CN101699691A - 多阶多参可调电气负载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多阶多参可调电气负载装置，其特征在于：设置有模拟元件电路和开关时间控制器，其中，模拟元件电路由电阻组电路、电容组电路、电感组电路、第一切换开关和第二切换开关组成，所述开关时间控制器设置控制端，分别控制所述电阻组电路中的电阻开关、电容组电路中的电容开关、电感组电路中的电感开关，以及第一切换开关和第二切换开关的导通周期和导通占空比，从而模拟一阶、二阶负载特性。本发明能够同时具备多种一阶、二阶负载的多种参数的模拟功能，应用领域广泛。

Description

多阶多参可调电气负载装置

技术领域

本发明涉及电路设计领域，具体的说是一种多阶多参可调的电气负载装置。

背景技术

人们在进行电路设计时，往往会遇到未知的负载，而通常未知负载的特性会影响电路前端的信源品质，造成电路的设计效果与实际电路的应用结果出现较大的偏差。为了解决这个问题，人们用了多种多样的电路来模拟负载。而传统的电气负载主要分为电阻负载、电感负载、电容负载，以及各种阻性元件、感性元件、容性元件组成的混合负载。传统的解决方式都是设计人员事先有针对性的对负载进行验算，搭接出一个模拟负载，使其能够模拟未知负载。但这些电路都只能针对有限的负载，其应用领域单一。

现有技术的缺点是：没有一种模拟负载装置同时具备多种一阶、二阶甚至三阶负载的多种参数的模拟功能，只能针对有限的负载，其应用领域单一。

发明内容

本发明的目的是提供一种多阶多参可调电气负载装置，能够同时具备多种一阶、二阶负载的多种参数的模拟功能，应用领域广泛。

为达到上述目的，本发明表述一种多阶多参可调电气负载装置，其关键在于：设置有模拟元件电路和开关时间控制器，其中，模拟元件电路由电阻组电路、电容组电路、电感组电路、第一切换开关和第二切换开关组成，所述电阻组电路并联有m个电阻，每个电阻的前端分别串联一个电阻开关后与输入正端连接，m个电阻的后端连接所述电感组电路；

所述电感组电路并联有n个电感，每个电感的前端分别串联一个电感开关后与所述电阻组电路连接，n个电感的后端连接所述电容组电路；

所述电容组电路并联有k个电容，每个电容的前端分别串联一个电容开关后与所述电感组电路连接，k个电容的后端接输入负端，该输入负端与输出负端连接；

所述电阻组电路的m个电阻后端与输出正端之间连接所述第一切换开关；所述电感组电路的n个电感后端与输出正端之间连接所述第二切换开关；

所述开关时间控制器设置有第一切换开关控制端、第二切换开关控制端、m个电阻控制端、n个电感控制端和k个电容控制端，分别连接所述第一切换开关、第二切换开关，以及所述电阻组电路中的m个电阻开关、电感组电路中的n个电感开关和电容组电路中的k个电容开关。

传统的电气负载主要是由电阻、电感或电容组成，即我们平常所说的RL、RC、RLC电路。对于RL电路，其时间常数为τ＝L/R；RC电路，其时间常数为τ＝RC；RLC电路，其自然频率为阻尼系数为

其中，RL电路和RC电路是典型的一阶负载，RLC电路是典型的二阶负载，通过改变这些电路的参数便可改变负载的特性，而这些参数又由R、L和C决定，于是通过改变R、L、C的值就可以改变负载特性。本发明以此为基础提出。

本发明还可以不直接修改模拟元件电路中电阻、电容、电感的值，而是由开关时间控制器来控制电阻开关、电容开关、电感开关以及第一切换开关和第二切换开关的导通周期。通过第一切换开关和第二切换开关的导通或断开，来切换模拟负载的阶数，从而使本发明能够模拟多阶负载；通过电阻开关、电容开关、电感开关的导通或断开，来调节连入电路中的电阻、电容、电感的值，从而扩大本发明模拟的负载特性范围，对负载进行粗调节。通过开关时间控制器对上述开关的控制，本发明不仅可以模拟参数可调的一阶负载特性，还可以模拟参数可调的二阶负载特性，实现多阶多参数的负载特性的模拟。

所述开关时间控制器可以是单片机，也可以是单板机，也可以是可编程控制器。

本发明还设置有补偿电路，所述补偿电路由补偿电阻和补偿开关组成，补偿电阻的前端串接补偿开关后连接输入正端，补偿电阻的后端与所述电阻阻电路中的m个电阻后端连接；所述补偿开关还连接所述开关时间控制器的补偿开关控制端。

所述开关时间控制器用来控制补偿开关的导通周期和导通占空比。补偿电路的作用是对模拟负载进行细调节，使得本发明能够模拟一定负载档内的任意负载。

本发明的显著效果是：在不需要直接调节电路中电阻、电容、电感值的情况下，不仅可以模拟参数可调的一阶负载特性，还可以模拟参数可调的二阶负载特性，同时具备多种一阶、二阶负载的多种参数的模拟功能，应用领域广泛。

附图说明

图1为本发明的电路连接图；

图2为实施例1的电路连接图；

图3为实施例1的单位阶跃响应曲线图，其中补偿开关的导通周期为0.01s，导通占空比分别为1％、10％、50％和99％；

图4为已知传递函数的单位阶跃响应与实施例1模拟的单位阶跃响应曲线的对比图，其中传递函数为补偿开关的导通周期为0.001s，导通占空比为1.2％；

图5为实施例2的电路连接图；

图6为实施例2的单位阶跃响应曲线图，其中补偿开关的导通周期为0.001s，导通占空比分别为1％、50％、70％和99％；

图7为已知传递函数的单位阶跃响应与实施例2模拟的单位阶跃响应曲线的对比图，其中传递函数为

补偿开关的导通周期为0.001s，导通占空比为93％。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

如图1所示：一种多阶多参可调电气负载装置，设置有模拟元件电路1、开关时间控制器2和补偿电路3，其中，模拟元件电路1由电阻组电路、电容组电路、电感组电路、第一切换开关和第二切换开关组成，所述电阻组电路并联有m个电阻，每个电阻的前端分别串联一个电阻开关后与输入正端连接，m个电阻的后端连接所述电感组电路。

所述电感组电路并联有n个电感，每个电感的前端分别串联一个电感开关后与所述电阻组电路连接，n个电感的后端连接所述电容组电路。

所述电容组电路并联有k个电容，每个电容的前端分别串联一个电容开关后与所述电感组电路连接，k个电容的后端接输入负端，该输入负端与输出负端连接。

所述电阻组电路的m个电阻后端与输出正端之间连接所述第一切换开关；所述电感组电路的n个电感后端与输出正端之间连接所述第二切换开关。

所述开关时间控制器2设置有第一切换开关控制端、第二切换开关控制端、m个电阻控制端、n个电感控制端和k个电容控制端，分别连接所述第一切换开关、第二切换开关，以及所述电阻组电路中的m个电阻开关、电感组电路中的n个电感开关和电容组电路中的k个电容开关。

所述补偿电路3由补偿电阻和补偿开关组成，补偿电阻的前端串接补偿开关后连接输入正端，补偿电阻的后端与所述电阻阻电路中的m个电阻后端连接；所述补偿开关还连接所述开关时间控制器2的补偿开关控制端。

所述m、n、k为正整数。

本实施例中，开关时间控制器2控制第一切换开关和第二切换开关闭合、电感组电路中的所有电感开关断开，构成一阶模拟负载，等效电路图如2所示。

同时，开关时间控制器2控制电阻组电路中的所有电阻开关在某一时段有且只有一个导通，控制电容组电路中的所有电容开关在某一时段有且只有一个导通，再调节补偿电路3中补偿开关的导通周期和占空比，就可以改变负载特性，模拟具有该负载特性范围内的一阶负载。

在电阻组电路中的所有电阻开关和电容组电路中的所有电容开关在某一时刻分别有且只有一个导通，补偿电路中补偿开关的导通周期为0.01s，导通占空比分别为1％、10％、50％和99％时，本实施例的单位阶跃响应曲线如图3所示。

对于传递函数

$G\left(s\right)=\frac{1}{s+1}$

具有该传递函数的负载，其单位阶跃响应曲线与本装置模拟此一阶负载的单位阶跃响应曲线对比图如图4所示。此时，补偿电路中补偿开关的导通周期为0.001s，导通占空比为1.2％。

实施例2：

本实施例与实施例1大致相同，其不同之处在于：开关时间控制器2控制第一切换开关断开、第二切换开关闭合，构成二阶模拟负载，等效电路图如5所示。

同时，开关时间控制器2控制电阻组电路中的所有电阻开关在某一时段有且只有一个导通，控制电感组电路中的所有电感开关在某一时段有且只有一个导通，控制电容组电路中的所有电容开关在某一时刻有且只有一个导通，再调节补偿电路3中补偿开关的导通周期和占空比，就可以改变负载特性，模拟具有该负载特性范围内的二阶负载。

在电阻组电路中的所有电阻开关、电感组电路中的所有电感开关以及电容组电路中的所有电容开关在某一时刻分别有且只有一个导通，补偿电路中补偿开关的导通周期为0.001s，导通占空比分别为1％、50％、70％和99％时，本实施例的单位阶跃响应曲线如图6所示。

对于传递函数

$G\left(s\right)=\frac{{10}^6}{22s^2+1760s+{10}^6}$

具有该传递函数的负载，其单位阶跃响应曲线与本装置模拟此二阶负载的单位阶跃响应曲线对比图如图7所示。此时，补偿电路中补偿开关的导通周期为0.001s，导通占空比为93％。

Claims (2)

1.一种多阶多参可调电气负载装置，其特征在于：设置有模拟元件电路(1)和开关时间控制器(2)，其中，模拟元件电路(1)由电阻组电路、电容组电路、电感组电路、第一切换开关和第二切换开关组成，所述电阻组电路并联有m个电阻，每个电阻的前端分别串联一个电阻开关后与输入正端连接，m个电阻的后端连接所述电感组电路；

所述电感组电路并联有n个电感，每个电感的前端分别串联一个电感开关后与所述电阻组电路连接，n个电感的后端连接所述电容组电路；

所述电容组电路并联有k个电容，每个电容的前端分别串联一个电容开关后与所述电感组电路连接，k个电容的后端接输入负端，该输入负端与输出负端连接；

所述电阻组电路的m个电阻后端与输出正端之间连接所述第一切换开关；

所述电感组电路的n个电感后端与输出正端之间连接所述第二切换开关；

所述开关时间控制器(2)设置有第一切换开关控制端、第二切换开关控制端、m个电阻控制端、n个电感控制端和k个电容控制端，分别连接所述第一切换开关、第二切换开关，以及所述电阻组电路中的m个电阻开关、电感组电路中的n个电感开关和电容组电路中的k个电容开关。

2.根据权利要求1所述的多阶多参可调电气负载装置，其特征在于：还设置有补偿电路(3)，所述补偿电路(3)由补偿电阻和补偿开关组成，补偿电阻的前端串接补偿开关后连接输入正端，补偿电阻的后端与所述电阻阻电路中的m个电阻后端连接；所述补偿开关还连接所述开关时间控制器(2)的补偿开关控制端。

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