CN104133141A - 一种模拟负载设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业测试技术领域，公开了一种模拟负载设备，包括主控板、辅助电源、控制回路、功率电阻和负载主回路，所述主控板包括控制电路、电流采样电路、电压采样电路、软启动电路、恒流驱动电路和过流保护电路，所述控制电路控制所述辅助电源经所述功率电阻、电流采样电路、电压采样电路、过流保护电路、软启动电路和恒流驱动电路后给所述负载主回路提供恒定电流，所述控制回路通过用户输入对所述控制电路进行控制。本发明实现了对负载的恒流模拟性能测试。

Description

一种模拟负载设备

技术领域

本发明涉及工业测试技术领域，特别是一种模拟负载设备。

背景技术

在当代社会中，电机等作为驱动源的机械设备比比皆是，这类机械设备利用电机直接或通过机械传动装置来驱动执行机构进行工作，其所用能源简单，执行机构的工作速度变化范围大、效率高、且定位精度高，具有使用方便、噪声低和操作灵活的特点，因而在市场上占据了主导地位。

这种由电机和电机驱动器组成的驱动机构的特性很大程度上决定了这类机械设备的运行速度和操作位置精度等工作性能。而对这类机械设备的操作控制时，与其所带的负载特性有关，即在不同的负载特性下，驱动机构需选择不同的控制参数才能获得比较好的特性。现有常规调试方法是调节电机驱动器的控制参数，直到性能满意为止。由于电路电流冲击和负载的变化，很容易对机械设备的控制电路产生损伤。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种模拟负载设备，通过模拟恒流负载性能，减少对负载的电流冲击。

本发明采取的技术方案是：

一种模拟负载设备，其特征是，包括主控板、辅助电源、控制回路、功率电阻和负载主回路，所述主控板包括控制电路、电流采样电路、电压采样电路、软启动电路、恒流驱动电路和过流保护电路，所述控制电路控制所述辅助电源经所述功率电阻、电流采样电路、电压采样电路、过流保护电路、软启动电路和恒流驱动电路后给所述负载主回路提供恒定电流，所述控制回路通过用户输入对所述控制电路进行控制。

进一步，所述控制回路包括显示屏和按键，所述按键对所述控制电路实现信号输入，所述显示屏接收控制电路的显示信号并显示。

进一步，所述按键包括负载切换按键和测试启动按键。

进一步，所述恒流驱动电路包括纹波抑制电路、恒流斩波控制电路。

进一步，所述功率电阻包括串联连接的大功率定值电阻和场效应管可变电阻。

进一步，所述控制电路为DSP控制电路。

进一步，所述主控板还设有上电自检电路。

进一步，所述辅助电路的电源为AC转DC电源，其输入电压为交流176V至240V。

本发明的有益效果是：

（1）可通过负载切换按键进行通用负载和专用负载的切换；通过测试按键的开关进行加电/断电操作；

（2）直观显示被测电源电压、电流及通电时间等参数；并能对工作模式（恒流、恒阻及恒功率等工作模式）、负载大小、通电时间及PID等参数设置；

（3）软启动电路减少加电瞬间的冲击电流；

（4）过流保护电路对系统进行保护，并将异常状态通知处理器并显示在显示屏上。

附图说明

附图1为本发明的系统原理框图；

附图2为本发明中主控板的原理框图。

附图中的标记为：

1．主控板；                          2. 辅助电源；

3. 控制回路；                       4. 功率电阻；

5. 负载主回路；                   6. 电流采样电路；

7. 电压采样电路；               8. 软启动电路；

9. 恒流驱动电路；               10．过流保护电路；

11．显示屏；                        12．负载切换按键；

13．测试启动按键；            14．负载指示灯。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种模拟负载设备的具体实施方式作详细说明。

参见附图1、2，一种模拟负载设备包括主控板1、辅助电源2、控制回路3、功率电阻4和负载主回路5，一种模拟负载设备安装在主机内，主控板包括控制电路、电流采样电路6、电压采样电路7、软启动电路8、恒流驱动电路9和过流保护电路10，所述控制电路控制所述辅助电源经所述功率电阻4、电流采样电路5、电压采样电路6、过流保护电路10、软启动电路8和恒流驱动电路9后给所述负载主回路5提供恒定电流，所述控制回路3通过用户输入对所述控制电路进行控制。控制回路3包括显示屏11、按键，所述按键对所述控制电路实现信号输入，所述显示屏11接收控制电路的显示信号并显示。所述按键包括负载切换按键12和测试启动按键13。所述恒流驱动电路包括纹波抑制电路、恒流斩波控制电路。负载设备工作时，通过负载指示灯14进行提示。

负载主回路由大功率定值电阻与场效应管组成的可变电阻两部分电路串联工作，当外部电源接入并通电时，电流由正极依次流经大功率定值电阻、可变电阻、电流检测电阻及用于过流保护、软启动的MOS开关后回到负极，电流采样电路进行电流采样并隔离放大，经过处理的电压信号被送至DSP控制电路，DSP控制电路根据采样电流调整恒流MOS管的PWM占空比，从而控制负载电流恒定。

当外部电源接入、通电并按下通电开关后，DSP控制电路采集到电压信号后启动计时，到设定的测试时间时，DSP控制电路发出关断信号，控制MOS管关断，从而将模拟负载与电源切断。再次按下通电开关，重复下一次加电测试；测试时间及负载值可以通过RS232接口设定；

外置功率电阻降额使用，自然冷却；

负载模拟设备工作期间，内置的辅助电源为所有的控制电路及显示电路供电。内置的辅助电源由独立的AC-DC提供。

设备内部有AC～DC电源，输入市电176V～240V，50Hz±3Hz；输出5V，5A。

参见附图2，主控板的主控制处理器采用带浮点运算的TMS320F28335数字信号处理器，用来进行电流负反馈控制、按键处理、数据通讯及数据显示。模拟量输入采用8通道同步采样ADC芯片AD7606，内置抗混叠滤波器，具有64倍过采样功能。在模拟信号调理电路中，模拟电源特殊处理，最大限度减小电源纹波对信号调理电路的影响，同时对模拟量采用多级抗混叠滤波处理，提高模拟量采样精度。电流采样采用隔离运放HCPL-7800进行光电隔离，电压采样采用隔离运放ISO124进行电磁隔离。由于负载主回路中有大容量的电容阵列，负载通电时会有较大冲击电流。软启动电路可以减小冲击电流对被测电源的影响。硬件过流保护电路可以在100nS内快速响应，并通过IO接口通知控制器在显示屏上显示。只有在控制器清除过流保护状态后，才恢复工作。OLED显示屏显示被测负载电压、电流及测试时间等参数。所有数字量、模拟量均采用光电或电磁隔离；

本设备的部件工作可靠性如下：恒流MOS管工作在开关状态，由于MOS管导通内阻小至10毫欧以下，所以其工作时阻抗耗散功率并不大，加装TO220散热片即可稳定工作，一般不会损坏；通过调整驱动电路参数及软件PWM载波频率，将MOS管的开关损耗降低到可接受的范围内，避免MOS管过热失效。若由于恒流MOS意外失效或控制算法有误，导致电流增大至过流保护点时，过流保护电路工作，将负载自动断开。软启动MOS管绝大部分时间工作在导通状态，由于MOS管导通内阻小至10毫欧以下，所以其工作时阻抗耗散功率并不大，加装TO220散热片即可稳定工作，一般不会损坏，若意外失效，软启动功能将失效，但负载模拟设备依旧正常工作。过流保护 MOS绝大部分时间工作在导通状态，由于MOS管导通内阻小至10毫欧以下，所以其工作时阻抗耗散功率并不大，加装TO220散热片即可稳定工作，一般不会损坏，若意外失效，过流保护功能将失效，但负载模拟设备依旧正常工作。功率电阻故障模式一般体现为阻值变大或开路，此时负载电流将减小或无电流。所以功率电阻故障不会损坏被测电源。恒流MOS管、过流保护MOS及软件启动MOS管同时故障的情况几率很小，如果这种情况万一发生，此时负载电流将增大，会有持续的稍大的电流流过负载，但由于电路中有固定阻值电阻存在，负载电流增加幅度并不大。综上所述，以上组件发生故障时，其故障模式体现为负载电流变小、无电流或电流增加但增加幅度不大，不会发生损坏被测电源的情况。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种模拟负载设备，其特征在于：包括主控板、辅助电源、控制回路、功率电阻和负载主回路，所述主控板包括控制电路、电流采样电路、电压采样电路、软启动电路、恒流驱动电路和过流保护电路，所述控制电路控制所述辅助电源经所述功率电阻、电流采样电路、电压采样电路、过流保护电路、软启动电路和恒流驱动电路后给所述负载主回路提供恒定电流，所述控制回路通过用户输入对所述控制电路进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种模拟负载设备，其特征在于：所述控制回路包括显示屏和按键，所述按键对所述控制电路实现信号输入，所述显示屏接收控制电路的显示信号并显示。

3.根据权利要求2所述的一种模拟负载设备，其特征在于：所述按键包括负载切换按键和测试启动按键。

4.根据权利要求1所述的一种模拟负载设备，其特征在于：所述恒流驱动电路包括纹波抑制电路、恒流斩波控制电路。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种模拟负载设备，其特征在于：所述功率电阻包括串联连接的大功率定值电阻和场效应管可变电阻。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的一种模拟负载设备，其特征在于：所述控制电路为DSP控制电路。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的一种模拟负载设备，其特征在于：所述主控板还设有上电自检电路。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的一种模拟负载设备，其特征在于：所述辅助电路的电源为AC转DC电源，其输入电压为交流176V至240V。