K1的常開觸點(diǎn)連接電壓精密檢測輸入接口Vsense。當(dāng)待測電源的電流較大時(shí)，連接導(dǎo)線上會產(chǎn)生較大的壓降，輸入到直流電子負(fù)載儀中的電壓會出現(xiàn)一定程度的衰減。此時(shí)，若選用運(yùn)算放大器Y2輸出的電壓檢測信號會出現(xiàn)較大的誤差，因此，需要專門的電壓檢測設(shè)備對待測電源的電壓進(jìn)行測量，進(jìn)而通過電壓精密檢測輸入接口Vsense經(jīng)選擇開關(guān)K1連接到運(yùn)算放大器Y3的輸入端。所述選擇開關(guān)K1作為測量精確度的切換開關(guān)供用戶根據(jù)測量需要自主切換。運(yùn)算放大器Y3將檢測到的電壓信號進(jìn)行放大處理后，一路連接所述的16位高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；另一路反饋到所述的驅(qū)動放大電路中，為其提供圖5中所示的電壓反饋信號。16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字電流信號和數(shù)字電壓信號輸出到32位數(shù)字信號處理器DSP中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并通過與其相連的LCD液晶顯示器進(jìn)行輸出顯示。所述可編程任意波形合成DDS電路和驅(qū)動放大電路可實(shí)現(xiàn)對負(fù)載電流及上升/下降率的調(diào)節(jié)與控制。圖6為基本動態(tài)負(fù)載波形圖，目前市面上常見的直流電子負(fù)載儀輸出的電流波形均為采用形式；圖7為本實(shí)用新型直流電子負(fù)載儀輸出的任意動態(tài)負(fù)載電流波形圖，以正弦波為例。
基于上述任意波形動態(tài)負(fù)載功能，新型直流電子負(fù)載儀可實(shí)現(xiàn)對電池交流內(nèi)阻的測試。內(nèi)阻是衡量電池性能的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。電池的內(nèi)阻很小，一般為微歐或毫歐數(shù)量級。目前行業(yè)中應(yīng)用的電池內(nèi)阻測量方法主要有兩種一種是直流放電內(nèi)阻測量法，該方法只能測量大容量電池或者蓄電池，且大電流通過電池對電池內(nèi)部的電極有一定損傷；第二種是交流壓降內(nèi)阻測量法，因?yàn)殡姵貙?shí)際上等效于一個(gè)有源電阻，因此，給電池施加一個(gè)固定頻率和固定電流，然后對其電壓進(jìn)行采樣計(jì)算出該電池的內(nèi)阻值。本實(shí)用新型的直流電子負(fù)載儀不僅可以進(jìn)行電池的放電特性測試，而且可以通過對電池施加一個(gè)1KHZ頻率、50mA的恒定小電流，然后通過對電池電壓和電流信號的采樣分析，計(jì)算出電池的交流內(nèi)阻，使用戶不必再購買價(jià)格昂貴的內(nèi)阻測量專用儀器，從而節(jié)省了用戶購買設(shè)備的投資。
本實(shí)用新型的直流電子負(fù)載儀模組的組合和配置自由靈活，負(fù)載模組的數(shù)量和型號可任意組合，同時(shí)無需使用機(jī)框，節(jié)省了成本。另外，所述直流電子負(fù)載儀可根據(jù)電源供應(yīng)器的特性，自動實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)控制負(fù)載電流上升/下降率，不會引起電源供應(yīng)器的輸出電壓或負(fù)載電流的震蕩沖擊；并且可實(shí)現(xiàn)任意動態(tài)負(fù)載電流波形的輸出，滿足電源供應(yīng)器的一些較高要求和特殊測試的需要。
當(dāng)然，上述說明并非是對本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種直流電子負(fù)載儀，其特征在于包括數(shù)字信號處理器，所述數(shù)字信號處理器通過其輸入端連接外部設(shè)備，接收用戶發(fā)出的指令信號，并通過其輸出端連接可編程任意波形合成電路，生成用戶所需波形輸出到驅(qū)動放大電路的輸入端，所述驅(qū)動放大電路的輸出端連接開關(guān)元件的控制端，所述開關(guān)元件的選通端連接在直流電子負(fù)載儀的正輸入端和負(fù)輸入端之間，并經(jīng)采樣電路連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入到數(shù)字信號處理器中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，進(jìn)而通過顯示器輸出顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電子負(fù)載儀，其特征在于所述直流電子負(fù)載儀的正輸入端和負(fù)輸入端分別連接待測電源的正極和負(fù)極，其待測電源的電壓經(jīng)運(yùn)放電路放大后，一路連接所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入到數(shù)字信號處理器中；另一路反饋到所述的驅(qū)動放大電路中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直流電子負(fù)載儀，其特征在于所述開關(guān)元件為一MOS管，其柵極連接所述驅(qū)動放大電路的輸出端，漏極連接直流電子負(fù)載儀的正輸入端，源極經(jīng)電流采樣電阻連接所述直流電子負(fù)載儀的負(fù)輸入端；所述電流采樣電阻的兩端分別與一運(yùn)放器的正相輸入端和反相輸入端對應(yīng)連接，所述運(yùn)放器將采樣電流進(jìn)行放大后一路輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，一路反饋給所述的驅(qū)動放大電路，另一路連接示波器接口，將電流波形通過示波器輸出顯示。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流電子負(fù)載儀，其特征在于所述數(shù)字信號處理器的輸出端連接模式開關(guān)控制電路，根據(jù)用戶選擇的定電流、定電壓、定電阻或定功率模式向所述的驅(qū)動放大電路輸出相應(yīng)的控制信號，控制驅(qū)動放大電路內(nèi)部相應(yīng)的模擬開關(guān)動作，進(jìn)而改變輸出到所述MOS管柵極的電壓值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的直流電子負(fù)載儀，其特征在于在所述的驅(qū)動放大電路中，可編程任意波形合成電路輸出的波形信號經(jīng)兩級運(yùn)放連接定電流或定電阻模擬開關(guān)，進(jìn)而連接一運(yùn)放跟隨電路的輸入端；所述兩級運(yùn)放電路中的第一級運(yùn)放輸出端經(jīng)一電流運(yùn)放器連接定功率模擬開關(guān)，進(jìn)而連接所述運(yùn)放跟隨電路的輸入端；輸入到所述驅(qū)動放大電路的電流反饋信號經(jīng)電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號后與所述運(yùn)放跟隨電路輸出的電壓信號進(jìn)行疊加，進(jìn)而經(jīng)另一運(yùn)算放大器連接所述MOS管的柵極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直流電子負(fù)載儀，其特征在于在所述的驅(qū)動放大電路中，可編程任意波形合成電路輸出的波形信號經(jīng)所述的兩級運(yùn)放連接定電壓模擬開關(guān)，進(jìn)而經(jīng)運(yùn)放跟隨電路輸出放大后的電壓信號，所述電壓信號與輸入到驅(qū)動放大電路中的電壓反饋信號進(jìn)行疊加，進(jìn)而經(jīng)兩級運(yùn)放連接所述MOS管的柵極。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直流電子負(fù)載儀，其特征在于在所述的驅(qū)動放大電路中，所述電流運(yùn)放器的輸出端連接一乘法器的輸入端，所述乘法器的另一輸入端接收所述的電壓反饋信號，將電壓信號與電流信號相乘后反饋到所述電流運(yùn)放器的輸入端。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的直流電子負(fù)載儀，其特征在于在所述的直流電子負(fù)載儀中設(shè)置有可與外部計(jì)算機(jī)相連的RS232接口或GPIB接口電路、遙控信號接口電路、觸發(fā)信號接口電路和鍵盤，所述接口電路和鍵盤均與所述的數(shù)字信號處理器相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種直流電子負(fù)載儀，包括數(shù)字信號處理器，所述數(shù)字信號處理器通過其輸入端連接外部設(shè)備，接收用戶發(fā)出的指令信號，并通過其輸出端連接可編程任意波形合成電路，生成用戶所需波形輸出到驅(qū)動放大電路的輸入端，所述驅(qū)動放大電路的輸出端連接開關(guān)元件的控制端，所述開關(guān)元件的選通端連接在直流電子負(fù)載儀的正輸入端和負(fù)輸入端之間，并經(jīng)采樣電路連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入到數(shù)字信號處理器中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，進(jìn)而通過顯示器輸出顯示。所述直流電子負(fù)載儀內(nèi)嵌5種負(fù)載波形，可實(shí)現(xiàn)任意動態(tài)負(fù)載電流波形的輸出和控制，并可自動調(diào)節(jié)負(fù)載電流上升/下降率，避免引起電源供應(yīng)器輸出電壓或負(fù)載電流的震蕩沖擊。
文檔編號G01R31/40GK2919266SQ20062008670
公開日2007年7月4日 申請日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者李輝 申請人:青島艾諾電子儀器有限公司