CN108241079B - 电子负载系统及并机方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了电子负载系统及并机方法，属于功率电子测试的技术领域。电子负载系统包括主机及多个从机，主机和从机均包含一加法器和一用于提供补偿电压的调零电路，该调零电路用于补偿功率模块的负偏置；主机根据参考电压和第一DAC码值控制主机DAC的模拟并机信号输出，并利用主机加法器将主机DAC的模拟输出电压和主机调零电路提供的补偿电压相加以控制主机功率模块；从机接收主机DAC的模拟并机信号，放大后输入从机DAC，根据第二DAC码值控制从机DAC的模拟信号输出，并利用从机加法器将从机DAC的模拟输出电压和从机调零电路提供的补偿电压相加以控制从机功率模块。本发明结构简单，实现了真正意义上的模拟并机，成本低廉。

Description

电子负载系统及并机方法
技术领域
本发明公开了电子负载模拟并机系统及方法，属于功率电子测试技术领域。
背景技术
电子负载可以模拟真实环境中的负载，比如用电器，是用电子器件实现的“负载”功能，具体地说，电子负载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。广泛应用于LED驱动、电源模块测试、充电器生产及UPS生产等领域。
目前，电子负载仅在单机中实现了定电压、定电流、定电阻、定功率的工作模式，随着市场对电子负载大功率需求的增长，需要多个电子负载并机来共同分配功率。目前采用的并机方式主要有两种：
一、多通道数字并机：整机以多个功率模块并联，一个主机功率模块配合多个从机功率模块的方式进行工作，从机的参数都由主机经过通讯总线(如：CAN、UART、LAN等)设置，所以其能够满足静态方式下的工作要求，但需要实现动态特性时，由于通讯造成的延时，使得主从功率模块间工作状态不同步，实现的动态性能较差，实现框图如图1所示。
二、模拟信号作为通讯方式的并机：上述第一种情况下的并机方式主要由于通讯造成的延时使得动态性能差，为了避免这个缺点使用模拟信号传输是个好的改进方法，但从机需要对模拟信号进行ADC采样转成数字信号，经过处理器运算后再设置DAC输出模拟量，从而实现从机功能，但使用该方式必须提高ADC采样速度、处理器运算速度及减小设定DAC输出的建立时间，才能达到比较好的动态特性，这些硬件成本昂贵，实现并机付出的代价比较高，该方式下从机框图如图2。
发明内容
本发明的针对上述背景技术的不足，提供一种电子负载模拟并机系统及方法，以简单的方式及较低的成本实现模拟并机。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
主机和从机均包含一加法器和一调零电路，所述调零电路用于提供补偿电压以补偿功率模块的负偏置；
主机根据参考电压和第一DAC码值控制主机DAC输出的模拟并机信号，并利用主机加法器将主机DAC输出的模拟电压和主机调零电路提供的补偿电压相加以控制主机功率模块；
从机接收主机DAC输出的模拟并机信号，利用放大器放大后输入从机DAC，根据第二DAC码值控制从机DAC输出的模拟信号，并利用从机加法器将从机DAC输出的模拟电压和从机调零电路提供的补偿电压相加以控制从机功率模块。
本发明还提供了上述系统的并机方法：
步骤(一)：主机模拟输出电压VA与设定电流Iset的关系是：VA＝A1*Iset，其中A1为主机单独标定时的标定系数；
步骤(二)：从机对主机模拟输出电压VA进行标定得到从机的带载电流：
Figure BDA0001189924380000021
其中B1为从机单独标定时的标定系数，B2为放大器放大系数，N为DAC位数，D2为第二DAC码值；
步骤(三)：设置D2值使从机带载电流IB与电流设定值Iset一致：
Figure BDA0001189924380000022
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：
1、主机、从机都通过调零电路补偿功率模块的负偏置，使功率单元偏置电压接近0V，调节调零电路的输出电压即可补偿功率模块的负偏置。
2、通过主机、从机单独标定，得到各自的标定系数，再利用从机输入电压与带载电流之间的关系，可以得到主机电流和从机电流之间的等价关系，利用该等价关系可以确定从机的DAC码值。本发明实现了真正意义上的全程模拟信号并机，动态性能取决于模拟电路特性本身，硬件实现成本低，实现方法简单。
3、单端转差分及差分转单端电路的加入可以抑制主机至从机模拟信号的共模干扰噪声。
附图说明
图1为现有的数字并机方式的框图。
图2为现有的模拟并机方式的框图。
图3为本发明电子负载模拟并机系统主机主要电路框图。
图4为本发明电子负载模拟并机系统从机主要电路框图。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。
本发明电子负载模拟并机系统如图3、4所示。
主机包含一DAC、一加法器、一调零电路及功率模块。主机DAC根据参考端输入的参考电压和设置的第一DAC码值D1(第一DAC码值D1对应电流设定值Iset)输出模拟并机信号。调零电路为主机提供一补偿电压，用于补偿主机功率模块的负偏置，使主机功率模块的偏置电压接近0V。
从机包含一DAC、一加法器、一调零电路及功率模块，还包含一放大器。主机DAC输出的模拟并机信号先经过放大器进行放大处理，然后输入从机DAC的参考端。从机DAC根据参考端的模拟电压和设置的第二DAC码值D2(第二DAC码值D2对应从机带载电流)输出模拟信号。调零电路为从机提供一补偿电压，用以补偿从机功率模块的负偏置，使从机功率模块的偏置电压接近0V。
其中，主机和从机的调零电路可以采用数字电位器电路实现。为了抑制主机至从机模拟信号的共模干扰噪声，如图3、4中虚线部分，还可以在主机中设置单端转差分电路，相应地在从机中设置差分转单端电路。如干扰对精度的影响可忽略，则单端转差分电路和差分转单端电路可以省略。
主机从机都通过数字电位器电路补偿功率模块的负偏置，使功率单元偏置电压接近0V。具体地，可以设置DAC输出为0V，加法器的输出全部由数字电位器电路输出决定，调节合适的数字电位器电路输出电压即可补偿功率模块的负偏置。
主机从机单独标定可以计算出电流设定值(第一DAC码值D1)与差分输出电压的关系。
从机标定可以计算从机差分输入(即主机差分输出)电压与带载电流(等价于设定电流)的关系，此时即可得到主机至从机电流的等价关系。根据该等价关系，设置第二DAC码值D2使主机、从机电流一致，即可实现并机。
具体并机方法如下：
设置电流设定值Iset(对应第一DAC码值D1)对主机进行单独标定，检测主机模拟信号输出端的电压VA，得到主机单独标定时的标定系数
Figure BDA0001189924380000041
将从机作为主机，设置电流设定值Iset(等价于带载电流，对应第二DAC码值D2)对从机进行单独标定，检测从机模拟信号输出端的电压VB，得到从机单独标定时的标定系数
Figure BDA0001189924380000042
并机后，根据从机输入电压与从机输出电压之间的关系：
Figure BDA0001189924380000043
其中B2为放大器放大系数，N为DAC位数从而得到：
Figure BDA0001189924380000044
只需设定第二DAC码值D2即可实现模拟并机。
本发明方法应用于负载并机中，可实现全程模拟信号并机及很好的动态特性，具体地，设定主机参数后，主机端口输出相应的模拟量并机信号至从机，从机采用运放及DAC(固定衰减器)实现对模拟并机信号进行适当比例调节，然后直接输入至功率单元，本发明方法实现简单、方便、成本低。

Claims (4)

1.一种电子负载系统的并机方法，其特征在于所述电子负载系统包括主机及多个从机，所述
主机和从机均包含一加法器和一调零电路，所述调零电路用于提供补偿电压以补偿功率模块的负偏置；主机根据参考电压和第一DAC码值控制主机DAC输出的模拟并机信号，并利用主机加法器将主机DAC输出的模拟电压和主机调零电路提供的补偿电压相加以控制主机功率模块；从机接收主机DAC输出的模拟并机信号，利用放大器放大后输入从机DAC，根据第二DAC码值控制从机DAC输出的模拟信号，并利用从机加法器将从机DAC输出的模拟电压和从机调零电路提供的补偿电压相加以控制从机功率模块；
所述并机方法包括如下步骤：
步骤(一)：主机模拟输出电压VA与设定电流Iset的关系是：VA＝A1*Iset，其中A1为主机单独标定时的标定系数；
步骤(二)：从机对主机模拟输出电压VA进行标定得到从机的带载电流：
Figure FDA0002449902240000011
其中B1为从机单独标定时的标定系数，B2为放大器放大系数，N为DAC位数，D2为第二DAC码值；
步骤(三)：设置D2值使从机带载电流IB与电流设定值Iset一致：
Figure FDA0002449902240000012
2.根据权利要求1所述的电子负载系统的并机方法，其特征在于所述调零电路为数字电位器电路。
3.根据权利要求1所述的电子负载系统的并机方法，其特征在于所述主机包含单端转差分电路，将主机DAC输出的模拟并机信号单端转差分后输出。
4.根据权利要求3所述的电子负载系统的并机方法，其特征在于所述从机包含差分转单端电路，将主机传来的模拟并机信号差分转单端后输入从机DAC参考端。
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