CN1137388C - 直流电子负载模拟装置 - Google Patents
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Abstract
一种直流电子负载模拟装置，包括有正极性输入控制电路以及负极性输入控制电路，是将一双极性直流电源供应器的正极输出端连接于该直流电子负载模拟装置的正极输入端，将共同输出端连接于该直流电子负载模拟装置的共同输入端，电源供应器的负极输出端连接于直流电子负载模拟装置的负极输入端。此结构可同时连接多个不同极性输出的直流电源供应器，而不需每个电子负载均作隔离处理，并只需一组电源，可减少电路所需元件及空间，易于连接使用，并可降低成本。
Description
技术领域
本发明是关于一种直流电子负载模拟装置，特别是指一种可同时连接多个不同极性输出的直流电源供应器，且但不需每个电子负载均作隔离处理、仅需要一组工作电源的直流电子负载模拟装置。
背景技术
在目前所普遍使用的各种电子设备及控制设备中，其内部所配置的电源供应器常需要同时具备正电源及负电源的输出，以能供应该电子设备或控制设备所需的工作电源。例如在典型的电脑设备中，其内部所配置的直流电源供应器，一般即包括有+5V、-5V、+12V、-12V或+5V、-5V、+12V、-12V、3.3V的输出电源。又例如在一般模拟电路中所使用的输出电源包括有+12V、-12V及+15V、及-15V等。
由于该电源供应器担负了供应电子设备及控制设备所需工作电源的重任，故其在电气特性方面的稳定性、可靠性、输出容量、规格等皆极为重要。因此，该电源供应不论是在产制过程、检测过程及日后维修的各个阶段，都有必要进行各项电气特性的测试。
一般在测试一直流电源供应器的电气特性时，除了可以连接一实际的电气负载予以测试之外，亦可以一直流电子负载模拟装置来模拟该实际负载，来验证该电源供应器的输出容量、规格等电气特性是否符合所要求的规范。
在传统技术中所使用的直流电子负载模拟器均为单极性的独立负载，适用于正极性输出电源使用，图1显示其在测试时的连结示意图。其是将正极性直流电源供应器1a的正极输出端+连接于直流电子负载模拟装置2的正极输入端+，而将共同输出端COM连接于直流电子负载模拟装置2的负极输入端-。
若是在负极性输出电源的测试时，则需将该负极性直流电源供应器1b的共同输出端COM连接于该直流电子负载模拟装置2的正极输入端+，而将负极输出端-连接于该直流电子负载模拟装置2的负极输入端-。
而对于一双极性直流电源供应器的测试时，传统技术是直接将该双极性直流电源供应器1c的正极输出端+连接于第一个直流电子负载模拟装置2a的正极输入端+，而将共同输出端COM连接于该直流电子负载模拟装置2a的负极输入端-。同时，该双极性输出电源1c的共同输出端COM连接于第二个直流电子负载模拟装置2b的正极输入端+，而将负极输出端-连接于该直流电子负载模拟装置2b的负极输入端-。
但以上述传统技术的连接方式，欲对双极性直流电源供应器进行测试时，每一个电子负载装置必须均为地隔离，否则会在两个单极性的直流电子负载间造成回路，而不能正常执行模拟的工作。该电子负载的控制信号亦需予以隔离，方能执行控制。此外，该传统的测试架构，亦需独立的电源，亦即需要有两组工作电源，分别供应给两个电子负载模拟装置。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提供一种直流电子负载模拟装置，其可同时连接多个不同极性输出直流电源供应器，但不需每个负载均作隔离处理，同时仅需要一组电源即可。
本发明的目的可以采用下述方式实现：
一种直流电子负载模拟装置，包括正极性输入控制电路以及负极性输入控制电路，其特征在于该正极性输入控制电路包括有：以产生负载电流设定值的一数字至模拟转换器；一第一运算放大器，其反相输入端是连接该数字至模拟转换器所输出的负载电流设定值；一N通道功率金属氧化物场效应电晶体元件，其导通状态控制极由该第一运算放大器所连接控制；一负载电流感测元件，与该N通道功率金属氧化物场效应电晶体元件串联；一第二运算放大器，并联该负载电流感测元件，其输出产生一回授实际电流值连接该第一运算放大器的反相输入端作为回授信号；
而该负极性输入控制电路包括有：以产生一负载电流设定值的一数字至模拟转换器，一反相电路连接数字至模拟转换器，一第三运算放大器，其反相输入端是连接接收该反相电路输出端的输出信号；一P通道功率金属氧化物场效应电晶体元件，其导通状态控制级由该第三运算放大器所连接控制；一负载电流感测元件，与该P通道功率金属氧化物场效应电晶体元件串联；一第四运算放大器，并联该负载电流感测元件，其输出送至该第三运算放大器的反相输入端作为回授信号。
本发明进一步特征在于包括多组正极性输入控制电路以及多组负极性输入控制电路，其中各组正极性输入控制模组的第一运算放大器的反相输入端是共同连接至一误差运算放大器的输出端，而误差运算放大器的反相输入端则是连接于该数字至模拟转换器的输出端；而各组正极性输入控制模组的第二运算放大器的输出端是共同连接至一负载电流加法器的正相输入端，而负载电流加法器的输出端所产生的输出电压则送至误差运算放大器的反相输入端；
其中各组负极性输入控制模组的第三运算放大器的反相输入端是共同连接至一反相电路的输出端，而该反相电路的反相输入端则连接于一误差运算放大器的输出端，而误差运算放大器的反相输入端则是连接于该数字至模拟转换器的输出端，以接收该负载电流设定值；而各组负极性输入控制模组的第四运算放大器的输出端是共同连接至一反相电路的反相输入端，而该反相电路的输出端则是连接至一负载电流加法器的反相输入端，而负载电流加法器的输出端所产生的输出电压则送至误差运算放大器的反相输入端。
以本发明的电路架结构，可减少直流电子负载模拟装置内的电路所需元件及空间，易于连接使用，并可降低成本。
本发明的其它目的及其设计，将藉由以下实施例及附呈附图予以详细说明，其中：
附图说明
图1是显示传统技术中，以一单极性直流电子负载模拟装置连接于一正极性电电源供应器的连接示意图；
图2是显示传统技术中，以一单极性直流电子负载模拟装置连接于一负极性电电源供应器的连接示意图；
图3是显示传统技术中，以两个单极性直流电子负载模拟装置连接于一双极性电电源供应器的连接示意图；
图4是本发明的双极性直流电子负载模拟装置连接于一双极性电电源供应器的连接示意图；
图5是本发明直流电子负载模拟装置的正极性输入控制电路图；
图6是本发明直流电子负载模拟装置的负极性输入控制电路图；
图7是本发明第二实施例中以两个正极性输入控制模组并联构成一直流负载模拟装置的电路图；
图8是本发明的第二实施例中以两个负极性输入控制模组并联构成一直流负载模拟装置的电路图。
本发明的具体实现方式
请参阅图4所示，其是显示本发明的双极性直流电子负载模拟装置3连接于一双极性直流电源供应器1c的连接示意图。其是将双极性直流电源供应器1c的正极输出端+直接连接于本发明的直流电子负载模拟装置3的正及输入端+，而将共同输出端COM连接于该直流电子负载模拟装置3的共同输入端COM，而双极性直流电源供应器3的负极输出端-则是直接连接于本发明的直流电子负载模拟装置3的负极输入端-。
图5是本发明直流电子负载模拟装置的正极性输入控制电路图，其主要包括有一数字至模拟转换器31、一第一运算放大器32、一N通道功率金属氧化物场效应电晶体元件33(N-MOSFET)、一负载电流感测元件34、一第二运算放大器35。其中该第一运算放大器32、N通道功率金属氧化物场效应电晶体元件33、负载电流感测元件34、第二运算放大器35共同构成了一正极性输入控制模组3a。其中第一运算放大器32是作为驱动电路，而第二运算放大器35是作为电流差动放大器。
该数字至模拟转换器31是用以将所设定负载电流的数字信号(D0～D7)转为一负载电流设定值Va1。此负载电流设定值Va1送到第一运算放大器32的反相输入端-，而可由第一运算放大器32在其输出端产生一驱动信号控制该N通道功率金属氧化物场效应电晶体元件33的导通状态。当该N通道功率金属氧化物场效应电晶体元件33导通时，其负载电流值IL的大小可由一负载电流感测元件34(例如一电阻)及第二运算放大器35予以检测并予以放大。第二运算放大器35的输出端所产生的电流差动信号再送至前述第一运算放大器32的反相输入端-，作为回授实际电流值Va2。当负载电流设定值Va1改变时(例如0至-10V)，则即可在前述电路的控制之下，在负载端得到一正向的负载电流(例如0至+1max)。
图6是本发明直流电子负载模拟装置的负极性输入控制电路图，其主要包括有一数字至模拟转换器41、一第三运算放大器42、一反相电路42a、一P通道功率金属氧化物场效应电晶体元件43(P-MOSFET)、一负载电流感测元件44、一第四运算放大器45、一电流回授反相电路。其中该第三运算放大器42、P通道功率金属氧化物场效应电晶体元件43、负载电流感测元件44、第四运算放大器45共同构成了一负极性输入控制模组4a。其中第三运算放大器42是作为驱动电路，而第四运算放大器45是作为电流差动放大器。
该数字至模拟转换器41是用以将所设定负载电流的数字信号(D0～D7)转为一负载电流设定值Vb1，此设定值经由一反相电路42a送到第三运算放大器42的反相输入端-，而可由该第三运算放大器42在其输出端产生一驱动信号控制该P通道功率金属氧化物场效应电晶体元件43的导通状态。当该P通道功率金属氧化物场效应电晶体元件43导通时，其负载电流值IL的大小可由一负载电流感测元件44(例如一电阻)及第四运算放大器45予以检测并予以放大，其在输出端所产生的电流差动信号再送至前述第三运算放大器42的反相输入端-，作为回授实际电流值vb2。当负载电流设定值vb1改变时(例如0至-10V)，则即可在前述电路的控制之下，在负载端得到一负向的负载电流(例如0至-1max)。
由以上本发明实施例电路可知，图5及图6的控制电路均可使用同一工作电源，而不需要独立隔离的工作电源。本发明的电路架构，可减少直流电子负载模拟装置内的电路所需元件及空间，易于连接使用，并可降低成本。而在扩充性方面，以本发明的架构可以扩充为更多组正极性或负极性的电子负载模拟装置的连结，以适合应用在多组输出电源供应器的测试需求。
前述的第一实施例中，图5所示是以单一组正极性输入控制模组3a来构成一正极性直流电子负载。在实际的应用时，亦可并联数个相同的正极性输入控制模组，来增加其负载电流。例如图7即显示本发明的第二实施例中以两个正极性输入控制模组3a、3b并联所构成的直流负载模拟装置的电路图。在此一实施例，其总负载电流的大小即为IL1和IL2的总和，由于该两个模组的内部构件乃完全相同，故仅在其中第一个模组标示元件编号。
图7中，第一组正极性输入控制模组3a与第二组正极性输入控制模组3b两者的第一运算放大器32的反相输入端-是共同连接至一误差运算放大器36的输出端，而误差运算放大器36的反相输入端-则是连接于数字至模拟转换器31的输出端，以接收其输出电压。
此外，该第一组正极性输入控制模组3a与第二组正极性输入控制模组3b两者的第二运算放大器35的输出端是共同连接至负载电流加法器37的正相输入端+。而负载电流加法器37的输出端所产生的输出电压则送至误差运算放大器36的反相输入端-。
数字至模拟转换器31将所设定的正极性负载电流的数字信号(D0～D7)转为0～10V的负载电流设定值vc1，当该值大于负载电流加法器37所回授的回授实际电流值vc2时，误差运算放大器36输出端的输出电压会变负，经过第一运算放大器32之后，会使输出端的电压VC1变正增加，因此使第一组正极性输入控制模组3a与第二组正极性输入控制模组3b两者N通道功率金属氧化物场效应电晶体元件33更导通，使负载电流IL1及IL2增加，亦即总电流增加。
当负载电流IL1及IL2增加后，使得第一组正极性输入控制模组3a与第二组正极性输入控制模组3b两者的第二运算放大器的输出增加，经负载电流加法器37将IL1与IL2相加后，使得该负载电流加法器37输出端的回授实际电流值Vc2变负增大。如此，当该负载电流设定值vc1与回授实际电流值Vc2的值达到平衡时，即使得实际输出至负载的总电流即等于数字至模拟转换器31的输入端D0～D7所设定的负载电流值。
相似地，图6所示是以单一组负极性输入控制模组4a来构成一负极性直流电子负载。在实际的应用时，亦可并联数个相同的负极性输入控制模组，来增加其负载电流。例如图8即显示本发明的第二实施例中以两个负极性输入控制模组4a、4b并联所构成的直流负载模拟装置的电路图。在此一实施例，其总负载电流的大小即为IL1与IL2的总和。
图8中，第一组负极性输入控制模组4a与第二组负极性输入控制模组4b两者的第三运算放大器42的反相输入端-是共同经一反相电路42a而连接至一误差运算放大器46的输出端，而误差运算放大器46的反相输入端-则是连接于数字至模拟转换器41的输出端，以接收其输出电压。
此外，该第一组负极性输入控制模组4a与第二组负极性输入控制模组4b两者的第四运算放大器45的输出端是共同连接至负载电流加法器47的反相输入端-。而负载电流加法器47的输出端，经一反相电路47a予以反相，再将该反相电路47a输出端所产生的输出值送至误差运算放大器46的反相输入端-。
图8所示，当数字至模拟转换器41输入端D0～D7所设定的负载电流设定值Vd1大于回授实际电流值vd2时，误差运算放大器46的输出变减负，经过反相电路42a后，使其输出值变增大，再经过第三运算放大器42之后，则使该第一组正极性输入控制模组3a与第二组正极性输入控制模组3b两者的第三运算放大器42的输出电压VG1及VG2变更负。因此使P通道功率金属氧化物场效应电晶体元件43更导通，致使电流IL1及IL2增加，亦即使总电流增加。
当该第一组正极输入控制模组3a的负载电流IL1与第二组正极性输入控制模组3b的负载电流IL2增加后，使第四运算放大器45的输出往负值增大，经过负载电流加法器46将IL1与IL2相加并反相，故使该负载电流加法器46的输出值往正值增大，再经反相器47a使其信号反相，最后使误差运算放大器46的输出达到平衡，使实际负载电流等于数字至模拟转换器41输入端D0～D7所设定的负载电流值。
综上所述，本发明所提供的直流电子负载模拟装置，确具高度的实用价值，且亦符合专利法中所规定的新颖性及进步性要件，于是依法提出专利的申请。
Claims (2)
1、一种直流电子负载模拟装置，包括正极性输入控制电路以及负极性输入控制电路，其特征在于该正极性输入控制电路包括有：以产生负载电流设定值的一数字至模拟转换器；一第一运算放大器，其反相输入端是连接该数字至模拟转换器所输出的负载电流设定值；一N通道功率金属氧化物场效应电晶体元件，其导通状态控制极由该第一运算放大器所连接控制；一负载电流感测元件，与该N通道功率金属氧化物场效应电晶体元件串联；一第二运算放大器，并联该负载电流感测元件，其输出产生一回授实际电流值连接该第一运算放大器的反相输入端作为回授信号；
而该负极性输入控制电路包括有：以产生一负载电流设定值的一数字至模拟转换器，一反相电路连接数字至模拟转换器，一第三运算放大器，其反相输入端是连接接收该反相电路输出端的输出信号；一P通道功率金属氧化物场效应电晶体元件，其导通状态控制级由该第三运算放大器所连接控制；一负载电流感测元件，与该P通道功率金属氧化物场效应电晶体元件串联；一第四运算放大器，并联该负载电流感测元件，其输出送至该第三运算放大器的反相输入端作为回授信号。
2、根据权利要求1所述的直流电子负载模拟装置，其特征在于包括多组正极性输入控制电路以及多组负极性输入控制电路，其中各组正极性输入控制模组的第一运算放大器的反相输入端是共同连接至一误差运算放大器的输出端，而误差运算放大器的反相输入端则是连接于该数字至模拟转换器的输出端；而各组正极性输入控制模组的第二运算放大器的输出端是共同连接至一负载电流加法器的正相输入端，而负载电流加法器的输出端所产生的输出电压则送至误差运算放大器的反相输入端；
其中各组负极性输入控制模组的第三运算放大器的反相输入端是共同连接至一反相电路的输出端，而该反相电路的反相输入端则连接于一误差运算放大器的输出端，而误差运算放大器的反相输入端则是连接于该数字至模拟转换器的输出端，以接收该负载电流设定值；而各组负极性输入控制模组的第四运算放大器的输出端是共同连接至一反相电路的反相输入端，而该反相电路的输出端则是连接至一负载电流加法器的反相输入端，而负载电流加法器的输出端所产生的输出电压则送至误差运算放大器的反相输入端。
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