一种大功率高精度恒流电子负载制造技术

本发明专利技术公开了一种大功率高精度恒流电子负载。所述大功率高精度恒流电子负载包括恒定电流误差放大单元、功率单元组和求和单元；其中，恒定电流误差放大单元的第一输入端与求和单元的输出端连接，第二输入端接入恒定电流控制电压信号；功率单元组包括n个并联的功率单元，每个功率单元的输入端均与恒定电流误差放大单元的输出端连接；n个功率单元的输出端分别接电阻做平均运算后与设置电流对比并累加实现求和单元。本发明专利技术由多个功率单元组构成，可实现大功率；各功率单元组中，其最大电流值较高，可设置更小的电流，实现高精度以及宽电压范围；各功率单元组中，具有内部的闭环反馈控制，可实现恒流闭环控制，增强电子负载的稳定性以及可靠性。定性以及可靠性。定性以及可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种大功率高精度恒流电子负载


[0001]本专利技术涉及电子负载
，具体涉及一种大功率高精度恒流电子负载。

技术介绍

[0002]电子负载是一种电流、电压和电阻可控的仪器，可模拟真实负载，可消耗、吸收或承载功率和电流，常用来对大功率电阻、充电电池、充电器等电源输出设备进行测试和评估，且一般具有恒流、恒阻、恒压和恒功率的功能。
[0003]随着电子技术的发展，各类电子类产品性能指标逐渐提高，同时对电子负载的性能指标要求更为严格，特别是在恒压和恒流方面的要求愈来愈高。恒流作为常用的电子负载功能，主要用于测试各种电源、电池，还可与电源组成恒流源。此外，大电流精密恒流源的用途广泛，比如核磁共振、粒子加速器、离子约束装置等。
[0004]恒流源一般采用精密并联三端可调基准电压源来替代稳压管的作用，该结构的恒流源输出电流不可调，且数值小、范围窄、精度低以及与可调电阻呈非线性关系，其响应速度较慢、精度不高、动态负载测试功能不完善及其稳定性较差成了电子负载技术中的主要问题。
[0005]现有技术中，专利高精度恒流数控电子负载及其工作方法中，虽然实现高精度，但不能使用在大功率场合；专利一种恒流型大功率电子负载控制电路中虽然实现大功率，但是需要额外的晶体管驱动电路，增加了额外的损耗。
[0006]如何解决上述问题，是目前亟待解决的。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提出一种大功率高精度恒流电子负载。
[0008]本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。
[0009]一种大功率高精度恒流电子负载，包括恒定电流误差放大单元、功率单元组和求和单元；
[0010]其中，恒定电流误差放大单元的第一输入端与求和单元的输出端连接，第二输入端接入恒定电流控制电压信号；功率单元组包括n个并联的功率单元，每个功率单元的输入端均与恒定电流误差放大单元的输出端连接；n个功率单元的输出端分别接电阻做平均运算后与设置电流对比并累加实现求和单元。
[0011]进一步地，功率单元包括第一连接端口和第二连接端口，第一连接端口为正极输出，第二连接端口为负极输出；
[0012]功率单元组中，n个功率单元的第一连接端口均连接至功率单元组的输出正接线柱即电子负载的正接线柱，n个功率单元的第二连接端口均连接至功率单元组的输出负接线柱即电子负载的负接线柱。
[0013]进一步地，功率单元包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻、第三电阻、
第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第一晶体管、第一电容、第二电容和第三电容；
[0014]其中，第十电阻第一端输入单元编程电压，第二端连接第一运算放大器的同相输入端和第一电容第一端；第一运算放大器的反相输入端连接第九电阻的第二端、第十一电阻的第一端、第二电容的第一端和第三电容的第一端；第一运算放大器的输出端连接第十一电阻的第二端、第二电容的第二端和第一电阻的第一端；
[0015]第一晶体管的栅极连接第一电阻的第二端和第六电阻的第一端，源级连接第六电阻的第二端、第四电阻的第一端、第七电阻的第一端和第三电容的第二端，漏极连接第一连接端口；
[0016]第五电阻第一端和第二运算放大器的输出端；第二运算放大器的同相输入端连接第四电阻的第二端，反相输入端连接第三电阻的第二端和第五电阻的第一端；第七电阻的第二端、第三电阻的第一端、第八电阻的第一端和第一电容第二端共同接地，第八电阻的第二端以及第二连接端口。
[0017]进一步地，功率单元中，第一运算放大器用于控制第一晶体管，为第一晶体管提供驱动电压；第二运算放大器用于将每个功率单元输出至第七电阻的电流产生的电压信号进行差分放大，将差分放大后的电压信号作为反馈输出至恒定电流误差放大单元；第一晶体管是输出管子，通过导通或者关断实现电流的输出，实际输出电流由第一连接端口经过第一晶体管、第七电阻和第八电阻流出到第二连接端口。
[0018]进一步地，求和单元包括n个功率单元对应的n个第二电阻，其中，第i个功率单元的第九电阻的第一端连接第i个第二电阻的第二端，所有第二电阻的第一端连接到一起形成平均电路，输出功率单元电流平均值之和Isum，i＝1～n。
[0019]进一步地，恒定电流误差放大单元包括第三运算放大器、第四电容和第一外部输入电源；
[0020]第三运算放大器的同相输入端连接第一外部输入电源的正极和单元编程电流，反向输入端连接所有第二电阻的第一端和第四电容的第一端，输出端连接所有功率单元中的第十电阻的第一端和第四电容的第二端；第一外部输入电源的负极接地；
[0021]求和单元输出功率单元电流平均值之和Isum至第三运算放大器的反向输入端，对比设定信号即同相输入端输入的单元编程电流，第三运算放大器的输出端输出误差信号即单元编程电压至所有功率单元中的第十电阻的第一端，形成闭环控制，实现恒流闭环负载特性。
[0022]进一步地，所述恒定电流控制电压信号为单元编程电流和第一外部输入电源，实现第一连接端口到第二连接端口的输出电流Isum等于单元编程电流，通过控制单元编程电流，单元编程电流抵消第一外部输入电源提供的电流，实现第三运算放大器的虚短虚断，即实现恒流闭环控制，通过控制第一连接端口到第二连接端口的输出电流Isum等于单元编程电流，使得第一连接端口和第二连接端口之间输出的单元编程电压等于第四电容乘以输出电流Isum的电流积分，实现恒定电流控制电压信号，此时的单元编程电压是通过控制单元编程电流来控制。
[0023]进一步地，当需要的电子负载的输出电流Isum为aA，且单个功率单元的输出电流为bA，则功率单元组中需要的功率单元个数n＝a/b。
[0024]进一步地，第一电阻＝10Ω，第二电阻＝20kΩ，第五电阻＝16.35kΩ，第六电阻＝100kΩ，第七电阻＝10kΩ，第八电阻＝0.1mΩ，第九电阻＝1mΩ，第十电阻＝14.7kΩ，第十一电阻＝1MΩ，第一电容＝1nF，第二电容＝22pF；第三电阻＝第四电阻，取值范围为63Ω～2kΩ；单个功率单元的输出电流为2A～60A。
[0025]进一步地，第一晶体管采用230W的IRFB4410ZPF或580W大功率的IRFPS3810；第一运算放大器采用MC34071D，第二运算放大器和第三运算放大器采用AD8551AR或ADA4528，采用不同的运算放大器是因为成本以及精度的需求，第二运算放大器和第三运算放大器需要精度高一点，所以价格贵一点，而第一运算放大器则可以用便宜一点的运放，可适当选择低精度的运放。
[0026]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0027]1、恒流电子负载由多个功率单元组构成，可实现大功率；
[0028]2、各功率单元组中，其最大电流值较高，可达60A，因此可设置更小的电流，实现高精度以及宽电压范围；
[0029]3、各功率单元组中，具有内部的闭环反馈控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大功率高精度恒流电子负载，其特征在于，包括恒定电流误差放大单元、功率单元组和求和单元；其中，恒定电流误差放大单元的第一输入端与求和单元的输出端连接，第二输入端接入恒定电流控制电压信号；功率单元组包括n个并联的功率单元，每个功率单元的输入端均与恒定电流误差放大单元的输出端连接；n个功率单元的输出端分别接电阻做平均运算后与设置电流对比并累加实现求和单元。2.根据权利要求1所述的一种大功率高精度恒流电子负载，其特征在于，功率单元包括第一连接端口(P)和第二连接端口(N)，第一连接端口(P)为正极输出，第二连接端口(N)为负极输出；功率单元组中，n个功率单元的第一连接端口(P)均连接至功率单元组的输出正接线柱即电子负载的正接线柱，n个功率单元的第二连接端口(N)均连接至功率单元组的输出负接线柱即电子负载的负接线柱。3.根据权利要求2所述的一种大功率高精度恒流电子负载，其特征在于，功率单元包括第一运算放大器(U1)、第二运算放大器(U2)、第一电阻(R1)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)、第一晶体管(Q1)、第一电容(C1)、第二电容(C2)和第三电容(C3)；其中，第十电阻(R10)第一端输入单元编程电压(Vset)，第二端连接第一运算放大器(U1)的同相输入端和第一电容(C1)第一端；第一运算放大器(U1)的反相输入端连接第九电阻(R9)的第二端、第十一电阻(R11)的第一端、第二电容(C2)的第一端和第三电容(C3)的第一端；第一运算放大器(U1)的输出端连接第十一电阻(R11)的第二端、第二电容(C2)的第二端和第一电阻(R1)的第一端；第一晶体管(Q1)的栅极连接第一电阻(R1)的第二端和第六电阻(R6)的第一端，源级连接第六电阻(R6)的第二端、第四电阻(R4)的第一端、第七电阻(R7)的第一端和第三电容(C3)的第二端，漏极连接第一连接端口(P)；第五电阻(R5)第一端和第二运算放大器(U2)的输出端；第二运算放大器(U2)的同相输入端连接第四电阻(R4)的第二端，反相输入端连接第三电阻(R3)的第二端和第五电阻(R5)的第一端；第七电阻(R7)的第二端、第三电阻(R3)的第一端、第八电阻(R8)的第一端和第一电容(C1)第二端共同接地，第八电阻(R8)的第二端以及第二连接端口(N)。4.根据权利要求3所述的一种大功率高精度恒流电子负载，其特征在于，功率单元中，第一运算放大器(U1)用于控制第一晶体管(Q1)，为第一晶体管(Q1)提供驱动电压；第二运算放大器(U2)用于将每个功率单元输出至第七电阻(R7)的电流产生的电压信号进行差分放大，将差分放大后的电压信号作为反馈输出至恒定电流误差放大单元；第一晶体管(Q1)是输出管子，通过导通或者关断实现电流的输出，实际输出电流由第一连接端口(P)经过第一晶体管(Q1)、第七电阻(R7)和第八电阻(R8)流出到第二连接端口(N)。5.根据权利要求3所述的一种大功率高精度恒流电子负载，其特征在于，求和单元包括n个功率单元对应的n个第二电阻，其中，第i个功率单元的第九电阻(R9)的第一端连接第i个第二电阻(R2
i
)的第二端，所有第...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨茂昌，
申请(专利权)人：广东中质检测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：