CN110361570B - 一种电子负载 - Google Patents

Abstract

一种电子负载，包括基准电压模块、主控单元、DAC、电流斜率控制电路和环路平衡控制电路；主控单元根据用户设置的电流值和斜率确定出两个固定的码值并配置给DAC，经DAC转换后输出至电流斜率控制电路；电流斜率控制电路在其第二输入端信号的控制下产生按照用户设置斜率变化的电压信号并输出至环路平衡控制电路的控制输入端，且控制该电压信号最终稳定在其第一输入端信号限定的稳态值。由于主控单元只需为DAC配置两个固定的码值便可通过电流斜率控制电路产生按照用户设置斜率变化的电压信号并最终达到稳态，不再需要对DAC连续控制来模拟线性关系，从而减少了死去时间，使得恒流工作模式下工作电流按照设定的斜率呈现出实时的线性特性。

Description

一种电子负载

技术领域

本发明涉及测试测量技术领域，具体涉及一种电子负载。

背景技术

电子负载是一种利用各种电路的组合功能来模拟真实环境下的用电设备或负载的测试测量设备，能够提供各种不同性质以及不同参数的负载功能，在电子仪器仪表中占有重要的地位，适用于各种电源、电池、适配器及需要电子负载测试的场合。

电子负载一般具有恒流、恒阻、恒压和恒功率四种工作模式。在恒流工作模式下，可控制其工作电流按照设定的斜率进行变化。图1示出了电子负载的电流控制原理框图，恒流工作模式下，开关S1断开且S2闭合，当用户设定带载电流和电流斜率后，主控单元根据该斜率计算出电流上升或下降所需的时间，然后控制模数转换器（DAC）的最大输出速率，根据该速率计算出要达到用户设定的带载电流时DAC所需的码值个数，以此配置DAC的码值，使DAC输出恒流工作模式的参考基准到比较控制电路，通过比较控制电路控制晶体管控制电路，以使晶体管导通；电流采样模块采集晶体管的电流并反馈回比较控制电路形成环路，通过环路平衡调节工作电流，使电子负载的工作电流平衡稳定到当前码值对应的电流值。该过程通过软件控制DAC的码值来实现电子负载电流斜率的控制，其需要不断计算码值并不断配置给DAC，由于计算并配置码值给DAC是需要时间的，这便导致电流斜率控制的DAC码值N与实际电流I之间并不是完全的线性关系，电流斜率控制的DAC码值N与实际电流I的对应关系可参见图2，由图2可看出，由于时间ΔT的存在，使得码值N与电流I之间不能呈现出实时的线性关系。这样，电子负载的工作电流便不能按照用户设定的斜率完全地线性带载，影响测试的准确性。

发明内容

本申请提供一种电子负载，以解决现有电子负载的工作电流不能按照设定的斜率完全线性带载的问题。

一种实施例中提供一种电子负载，所述电子负载的工作模式至少包括恒流工作模式，该电子负载包括基准电压模块、主控单元、数模转换器、电流斜率控制电路和环路平衡控制电路；

所述基准电压模块用于为数模转换器提供基准电压；

所述主控单元的控制端与数模转换器的配置端连接，用于根据用户设置的电流值和斜率分别确定第一码值和第二码值，并将所述第一码值和所述第二码值配置给数模转换器，所述第一码值和所述第二码值均为固定的码值；

所述数模转换器用于根据基准电压模块提供的基准电压将所述第一码值和所述第二码值分别转换为第一模拟信号和第二模拟信号并分别通过其第一输出端和第二输出端输出；

所述电流斜率控制电路包括第一输入端和第二输入端，该第一输入端和第二输入端分别与数模转换器的第一输出端和第二输出端连接，所述电流斜率控制电路用于在其第二输入端信号的控制下产生按照用户设置斜率变化的电压信号，并将该电压信号输出至环路平衡控制电路的控制输入端，且控制该电压信号最终稳定在其第一输入端信号限定的稳态值；

所述环路平衡控制电路还包括电流反馈端和输出端，其输出端连接至其电流反馈端形成环路，所述环路平衡控制电路用于将其电流反馈端的信号与控制输入端的信号进行比较，根据比较结果调节环路以使电流反馈端的信号与控制输入端的信号相同。

依据上述实施例的电子负载，用户在设置电流值和电流的斜率后，主控单元只需根据该电流值和斜率为数模转换器配置两个固定的码值，便可通过电流斜率控制电路产生按照用户设置斜率变化的电压信号并最终达到稳态，不需要根据斜率不断计算并配置DAC的码值，提高了电子负载的响应速度，减少了死去时间，这样，将电流斜率控制电路实时产生的电压信号输入到环路平衡控制电路的控制输入端，通过环路平衡来调节电子负载的工作电流，便能够实现恒流工作模式下工作电流按照用户设定的斜率完全地线性带载。

附图说明

图1为现有技术中电子负载的电流控制原理框图；

图2为现有技术中电流斜率控制的DAC码值N与实际电流I的对应关系示意图；

图3为本发明实施例提供的一种电子负载的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种具体的电子负载的结构示意图；

图5为本发明实施例中一种具体的电流斜率控制电路的结构示意图；

图6为本发明实施例中充放电电流Iref的校准原理图；

图7为本发明实施例中斜率控制电流上升过程中电子负载的工作电流随时间变化的曲线。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

如图1所示，在恒流工作模式下，开关S1断开且S2闭合，电子负载的带载电流范围一般为0到30A或是更高的电流，如果模数转换器（ADC）进行电压采集的基准是2.5V，那么，ADC采集的电压范围就是到0到2.5V，所以，电流采样电路需要对输入电流先进行放大到2.5V以内，ADC才能够进行采样。比如，电子负载带载30A的电流，电流采样电路中的采样电阻为0.01欧姆，那么采样电阻上的电压为0.3V，放大7.5倍便是2.25V（通常需要给ADC预留一定的余量），电流值通过ADC的采样送入主控单元，主控单元就能准确知道带载电流的大小。

在图1的恒流工作模式下，采用软件配合DAC来控制电流斜率。例如，用户通过电子负载的控制面板设置带载电流为30A，设定电流斜率为0.1A/us，校准后30A对应的DAC输出的电压是2V，主控单元通过软件计算电流上升需要的时间为T=30/0.1=300us，然后根据软件控制DAC的最大速度就可以计算出需要输出的点数，以此来配置DAC。比如DAC最大输出速率为1us/点，那么配置300us的时间便需要300个码值才能达到30A的电流，这样，斜率控制DAC的码值N与实际电流I的对应关系便如图2所示，可看出，以这种方法控制电子负载的电流时，电流并不是按照用户设定的斜率完全的线性增长。

鉴于此，提出本发明的方案。在本发明实施例中，主控单元根据用户设置的电流值和斜率确定出两个固定的码值并配置给数模转换器，数模转换器将这两个码值转换为两路模拟信号输出给电流斜率控制电路，控制电流斜率控制电路产生按照用户设置斜率变化的电压信号并最终达到稳态，电流斜率控制电路实时产生的电压信号输入到环路平衡控制电路的控制输入端，通过环路平衡控制电路的调节使反馈电流对应的电压与控制输入端的电压相同，完成恒流工作模式下的带载。

实施例一：

请参考图3，图3为本发明实施例提供的一种电子负载的结构示意图，该电子负载的工作模式至少包括恒流工作模式，该电子负载包括基准电压模块1、主控单元2、数模转换器3、电流斜率控制电路4和环路平衡控制电路5。其中，基准电压模块1用于为数模转换器3提供基准电压；主控单元2的控制端c1与数模转换器3的配置端a1连接，用于根据用户设置的电流值和斜率分别确定第一码值和第二码值（即根据电流值确定出第一码值，根据斜率确定出第二码值），并将第一码值和第二码值配置给数模转换器3，其中的第一码值和第二码值均为固定的码值；数模转换器3用于根据基准电压模块1提供的基准电压将第一码值和第二码值分别转换为第一模拟信号和第二模拟信号并分别通过其第一输出端和第二输出端输出；电流斜率控制电路4包括第一输入端b1和第二输入端b2，该第一输入端b1和第二输入端b2分别与数模转换器3的第一输出端和第二输出端连接，电流斜率控制电路4用于在其第二输入端信号的控制下产生按照用户设置斜率变化的电压信号，并将该电压信号输出至环路平衡控制电路5的控制输入端d1，且控制该电压信号最终稳定在其第一输入端信号限定的稳态值；环路平衡控制电路5还包括电流反馈端d2和输出端d3，其输出端d3连接至其电流反馈端d2形成环路，该环路平衡控制电路5用于将其电流反馈端d2的信号与控制输入端d1的信号进行比较，根据比较结果调节环路以使电流反馈端d2的信号与控制输入端d1的信号相同。

具体的，环路平衡控制电路5包括比较控制电路51、晶体管电路52和电流采样电路53；其中的晶体管电路52连接在负载输入模块1的输入端a2和地之间，电流采样电路53用于采集晶体管电路52的工作电流并将采集的该工作电流反馈给比较控制电路51；比较控制电路51包括输入端、反馈端和控制端，其输入端作为环路平衡控制电路5的控制输入端d1与电流斜率控制电路4的输出端连接，其反馈端作为环路平衡控制电路5的电流反馈端d2与电流采样电路53的输出端连接，比较控制电路51的控制端连接晶体管电路52的控制端e，用于根据控制输入端d1输入的信号控制晶体管电路52导通，该比较控制电路51用于将电流反馈端d2的电流与控制输入端d1的电流进行比较，根据比较结果控制晶体管电路52改变工作电流以使电流反馈端d2的电流与控制输入端d1的电流相同，从而使环路达到平衡状态，此时，便可以将电子负载输入端a2的电流（也即电子负载的工作电流）平衡而稳定到当前电流斜率控制电路4输出的电压信号所对应的电流值。

实际应用中，该电子负载还包括模数转换器，该模数转换器包括电流输入通道和输出通道，其输出通道与主控单元2的数据输入端连接，其电流输入通道与环路平衡控制电路5的输出端连接，用于从环路平衡控制电路5采集工作电流并将该工作电流转换为数字电流值输出给主控单元2，以在主控单元2的控制下将该工作电流显示在显示屏上。

本实施例提供的电子负载，主控单元根据用户设置的电流值和斜率分别确定出第一码值和第二码值并配置给数模转换器，数模转换器将这两个码值转换为第一模拟信号和第二模拟信号输出给电流斜率控制电路，通过第二模拟信号控制电流斜率控制电路产生按照用户设置斜率变化的电压信号，并根据第一控制信号控制电流斜率控制电路以使该电压信号达到稳态，电流斜率控制电路实时产生的电压信号输入到环路平衡控制电路的控制输入端，通过环路平衡控制电路的调节使反馈电流对应的电压与控制输入端的电压相同，完成恒流工作模式下的带载。在该过程中，主控单元只需为数模转换器配置两个固定的码值便可通过电流斜率控制电路产生按照用户设置斜率变化的电压信号，然后利用环路平衡控制电路控制电子负载的工作电流平衡到电流斜率控制电路实时产生的电压信号对应的电流值，不再需要根据斜率不断计算并配置DAC的码值，提高了电子负载的响应速度，减少了死去时间，从而使得电子负载的工作电流呈现出实时的线性特性。

实施例二：

基于实施例一，本实施例提供一种具体的电子负载，其结构示意图参见图4，该电子负载包括基准电压模块1、主控单元2、数模转换器3、电流斜率控制电路4、环路平衡控制电路5、模数转换器6和采样放大电路7。其中，基准电压模块1用于为数模转换器3和模数转换器6提供基准电压；主控单元2、数模转换器3、电流斜率控制电路4和环路平衡控制电路5的连接关系及工作原理与实施例一中的一一相同；采样放大电路7连接在电流采样电路53的输出端和比较控制电路51的反馈端之间，用于将电流采样电路53采集的电流放大后反馈给比较控制电路51；模数转换器6包括电流输入通道和输出通道，其输出通道连接主控单元2的数据输入端c2，其电流输入通道连接采样放大电路7的输出端，该模数转换器6采集经采样放大电路7放大后的工作电流，并将该放大后的工作电流转换为数字电流值输出给主控单元2，以在主控单元2的控制下将该工作电流显示在显示屏上。

具体的，电流斜率控制电路4包括上升斜率控制电路41、下降斜率控制电路42、充电电容C和射随电路43。其中，上升斜率控制电路41包括第一端、第二端、第三端和第四端，其第一端和第二端分别连接电流斜率控制电路4的第一输入端b1和第二输入端b2，其第三端与射随电路43的反相输入端连接，其第四端通过充电电容C接地，该上升斜率控制电路41用于在电流上升至稳态的过程中根据其第二端的信号为充电电容C充电，并在其第三端的电压等于其第一端的电压时将充电电容C的电压稳定在当前状态；下降斜率控制电路42包括第一端、第二端、第三端和第四端，其第一端和第二端分别连接电流斜率控制电路4的第一输入端b1和第二输入端b2，其第三端与射随电路43的反相输入端连接，其第四端通过充电电容C接地，该下降斜率控制电路42用于在电流下降至稳态的过程中根据其第二端的信号控制充电电容C放电，并在其第三端的电压等于其第一端的电压时将充电电容C的电压稳定在当前状态；射随电路43包括第三放大器U3，该第三放大器U3的输出端连接其反相输入端，该第三放大器U3的同相输入端、反相输入端和输出端分别作为射随电路43的同相输入端、反相输入端和输出端，该射随电路43的同相输入端通过充电电容C接地，且输出端与环路平衡控制电路5的控制输入端d1连接，该射随电路43用于采集充电电容C的实时电压，并使其输出端的电压跟随该实时电压。

图5示出了一种具体的电流斜率控制电路的结构，其中，上升斜率控制电路41包括压控电流源充电模块410、第一放大电路411、第一二极管D1和第二二极管D2，压控电流源充电模块410包括输入端和输出端，其输入端作为上升斜率控制电路41的第二端，其输出端连接第一二极管D1和第二二极管D2的阳极，该压控电流源充电模块410用于根据预设的转换关系将其输入端的电压转换为对应的充电电流，该充电电流通过第二二极管D2输入到充电电容C，为充电电容C充电；第一放大电路411包括同相输入端、反相输入端和输出端，该同相输入端和反相输入端分别作为上升斜率控制电路41的第一端和第三端，其输出端与第一二极管D1的阴极连接，该第一放大电路411用于在为充电电容C进行充电的过程中控制第一二极管D1截止且在其反相输入端的电压等于其同相输入端的电压时控制第一二极管D1导通。

下降斜率控制电路42包括压控电流源放电模块420、第二放大电路421、第三二极管D3和第四二极管D4，压控电流源放电模块420包括输入端和输出端，其输入端作为下降斜率控制电路42的第二端，其输出端连接第三二极管D3和第四二极管D4的阴极，该第四二极管D4的阳极通过充点电容C接地；压控电流源放电模块420用于根据预设的转换关系将其输入端的电压转换为对应的放电电流，并通过第四二极管D4控制充电电容C放电。第二放大电路421包括同相输入端、反相输入端和输出端，该同相输入端和反相输入端分别作为下降斜率控制电路42的第一端和第三端，该输出端与第三二极管D3的阳极连接；该第二放大电路421用于在对充电电容C进行放电的过程中控制第三二极管D3截止且在其反相输入端的电压等于其同相输入端的电压时控制第三二极管D3导通，而且，在对充电电容C的充电过程中用来控制第三二极管D3导通；该第一放大电路411还用于在充电电容C的放电过程中控制第一二极管D1导通。

其中，压控电流源充电模块410和压控电流源放电模块420的预设的转换关系为Iref=U/W，其中的Iref为转换后的充电电流或放电电流，U为数模转换器第二输出端的电压，W为转换系数，W的值可以由用户根据实际需要进行设置，Iref值的大小决定着充电电容C的充放电的快慢。

具体的，第一放大电路411包括第一电阻R1、第二电阻R2和第一放大器U1，该第一放大器U1的同相端通过电流斜率控制电路4的第一输入端b1与数模转换器3的第一输出端连接，U1的反相端通过第一电阻R1与射随电路43的反相输入端连接，且U1的反相端通过第二电阻R2与U1的输出端连接，该输出端连接第一二极管D1的阴极。第二放大电路包括第三电阻R3、第四电阻R4和第二放大器U2，第二放大器U2的同相端通过电流斜率控制电路4的第一输入端b1与数模转换器3的第一输出端连接，U1的反相端通过R3与射随电路43的反相输入端连接，且U1的反相端通过R4与输出端连接，该输出端连接第三二极管D3的阳极。

实际应用中，上升斜率控制电路41还可包括第一开关S3，该第一开关S3连接在压控电流源充电模块410的输出端和D1与D2的阳极之间，下降斜率控制电路42还可包括第二开关S4，该第二开关S4连接在压控电流源放电模块420的输出端和D3与D4的阴极之间。在这种情况下，主控单元2还用于在对充电电容C进行充电的过程中控制S3闭合且控制S4断开，在对充电电容C进行放电的过程中控制S3断开且控制S4闭合。这样，可以避免充电电容C在充电过程中发生通过D4放电的情况，避免充电电容C在放电的过程中发生通过D2充电的情况。

结合图4和图5，用户通过电子负载的控制面板设置带载的电流值和电流的斜率之后，主控单元2根据该电流值确定出第一码值配置给数模转换器3，同时根据该斜率确定出第二码值配置给数模转换器3，使数模转换器3输出两路电压信号，第一输出端和第二输出端输出的信号分别为DAC_OUT1和DAC_OUT2，DAC_OUT1和DAC_OUT2分别输入到电流斜率控制电路4的b1和b2端，DAC_OUT1控制带载电流的值，DAC_OUT2控制压控电流源充电模块410充电电流的大小和压控电流源放电模块420放电电流的大小。

假设用户设置的斜率为K，射随电路43同相输入端的电压为V1，射随电路43反相输入端的电压为V2，射随电路43输出至环路平衡控制电路5的控制输入端d1的电压为V_I_CMD，D1与D2的阳极电压为V3，第一放大电路411输出的电压为V4，第二放大电路421输出的电压为V5，D3与D4的阴极电压为V6，第一放大器U1的同相端电压为VP1，U1反相端电压为VN1，第二放大器U2同相端电压为VP2，U2反相端电压为VN2。电流值由小到大的过程便是电流上升的过程，假设用户设置的斜率K对应的充电电流为Iref，因为U3是射随状态，所以V_I_CMD与V2相等且同时与V1保持相等，则V_I_CMD电压的变化就等于U3同相输入端电压的变化ΔV1，且ΔV1=ΔV2（ΔV2为射随电路43反相输入端电压的变化）。又因为ΔV1=Iref*ΔT/C且ΔT=ΔI/K，其中ΔT为变化时间，C为充电电容C的电容，ΔI是带载两个电流值的差值，则有ΔV1=(Iref*ΔI)/(C*K)；综合以上各公式可得到斜率K为：K=Iref*(ΔI/C*ΔV2)。又因为ΔV2=ΔI*K3，结合ΔV1=ΔV2有：ΔV1=ΔV2=(Iref*ΔI)/(C*K)=ΔI*K3，所以斜率K=Iref*(1/C*K3)，由该公式可知，斜率K和Iref成正比，1/(C*K3)为常数，要使K准确，那么只需要校准Iref就可以了。其中，K3为采样电流转换为电压后的放大倍数，比如用户设置0~30A带载过程，则ΔI=30A，若采样电阻为0.01Ω，采样放大电路7的放大倍数为K2=7.5，则K3=0.01*7.5=0.075，这样，当输入电流为30A时，ΔV2=ΔI*K3=30*0.075=2.25V，可以满足模数转换器6的采集范围的需求。

其中，充放电电流Iref的校准原理图可参见图6，数模转换器3输出DAC_OUT1和DAC_OUT2两路电压信号，其中的DAC_OUT2由设置的斜率K确定，决定着为充电电容C进行充电或放电的电流I0。设计一个压控电流源转换关系Iref=U/W，其中的U即为DAC_OUT2，可以将系数W设定为500。由于DAC_OUT2的最大值为2.5V，所以Iref=2.5/500=0.005A，设定最大充电电流为5mA，可以根据选取的充电电容来设定充电最大电流，则有C=I0*△t/△U，其中△U为电容C的电压变化，所以I0=C*△U/△t；在实际应用中，Iref必须要大于I0才能通过软件调整DAC_OUT2使得Iref=U/500=I0。在以上电路中，V_I_CMD的稳态为V1最终的值，且V_I_CMD的上升斜率对应输入电流的上升斜率，以30A的量程为例，斜率A/us对应到控制电压即为A*0.01*7.5V/us（其中0.01为采流电阻的阻值，7.5是采样放大电路7的放大倍数K2），充电电容C上的电压从0到V1的过程满足C=I0*△t/△U，所以斜率△U/△t=I0/C，I0=V0/500，则斜率K=V0/500*C，DAC_OUT2=N*2.5/2^n，其中N为主控单元2根据斜率K为数模转换器3配置的第二码值，2.5为数模转换器3的基准电压，n为数模转换器3的位数，比如16位的数模转换器3可配置的范围为2^16=65535。

在电流值由小到大的上升过程中，主控单元2控制S3闭合且S4断开，这时，压控电流源充电模块410以Iref为充电电流，通过D2给充电电容C充电，充电时V4>V3，D1截止，V1按照斜率K上升到达稳态V1=V2=DAC_OUT1。例如，用户设置0A~30A的带载过程，在初始状态，充电电容C上的电压为0V，即V1=V2=0V；稳态状态下，DAC_OUT1为用户设定电流值30A对应的电压2.25V，DAC_OUT1由初始态到稳态的变化是由0跳变到2.25V的过程。U1和U2的同相输入端电压为VP1=VP2=2.25V，同时U1和U2的反相输入端电压为VN1=VN2=2.25V，所以R1和R3两端的压差均为2.25V，可以取R1=R2=R3=R4，则有V4=2.25*[(R1+R2)/R1]=2.25*2=4.5V，V5=2.25*[(R3+R4)/R3]=2.25*2=4.5V，V6=V5-0.7=3.8V，即V5>V6，V6>V1，V4>V3，V3>V1，所以D2和D3导通，D1和D4截止，压控电流源充电模块410按设定的斜率K给C充电，C上的电压就是0到2.25V电压升高的过程，也即V3通过D2加电压给C，V3的电压从0.7V（D2的导通电压）到2.95V变化的过程。当电容C的电压达到2.25V（即V1=2.25V）时达到稳态，这时V2=2.25V，R1和R3两端的电压均相等，R2和R4两端电压都为V4=V5=2.25V，则D1、D2、D3和D4导通，V4为2.25V，V3的电压保持在2.95V，V6的电压保持在1.55V，则V1的电压被稳定在2.25V，整个电流斜率控制电路4达到稳态。在该过程中，ΔV1=Iref*ΔT/C，V1上的电压按照该公式线性增大到设定值DAC_OUT1，对应的，电子负载的工作电流随时间的变化曲线可参见图7，电子负载的工作电流能够按照用户设定的斜率进行线性拉载，在T1时刻达到稳定状态。

类似的，在电流值由大到小的下降过程中，主控单元2控制S3断开且S4闭合，这时，压控电流源放电模块420以Iref为放电电流，通过D2给C放电，放电时V6>V5且V6<V1，D3截止D4导通，V1按照斜率K下降到达稳态V1=V2=DAC_OUT1。例如，用户设置30A到0A的带载过程，在初始状态下，C上的电压为2.25V，即V1=2.25V=V2，DAC_OUT1为用户设定电流值0A对应的电压，其值为0V，此时，U1和U2的同相输入端为VP1=VP2=0V，同时U1和U2的反相输入端VN1=VN2=0V，所以R1和R3两端的压差都为2.25V，可以取R1=R2=R3=R4，则V4=-2.25*R2/R1=-2.25V，V5=-2.25*R4/R3=-2.25V，D1导通；同时，V3=V4+0.7=-2.25+0.7=-1.55V，V3<V1，则D2截止；V6=V1-0.7=2.25-0.7=1.55V，V6>V5，则D3截止；V1=2.25V>V6，D4导通，压控电流源放电模块420通过S4从C上吸电流，按设定的斜率K给C放电，C上的电压就是2.25V到0V电压降低的过程，也就是V1通过D4放电，V6的电压从1.55V到-0.7V（0.7V为D4的导通电压）变化的过程。当电容C的电压达到0V时达到稳态，即V1=V2=0V，VP2=VN2=0V，V3=V4=0V，则D1和D2截止，V6=-0.7V后电容C放电完成，D4截止D3导通，整个电流斜率控制电路4达到稳态。在该过程中，ΔV1=Iref*ΔT/C，V1上的电压按照该公式线性下降到设定值VDAC_OUT1。

通过以上分析可知，在恒流工作模式下，用户设定的斜率K和Iref成正比，K值就有相对应的命令值配置给数模转换器3，校准后一个K值对应一个第二码值及对应一个固定的Iref，由ΔV1=Iref*ΔT/C可知，ΔV1与ΔT为线性关系，不再需要主控单元2对数模转换器3连续控制来模拟线性关系，从而消除了死去时间，提高了电子负载的响应速度，在电路上是自动控制的状态，进而可以实现控制电压和时间的响应呈现线性特性；同时，对主控单元2和数模转换器3的通信速度要求较低。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (9)

1.一种电子负载，所述电子负载的工作模式至少包括恒流工作模式，其特征在于，所述电子负载包括基准电压模块、主控单元、数模转换器、电流斜率控制电路和环路平衡控制电路；

所述基准电压模块用于为数模转换器提供基准电压；

所述主控单元的控制端与数模转换器的配置端连接，用于根据用户设置的电流值和斜率分别确定第一码值和第二码值，并将所述第一码值和所述第二码值配置给数模转换器，所述第一码值和所述第二码值均为固定的码值；

所述数模转换器用于根据基准电压模块提供的基准电压将所述第一码值和所述第二码值分别转换为第一模拟信号和第二模拟信号并分别通过其第一输出端和第二输出端输出；

所述电流斜率控制电路包括第一输入端和第二输入端，该第一输入端和第二输入端分别与数模转换器的第一输出端和第二输出端连接，所述电流斜率控制电路用于在其第二输入端信号的控制下产生按照用户设置斜率变化的电压信号，并将该电压信号输出至环路平衡控制电路的控制输入端，且控制该电压信号最终稳定在其第一输入端信号限定的稳态值；

所述环路平衡控制电路还包括电流反馈端和输出端，其输出端连接至其电流反馈端形成环路，所述环路平衡控制电路用于将其电流反馈端的信号与控制输入端的信号进行比较，根据比较结果调节环路以使电流反馈端的信号与控制输入端的信号相同；所述电流斜率控制电路包括上升斜率控制电路、下降斜率控制电路、充电电容和射随电路；

所述上升斜率控制电路包括第一端、第二端、第三端和第四端，其第一端和第二端分别连接所述电流斜率控制电路的第一输入端和第二输入端，其第三端与射随电路的反相输入端连接，其第四端通过充电电容接地，所述上升斜率控制电路用于在电流上升至稳态的过程中根据其第二端的信号为充电电容充电，并在其第三端的电压等于其第一端的电压时将充电电容的电压稳定在当前状态；

所述下降斜率控制电路包括第一端、第二端、第三端和第四端，其第一端和第二端分别连接所述电流斜率控制电路的第一输入端和第二输入端，其第三端与射随电路的反相输入端连接，其第四端通过充电电容接地，所述下降斜率控制电路用于在电流下降至稳态的过程中根据其第二端的信号控制充电电容放电，并在其第三端的电压等于其第一端的电压时将充电电容的电压稳定在当前状态；

所述射随电路包括第三放大器，所述第三放大器的输出端连接其反相输入端，该第三放大器的同相输入端、反相输入端和输出端分别作为射随电路的同相输入端、反相输入端和输出端，所述射随电路的同相输入端通过充电电容接地，且输出端与环路平衡控制电路的控制输入端连接，所述射随电路用于采集充电电容的实时电压，并使其输出端的电压跟随该实时电压。

2.如权利要求1所述的电子负载，其特征在于，所述上升斜率控制电路包括压控电流源充电模块、第一放大电路、第一二极管和第二二极管；

所述压控电流源充电模块包括输入端和输出端，其输入端作为上升斜率控制电路的第二端，其输出端连接第一二极管和第二二极管的阳极，所述压控电流源充电模块用于根据预设的转换关系将其输入端的电压转换为对应的充电电流，并通过第二二极管为充电电容充电；

所述第一放大电路包括同相输入端、反相输入端和输出端，该同相输入端和反相输入端分别作为上升斜率控制电路的第一端和第三端，其输出端与第一二极管的阴极连接，所述第一放大电路用于在充电电容的充电过程中控制第一二极管截止且在其反相输入端的电压等于其同相输入端的电压时控制第一二极管导通。

3.如权利要求2所述的电子负载，其特征在于，所述第一放大电路包括：

第一电阻；

第二电阻；

第一放大器，所述第一放大器的同相端与数模转换器的第一输出端连接，反相端通过第一电阻与射随电路的反相输入端连接，且反相端通过第二电阻与输出端连接，该输出端连接第一二极管的阴极。

4.如权利要求2或3所述的电子负载，其特征在于，所述下降斜率控制电路包括压控电流源放电模块、第二放大电路、第三二极管和第四二极管；

所述压控电流源放电模块包括输入端和输出端，其输入端作为下降斜率控制电路的第二端，其输出端连接第三二极管和第四二极管的阴极，该第四二极管的阳极通过充点电容接地，所述压控电流源放电模块用于根据预设的转换关系将其输入端的电压转换为对应的放电电流，并通过第四二极管控制充电电容放电；

所述第二放大电路包括同相输入端、反相输入端和输出端，该同相输入端和反相输入端分别作为下降斜率控制电路的第一端和第三端，该输出端与第三二极管的阳极连接，所述第二放大电路用于在充电电容的放电过程中控制第三二极管截止且在其反相输入端的电压等于其同相输入端的电压时控制第三二极管导通，在充电电容的充电过程中控制第三二极管导通；

所述第一放大电路还用于在电容的放电过程中控制第一二极管导通。

5.如权利要求4所述的电子负载，其特征在于，所述第二放大电路包括：

第三电阻；

第四电阻；

第二放大器，所述第二放大器的同相端与数模转换器的第一输出端连接，反相端通过第三电阻与射随电路的反相输入端连接，且反相端通过第四电阻与输出端连接，该输出端连接第三二极管的阳极。

6.如权利要求4所述的电子负载，其特征在于，所述上升斜率控制电路还包括第一开关，所述第一开关连接在压控电流源充电模块的输出端和第一二极管与第二二极管的阳极之间；

所述主控单元还用于在充电电容的充电过程中控制第一开关闭合。

7.如权利要求6所述的电子负载，其特征在于，所述下降斜率控制电路还包括第二开关，所述第二开关连接在压控电流源放电模块的输出端和第三二极管与第四二极管的阴极之间；

所述主控单元还用于在充电电容的充电过程中控制第二开关断开，在充电电容的放电过程中控制第一开关断开且控制第二开关闭合。

8.如权利要求4所述的电子负载，其特征在于，所述预设的转换关系为Iref=U/W，其中，Iref为转换后的充电电流或放电电流，U为数模转换器第二输出端的电压，W为转换系数。

9.如权利要求1所述的电子负载，其特征在于，还包括模数转换器，所述模数转换器包括电流输入通道和输出通道，所述输出通道与主控单元的数据输入端连接，所述电流输入通道与环路平衡控制电路的输出端连接，用于从环路平衡控制电路采集工作电流并将所述工作电流转换为数字电流值输出给主控单元。

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