CN116500322A

CN116500322A - 一种可编程大功率阻性负载装置及其测试机柜

Info

Publication number: CN116500322A
Application number: CN202310760356.4A
Authority: CN
Inventors: 请求不公布姓名
Original assignee: Itech Electronic Co ltd
Current assignee: Itech Electronic Co ltd
Priority date: 2023-06-27
Filing date: 2023-06-27
Publication date: 2023-07-28

Abstract

本发明公开了一种可编程大功率阻性负载装置及其测试机柜，装置包括若干模组，模组包括控制板和设置在控制板上的2N个电阻，N≥2，2N个电阻的首端相连，2N个电阻的末端相连，且第一个电阻的末端与第二个电阻的首端连接，第二个电阻的末端与第三个电阻的首端连接，依次连接至第2N‑1个电阻的末端与第2N个电阻的首端连接，使得2N个电阻在控制板上作为一整个电阻输出阻值，模组之间通过控制板级联，可以任意组合出待测物需要的拉载阻值。本装置极大的增加了负载箱整体的拉载能力，可编程控制，实现完全自动化测试的需求，其测试机柜能实现整个机柜内模组结构件的快速安装。

Description

一种可编程大功率阻性负载装置及其测试机柜

技术领域

本发明涉及电阻负载装置技术领域，具体涉及一种可编程大功率阻性负载装置及其测试机柜。

背景技术

目前，行业内用于模拟测试环境的可编程负载箱（用电器），基本上都是采用了阻值步进式的方式（如1:2:4:8）变换阻值，这些电阻全部串联在一条主回路中，然后依靠继电器的闭合去短路某颗电阻，实现电阻棒的切入切出，从而达到任意变换阻值的目的。这样的设计方式，输出精度较高，可以实现0.1Ω精度的阻值切换。但是，实际使用中，对于较大功率的拉载需求就不能够满足，因为是串联设计，所以在回路中流经每颗电阻的电流是一样的，较大阻值的电阻就会承担非常大的功耗，对于单颗电阻的拉载能力要求很高，但是现实中单颗电阻的实际使用功耗只能做到1KW左右。

发明内容

本发明的目的在于针对目前现有可编程电阻负载箱存在的缺陷，设计出阻值编程更灵活、适用测试需求更广泛的可编程大功率阻性负载装置。

本发明公开了一种可编程大功率阻性负载装置，所述模组包括控制板和设置在控制板上的2N个阻值相同的电阻，N≥2，2N个电阻的首端相连，2N个电阻的末端相连，实现2N个电阻并联，且第一个电阻的末端与第二个电阻的首端连接，第二个电阻的末端与第三个电阻的首端连接，依次连接至第2N-1个电阻的末端与第2N个电阻的首端连接，实现2N个电阻串联，第一个电阻的首端连接A端，第2N个电阻的末端连接B端，使得串并联的2N个电阻在控制板上作为一整个电阻RX经输出端A和输出端B输出阻值，所述模组之间通过控制板级联，级联的电阻RX之间并联和/或串联，经过级联后，可以任意组合出待测物需要的拉载阻值。

进一步地，所述控制板上还包括继电器，所述控制板控制继电器的闭合和断开来控制电阻之间的串并联关系调整阻值。

进一步地，所述继电器有8N-5个，N≥2，其中2N-1个继电器用于2N个电阻之间的串联，4N-2个继电器用于2N个电阻之间的并联，剩余继电器用于实现2N个两两一组电阻先串联再并联。

进一步地，用于2N个电阻之间的串联的继电器设置在每两个电阻末端与首端连接之间，用于2N个电阻之间的并联的继电器设置在每个两个电阻首端与首端连接之间以及每个两个电阻末端与末端连接之间，用于实现2N个电阻两两一组间先串联再并联的继电器设置在每两个相邻奇数编号的电阻首端之间以及每两个相邻偶数编号的电阻末端之间。

进一步地，2N个所述模组的输出端A和输出端B分别通过该模组的控制板级联到控制板，N≥2，级联后可作为一个新的模组与其他模组级联，所有级联的模组进行并联和/或串联，串并联后的阻值以最后级联的控制板作为总输出端输出。

进一步地，所述控制板通过 RS485总线通讯方式和上位机串口通信，实现可编程控制，由程序控制自动输出阻值。

本发明还公开了一种基于上述可编程大功率阻性负载装置的测试机柜，所述模组固定在安装面板上，通过将装配好的各个安装面板固定安在于测试机柜内的托架上，实现整个测试机柜的快速安装，所述模组的控制板电源采用线性电源供电。

本发明的有益效果：

1、本发明公开的装置极大的增加了负载箱整体的拉载能力；

2、本发明公开的装置可编程控制，实现完全自动化测试的需求；

3、本发明公开的装置可以很好的适应工厂负载的通讯环境，通讯更可靠，通讯距离更远，满足远程控制需求和不受使用场地大小的限制；

4、本发明公开的装置满足产品测试需求的情况下，极大的节约成本，可以做到比同样功能的负载箱成本低很多；

5、本发明公开的测试机柜能实现整个电阻柜内部模组结构件的快速安装，如果需要更换或者调整，只需要对每个小的模组进行改动即可，搭建方便。

附图说明

图1是现有的负载装置内部结构示意图。

图2是本发明公开的控制板上电阻串并联电路示意图。

图3是本发明公开的多个模组级联时总的连接示意图。

实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明公开了一种可编程大功率阻性负载装置，包括若干模组，所述模组包括控制板和设置在控制板上的2N个阻值相同的电阻，N≥2，2N个电阻的首端相连，2N个电阻的末端相连，实现2N个电阻并联，且第一个电阻的末端与第二个电阻的首端连接，第二个电阻的末端与第三个电阻的首端连接，依次连接至第2N-1个电阻的末端与第2N个电阻的首端连接，实现2N个电阻串联，第一个电阻的首端连接A端，第2N个电阻的末端连接B端，使得串并联的2N个电阻在控制板上作为一整个电阻RX经输出端A和输出端B输出阻值，所述模组之间通过控制板级联，级联的电阻RX之间并联和/或串联，经过级联后，可以任意组合出近似于待测物需要的拉载阻值。

所述控制板上还包括继电器，所述控制板控制继电器的闭合和断开来控制电阻之间的串并联关系调整阻值。所述继电器有8N-5个，其中2N-1个继电器用于2N个电阻之间的串联，4N-2个继电器用于2N个电阻之间的并联，剩余继电器用于实现2N个电阻先串联再并联。具体的，用于2N个电阻之间的串联的继电器设置在每两个电阻末端与首端连接之间，即第一个电阻的末端和一个电阻首端通过第一个继电器相连，第二个电阻末端和第三个电阻首端通过一个继电器相连，以此类推，第2N-1个电阻末端与第2N个电阻的首端通过一个继电器相连。用于2N个电阻之间的并联的继电器设置在每个两个电阻首端与首端连接之间以及每个两个电阻末端与末端连接之间，即第一个电阻的首端与第二个电阻的首端通过一个继电器相连，第一个电阻的末端与第二个电阻的末端通过一个继电器相连，第二个电阻的首端与第三个电阻的首端通过一个继电器相连，第二个电阻的末端与第三个电阻的末端通过一个继电器相连，以此类推，第2N-1个电阻的首端与第2N个电阻的首端通过一个继电器相连，第2N-1个电阻的末端与第2N个电阻的末端通过一个继电器相连。用于实现2N个电阻两两一组间先串联再并联的继电器设置在相邻两个奇数编号的电阻首端之间和相邻两个偶数编号的电阻末端之间，即第一个电阻首端和第三个电阻首端之间通过一个继电器相连，第三个电阻首端和第五个电阻首端通过一个继电器相连，以此类推，第2N-3个电阻首端和第2N-1个电阻首端通过一个继电器相连；第二个电阻末端与第四个电阻末端通过一个继电器相连，第四个电阻末端与第六个电阻末端通过一个继电器相连，以此类推，第2N-2个电阻末端与第2N个电阻末端通过一个继电器相连。

如图2所示，本实施例公开了单个控制板上由四颗80Ω的电阻进行串并联的控制电路示意图，四颗80Ω的电阻为R1、R2、R3、R4，继电器K1、K2、K3、K4、K5及K6用于电阻之间的并联，继电器K7、K8及K9用于电阻之间的串联；继电器K10的两端分别连接于电阻R1首端和电阻R3的首端，继电器K11的两端分别连接于电阻R2末端和电阻R4的末端，K10和K11的作用是当闭合继电器K7、K9、K10、K11时，可以实现四颗80Ω电阻先串联再并联，这样阻值没有改变，但是拉载能力提高了四倍。

2N个模组的输出端A和输出端B分别通过该模组的控制板级联到一个控制板，级联后该控制板可作为一个新的模组与其他模组级联，所有级联的模组进行并联和/或串联，串并联后的阻值以最后级联的控制板作为总输出端输出。

如图3所示，本实施例公开了多个模组级联时总的连接示意图，本示例的负载装置包括八个模组，模组1、模组2、模组3、模组4、模组5、模组6、模组7和模组8，每个模组的设置如图2所示，包括四个电阻及一个控制板。

模组1的继电器为1K1、1K2、1K3、1K4、1K5、1K6、1K7、1K9、1K10、1K11，模组2的继电器为2K1、2K2、2K3、2K4、2K5、2K6、2K7、2K9、2K10、2K11，模组3的继电器为3K1、3K2、3K3、3K4、3K5、3K6、3K7、3K9、3K10、3K11，模组4的继电器为4K1、4K2、4K3、4K4、4K5、4K6、4K7、4K9、4K10、4K11，模组5的继电器为5K1、5K2、5K3、5K4、5K5、5K6、5K7、5K9、5K10、5K11，模组6的继电器为6K1、6K2、6K3、6K4、6K5、6K6、6K7、6K9、6K10、6K11，模组7的继电器为7K1、7K2、7K3、7K4、7K5、7K6、7K7、7K9、7K10、7K11，模组8的继电器为8K1、8K2、8K3、8K4、8K5、8K6、8K7、8K9、8K10、8K11。

本处XKY代表的意思是：X表示控制板的序号，X的值为第几块控制板，K表示继电器，Y表示继电器的序号，Y的值为第几颗继电器，1K1就表示第一块控制板的第一颗继电器。模组1~8中,继电器XK1、XK2、XK3、XK4、XK5及XK6用于电阻之间的并联，继电器XK7、XK8及XK9用于电阻之间的串联；继电器XK10的两端分别连接于电阻R1首端和电阻R3的首端，继电器XK11的两端分别连接于电阻R2末端和电阻R4的末端。

当以其中的七个模组级联进行阻值切换时，阻值可以在2.86-2240Ω之间进行切换，最小分辨率1Ω。模组1、模组3、模组5及模组7的输出端A、B分别通过其模组对应的控制板1、控制板3、控制板5和控制板7级联到控制板9，级联后，将其视为一个新的模组9，即继电器9K1、9K2、9K3、9K4、9K5及9K6用于模组1、模组3、模组5及模组7之间的并联，继电器9K7、9K8及9K9用于模组1、模组3、模组5及模组7之间的串联，继电器9K10的两端分别连接于模组1的A端和模组5的A端，继电器9K11的两端分别连接于模组3的B端和模组7的B端。模组9、模组4、模组6及模组8的输出端A、B分别通过其模组对应的控制板9、控制板4、控制板6及控制板8级联到控制板10。即继电器10K1、10K2、10K3、10K4、10K5及10K6用于模组9、模组4、模组6及模组8之间的并联，继电器10K7、10K8及10K9用于模组9、模组4、模组6及模组8之间的串联，继电器10K10的两端分别连接于模组9的A端和模组6的A端，继电器10K11的两端分别连接于模组4的B端和模组8的B端，最终，所有级联的模组进行串并联后的阻值以控制板10作为总输出端输出到装置的红黑接线柱上，此时的阻值即外部测试需要的阻值。

用控制板控制继电器的闭合和断开来控制电阻之间的串并联关系调整阻值，其中典型值为最小2.86Ω时，可通过闭合如下继电器获得：1K1，1K2，1K3，1K4，1K5，1K6；3K1，3K2，3K3，3K4，3K5，3K6；5K1，5K2，5K3，5K4，5K5，5K6；7K1，7K2，7K3，7K4，7K5，7K6；9K1，9K2，9K3，9K4，9K5，9K6；4K1，4K2，4K3，4K4，4K5，4K6；6K1，6K2，6K3，6K4，6K5，6K6；8K1，8K2，8K3，8K4，8K5，8K6；10K1，10K2，10K3，10K4，10K5，10K6。将电阻塔内部全部28颗80Ω的电阻棒进行并联设置，此时阻值=80÷28≈2.86Ω。

其中典型值为最大值2240Ω时，可通过闭合如下继电器获得：1K7，1K8，1K9；3K7，3K8，3K9；5K7，5K8，5K9；7K7，7K8，7K9；9K7，9K8，9K9；4K7，4K8，4K9；6K7，6K8，6K9；8K7，8K8，8K9；10K7，10K8，10K9。将电阻塔内部全部28颗80Ω的电阻棒进行串联设置，此时阻值=80×28=2240Ω。

其中当设置的一个中间阻值为8Ω时，可通过闭合如下继电器获得：1K1，1K2，1K3，1K4，1K5，1K6；3K1，3K2，3K3，3K4，3K5，3K6；5K1，5K4，5K11；9K1，9K2，9K4，9K5；10K4，10K11。将电阻塔内部全部28颗80Ω电阻棒中的10颗进行并联设置，此时阻值=80÷10=8Ω。

本实施例公开的阻性负载装置，由若干根80Ω电阻进行多种串并联的连接，即可改变模块端口的电阻值；由于每根电阻都是同样阻值，且单根达到800W（可根据使用需求增大至3500W）的功率，进行串并联连接后每根电阻阻值一样，分担的功耗也一样，可以实现大功率拉载；采用无感电阻，没有容抗和感抗，对电压测试不会产生干扰。

本发明公开的装置基于STM32F103芯片的下位机控制板和上位机维护软件，控制板通过 RS485总线通讯方式和上位机串口通信，实现可编程控制，由程序控制自动输出阻值。上位机维护软件工具选项包含单继电器维护、组合继电器维护、并联电路图继电器、串联电路图继电器等多个选项,每个选项具有查询、添加、修改、删除继电器等指令。通过下位机韧体程序对上位机的控制指令进行应答，检查控制是否正确，组网通讯距离远、抗干扰能力强。

如图1所示，本发明还公开了一种可编程大功率阻性负载装置测试机柜，使用标准尺寸的测试机柜，配合专用的安装面板，可以将由控制板300、电阻200和继电器组成的模组用螺母固定在每块安装面板上，再将装配好的各个安装面板组合横着放置于37U机箱100的托架上，用螺母固定好。控制板电源采用线性电源400供电。这样就能实现整个测试机柜内部模组结构件的快速安装，如果需要更换或者调整，只需要对每个小的模组进行改动即可。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种可编程大功率阻性负载装置，包括若干模组，其特征在于，所述模组包括控制板和设置在控制板上的2N个阻值相同的电阻，N≥2，2N个电阻的首端相连，2N个电阻的末端相连，实现2N个电阻并联，且第一个电阻的末端与第二个电阻的首端连接，第二个电阻的末端与第三个电阻的首端连接，依次连接至第2N-1个电阻的末端与第2N个电阻的首端连接，实现2N个电阻串联，第一个电阻的首端连接A端，第2N个电阻的末端连接B端，使得串并联的2N个电阻在控制板上作为一整个电阻RX经输出端A和输出端B输出阻值，所述模组之间通过控制板级联，级联的电阻RX之间并联和/或串联，经过级联后，可以任意组合出待测物需要的拉载阻值。

2.根据权利要求1所述的可编程大功率阻性负载装置，其特征在于，所述控制板上还包括继电器，所述控制板控制继电器的闭合和断开来控制电阻之间的串并联关系调整阻值。

3.根据权利要求2所述的可编程大功率阻性负载装置，其特征在于，所述继电器有8N-5个，N≥2，其中2N-1个继电器用于2N个电阻之间的串联，4N-2个继电器用于2N个电阻之间的并联，2N-2个继电器用于实现2N个电阻两两一组先串联再并联。

4.根据权利要求3所述的可编程大功率阻性负载装置，其特征在于，用于2N个电阻之间的串联的继电器设置在每两个电阻末端与首端连接之间，用于2N个电阻之间的并联的继电器设置在每个两个电阻首端与首端连接之间以及每个两个电阻末端与末端连接之间，用于实现2N个电阻两两一组间先串联再并联的继电器设置在每两个相邻奇数编号的电阻首端之间以及每两个相邻偶数编号的电阻末端之间。

5.根据权利要求1所述的可编程大功率阻性负载装置，其特征在于，2N个所述模组的输出端A和输出端B分别通过该模组的控制板级联到控制板，N≥2，级联后的控制板可作为一个新的模组与其他模组级联，所有级联的模组进行并联和/或串联，串并联后的阻值以最后级联的控制板作为总输出端输出。

6.根据权利要求1所述的可编程大功率阻性负载装置，其特征在于，所述控制板通过RS485总线通讯方式和上位机串口通信，实现可编程控制，由程序控制自动输出阻值。

7.根据权利要求1-6任一项所述的可编程大功率阻性负载装置的测试机柜，其特征在于，所述模组固定在安装面板上，通过将装配好的各个安装面板固定安在于测试机柜内的托架上，实现整个测试机柜的快速安装，所述模组的控制板电源采用线性电源供电。