高稳定度恒流负载的设计与实现

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(1)恒流精度高、稳定性好。当输入电压大范围变化时,实 测直流恒流电流的稳定度接近100%,交流恒流电流的稳定度 为99.8%; (2)允许输入电压变化范围宽,理论上(不考虑电路中功率 整流桥的导通电压)可从0 V开始使用,实测最低电压约为2.5 V.设计上限峰值电压为200 V,可满足对常用电源的测试要求; (3)恒流电流范围宽。由于功率管采用 (下转第45页)
N0de”。
Bo.
代表测量状态;PD0的通讯参数指定了1奸DOl的COB—ID、
传输类型、禁止时间等参数。根据以上分析,左键单击BoxllO
(3)参数的设置:左键单击“Box4(cANopen Node)”一>选
择右侧“CAN N0de”标签一>勾选“General CAN—Node”选项, 设置为普通CAN节点;根据MANNER公司自定义CAN协议, 定义6个字节的CAN帧与传感器进行通讯,并参照(1)部分设
c伽staIlt
cur托nt load,
AbS锄ct:T0
which
caII
realize testing dilkrent kinds of
power
or
supply,t}Iis p印er desi伊ed卸d realizes粕actiVe
meet the load requirements of altemating
RW:旋钮大小,重复上述过程。通过计算可得到稳定度指标。 测试交流恒流的波形时,改变输入交流电压的频率和大
小,通过示波器观察输出电流的波形及相关参数,并进行相应 分析。 2.2.1直流档测试 Stepl:将开关置于直流档,调整面板上的旋钮并观察旋钮 表盘上的读数,使输出电流分别稳定在0.5
A、l A、2 A、3 A; V、
Step2:在Stepl四种情况下,分别将输入电压调整为4
15 V、30
V,待电流稳定,记录测量电流的大小。
测试结果如表2所示。 表2直流档时输出电流测量
2.2.2交流档测试 St印l:同直流档;
正意义上阻性负载的要求。这是该设计的难点,同时也是创新 点。此外,该设计具有以下优点:
V、
Step2:在每种情况下,分别将输入电压有效值调整为9
Desi驴锄d hlplementation
0f
mgh-stabm坶
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Constant Current Load
CUI
Qi∞g,zHANG An・t明g,CHEN Ti粕一feng,wANG
of Air
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and
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F凹∞Ellgimeri赡University,xi’瓶710帖l,C蛐嗡)
出电压,该电路利用它来产生2.5 V的直流电压基准。 如图3所示,由R16、Ic5、c8、c9组成2.5 V基准产生电路。 此外,2.5 V的直流电压基准通过尺价尺。。分压可作为交流基准 电压产生电路的直流基准电压(约为1.25 V)。 1.2交流基准 如图3所示,交流基准是利用负反馈稳压电路来产生,通 过与直流基准的比较放大,使得整流后的电压能够稳定在一定 的幅度上。为防止输入电压过大,电路中用尺。和R:分压后作 为交流基准电路的输入电压,输入电压与反馈调整电压相乘 后,再经过Ic2A放大产生交流基准VAC陀f.
能指标: 表1性能指标要求
性能指标 输入直流电压变化范围 输入交流电压有效值变化范围 输出电流 直流恒流稳定度 交流恒流稳定度 范围
≤200 V
≤140 V ≤5 A
图5

V时输出电流的波形
≥99% ≥98%
2.2测试方法与结果 测试稳定度时,交流档和直流档采用相同的测试方法。即 给定输入电压下,调整RW2旋钮大小,记录电流值,然后在不同 的输入电压下,测量输出的交、直流电流的大小变化,多次调整
(5)功率恒流源电路:由运放和功率管组成。
1.1直流基准
电路中主要利用三端分压基准源’1143l来产生一个稳定
的直流电压。1f143l可设置到从2.5—36 V范围内任意值的输
圈3交流基准电路
1.3恒流大小控制部分 如图4所示,直流基准电压和交流基准电压通过Sl进行
输入到乘法器输入端直流电压大小,从而改变交、直流基准电 压的幅度,去控制输出恒流电流的大小。
(3)交、直流转换控制:电路工作时,根据输入的电压特性
来选择用直流基准还是交流基准。
负反馈电路原理如下:交流基准输出VACref经R.。、c2、C, 滤波,再经过同相跟随器IC2B隔离后输出,然后经R小RW。衰
减分压后,送比较放大器IC3的反相端输入,与正相端1.25

(4)恒流大小控制电路:直流基准电压和交流基准电压通
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过交、直流转换控制进入基准幅度调节电路,即恒流大小控制 电路,去控制输出恒流电流的大小。通过可调直流电压或单片 机控制基准电压的幅度。
直流参考电压进行比较放大,并将其输出作为反馈控制电压,
通过乘法器IClB(MLlD4)对输入的交流电压进行幅度调节。 反馈电路中,IC3的输出电压中会含有一些无用的交流成分,通 过c4、C,和尺。:滤除。 通过上述负反馈调整电路,产生与输入电压波形相同、相 位一致的交流电压基准。
en百neeIing印plication.
0f current
Words:const蛐t
current
l∞d;high stabil畸;rect玲;reference
O引言 电源在电子设备中发挥着举足轻重的作用,其损坏将直接 造成设备停止正常运行,因此需要对其进行严格的考核。传统
的电源考核方式带电阻、电感、电容等元器件,测试方法粗略、 不可调节,且不同等级的电源需要不同的带载测试,不仅需要
V,待读数稳定后,记录电流有效值,结果如表3所示。 表3 交流档时输出电流的有效值测量
万方数据
第4期
李响等:基于TwinCAT和C#的扭矩传感器校准系统
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长度为5个字节,前4个字节代表扭矩的测量值,最后1个字节
(2)设备的添加:右键单击“Fc51】(]【”一>选择“Append xes”一>在MisceU肌eo岫目录下选择“cANopen
回路产生交流基准,与测试电源波形和相位一致,从而实现真正意义的阻性负载。试验测得样机直流恒流稳定度接近
100%,交流恒流稳定度为99.8%。分析表明此方案可用于工程实际中对交、直流电源性能的测试。
关键词:恒流负载;高稳定度;整流;电流基准 中图分类号:7rP332.2 文献标识码:A 文章编号:1002一1841(2014)04—0038一03
牧稿日期:2013一04—02收修改稿日期:2013—11一02
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图2电路组成结构图
万方数据
第4期
崔琼等:高稳定度恒流负载的设计与实现
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成部分包括交流基准和直流基准产生电路、恒流大小控制电路 和恒流源输出电路。 (1)交流基准电压产生电路:当输入为交流电压时,通过对
选择,基准幅度调节电路由乘法器IClA组成,通过Rw:改变


图4恒流大小控制及恒流输出电路
1.4恒流源输出部分 如图4所示,这部分电路由运算放大器IC4和VM0s管组
成典型的恒流源电路,使流过功率管的电流仅与基准电压有 关,从而产生幅度一定的交、直流电流。功率管采用VMOSFET
万方数据
Instnlment
cun屯nt
direct current in difEbrent voltage,cun_;ent and pI明佗r with simple sening pat- pmduced the refet;ence of direct cllrmnt,
current
tem,明d whosபைடு நூலகம் wavefj珊of its
管、VMOS管或IGBT管。
2样机测试 综合以上设计方案和原理电路,制作了可用于实际电源测 试的样机。
V两种情况
下,用示波器进行观察互感器输出电压波形,得到图5和图6。
在对样机进行实测之前,首先应提出性能指标,并搭建测
试平台,然后按照预先设定的测试方法,对样机进行测试。 2.1性能指标与测试平台
根据设计目的,交直流恒流负载应做到在电源电压变化 时,电流的幅度可恒定在可调范围内任意给定值上,且电流与 电压波形一致,并具有较高稳定度。综上考虑,应满足以下性
is
as
s锄e鹊i协voltage’s试m hi曲stability.It t嘲ed
t11en pmduced tllat of altemating current tllmugh the feedback circu“after bIidge,to keep t}le cun_ent's
rectil弘ng altemating
实现交流恒流需要一个幅度不变的交流基准,这将是此系 统的难点。具体的电路组成结构图如图2所示。电路主要组
直流电压控制 或单片机控制
电流取样
现。由于一般的电子器件正常工作时其工作电流均为单向,供
电电压为固定极性,要实现交流恒流需要一对互补输出管,其 实现电路比较复杂。若要采用单管实现交流恒流输出,需首先 将双向交流电变为单相交流电,采用桥式整流电路即可实现, 如图1所示。
整流后的电压进行取样,此电压作为交流恒压基准产生电路的 输入电压。通过对输出的恒压基准电压进行交流滤波、取样, 然后与固定直流基准进行比较放大去控制线性增益调整环节
的增益,从而输出幅度稳定的交流基准电压,并保证了输出的 电压波形与输入的电压波形(形状和相位)保持一致。 (2)直流电压基准:当输入为直流电压时,选择直流电压基 准,由直流集成稳压器产生。
1kIIIliqIle锄d
Sensor
A pr.2014
(IRF250),允许的最大电流为25 A,最大电压200 V,若要输入 电压、电流的变化范围更大一些,可选择其他型号的功率三极
2.2.3输出电流波形
为观察输出电流的波形。通过电流互感器将输出电流转 换为电压,然后在输入电压有效值分别为9
V、18
图6
18
V时输出电流的波形
分析图5和图6,明显地观察到波形中出现了交越失真。
经对比,输入电压为18 V时的交越失真程度比输入电压为9

时的小。出现交越失真的原因是电路的输入电压是经过全波
整流后才输入到电路中的,整流器中的导通管压降造成了交越
失真。 总的来说,输出电流与输入电压波形和相位的基本一致, 实现了真正阻性负载,在一般工程应用中,认为测试结果有效。 接下来的设计,应考虑通过同步整流等方法,消除或减小交越 失真。 3实验结果分析 经测试,交直流恒流负载可同时满足交流电源和直流电源 的测试要求。测试电源时不必考虑极性问题,且输入端口为 交、直流共用,使用时一键切换即可。当输入为交流电时,其产 生的电流波形与输入电压波形形状相同,且相位一致,实现真
s掘bil畸0f血ect constaIIt cumnt印p玎Dach髂100%,
粕d山at of al把mating cIlrrem is 99.8%.Analysis coIlfi册s山at the desi伊c舳be used in testing t11e
direct cun℃m power supply in pmctical Key
大量元器件,同时需要消耗大量人力物力对这些器件进行管

图1交流恒流实现模型
理,存在着较大弊端。 在电源测试过程中使用恒流负载,相比传统静态负载,能
够更好模拟复杂多变的真实负载。因此,文中提出作为交直流 电源的恒流负载设计方案,实现模拟各种负载电特性,使测试 设定简单且参数可调,得到输出电流与被测电源电压波形和相 位一致,具有较高稳定性和可靠性。 1基本组成及工作原理 直流恒流电路实现比较容易,难点是交流恒流电路的实
2014年 第4期
仪表技术与传感器
Instnlmem TechniqIle
2014 No.3
舳d
Sensor
高稳定度恒流负载的设计与实现
崔琼,张安堂,陈天峰,王莎
(空军工程大学防空反导学院,陕西西安7l∞51)
摘要:为满足多种电源测试要求,文中设计并实现一有源恒流负载,满足不同电压、电流及功率的交、直流电源负载要 求,测试设定简单,电流波形与电压波形一致,具有高稳定度。首先产生直流基准;输入交流电压桥式整流后,再通过反馈
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