CN104569857A - 一种替代负载仪的设计方法及其测试工具 - Google Patents

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吴福宽
武宁
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Abstract

本发明提供一种替代负载仪的设计方法及其测试工具，涉及DC电源测试仪器领域。本发明提出了一种通过信号发生器控制场效应管的开关程度来实现电流大小变化拉载的方法。拉载电流的大小取决于信号发生器的脉宽频率和脉宽宽度。这样既能满足目前服务器核心电子设备要求的高电流要求，也能通过调制信号发生器实现拉载电流大小的快速可调。

Description

一种替代负载仪的设计方法及其测试工具
技术领域
本发明涉及DC电源测试仪器领域，尤其涉及一种替代负载仪的设计方法及其测试工具。
背景技术
DC电源即直流电源，是维持电路中形成稳恒电流的装置。直流电源有正、负两个电极，正极的电位高，负极的电位低，当两个电极与电路连通后，能够使电路两端之间维持恒定的电位差，从而在外电路中形成由正极到负极的电流。
单靠水位高低之差不能维持稳恒的水流，而借助于水泵持续地把水由低处送往高处就能维持一定的水位差而形成稳恒的水流。与此类似，单靠电荷所产生的静电场不能维持稳恒的电流，而借助于直流电源，就可以利用非静电作用（简称为“非静电力”）使正电荷由电位较低的负极处经电源内部返回到电位较高的正极处，以维持两个电极之间的电位差，从而形成稳恒的电流。因此，直流电源是一种能量转换装置，它把其他形式的能量转换为电能供给电路，以维持电流的稳恒流动。
直流电源中的非静电力是由负极指向正极的。当直流电源与外电路接通后，在电源外部（外电路），由于电场力的推动，形成由正极到负极的电流。而在电源内部（内电路），非静电力的作用则使电流由负极流到正极，从而使电荷的流动形成闭合的循环。
在目前的DC电源测试中，电子负载仪是必不可少的测试设备之一。现有的负载仪普遍存在体积庞大，价格高昂等难题。目前的负载仪只能做到2.5A/us的拉载能力，距离目前主板上的核心电子设备器件要求500A/us的要求相差甚远。因此，目前的电源工程师只能通过理论计算来匹配设计的需求，而无法通过实际的测试验证设计的正确性，这对产品设计质量带来了很大的隐患和风险。
发明内容
基于以上问题，本发明提出一种替代负载仪的设计方法。
本发明要解决的技术问题是目前传统的负载仪已经不能满足服务器主板上要求达到的500A/us以上的电流变化速率，以及负载仪设备体积庞大，价格昂贵的问题。提出了一种通过信号发生器控制场效应管的开关程度来实现电流大小变化拉载的方法，从而实现对目前负载仪的替代。
本发明的主要思想是：通过信号发生器控制场效应管的开关程度来实现电流大小变化拉载的方法。拉载电流的大小取决于信号发生器的脉宽频率和脉宽宽度。这样既满足了目前服务器核心电子设备要求的高电流要求，也能通过调制信号发生器实现拉载电流大小的快速可调。
可以通过调节信号发生器的脉宽频率和脉宽宽度来满足更高电流变化斜率的测试要求（比如：常见的电子负载最大电流变化斜率为2.5A/us，本发明提出的方法可根据需要，灵活设置）。
本发明还提出一种替代负载仪的测试工具，其结构包括：信号发生器、放大器、Driver芯片、场效应管。在设计完成后，通过信号发生器发出所需要的频率的PWM信号，信号通过放大器传输给Driver芯片，Driver再输出不同的驱动电平控制场效应管导通的程度，从而控制场效应管的对地阻抗的大小。根据U=I*R的公式，即可计算出通过电流的大小。
备注：
1、要根据通过的最大电流的大小选择合适的散热片，否则容易出现场效应管的烧毁；
2、后续可根据需要继续完善加入控制开关，过热过流保护模块，从而实现既具有能替代负载仪的功能，同时具备电子负载仪那样的稳定性。
附图说明
图1是替代负载仪的整体的原理框图。
具体实施方式
下面参照附图，通过具体实施方式，对本发明进一步说明：
所述设计方法的实现过程如下：
1）、根据需要负载的最大电流值，选择合适的场效应管。根据场效应管的规格书中的参数，选择满足场效应管能满足在不同开关频率下的负载能力，不会出现超负载现象，电流过大的负载，可选用多个场效应管并联；
2）、在场效应管的Gate极使用一个可接受PWM信号的控制器，可根据选择的场效应管的Gate电压和接受的频率范围来选择合适的PWM信号的控制器（即场效应管的Driver）；
3）、在PWM控制器之前在放置一个放大器，确保可以把信号发生器的发生的波形电平转换成Driver可接受的PWM电平信号；
4）、把前面3项通过PCB的封装在一起，预留信号发生器的接入端和场效应管的S极和D极，分别做拉载时的正极和负极；
5）、根据拉载的大小选择合适的散热片，放置在场效应管上，以防止系统过热。
如图1所示的替代负载仪原理框图。从左往右依次对应：信号发生器、放大器、Driver芯片、场效应管。在设计完成后，通过最左端的信号发生器发出所需要的频率的PWM信号，信号通过放大器传输给Driver芯片，Driver再输出不同的驱动电平控制场效应管导通的程度，从而控制场效应管的对地阻抗的大小。根据U=I*R的公式，即可计算出通过电流的大小。
这样，一个替代负载仪的测试工具即可实施完成。通过信号发生器控制场效应管的开关程度来实现电流大小变化拉载的方法，从而实现对目前负载仪的替代。

Claims (3)

1.一种替代负载仪的设计方法，其特征在于，通过信号发生器控制场效应管的开关程度来实现电流大小变化拉载。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过调节信号发生器的脉宽频率和脉宽宽度来控制拉载电流的大小。
3.根据权利要求1所述方法制作的测试工具，其特征在于，其整体结构包括信号发生器、放大器、Driver芯片、场效应管，通过信号发生器发出所需要的频率的PWM信号，信号通过放大器传输给Driver芯片，Driver再输出不同的驱动电平控制场效应管导通的程度，从而控制场效应管的对地阻抗的大小；根据U=I*R的公式，即可计算出通过电流的大小。
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