CN210038095U - 大功率无级可调负载 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种大功率无级可调负载，负载被使用时，能根据正母线Vin+和负母线Vin‑之间的电压U及操作者想要的耗散功率P1换算出所需加载的负载阻值RL1，然后自动控制大功率负载组中的电阻加载情况，再根据所述电阻加载情况及所述负载阻值RL1，自动控制BUCK电路的输出电流，以使得电阻R2实现相应的功率耗散，最后根据所述电阻加载情况及所述负载阻值RL1，自动控制BUCK电路的输出电流，以使得电阻R2实现相应的功率耗散。由于BUCK电路的输出电流可呈线性连贯地变化，故电阻R2的耗散功率在范围内无级可调，如此，通过大功率负载组和无级可调单元的相互配合，即可使负载能提供大范围内的连贯的耗散功率，从而适用于多种多样的负载测试。

Description

大功率无级可调负载

技术领域

本发明涉及带载检测领域，特别是一种大功率无级可调负载。

背景技术

发电机等电源在生产阶段需用负载箱进行带载测试，以检测电源的带载输出能力。现有技术中，负载箱由众多不同阻值的大功率电阻构成，使用时操作者根据被检测电源输出端的实际电压及操作者想要测试的耗散功率(反映电源带载能力的重要指标)，换算出所需的负载阻值，然后将各个大功率电阻进行串并联设置，以使负载箱搭配出相应阻值。为了使负载箱能搭配出越多阻值，负载箱内就需设置越多不同阻值的大功率电阻，导致现有技术中的负载箱体积庞大，而且这种通过搭配产生相应阻值的方式总会存在阻值空隙，不能无级可调(即调节方式不是跳跃式的，是在一个范围内任意相对平滑的调节)。

申请内容

本申请的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种负载的硬件结构，待软件人员对其中控制器进行编程后，该负载可实现无级可调。

本申请的目的通过以下技术方案实现：

提供一种大功率无级可调负载，包括正母线Vin+、负母线Vin-、大功率负载组、无级可调单元和控制器，大功率负载组和无级可调单元的输入端共接后跨接于正母线Vin+和负母线 Vin-之间，所述大功率负载组设有多个相互并联的作为大功率负载组输入端的大功率电阻，各个大功率电阻的阻值互不相同，每个大功率电阻所在的并联支路上均串联有电控开关，各个电控开关的受控端分别与控制器相接，无级可调单元包括降压电路、驱动电路和电阻R2，降压电路的输入端即无级可调单元的输入端，电阻R2并联降压电路输出端，所述控制器经驱动电路连接至降压电路的受控端。

其中，所述降压电路具体是BUCK电路。

其中，驱动电路具体为比较器，比较器的输出端连接BUCK电路中的开关管Q1的B极，其负向输入端接有基准电压VA，所述控制器具有DA端口，比较器的正向输入端与该DA端口相接。

其中，驱动电路还设有NPN管Q2、PNP管Q3、电阻R6、电阻R7、电阻R8、高压线V+和低压线V-，NPN管Q2、电阻R6、电阻R7、PNP管Q3相互串联，其中高压线V+依次经NPN管 Q2的C极、NPN管Q2的E极、电阻R6、电阻R7、PNP管Q3的E极、PNP管Q3的C极后接至低压线V-，所述比较器的输出端串联电阻R8后经电阻R6与电阻R7之间的接点接入开关管 Q1的B极，比较器的输出端分别连接至NPN管Q2、PNP管Q3的B极。

其中，所述大功率无级可调负载设有正负压输出可调电路，该电路从正母线Vin+、负母线Vin-上取电，并分别给高压线V+和低压线V-供电，该电路具体包括能输出正压的LM117 标准电路和能输出负压的LM137标准电路组成，其中LM117标准电路与LM137标准电路共用同一地线，且LM117标准电路与LM137标准电路的负载调节端ADJ共同经可调电阻R10接地。

其中，无级可调单元还包括与控制器相接的电压检测电路和/或电流检测电路。

其中，无级可调单元还包括差分放大器和跟随器U3，该差分放大器既是所述电压检测电路又是所述电流检测电路，差分放大器的两个输入端分别连接电阻R2的两端，差分放大器的输出端经跟随器U3后连接至控制器。

其中，所述大功率无级可调负载还设有用于进行人机交互的触摸屏，触摸屏与控制器相接。

还提供一种使用上述大功率无级可调负载的方法，包括依次执行的以下步骤：

阻值换算步骤，其根据正母线Vin+和负母线Vin-之间的电压U及操作者想要的耗散功率 P1换算出所需加载的负载阻值RL1；

逼近步骤，其自动控制大功率负载组中的电阻加载情况，以使得大功率负载组的整体阻值RL2逼近所述负载阻值RL1；

无级调整步骤，其根据所述电阻加载情况及所述负载阻值RL1，自动控制BUCK电路的输出电流，以使得电阻R2实现相应的功率耗散。

还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该计算机程序被控制器运行时实现上述的使用方法。

待软件人员对其中控制器进行编程后，本实用新型的负载具有以下有益效果：

本发明的大功率无级可调负载被使用时，能根据正母线Vin+和负母线Vin-之间的电压U 及操作者想要的耗散功率P1换算出所需加载的负载阻值RL1，然后自动控制大功率负载组中的电阻加载情况，再根据电阻加载情况及所述负载阻值RL1，自动控制BUCK电路的输出电流，以使得电阻R2实现相应的功率耗散，最后根据所述电阻加载情况及所述负载阻值RL1，自动控制BUCK电路的输出电流，以使得电阻R2实现相应的功率耗散。由于BUCK电路的输出电流可呈线性连贯地变化，故电阻R2的耗散功率在范围内无级可调，如此，通过大功率负载组和无级可调单元的相互配合，即可使负载能提供大范围内的连贯的耗散功率，从而适用于多种多样的负载测试。

附图说明

利用附图对本申请作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本申请的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为大功率无级可调负载的电路图。

图2为正负压输出可调电路的电路图。

具体实施方式

结合以下实施例对本申请作进一步描述。

大功率无级可调负载的核心电路如图1所示，包括正母线Vin+、负母线Vin-、大功率负载组1、无级可调单元2和控制器(控制器未在图1中示出)。

大功率负载组1由多个相互并联的大功率电阻R11～R1N构成，大功率电阻R11～R1N的阻值互不相同，且各阻值呈阶梯状分布，以使得大功率负载组1具有不同的负载档位。大功率负载组1中，每个大功率电阻所在的并联支路上均串联有电控开关，各个电控开关K1～KN的受控端分别与控制器相接，控制器根据操控指令控制部分或全部电控开关闭合/断开，以实现大功率负载组1中相应的大功率电阻的自动加载/减载。

无级可调单元2包括BUCK电路(即降压电路)、驱动电路、检测电路和电阻R2，BUCK电路的输入端即无级可调单元2的输入端，电阻R2并联BUCK电路输出端。

大功率负载组1和无级可调单元2的输入端共接后跨接于正母线Vin+和负母线Vin-之间，为简化结构，将负母线Vin-与地线相接。

驱动电路由运放器U1、NPN管Q2、PNP管Q3、电阻R3、R4、R6、R7、R8、高压线V+ 和低压线V-组成，NPN管Q2、电阻R6、电阻R7、PNP管Q3相互串联，高压线V+依次经NPN 管Q2的C极、NPN管Q2的E极、电阻R6、电阻R7、PNP管Q3的E极、PNP管Q3的C极后接至低压线V-，运放器U1的输出端串联电阻R8后经电阻R6与电阻R7之间的接点接入BUCK 电路的NPN管Q1的B极，运放器U1的输出端分别连接至NPN管Q2、PNP管Q3的B极。运放器U1的负向输入端接入分压支路的分压作为基准电压VA，运放器U1的正向输入端与控制器的DA端口相接，其中电阻R3作为上拉电阻来上拉运放器U1的输出端。使用过程中，控制器的DA端口输出模拟量锯齿波VF给到运放器U1的正向输入端，运放器U1构成比较器，将VF与基准电压VA进行比较，根据比较结果输出高电平以导通NPN管Q1或输出低电平以截止NPN管Q1。当运放器U1输出高电平时，高电平经电阻R8所产生的电压使得NPN 管Q2具有导通压降，NPN管Q2因为C极电位>B极电位>E极电位所以导通，高压线V+的电流得以灌入运放器U1的输出端，补充其输出功率，此时PNP管Q3因不满足导通条件而截止。当运放器U1输出低电平时，PNP管Q3因为满足E极电位>B极电位>C极电位的导通条件而导通，低压线V-的电流灌入运放器U1的输出端，此时NPN管Q2变为截止状态。如此，通过NPN管Q2、PNP管Q3的互补作用即可实现增大运放器U1输出高低电平时的电流，增强其输出功率，从而避免因运放器U1的输出功率不足而导致NPN管Q1的响应速度减慢及输出产生震荡。需说明的是，根据欧姆定律可知，电阻R6或电阻R7在此处的作用是使高压线V+或低压线V-的电压转换成相应电流。

见图1，检测电路包括运放器U2、跟随器U3和电阻R5，其中运放器U2的正向输入端和负向输入端分别接在电阻R2的两端，电阻R5连接在运放器U2的负向输入端与其输出端之间，形成负反馈，将运放器U2输出的电压通过跟随器U3隔离后输送给控制器，控制器即可根据该电压换算出电阻R2的电压，进而得知BUCK电路的输出电压u和输出电流i，如此，电路即便没有电流互感器和电压检测器也可实现电流电压检测，从而达到成本降低、电路简化的目的。

大功率无级可调负载还设有常规的触摸屏和声光报警器，触摸屏和声光报警器分别与控制器电连接，由于触摸屏和声光报警器的电路结构为现有技术，此处不进行赘述。上述中，触摸屏用于进行人机交互，以接收操作者的操控指令并通知控制器予以执行，声光报警器用于进行声光报警。

大功率无级可调负载被使用时，操作者在触摸屏输入正母线Vin+和负母线Vin-之间的电压U及想设置的耗散功率P1(即操控指令)，控制器自动根据R＝U²/P换算得所需加载的负载阻值RL1，然后控制大功率负载组1中的部分或全部大功率电阻进行加载，使大功率负载组1的整体阻值RL2逼近所需加载的负载阻值RL1，此时大功率负载组1的耗散功率P2＝U²/ RL2，接着，将余下需填充的耗散功率P3＝P1-P2除以电阻R2的阻值，得出BUCK电路所需输出的电流，控制器根据此电流输出相应的锯齿波形VF，使电阻R2实现相应的功率耗散。由于BUCK电路的输出电流受VF波形控制，可呈线性连贯地变化，故电阻R2的耗散功率在范围内无级可调(即调节方式不是跳跃式的，是在一个范围内任意相对平滑的调节)，如此，通过大功率负载组1和无级可调单元2的相互配合，使负载能提供大范围内的连贯的耗散功率，从而适用于多种多样的负载测试，设备的适配能力较强。此外，大功率无级可调负载在使用过程中，控制器获知输出电压u和输出电流i，并根据输出电压u和输出电流i 计算得BUCK电路的实际耗散功率，将实际耗散功率与耗散功率P1(理论值)相比较，以此判断是否出现偏差。在出现偏差时，根据偏差情况实时调整输出给运放器U1正向输入端的VF波形，以实现偏差纠正。若偏差纠正失败则控制器启动声光报警器进行声光报警，并将际耗散功率与耗散功率P1分别显示在触摸屏上。具体地，当实际耗散功率大于理论值时，减小电平VF的幅度或增大其频率，反之则增大电平VF的幅度或减小其频率。

见图2，大功率无级可调负载还设有正负压输出可调电路，该电路从正母线Vin+、负母线Vin-上取电，并分别给高压线V+和低压线V-供电，该电路具体由能输出正压的LM117标准电路和能输出负压的LM137标准电路组成，其中LM117标准电路与LM137标准电路共用同一地线，且LM117标准电路与LM137标准电路的负载调节端ADJ共同经可调电阻R10 接地，如此，在设定好R9与R9’的阻值后，通过调节可调电阻R10的阻值即可实现高压线 V+和低压线V-的电压的同步变化。操作者调整图2中正负压输出可调电路的电阻R10的阻值，使V+和V-的电压发生改变，根据欧姆定律可知V+和V-的电压改变时流经电阻R6和R7 的电流也将相应改变，从而使得流至NPN管Q1的B极电流发生改变，如此，在NPN管Q1 损坏换新甚至更换NPN管型号后，仅需调整电阻R10的阻值，使流经电阻R6和R7的电流重新适应新管即可，而无需对电路进行大改。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.大功率无级可调负载，其特征是，包括正母线Vin+、负母线Vin-、大功率负载组、无级可调单元和控制器，大功率负载组和无级可调单元的这两者的输入端共接后跨接于正母线Vin+和负母线Vin-之间，

所述大功率负载组设有多个相互并联的作为大功率负载组输入端的大功率电阻，各个大功率电阻的阻值互不相同，每个大功率电阻所在的并联支路上均串联有电控开关，各个电控开关的受控端分别与控制器相接，

无级可调单元包括降压电路、驱动电路和电阻R2，降压电路的输入端即无级可调单元的输入端，电阻R2并联降压电路输出端，所述控制器经驱动电路连接至降压电路的受控端。

2.根据权利要求1所述的大功率无级可调负载，其特征是，所述降压电路具体是BUCK电路。

3.根据权利要求2所述的大功率无级可调负载，其特征是，驱动电路具体为比较器，比较器的输出端连接BUCK电路中的开关管Q1的B极，其负向输入端接有基准电压VA，所述控制器具有DA端口，比较器的正向输入端与该DA端口相接。

4.根据权利要求3所述的大功率无级可调负载，其特征是，驱动电路还设有NPN管Q2、PNP管Q3、电阻R6、电阻R7、电阻R8、高压线V+和低压线V-，NPN管Q2、电阻R6、电阻R7、PNP管Q3相互串联，其中高压线V+依次经NPN管Q2的C极、NPN管Q2的E极、电阻R6、电阻R7、PNP管Q3的E极、PNP管Q3的C极后接至低压线V-，所述比较器的输出端串联电阻R8后经电阻R6与电阻R7之间的接点接入开关管Q1的B极，比较器的输出端分别连接至NPN管Q2、PNP管Q3的B极。

5.根据权利要求4所述的大功率无级可调负载，其特征是，所述大功率无级可调负载设有正负压输出可调电路，该电路从正母线Vin+、负母线Vin-上取电，并分别给高压线V+和低压线V-供电，该电路具体包括能输出正压的LM117标准电路和能输出负压的LM137标准电路组成，其中LM117标准电路与LM137标准电路共用同一地线，且LM117标准电路与LM137标准电路的负载调节端ADJ共同经可调电阻R10接地。

6.根据权利要求1所述的大功率无级可调负载，其特征是，无级可调单元还包括与控制器相接的电压检测电路和/或电流检测电路。

7.根据权利要求6所述的大功率无级可调负载，其特征是，无级可调单元还包括差分放大器和跟随器U3，该差分放大器既是所述电压检测电路又是所述电流检测电路，差分放大器的两个输入端分别连接电阻R2的两端，差分放大器的输出端经跟随器U3后连接至控制器。

8.根据权利要求1所述的大功率无级可调负载，其特征是，所述大功率无级可调负载还设有用于进行人机交互的触摸屏，触摸屏与控制器相接。

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