CN105301521A - 一种直流负载测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种直流负载测试装置及测试方法，包括以下步骤：单片机获取电压电流采集模块的电压值、电流值和温度值；单片机将电压值、电流值和温度值发送至显示模块，并通过显示模块显示；判断键盘模块或通信接口模块是否接收到用户根据显示模块显示的数据发送的加载数据；如果接收到加载数据，根据加载数据类型控制相应的加载方法加载数据。通过负载控制模块和电阻阵列模块的设计，使得该测试装置可以更加准确便捷的实现对大电流以及直流纹波系数的测量，并可实现对可编程直流负载的恒流、恒阻和恒功率控制，可以更简单、快捷、可靠地对电源、变压器等电子设备进行输出特性测试。

Description

一种直流负载测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及电子负载技术领域，特别是涉及一种直流负载测试装置及测试方法。

背景技术

随着用电技术的高速发展，各行业对于直流供电电源的需求日益增加，特别是电动汽车的推广普及应用，对于直流电源的测试提出了更高的要求，直流电源通常需要测试其输出的稳压精度、纹波系数、稳流精度、限压特性、限流特性、电压、电流整定精度和充电效率等特性。

现有技术中，对于测试所用负载，大部分都采用传统的电阻法，但是对于一些特殊波形曲线的负载，传统的电阻法并无法实现，因此电子负载已经深入到我们的生活中，电子负载是用功率半导体器件代替电阻，模拟真实环境中的负载，使得负载的阻值变得更容易控制的一种方法。

然而，一般的电子负载可以施加在其上的电流都比较小，对于需要测试大电流以及直流纹波系数的电源都不能很好的测试，从而严重限制了电子负载的推广运行。

发明内容

本发明实施例中提供了一种直流负载测试装置及测试方法，以解决现有技术中的电子负载无法测量较大电流以及纹波系数的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一种直流负载测试装置，包括单片机、PC机、电压电流采集模块、报警输入模块、键盘模块、显示模块、负载控制模块和电阻阵列模块，其中，单片机为基于24位高精度双差分输入的AD转换芯片的单片机；单片机上设置有通信接口模块，PC机通过通信接口模块与单片机电连接；电压电流采集模块电连接至单片机，负载控制模块为具有高输入电阻的MOS场效应管、且与单片机电连接；报警输入模块、键盘模块、显示模块和电阻阵列模块分别与单片机电连接。

优选地，通信接口模块为RS485接口，PC机通过RS485数据线连接至RS485接口。

优选地，单片机接收到的报警信号为述报警输入模块采集到的经光耦隔离输入的信号。

优选地，键盘模块为机械按键结构。

优选地，显示模块为真彩液晶显示屏，显示模块通过高速8位总线与单片机相连接。

优选地，电阻阵列为高精度合金电热管，电阻阵列设置不同分档，档位由小到大实现不同电压及不同电流的全覆盖。

优选地，直流负载测试装置还包括与单片机相连的散热风扇。

一种直流负载测试方法，用于测试直流电源，包括以下步骤：单片机获取电压电流采集模块的电压值、电流值和温度值；单片机将电压值、电流值和温度值发送至显示模块，并通过显示模块显示；判断键盘模块或通信接口模块是否接收到用户根据所述显示模块显示的数据发送的加载数据；如果接收到所述加载数据，根据加载数据类型控制相应的加载方法加载数据。

优选地，根据加载数据类型控制相应的加载方法包括恒阻加载子程序方法、恒流加载子程序方法和恒功率加载子程序方法。

优选地，根据所述加载数据类型控制相应的加载方法加载数据，包括：判断是否接收到报警故障信号；如是，根据报警故障信号进行故障处理；如否，提取加载数据的数据类型，根据数据类型加载与所述数据类型相对应的负载；判断加载后电压电流采集模块采集的电压值、电流值和温度值是否合适；如否，则根据加载后采集的电压值、电流值和温度值调整负载，直至显示模块显示的数据合适，并将数据发送至PC机。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的直流负载测试装置及测试方法，包括单片机、PC机、电压电流采集模块、报警输入模块、键盘模块、显示模块、负载控制模块和电阻阵列模块，其中，单片机为基于24位高精度双差分输入的AD转换芯片的单片机；单片机上设置有通信接口模块，PC机通过通信接口模块与单片机电连接；电压电流采集模块电连接至所述单片机，负载控制模块为具有高输入电阻的MOS场效应管、且与单片机电连接；报警输入模块、键盘模块、显示模块和电阻阵列模块分别与单片机电连接。测试方法，用于测试直流电源，包括以下步骤：单片机获取电压电流采集模块的电压值、电流值和温度值；单片机将电压值、电流值和温度值发送至显示模块，并通过显示模块显示；判断键盘模块或通信接口模块是否接收到用户根据所述显示模块显示的数据发送的加载数据；如果接收到所述加载数据，根据加载数据类型控制相应的加载方法加载数据。通过负载控制模块和电阻阵列模块的设计，使得该测试装置可以更加准确便捷的实现对大电流以及直流纹波系数的测量，并可实现对可编程直流负载的恒流、恒阻和恒功率控制，可以更简单、快捷、可靠地对电源、变压器等电子设备进行输出特性测试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种直流负载测试装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种直流负载测试方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的根据加载数据类型控制相应的加载方法加载负载的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参见图1，图1为本发明实施例提供的一种直流负载测试装置的结构示意图。

从图中可以看出，本发明提供了一种直流负载测试装置，其中包括单片机，通过通信接口模块RS485交互的PC上位机、基于24位高真空双差分输入的AD转换芯片ADS1232的电压电流采集模块，基于光耦隔离的报警输入模块，基于单片机直接扫描的键盘模块，基于并口高亮真彩液晶屏的显示模块，基于可快速响应MOS管的负载控制模块和基于高精度合金电热管的电阻阵列模块，各模块分别与单片机电连接。

其中，C8051F020单片机为CYGNAL公司生产的低功耗C8051F020单片机，具有高速流水线结构的8051兼容CIP-51内核，速度可达25MIPS；真正12位，100ksps的8通道ADC(Analog-to-DigitalConverter,模拟/数字转换器)，带PGA(ProgrammableGalnAmplifier，可编程增益放大器)和模拟多路开关；2个12位DAC(Digital-to-AnalogConverter,数字/模拟转换器)；4352(4096+256)字节的片内存储器；64K字节可在系统编程的FLASH存储器；可寻址64KB地址空间的外部数据存储器接口；片内带有高速非侵入式的在线系统调试接口；硬件可实现的SPI(SerialPeripheralInterface，串行外设接口)，SMBus/I2C和2个UART(UniversalAsynchronousReceiverTransmitter,通用异步收发传输器)串行接口；5个通用16位定时器；5个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列；片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器。

C8051F020单片机是一款真正独立工作的片上系统，将C8051F020应用于可编程直流负载系统，可大量减少外围器件，充分发挥C8051F020的高速度特点，大大提高了系统的集成度及安全性。

C8051F020单片机上设置有与PC上位机连接的通信接口模块，通信接口模块采用高速光耦隔离的RS485接口，RS485信号具有长距离、多用户和抗(共模)干扰等优点。

电压电流采集模块为基于24位高精度双差分输入的AD转换芯片ADS1232，该器件由一个低漂移、低噪声的仪表放大器和一个连接在单片集成数字滤波器上的高阶限幅自稳调制器组成。

键盘模块为机械按键结构，其结构简单，性价比高，且系统内置消抖程序可调高按键的可靠性和准确性。

系统采集到的报警信号，经光耦隔离输入，有报警时，光耦导通，输入C8051F020单片机信号拉低，提示报警。

显示模块采用专门针对单片机用户而设计的5.6英寸、真彩TFT屏的液晶显示器，提供一个简单的高速8位总线与单片机连接，支持256色。可以直接与MCS51、MCS96、MC68、ARM(AdvancedRISCMachines，处理器)以及DSP(DigitalSignalProcessing,数字信号处理)相连，直接输入X、Y坐标，无须计算地址。低功耗、轻薄设计、宽温(-30度到85度)、亮度可调节(软件调节8种亮度)、低功耗模式(软件关断显示)。

负载控制模块采用MOS管控制，MOS管即金属-氧化物-半导体型场效应管，属于绝缘栅型，其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层，因此具有很高的输入电阻(最高可达1015Ω)。MOS管是电压控制元件，具有待机电流小、开关频率高、功耗极低的优点。本装置采用自主研发的MOS驱动板，具有体积小，功率小，耐压高，开关速度快等优点。此部分实现原理如图2所示，经三八译码器74HC573调制后的控制信号，连接到光电隔离TLP250的输入端，信号经隔离并放大后，驱动MOS管栅极，MOS管开关进而对负载电阻放电回路控制。本模块通过对电阻阵列的加载控制，适合于可编程负载系统的应用，实现快速的曲线跳变。

电阻阵列模块，采用高精度合金电热管，可以根据不同负载功率及电压要求进行分档，档位由小到大实现不同电压不同电流的全覆盖。如档位为00V/0.01A、800V/0.02A、800V/0.03A、800V/0.04A、800V/0.1A、800V/0.2A、800V/0.3A、800V/0.4A即可实现800V0.01A-1.1A的全覆盖。本模块设计实际工作功率范围为：200V电压下0.01A-50A连续可调，800V电压下可满足0.01-80A连续可调。200V-800V直接的电压区间的电流变化，符合欧姆定律。

参见图2和图3，图2为本发明实施例提供的一种直流负载测试方法的流程示意图，图3为本发明实施例提供的根据加载数据类型控制相应的加载方法加载负载的示意图。

本发明实施例提供的直流负载测试方法的流程示意图如图2所示，包括以下步骤：

步骤S101，单片机获取电压电流采集模块的电压值、电流值和温度值。其中，电压值和电流值为通过对ADS1232的时序控制获取电压采集通道、电流采集通道采集到的待测直流电源的数据，经数据转换计算后得到的电压实际值和电流实际值；温度值为通过温度传感器获取温度数据，经数据转换计算后得到摄氏温度值。

步骤S102，单片机将获取到的电压值、电流值和温度值发送至显示模块，并通过显示模块显示。

步骤S103，判断键盘模块或通信接口模块是否接收到用户根据显示模块显示的数据发送的加载数据。如果没有接收到加载数据，则返回步骤S101；如果接收到加载数据，则进入步骤S104，根据加载数据类型控制相应的加载方法加载数据。

其中，步骤S104相应的加载试验子方法包括恒阻加载方法、恒流加载方法和恒功率加载方法，加载后返回到数据获取部分，对加载的数据进行读取分析加载是否合适，是否需要调整，如需调整则改变调整变量，当程序执行到加载试验子程序时进行调整。调整方法为，当加载数据大于设定值时，采用“冒泡法”进行交换和排序。

本发明提供的根据加载数据类型控制相应的加载方法加载负载的流程示意图如图3所示，包括以下步骤：

步骤S201，判断是否接收到报警故障信号。如果接收到报警故障信号则进行故障处理，如果没有接收到报警故障信号，则进行步骤S202。

步骤S202，提取加载数据的数据类型，并根据数据类型加载与数据类型相应的负载。

步骤S203，判断加载后的电压电流采集模块采集的电压值、电流值和温度值是否合适。如果不合适，则根据加载后采集的电压值、电流值和温度值调整负载直至显示模块所显示的数据合适，并将数据发送至PC机。

其中，步骤S202中，获取的数据类型为电阻最小值、电阻最大值、电流上限、波段数、每段时间和放电容量等参数时，选择恒阻加载方法。恒阻加载方法为，首先根据设定的电阻最大值、电阻最小值的阻值区间，按波段数均分出各个波段的节点阻值量，得到每次切换需加载的阻值，然后从最大值开始加载，经过设定的每段时间的时长后，阻值向下逐次加载各波段，当加载到最后一个波段即电阻最小值时，阻值向上再次逐次加载，当阻值再次变化到最大值时，停止工作，恒阻加载过程结束。根据欧姆定律，上述加载过程可在负载上得到一个电流从小到大，进而转为从大到小的变化过程曲线。

步骤S202中，获取的数据类型为放电电流最小值、最大值、上限、波段数、每段时间和放电容量等参数时，选择恒流加载方法。恒流加载方法为，首先根据设定电流最小值加载相应负载阻值：I＝U/R，式中：I为放电电流；U为放电电压；R为负载阻值。运行到设定的每段时间后自动进行下一波段电流值加载，循环加载至电流最大值后，逐渐按波段数减少电流值直至为零,该逐次加载的电流值为式中：ΔI为每段加载电流值；Imax为设定电流最大值；Imin为设定为电流最小值；n为波段数。下位机根据所设置的参数进入恒流加载流程，恒流加载实验完成后上位机根据下位机传输的数据生成电流曲线图。

步骤S202中，获取的数据类型为放电功率最小值、最大值、电流上限、波段数、每段时间和放电容量等参数时，选择恒功率加载方法。恒功率加载方法为，启动负载后下位机根据设定功率最小值加载相应负载阻值：式中：P为放电功率；U为放电电压；R为负载阻值；运行到设定的每段时间后自动进行下一波段功率值加载，循环加载至功率最大值后，逐渐按波段数减小功率值直至为零，该逐次按波段数减小的功率值为式中：ΔP为每段加载功率值；Pmax为设定功率最大值；Pmin为设定功率最小值；n为波段数。下位机根据所设置的参数进入恒功率加载流程。

应用本公开实施例提供的该方法，通过负载控制模块和电阻阵列模块的设计，使得该测试装置可以更加准确便捷的实现对大电流以及直流纹波系数的测量，并可实现对可编程直流负载的恒流、恒阻和恒功率控制，可以更简单、快捷、可靠地对电源、变压器等电子设备进行输出特性测试。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种直流负载测试装置，其特征在于，包括单片机、PC机、电压电流采集模块、报警输入模块、键盘模块、显示模块、负载控制模块和电阻阵列模块，其中：

所述单片机为基于24位高精度双差分输入的AD转换芯片的单片机；

所述单片机上设置有通信接口模块，所述PC机通过所述通信接口模块与所述单片机电连接；

所述电压电流采集模块电连接至所述单片机，所述负载控制模块为具有高输入电阻的MOS场效应管、且与所述单片机电连接；

所述报警输入模块、键盘模块、显示模块和电阻阵列模块分别与所述单片机电连接。

2.根据权利要求1所述的直流负载测试装置，其特征在于，所述通信接口模块为RS485接口，所述PC机通过RS485数据线连接至所述RS485接口。

3.根据权利要求1所述的直流负载测试装置，其特征在于，所述单片机接收到的报警信号为所述报警输入模块采集到的经光耦隔离输入的信号。

4.根据权利要求1所述的直流负载测试装置，其特征在于，所述键盘模块为机械按键结构。

5.根据权利要求1所述的直流负载测试装置，其特征在于，所述显示模块为真彩液晶显示屏，所述显示模块通过高速8位总线与所述单片机相连接。

6.根据权利要求1所述的直流负载测试装置，其特征在于，所述电阻阵列模块为高精度合金电热管，所述电阻阵列设置不同分档，档位由小到大实现不同电压及不同电流的全覆盖。

7.根据权利要求1所述的直流负载测试装置，其特征在于，所述直流负载测试装置还包括与所述单片机相连的散热风扇。

8.一种直流负载测试方法，用于测试直流电源，包括以下步骤：

单片机获取电压电流采集模块的电压值、电流值和温度值；

所述单片机将所述电压值、电流值和温度值发送至显示模块，并通过所述显示模块显示；

判断键盘模块或通信接口模块是否接收到用户根据所述显示模块显示的数据发送的加载数据；

如果接收到所述加载数据，根据所述加载数据类型控制相应的加载方法加载所述数据。

9.根据权利要求8所述的直流电源测试方法，其特征在于，所述根据所述加载数据类型控制相应的加载方法包括恒阻加载子程序方法、恒流加载子程序方法和恒功率加载子程序方法。

10.根据权利要求9所述的直流电源测试方法，其特征在于，所述根据所述加载数据类型控制相应的加载方法加载所述数据，包括：

判断是否接收到报警故障信号；

如是，根据所述报警故障信号进行故障处理；

如否，提取所述加载数据的数据类型，根据所述数据类型加载与所述数据类型相对应的负载；

判断加载后所述电压电流采集模块采集的电压值、电流值和温度值是否合适；

如否，则根据加载后采集的所述电压值、电流值和温度值调整负载，直至所述显示模块显示的数据合适，并将所述数据发送至PC机。