CN201348656Y - 用于交、直流电源或发电机的电子负载装置 - Google Patents

用于交、直流电源或发电机的电子负载装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种能实现交流、直流发电机或者交流、直流电源负载调节的用于交、直流电源或发电机的电子负载装置，包括与交、直流电源或发电机相连接的三相整流桥、由负载电阻、开关MOS管和电流采样电阻构成的电子负载主回路以及PWM控制单元、电流反馈滤波单元、负载给定单元、声光报警单元、输出保持电路，能实现交流、直流电源或者交流、直流发电机负载调节的电子负载，具有安全可靠、成本低、维护简单、经济实用的优点。

Description

用于交、直流电源或发电机的电子负载装置
技术领域
本实用新型涉及一种能实现交流、直流发电机或者交流、直流电源负载调节的用于交、直流电源或发电机的电子负载装置。
背景技术
目前在电动机试验的负载调节中，普遍采用被测电动机同轴拖动直流发电机，直流发电机连接可调电阻，通过调节电阻的阻值的方法，改变被测电机负载的大小。这种方法需要提供阻值较大，功率与电机相匹配的电阻箱，成本较高。当调节不当时，很容易造成过流，造成电阻箱或者电机的损坏，而且电阻箱调节精度不高，需要对碳刷进行维护。在大功率电源测试中，一般用一大功率电阻或滑线电阻做负载，调整比较麻烦，也有采用晶体管输出电阻作为负载，但是受晶体管工作温度的限制，需要很大的散热片，并且功率相对较低。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种成本低，带过流保护和极性转换，无触点的用于交、直流电源或发电机的电子负载装置。
本实用新型的目的是这样实现的：包括与交、直流电源或发电机相连接的三相整流桥、由负载电阻、开关MOS管和电流采样电阻构成的电子负载主回路以及PWM控制单元、电流反馈滤波单元、负载给定单元、声光报警单元、输出保持电路，其特征在于：
交、直流电源或发电机的输出端通过三相整流桥与电子负载主回路中的负载电阻、开关MOS管的漏极D相连接，开关MOS管的源极S经电流采样电阻连接负极，开关MOS管的栅极G与PWM控制单元相连接；
PWM控制单元包括PWM核心控制芯片及其外围电路、PI调节运算放大器A1和过流保护引脚部分，PWM核心控制芯片的输出端与MOS管的栅极G相连接，控制MOS管的通断；PI调节运算放大器A1的同相输入端(+)与控制输入信号相连，反相输入端(-)与负载给定单元相连接，输出端与PWM核心控制芯片的控制引脚相连接；
电流反馈滤波单元连接在采样电阻与PI调节运算放大器A1的同相输入端(+)之间，用于对采样电阻采到的PWM电压信号进行滤波，使其平均值正确反映负载电流的大小，并通过运算放大器A3进行适当放大，送入PI调节运算放大器A1的同相输入端(+)构成电流闭环，
负载给定单元包括微控制器的DA输出口、跳线JP2、继电器J1、可调电位器Rf3、连接基准电压的可调电位器Rf1，
声光报警单元由发光二极管D2、蜂鸣器LS1和三极管Q2连接组成，三极管Q2的基极连接到PI调节运算放大器A1的反馈输入端，
电压比较器A2，其同相输入端与采样电阻相连，反相输入端与过流保护的设定值相连，该设定值采用基准电压电位器分压，当同相输入端高于设定值时，输出高电平，
输出保持电路包含一输入端、一输出端和一复位端，其输入端与电压比较器A2的输出端相连，当其输入端为低电平时，其输出端为低电平，当其输入端检测到高电平出现时，其输出端为高电平并一直保持或保持相当长一段时间，并将该高电平输入到PI调节运算放大器A1的同相输入端(+)，封锁PWM输出，驱动保护信号动作，直到复位信号按下为止。
PWM控制芯片的输出PWM波的频率根据外围电路进行调节，包含PWM占空比控制输入端，PWM输出端。
PI运算放大器的同相输入端通过微控制器的DA输出口经转换后给定，也用基准电压通过精密可调电位器手动给定，其反相输入端输入值的大小根据需要对采样值进行适当放大。
本实用新型具有安全可靠、成本低、维护简单、经济实用的优点。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图。
图2为本实用新型的电路连接示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包含一整流和极性转换电路，当交、直流电源或发电机电源输入后，由整流桥予以整流和自动极性转换，一电子负载主回路，该主回路包括负载电阻、开关MOS管，电流采样电阻。PWM控制部分给MOS管提供开关信号，同时根据负载给定和反馈值比较对输出PWM波的占空比进行控制。电流采样电阻为PWM控制提供负载反馈值，同时，反馈给过流保护检测装置，一旦检测到负载电流信号超过设定电流信号，则输出保护信号并保持，此时封锁PWM脉冲输出，同时驱动声光报警，直到复位信号发出。
在图2中，一交、直流电源或发电机的输出端输入到该主回路后，由整流桥给以整流和自动极性转换。经电容滤波后正极经由负载电阻RL和MOS管的漏极D相连，MOS管源极经由采样电阻R0回另外一极。其中1为三相整流桥，2为电容及其放电电阻，3为负载电阻，4为开关MOS管，5为采样电阻，6为PWM控制单元，7为电流反馈滤波单元，8为负载给定单元，9为声光报警单元，10为输出保持电路。A1为PI调节控制运算放大器，A2为过流保护电压比较器，A3为电流反馈信号放大器。
在图2中，三相整流桥1可以作为交流电源或交流发电机的整流装置，也可用其中的任意两输入端作为直流电源或直流发电机的自动极性转换，以保证MOS管4的漏极D的电位高于源极S，避免由于极性错误导致的器件损坏和非正常工作。
电容与放电电阻单元2用于整流后的滤波，以及消除开关控制产生的反向电压对电机的不利影响。
负载电阻3的一端与MOS管4的漏极D相连，另一端连接整流桥1输出端正极。该负载电阻的选择应根据实际电机功率的大小合理选取。
MOS管4在主电路中工作于开关状态，用于控制负载的大小，其栅极S与PWM控制单元的输出端相连，通过PWM输出占空比的变化，改变负载电阻的电流，从而改变负载的大小。
采样电阻5用于采集负载电流的大小，为电流闭环控制和过流保护提供实时电流信号。该电阻采用温度变化系数很小的康铜或者锰铜等材料制造，阻值和功率需要合理选择，保证采样过程中电阻阻值基本恒定。
PWM控制单元6用于PWM控制和输出，在整个系统中为核心控制单元，该单元包括PWM核心控制芯片及其外围电路，PI调节运算放大器A1，过流保护引脚部分。其输出PWM波的频率可以根据外围电路进行调节，包含PWM占空比控制输入端，PWM输出端。其PWM波占空比受控制端电压信号的控制，其输出端与MOS管的栅极G相连，控制MOS管的通断。该单元通过给定负载和电流反馈的比较运算，自动调节PWM输出占空比，保证负载电流的恒定。
运算放大器A1，其同相输入端与控制输入信号相连，同相输入端的信号可由微处理器的DA输出口经转换后给定，也可用基准电压通过精密可调电位器给定，其反相输入端为电流反馈信号，输入值的大小可根据需要对滤波后的采样值进行放大。输出端与PWM芯片控制引脚相连。
电流反馈滤波单元7用于对采样电阻采到的PWM电压信号进行滤波，使其平均值正确反映负载电流的大小，并通过运算放大器A3进行适当放大，送入PI调节运算放大器A1的同相输入端(+)构成电流闭环。
负载给定单元8可以通过微控制器的DA输出口进行编程控制，此时其负载通过DA输入口JP2给定，可以通过Rf3调节DA给定的强度，以适应不同的微处理器和采样电阻。此时，可以根据需要，定义任意的负载曲线，对发电机或者电源进行性能测试。该给定还可以通过精密可调电位器Rf1手动给定，该电位器一端连接基准电压，保证调节后输出给定值的稳定。
声光报警单元9用于过流警示，其组成由发光二极管和蜂鸣器组成，通过三极管Q2控制系统报警与否。当检测到过流信号时，输出保持电路输出为高电平，驱动Q2动作，声光报警提示过流。
电压比较器A2，其同相输入端与电流采样相连，反相输入端与过流保护的设定值相连，该设定值采用基准电压电位器分压的方法。当同相输入端高于设定值时，输出高电平。
输出保持电路10用于接收过流信号并保持。其包含一输入端、一输出端和一复位端，其输入端与电压比较器A2的输出端相连，当其输入端为低电平时，其输出端为低电平，当其输入端检测到高电平出现时，其输出端为高电平并一直保持或保持相当长一段时间，并将该高电平输入到PI运算放大器的反相输入端，封锁PWM输出，驱动保护信号动作，直到复位信号按下为止。
所述的三极管Q2的基极与输出保持电路的输出端相连，当过流信号出现时，输出保持电路输出高电平，驱动Q2导通，声光报警。同时，将该高电平输出连接到A1的反馈输入端，从而封锁PWM输出端口，达到过流保护的目的。

Claims (1)

1、一种用于交、直流电源或发电机的电子负载装置，包括与交、直流电源或发电机相连接的三相整流桥(1)、由负载电阻(3)、开关MOS管(4)和电流采样电阻(5)构成的电子负载主回路以及PWM控制单元(6)、电流反馈滤波单元(7)、负载给定单元(8)、声光报警单元(9)、输出保持电路(10)，其特征在于：
交、直流电源或发电机的输出端通过三相整流桥(1)与电子负载主回路中的负载电阻(3)、开关MOS管(4)的漏极D相连接，开关MOS管(4)的源极S经电流采样电阻(5)连接负极，开关MOS管(4)的栅极G与PWM控制单元(6)相连接；
PWM控制单元(6)包括PWM核心控制芯片及其外围电路、PI调节运算放大器A1和过流保护引脚部分，PWM核心控制芯片的输出端与MOS管(4)的栅极G相连接，控制MOS管(4)的通断；PI调节运算放大器A1的同相输入端(+)与控制输入信号相连，反相输入端(-)与负载给定单元(8)相连接，输出端与PWM核心控制芯片的控制引脚相连接；
电流反馈滤波单元(7)连接在采样电阻(5)与PI调节运算放大器A1的同相输入端(+)之间，用于对采样电阻(5)采到的PWM电压信号进行滤波，使其平均值正确反映负载电流的大小，并通过运算放大器A3进行适当放大，送入PI调节运算放大器A1的同相输入端(+)构成电流闭环，
负载给定单元(8)包括微控制器的DA输出口、跳线JP2、继电器J1、可调电位器Rf3、连接基准电压的可调电位器Rf1，
声光报警单元(9)由发光二极管D2、蜂鸣器LS1和三极管Q2连接组成，三极管Q2的基极连接到PI调节运算放大器A1的反馈输入端，
电压比较器A2，其同相输入端与采样电阻(5)相连，反相输入端与过流保护的设定值相连，该设定值采用基准电压电位器分压，当同相输入端高于设定值时，输出高电平，
输出保持电路(10)包含一输入端、一输出端和一复位端，其输入端与电压比较器A2的输出端相连，当其输入端为低电平时，其输出端为低电平，当其输入端检测到高电平出现时，其输出端为高电平并一直保持或保持相当长一段时间，并将该高电平输入到PI调节运算放大器A1的同相输入端(+)，封锁PWM输出，驱动保护信号动作，直到复位信号按下为止。
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