專利名稱：電子負(fù)載裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種作為直流電源裝置或一次電池(放電后不能再使用)、二次電池(可充電重復(fù)使用)、燃料電池等負(fù)載而使用的電子負(fù)載裝置，尤其是一種測試負(fù)載電流高速變化的被測試電源等特性之用的電子負(fù)載裝置。
背景技術(shù)：
圖1為公知技術(shù)的電子負(fù)載裝置與被測試電源的電路構(gòu)成例及動(dòng)作原理的說明。被測試電源2的電壓輸出端子通過連接電纜3，與電子負(fù)載裝置1連接，通過將因應(yīng)所定負(fù)載電流IL的電壓Ein設(shè)定為電流設(shè)定用控制電壓V1，以運(yùn)算放大器A1比較該電流設(shè)定用控制電壓V1的輸出與負(fù)載電流檢出用并聯(lián)電阻R1的電壓，通過運(yùn)算放大器A1的輸出電壓驅(qū)動(dòng)負(fù)載晶體管Q1的柵極，產(chǎn)生的負(fù)載電流IL如公式1。
IL＝Ein/R1..............公式1進(jìn)行被測試電源的動(dòng)態(tài)負(fù)載動(dòng)態(tài)測試時(shí)，電流設(shè)定用控制電壓會(huì)得出不是直流電壓而是交互重復(fù)相當(dāng)于二值負(fù)載電壓值的控制電壓輸出的矩形波或電壓波狀的電壓，或是任意波形相對(duì)于被測試電源的所要的負(fù)載電流波形。在測試對(duì)于該負(fù)載電流高速變化的被測試電源的特性時(shí)，因?yàn)殡娮迂?fù)載裝置側(cè)要求高的直通率(through rate)，所以由運(yùn)算放大器A1與負(fù)載晶體管Q1構(gòu)成的負(fù)載電流控制回路的頻率特性，必須盡可能利用寬區(qū)域使控制響應(yīng)特性達(dá)到高速。
要達(dá)到高速的負(fù)載電流流動(dòng)，連接被測試電源2與電子負(fù)載裝置1的連接電纜3的阻抗(impedance)必須要足夠的低。雖然若該連接電纜3使用符合負(fù)載電流較粗的電纜時(shí)，可以忽視該影響，但因電纜長度比例所產(chǎn)生的電纜阻抗成分的增加，會(huì)對(duì)控制響應(yīng)特性的高速化產(chǎn)生各種不良的影響。
圖2中，為了進(jìn)行動(dòng)態(tài)負(fù)載動(dòng)態(tài)測試，負(fù)載電流控制用電壓V3，可以產(chǎn)生一定時(shí)間間隔的矩形波電壓，利用負(fù)載電流檢出用并聯(lián)電阻R1所檢出的符合負(fù)載電流的電壓輸出，及利用運(yùn)算放大器A1，將與前述負(fù)載電流控制用電壓V3的電壓差輸出到增幅的負(fù)載晶體管Q1的柵極，并透過連接電纜3，進(jìn)行被測試電源2的動(dòng)態(tài)負(fù)載動(dòng)態(tài)測試。被測試電源2是由電壓V2及內(nèi)部電阻R2所構(gòu)成。將連接電纜3的單側(cè)線的等效阻抗當(dāng)作L31及L32，將該一對(duì)電纜作成并行線或絞線，使其磁束相互交叉，將該相互阻抗當(dāng)作M時(shí)，存在于被測試電源2與電子負(fù)載裝置1之間的連接電纜所產(chǎn)生的阻抗成分，可以視為相當(dāng)于公式2的L的等效阻抗。
L＝L31+L32-2M..............公式2該連接電纜3的等效阻抗L，在動(dòng)態(tài)負(fù)載電流增加時(shí)，會(huì)呈如公式3所示的直通率的S，與通過連接電纜3的電壓降e如公式4所示的關(guān)系式，該電壓降e在接近被測試電源的直流輸出電壓時(shí)，負(fù)載晶體管Q1的漏極、源極間的電壓會(huì)達(dá)到飽合，從公式5所示的關(guān)系式，呈幾乎是公式6的直通率。
S＝di/dt.....公式3[數(shù)4]e＝L×S＝L×di/dt.....公式4[數(shù)5]
L×di/dt＝E.....公式5[數(shù)6]S＝di/dt＝E/L....公式6在此，將被測試電源的輸出電壓當(dāng)作E、負(fù)載晶體管Q1的漏極、源極間電壓的飽合時(shí)間當(dāng)作T，如公式7所示，在該電壓飽合時(shí)間中，負(fù)載電流會(huì)產(chǎn)生不是原本的電流值或非原來的電流波形的情形，而為了防止這樣的影響，公知的簡便的方法是縮短連接電纜，減少連接電纜的等效阻抗L，使得到目的直通率的高負(fù)載電流波形。
T＝L×E/I....公式7改變觀點(diǎn)來看，在不論是被測試電源的靜態(tài)負(fù)載測試等、過渡的電流波形的用途中，來試看看連接電纜長的等效阻抗大時(shí)的舉動(dòng)；負(fù)載電流急速增加時(shí)，前述的電壓飽合現(xiàn)象會(huì)短時(shí)間發(fā)生，之后會(huì)穩(wěn)定落在一定的設(shè)定電流值，所以，及時(shí)有電壓飽合時(shí)間，多半也不會(huì)有任何問題。但是，公知技術(shù)的電子負(fù)載，從電壓飽合到回復(fù)過程中，要防止超過設(shè)定電流值的過流(over shunt)問題極為困難，而必須采取使電壓飽合現(xiàn)象不會(huì)發(fā)生的范圍的和緩的直通率負(fù)載設(shè)定等權(quán)宜的裝置。
另外的問題之一是，連接電纜的等效阻抗L會(huì)對(duì)電子負(fù)載控制回路特性產(chǎn)生很大的影響。若追求高速響應(yīng)而使控制回路的頻率區(qū)域放寬時(shí)，隨著連接電纜的阻抗L增大，會(huì)使回路特性的振幅余裕及相位余裕減少，產(chǎn)生過流特性(over shunt)，而引起電子負(fù)載連續(xù)振蕩的問題。公知技術(shù)，為了讓連接電纜的阻抗即使增大到某一程度，也不會(huì)發(fā)生振蕩，會(huì)利用圖2的運(yùn)算放大器A1通過電容C10、電阻R10的頻率過濾裝置，降低頻率區(qū)域，而大幅犧牲應(yīng)答速度。因此，對(duì)高速響應(yīng)的電子負(fù)載是很大的障礙。
以下就電子負(fù)載所要求的另一個(gè)特性作敘述?？紤]到被測試電源的電源激活測試時(shí)，對(duì)于電子負(fù)載，多半是在被測試電源的電源關(guān)閉時(shí)，預(yù)先設(shè)定激活后的負(fù)載電流值或負(fù)載阻抗值。此時(shí)，電子負(fù)載即使在未施加被測試電源的輸出電壓的狀態(tài)下，仍可設(shè)定負(fù)載電流，所以，負(fù)載晶體管Q1會(huì)呈最大驅(qū)動(dòng)應(yīng)該流動(dòng)負(fù)載電流的柵極電壓。在此狀態(tài)下，在被測試電源的電源打開時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)生大幅超過過渡性設(shè)定負(fù)載電流的短路電流流動(dòng)的情形。這會(huì)因電子負(fù)載的負(fù)載設(shè)定控制回路的應(yīng)答速度及被測試電源的輸出電壓激活時(shí)間而有所差異，但是，公知技術(shù)的電子負(fù)載及一般的被測試電源中，會(huì)是很大的問題，即檢出電子負(fù)載的端子電壓，在該檢出值于一定的臨界值(threshold)電壓以下時(shí)，將在被測試電源的電源關(guān)閉時(shí)所看不見的負(fù)載晶體管的柵極驅(qū)動(dòng)遮斷或降低，而在超過臨界值電壓時(shí)使負(fù)載電流控制回路動(dòng)作等的裝置。附加該電路，會(huì)使被測試電源的動(dòng)作開始時(shí)間延遲，以及在臨界值電壓以下時(shí)經(jīng)常會(huì)遮斷負(fù)載電流等的障礙產(chǎn)生。參照專利文獻(xiàn)1及專利文獻(xiàn)2等專利文獻(xiàn)1特開平06-113450號(hào)公報(bào)(第4-9項(xiàng)、圖1)專利文獻(xiàn)2特開2001-134326號(hào)公報(bào)(第11-14項(xiàng)、圖2)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明在于提供一種具有急劇負(fù)載電流變動(dòng)及廣范圍頻率響應(yīng)特性的電子負(fù)載裝置的電路方式及裝置，其可以解決如上所述公知的電子負(fù)載裝置的課題，減輕在急劇的負(fù)載電流變動(dòng)時(shí)的電子負(fù)載裝置控制回路特性的響應(yīng)特性、電子負(fù)載裝置與被測試電源連接電纜的阻抗影響，解決從電壓飽合狀態(tài)的恢復(fù)時(shí)間延遲的過流(over shunt)課題。
本發(fā)明是一種包含作為被測試電源2的負(fù)載而動(dòng)作的晶體管Q1，與控制對(duì)應(yīng)電流設(shè)定值的電流流入晶體管的控制電路的電子負(fù)載裝置，將阻抗L1串聯(lián)插入負(fù)載晶體管的源極而構(gòu)成。再者，本發(fā)明將二極管的非直線組件插入構(gòu)成該控制電路的運(yùn)算放大器的回授電路而構(gòu)成。
如上述的說明，本發(fā)明的電子負(fù)載裝置，比起公知技術(shù)的電子負(fù)載裝置，具有廣范圍的頻率區(qū)域的負(fù)載電流響應(yīng)特性，且不易受到與被測試電源的連接電纜的寄生阻抗的影響，所以，在被測試電源的急劇負(fù)載動(dòng)態(tài)測試及激活時(shí)的特性評(píng)價(jià)測試等，公知技術(shù)的電子負(fù)載裝置很難進(jìn)行的測試，本發(fā)明的電子負(fù)載裝置可以進(jìn)行這樣的高速負(fù)載響應(yīng)特性測試。
圖1是公知技術(shù)的電子負(fù)載裝置的電路構(gòu)成圖。
圖2是考慮連接電纜的影響的公知技術(shù)的電路構(gòu)成圖。
圖3是公知技術(shù)的電路構(gòu)成圖。
圖4的本發(fā)明權(quán)利要求1所記載的一實(shí)施例的電路構(gòu)造。
圖5A～圖5E是圖3的電路構(gòu)造的特性圖。
圖6A～圖6E是圖4的電路構(gòu)造的特性圖。
圖7是本發(fā)明權(quán)利要求1所記載的柵極電流測定的說明圖。
圖8是顯示柵極電流測定方法的一個(gè)例子。
圖9A～圖9C是公知技術(shù)的響應(yīng)特性圖。
圖10A～圖10C是本發(fā)明權(quán)利要求1所記載的一實(shí)施例的響應(yīng)特性圖。
圖11是考慮公知技術(shù)的激活特性的電路構(gòu)造圖。
圖12是考慮本發(fā)明權(quán)利要求1所記載的一實(shí)施例的激活特性的電路構(gòu)造圖。
圖13A～圖13B是公知技術(shù)的激活特性圖。
圖14A～圖14B是本發(fā)明權(quán)利要求1所記載的一實(shí)施例的激活特性圖。
圖15是本發(fā)明權(quán)利要求1所記載的一實(shí)施例的電路構(gòu)造圖。
圖16是公知技術(shù)的一實(shí)施例的電路構(gòu)造圖。
圖17是本發(fā)明權(quán)利要求2所記載的一實(shí)施例的電路構(gòu)造區(qū)塊圖。
圖18是本發(fā)明權(quán)利要求2所記載的一實(shí)施例的電路構(gòu)造區(qū)塊圖。
圖19A～圖19D是本發(fā)明權(quán)利要求2所記載的非直線組件的一實(shí)施例。
圖20A～圖20D是本發(fā)明權(quán)利要求2所記載的非直線組件的一實(shí)施例。
圖21是本發(fā)明權(quán)利要求2所記載的一實(shí)施例的電路構(gòu)造圖。
圖22A～圖22F是圖21所記載的電路構(gòu)造的特性圖。
圖式各組件符號(hào)的說明1 電子負(fù)載裝置2 被測試電源3 連接電纜V1～V10電源A1～A10放大器Q1 晶體管R1～R213 電阻RD1～RD13 電阻C10～C101 電容
L1～L32 阻抗M 連接電纜的相互阻抗K3連接電纜的耦合系數(shù)D1、D(1)～D(n)二極管ZD1、ZD(1)齊納二極管B1負(fù)載電流檢出裝置B2非直線性附加裝置BJ1～BJ3 非直線性附加裝置的連接點(diǎn)X1切換裝置具體實(shí)施方式
以下就參照?qǐng)D表來說明本發(fā)明的實(shí)施狀態(tài)。
為了避免本申請(qǐng)案件的實(shí)施例的說明太繁雜，僅就1個(gè)負(fù)載晶體管的情況加以說明，但當(dāng)然可以因應(yīng)所必要的負(fù)載電流及負(fù)載電力的大小，將包含負(fù)載電流控制回路的本電路與多個(gè)區(qū)塊(block)并聯(lián)，達(dá)到所需要的電子負(fù)載。
權(quán)利要求1所記載的一實(shí)施例，公知技術(shù)的電子負(fù)載裝置的基本電路構(gòu)成如圖3所示。負(fù)載電流控制用電壓V3的電壓差輸出，會(huì)透過電阻R10與從偏移(Offset)調(diào)整用電壓V4，通過電阻R4輸出的電壓合成，連接于運(yùn)算放大器A1的單側(cè)輸入，負(fù)載電流檢出用分流電阻R1的符合負(fù)載電流的電壓輸出，會(huì)通過電阻R3在平衡電阻R11與電容C10分流后，連接于運(yùn)算放大器A1的單側(cè)輸入，形成負(fù)回授控制回路，通過該運(yùn)算放大器A1的電壓輸出，驅(qū)動(dòng)晶體管Q1，進(jìn)行以連接電纜3所連接的被測試電源2的電子負(fù)載測試。
如圖3所示的公知技術(shù)的電子負(fù)載裝置的電路，進(jìn)行其特性的仿真。一般是將C10插入運(yùn)算放大器A1的回授電路，進(jìn)行頻率特性的評(píng)價(jià)，因?yàn)楹茈y達(dá)到原來的高速響應(yīng)，所以運(yùn)算放大器不使用這么廣區(qū)域的情形很多，為了作特性的比較，在此以本發(fā)明相同的廣區(qū)域運(yùn)算放大器進(jìn)行仿真。
本發(fā)明權(quán)利要求1所記載的一實(shí)施例如圖4所示，但將阻抗L1串聯(lián)插入場效晶體管Q1的源極。為了發(fā)揮本發(fā)明的特征，使用比場效晶體管Q1的順向?qū)Ъ{(admittance)的頻率特性更充分廣區(qū)域且輸出電壓的直通率更高的運(yùn)算放大器，連接電纜和被測試電源的輸出電壓或負(fù)載電流設(shè)定等也以相同條件，進(jìn)行仿真比較。
圖3的電路圖的公知技術(shù)的各部頻率特性與回授回路特型如圖5所示。設(shè)定條件為將被測試電源的輸出電壓V2設(shè)定為5[V]、負(fù)載電流設(shè)定為約5[A]的條件，連接電纜3的單側(cè)線的阻抗L31、L32設(shè)定為1[μH]、10[μH]、100[μH]、耦合系數(shù)K3＝0.9時(shí)。
圖5D及圖5E表示負(fù)回授電路的回路特性，其中圖5D為振幅特性、圖5E為相位特性。通過連接電纜3的阻抗L31、L32，減少振幅余裕及相位余裕，在閉鎖回路頻率特性下，預(yù)想有很高峰的頻率特性。
各部分的頻率特性而言，輸入場效晶體管Q1的柵極電壓的漏極電壓的頻率特性，如圖5B所示，通過連接電纜3的阻抗L31、L32，頻率會(huì)上升，同時(shí)呈比例增大，該阻抗與場效晶體管Q1的漏極、源極間電容量的并聯(lián)共振頻率具有高峰。在該電壓增幅度變高的頻率下，回授回路增益也會(huì)如圖5D一般受到很大的影響，呈不安定而引起連續(xù)振蕩。為了避免此一現(xiàn)象，在比連接電纜3的阻抗L31、L32的共振頻率低的頻率下，為了使回路增益在0dB以下，會(huì)加大回授電容C10，在輸入分流電阻R1的電壓的運(yùn)算放大器A1的輸出電壓以下的頻率特性，如圖5A所示，其落在頻率區(qū)域內(nèi)。
此外，圖3及圖4的電容C30及電阻R30，為了使連接電纜的阻抗與場效晶體管Q1的漏極、源極間寄生容量的共振現(xiàn)象損失，增加回授回路的安定性，會(huì)采取不影響負(fù)載電流波形范圍的阻抗。
將如圖4所示的權(quán)利要求1的一實(shí)施例的電路，同樣亦進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖6所示。各部分的電壓增幅度的頻率特性，作為輸入分流電阻(R1及R2)兩端的電壓，運(yùn)算放大器A1輸出以下的電壓增幅度的頻率特性，如圖6A所示，相對(duì)于運(yùn)算放大器A1幾乎無回授的增幅度，其呈廣區(qū)域且很高的增幅度。輸入場效晶體管Q1的柵極電壓的漏極以下的電壓增幅度，會(huì)視連接電纜3的等效阻抗而定，但因?yàn)閷⒆杩筁1插入場效晶體管Q1的源極，所以該阻抗的電流回授會(huì)如圖6B所示，在中間的頻率區(qū)域不會(huì)有急劇的高峰，而是呈幾乎平坦的頻率特性為其特征。雖然因插入場效晶體管Q1源極的阻抗L1的值不同，該增幅度和頻率特性會(huì)有變化，但如圖6D所示，負(fù)載電流控制回路全體的回路增益及如圖6E所示的回路相位特性，都有充分的增益余裕及相位余裕，且可選擇最適當(dāng)?shù)闹祦磉_(dá)到廣區(qū)域。
此時(shí)，對(duì)于負(fù)載電流的分流電阻R1的輸出電壓的頻率特性，為了有效補(bǔ)償一巡回路特性的頻率，插入阻抗L2。該阻抗L2有時(shí)只要分流電阻固有的阻抗即已足夠，不需要外加。
分流電阻R1及阻抗L2的頻率特性，將時(shí)間常數(shù)當(dāng)作τ1時(shí)，[數(shù)8]τ1＝L2/R1....公式8將工作頻率當(dāng)作f1時(shí)為公式8，[數(shù)9]f1＝1/(2π×τ1)＝L2/(2π×R1)....公式9呈將頻率f1當(dāng)作邊界為公式9，以高域頻率+6dB/oct的振幅特性，相位最大90°的進(jìn)行相位，對(duì)一巡回路特性的安定度的頻率補(bǔ)償具有效果。
此時(shí)，當(dāng)然，除了以分流電阻R1及阻抗L2檢出的負(fù)載電流的頻率特性有微分要素之外，也會(huì)產(chǎn)生與負(fù)載電流不同的波形的弊害。亦即，電流控制回授回路的回授電路的頻率特性變的不平坦。為了防止此一現(xiàn)象的方法，是在回授電路另一方的組件輸入電阻R1，并聯(lián)插入與前述時(shí)間常數(shù)τ1相同的電容C110，可以將從負(fù)載電流設(shè)定用輸入訊號(hào)到負(fù)載電流為止的頻率特性保持平坦，達(dá)到與負(fù)載電流設(shè)定用電壓V3的電流輸出波形同等的負(fù)載電流波形。
圖4中，將電阻R110并聯(lián)插入電容C110，為了改善以該時(shí)間常數(shù)τ1決定的頻率更充分高的頻率的頻率特性，會(huì)選擇比電阻R10充分小的電阻R110的定數(shù)值。此外，為了使作為差動(dòng)輸入訊號(hào)動(dòng)作，會(huì)以與電阻R10與電容C110同等的常數(shù)，插入電阻R11與電容C111。
此外，以下就有助于一回授回路特性的安定度的效果加以說明。相對(duì)于作為負(fù)載晶體管的場效晶體管的柵極輸入電壓的漏極電流的頻率特性，順向?qū)Ъ{yfs的特性，一般的功率MOSFET晶體管時(shí)，會(huì)以1～10[MHz]左右為邊界逐漸降低?？紤]寄生于場效晶體管內(nèi)部的靜電容量的源極電流，除了會(huì)流動(dòng)以順向?qū)Ъ{yfs的特性決定的漏極電流之外，柵極源極間容量的柵極電流，也會(huì)與源極重疊。
為了忠實(shí)檢出除了柵極電流以外的負(fù)載電流，會(huì)考慮圖8的方法。分流電阻雖然會(huì)正確檢出含柵極電流的負(fù)載電流，但是，順向?qū)Ъ{會(huì)隨著頻率的增大而變?yōu)榱?，伴隨很大的相位延遲，使回路特性產(chǎn)生不好的影響。
另一方面，通過如圖7的本發(fā)明的電路，因?yàn)椴⒎侵粰z出負(fù)載電流，也可以檢出包含柵極電流的負(fù)載電流，所以，在高頻率下的相位延遲可以被抑制在最小，對(duì)回路特性的安定度有很好的效果。此時(shí)，有不能檢出實(shí)際的負(fù)載電流的缺點(diǎn)，但因?yàn)槭潜蓉?fù)載電流所必須的頻率區(qū)域十分高的頻率，而且比起負(fù)載電流，其柵極電流值十分低，所以該影響極低，但對(duì)高頻振蕩等的安定度具有十分的效果。
以上的頻率區(qū)域的公知技術(shù)與本發(fā)明的特性已比較說明如上，以回路增益是1時(shí)的頻率來看，本發(fā)明幾乎可以達(dá)到100倍的廣區(qū)域化，對(duì)于連接電纜的阻抗的變化，振幅余裕與相位余裕都更勝一籌。
其次，就時(shí)間領(lǐng)域的特性，以仿真來比較公知技術(shù)與本發(fā)明。
關(guān)于負(fù)載電流的響應(yīng)特性，公知技術(shù)的電路圖如圖3所示、本發(fā)明的電路圖如圖4所示，設(shè)定條件為將被測試電源的輸出電壓V2設(shè)定為5[V]、負(fù)載電流設(shè)定訊號(hào)V3的波形激活時(shí)間為1[μS]、負(fù)載電流設(shè)定為0～5[A]、連接電纜3的單側(cè)線的阻抗L31、L32，設(shè)定單側(cè)線為1[μH]、10[μH]、100[μH]、耦合系數(shù)K3＝0.9，以仿真求出負(fù)載電流波形。
圖9為公知技術(shù)、圖10為本發(fā)明的結(jié)果，圖9A、圖10A為負(fù)載電流設(shè)定訊號(hào)V3的波形；圖9B、圖10B為場效晶體管Q1的漏極源極間的電壓；圖9C、圖10C為負(fù)載電流波形。
公知技術(shù)下，即使連接電纜3的阻抗小時(shí)，因?yàn)槁O源極電壓不是飽合的狀態(tài)，控制系統(tǒng)的頻率區(qū)域不足，所以激活時(shí)間會(huì)變慢；而連接電纜3的阻抗變大時(shí)，從飽合到回復(fù)過程，會(huì)產(chǎn)生設(shè)定電流大幅超過的過流狀況。
其次，關(guān)于被測試電源激活測試時(shí)的響應(yīng)特性，公知技術(shù)的電路圖以圖11、本發(fā)明的電路圖以圖12說明。兩者均將負(fù)載電流設(shè)定電壓V1預(yù)先設(shè)為負(fù)載電流5[A]，仿真被測試電源激活，從無輸出電壓到定格輸出電壓激活的輸出電壓波形，置換到臺(tái)形波產(chǎn)生器V6，設(shè)定激活時(shí)間為1[μS]時(shí)，輸出電壓為5[V]的條件，連接電纜3的單側(cè)線的阻抗L31、L32，設(shè)定單側(cè)線為1[μH]、10[μH]、100[μH]、耦合系數(shù)K3＝0.9，以仿真求出負(fù)載電流波形。
圖13為公知技術(shù)、圖14為本發(fā)明的結(jié)果，圖13A、圖14A為相當(dāng)于被測試電源2的輸出電壓波形；圖13B、圖14B為負(fù)載電流。在公知技術(shù)中，因?yàn)楸粶y試電源激活以前所設(shè)定的負(fù)載電流應(yīng)流動(dòng)的場效晶體管Q1的柵極電壓會(huì)呈最大限度的驅(qū)動(dòng)，使被測試電源激活，所以，一旦極大負(fù)載電流流動(dòng)的結(jié)果，即使是電流控制回路的動(dòng)作，因?yàn)樽鳛榭刂葡到y(tǒng)的頻率補(bǔ)償而插入運(yùn)算放大器的回授電路的電容C10，結(jié)果會(huì)使運(yùn)算放大器輸出電壓的直通率會(huì)變得極慢，回到設(shè)定電流值的時(shí)間也會(huì)持續(xù)很長。因?yàn)檫@會(huì)依存頻率補(bǔ)償電路的方式，所以將運(yùn)算放大器更廣區(qū)域化是無法解決的。這對(duì)進(jìn)行被測試電源激活測試的電子負(fù)載是很致命的，而權(quán)宜的對(duì)策，就是必須設(shè)置如前述的負(fù)載電流遮斷電路，為其缺點(diǎn)所在。
依據(jù)本發(fā)明如圖14B所示的負(fù)載電流波形圖，可以達(dá)到不管連接電纜3的阻抗的大小，都極少會(huì)發(fā)生負(fù)載電流過流的情形。
圖15為將阻抗L1連接于負(fù)載晶體管Q1的源極，透過該源極L1連接負(fù)載電流檢出用分流電阻R1，圖16為將負(fù)載電流檢出用分流電阻R1連接于負(fù)載晶體管Q1的源極，透過該負(fù)載電流檢出用分流電阻R1連接于阻抗L1，本發(fā)明是在分流電阻R1的兩端，差動(dòng)檢出負(fù)載電流進(jìn)行回授控制，所以，以阻抗L1及分流電阻R1的順序連接于負(fù)載晶體管Q1的源極，并不損本發(fā)明的效果。
其次，權(quán)利要求2所記載的本發(fā)明一實(shí)施例，其原理以圖17及圖18表示。從運(yùn)算放大器的輸出到輸入端子，通過插入二極管等非直線組件，電子負(fù)載裝置的負(fù)載電流可以從極小到很大的電流，在廣范圍下均可呈高速響應(yīng)及安定的動(dòng)作。以下就圖面及仿真結(jié)果作更詳細(xì)的說明。在圖17及圖18中，是以1個(gè)運(yùn)算放大器代表負(fù)載電流控制電路的增幅部，但亦可使用多個(gè)適當(dāng)?shù)倪\(yùn)算放大器，在驅(qū)動(dòng)負(fù)載控制用晶體管的場效晶體管的最終段的運(yùn)算放大器中，通過將二極管等非直線組件插入負(fù)回授電路，增幅度可以對(duì)應(yīng)場效晶體管的柵極電壓而變化。
非直線組件的具體例如圖19及圖20所示。圖19為實(shí)裝2端子的非直線組件的情形，其由1個(gè)乃至n個(gè)二極管D(1)～D(n)，或電阻RD1及1個(gè)乃至n個(gè)二極管D(1)～D(n)構(gòu)成，如圖19C、圖19D所示，亦可使用齊納二極管(Zener diode)ZD(1)的構(gòu)成。圖20為實(shí)裝3端子的非直線組件的情形，圖20A為二極管D(1)與齊納二極管ZD(1)及電阻RD13的構(gòu)成例；圖20B為附加電阻RD11及電阻RD12的構(gòu)成例；圖12C為連接點(diǎn)BJ1側(cè)的二極管DJ1一個(gè)乃至n個(gè)，連接點(diǎn)BJ2側(cè)的二極管DJ2一個(gè)乃至m個(gè)的構(gòu)成例；圖20D為前述圖12C構(gòu)成例再附加電阻RD11及電阻RD12的構(gòu)成例，但效果都是相同的。除二極管之外，亦可并用頻率補(bǔ)償用的電容，為了將非直線特性最適化，亦可適當(dāng)組合電阻及偏壓(bias)等使用。
此外，本實(shí)施例是以N信道的晶體管來說明的，但使用P信道的晶體管時(shí)，若變更圖19及圖20所示的非直線性組件的連接極性，當(dāng)然也可得到同樣的效果。
圖21為本發(fā)明的一實(shí)施例，關(guān)于電路圖各部與負(fù)載控制電路全體的頻率特性，負(fù)載電流從10[mA]到10[A]，調(diào)整偏壓電壓重復(fù)仿真的結(jié)果的特性如圖22所示。
關(guān)于負(fù)載控制用場效晶體管Q1的特性，因漏極電流亦即負(fù)載電流的大小，順向?qū)Ъ{yfs亦會(huì)變化。尤其是，將漏極電流設(shè)定很小時(shí)，柵極電壓會(huì)接近夾持(pinch off)電壓，順向?qū)Ъ{yfs會(huì)變的極小。
圖22C為相對(duì)于場效晶體管Q1的柵極電壓的漏極電流特性，對(duì)于負(fù)載電流的變化，在低域頻率下，隨著約有50[dB]的增幅度變化，頻率區(qū)域也會(huì)變化。具有此特性構(gòu)成負(fù)載電流控制回授回路的公知技術(shù)，即使進(jìn)行頻率補(bǔ)償，以使負(fù)載電流的全范圍都能呈安定狀態(tài)，但是在微小負(fù)載電流時(shí)，因?yàn)樨?fù)回授量大幅不足，負(fù)載電流對(duì)于目標(biāo)的設(shè)定電流值會(huì)有很大的誤差，連帶使頻率區(qū)域及響應(yīng)特性也都降低。
通過本發(fā)明，可以利用以具有非直線特性的二極管所構(gòu)成的組件，來補(bǔ)償場效晶體管Q1的負(fù)回授量的變動(dòng)。
圖22B是將非直線特性組件插入中段的運(yùn)算放大器的情形時(shí)，負(fù)載電流從10[mA]到10[A]的變化下的非直線增幅段的頻率特性，在低域頻率下，可以變化約40[dB]的增幅度，可以補(bǔ)償場效晶體管的增幅度變化。此外，將電容C11插入該非直線增幅段的回授電路，亦可某程度的補(bǔ)償場效晶體管段的頻率區(qū)域的變動(dòng)，負(fù)載電流控制電路的總和回路特性，由圖22E所示的振幅特性、圖22F所示的相位特性可以知道，除了可以確保充分的負(fù)回授量與頻率區(qū)域之外，亦可確?；厥诨芈返恼穹嘣＜跋辔挥嘣?。
權(quán)利要求
1.一種電子負(fù)載裝置，其具有一控制電路，是將電感與負(fù)載電流檢出用的分流電阻串聯(lián)連接于作為被測試交流電源的負(fù)載而驅(qū)動(dòng)的負(fù)載電流控制晶體管的源極，并形成使被測試交流電源的輸出電流流動(dòng)的回路，以輸出符合于特定負(fù)載電流設(shè)定值的柵極驅(qū)動(dòng)電流于該晶體管。
2.一種電子負(fù)載裝置，其特征在于在構(gòu)成權(quán)利要求1所記載的電子負(fù)載裝置的電流控制電路的負(fù)載晶體管的柵極驅(qū)動(dòng)用運(yùn)算放大器的輸出入電壓，采用具有非直線性的電路裝置。
全文摘要
本發(fā)明是為了改善對(duì)于電子負(fù)載裝置的被測試電源裝置的負(fù)載電流頻率響應(yīng)特性。本發(fā)明將阻抗L1串聯(lián)附加于負(fù)載電流控制用晶體管Q1的源極，除了可以改善電子負(fù)載控制回路的頻率響應(yīng)特性及被測試電源激活時(shí)的電子負(fù)載過渡響應(yīng)特性之外，通過在控制電路的晶體管驅(qū)動(dòng)用運(yùn)算放大器的輸入與輸出間，加入非直線組件的電路裝置，在廣范圍負(fù)載電流范圍下，可以得到良好的負(fù)載電流控制特性。
文檔編號(hào)G05F1/56GK1536368SQ20031012421
公開日2004年10月13日 申請(qǐng)日期2003年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月9日
發(fā)明者似鳥憲治 申請(qǐng)人:計(jì)測技術(shù)研究所