CN211697923U - 一种通过程控数字电位器调节的高精度恒阻模拟负载 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开并提供了一种结构简单、成本低、高效稳定的通过程控数字电位器调节的高精度恒阻模拟负载。本实用新型包括控制单元（1）、恒阻调节单元（2）、电流采集单元（3）组成，控制单元（1）包括MCU（11），恒阻调节单元（2）包括高带宽运放（21）、数字电位器（22）和功率MOS管（23），电流采集单元（3）包括采样电阻（31）、差分运算放大器（32）和EEPROM（U7），MCU（11）通过SPI总线与数字电位器（22）连接，数字电位器（22）分别与高带宽运放（21）的正输入极及功率MOS管（23）的漏极连接。本实用新型应用于测试领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子电器产品或设备的测试领域，尤其涉及一种通过程控数字电位器调节的高精度恒阻模拟负载。
背景技术
随着时代的发展，电子产品在我们的生活中扮演着越来越重要的角色，其稳定性和可靠性就显得非常重要。因此消费类电子设备的测试要求也在逐步提高。目前智能手机、平板、电脑等电子产品的功能越来越多样，性能越来越卓越。比如手机、电脑的快充功能，电池模块的高输出能力等等，极大的提高了人们的时效性。随之而来的便是模拟负载对这些电子设备在极限性能下的测试。在现如今的自动化测试中一般采用大功率电阻或者电子负载仪表实现对恒定阻值负载的模拟。但是，现有的采用大功率电阻或者电子负载仪表的方案在自动化测试过程中存在成本高、效率低下、误测率高、测试主观性高等缺点，无法符合快速、准确、高效的精益工业化生产。
例如，采用大功率电阻的方案，在产品输出能力测试中，不仅要做到覆盖到各种恒定的阻值，还要快速和稳定。而这种方案就需要大量的功率电阻进行切换，才能满足不同的输出电流；并且电阻精度将会对其有很大的影响。市场上高精度的大功率电阻成本很高，而且多个电阻的切换大大降低时效性。不符合高效，稳定的精益生产原则。又如在工厂自动化测试中，不仅要做到占用面积小，还要价格低廉实用。而采用电子负载仪表的方案，占用空间较大；而且其价格动辄万元，单一应用性价比极低。不符合经济高效的精益生产原则。
综上所述十分需要研发一种通过程控数字电位器调节的高精度恒阻模拟负载，以满足快速、高效、准确、大量化、标准化、专业化电子产品在恒定负载时性能测试的需求。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种结构简单、成本低、高效稳定的通过程控数字电位器调节的高精度恒阻模拟负载。
本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型包括控制单元、恒阻调节单元、电流采集单元组成，所述控制单元包括MCU，所述恒阻调节单元包括高带宽运放、数字电位器和功率MOS管，所述电流采集单元包括采样电阻、差分运算放大器和EEPROM，所述MCU通过SPI总线与所述数字电位器连接，所述数字电位器分别与所述高带宽运放的正输入极及所述功率MOS管的漏极连接，所述高带宽运放的输出极与所述功率MOS管的栅极连接，所述功率MOS管的源极与所述采样电阻的一端连接，且有一路反馈给所述高带宽运放的负输入极，所述采样电阻的另一端接地，所述差分运算放大器的正、负输入极分别接在所述采样电阻的两端，所述差分运算放大器的输出极通过I2C总线与所述MCU连接。
所述控制单元还包括ADC、基准电压源，采用外部24bit-ADC对采集的模拟信号提供高精度的模数转换，所述基准电压源用于确保所述ADC具有一个准确稳定的参考电压，SPI总线用于实现24bit-ADC与所述MCU之间的通信和实时调节所述数字电位器的阻值，IIC总线用于所述EEPROM与所述MCU之间的通信。
所述恒阻调节单元的所述高带宽运放的作用是将后端的反馈电压和所述数字电位器的分压值进行运算放大，从而控制所述功率MOS管工作在一个动态平衡的放大区，其中10位的数字电位器最小调节阻值为10欧姆，可以保证分压值精度为输入电压的千分之一。
本实用新型的有益效果是：由于本实用新型包括控制单元、恒阻调节、电流采集各部分组成，所述控制单元包括MCU和ADC构成，所述恒阻调节部分包括比较器、数字电位器、功率MOS管构成，所述电流采集部分包括采样电阻、差分运算放大器、EEPROM构成，所述控制单元、恒阻调节、电流采集各部分依次对应适配连接，所述通过程控数字电位器调节的高精度恒阻模拟负载使用直流稳压电源提供供电电源，校准时将万用表串联到负载电路之中，通过调节所述数字电位器的阻值，便可达到不同电流变化的目的，将电流采集模块所得的电流值与万用表的电流值使用最小二乘法进行曲线拟合， 便可使采集得的电流值和标准仪器保持高度一致。所以本实用新型具有响应速度快，电路简单，成本低，可靠性高等优点，是可程控的恒定阻值电路，可应用在负载设计方案中，可大批量应用于电子产品自动化测试设备中。
附图说明
图1是本实用新型电路原理结构方框示意图；
图2是本实用新型控制单元电路原理示意图；
图3是本实用新型恒阻调节电路原理示意图；
图4是本实用新型电流采集电路原理示意图。
具体实施方式
如图1至图4所示，本实用新型包括控制单元1、恒阻调节单元2、电流采集单元3组成，所述控制单元1包括MCU11，所述恒阻调节单元2包括高带宽运放21、数字电位器22和功率MOS管23，所述电流采集单元3包括采样电阻31、差分运算放大器32和EEPROMU7，所述MCU11通过SPI总线与所述数字电位器22连接，所述数字电位器22分别与所述高带宽运放21的正输入极及所述功率MOS管23的漏极连接，所述高带宽运放21的输出极与所述功率MOS管23的栅极连接，所述功率MOS管23的源极与所述采样电阻31的一端连接，且有一路反馈给所述高带宽运放21的负输入极，所述采样电阻31的另一端接地，所述差分运算放大器32的正、负输入极分别接在所述采样电阻31的两端，所述差分运算放大器32的输出极通过I2C总线与所述MCU11连接。本实用新型使用直流稳压电源提供供电电源，校准时将万用表串联到负载电路之中，通过调节所述数字电位器的阻值，便可达到不同电流变化的目的，将电流采集模块所得的电流值与万用表的电流值使用最小二乘法进行曲线拟合， 便可使采集得的电流值和标准仪器保持高度一致。
所述控制单元还包括ADC AD7172-2、基准电压源ADR4550，采用外部24bit-ADC对采集的模拟信号提供高精度的模数转换，所述基准电压源ADR4550用于确保所述ADCAD7172-2具有一个准确稳定的参考电压，SPI总线用于实现24bit-ADC与所述MCU11之间的通信和实时调节所述数字电位器的阻值，IIC总线用于所述EEPROMU7与所述MCU11之间的通信。具体地，所述控制单元包括MCU STM32F103、ADC AD7172-2、基准电压源ADR4550，采用外部24bit-ADC对采集的模拟信号提供高精度的模数转换，精度可以达到1uA或1uV，所述基准电压源ADR4550用于确保所述ADC AD7172-2具有一个准确稳定的参考电压，SPI总线在设计中主要用于实现所述外挂24bit-ADC与所述MCU STM32F103之间的通信和实时调节所述数字电位器的阻值，IIC总线用于所述EEPROM与所述MCU STM32F103之间的通信。
所述恒阻调节部分包括高带宽运放AD8672ARZ、数字电位器AD5231BRU10、功率MOS管STB55NF03L构成，所述高带宽运放AD8672ARZ的作用是将后端 的反馈电压和所述数字电位器AD5231BRU10的分压值进行运算放大，从而控制所述功率MOS管STB55NF03L工作在一个动态平衡的放大区，其中10位的数字电位器最小调节阻值为10欧姆，可以保证分压值精度为输入电压的千分之一。
所述电流采集部分包括采样电阻WSR5R1000FEA、差分运放AD8421ARZ、EEPROMCAT24C32YI，所述采样电阻WSR5R1000FEA为高精度、低温漂的100毫欧采样电阻，可以保证在大电流时具有很高的稳定性，所述差分运放AD8421ARZ为低噪声、高CMRR的差分运放，可以将采集的小信号放大以便于所述外挂ADC AD7172-2采集，所述EEPROM用于存放系统的校准数据，以确保整个系统输出时的高精准度。
本实施例具有如下特点：
1.精度高，采用24bit-ADC和10bit数字电位器，保证分辨率在1uA或1uV；
2.响应快，高带宽的运放和数字电位器，响应速度达到uS；
3.可靠性高，该电路稳定可靠，不会因外部干扰引起误动作；
4.成本低，整个电路成本在100RMB以内，已经用于某测试设备量产，共计5000台。
Claims (3)
1.一种通过程控数字电位器调节的高精度恒阻模拟负载，其特征在于：它包括控制单元（1）、恒阻调节单元（2）、电流采集单元（3）组成，所述控制单元（1）包括MCU（11），所述恒阻调节单元（2）包括高带宽运放（21）、数字电位器（22）和功率MOS管（23），所述电流采集单元（3）包括采样电阻（31）、差分运算放大器（32）和EEPROM（U7），所述MCU（11）通过SPI总线与所述数字电位器（22）连接，所述数字电位器（22）分别与所述高带宽运放（21）的正输入极及所述功率MOS管（23）的漏极连接，所述高带宽运放（21）的输出极与所述功率MOS管（23）的栅极连接，所述功率MOS管（23）的源极与所述采样电阻（31）的一端连接，且有一路反馈给所述高带宽运放（21）的负输入极，所述采样电阻（31）的另一端接地，所述差分运算放大器（32）的正、负输入极分别接在所述采样电阻（31）的两端，所述差分运算放大器（32）的输出极通过I2C总线与所述MCU（11）连接。
2.根据权利要求1所述的一种通过程控数字电位器调节的高精度恒阻模拟负载，其特征在于：所述控制单元还包括ADC(AD7172-2)、基准电压源(ADR4550)，采用外部24bit-ADC对采集的模拟信号提供高精度的模数转换，所述基准电压源(ADR4550)用于确保所述ADC(AD7172-2)具有一个准确稳定的参考电压，SPI总线用于实现24bit-ADC与所述MCU(11)之间的通信和实时调节所述数字电位器的阻值，IIC总线用于所述EEPROM（U7）与所述MCU(11)之间的通信。
3.根据权利要求1所述的一种通过程控数字电位器调节的高精度恒阻模拟负载，其特征在于：所述恒阻调节单元（2）的所述高带宽运放（21）的作用是将后端的反馈电压和所述数字电位器（22）的分压值进行运算放大，从而控制所述功率MOS管（23）工作在一个动态平衡的放大区，其中10位的数字电位器最小调节阻值为10欧姆，可以保证分压值精度为输入电压的千分之一。
Priority Applications (1)
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| CN201922476769.1U CN211697923U (zh) | 2019-12-31 | 2019-12-31 | 一种通过程控数字电位器调节的高精度恒阻模拟负载 |
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Publications (1)
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| CN211697923U true CN211697923U (zh) | 2020-10-16 |
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ID=72797696
Family Applications (1)
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| CN201922476769.1U Active CN211697923U (zh) | 2019-12-31 | 2019-12-31 | 一种通过程控数字电位器调节的高精度恒阻模拟负载 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN211697923U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112650350A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-13 | 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） | 一种高精度在线可调基准电压生成电路及方法 |
| CN113050742A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-06-29 | 电子科技大学 | 一种精密恒流源电路 |
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