CN102183949B - 一种优化级联的复用式智能模拟负载实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种优化级联的复用式智能模拟负载实现方法，包括以下步骤：1)选择接口连接器、通断开关、继电器、功率电阻、档位开关、确定按钮、微处理器、电流表；把负载串联至继电器，构成一个负载选择回路，多个负载选择回路并联后连至干线导线，干线导线的另一端并联功率电阻选择回路；处理器采集干线导线电压及电流，驱动电流表显示；2)闭合某负载的通断开关，触发继电器接通；3)调节档位开关选择加载电流，处理器接通功率电阻，为负载加载电流近似值，以电流表显示值为准，两者误差≤±分辨率；4)若要加载更精确的电流值，在步骤3)基础上，微调系统接口输入电压即可；该方法解决了现有模拟负载的瞬间放电平稳性差等问题。

Description

一种优化级联的复用式智能模拟负载实现方法

技术领域

本发明涉及模拟负载，具体地讲，涉及一种特定电流加载装置，属于车辆负载配电控制管理系统的测试技术领域。

背景技术

本模拟负载的作用类似于市场上现有的电子负载或传统的负载柜，但却有着很大的区别。电子负载的放电元件是功率半导体，利用的是MOS管(金属氧化物半导体)的压阻特性，由于MOS管的特性所限，使得其在放电瞬间会有很高的难以抑制的过冲电流，同时输入路数很少，这些都限制了它的一些应用；传统负载柜的放电元件是轴型安装的功率型线绕电阻器，手工接线选择档位，智能化程度较低，且体积过于庞大。

模拟负载装置作为一种通用车辆负载配电控制管理系统的功率测试设备，在产品研制、测试、生产阶段尤其是生产线上的批量检验和野外故障排查中要经常使用。随着军用车辆上纳入数字化电源电气管理系统的负载数量越来越多，功率越来越大，使得与之配套的电流加载检测装置的路数不断增多，电流也不断加大。市场上现有的电流加载装置，虽然功能上基本能满足使用要求，但大都存在着交流供电、体积庞大、质量过重、容抗\感抗过大、智能化程度低等缺点；另外，每做一路负载试验都要重新接线，在产品的批量检验时会有繁重的接线工作量，降低了试验的可靠性和安全性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述缺陷，通过优化的级联方式，提供一种可多路复用的，方便脱离市电使用的智能模拟负载，用以模拟阻性负载，是一种大功率电流加载装置，可为被测产品加载上设定的电流的实现方法；该方法根据车辆负载配电控制管理系统的开发需求，以及市场上现有电流加载装置的诸多缺点，解决了现有模拟负载的瞬间放电平稳性差、复用性差、智能化程度低等问题，满足了宽范围交流或直流电压的车辆负载配电控制管理系统的通用测试、野外测试、批量测试等项目的研发需求。

本发明提供的一种优化级联的复用式智能模拟负载实现方法，其改进之处在于包括以下步骤：

1)、选择接口连接器、通断开关、继电器、功率电阻、档位开关、确定按钮、微处理器、电流表；由接口连接器通过导线把负载串联至继电器，继电器受控于通断开关，构成一个负载选择回路，与此相同的多个回路并联后连接至干线导线，干线导线的另一端并联着多个功率电阻选择回路，该回路分别由继电器串联特定的功率电阻序列组成；通过处理器采集档位开关及确定按钮信号，采集干线导线上的电压及电流，并驱动电流表的电流显示；

2)、选择并闭合某负载的通断开关，触发继电器接通；

3)、调节档位开关选择需要加载的电流值，按下确定按钮，处理器收到档位信号，根据二进制的8421码组合级联方式及干线导线上的电压，计算出应该使用的功率电阻组合，驱动与功率电阻串联的继电器，接通功率电阻，为所选负载回路加载上档位开关所选的电流近似值，以电流表显示的干线导线电流值为准，近似值与电流表显示值的误差≤±分辨率；

4)当需要加载更精确的模拟负载电流值，在步骤3)为所选负载回路加载上电流粗调档位所选的电流近似值的基础上，观察电流表的显示，同时微调系统接口输入电压，即可达到小于分辨率的电流值，实现电流值的连续调节。

本发明提供的第一优选的优化级联的复用式智能模拟负载实现方法，所述与特定功率电阻串联的继电器可用智能功率电子开关或智能功率模块替代。

本发明提供的第二优选的优化级联的复用式智能模拟负载实现方法，所述分辨率的计算公式为U/2ⁿR；其中U为接口实际输入电压，n为≥0的整数，R为某电阻标称值。

本发明提供的第三优选的优化级联的复用式智能模拟负载实现方法，根据二进制的8421码组合级联方式选择的特定功率电阻序列为：2⁰R、2¹R、2²R、2³R、2⁴R、2⁵R、……、2ⁿR、……；即0、1R、2R、4R、8R、16R、32R、……、2ⁿR、……；其中R为某电阻标称值，n为任意≥0的整数。

本发明提供的第四优选的优化级联的复用式智能模拟负载实现方法，任何一个负载选择回路都可使用单一直至全部功率电阻的任意组合。

本发明提供的第五优选的优化级联的复用式智能模拟负载实现方法，功率电阻选择回路中有一路是继电器直连地线。

本发明提供的第六优选的优化级联的复用式智能模拟负载实现方法，档位开关由不限数量的多个档位开关组合而成。

本发明提供的第七优选的优化级联的复用式智能模拟负载实现方法，电流表由不限数量的多个数码位数组合而成。

本发明提供的第八优选的优化级联的复用式智能模拟负载实现方法，所述功率电阻为线绕型功率电阻器。

本发明提供的第九优选的优化级联的复用式智能模拟负载实现方法，所述负载个数为大于零的整数；所述处理器为微处理器或单片机；所述通断开关设有开关通断指示灯。

功率电阻选择回路中有一路是继电器直连地线，以达到可做短路试验的目的；档位开关由不限数量的多个档位开关组合而成，电流表由不限数量的多个数码位数组合而成，以满足由不限数量的多个特定功率电阻的组合需求。

主要参数计算：

假设由2⁰R Ω、2¹R Ω、2²R Ω、2³R Ω……2ⁿR Ω共n+1个电阻并联，系统接口输入直流电压(或交流电压有效值)为U；其中，R为某电阻标称值，n为大于等于零的整数。

阻值范围：

根据电阻并联公式1/R_总＝1/R₁+1/R₂+1/R₃+……+1/R_n得知：

最小值R_min＝1/(1/2⁰R+1/2¹R+1/2²R+……1/2ⁿR)＝2ⁿR/(2ⁿ⁺¹-1)Ω

最大值R_max＝2ⁿRΩ

即阻值范围为(Ω)：2ⁿR/(2ⁿ⁺¹1)～2ⁿR，共2ⁿ⁺¹-1个非线性档位组合。

加载电流范围：

根据公式I＝U/R得知：

最大加载电流值I_max＝U/R_min＝(2ⁿ⁺¹-1)U/2ⁿR(A)

最小加载电流值I_min＝U/R_max＝U/2ⁿR(A)

即可加载电流范围为(A)：U/2ⁿR～(2ⁿ⁺¹1)U/2ⁿR。

电流分辨率：

根据公式I＝U/R得知：

I_min＝U/R_max＝U/2ⁿR(A)

与现有技术相比，本发明提供的一种优化级联的复用式智能模拟负载实现方法具有以下优点：

1、具体电阻选择方法：设某电阻标称值为R，则应选择的电阻序列为：2⁰R、2¹R、2²R、2³R、2⁴R、2⁵R、……、2ⁿR、……；即1R、2R、4R、8R、16R、32R、……、2ⁿR、……，(其中n为任意≥0的整数)；该方法采用了优化的二进制8421码原理，达到用最少的电阻实现最宽的阻值范围组合；事实证明，在所有电阻选择方法中，此方法是最高效、最适合微处理器运算的选择方法；

2、本发明不仅提出了利用优化的二进制8421码原理达到最高效的电阻选择方法，以及采用体积小，散热好，功率密度高的功率型电阻器，使得利用本发明做出的装置达到最大的功率密度(总功率/装置体积)成为可能；

3、通过微处理器的算法实现8421码原理的电阻自动组合级联(并联或串联)；

4、通过手动切换，实现多个负载回路对模拟负载的复合使用；

5、通过微调系统输入电压，达到从离散的阻值序列中获取连续的电流值；

6、本系统脱离市电供电的特点使得利用本发明做出的装置具有野外测试的便利性；

7、可以很好地解决模拟负载的瞬间加载平稳性差、复用性差以及智能化程度低等诸多问题，满足了宽范围交流或直流电压的车辆负载配电控制管理系统的通用测试、野外测试等项目的研发需求；

8、其多路的可复用性，与市场上现有的电流加载装置相比，在被测产品的多路负载加载功能批量检验时可大幅节省时间，有效提高可靠性和安全性。

附图说明

图1：本发明提供的一种优化级联的复用式智能模拟负载实现方法的工作原理框图。

具体实施方式

以下通过附图及具体实施方式对本发明提供的一种优化级联的复用式智能模拟负载实现方法做进一步更详细的说明。

实施例1

本实施例的优化级联的复用式智能模拟负载实现方法，包括以下步骤：

1)、选择接口连接器、通断开关、继电器、功率电阻、档位开关、确定按钮、微处理器、电流表、导线；由接口连接器通过导线把某负载串联至继电器，该继电器受控于通断开关，并有指示灯显示开关通断，由此构成一个负载选择回路；与此相同的多个回路并联后连接至干线导线，该干线导线的另一端并联多个功率电阻选择回路，该回路分别由继电器串联特定的功率电阻序列组成；通过微处理器(MCU)采集档位开关及确定按钮信号，采集干线导线上的电压及电流，并驱动电流表的电流显示；

2)、选择并闭合某负载的通断开关，触发继电器接通；

3)、调节档位开关选择需要加载的电流值，按下确定按钮，处理器收到档位信号，根据二进制的8421码组合级联方式及干线导线上的电压，计算出应该使用的功率电阻组合，驱动与功率电阻串联的继电器，接通功率电阻，为所选负载回路加载上电流粗调档位所选的电流近似值，以电流表显示的干线导线电流值为准，近似值与电流表显示值的误差≤±分辨率。分辨率的计算公式为U/2ⁿR；其中U为接口实际输入电压，n为≥0的整数，R为某电阻标称值；

4)、如果需要加载更精确的模拟负载电流值，在上一步的基础上，一边观察着电流表的显示，一边微调系统接口输入电压，即可达到小于分辨率的电流值，实现电流值的连续调节。

其中，功率电阻处继电器可用智能功率电子开关或智能功率模块替代；根据二进制的8421码组合级联方式选择的特定功率电阻序列为：2⁰R、2¹R、2²R、2³R、2⁴R、2⁵R、……、2ⁿR、……；即0、1R、2R、4R、8R、16R、32R、……、2ⁿR、……。其中R为某电阻标称值，n为任意≥0的整数。

即如图1所示，具体实施方式及步骤如下：

1)、选择并闭合负载n对应的通断开关K_n，开关指示灯L_n被点亮，同时触发继电器J_n接通(此回路也可使用其它形式的机械开关或电子开关实现接通；n为大于零的整数)；

2)、旋转电流粗调档位开关(如：所选电流值＝百位档×100十位档×10+个位档)，确认所选大小后按下“确定按钮”，处理器收到档位信号，根据二进制的8421码组合级联方式及干线导线上的电压，计算出应该使用的功率电阻组合，驱动与这些功率电阻对应的继电器，接通这些功率电阻，为所选负载回路加载上电流粗调旋钮所选的电流近似值，以电流表(不局限于数码表)显示的干线导线电流值为准；两者的误差≤±分辨率，分辨率＝U/2ⁿR，U为接口实际输入电压，R为某电阻标称值，n为≥0的整数；

3)、如果需要加载更精确的模拟负载电流值，在第2步的基础上，一边观察着电流表的显示，一边微调系统接口输入电压，即可达到小于分辨率的电流值，实现电流值的连续调节；另外，图中参数如下：

关键参数：由2⁰RΩ、2¹RΩ、2²RΩ、2³RΩ、……、2ⁿRΩ共n+1个电阻并联，阻值范围为(Ω)：2ⁿR/(2ⁿ⁺¹-1)～2ⁿR，共2ⁿ⁺¹-1个非线性档位组合；电流分辨率为(A)：U/2ⁿR；可加载电流范围为(A)：U/2ⁿR～(2ⁿ⁺¹-1)U/2ⁿR。

实施例2

本实施例的优化级联的复用式智能模拟负载实现方法，包括以下步骤：

1)、选择合适的接口连接器、通断开关、继电器、功率电阻、档位开关、确定按钮、微处理器、电流表、导线；由接口连接器通过导线把某负载串联至继电器，该继电器受控于通断开关，并有指示灯显示开关通断，由此构成一个负载选择回路；与此相同的多个回路并联后连接至干线导线，该干线导线的另一端并联着多个功率电阻选择回路，该回路分别由继电器串联特定的功率电阻序列组成；通过微处理器(MCU)采集档位开关及确定按钮信号，采集干线导线上的电压及电流，并驱动电流表的电流显示；

2)、选择并闭合某负载的通断开关，触发继电器接通；

3)、调节档位开关选择需要加载的电流值，按下确定按钮，处理器收到档位信号，根据二进制的8421码组合级联方式及干线导线上的电压，计算出应该使用的功率电阻组合，驱动与功率电阻串联的继电器，接通功率电阻，为所选负载回路加载上电流粗调档位所选的电流近似值，以电流表显示的干线导线电流值为准，近似值与电流表显示值的误差≤±分辨率；分辨率的计算公式为U/2ⁿR；其中U为接口实际输入电压，n为≥0的整数，R为某电阻标称值；

4)、如果需要加载更精确的模拟负载电流值，在上一步的基础上，一边观察着电流表的显示，一边微调系统接口输入电压，即可达到小于分辨率的电流值，实现电流值的连续调节。

其中，根据二进制的8421码组合级联方式选择的特定功率电阻序列为：2⁰R、2¹R、2²R、2³R、2¹R、2⁵R、……、2ⁿR、……；即0、1R、2R、4R、8R、16R、32R、……、2ⁿR、……，其中R为某电阻标称值，n为任意≥0的整数。

即如图1所示，具体实施方式及步骤如下：

1)、选择并闭合负载n对应的通断开关K_n，开关指示灯L_n被点亮，同时触发继电器J_n接通(n为大于零的整数)；

2)、旋转电流粗调档位开关(如：所选电流值＝百位档×100十位档×10+个位档)，确认所选大小后按下“确定按钮”，处理器收到档位信号，根据二进制的8421码组合级联方式及干线导线上的电压，计算出应该使用的功率电阻组合，驱动与这些功率电阻对应的继电器，接通这些功率电阻，为所选负载回路加载上电流粗调旋钮所选的电流近似值，以电流表显示的干线导线电流值为准；两者的误差≤±分辨率，分辨率＝U/2ⁿR，U为接口实际输入电压，R为某电阻标称值，n为≥0的整数；

3)、如果需要加载更精确的模拟负载电流值，在第2步的基础上，一边观察着电流表的显示，一边微调系统接口输入电压，即可达到小于分辨率的电流值，实现电流值的连续调节；另外，图中参数如下：

关键参数：由2⁰RΩ、2¹RΩ、2²RΩ、2³RΩ、……、2ⁿRΩ共n+1个电阻并联，阻值范围为(Ω)：2ⁿR/(2ⁿ⁺¹-1)～2ⁿR，共2ⁿ⁺¹-1个非线性档位组合；电流分辨率为(A)：U/2ⁿR；可加载电流范围为(A)：U/2ⁿR～(2ⁿ⁺¹-1)U/2ⁿR。

实施例3

本实施例的优化级联的复用式智能模拟负载实现方法，包括以下步骤：

1)、选择接口连接器、通断开关、继电器、功率电阻、档位开关、确定按钮、微处理器、电流表；由接口连接器通过导线把负载串联至继电器，继电器受控于通断开关，构成一个负载选择回路，与此相同的多个回路并联后连接至干线导线，干线导线的另一端并联着多个功率电阻选择回路，该回路分别由继电器串联特定的功率电阻序列组成；通过处理器采集档位开关及确定按钮信号，采集干线导线上的电压及电流，并驱动电流表的电流显示；

2)、选择并闭合某负载的通断开关，触发继电器接通；

3)、调节档位开关选择需要加载的电流值，按下确定按钮，处理器收到档位信号，根据二进制的8421码组合级联方式及干线导线上的电压，计算出应该使用的功率电阻组合，驱动与功率电阻串联的继电器，接通功率电阻，为所选负载回路加载上档位开关所选的电流近似值，以电流表显示的干线导线电流值为准，近似值与电流表显示值的误差≤±分辨率；

4)当需要加载更精确的模拟负载电流值，在步骤3)为所选负载回路加载上电流粗调档位所选的电流近似值的基础上，观察电流表的显示，同时微调系统接口输入电压，即可达到小于分辨率的电流值，实现电流值的连续调节。

与特定功率电阻串联的继电器可用智能功率电子开关或智能功率模块替代。

分辨率的计算公式为U/2ⁿR；其中U为接口实际输入电压，n为≥0的整数，R为某电阻标称值。

根据二进制的8421码组合级联方式选择的特定功率电阻序列为：2⁰R、2¹R、2²R、2³R、2¹R、2⁵R、……、2ⁿR、……；即0、1R、2R、4R、8R、16R、32R、……、2ⁿR、……；其中R为某电阻标称值，n为任意≥0的整数。

一个负载选择回路采用单一功率电阻或多个功率电阻任意组合的选择回路。

功率电阻选择回路中有一路是继电器直连地线；档位开关由不限数量的多个档位开关组合而成。

电流表由不限数量的多个数码位数组合而成；功率电阻为线绕型功率电阻器。

负载个数为大于零的整数；所述处理器为微处理器或单片机；所述通断开关设有开关通断指示灯。

即如图1所示，具体实施方式及步骤如下：

1)、选择并闭合负载n对应的通断开关K_n，开关指示灯L_n被点亮，同时触发继电器J_n接通(n为大于零的整数)；

2)、旋转电流粗调档位开关(如：所选电流值＝百位档×100十位档×10+个位档)，确认所选大小后按下“确定按钮”，处理器收到档位信号，根据二进制的8421码组合级联方式及干线导线上的电压，计算出应该使用的功率电阻组合，驱动与这些功率电阻对应的继电器，接通这些功率电阻，为所选负载回路加载上电流粗调旋钮所选的电流近似值，以电流表显示的干线导线电流值为准；两者的误差≤±分辨率，分辨率＝U/2ⁿR，U为接口实际输入电压，R为某电阻标称值，n为≥0的整数；

3)、如果需要加载更精确的模拟负载电流值，在第2步的基础上，一边观察着电流表的显示，一边微调系统接口输入电压，即可达到小于分辨率的电流值，实现电流值的连续调节；另外，图中参数如下：

关键参数：由2⁰RΩ、2¹RΩ、2²RΩ、2³RΩ、……、2ⁿRΩ共n+1个电阻并联，阻值范围为(Ω)：2ⁿR/(2ⁿ⁺¹-1)～2ⁿR，共2ⁿ⁺¹-1个非线性档位组合；电流分辨率为(A)：U/2ⁿR；可加载电流范围为(A)：U/2ⁿR～(2ⁿ⁺¹-1)U/2ⁿR。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种优化级联的复用式智能模拟负载实现方法，其特征在于包括以下步骤：

1)、选择接口连接器、通断开关、继电器、功率电阻、档位开关、确定按钮、微处理器、电流表；由接口连接器通过导线把负载串联至继电器，继电器受控于通断开关，构成一个负载选择回路，与此相同的多个回路并联后连接至干线导线，干线导线的另一端并联多个功率电阻选择回路，该多个功率电阻选择回路分别由继电器串联特定的功率电阻序列组成；通过微处理器采集档位开关及确定按钮信号，采集干线导线上的电压及电流，并驱动电流表的电流显示；

2)、选择并闭合某负载的通断开关，触发继电器接通；

3)、调节档位开关选择需要加载的电流值，按下确定按钮，微处理器收到档位信号，根据二进制的8421码组合级联方式及干线导线上的电压，计算出应该使用的功率电阻组合，驱动与功率电阻串联的继电器，接通功率电阻，为所选负载回路加载上档位开关所选的电流近似值，以电流表显示的干线导线电流值为准，近似值与电流表显示值的误差≤±分辨率；

所述分辨率的计算公式为U/2ⁿR；其中U为接口实际输入电压，n为≥0的整数，R为某电阻标称值；

4)当需要加载更精确的模拟负载电流值，在步骤3)为所选负载回路加载上电流粗调档位所选的电流近似值的基础上，观察电流表的显示，同时微调系统接口输入电压，即可达到小于分辨率的电流值，实现电流值的连续调节。

2.根据权利要求1所述的优化级联的复用式智能模拟负载实现方法，其特征在于所述与特定的功率电阻序列串联的继电器采用智能功率电子开关或智能功率模块替代。

3.根据权利要求1所述的优化级联的复用式智能模拟负载实现方法，其特征在于根据二进制的8421码组合级联方式选择的特定功率电阻序列为：2⁰R、2¹R、2²R、2³R、2⁴R、2⁵R、……、2ⁿR、……；即0、1R、2R、4R、8R、16R、32R、……、2ⁿR、……；其中R为某电阻标称值，n为任意≥0的整数。

4.根据权利要求1所述的优化级联的复用式智能模拟负载实现方法，其特征在于任何一个负载选择回路都可使用单一直至全部功率电阻的任意组合。

5.根据权利要求1所述的优化级联的复用式智能模拟负载实现方法，其特征在于功率电阻选择回路中有一路是继电器直连地线。

6.根据权利要求1所述的优化级联的复用式智能模拟负载实现方法，其特征在于档位开关由不限数量的多个档位开关组合而成。

7.根据权利要求1所述的优化级联的复用式智能模拟负载实现方法，其特征在于所述电流表由不限数量的多个数码位数组合而成。

8.根据权利要求1所述的优化级联的复用式智能模拟负载实现方法，其特征在于所述功率电阻为线绕型功率电阻器。

9.根据权利要求1所述的优化级联的复用式智能模拟负载实现方法，其特征在于所述负载个数为大于零的整数；所述微处理器或为单片机；所述通断开关设有开关通断指示灯。

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