CN1368644A - 电子负载装置 - Google Patents

Abstract

一种电子负载装置,可测定负载测试状态下的涟波与杂讯。从供测试电源装置的电压输出线的作电流检测电阻两端的电压下降量加上差动放大的电压作回授控制,同时,在该运算放大器的输出设置补偿与接地的电位差的差动放大器,可以排除供测试电源的各个电压输出线的导线电阻所产生的影响,通过将共模检查线圈附加于供测试电源的各个电压输出端子与电子负载装置输入端子间,可以在实用频率区域大幅减少高频共模杂讯,所以,虽然是非绝缘型电子负载装置,但可以达到安定的高频多输出负载测试。

Description

电子负载装置

本发明乃关于一种使用于非绝缘型多输出切换电源装置的负载测试的电子负载装置。

各种资讯处理设备及音响设备所使用的电源装置，虽然普遍是使用非绝缘型多输出切换电源装置，但对于该电源装置各个电压输出的电子负载测试，是个别连接浮接(flating)型电子负载装置来进行的。

该电源装置的共同线(common line)是共通的，且各个电压输出电路是非绝缘形式，所以，在赋予该电源装置的各个电压输出的电子负载的控制电路时，由于该电源装置的电压输出电路的导线电阻及电源装置的电压产生电路内部的接地及共同线的回授电流所产生的电位差，故会在应到达负载电流检出手段及所定的电子负载量的电压设定值有一电位差。

此外，因为会同时测定资讯处理设备与通讯机器用该电源装置在负载特性测试时的涟波(ripple)与杂讯(noise)，所以，连接该电源装置的各个电压输出的电子负载装置必须是浮接(floating)型的，电子负载装置与该电源装置的电压输出共通线间，会产生高频共模杂讯(common modenoise)，对涟波与杂讯的测试有很大的影响。

将个别的电子负载装置连接于每个电压输出，进行电子负载测试，会招致测试装置的高价格化及装置的复杂化，或使与控制测试全体条件的控制器之间通讯介面增加，并使对该电源装置的各个电压输出的负荷特性量的时间同步难以确保，结果，就提高了检测设备在维护操作方面上的繁杂性。

有鉴于上述的实际状况，本发明的目的在于提供一种可一体型对应多输出的电子负载装置，详而言之，其在供应多输出切换电源的负载测试的电子负载装置中，将供测试电源的各个电压输出的电子负载控制电路，设置补偿供测试电源装置的共通线与接地间所产生的电位差影响的手段，因此，不需要如已知技术一般必须连接个别的浮接型电子负载装置；如此一来，除了排除供测试电源装置的负载特性测试装置的复杂性之外，亦可提高供测试电源装置生产工程上的负载测试效率。

本发明的目的可以按下述方式实现，本发明一种电子负载装置，为一种供应非绝缘型多输出切换电源装置的负载测试的电子负载装置，其特征在于：差动放大器，将供测试电源装置的各个电压输出电流检出电阻引起的电压下降予以放大，并将该放大的电压，外加于产生因应供测试电源装置的各个电压输出的所定电子负载的运算放大器的一输入端，同时，在该初段运算放大器的输出上，设置差动放大方式的二次放大器，通过将该二次放大器的差动电压输入的一端接地，使不影响供测试电源装置的各个电压输出的电压输出线的导线电阻引起的电压下降，因而可以对供测试电源装置的各个电压输出供应所定的负载。

本发明进一步特征在于：采用电流检出用差动放大器与二次放大手段的差动放大器的输入电阻值，设定为对供测试电源装置的电压输出线导线电阻具有足够的阻抗值，如此一来，虽然是非绝缘性，但可以排除因为供测试电源装置的各个电压输出的共通线与接地线的电位差引起的电子负载控制的影响。在该电子负载装置的电压输出端子设置共模检查线圈，于实用频率区域中，可以减少从供测试电源装置经由该电子负载装置来的高频共模电流，使不影响供测试电源负载时的涟波与杂讯的测定。

在本发明的多输出切换电源的负载特性测试用一体型多输出电子负载装置中，除了将供测试电源装置的各个电压输出的电流值检出用电阻两端所产生的电位差进行差动放大，在控制所定电子负载量的运算放大器上加上回授控制之外，同时，在该运算放大器的输出设置补偿与接地的电位差的差动放大器，将该差动放大器的输出与连接于供测试电源装置的各个电压输出的晶体管及MOSFET等的负载电流控制元件相连接，由此，可以排除供测试电源的各个电压输出线的导线电阻引起的共通线与接地间所产生的电位差影响，可以提供一种非绝缘型且一体化的多输出电子负载装置。

此外，通过供测试电源装置的电压输出线导线电阻值来大大地加大前述差动放大器的输入电阻值，因为可以防止不需要的电流回授到供测试电源的电压输出线来的电子装置内电流回授控制回路以外，因此，虽然是非绝缘型，但亦可达到与绝缘型电子负载装置一样的电子负载量控制。

利用将共模检查线圈(common modc chcck coil)连接在本发明的电子负载装置的各个电压输入端子，可以减少从供测试电源装置的电压输出共通线经由该电子负载装置来的高频区域的高频共模电流至绝缘型电子负载以上，因此，可以达到不会影响供测试电源装置负载测试时的涟波与杂讯的测定测试。

附图说明：

图1是本发明权利要求1记载的实施例电路连接图；

图2是图1的放大器的放大电路组合图；

图3是本发明权利要求2记载的多输出电源的对应电路构造图；

图4是本发明权利要求3记载的电路构造图；

图5是绝缘型电子负载装置的负载端子与接地间的阻抗测定结果波形图；

图6是本发明的负载端子与接地间的阻抗测定结果波形图。

图1为本发明专利权利要求1所记载的第一实施例形态。作为测试电源装置的电压输出E2的电流IE2，利用电流检测电阻R1予以检测，并由该电阻两端所产生的电位差AV3 in送至差动放大器A3。差动放大器A3所放大的回授控制电路VA3 out乃进一步送至运算放大器A1。利用该运算放大器A1计算出本发明的多输出电子负载装置的负载控制电压E1与回授控制电压VA3 out的差动电压并放大，再连接至差动放大器A2的一输入端。将该差动放大器A2的另一输入端予以接地，以差动放大器A2将运算放大器A1的输出电压A1 out与接地间的电位差予以放大，并输出至负载电流控制元件Q1，利用该差动放大器A2的输出电压VA2 out的负载电流控制元件Q1的互导(conductance)GQ1所放大的电流就是负载电流IE2。

在本发明的一体型多输出电子负载装置中，将图1所示的各放大手段、图2的1-6所示的放大电路，以表1的1-6所示的组合构成即可达到即使电子负载侧的负载控制电压的极性是相同的，亦可对应供测试电源装置的各种电压输出及极性组合的构成。

表1

	E1极性	A1放大电路	A2放大电路	A3放大电路	Q1极性	E2极性
							(1)	+	AMP3	AMP1	AMP1	N	+
(2)	+	AMP4	AMP2	AMP1	N	+
							(3)	+	AMP5	AMP2	AMP2	N	+
(4)	+	AMP6	AMP1	AMP2	N	+
							(5)	+	AMP3	AMP2	AMP2	P	-
(6)	+	AMP4	AMP1	AMP2	P	-
							(7)	+	AMP5	AMP1	AMP1	P	-
(8)	+	AMP6	AMP2	AMP1	P	-
							(9)	-	AMP3	AMP2	AMP2	N	+
(10)	-	AMP4	AMP2	AMP2	N	+
							(11)	-	AMP5	AMP1	AMP1	N	+
(12)	-	AMP6	AMP1	AMP1	N	+
							(13)	-	AMP3	AMP1	AMP1	P	-
(14)	-	AMP4	AMP2	AMP1	P	-
							(15)	-	AMP5	AMP2	AMP2	P	-
(16)	-	AMP6	AMP1	AMP2	P	-

此外，如图2的1、2所示的差动放大器的电路例AMP1、AMP2的r1-r4的电阻值为r2×r3＝r1×r4

通过保持这样的关系，即可得以充分的同相电压除去比。此外，于AMP3-AMP6的放大器电路构造中，为了简略说明，而省略了负回授回路的频率特性补偿电路。

在此就以图1的电路构造来详细说明各放大手段适用图2之3放大电路的实施例的各部动作。供测试电源装置的电压输出E2流动的电流IE2电流值，因为电流检测电阻R1两端的电位差AV3 in输入差动放大器A3，所以，该电位差为：

VA3 in＝IE2×R1......公式(1)

差动放大器A3的输出电压VA3 out，是VA3 in与差动放大器A3的放大倍率GA3的积，从公式(1)的关系来看，为：

VA3 out＝VA3 in×GA3

       ＝IE2×R1×GA3……公式(2)

此输出电压VA3 out，被当作为了将从电压输出E2流动的电流IE2保持所定的电流量的回授控制电压，与负载控制电压E1一起，连接于运算放大器A1。在此，将运算放大器A1的输出电压当作VA1 out，其为输出电压VA3 out与运算放大器A1的放大倍率GA1的积，从公式(2)的关系来看，为：

VA1 out＝(E1-VA3 out)×GA1

       ＝(E1-IE2×R1×GA3)×GA1……公式(3)

此输出电压VA1 out是连接于差动放大器A2。该差动放大器A2输出电压VA2 out，是输出电压VA1 out与差动放大器A2的放大倍率GA2的积，从公式(3)的关系来看，为：

VA2 out＝VA1 out×GA2

       ＝(E1-IE2×R1×GA3)×GA1×GA2……公式(4)

在此，从供测试电源的电压输出E2流动的电流E2，是负载电流控制元件Q1的输出电压VA2 out的互导(conductance)GQ1的积，从公式(4)的关系来看，为：

IE2＝VA2 out×GQ1

   ＝(E1-IE2×R1×GA3)×GA1×GA2×GQ1……公式(5)

将此公式(5)展开，即为：

在此，运算放大器A1的放大倍率GA1＝10×⁶

差动放大器A2的放大倍率GA2＝1

负载电流控制元件的互导GQ1＝20S

电流检测电阻R1＝5×10^-3Ω

差动放大器A3的放大倍率GA3＝100

故为公式(6)R1×GA1×GA2×GA3×GQ1的积＝10×⁷

如公式(7)所示，公式(6)的右边第2项部分可以近似1，所以，

公式(8)的等效公式成立。

在前述的各定数条件下，将控制目标电流值IE2定为10A时，负载控制电压E1的值可以为10V。此外，因为负载控制电压E1与控制目标电流值IE2有比例的关系，所以，对于供测试电源的各个电压输出的任意负载电流IE2的控制，从公式(8)的关系来看，利用控制负载控制电压E1值，即可赋予目标的负载电流。在本实施例的说明中，是将负载电流控制元件作MOSFET，但采用场效晶体管或双极性晶体管等，亦可达到同样的动作。

图3为本发明非绝缘型三输出切换电源的电子负载装置连接例。此为供测试电源的三输出之中，电压输出E2与E4为正极，E6为负极时的电路例，负载控制基准电压E1、E3、E5全为正极。连接于供测试电源的电压输出E2、E4的电子负载电路的放大手段，适用表1之3的放大电路，连接于E5的电子负载电路，适用表1之7的放大手段。图3的R2、R4、R6为供测试电源的各个电压输出线的导线电阻。

因为各电压输出的共同线是共通的，所以导线电阻R2、R4、R6也会产生电压下降，因为供测试电源为非绝缘型多输出切换电源，所以，各个电压输出线的导线电阻加上电压下降，会使电压输出的共通接地电位产生变化，该电位变化的等效值为E7。电压输出线导线电阻R2、R4、R6所产生电压下降及共通接地电位E7，即使对电子负载装置的接地带有电位有效期，但在本发明的电子负载装置中，因为有各负载控制电路的负载电流控制回路A2及A3、A5及A6、A8及A9的差动放大器，所以不易受到此电位差的影响。

本发明的电子负载装置中，对于供测试电源的导线电阻，从电流检测电阻，经由差动放大器，再从运算放大器经由差动放大器，使电流控制元件Q1极少漏出于流动的负载电流控制的主回路以外。例如，导线电阻R2是1×10^-2Ω，负载电流IE2为10A时的导线电阻所引起的电位有效期是1×10^-1V，差动放大电路A2、A3的阻抗(impedance)是5×10³Ω时，漏电流为2×10^-5A，是极微小的电流值。使用本发明的非绝缘型多输出电子负载装置，对于非绝缘型多输出切换电源，可使供测试电源各个输出电流间的干涉变的极小，即使是非绝缘型电子负载，通过本发明的电路构造，即使是直流的，也可达到接近绝缘型电子负载装置的状态。

其次就权利要求3所记载的创作的效果。资讯处理设备及音响设备等所使用的多输出切换电源，一般会要求与电子负载测试同时产生负荷时的涟波与杂讯的测定，需在100KHz^-约20MHz的频率区域间。因为非绝缘型多输出电子负载装置是并列连接的，从供测试电源装置的共通线经由该电子负载装置流来的高频共模杂讯，会对前述的涟波与杂讯测定产生很大的影响，所以只得个别连接绝缘型电子负载装置。

图5是已知技术的绝缘型电子负载装置对高频共模杂讯的测定结果。图5的A产品是计测技术研究所制的EL-302RB电子负载装置、B产品是Hewlett Packard(HP)公司制的HP6063A电子负载装置的测定结果，个别的电子负荷端子接地间的阻抗值的频率特性如图所示，1MHz下的阻抗，A产品、B产品均约为3Ω。

图6为A产品的电子负载连接端子附加共模检查线圈(common modecheck coil)状态下的测定结果，1MHz下的阻抗约为400Ω。此外，在20khH附近所附加的共模检查线圈的共振频率区域的阻抗虽然会减衰，但在前述的100KHz^-约20MHz的涟波与杂讯的实用测定频率区域，若根据已知技术的绝缘型电子负载装的阻抗改善效果是10倍以上，将共模检查线圈附加于本发明的电子负载端子，有效于减低从供测试电源的共通线经由电子负载装置的高频共模电流，所以，即使是非绝缘型电子负载装置，在负载特性测试时，亦不影响供测试电源装置的涟波与杂讯的测定。

如上说明的本发明的电子负载装置，不会影响测试对象的多输出切换电源的各个电压输出的导线电阻，虽然是非绝缘型，但可以将所定的电子负载供应至供测试电源装置的各个电压输出，在实用频率区域大幅减少从供测试电源装置经由电子负载装置来的高频共模电流，使在负载特性测试时，不影响供测试电源装置的涟波与杂讯的测定。

Claims (3)

1、一种电子负载装置，为一种供应非绝缘型多输出切换电源装置的负载测试的电子负载装置，其特征在于：差动放大器，将供测试电源装置的各个电压输出电流检出电阻引起的电压下降予以放大，并将该放大的电压，外加于产生因应供测试电源装置的各个电压输出的所定电子负载的运算放大器的一输入端，同时，在该初段运算放大器的输出上，设置差动放大方式的二次放大器，通过将该二次放大器的差动电压输入的一端接地，使不影响供测试电源装置的各个电压输出的电压输出线的导线电阻引起的电压下降，因而可以对供测试电源装置的各个电压输出供应所定的负载。

2、如权利要求1所述的电子负载装置，其特征在于：采用电流检出用差动放大器与二次放大手段的差动放大器的输入电阻值，设定为对供测试电源装置的电压输出线导线电阻具有足够的阻抗值，如此一来，虽然是非绝缘性，但可以排除因为供测试电源装置的各个电压输出的共通线与接地线的电位差引起的电子负载控制的影响。

3、如权利要求1所述的电子负载装置，其特征在于：在该电子负载装置的电压输出端子设置共模检查线圈，于实用频率区域中，可以减少从供测试电源装置经由该电子负载装置来的高频共模电流，使不影响供测试电源负载时的涟波与杂讯的测定。

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