CN221842332U - 防反接的电子负载控制电路、电子负载及电源测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种防反接的电子负载控制电路、电子负载及电源测试系统，包括：电源接口、控制单元、MOS管单元、电流采样单元和防反接保护单元。电源接口包括电源端VBUS和接地端；控制单元包括MCU和闭环控制电路，MOS管单元包括多个并联的MOS管模块，电流采样单元包括电流采样电阻和差分放大器，防反接保护单元包括比较器、二极管和继电器，本实用新型利用二极管的正向导通特性，在电源接口连接的电源功率线接反时，通过此二极管反向截止，使电路不导通并且还可以实现正常和保护状态的自动切换，无需测试人员手动操作，避免了出现反接电流最大甚至短路情况，保护了电子负载和被测设备的安全。

Description

防反接的电子负载控制电路、电子负载及电源测试系统

技术领域

本实用新型涉及电子负载领域，特别涉及一种防反接的电子负载控制电路、电子负载及电源测试系统。

背景技术

电子负载是通过控制内部功率部件的导通量，依靠功率管的耗散功率消耗电能的设备，一般采用的功率管都是MOS管。电子负载功率越大，其发热量就会越大，所并联的MOS管数量就越多。但直接使用此方案时，当电源侧接反，不管MOS管是否导通，电流都会通过MOS管寄生的体二极管导通，如果被测品是电池/电容这种不限流的能量源情况下，电流将会无限大，而且这种情况下电子负载无法形成关断，很有可能导致烧毁MOS管，最终导致被测品损坏或者发生火灾的风险。

目前市面的解决方案是通过增加电流反馈电阻的偏置，使ADC能采集到流过采样电阻的反向电压，从而采集到反向电流，同时告知仪器并发出报警，提醒测试人员断掉反接的测试线；目前的方案通过告知客户反接，同时停止输出并告警的方式。这种方式比较依赖测试人员的基本素质和紧急处理问题的能力，同时此种处理方式往往不及时，没法第一时间保护设备及被测品，避免发生被测品损坏甚至发生火灾。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种防反接的电子负载控制电路、电子负载及电源测试系统，能够提供自动的防反接保护切换，无需测试人员手动操作，避免了出现反接电流最大甚至短路情况，保护了电子负载和被测设备的安全。

根据本实用新型第一方面实施例的防反接的电子负载控制电路，包括：

电源接口，所述电源接口包括电源端VBUS和接地端；控制单元，所述控制单元包括MCU和闭环控制电路，所述MCU连接所述闭环控制电路的输入端；MOS管单元，所述MOS管单元包括多个并联的MOS管模块，所述闭环控制电路的输出端分别连接所述MOS管模块的控制端；电流采样单元，所述电流采样单元包括与各个MOS管模块一一对应的电流采样电阻和差分放大器，所述MOS管模块的输出端皆通过对应的电流采样电阻连接接地端，所述差分放大器的输入端分别连接所述电流采样电阻的两端，所述差分放大器的输出端连接所述MCU的电流采样输入端；防反接保护单元，所述防反接保护单元包括与MOS管模块一一对应的比较器、二极管和继电器，所述MOS管模块的输入端连接对应的二极管的负极，所述二极管的正极皆连接所述电源端VBUS，所述比较器的反相端连接对应所述差分放大器的输出端，所述比较器的同相端接地，所述比较器的输出端连接所述继电器的控制端，所述继电器的一个触点连接电源端VBUS，所述继电器的另一触点连接所述MOS管的输入端。

根据本实用新型第一方面实施例的防反接的电子负载控制电路，至少具有如下有益效果：

本实用新型实施方式在每个MOS管模块与电源端之间设置有防反接保护单元，通过比较器将电流采样电阻的电压信号和参考地做比较，当电源接口正常接线时，电流正向流过电流采样电阻，比较器的反向端为正电压，运放输出负最大，继电器闭合，把二极管旁路掉，电子负载正常工作；当电源接口接反时，电流采样电阻出现反向电压，比较器的反向端为负电压，比较器输出正最大，继电器断开，二极管生效，导致电路反向截止，电路不流过电流，电路保护电子负载不会反向导通，保护了电子负载本身和被测品。

本实用新型利用二极管的正向导通特性，在电源接口连接的电源功率线接反时，通过此二极管反向截止，使电路不导通并且还可以实现正常和保护状态的自动切换，无需测试人员手动操作，避免了出现反接电流最大甚至短路情况，保护了电子负载和被测设备的安全。

根据本实用新型的一些实施例，所述闭环控制电路为恒压恒流控制电路。

根据本实用新型的一些实施例，所述闭环控制电路为恒流控制电路。

根据本实用新型的一些实施例，所述恒流控制电路包括DAC模块和与MOS管模块一一对应的误差放大器，所述MCU连接所述DAC模块的输入端，所述DAC模块的输出端皆连接所述误差放大器的同相端，所述误差放大器的反相端连接对应差分放大器的输出端，所述误差放大器的输出端连接对应MOS管模块的控制端。

根据本实用新型的一些实施例，还包括ADC模块，所述差分放大器的输出端皆连接ADC模块的输入端，所述ADC模块的输出端连接所述MCU的电流采样输入端。

根据本实用新型第二方面实施例的电子负载，所述电子负载内设置有上述的防反接的电子负载控制电路。

根据本实用新型第二方面实施例的电子负载，至少具有如下有益效果：

本实用新型实施方式在每个MOS管模块与电源端之间设置有防反接保护单元，通过比较器将电流采样电阻的电压信号和参考地做比较，当电源接口正常接线时，电流正向流过电流采样电阻，比较器的反向端为正电压，运放输出负最大，继电器闭合，把二极管旁路掉，电子负载正常工作；当电源接口接反时，电流采样电阻出现反向电压，比较器的反向端为负电压，比较器输出正最大，继电器断开，二极管生效，导致电路反向截止，电路不流过电流，电路保护电子负载不会反向导通，保护了电子负载本身和被测品。

本实用新型利用二极管的正向导通特性，在电源接口连接的电源功率线接反时，通过此二极管反向截止，使电路不导通并且还可以实现正常和保护状态的自动切换，无需测试人员手动操作，避免了出现反接电流最大甚至短路情况，保护了电子负载和被测设备的安全。

根据本实用新型第三方面实施例的电源测试系统，包括上述的电子负载和被测设备，所述被测设备与所述电子负载相连。

根据本实用新型第三方面实施例的电源测试系统，至少具有如下有益效果：

本实用新型实施方式在每个MOS管模块与电源端之间设置有防反接保护单元，通过比较器将电流采样电阻的电压信号和参考地做比较，当电源接口正常接线时，电流正向流过电流采样电阻，比较器的反向端为正电压，运放输出负最大，继电器闭合，把二极管旁路掉，电子负载正常工作；当电源接口接反时，电流采样电阻出现反向电压，比较器的反向端为负电压，比较器输出正最大，继电器断开，二极管生效，导致电路反向截止，电路不流过电流，电路保护电子负载不会反向导通，保护了电子负载本身和被测品。

本实用新型利用二极管的正向导通特性，在电源接口连接的电源功率线接反时，通过此二极管反向截止，使电路不导通并且还可以实现正常和保护状态的自动切换，无需测试人员手动操作，避免了出现反接电流最大甚至短路情况，保护了电子负载和被测设备的安全。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明，其中：

图1为本实用新型实施例中防反接的电子负载控制电路的电路原理图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

参照图1所示，一种防反接的电子负载控制电路，包括：电源接口、控制单元、MOS管单元、电流采样单元和防反接保护单元。具体的，电源接口包括电源端VBUS和接地端，用于连接电源功率线。控制单元包括MCU和闭环控制电路，MCU连接闭环控制电路的输入端，用于输出闭环控制信号，例如恒压控制信号、恒流控制信号等，MOS管单元包括多个并联的MOS管模块Q1，将多个MOS管模块Q1并联是为了提高电子负载的功率，闭环控制电路的输出端分别连接MOS管模块Q1的栅端；MCU通过发送闭环控制信号给闭环控制电路，通过闭环控制电路来控制MOS管模块Q1的导通，从而实现电子负载的闭环控制，电子负载可以工作在恒流、恒压等模式下。

具体的，电流采样单元包括与各个MOS管模块Q1一一对应的电流采样电阻R1和差分放大器AMP，MOS管模块Q1的源极皆通过对应的电流采样电阻R1连接接地端，差分放大器AMP的同相端和反相端分别连接电流采样电阻R1的两端，差分放大器AMP的输出端连接MCU的电流采样输入端，MCU通过差分放大器AMP的反馈获取MOS管单元流经的电流，即电子负载的电流，从而实现闭环控制。本实用新型实施例中还包括ADC模块，差分放大器AMP的输出端皆连接ADC模块的输入端，ADC模块的输出端连接MCU的电流采样输入端，当然也可以不采用单独的ADC模块，而是采用内置ADC的MCU。

具体的，防反接保护单元包括与MOS管模块Q1一一对应的比较器U1、二极管D1和继电器K1，MOS管模块Q1的漏极连接对应的二极管D1的负极，二极管D1的正极皆连接电源端VBUS，比较器U1的反相端连接对应差分放大器AMP的输出端，比较器U1的同相端接地，比较器U1的输出端连接继电器K1的控制端，继电器K1的一个触点连接电源端VBUS，继电器K1的另一触点连接MOS管的漏极。

需要说明的是，本实用新型在电源端VBUS和每个MOS管模块之间增加一个二极管，利用二极管的正向导通特性，在电源功率线接反时，通过此二极管反向截止，使电路不导通，保护电子负载和被测设备。并且本实用新型给每个MOS管模块的漏极单独设置一个二极管，无需采用大电流高耐压二极管，减小了每个二极管的成本以及通过的电流，因为如果只在电源端VBUS设置一个总的二极管需要采用大电流高耐压二极管，而大电流高耐压二极管成本较高，并且二极管通过大电流后产生的功率较大，需要借助外力散热，同时通过大电流时管压降也比较大，影响整个电子负载的性能，因此本实用新型采用了在每一个小闭环内串联二极管，在每一个小闭环内，电流较小，降低的二极管的选型要求，同时管压降也相对较小，同时也不会有太大的功率，不用考虑二极管本身的散热。

此外，本实用新型还通过比较器U1和继电器K1实现了保护状态和正常状态的自动切换，进一步优化了二极管的管压降，保证了电子负载的高性能。通过比较器将电流采样电阻的电压信号和参考地做比较，当电源接口正常接线时，电流正向流过电流采样电阻，比较器的反向端为正电压，运放输出负最大，继电器K1闭合，把二极管旁路掉，电子负载正常工作；当电源接口接反时，电流采样电阻出现反向电压，比较器的反向端为负电压，比较器输出正最大，继电器K1断开，二极管生效，导致电路反向截止，电路不流过电流，电路保护电子负载不会反向导通，保护了电子负载本身和被测品。

需要说明的是，本实用新型实施例中闭环控制电路可以为恒压恒流控制电路，也可以为恒流控制电路，以恒流控制电路为例，恒流控制电路包括DAC模块和与MOS管模块Q1一一对应的误差放大器EA，MCU连接DAC模块的输入端，DAC模块的输出端皆连接误差放大器EA的同相端，误差放大器EA的反相端连接对应差分放大器AMP的输出端，误差放大器EA的输出端连接对应MOS管模块Q1的控制端。MCU通过ADC模块获取电子负载的电流，然后通过给DAC模块发送DAC值实现相应的恒流控制。恒压恒流控制电路在恒流控制电路的基础上增加一路恒压控制环路即可。

本实用新型还涉及一种电子负载，电子负载内设置有上述实施例的防反接的电子负载控制电路。

本实用新型还涉及一种电源测试系统，包括上述实施例的电子负载和被测设备，被测设备与电子负载相连，被测设备可以是被测电容、被测电阻等。

本实用新型通过采样在小闭环串联二极管的情况下，保护了电子负载不会因为功率线接反而导致MOS损坏，以至于负载损坏，最终烧坏被测品，保证了被测品的安全性，提升了产品的可靠性，同时通过自动切换电路切换二极管的接入和旁路两种状态，去掉了引入二极管导致的管压降，保证了电子负载在任何情况下都能达到最优性能。

上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种防反接的电子负载控制电路，其特征在于，包括：

电源接口，所述电源接口包括电源端VBUS和接地端；

控制单元，所述控制单元包括MCU和闭环控制电路，所述MCU连接所述闭环控制电路的输入端；

MOS管单元，所述MOS管单元包括多个并联的MOS管模块，所述闭环控制电路的输出端分别连接所述MOS管模块的控制端；

电流采样单元，所述电流采样单元包括与各个MOS管模块一一对应的电流采样电阻和差分放大器，所述MOS管模块的输出端皆通过对应的电流采样电阻连接接地端，所述差分放大器的输入端分别连接所述电流采样电阻的两端，所述差分放大器的输出端连接所述MCU的电流采样输入端；

防反接保护单元，所述防反接保护单元包括与MOS管模块一一对应的比较器、二极管和继电器，所述MOS管模块的输入端连接对应的二极管的负极，所述二极管的正极皆连接所述电源端VBUS，所述比较器的反相端连接对应所述差分放大器的输出端，所述比较器的同相端接地，所述比较器的输出端连接所述继电器的控制端，所述继电器的一个触点连接电源端VBUS，所述继电器的另一触点连接所述MOS管的输入端。

2.根据权利要求1所述的防反接的电子负载控制电路，其特征在于，所述闭环控制电路为恒压恒流控制电路。

3.根据权利要求1所述的防反接的电子负载控制电路，其特征在于，所述闭环控制电路为恒流控制电路。

4.根据权利要求3所述的防反接的电子负载控制电路，其特征在于，所述恒流控制电路包括DAC模块和与MOS管模块一一对应的误差放大器，所述MCU连接所述DAC模块的输入端，所述DAC模块的输出端皆连接所述误差放大器的同相端，所述误差放大器的反相端连接对应差分放大器的输出端，所述误差放大器的输出端连接对应MOS管模块的控制端。

5.根据权利要求1所述的防反接的电子负载控制电路，其特征在于，还包括ADC模块，所述差分放大器的输出端皆连接ADC模块的输入端，所述ADC模块的输出端连接所述MCU的电流采样输入端。

6.一种电子负载，其特征在于，所述电子负载内设置有权利要求1至5任意一项所述的防反接的电子负载控制电路。

7.一种电源测试系统，其特征在于，包括权利要求6所述的电子负载和被测设备，所述被测设备与所述电子负载相连。