CN109298401B - 一种气象雷达组件测试用大功率软启动电子负载 - Google Patents

一种气象雷达组件测试用大功率软启动电子负载 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气象雷达组件测试用大功率软启动电子负载，包括壳体，顶盖板，依次层叠的检测控制板、开关矩阵板、绝缘板、隔热板、高压大功率电子负载、中压大功率电子负载、低压大功率电子负载和冷却风扇；开关矩阵板分别与高压大功率电子负载、中压大功率电子负载和低压大功率电子负载连接；检测控制板用于检测三电子负载的工作参数；检测控制板与开关矩阵板连接，检测控制板用于控制开关矩阵板上的开关的状态，实现控制三电子负载的工作。本发明实现了气象雷达大功率电子负载具有阻值稳定，控制精度高，小阻值功率容量密度大，高反压大功率电压高、功率容量大等特点。

Description

一种气象雷达组件测试用大功率软启动电子负载
技术领域
本发明涉及气象雷达组件测试技术领域，特别是涉及一种气象雷达组件测试用大功率软启动电子负载。
背景技术
气象雷达组件测试用大功率软启动电子负载主要用于气象雷达便携式检测维修平台。根据气象雷达功率大、电压高、阻值范围大、主要大功率组件检测对应阻值相对集中等特点，传统电子负载存在不足，便携式负载功率容量不足，相应阻值对应功率量级更难满足要求，大功率电子负载均为机柜式，不满足便携式要求，同时传统电子负载采用MOS管线性区控制方式，利用MOS管的管压降等效电子负载，存在栅极和源级之间电压纹波容易引起阻值波动等问题，尤其小阻值大功率控制更难，而气象雷达大功率基本在小阻值大功率状态。
发明内容
本发明的目的是提供一种气象雷达组件测试用大功率软启动电子负载，以解决上述现有技术存在的不足。
为实现上述目的，本发明提供一种气象雷达组件测试用大功率软启动电子负载，包括壳体，盖设于所述壳体顶部的顶盖板，依次层叠设于所述壳体底板与所述顶盖板之间的检测控制板、开关矩阵板、绝缘板、隔热板、高压大功率电子负载、中压大功率电子负载、低压大功率电子负载和冷却风扇；
所述开关矩阵板分别与所述高压大功率电子负载、所述中压大功率电子负载和所述低压大功率电子负载连接；
所述检测控制板与所述高压大功率电子负载、所述中压大功率电子负载和所述低压大功率电子负载连接；所述检测控制板用于检测所述高压大功率电子负载、所述中压大功率电子负载和所述低压大功率电子负载的工作参数；所述检测控制板与所述开关矩阵板连接，所述检测控制板用于控制所述开关矩阵板上的开关的状态，实现控制所述高压大功率电子负载、所述中压大功率电子负载和所述低压大功率电子负载的工作。
可选的，所述绝缘板和所述隔热板分别且对应设有通孔，所述高压大功率电子负载、所述中压大功率电子负载和所述低压大功率电子负载分别通过穿过所述通孔的线路与所述开关矩阵板连接。
可选的，所述低压大功率负载提供40v以下大功率直流电源和脉冲电源负载，实现千瓦级大功率电阻；所述低压大功率负载包括：0.1Ω/15w、0.2Ω/30w、0.4Ω/50w、0.8Ω/100w、1.6Ω/200w、3.2Ω/300w、6.4Ω/300w、12.8Ω/500w的大功率无感电阻，可编辑0.1Ω～25.5Ω，间隔0.1Ω共255种阻值千瓦级大功率电阻。
可选的，所述中压大功率电子负载提供40v～600v范围大功率直流电源和脉冲电源负载，实现十千瓦级大功率电阻；所述中压大功率电子负载包括25.6Ω/500w、51.2Ω/500w、102.4Ω/200w、204.8Ω/100w的大功率无感电阻，与所述低压大功率电子负载组合，可编辑0.1Ω～409.5Ω，间隔0.1Ω共4095种阻值；所述中压大功率电子负载采用灌封相变材料制成。
可选的，所述高压大功率电子负载提供600v～4000v范围大功率直流电源和脉冲电源负载，实现十千瓦级大功率电阻；所述高压大功率电子负载包括2Ω/500w高压无感大功率电阻、高压绝缘栅双极型晶体管和MΩ电子负载。
可选的，所述中压大功率电子负载采用灌封相变材料制成。
可选的，所述高压大功率电子负载采用灌封相变材料制成。
可选的，所述开关矩阵板由呈矩阵排列的若干固态开关构成。
可选的，所述冷却风扇有4组，4组所述冷却风扇设于同一板面。
可选的，所述顶盖板设有与每一组所述冷却风扇对应的出风口。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
1、大功率无感电阻与固态开关组合的低压大功率电子负载、中压大功率电子负载，在600v以下电压工作，阻值稳定，功率容量密度大，与传统电子负载对比，工作电压高，峰值功率容量提高十倍以上。
2、固态开关矩阵与高压大功率IGBT组合的高压大功率负载，阻值范围宽十倍以上，工作电压高十倍以上，功率容量密度大十倍以上。
3、从毫欧到6T欧宽动态，0.1欧量化，配置高压电源，可对被测设备进行绝缘性能测试。
4、相变储热与智能控制，最大负载功率容量200Kw以上。
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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气象雷达组件测试用大功率软启动电子负载的立体图；
图2为本发明实施例提供的气象雷达组件测试用大功率软启动电子负载的分解图；
图3为本发明实施例提供的低压大功率电子负载的立体图；
图4为本发明实施例提供的中压大功率电子负载的立体图；
图5为本发明实施例提供的高压大功率电子负载的立体图；
图6为本发明实施例提供的低压大功率电子负载与开关矩阵的电路原理图；
图7为本发明实施例提供的中压大功率电子负载与开关矩阵的电路原理图；
图8为本发明实施例提供的高压大功率电子负载与开关矩阵的电路原理图。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和2所示，本实施例提供的气象雷达组件测试用大功率软启动电子负载是一个嵌入在便携式检测维修平台中的智能电子负载，面向天气雷达系统和独立组件检测。该大功率软启动电子负载包括壳体1，盖设于所述壳体1顶部的顶盖板2，依次层叠设于所述壳体1底板与所述顶盖板2之间的检测控制板3、开关矩阵板4、绝缘板5、隔热板6、高压大功率电子负载7、中压大功率电子负载8、低压大功率电子负载9和冷却风扇10；
所述开关矩阵板4分别与所述高压大功率电子负载7、所述中压大功率电子负载8和所述低压大功率电子负载9连接；
所述检测控制板3与所述高压大功率电子负载7、所述中压大功率电子负载8和所述低压大功率电子负载9连接；所述检测控制板3用于检测所述高压大功率电子负载7、所述中压大功率电子负载8和所述低压大功率电子负载9的工作参数，该工作参数包括电压、电流、阻值和功率等；所述检测控制板3与所述开关矩阵板4连接，所述检测控制板3用于控制所述开关矩阵板4上的开关的状态，实现控制所述高压大功率电子负载7、所述中压大功率电子负载8和所述低压大功率电子负载9的工作。
在本实施例中，限定了一种具体的实施方案，但并不限于此方案。具体为：
所述绝缘板5和所述隔热板6分别且对应设有通孔，所述高压大功率电子负载7、所述中压大功率电子负载8和所述低压大功率电子负载9分别通过穿过所述通孔的线路与所述开关矩阵板4连接。所述开关矩阵板4由呈矩阵排列的若干固态开关构成。所述冷却风扇10有4组，4组所述冷却风扇10设于同一板面，所述顶盖板2设有与每一组所述冷却风扇10对应的出风口11。
所述高压大功率电子负载7、所述中压大功率电子负载8和所述低压大功率电子负载9针对气象雷达组件输出等效负载设计，其面板设有对应接线端子，用于与开关矩阵板上是开关连接。低压大功率电子负载9的特点是低阻值高功率，0.1Ω～25.5Ω阻值范围覆盖天气雷达低压组件输出功率测试要求。本实施例采用与开关结合式的低压大功率电子负载9比传统MOS管低压电子负载输出阻值更低，功率更大，功率控制更准确。中压大功率电子负载8能够构建0.1Ω～205Ω十千瓦级大功率负载，满足40v～600v电压直流或脉冲负载，电压达600v，超过传统电子负载耐压，与低压电子负载相同的控制方式，0.1Ω控制精度，开关方式的精确稳定阻值控制与低压大功率电子负载9相同。
高压大功率电子负载7采用高反压绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，通过16位精细化栅极发射极控制集电极发射极导通电阻，形成最高6500v电压，最大400A电流的等效电子负载，解决了传统电子负载不适应高压大功率工作的问题。
高压大功率电子负载7、中压大功率电子负载8和低压大功率电子负载9是本大功率软启动电子负载的核心，检测控制板3发送控制信号并检测高压大功率电子负载7、中压大功率电子负载8和低压大功率电子负载9的工作参数，开关矩阵板4执行控制指令，实现负载阻值控制。冷却风扇在大功率工作时提供强迫风冷散热。
下面给出高压大功率电子负载7、中压大功率电子负载8和低压大功率电子负载9的具体构成与工作原理。
低压大功率电子负载如图3所示，由0.1Ω/15w、0.2Ω/30w、0.4Ω/50w、0.8Ω/100w、1.6Ω/200w、3.2Ω/300w、6.4Ω/300w、12.8Ω/500w，共8只大功率无感电阻组成，可编辑0.1Ω～25.5Ω，间隔0.1Ω共255种阻值千瓦级大功率电阻，满足40v以下大功率直流电源和脉冲电源负载要求。
低压大功率电子负载及开关矩阵原理图如图6所示。分为Ra和Rb两组，每组四个，开关矩阵为K1～K28共28个固态开关，安装在开关矩阵板。第一组0.1Ω～0.8Ω共四个电阻，通过K1～K13控制，可实现0.1Ω～1.5Ω共15种阻值编辑。
例如Ra组，0.1Ω，控制数据为01h，R1接通，K1、K4、K6闭合；0.2Ω，控制数据为02h，R2接通，K4、K5、K8、K9闭合；0.3Ω，控制数据为03h，，R1、R2串联接通，K3、K5、K8、K10闭合，0.4Ω，控制数据为04h，R3接通，K1、K3、K11、K13闭合；0.5Ω，控制数据为05h，R1、R3串联接通，K3、K11、K13闭合；0.6Ω，控制数据为06h，R2、R3串联接通，K1、K4、K5、K8、K9、K11、K13闭合；0.7Ω，控制数据为07h，R1、R2、R3串联接通，K4、K5、K8、K9、K11、K13闭合；0.8Ω，控制数据为08h，R4接通，K1、K2闭合；0.9Ω，控制数据为09h，R1、R4串联接通，K1、K2闭合；1Ω，控制数据为0Ah，R2、R4串联接通，K1、K3、K5、K7闭合；1.1Ω，控制数据为0Bh，R1、R2、R4串联接通，K4、K5、K7闭合；1.2Ω，控制数据为0Ch，R3、R4串联接通，K1、K3、K11、K12闭合；1.3Ω，控制数据为0Dh，R1、R3、R4串联接通，K3、K11、K12闭合；1.4Ω，控制数据为0Eh，R2、R3、R4串联接通，K1、K4、K5、K8、K9、K11、K12闭合；1.5Ω，控制数据为0Fh，R1、R2、R3、R4串联接通，K4、K5、K8、K9、K11、K12闭合。
同样Rb组，类似方式控制K16～K28，实现R5～R8之间的串联，得到1.6Ω、3.2Ω、4.6Ω、6.4Ω、8Ω......24Ω阻值，通过K14与K15实现Ra与Rb串联，组合形成0.1Ω～25.5Ω，量化精度0.1Ω共255种阻值编辑。
中压大功率电子负载如图4所示，由25.6Ω/500w、51.2Ω/500w、102.4Ω/200w、204.8Ω/100w，共4组大功率无感电阻组成，与低压大功率电子负载组合，可编辑0.1Ω～409.5Ω，间隔0.1Ω共4095种阻值，通过灌封相变材料等工艺处理，实现十千瓦级大功率电阻，满足40v～600v范围大功率直流电源和脉冲电源负载要求。
中压大功率电子负载及开关矩阵原理图如图7所示。单组四个，开关矩阵为K1～K13共13个固态开关，安装在开关矩阵板。25.6Ω～204.8Ω共四个电阻，通过K1～K13控制，可实现25.6Ω～384Ω共15种阻值编辑，通过与低压负载串联，可实现0.1Ω～409.5Ω共4095种阻值编辑。
高压大功率电子负载如图5所示，由高压2Ω/500w无感大功率电阻、高压IGBT、以及MΩ电子负载组合，实现2Ω～100TΩ大功率电子负载，阻值精度0.1Ω，用于发射机钛泵、充电开关组件、触发器组件、调制器组件、脉冲变压器等电子负载，，通过灌封相变材料等工艺处理，实现十千瓦级大功率电阻，满足600v～4000v范围大功率直流电源和脉冲电源负载要求。
高压大功率电子负载及开关矩阵原理图如图8所示。三组12个大阻值电阻，开关矩阵为K1～K43共43个固态开关，安装在开关矩阵板。1.6MΩ～12.8MΩ共四个电阻，通过K1～K13控制，可实现1.6MΩ～24MΩ共15种阻值编辑；25.6MΩ～204.8MΩ共四个电阻，通过K14～K28控制，可实现1.6MΩ～408MΩ共256种阻值编辑；409.6MΩ～3.28TΩ共四个电阻，通过K29～K43控制，可实现1.6MΩ～3.28TΩ共4096种阻值编辑；再通过与高压大功率IGBT构成的线性可编辑高压大功率等效电阻组合，可实现2Ω～6.56TΩ精细化高压大功率电子负载，其中IGBT承担了大功率精细化扫描电子负载任务，实现对充电开关组件变压器初级储能感性负载锯齿波电流的等效，取代了大体积重量充电变压器作为负载的检测条件。IGBT等效负载通过IGBT驱动电压幅度精细控制实现。
本发明利用大功率无感电阻与固态开关组合，利用高反压大功率IGBT及16位数控精细化栅极发射极电压控制，利用小阻值大功率电阻组合阻值的稳定性，结合3毫欧姆100A大电流固态开关，使控制开关矩阵不带来附加阻值，在开关状态确保低阻值大功率的稳定性和高精度，以及实现高反压大功率电子负载，实现气象雷达大功率电子负载，具有阻值稳定，控制精度高，小阻值功率容量密度大，高反压大功率电压高、功率容量大等特点，结合相变材料灌封，分布式温度检测与控制，使工作温度控制在相变温度之下，保证大功率工作时负载运行安全。利用高压大功率IGBT实现高压大功率负载，功率可达150Kw以上，IGBT的线性区扫描可实现锯齿波电流特性，满足发射机高压大功率检测软负载要求，综合以上方法实现的电子负载工作电压范围宽、功率容量及功率密度大、阻值范围大，目前市场上没有高压大功率电子负载。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种气象雷达组件测试用大功率软启动电子负载，其特征在于，包括壳体，盖设于所述壳体顶部的顶盖板，依次层叠设于所述壳体底板与所述顶盖板之间的检测控制板、开关矩阵板、绝缘板、隔热板、高压大功率电子负载、中压大功率电子负载、低压大功率电子负载和冷却风扇；
所述开关矩阵板分别与所述高压大功率电子负载、所述中压大功率电子负载和所述低压大功率电子负载连接；
所述检测控制板与所述高压大功率电子负载、所述中压大功率电子负载和所述低压大功率电子负载连接；所述检测控制板用于检测所述高压大功率电子负载、所述中压大功率电子负载和所述低压大功率电子负载的工作参数；所述检测控制板与所述开关矩阵板连接，所述检测控制板用于控制所述开关矩阵板上的开关的状态，实现控制所述高压大功率电子负载、所述中压大功率电子负载和所述低压大功率电子负载的工作；
所述低压大功率电子负载提供40v以下大功率直流电源和脉冲电源负载，实现千瓦级大功率电阻；所述低压大功率电子负载包括：0.1Ω/15w、0.2Ω/30w、0.4Ω/50w、0.8Ω/100w、1.6Ω/200w、3.2Ω/300w、6.4Ω/300w、12.8Ω/500w的大功率无感电阻，可编辑0.1Ω~25.5Ω，间隔0.1Ω共255种阻值千瓦级大功率电阻；
所述中压大功率电子负载提供40v~600v范围大功率直流电源和脉冲电源负载，实现十千瓦级大功率电阻；所述中压大功率电子负载包括25.6Ω/500w、51.2Ω/500w、102.4Ω/200w、204.8Ω/100w的大功率无感电阻，与所述低压大功率电子负载组合，可编辑0.1Ω~409.5Ω，间隔0.1Ω共4095种阻值；
所述高压大功率电子负载提供600v~4000v范围大功率直流电源和脉冲电源负载，实现十千瓦级大功率电阻；所述高压大功率电子负载包括2Ω/500w高压无感大功率电阻、高压绝缘栅双极型晶体管和MΩ电子负载。
2.根据权利要求1所述的气象雷达组件测试用大功率软启动电子负载，其特征在于，所述绝缘板和所述隔热板分别且对应设有通孔，所述高压大功率电子负载、所述中压大功率电子负载和所述低压大功率电子负载分别通过穿过所述通孔的线路与所述开关矩阵板连接。
3.根据权利要求1所述的气象雷达组件测试用大功率软启动电子负载，其特征在于，所述中压大功率电子负载采用灌封相变材料制成。
4.根据权利要求1所述的气象雷达组件测试用大功率软启动电子负载，其特征在于，所述高压大功率电子负载采用灌封相变材料制成。
5.根据权利要求1所述的气象雷达组件测试用大功率软启动电子负载，其特征在于，所述开关矩阵板由呈矩阵排列的若干固态开关构成。
6.根据权利要求1所述的气象雷达组件测试用大功率软启动电子负载，其特征在于，所述冷却风扇有4组，4组所述冷却风扇设于同一板面。
7.根据权利要求6所述的气象雷达组件测试用大功率软启动电子负载，其特征在于，所述顶盖板设有与每一组所述冷却风扇对应的出风口。
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