CN103698562B

CN103698562B - 一种电子负载装置及其仿真方法

Info

Publication number: CN103698562B
Application number: CN201310730603.2A
Authority: CN
Inventors: 马海波
Original assignee: Adex Electronics Nanjing Co ltd
Current assignee: Adex Electronics Nanjing Co ltd
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: CN103698562A

Abstract

本发明提供一种电子负载装置及其仿真方法，用于仿真一电路单元，对一电源装置进行拉载测试，功率消耗单元，连接于电源装置，对电源装置进行拉载；电压量测单元，连接于功率消耗单元和电源装置之间，于第一时间，测量功率消耗单元对电源装置拉载输入的第一时间电压值；数字信号处理器单元，储存设置有电路单元的阻抗参数，接收电压量测单元测量的第一时间电压值，利用电路单元的数学模型将第一时间的前一时间输入电流值经演算得出电流值，进而依据电路单元的阻抗参数再演算出第二时间电压值和第二时间电流值，进而输出阻抗调变信号至所述功率消耗单元，以输出调整带载的电流；实现节约硬件设备简化电路结构，降低设备成本，消除了累积误差。

Description

一种电子负载装置及其仿真方法

技术领域

本发明涉及一种电子负载装置，特别还涉及一种适用于对电源装置进行拉载测试的仿真方法。

背景技术

电源装置是一种常用电子设备，广泛应用于工业、信息通信和社会生活的各个领域，因此，电源装置等设备的合理设计制造就显得尤为重要。

电子负载装置是通过控制内部功率器件MOSFET或晶体管的导通量，使功率管耗散功率，消耗电能的设备。电子负载装置一般具有定电流、定电压、定电阻、定功率、短路及动态负载多种模式，可以模拟各种不同的负载状况，电子负载是专为较大功率的负载设备如电源设备等的实验、老化、维护而开发的新型模拟负载。

目前，现有技术的电子负载装置及仿真方法的技术已有专利号为200610156635.6的发明所公开，如图1和图2所示，其原理是首先通过两路模数转换单元同时测量电子负载装置的输入电压值和输入电流值，替换仿真电路单元模型函数中的第二时间电压值和第一时间电流值，再演算求出第二时间的输出电流值驱动带载对应的电流实现拉载。但是这样的做法首先需要使用两路硬件设备模数转换器同时分别采集电子负载装置的输入电压值和输入电流值，存在增加硬件的投入成本问题，另外，更严重的问题是模数转换器在测量过程中会存在误差，由于该误差会随着时间在输出上形成累积，导致在长时间后带载的输出电流波形和理想的仿真模型有较大差异。因此，上述存在的问题迫切需要我们进行解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种电子负载装置，解决硬件设备多、易产生累积误差的问题。同时，本发明还提供一种电子负载装置的仿真方法。

为了实现上述目，本发明提供一种电子负载装置，用于仿真一电路单元，对一电源装置进行拉载测试，所述电子负载装置包括：

功率消耗单元，连接于电源装置，具有可调的电流带载功能，对电源装置进行拉载；

电压量测单元，连接于功率消耗单元和电源装置之间，于第一时间，测量功率消耗单元对电源装置拉载输入的第一时间电压值；

数字信号处理器单元，储存设置有电路单元的阻抗参数，接收电压量测单元测量的第一时间电压值，利用电路单元的数学模型将第一时间的前一时间输入电流值经演算得出第一时间电流值，进而依据电路单元的阻抗参数再演算出第二时间电压值和第二时间电流值，进而输出阻抗调变信号至所述功率消耗单元，以输出调整带载的电流。

电子负载装置还包括数模转换单元和模数转换单元，模数转换单元接收电压量测单元的模拟信号输出数字信号至数字信号处理单元，数模转换单元接收数字信号处理单元的数字信号转换为模拟信号后，通过功率消耗单元调整带载。

本发明还提供一种电子负载装置的仿真方法，用于仿真一电路单元，对一电源装置进行拉载测试，所述仿真方法包括以下步骤：

量测所述电子负载装置输入的于第一时间的第一时间电压值；

数字信号处理器单元依据接收的第一时间电压值和利用电路单元的数学模型将第一时间的前一时间输入电流值演算出第一时间电流值，进而依据电路单元的阻抗参数演算出输出的第二时间电压值和第二时间电流值，其中第二时间连续于第一时间，第一时间连续于前一时间；以及调整所述电子负载装置的阻抗值，使所述电子负载装置依照所设定的阻抗拉载输出所述第二时间电流值。

在量测所述电子负载装置于所述第一时间的第一时间电压值的步骤前，还输入所述电路单元的阻抗参数，及输入第一时间的前一时间输入电流值。

前一时间输入电流值为首次规定为0值或在0值基础上演算出的电流值；前一时间输入电流值演算出第一时间电流值、第一时间电压值演算出第二时间电压值、第一时间电流值演算出第二时间电流值分别通过模型函数得出。

本发明只对第一时间电压值进行测量，不对第一时间电流值进行测量，第一时间电流值通过设前一时间点的前一时间电流值为一定值或演算值，利用电路单元数学模型公式计算得出，因此，不仅可以减少电流计和模数转换单元中的一路电流模数转换器；还因为代入到公式的第一时间电流值是由数学模型推导而出，不存在由于电流计和模数转换单元的测量转换误差而导致的累积误差问题。

本发明的有益效果是节约硬件设备简化电路结构，降低了设备成本，消除了累积误差。

附图说明

图1为现有技术的电子负载装置的系统方框示意图；

图2为现有技术的电子负载装置仿真方法的步骤流程图；

图3为本发明仿真电路单元连接于电源装置的等效电路图；

图4为本发明的电子负载装置的系统方框示意图；

图5为本发明的电子负载装置仿真方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例如图3、图4和图5所示，本实施例提供一种电子负载装置，用于仿真一电路单元，对一电源装置进行拉载测试，所述电子负载装置包括：功率消耗单元、数字信号处理单元、模数转换单元、数模转换单元、设定接口和电压测量单元。

电压量测单元为电压计，连接于功率消耗单元和电源装置之间，于第一时间，测量功率消耗单元对电源装置拉载输入的第一时间电压值；

数字信号处理器单元，储存设置有电路单元的阻抗参数，接收电压量测单元测量的第一时间电压值，利用电路单元的数学模型将第一时间的前一时间设定的输入电流值演算出第一时间电流值，进而依据电路单元的阻抗参数再演算出第二时间电压值和第二时间电流值，以输出调整带载的电流。

模数转换单元接收电压量测单元的模拟信号输出数字信号至数字信号处理单元，数模转换单元接收数字信号处理单元的数字信号转换为模拟信号后，通过功率消耗单元对电源装置拉载。

本实施例还提供一种电子负载装置的仿真方法，用于仿真一电路单元，对一电源装置进行拉载测试，所述仿真方法包括以下步骤：

采用定阻抗模式，仿真模型如图3所示，可以通过设置Rs、RL1、Rs、Ls、和CL参数模拟电容性或电感性的负载。图3电路单元的传递函数为

I(t)=f(V,I,t);

电感上电压

VLs(n)=Ls*(ILs(n)-ILs(n-1))/Δt(1)

串联电阻上电压

VRs=I*Rs=ILs*Rs(2)

电容上电流

ICL=CL*(Vo(n)-Vo(n-1))/Δt(3)

负载电阻上电流

IRL1=Vo(n)/RL1(4)

设Zl=Ls/Δt,Zc=Cl/Δt，Zr=1/RL1则

Vs(n)=VLs(n)+VRs(n)+Vo(n)

=Zl*ILs(n)–Zl*ILs(n-1)+ILs(n)*Rs+Vo(n)(5)

ILs(n)=ICl(n)+IRL1(n)=Zc*Vo(n)–Zc*Vo(n-1)+Zr*Vo(n)(6)

把公式（5）代入到（6）中

则ILs(n)=(Zc+Zr)*(Vs(n)-Zl*ILs(n)–Zl*ILs(n-1)+ILs(n)*Rs)–Zc*Vo(n-1)

=(Zc+Zr)*Vs(n)-(Zc+Zr)*(Zl-Rs)*ILs(n)–(Zc+Zr)*ILs(n-1)–Zc*Vo(n-1)

则计算的输出第一时间电流值Io（n）为

Io(n)=ILs(n)=((Zc+Zr)*Vs(n)-(Zc+Zr)*ILs(n-1)–Zc*Vo(n-1))/((Zc+Zr)*(Zl-Rs))(7)

上述公式中，Zc,Zr,Zl,Rs为用户给定的值，设前一时间的ILs（n-1）的电流为0值，带入公式（7）中，求出对应的第一时间电流值Io(n)，量测所述电子负载装置输入的于第一时间的第一时间电压值，进而依据电路单元的阻抗参数再演算出对应输出的第二时间电压值和第二时间电流值，其中第二时间连续于第一时间，第一时间连续于前一时间；调整所述电子负载装置的阻抗值，使所述电子负载装置依照所设定的阻抗拉载输出所述第二时间电流值；

并在连续的下一时点第二时间时，将Io(n)电流值带入到公式（7）中的ILs（n-1）中，递归求出下一次电流Io（n+1）。

本实施例只对电压值进行测量，不对电流值进行测量，其中第一时间电流值通过设定前一时间点的前一时间电流值为一固定0值，或者也可以为在0值基础上演算出的电流值，利用前述数学模型函数公式计算得出，因此，减少了模数转换单元中的一路电流模数转换器和电流计的采用；更因为代入到公式求出的第一时间电流值是设定的0值，的前一时间输入电流值通过数学模型推导而出，所以不存在由于模数转换单元和电流量测单元而导致的转换和测量的累积误差问题。

本实施例的有益效果是节约硬件设备简化电路结构，降低了设备成本，消除了累积误差，提高了电子负载的拉载精度。

Claims

1.一种电子负载装置，用于仿真一电路单元，对一电源装置进行拉载测试，其特征在于所述电子负载装置包括：

数字信号处理器单元，储存设置有电路单元的阻抗参数，接收电压量测单元测量的第一时间电压值，利用电路单元的数学模型将第一时间的前一时间输入电流值经演算得出第一时间电流值，进而依据电路单元的阻抗参数再演算出第二时间电压值和第二时间电流值，进而输出阻抗调变信号至所述功率消耗单元，以输出调整带载的电流；其中所述前一时间输入电流值为首次规定为0值或在0值基础上演算出的电流值；前一时间输入电流值演算出第一时间电流值、第一时间电压值演算出第二时间电压值、第一时间电流值演算出第二时间电流值分别通过模型函数得出。

2.根据权利要求1所述的一种电子负载装置，其特征在于：电子负载装置还包括数模转换单元和模数转换单元，模数转换单元接收电压量测单元的模拟信号输出数字信号至数字信号处理单元，数模转换单元接收数字信号处理单元的数字信号转换为模拟信号后，通过功率消耗单元调整带载。

3.根据权利要求1所述的一种电子负载装置，其特征在于：电压量测单元为电压计。

4.一种电子负载装置的仿真方法，用于仿真一电路单元，对一电源装置进行拉载测试，其特征在于所述仿真方法包括以下步骤：

输入所述电路单元的阻抗参数，及输入第一时间的前一时间输入电流值；

5.根据权利要求4所述的仿真方法，其特征在于：前一时间输入电流值为首次规定为0值或在0值基础上演算出的电流值；前一时间输入电流值演算出第一时间电流值、第一时间电压值演算出第二时间电压值、第一时间电流值演算出第二时间电流值分别通过模型函数得出。