CN205038324U - 直流负载的自动加载装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种直流负载的自动加载装置，涉及电力设备技术领域，本实用新型中控制器根据所需阻值确定所述负载阵列中的待导通负载电路，并向所述负载阵列发送用于导通所述待导通负载电路的驱动指令，所述负载阵列在接收到所述驱动指令后，导通所述待导通负载电路，以加载所述所需阻值的直流负载，降低了电能损耗和成本，并能模拟复杂的负载情况，测试精度加高，体积小，并且使用寿命长。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力设备技术领域，特别涉及一种直流负载的自动加载装置。
背景技术
随着经济社会的发展，电源广泛地应用于人们生产、生活的各个方面，电源质量的好坏将直接影响人们的生产和生活安全。因此，需要对电源进行测试。传统上，通常采用固定电阻、滑动变阻器和电阻箱等静态电阻作为负载，这种方法存在着能耗高、体积大、不能灵活地模拟实际负载的特性等缺点。特别是电动汽车的推广普及应用，对直流电源的测试提出了很多的要求，直流电源通常都需要测试其输出的稳压精度、纹波系数、稳流精度、限压特性、限流特性、电压、电流整定精度、充电效率等特性。
传统上，通常采用体积庞大的电阻箱、滑动变阻器和水阻试验台等静态负载来代替实际负载，传统的静态负载存在以下几个方面的缺点：
由于采用能耗型负载进行测试，有功功率的损耗过大，大量的电能被白白消耗掉，电阻消耗电能会产生热量，从而需要外加制冷设备，如空调、风扇等，增加了成本。有级调节，静态负载一般有固定的阻值或负载特性曲线，形式单一，不能模拟实际复杂的负载情况。测试精度较低，体积庞大，占用大量的空间，而且容易老化和烧损。
实用新型内容
鉴于上述问题，提出了本实用新型以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种直流负载的自动加载装置。
依据本实用新型的一个方面，提供了一种直流负载的自动加载装置，所述装置包括：依次连接的控制器和负载阵列，所述负载阵列中包括若干用于模拟不同阻值的负载电路；
所述控制器，用于根据所需阻值确定所述负载阵列中的待导通负载电路，并向所述负载阵列发送用于导通所述待导通负载电路的驱动指令；
所述负载阵列，用于在接收到所述驱动指令后，导通所述待导通负载电路，以加载所述所需阻值的直流负载。
可选地，所述负载阵列中的负载电路包括MOS场效应管，在所述MOS场效应管被驱动时，所述MOS场效应管所在的负载电路被导通。
可选地，所述装置还包括：锁存电路，所述锁存电路设于所述控制器和负载阵列之间；
所述控制器，还用于向所述锁存电路发送所述驱动指令；
所述锁存电路，用于对所述驱动指令进行缓存，并将缓存的驱动指令转发至所述负载阵列。
可选地，所述装置还包括：与所述控制器相连的上位机；
所述上位机，用于接收用户输入的所需阻值，并将接收的所需阻值发送至所述控制器。
可选地，所述上位机和控制器之间通过光电隔离式RS485接口连接。
可选地，所述装置还包括：与所述控制器相连的矩阵键盘；
所述矩阵键盘，用于接收用户输入的所需阻值，并将接收的所需阻值发送至所述控制器。
可选地，所述装置还包括：与所述控制器相连的报警输入电路；
所述报警输入电路，用于获取报警信号，并将接收的报警信号发送至所述控制器。
可选地，所述装置还包括：与所述控制器相连的电压电流采集电路；
所述电压电流采集电路，用于获取所述直流负载的电压和电流，并将获取的电压和电流发送至控制器。
可选地，所述装置还包括：与所述控制器相连的温度采集电路；
所述温度采集电路，用于获取所述直流负载的温度，并将获取的温度发送至控制器。
可选地，所述装置还包括：与所述控制器相连的显示器；
所述控制器，还用于将接收到的电压、电流和温度转发至所述显示器；
所述显示器，用于将接收到的电压、电流和温度进行展示。
本实用新型中控制器根据所需阻值确定所述负载阵列中的待导通负载电路，并向所述负载阵列发送用于导通所述待导通负载电路的驱动指令，所述负载阵列在接收到所述驱动指令后，导通所述待导通负载电路，以加载所述所需阻值的直流负载，降低了电能损耗和成本，并能模拟复杂的负载情况，测试精度加高，体积小，并且使用寿命长。
附图说明
图1是本实用新型一种实施方式的直流负载的自动加载装置的结构示意图；
图2是图1所示的装置中的锁存电路的结构示意图；
图3是图1所示的装置中负载矩阵的负载电路的结构示意图；
图4是图1所示的装置中的上位机和控制器之间的通讯原理图；
图5是图1所示的装置中的报警输入电路的结构示意图；
图6是图1所示的装置中的电压电路采集电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
图1是本实用新型一种实施方式的直流负载的自动加载装置的结构示意图；参照图1，所述装置包括：依次连接的控制器和负载阵列，所述负载阵列中包括若干用于模拟不同阻值的负载电路；
所述控制器，用于根据所需阻值确定所述负载阵列中的待导通负载电路，并向所述负载阵列发送用于导通所述待导通负载电路的驱动指令；
需要说明的是，所述控制器可选用单片微控制器C805IF020，其为一款完全集成的混合信号系统级芯片，其高速流水线结构的8051兼容CIP-51内核，速度可达25MIPS。12位，100Ksps的8通道ADC，2个12位DAC，4352(4096+256)B的64KB片内存储器可在系统编程的Flash存储器，可寻址64KB地址空间的外部数据存储器接口。片内带有高速非侵入式的在线系统调试接口带有GA和模拟多路开关。硬件可实现的SPI，SMBus/I2C和2个UART串行接口。5个通用16位定时器，有5个捕捉比较模块的可编程计数器/定时器阵列；带有内看门狗定时器，VDD监视器和温度传感器；C8051F020是一款真正独立工作的片上系统，将C8051F020应用于直流负载的自动加载装置，可大量减少外围器件，充分发挥C8051F020的高速度特点，大大提高了系统的集成度及安全性。
所述负载阵列，用于在接收到所述驱动指令后，导通所述待导通负载电路，以加载所述所需阻值的直流负载。
在具体实现中，本实施方式中的负载电路采用高精度合金电热管来模拟阻值，阻值稳定性好，温漂系数小。根据不同负载功率及电压要求，进行分档，档位由小到大实现不同电压不同电流的全覆盖。如档位为00V/0.01A、800V/0.02A、800V/0.03A、800V/0.04A、800V/0.1A、800V/0.2A、800V/0.3A、800V/0.4A即可实现800V0.01A-1.1A的全覆盖。
本实施方式中控制器根据所需阻值确定所述负载阵列中的待导通负载电路，并向所述负载阵列发送用于导通所述待导通负载电路的驱动指令，所述负载阵列在接收到所述驱动指令后，导通所述待导通负载电路，以加载所述所需阻值的直流负载，降低了电能损耗和成本，并能模拟复杂的负载情况，测试精度加高，体积小，并且使用寿命长。
可理解的是，控制所述待导通负载电路的导通可采用两种方式：直流接触器控制和MOS场效应管控制。直流接触器由于是机械结构，其特点控制速度比较慢、使用寿命短、有明显隔离断点，根据其特性，在本系统应用于，总输出的通断、报警、急停保护。MOS场效应管即金属－氧化物－半导体型场效应管，英文缩写为MOSFET(即Metal-OxideField-Effect-Transistor)，属于绝缘栅型。其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层，因此具有很高的输入电阻(最高可达1015Ω)。根据导电方式的不同，MOS场效应管又分增强型、耗尽型。所谓增强型是指：当UGS＝0时管子是呈截止状态，加上正确的UGS后，多数载流子被吸引到栅极，从而“增强”了该区域的载流子，形成导电沟道。耗尽型则是指：当UGS＝0时即形成沟道，加上正确的UGS时，能使多数载流子流出沟道，因而“耗尽”了载流子，使管子转向截止。MOS场效应管是电压控制元件，具有待机电流小、开关频率高、功耗极低的优点。
本实施方式通过MOS场效应管控制方式，也就是说，所述负载阵列中的负载电路包括MOS场效应管，在所述MOS场效应管被驱动时，所述MOS场效应管所在的负载电路被导通。
为便于对所述MOS场效应管进行控制，本实施方式中通过设置MOS控制板来对各MOS场效应管进行驱动，具有体积小，功率小，耐压高，开关速度快等优点，适合于加载直流负载的应用，实现快速的曲线跳变。
为保证对所述负载电路在导通后，能够保持导通的状态，可选地，所述装置还包括：锁存电路(未示出)，所述锁存电路设于所述控制器和负载阵列之间；
所述控制器，还用于向所述锁存电路发送所述驱动指令；
所述锁存电路，用于对所述驱动指令进行缓存，并将缓存的驱动指令转发至所述负载阵列。
本实施方式中，参照图2，所述锁存电路通过74HC573经过隔离后控制负载，其实现方式为：C8051F020经运算，对应的IO口输出信号，输入给74HC573，经74HC573缓存后，在接收到所述驱动指令后，驱动所述待导通负载电路的MOS场效应管，以加载所述所需阻值的直流负载，参照图3。
为便于用户确定所需阻值，可选地，所述装置还包括：与所述控制器相连的上位机；
所述上位机，用于接收用户输入的所需阻值，并将接收的所需阻值发送至所述控制器。
由于C8051FO20芯片有两个串行通信接口UART和UART1。为了提高其与上位机通讯的可靠性，本实施方式，所述上位机和控制器之间通过光电隔离式RS485接口连接。RS485信号以长距离、多用户、抗(共模)干扰著称。RS485信号通常会遇到干扰，如果按照干扰出现的频繁度来排队的话大致应该分为四种：1、强共模干扰。2、匹配干扰。3、硬件故障。4、线路故障。这四种情况往往不是单独存在，而是相生相伴，相互加剧，使系统不断恶化。在系统生产中严格按照以下办法解决前两个的问题：在设备内部RS485传输及外部所配RS485传输线采用3线制，即485A、485B、GND。485A、485B可以用双绞线或也双芯屏蔽电缆，参照图4。
为便于用户输入所需阻值，可选地，所述装置还包括：与所述控制器相连的矩阵键盘；
所述矩阵键盘，用于接收用户输入的所需阻值，并将接收的所需阻值发送至所述控制器。
本实施方式中的矩阵键盘采用机械按键结构简单，性价比高，使用方便。
为便于获取报警信息，所述装置还包括：与所述控制器相连的报警输入电路；
所述报警输入电路，用于获取报警信号，并将接收的报警信号发送至所述控制器。
所述报警信号可为上位机采集到的报警信号，经光电耦合器隔离输入，根据报警信号确定是否报警，光电耦合器导通输入C8051F020信号拉低，提示报警，原理图如图5所示。
为便于获取所述直流负载的电压和电流，可选地，所述装置还包括：与所述控制器相连的电压电流采集电路；
所述电压电流采集电路，用于获取所述直流负载的电压和电流，并将获取的电压和电流发送至控制器。
在具体实现中，电压电流采集电路采用ADS1232芯片实现，ADS1232是一款高度集成的delta-sigma模数转换器用于高精度测量。该器件是由一个低漂移、低噪声的仪表放大器和一个连接在单片集成数字滤波器上的高阶限幅自稳调制器组成。可选择性增益可设置为1、2、64、128，+5V参考电压时，允许满刻度差动输入范围从±2.5V到±19.5mV。此方案同时还包括了一个低漂移片上振荡器以及外置晶振，以实现精确的输出数据率，从而同时抑制50Hz及60Hz的频率。ADS1232输出数据率可为105SPS或80SPS，参照图6。
为便于对温度进行采集，可选地，所述装置还包括：与所述控制器相连的温度采集电路；
所述温度采集电路，用于获取所述直流负载的温度，并将获取的温度发送至控制器。
为便于对获取的数据进行展示，可选地，所述装置还包括：与所述控制器相连的显示器；
所述控制器，还用于将接收到的电压、电流和温度转发至所述显示器；
所述显示器，用于将接收到的电压、电流和温度进行展示。
本实施方式中，显示器采用专门针对单片机而设计5.6英寸、真彩TFT屏的液晶显示器，提供一个简单的高速8位总线与单片机连接，支持256色。可以直接与MCS51、MCS96、MC68、ARM以及DSP相连。直接输入X、Y坐标，无须计算地址。低功耗、轻薄设计、宽温(-30度到85度)、亮度可调节(调节8种亮度)、低功耗模式(关断显示)。
本实施方式的工作原理为：完成C38051F020系统初始化，初始化时钟，初始化液晶屏，初始化存储器，初始化ADC及输入输出等。根据上位机或键盘输入的所需阻值确定，所述负载阵列中的待导通负载电路，并向所述负载阵列发送用于导通所述待导通负载电路的驱动指令，所述负载阵列在接收到所述驱动指令后，导通所述待导通负载电路，以加载所述所需阻值的直流负载，从而实现负载的恒流加载、恒阻加载和恒功率加载，采集负载阵列的电压、电流和温度，并将采集的电压、电流和温度进行A/D转换，再通过显示器进行展示。
当然，本实施方式中，还可设置散热风扇，从而防止各部件温度过高。
与现有技术比，本实施方式可达到的有益效果是：
1.运用C8051F020单片机控制实现负载的可编程、自动加载等功能，从负载角度解决了充电机自动测试系统中负载的可编程自动控制问题。
2.可应用3D制图软件技术完成对整个系统的合理布局和美观设计，使可自动加载的直流负载在功能、外观上比以往的负载有很大的提升。
3.在测试电动汽车充电机的稳压精度、纹波系数、稳流精度、限压特性、限流特性、电压、电流整定精度、充电效率等特性中，可以根据负载自动调整的特性，实现各种电气性能参数的自动测试，模拟实际动态负载，避免人为调整的繁琐和误差。
4.为基于MOS的负载控制，比传统负载控制，如使用继电器控制，速度快，精度高；比使用纯电子控制，温漂低，精度高。
以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (10)
1.一种直流负载的自动加载装置，其特征在于，所述装置包括：依次连接的控制器和负载阵列，所述负载阵列中包括若干用于模拟不同阻值的负载电路；
所述控制器，用于根据所需阻值确定所述负载阵列中的待导通负载电路，并向所述负载阵列发送用于导通所述待导通负载电路的驱动指令；
所述负载阵列，用于在接收到所述驱动指令后，导通所述待导通负载电路，以加载所述所需阻值的直流负载。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述负载阵列中的负载电路包括MOS场效应管，在所述MOS场效应管被驱动时，所述MOS场效应管所在的负载电路被导通。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：锁存电路，所述锁存电路设于所述控制器和负载阵列之间；
所述控制器，还用于向所述锁存电路发送所述驱动指令；
所述锁存电路，用于对所述驱动指令进行缓存，并将缓存的驱动指令转发至所述负载阵列。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：与所述控制器相连的上位机；
所述上位机，用于接收用户输入的所需阻值，并将接收的所需阻值发送至所述控制器。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述上位机和控制器之间通过光电隔离式RS485接口连接。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：与所述控制器相连的矩阵键盘；
所述矩阵键盘，用于接收用户输入的所需阻值，并将接收的所需阻值发送至所述控制器。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：与所述控制器相连的报警输入电路；
所述报警输入电路，用于获取报警信号，并将接收的报警信号发送至所述控制器。
8.如权利要求1～7中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：与所述控制器相连的电压电流采集电路；
所述电压电流采集电路，用于获取所述直流负载的电压和电流，并将获取的电压和电流发送至控制器。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：与所述控制器相连的温度采集电路；
所述温度采集电路，用于获取所述直流负载的温度，并将获取的温度发送至控制器。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：与所述控制器相连的显示器；
所述控制器，还用于将接收到的电压、电流和温度转发至所述显示器；
所述显示器，用于将接收到的电压、电流和温度进行展示。
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