CN205720464U - 电子负载装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电子负载装置，包括控制模块、为控制模块提供电源的电源模块、功率放大驱动模块和多个MOS管：控制模块分别连接有显示模块和输入模块；MOS管分别与负载电阻串联，多个MOS管间并联设置，MOS管的漏极与控制模块连接，MOS管的栅极与功率放大驱动模块连接，MOS管的源级经负载电阻接地。应用本实用新型公开的电子负载装置时，在电源启动后，通过控制模块控制同一时间下导通的MOS管的数量，来调节负载电阻大小，针对电子负载装置的各模式的要求，进行相应的算法控制，从而实现各模式的转换及使用。本实用新型通过控制将多个MOS管轮流导通，均衡每个MOS管导通时间，延长负载电阻使用寿命，进而降低使用成本。

Description

电子负载装置

技术领域

本实用新型涉及模拟负载技术领域，更具体地说，涉及一种电子负载装置。

背景技术

电子负载装置一般用于模拟真实环境中的负载，也就是用电器，作为一种特殊的保护以及测试装置，在电源、通讯、汽车、蓄电池的生产测试领域有着广泛的应用。

电子负载的原理是控制内部功率MOSFET或晶体管的导通量，靠功率管的耗散功率消耗电能的设备，能够准确检测出负载电压，精确调整负载电流，同时可以实现模拟负载短路，由于电子负载能够提供强大的测试环境，以满足不同的外界需求，故在电子仪器仪表中占有一定的市场。电子负载一般都集成了基本的四项功能：恒流、恒压、恒阻和恒功率。对于一些生产以及特定的测试环境中，可能只用到其中的部分功能，一般是应用阻性负载以实现基本功能，电子负载的价格较高，相对于上述情况，电子负载的功耗大，使用寿命短，使用电子负载使得资源浪费，相应的使用成本变高。

综上所述，如何有效地解决电子负载装置的使用寿命短、使用成本较高的问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种电子负载装置，以解决电子负载寿命短、使用成本较高的问题。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种电子负载装置，包括控制模块、为所述控制模块提供电源的电源模块、功率放大驱动模块和多个MOS管：

所述控制模块分别连接有显示模块和输入模块；

所述MOS管分别与负载电阻串联，多个所述MOS管间并联设置，所述MOS管的漏极与所述控制模块连接，所述MOS管的栅极与所述功率放大驱动模块连接，所述MOS管的源级经所述负载电阻接地。

优选地，在上述电子负载装置中，所述显示模块具体为LCD液晶显示屏。

优选地，在上述电子负载装置中，所述负载电阻的阻值范围为1Ω至10Ω。

优选地，在上述电子负载装置中，所述控制模块具体为单片机。

优选地，在上述电子负载装置中，所述输入模块具体为矩阵键盘。

优选地，在上述电子负载装置中，所述功率放大驱动模块具体为运算放大器。

本实用新型提供的电子负载装置，包括控制模块、电源模块、功率放大驱动模块和多个MOS管。其中，电源模块为控制模块提供电源，控制模块分别连接显示模块和输入模块，多个MOS管间并联设置，每个MOS管分别与负载电阻串联，MOS管的漏极与控制模块连接，MOS管的栅极与功率放大驱动模块连接，MOS管的源级经负载电阻接地。

应用本实用新型提供的电子负载装置时，通过设置多个MOS管分别与负载电阻串联，各个MOS管间并联设置，在启动电源后，通过控制模块控制同一时间下导通的MOS管的数量，来调节输出电阻负载大小，针对电子负载装置的各模式的特点，进行相应的算法控制，从而实现各模式的转换及使用。显而易见，本实用新型通过将多个MOS管轮流导通，平均每个MOS管导通时间相同，以延长MOS管的使用寿命、减少器材损坏，进而降低使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的电子负载装置的原理图。

附图中标记如下：

显示模块1、输入模块2、功率放大驱动模块3、负载电阻4、MOS管5。

具体实施方式

本实用新型实施例公开了一种电子负载装置，以解决电子负载装置使用寿命短、使用成本较高的问题。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，图1为本实用新型实施例提供的电子负载装置的原理图。

在一种具体的实施方式中，电子负载装置包括控制模块、电源模块、功率放大驱动模块3和多个MOS管5。其中，控制模块分别连接显示模块1和输入模块2，每个MOS管5分别与负载电阻4串联，多个MOS管5间并联设置，各个MOS管5的漏极与控制模块分别连接，各个MOS管5的栅极与功率放大驱动模块3连接，各个MOS管5的源级经负载电阻4接地。电源模块为控制模块供电，通过设置多个MOS管5与负载电阻4串联，且多个MOS管5间并联设置，在需切换工作模式时，通过输入模块2输入信息，输入的信息通过显示模块1进行显示，控制同一时间下导通的MOS管5的数量，来调节输出电阻负载的大小，根据不同模式的特点，进行相应的算法控制，从而完成各模式的切换，其中MOS管5轮流导通，平均每个MOS管5导通时间相同，以延长MOS管5的使用寿命、减少器件损坏，间接降低使用成本。

一般的，通过输入模块2可以获得恒阻、恒流、恒压和恒功率模式。其中，恒阻模式，通过控制MOS管5的轮流导通实现电阻阻值恒定。恒流模式，在一范围内不论输入电压如何变化，流过电子负载的电流恒定，且电流值可设定。恒压模式，电子负载端电压保持恒定，且数值可设定。恒功率模式，输出功率恒定。该电子负载装置的结构简单，能够实现上述四种工作模式间的自由切换，具有较强的拓展性和适应性，解决电子负载产品功耗大，成本高的问题。

具体的，显示模块1为LCD液晶显示屏。在其他实施例中，也可以选择其他形式的显示模块1，在降低功耗和成本的前提下，可根据实际的生产需要自行选择。

进一步地，负载电阻4的阻值范围为1Ω至10Ω。负载电阻4通过与MOS管5进行串联，在MOS管5导通的情况下，作为输出电阻进行工作，一般的，模拟负载的恒定阻值可根据多个MOS管5与负载电阻4的串联及多个MOS管5的并联得到。一般的负载电阻4的阻值范围为1Ω至10Ω，在其他实施例中，也可以根据实际的待用电器的阻值进行选择适当的负载阻值，均在本实用新型的保护范围内。

在上述各实施例的基础上，控制模块具体为单片机。单片机的具体型号为MSP4330F169，内置12位AD/DA转换器，具有多个PWM端口和扩展通信接口。在其他实施例中，也可以选择其他类型的单片机，对具体的单片机的类型不作限定，只要能够达到相同的技术目的即可，也可以选择其他的控制装置，在此不再赘述。

更进一步地，输入模块2具体为矩阵键盘。矩阵键盘是单片机外部设备中使用的排布类似于矩阵的键盘组。在其他实施例中，也可以通过其他输入装置进行输入，对具体的输入装置的形式不作限定。在主控模块工作时，通过矩阵键盘设定电子负载的工作模式以及设定目标值，并通过显示模块1显示数值大小。单片机内置的AD转换器实时采集MOS管5处电压，跟踪反馈至单片机，单片机通过I/O输出PWM波，控制MOS管5的通断，实现闭环控制，从而完成恒流、恒压等模式。

具体的，功率放大驱动模块3具体为运算放大器。运算放大器是具有很高放大倍数的电路单元。具体的，可以为OPA2227运算放大器，结合高精度低噪声的带宽优势，对单片机输出控制信号进行功率放大，从而驱动MOS管5的导通与关断。

在一种具体的实施例中，本实用新型提供的电子负载装置包括单片机MSP430系列；矩阵键盘用于按键设定工作模式及给定值，与单片机的I/O口相连，LCD液晶显示屏通过I/O口与单片机相连接，输出PWM控制信号经过功率放大器件用于控制MOS管5的导通。其中，MOS管5漏极D经隔离放大匹配后接单片机AD信号输入引脚，栅极G与功放器件输出端连接，源级S经由负载电阻4阵列接地。

硬件系统由四个模块组成，每个模块由若干器件组成，四个模块依次为主控模块、执行模块、功放模块以及电源模块、其中，主控模块采用单片机MSP430F169，执行模块为MOS管5与电阻负载阵列。功放模块由一系列运算放大器组成，电源模块部分为单片机提供工作电源。主控模块在上文已经进行解释，在此不再赘述。

执行模块采用MOS管5与电阻负载的阵列组合，其中MOSFET可采用IRF640，其特点为耐用、低导通阻抗以及高效率。采用1Ω的功率电阻进行串联，通过控制同一时间下导通的MOS管5数量，来调节输出电阻负载大小，针对不同模式的特点进行相应的算法控制，从而达到期望目标，其中MOS管5轮流导通，平均每个并联管路导通时间相同，以延长MOS管5的使用寿命、减少器件损坏。

功放模块采用OPA2227运算放大器，结合了高精度低噪声的带宽优势，对单片机输出控制信号进行功率放大，从而控制MOS管5的导通与关断。

电源模块为单片机提供所需要的电源。主要由变压部分、滤波部分、稳压部分组成。一般的，220V交流电经9V变压器降压再通过电容滤波，稳压管7805稳压输出直流5V，LM1117稳压输出直流3.3V。

一般的，模拟电子负载可以扩展实现模拟三相电子负载，使用三组电子负载，彼此通过CAN总线进行数据交互，以实现三相负载之间的平衡。

具体的四种工作模式为：恒阻模式，在本实施例中采用1Ω的功率电阻进行并联，每多导通一个MOS管5，电导就会增加1S，电阻相应的减少。对单片机进行编程，可以在电阻小于1Ω的情况下，实现电阻恒定。具体为，不能将MOS管5全部导通，为了延长各个器件的使用寿命，需要各个器件轮流工作。例如，需要0.25的恒定阻值，假设有12个MOS管5，可以先对前4个进行导通，然后对中间4个进行导通，继而对后4个导通，再回到前4个，这样的轮流工作保证了每一个功率器件都有足够的时间进行散热。

恒压模式，对于恒压模式，可利用单片机的电压反馈来实现。当检测到反馈电压比设定值大的时候，这说明整个设备或系统存在过压的情况，这时可以增加MOS管5的导通数量，来实现加快电能释放的速度，达到降低电压的目的。同样，若检测到的值低于设定值，就减少MOS管5的导通数量，在一定范围内可以达到恒压效果。在控制MOS管5导通数量的同时，尽可能保证各MOS管5是交替导通的。

恒流模式，有欧姆定律U＝IR，根据对偶定理得到相应的电导公式，即I＝UG。其中，G为电导，要获得恒定的电流，即I为常数，电压U和电导G成反比关系，即U与R成正比。通过利用反馈的电压信号来计算R的阻值。通过计算得到的R值来判断需要导通的MOS管5导通数量。同样的，MOS管5的导通是交替轮流的。

恒功率模式，类比恒流模式，功率对于电压U和电阻R的函数，即：P＝U²/R，也可以写成R＝U²/P，对于恒功率模式，功率P便是一个常量，电阻R由反馈量电压U决定，确定了R的大小可以精确控制MOS管5的导通数量。同样的，MOS管5的导通是交替轮流的。

上述四种模式，均通过控制MOS管5的导通数量来完成不同模式的切换，通过电阻发热功率损耗，类比用电器的工作状况，在每一种情况下，MOS管5的导通数量虽然可以通过计算被决定，但每一个管路的导通情况，却并不绝对，而是轮流交替。控制算法进行灵活设置，导通时间需要尽可能平均分到每一个管子上，即每一个管路各自导通的总时间彼此均衡，这样可将风险降低到最小，对于一般的生产设备测试而言，精度要求不是很高，电子负载装置可以作为可靠的替代品。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种电子负载装置，其特征在于，包括控制模块、为所述控制模块提供电源的电源模块、功率放大驱动模块和多个MOS管：

所述控制模块分别连接有显示模块和输入模块；

所述MOS管分别与负载电阻串联，多个所述MOS管间并联设置，所述MOS管的漏极与所述控制模块连接，所述MOS管的栅极与所述功率放大驱动模块连接，所述MOS管的源级经所述负载电阻接地。

2.根据权利要求1所述的电子负载装置，其特征在于，所述显示模块具体为LCD液晶显示屏。

3.根据权利要求2所述的电子负载装置，其特征在于，所述负载电阻的阻值范围为1Ω至10Ω。

4.根据权利要求1-3任一项所述的电子负载装置，其特征在于，所述控制模块具体为单片机。

5.根据权利要求4所述的电子负载装置，其特征在于，所述输入模块具体为矩阵键盘。

6.根据权利要求5所述的电子负载装置，其特征在于，所述功率放大驱动模块具体为运算放大器。