CN101872972B - 汽车保险丝测试台电源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电源电路，特别是一种恒流电源模块、可调电源模块及其在汽车保险丝测试台上的应用，即汽车保险丝测试台电源装置。本发明的要点在于提供了一种恒流电源模块和一种可调电源模块，二者均采用脉宽调制发生器对场效应晶体管进行驱动控制，从而达到对模块恒流的要求，而可调电源模块还实现了利用中央处理器对整个电源回路的控制，从而实现可调电源模块从0到指定电流大小的滑动调节。将上述两种电源模块应用于汽车保险丝测试台，构成汽车保险丝测试台电源装置，可以实现任何测试所需要的电流，而且精度高，可智能化控制，提高了汽车保险丝的测试合格精度，保障了汽车及其驾乘人员的行驶安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种电源电路，特别是一种汽车保险丝测试台电源装置。
背景技术
汽车保险丝都是应用在大电流和低电压的条件下，车用保险丝产品的测试合格与否对保障汽车及驾乘人员的人身安全至关重要。在对车用保险丝进行熔断测试时，通常要求测试台电源装置提供高达600％额定电流的测试电流，而且要求电流稳定时间短，因此测试台电源装置需要输出几百-几千安的稳定大电流。现有技术都是采用大功率的电源装置来实现，虽然大功率电源可实现大电流输出，但是大功率的电源装置电路结构复杂，价格昂贵且智能水平不高，所输出电流往往达不到规定的测试电流，造成测试结果不够准确，危及汽车和驾乘人员的人身安全。
发明内容
本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种电路结构简单、成本低廉且输出电流大而恒定的汽车保险丝测试台电源装置。
本发明中的汽车保险丝测试台电源装置是通过以下途径来实现的：
汽车保险丝测试台电源装置，包括有至少一个可调电源模块和复数个恒流电源模块，可调电源模块和复数个恒流电源模块并联连接，每一个电源模块均连接有控制开关，并联连接的电源模块输出端与所测试的汽车保险丝连接，其中
恒流电源模块，包括有电压比较器、脉宽调制发生器、光耦隔离驱动器、霍尔电流传感器和复数个开关电源，每个开关电源的两端均串接有负载电阻和场效应晶体管，由此构成复数个电源回路，包括有恒流电源回路和可变电源回路，该复数个电源回路并联连接，霍尔电流传感器并接在并联的电源总回路上，霍尔电流传感器的信号输出端与电压比较器的正端连接，电压比较器的负端连接基准电压，电压比较器的输出端与脉宽调制发生器连接，脉宽调制发生器通过光耦隔离驱动器与可变电源回路上的场效应晶体管的控制栅极连接，恒流电源回路的场效应晶体管分别通过一光耦隔离驱动器连接到给定电平；
可调电源模块，包括有电压比较器、脉宽调制发生器、光耦隔离驱动器、霍尔电流传感器和复数个开关电源，每个开关电源的两端均串接有负载电阻和场效应晶体管，由此构成复数个电源回路，包括可变电源回路和恒流电源回路，该复数个电源回路并联连接；
还包括有模数转换器、中央处理器和数模转换器，霍尔电流传感器并接在并联的电源总回路上，霍尔电流传感器的信号输出端分别与电压比较器的正端以及模数转换器的输入端连接，模数转换器的输出端与中央处理器连接，中央处理器的输出端与数模转换器连接，数模转换器的输出端连接到电压比较器的负端，电压比较器的输出端与脉宽调制发生器连接，脉宽调制发生器通过光耦隔离驱动器与可变电源回路上的场效应晶体管的控制栅极连接，恒流电源回路的场效应晶体管分别通过一光耦隔离驱动器连接到中央处理器的控制端。
恒流电源模块的工作原理如下：
其整个总回路构成了一个独立的电流闭环负反馈：霍尔电流传感器接收并联电源回路的电流值，然后获得电压信号并发送到电压比较器正端，电压比较器通过对正负端电压值的比较，并输出相应的电平信号控制脉宽调制发生器，使脉宽调制发生器输出占空比可变的PWM波，然后通过光耦隔离驱动器去控制与其连接的场效应晶体管，控制该场效应晶体管的开启和关断，由此：受控的场效应晶体管所在的可变电源回路的电流大小就与脉宽调制发生器输出的脉宽调制波的占空比成比例关系。
当并联的电源回路的总电流发生变化，电压比较器便会产生对应的电平提供给脉宽调制发生器，通过脉宽调制发生器和光耦隔离驱动器的控制，减少或提升可变电源回路中的电流，其中恒流电源回路提供恒定的电流，可变电源回路根据上述控制方式提供根据要求变化的电流，然后与恒定电流相加，最后得到总的基准恒定电流。
在实现大电流输出的各种技术中，本领域的技术人员惯用大功率的电源装置来实现，从未考虑使用小功率恒流电源模块来实现大电流输出，故而形成了一种技术偏见，本发明的发明人正是克服了该技术偏见，首先设计了一种如上所述的恒流电源模块，该电源模块的功率小、电路结构简单、成本低廉，之后利用该恒流电源模块做进一步设计，并应用于汽车保险丝测试台的电源装置上。
可调电源模块的工作原理如下：
可调电源模块的工作原理与恒流电源模块相似，所不同的是每个恒流电源回路由中央处理器控制或开通或关断。这样便可按要求选择所需要的工作电流，中央处理器可控制一个或多个恒流电源回路的工作，剩余的电流量交由可变电源回路提供，例如可调电源模块要求输出70A的电流，而恒流电源回路每回路提供恒定26安的电流，此时可由中央处理器控制2条恒流电源回路开通，其余恒流电源回路关断，然后由可变电源回路提供18A的电流。
霍尔电流传感器测得的总电流经模数转换器处理后送入中央处理器，中央处理器根据设置的电流和实际测得的电流的偏差产生微调数字控制量，然后经过数模转换器输出，构成一闭环数字控制反馈回路，从而达到稳定电流的输出。
将中小功率的恒流电源模块和可调电源模块进行组合并接，构成大电流保险丝测试台，可提供在一定范围内可调的汽车保险丝测试台电源装置，由于所提供的恒流电源模块和可调电源模块结构简单、成本低，且精度高，控制实现可靠智能，因此具有很好的实用价值。这样就为汽车保险丝测试台提供了一种较高智能化、性能稳定，且价格适中的大电流汽车保险丝测试台电源装置。
上述恒流电源模块、可调电源模块可以进一步具体为：
脉宽调制发生器为一种可编程的脉宽调制发生器。
脉宽调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)是利用数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。简而言之，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。
脉宽调制发生器包括有时钟信号单元、锯齿波计数器单元、加减计数器单元、比较器单元和脉冲调制停止信号单元，时钟信号单元分别输出连接到锯齿波计数器单元和加减计数器单元，两计数器单元的输出端与比较器单元的两输入端连接，加减计数器单元的控制端与脉冲调制停止信号单元连接。
工作原理如下：首先系统20MHZ时钟信号，经时钟信号单元(counter3)进行8分频得到1.25MHZ时钟信号，作为PWM波发生器中可加减计数器单元(counter8)计数脉冲。该计数脉冲受PWM停止信号单元(pwm_muli8)控制输出，当加减计数器当连续调整(加/减计数)到0或最大值时说明PWM波的脉冲调整能力已到极限，要保持并停止继续计数，防止加减计数器单元计数溢出。系统20MHZ时钟信号，经锯齿波计数器单元(counter8b)进行256分频得到78.125KHZ信号作载波信号，该信号频率与开关电源的频率(80KHZ)接近，可减少高频谐波干扰。上述两个8位的计数信号送入比较器单元比较输出PWM波。
综上所述，本发明的要点在于提供了一种恒流电源模块和一种可调电源模块，二者均采用脉宽调制发生器对场效应晶体管进行驱动控制，从而达到对模块恒流的要求，而可调电源模块还实现了利用中央处理器对整个电源回路的控制，从而实现可调电源模块从0到指定电流大小的连续调节。将上述两种电源模块应用于汽车保险丝测试台，构成汽车保险丝测试台电源装置，可以实现任何测试所需要的电流，而且精度高，可智能化控制，提高了汽车保险丝的测试合格精度，保障了汽车及其驾乘人员的行驶安全。
附图说明
图1所示为本发明所述恒流电源模块的电路结构示意图；
图2所示为本发明所述可调电源模块的电路结构示意图；
图3所示为本发明所述汽车保险丝测试台电源装置的电路结构示意图。
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
具体实施方式
参照附图1，恒流电源模块，包括有电压比较器A、脉宽调制发生器(PWM发生器)、光耦隔离驱动器、霍尔电流传感器和4个开关电源E11～E14，每个开关电源的两端均串接有负载电阻R11～R14和场效应晶体管Q11～Q14，由此构成4条电源回路，包括有三条恒流电源回路和一条可变电源回路，上述电源回路并联连接，霍尔电流传感器并接在并联的电源回路上，霍尔电流传感器的信号输出端与电压比较器的正端连接，电压比较器的负端连接基准电压，电压比较器的输出端与PWM发生器连接，PWM发生器通过光耦隔离驱动器与可变电源回路上的场效应晶体管Q11的基极连接，恒流电源回路的场效应晶体管Q12～Q14分别通过一光耦隔离驱动器连接到给定电平。
上述的场效应晶体管为一种金属半导体场效应管(MOSFET)，当其使能信号有效时，光耦隔离驱动器将使该场效应晶体管导通。
负载电阻使用规格为阻值0.45欧，功率为350W的线束型铝合金电阻，阻值误差为±0.5％。
PWM发生器采用Altera公司的CPLD芯片EPM7064设计专用的基于PWM波的专用恒流控制芯片，结合采用AT公司的AT89S51单片机为核心完成了本系统的外接口，例如PS/2键盘控制器、串行DA转换器、带触摸屏7时LCD显示器接口、实时时钟、看门狗等硬件电路的设计。
例如，恒流电源模块规格为输出电流100A标准模块，那么E11～E14采用通用的12V输出、最大输出电流29A的开关电源。开关电源输出端带有二极管隔离器件，可以实现简单的各支路电流并联，而不会相互之间电流串扰。当MOSFET导通时，内阻很小，所以该场效应管功率小，温升低，图中Q11为为可变电源回路上的场效应晶体管，受PWM发生器的输出信号控制，使该回路输出电流大小与PWM发生器输出的PWM波的占空比成比例关系。恒流电源回路输出电流为26A，总电路的电流经闭环霍尔电流传感器(100A输出4V)送到电压比较器的正端，电压比较器的负端姐4V的标准电压Vref。在PWM发生器的控制下，整个电路输出电流稳定在100A。PWM发生器可采用现场编程陈列(FPGA)来实现，以减轻核心程序的设计难度。
参照附图2，可调电源模块，包括有电压比较器A、脉宽调制发生器(PWM发生器)、光耦隔离驱动器、霍尔电流传感器和5个开关电源E21～E25，每个开关电源的两端均串接有负载电阻R21～R25和场效应晶体管Q21～Q25，由此构成5个电源回路，包括1个可变电源回路和4个恒流电源回路，上述5个电源回路并联连接；
还包括有模数转换器(AD转换器)、中央处理器(MCU)和数模转换器(DA转换器)，霍尔电流传感器并接在并联的电源回路上，霍尔电流传感器的信号输出端分别与电压比较器的正端以及AD转换器的输入端连接，AD转换器的输出端与中央处理器(MCU)连接，中央处理器(MCU)的输出端与DA转换器连接，DA转换器的输出端连接到电压比较器的负端，电压比较器的输出端与PWM发生器连接，PWM发生器通过光耦隔离驱动器与可变电源回路上的场效应晶体管Q21的基极连接，恒流电源回路的场效应晶体管Q22～Q25分别通过一光耦隔离驱动器连接到中央处理器(MCU)的控制端。
可调电源模块的工作原理与恒流电源模块相似，其中Q22～Q25为恒流电源回路的场效应晶体管，有各自独立的控制使能信号，由MCU输出控制，假定恒流电源回路的输出电流设置为26A。Q21的工作情况受PWM发生器控制，其所在的可变电源回路的输出电流设置为28A，比较器的负端输入来自MCU经DA转换器转换后输出。设计可调电源模块最大输出电流为125A，可以克服对100A标准恒流电源模块切换时的临界死区。
参照附图3，汽车保险丝测试台电源装置，包括有一个125A可调电源模块和5个100A恒流电源模块，可调电源模块和复数个恒流电源模块并联连接，每一个电源模块均连接有控制开关S1～S6，并联连接的电源模块输出端与所测试的汽车保险丝连接。
这样便可根据保险丝的测试电流要求增加标准恒流电源模块，同时调整可调电源模块，从而灵活设置测试电流，使用一台测试台即可实现对相当范围内规格的保险丝进行测试，具有很好的创造性。
本发明未述部分与现有技术相同。
Claims (3)
1.汽车保险丝测试台电源装置，其特征在于，包括有至少一个可调电源模块和复数个恒流电源模块，可调电源模块和复数个恒流电源模块并联连接，每一个电源模块均连接有控制开关，并联连接的电源模块输出端与所测试的汽车保险丝连接，其中
恒流电源模块，包括有电压比较器、脉宽调制发生器、光耦隔离驱动器、霍尔电流传感器和复数个开关电源，每个开关电源的两端均串接有负载电阻和场效应晶体管，由此构成复数个电源回路，包括有恒流电源回路和可变电源回路，该复数个电源回路并联连接，霍尔电流传感器并接在并联的电源总回路上，霍尔电流传感器的信号输出端与电压比较器的正端连接，电压比较器的负端连接基准电压，电压比较器的输出端与脉宽调制发生器连接，脉宽调制发生器通过光耦隔离驱动器与可变电源回路上的场效应晶体管的控制栅极连接，恒流电源回路的场效应晶体管分别通过一光耦隔离驱动器连接到给定电平；
可调电源模块，包括有电压比较器、脉宽调制发生器、光耦隔离驱动器、霍尔电流传感器和复数个开关电源，每个开关电源的两端均串接有负载电阻和场效应晶体管，由此构成复数个电源回路，包括可变电源回路和恒流电源回路，该复数个电源回路并联连接，可调电源模块还包括有模数转换器、中央处理器和数模转换器，霍尔电流传感器并接在并联的电源总回路上，霍尔电流传感器的信号输出端分别与电压比较器的正端以及模数转换器的输入端连接，模数转换器的输出端与中央处理器连接，中央处理器的输出端与数模转换器连接，数模转换器的输出端连接到电压比较器的负端，电压比较器的输出端与脉宽调制发生器连接，脉宽调制发生器通过光耦隔离驱动器与可变电源回路上的场效应晶体管的控制栅极连接，恒流电源回路的场效应晶体管分别通过一光耦隔离驱动器连接到中央处理器的控制端。
2.根据权利要求1所述的汽车保险丝测试台电源装置，其特征在于，恒流电源模块和可调电源模块中的脉宽调制发生器为一种可编程的脉宽调制发生器。
3.根据权利要求2所述的汽车保险丝测试台电源装置，其特征在于，脉宽调制发生器包括有时钟信号单元、锯齿波计数器单元、加减计数器单元、比较器单元和脉冲调制停止信号单元，时钟信号单元分别输出连接到锯齿波计数器单元和加减计数器单元，两计数器单元的输出端与比较器单元的两输入端连接，加减计数器单元的控制端与脉冲调制停止信号单元连接。
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