專利名稱:電子負載裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電子負載裝置，包括控制模塊、為控制模塊提供電源的電源模塊、功率放大驅(qū)動模塊和多個MOS管：控制模塊分別連接有顯示模塊和輸入模塊；MOS管分別與負載電阻串聯(lián)，多個MOS管間并聯(lián)設(shè)置，MOS管的漏極與控制模塊連接，MOS管的柵極與功率放大驅(qū)動模塊連接，MOS管的源級經(jīng)負載電阻接地。應(yīng)用本實用新型公開的電子負載裝置時，在電源啟動后，通過控制模塊控制同一時間下導(dǎo)通的MOS管的數(shù)量，來調(diào)節(jié)負載電阻大小，針對電子負載裝置的各模式的要求，進行相應(yīng)的算法控制，從而實現(xiàn)各模式的轉(zhuǎn)換及使用。本實用新型通過控制將多個MOS管輪流導(dǎo)通，均衡每個MOS管導(dǎo)通時間，延長負載電阻使用壽命，進而降低使用成本。
【專利說明】
電子負載裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及模擬負載技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種電子負載裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電子負載裝置一般用于模擬真實環(huán)境中的負載，也就是用電器，作為一種特殊的保護以及測試裝置，在電源、通訊、汽車、蓄電池的生產(chǎn)測試領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]電子負載的原理是控制內(nèi)部功率MOSFET或晶體管的導(dǎo)通量，靠功率管的耗散功率消耗電能的設(shè)備，能夠準確檢測出負載電壓，精確調(diào)整負載電流，同時可以實現(xiàn)模擬負載短路，由于電子負載能夠提供強大的測試環(huán)境，以滿足不同的外界需求，故在電子儀器儀表中占有一定的市場。電子負載一般都集成了基本的四項功能:恒流、恒壓、恒阻和恒功率。對于一些生產(chǎn)以及特定的測試環(huán)境中，可能只用到其中的部分功能，一般是應(yīng)用阻性負載以實現(xiàn)基本功能，電子負載的價格較高，相對于上述情況，電子負載的功耗大，使用壽命短，使用電子負載使得資源浪費，相應(yīng)的使用成本變高。
[0004]綜上所述，如何有效地解決電子負載裝置的使用壽命短、使用成本較高的問題，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種電子負載裝置，以解決電子負載壽命短、使用成本較高的問題。
[0006]為了達到上述目的，本實用新型提供如下技術(shù)方案:
[0007]—種電子負載裝置，包括控制模塊、為所述控制模塊提供電源的電源模塊、功率放大驅(qū)動模塊和多個MOS管:
[0008]所述控制t旲塊分別連接有顯不t旲塊和輸入t旲塊；
[0009]所述MOS管分別與負載電阻串聯(lián)，多個所述MOS管間并聯(lián)設(shè)置，所述MOS管的漏極與所述控制模塊連接，所述MOS管的柵極與所述功率放大驅(qū)動模塊連接，所述MOS管的源級經(jīng)所述負載電阻接地。
[0010]優(yōu)選地，在上述電子負載裝置中，所述顯示模塊具體為IXD液晶顯示屏。
[0011 ] 優(yōu)選地，在上述電子負載裝置中，所述負載電阻的阻值范圍為I Ω至10 Ω。
[0012]優(yōu)選地，在上述電子負載裝置中，所述控制模塊具體為單片機。
[0013]優(yōu)選地，在上述電子負載裝置中，所述輸入模塊具體為矩陣鍵盤。
[0014]優(yōu)選地，在上述電子負載裝置中，所述功率放大驅(qū)動模塊具體為運算放大器。
[0015]本實用新型提供的電子負載裝置，包括控制模塊、電源模塊、功率放大驅(qū)動模塊和多個MOS管。其中，電源模塊為控制模塊提供電源，控制模塊分別連接顯示模塊和輸入模塊，多個MOS管間并聯(lián)設(shè)置，每個MOS管分別與負載電阻串聯(lián)，MOS管的漏極與控制模塊連接，MOS管的柵極與功率放大驅(qū)動模塊連接，MOS管的源級經(jīng)負載電阻接地。
[0016]應(yīng)用本實用新型提供的電子負載裝置時，通過設(shè)置多個MOS管分別與負載電阻串聯(lián)，各個MOS管間并聯(lián)設(shè)置，在啟動電源后，通過控制模塊控制同一時間下導(dǎo)通的MOS管的數(shù)量，來調(diào)節(jié)輸出電阻負載大小，針對電子負載裝置的各模式的特點，進行相應(yīng)的算法控制，從而實現(xiàn)各模式的轉(zhuǎn)換及使用。顯而易見，本實用新型通過將多個MOS管輪流導(dǎo)通，平均每個MOS管導(dǎo)通時間相同，以延長MOS管的使用壽命、減少器材損壞，進而降低使用成本。
【附圖說明】

[0017]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1為本實用新型實施例提供的電子負載裝置的原理圖。
[0019]附圖中標記如下:
[0020]顯示模塊1、輸入模塊2、功率放大驅(qū)動模塊3、負載電阻4、M0S管5。
【具體實施方式】
[0021]本實用新型實施例公開了一種電子負載裝置，以解決電子負載裝置使用壽命短、使用成本較高的問題。
[0022]下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0023]請參閱圖1，圖1為本實用新型實施例提供的電子負載裝置的原理圖。
[0024]在一種具體的實施方式中，電子負載裝置包括控制模塊、電源模塊、功率放大驅(qū)動模塊3和多個MOS管5。其中，控制模塊分別連接顯示模塊I和輸入模塊2，每個MOS管5分別與負載電阻4串聯(lián)，多個MOS管5間并聯(lián)設(shè)置，各個MOS管5的漏極與控制模塊分別連接，各個MOS管5的柵極與功率放大驅(qū)動模塊3連接，各個MOS管5的源級經(jīng)負載電阻4接地。電源模塊為控制模塊供電，通過設(shè)置多個MOS管5與負載電阻4串聯(lián)，且多個MOS管5間并聯(lián)設(shè)置，在需切換工作模式時，通過輸入模塊2輸入信息，輸入的信息通過顯示模塊I進行顯示，控制同一時間下導(dǎo)通的MOS管5的數(shù)量，來調(diào)節(jié)輸出電阻負載的大小，根據(jù)不同模式的特點，進行相應(yīng)的算法控制，從而完成各模式的切換，其中MOS管5輪流導(dǎo)通，平均每個MOS管5導(dǎo)通時間相同，以延長MOS管5的使用壽命、減少器件損壞，間接降低使用成本。
[0025]—般的，通過輸入模塊2可以獲得恒阻、恒流、恒壓和恒功率模式。其中，恒阻模式，通過控制MOS管5的輪流導(dǎo)通實現(xiàn)電阻阻值恒定。恒流模式，在一范圍內(nèi)不論輸入電壓如何變化，流過電子負載的電流恒定，且電流值可設(shè)定。恒壓模式，電子負載端電壓保持恒定，且數(shù)值可設(shè)定。恒功率模式，輸出功率恒定。該電子負載裝置的結(jié)構(gòu)簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)上述四種工作模式間的自由切換，具有較強的拓展性和適應(yīng)性，解決電子負載產(chǎn)品功耗大，成本高的問題。
[0026]具體的，顯示模塊I為LCD液晶顯示屏。在其他實施例中，也可以選擇其他形式的顯示模塊I，在降低功耗和成本的前提下，可根據(jù)實際的生產(chǎn)需要自行選擇。
[0027]進一步地，負載電阻4的阻值范圍為I Ω至10 Ω。負載電阻4通過與MOS管5進行串聯(lián)，在MOS管5導(dǎo)通的情況下，作為輸出電阻進行工作，一般的，模擬負載的恒定阻值可根據(jù)多個MOS管5與負載電阻4的串聯(lián)及多個MOS管5的并聯(lián)得到。一般的負載電阻4的阻值范圍為I Ω至10 Ω，在其他實施例中，也可以根據(jù)實際的待用電器的阻值進行選擇適當?shù)呢撦d阻值，均在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
[0028]在上述各實施例的基礎(chǔ)上，控制模塊具體為單片機。單片機的具體型號為MSP4330F169，內(nèi)置12位AD/DA轉(zhuǎn)換器，具有多個PffM端口和擴展通信接口。在其他實施例中，也可以選擇其他類型的單片機，對具體的單片機的類型不作限定，只要能夠達到相同的技術(shù)目的即可，也可以選擇其他的控制裝置，在此不再贅述。
[0029]更進一步地，輸入模塊2具體為矩陣鍵盤。矩陣鍵盤是單片機外部設(shè)備中使用的排布類似于矩陣的鍵盤組。在其他實施例中，也可以通過其他輸入裝置進行輸入，對具體的輸入裝置的形式不作限定。在主控模塊工作時，通過矩陣鍵盤設(shè)定電子負載的工作模式以及設(shè)定目標值，并通過顯示模塊I顯示數(shù)值大小。單片機內(nèi)置的AD轉(zhuǎn)換器實時采集MOS管5處電壓，跟蹤反饋至單片機，單片機通過I/O輸出PffM波，控制MOS管5的通斷，實現(xiàn)閉環(huán)控制，從而完成恒流、恒壓等模式。
[0030]具體的，功率放大驅(qū)動模塊3具體為運算放大器。運算放大器是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。具體的，可以為0ΡΑ2227運算放大器，結(jié)合高精度低噪聲的帶寬優(yōu)勢，對單片機輸出控制信號進行功率放大，從而驅(qū)動MOS管5的導(dǎo)通與關(guān)斷。
[0031]在一種具體的實施例中，本實用新型提供的電子負載裝置包括單片機MSP430系列;矩陣鍵盤用于按鍵設(shè)定工作模式及給定值，與單片機的I/o 口相連，IXD液晶顯示屏通過I/O 口與單片機相連接，輸出PffM控制信號經(jīng)過功率放大器件用于控制MOS管5的導(dǎo)通。其中，MOS管5漏極D經(jīng)隔離放大匹配后接單片機AD信號輸入引腳，柵極G與功放器件輸出端連接，源級S經(jīng)由負載電阻4陣列接地。
[0032]硬件系統(tǒng)由四個模塊組成，每個模塊由若干器件組成，四個模塊依次為主控模塊、執(zhí)行模塊、功放模塊以及電源模塊、其中，主控模塊采用單片機MSP430F169，執(zhí)行模塊為MOS管5與電阻負載陣列。功放模塊由一系列運算放大器組成，電源模塊部分為單片機提供工作電源。主控模塊在上文已經(jīng)進行解釋，在此不再贅述。
[0033]執(zhí)行模塊采用MOS管5與電阻負載的陣列組合，其中MOSFET可采用IRF640，其特點為耐用、低導(dǎo)通阻抗以及高效率。采用I Ω的功率電阻進行串聯(lián)，通過控制同一時間下導(dǎo)通的MOS管5數(shù)量，來調(diào)節(jié)輸出電阻負載大小，針對不同模式的特點進行相應(yīng)的算法控制，從而達到期望目標，其中MOS管5輪流導(dǎo)通，平均每個并聯(lián)管路導(dǎo)通時間相同，以延長MOS管5的使用壽命、減少器件損壞。
[0034]功放模塊采用0ΡΑ2227運算放大器，結(jié)合了高精度低噪聲的帶寬優(yōu)勢，對單片機輸出控制信號進行功率放大，從而控制MOS管5的導(dǎo)通與關(guān)斷。
[0035]電源模塊為單片機提供所需要的電源。主要由變壓部分、濾波部分、穩(wěn)壓部分組成。一般的，220V交流電經(jīng)9V變壓器降壓再通過電容濾波，穩(wěn)壓管7805穩(wěn)壓輸出直流5V，LMl 117穩(wěn)壓輸出直流3.3V。
[0036]—般的，模擬電子負載可以擴展實現(xiàn)模擬三相電子負載，使用三組電子負載，彼此通過CAN總線進行數(shù)據(jù)交互，以實現(xiàn)三相負載之間的平衡。
[0037]具體的四種工作模式為:恒阻模式，在本實施例中采用IΩ的功率電阻進行并聯(lián)，每多導(dǎo)通一個MOS管5，電導(dǎo)就會增加1S，電阻相應(yīng)的減少。對單片機進行編程，可以在電阻小于I Ω的情況下，實現(xiàn)電阻恒定。具體為，不能將MOS管5全部導(dǎo)通，為了延長各個器件的使用壽命，需要各個器件輪流工作。例如，需要0.25的恒定阻值，假設(shè)有12個MOS管5，可以先對前4個進行導(dǎo)通，然后對中間4個進行導(dǎo)通，繼而對后4個導(dǎo)通，再回到前4個，這樣的輪流工作保證了每一個功率器件都有足夠的時間進行散熱。
[0038]恒壓模式，對于恒壓模式，可利用單片機的電壓反饋來實現(xiàn)。當檢測到反饋電壓比設(shè)定值大的時候，這說明整個設(shè)備或系統(tǒng)存在過壓的情況，這時可以增加MOS管5的導(dǎo)通數(shù)量，來實現(xiàn)加快電能釋放的速度，達到降低電壓的目的。同樣，若檢測到的值低于設(shè)定值，就減少MOS管5的導(dǎo)通數(shù)量，在一定范圍內(nèi)可以達到恒壓效果。在控制MOS管5導(dǎo)通數(shù)量的同時，盡可能保證各MOS管5是交替導(dǎo)通的。
[0039]恒流模式，有歐姆定律U=IR，根據(jù)對偶定理得到相應(yīng)的電導(dǎo)公式，S卩I= UG。其中，G為電導(dǎo)，要獲得恒定的電流，S卩I為常數(shù)，電壓U和電導(dǎo)G成反比關(guān)系，S卩U與R成正比。通過利用反饋的電壓信號來計算R的阻值。通過計算得到的R值來判斷需要導(dǎo)通的MOS管5導(dǎo)通數(shù)量。同樣的，MOS管5的導(dǎo)通是交替輪流的。
[0040]恒功率模式，類比恒流模式，功率對于電壓U和電阻R的函數(shù)，S卩:P = U2/R，也可以寫成R = U2/P，對于恒功率模式，功率P便是一個常量，電阻R由反饋量電壓U決定，確定了 R的大小可以精確控制MOS管5的導(dǎo)通數(shù)量。同樣的，MOS管5的導(dǎo)通是交替輪流的。
[0041]上述四種模式，均通過控制MOS管5的導(dǎo)通數(shù)量來完成不同模式的切換，通過電阻發(fā)熱功率損耗，類比用電器的工作狀況，在每一種情況下，MOS管5的導(dǎo)通數(shù)量雖然可以通過計算被決定，但每一個管路的導(dǎo)通情況，卻并不絕對，而是輪流交替。控制算法進行靈活設(shè)置，導(dǎo)通時間需要盡可能平均分到每一個管子上，即每一個管路各自導(dǎo)通的總時間彼此均衡，這樣可將風險降低到最小，對于一般的生產(chǎn)設(shè)備測試而言，精度要求不是很高，電子負載裝置可以作為可靠的替代品。
[0042]本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0043]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種電子負載裝置，其特征在于，包括控制模塊、為所述控制模塊提供電源的電源模塊、功率放大驅(qū)動模塊和多個MOS管: 所述控制模塊分別連接有顯示模塊和輸入模塊； 所述MOS管分別與負載電阻串聯(lián)，多個所述MOS管間并聯(lián)設(shè)置，所述MOS管的漏極與所述控制模塊連接，所述MOS管的柵極與所述功率放大驅(qū)動模塊連接，所述MOS管的源級經(jīng)所述負載電阻接地。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子負載裝置，其特征在于，所述顯示模塊具體為LCD液晶顯示屏。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子負載裝置，其特征在于，所述負載電阻的阻值范圍為IΩ至 10Ω。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的電子負載裝置，其特征在于，所述控制模塊具體為單片機。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子負載裝置，其特征在于，所述輸入模塊具體為矩陣鍵盤。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子負載裝置，其特征在于，所述功率放大驅(qū)動模塊具體為運算放大器。
【文檔編號】G01R31/00GK205720464SQ201620345637
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】謝門喜, 瞿卉, 史炳偉, 朱燦焰
【申請人】蘇州大學(xué)