用于电子负载的恒阻电路及电子负载的制作方法

1.本发明涉及电子负载领域，特别涉及一种用于电子负载的恒阻电路及电子负载。


背景技术：

2.电子负载在进行不同的电源测试时，需要根据电源的类型及工作方式来改变自身的工作模式，电子负载有恒流、恒压、恒阻，恒功率四种基本工作模式，但一般的电子负载内仅有恒电流电路，恒压、恒阻和恒功率都是通过软件计算，对于恒阻电路，目前市面上大部分电子负载是采用数字闭环控制的方式来实现的，即使用高速adc采集到端口的电压，之后通过设定的电阻值以欧姆定律计算所需的电流值，然后通过高速dac打出所需的电流值，同时考虑到线损及电源特性变化，实时去调整电流值。
3.然而这样会导致负载的恒阻实现高度依赖adc和dac的精度和采样速度，同时dac设定值和adc采样值的信号流中不能用电容滤波，也不能用低速的器件。不然环路速度一定程度上会制约调整频率，严重时会形成震荡。同时采用高速dac和adc增加了器件成本，另外由于没有大电容滤波，在测噪声比较大的电源时容易形成误触发，导致输出异常值。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种用于电子负载的恒阻电路及电子负载，仅用dac的电路架构就能实现快速的恒阻，响应速度基本和恒流环相当，同时电路中可以使用较深的滤波电路，保证采集的稳定性。
5.根据本发明第一方面实施例的用于电子负载的恒阻电路，包括：电源端；mos管，所述mos管的漏极连接电源端，所述mos管的源极通过采样电阻接地；误差放大器，所述mos管的栅极连接所述误差放大器的输出端；第一差分放大器，所述第一差分放大器的同相端和反相端分别连接采样电阻的两端，所述第一差分放大器的输出端连接所述误差放大器的反相端；第二差分放大器，所述第二差分放大器的同相端连接电源端，所述第二差分放大器的反相端接地；双路开关和基准电源，所述第二差分放大器的输出端连接双路开关的一个输入端，所述基准电源连接所述双路开关的另一个输入端；dac模块，所述双路开关的输出端连接所述dac模块的基准电压端；mcu，所述mcu连接所述dac模块的输入端以用于调节dac模块的输出电压，所述mcu通过调节dac模块的输出电压来调节恒阻环路的阻值。
6.根据本发明第一方面实施例的用于电子负载的恒阻电路，至少具有如下有益效果：
7.本发明实施方式中在恒流环路的基础上，仅增加一个开关就可以将恒流电路切换为恒阻电路，电路简单，对器件要求低，降低了整套测试方案的成本，更容易实现。本发明通过电流环路简单改进及变换，基于原理恒流环路的校准参数，实现了恒阻电路，不影响整体电流环路的响应速度，调节速度快，控制简单。本发明中mcu通过控制dac模块的输出电压来调节电路的阻值，控制精度高，同时adc采样中可以加深度滤波，排除测量误差，使设定和采集的值更准确及更稳定。
8.根据本发明的一些实施例，所述dac模块为电流型dac。
9.根据本发明的一些实施例，所述mcu通过调节dac模块输出的dac值来调节恒阻环路的阻值中，dac值和恒阻环路的阻值r的关系式为：
10.r＝dacbit*k1/(k2*dac)
11.其中，dacbit为dac模块的位宽参数，k1为第一差分放大器的放大系数，k2为第二差分放大器的放大系数，dac为dac模块输出的dac值。
12.根据本发明的一些实施例，还包括第一adc模块，所述第一差分放大器的输出端连接所述第一adc模块的输入端，所述第一adc模块的输出端连接所述mcu的电流采集端。
13.根据本发明的一些实施例，所述第一差分放大器的输出端和所述第一adc模块的输入端之间设置有滤波电路。
14.根据本发明的一些实施例，还包括第二adc模块，所述第二差分放大器的输出端连接所述第二adc模块的输入端，所述第二adc模块的输出端连接所述mcu的电压采集端。
15.根据本发明的一些实施例，所述第二差分放大器的输出端和所述第二adc模块的输入端之间设置有滤波电路。
16.根据本发明第二方面实施例的电子负载，包括上述的用于电子负载的恒阻电路。
17.根据本发明第二方面实施例的电子负载，至少具有如下有益效果：
18.本发明实施方式中在恒流环路的基础上，仅增加一个开关就可以实现恒流恒阻的切换，电路简单，对器件要求低，降低了整套测试方案的成本，更容易实现。本发明通过电流环路简单改进及变换，基于原理恒流环路的校准参数，实现了恒阻电路，不影响整体电流环路的响应速度，调节速度快，控制简单。本发明中mcu通过控制dac模块的输出电压来调节电路的阻值，控制精度高，同时adc采样中可以加深度滤波，排除测量误差，使设定和采集的值更准确及更稳定。
19.本发明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，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
20.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
21.图1为本发明实施例中用于电子负载的恒阻电路的电路原理图。
具体实施方式
22.下面详细描述本发明的实施例，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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
23.在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。
24.在本发明的描述中，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。
25.本发明的描述中，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发明中的具体含义。
26.参照图1所示，一种用于电子负载的恒阻电路，包括：电源端vbus、mos管q1、误差放大器u1、第一差分放大器u2、第二差分放大器u3、双路开关s1、基准电源vref、dac模块和mcu。其中，mos管q1的漏极连接电源端vbus，mos管q1的源极通过采样电阻r1接地，mos管q1的栅极连接误差放大器u1的输出端，第一差分放大器u2的同相端和反相端分别连接采样电阻r1的两端，通过第一差分放大器u2可以获得采样电流，第一差分放大器u2的输出端连接误差放大器u1的反相端，第二差分放大器u3的同相端连接电源端vbus，第二差分放大器u3的反相端接地，通过第二差分放大器u3可以获得采样电压，第二差分放大器u3的输出端连接双路开关s1的输入引脚1，基准电源vref连接双路开关s1的输入引脚2，双路开关s1的输出引脚连接dac模块的基准电压引脚vref，mcu连接dac模块的输入端以用于调节dac模块的输出电压，mcu通过调节dac模块的输出电压来调节恒阻环路的阻值。
27.下面说明本技术的工作原理：
28.当双路开关s1打到2时，电路处于恒流环路模式下，此时dac模块的基准电压为vref，mcu输出一个设定的dac值给dac模块，dac模块输出一个与dac值对应的电压给误差放大器u1的同相端，同时第一差分放大器u2通过采样电阻r1得到与输出电流成比例的一个电压量接到误差放大器u1的反相端，误差放大器u1比较dac模块的输出量和采样电阻的反馈量，形成误差信号来控制mos管q1的导通程度，实现了一个负反馈的恒流闭环，dac模块的输出量和反馈量最终要实现平衡，因此只要确定mcu输出的dac值，最终的输出电流就是确定并且恒定不变的。dac模块的输出电压跟采样电阻r1及第一差分放大器u2共同决定了电流源的输出电流幅值。
29.当双路开关s1打到1时，此时dac模块的基准电压为第二差分放大器u3的输出电压v1，且v1＝k2*vbus，其中k2为第二差分放大器u3的放大系数，而dac模块的输出电压vout＝k1*i，其中k1为第一差分放大器u2的放大系数，i为流经采样电阻r1的电流；并且由dac模块的工作原理可得vout＝vref*dac/dacbit，其中vref为dac模块的基准电压，dac为mcu输出的dac值，dacbit为dac模块的位宽参数，例如16位dac就是2的16次方65535；将上面三式合并可得i*k1＝v1*dac/dacbit＝k2*vbus*dac/dacbit，经过换算得出r＝vbus/i＝dacbit*k1/(k2*dac)，r为恒阻电路的阻值，由以上公式可知，因为dacbit、k1和k2的值都是确定的，因此恒阻电路的阻值r由mcu输出的dac值决定，mcu通过输出不同的dac值得出不同电阻，实现恒阻电路。
30.其中，本发明实施例中dac模块为电流型dac，电流型dac的基准电压可以为0v，在极小电阻时，采用电流型dac会使得恒阻电路的阻值更准确。当然本发明也可以采用电压型dac，但电压型dac在基准为0点时可能无法输出电压，在靠近0v时输出电压精度也较差。本技术中采用电流型dac可以在在不损失分辨率情况下提高精度，一般软件实现的恒阻很难做到0v电压点极低的恒电阻，即便做到也难以保证精度。
31.具体的，本发明实施例中还包括第一adc模块，第一差分放大器u2的输出端连接第一adc模块的输入端，第一adc模块的输出端连接mcu的电流采集端，mcu可以获取恒流环路
的电流值。第一差分放大器u2的输出端和第一adc模块的输入端之间设置有滤波电路。
32.具体的，本发明实施例中还包括第二adc模块，第二差分放大器u3的输出端连接第二adc模块的输入端，第二adc模块的输出端连接mcu的电压采集端。第二差分放大器u3的输出端和第二adc模块的输入端之间设置有滤波电路。mcu通过第一adc模块可以获取电路的电流值，通过第二adc模块可以获取电路的电压值。本技术电路简单，不依靠高速dac和adc，采集电路上可加很深的滤波，排除测量误差，使设定和采集的值更准确及更稳定。
33.综上，本发明实施方式中在恒流环路的基础上，仅增加一个开关就可以将恒流电路切换为恒阻电路，电路简单，对器件要求低，降低了整套测试方案的成本，更容易实现。本发明通过电流环路简单改进及变换，基于原理恒流环路的校准参数，实现了恒阻电路，不影响整体电流环路的响应速度，调节速度快，控制简单。本发明通过一系列的运算，准确的计算电阻值和设定dac的关系，mcu通过控制dac模块的输出电压来调节电路的阻值，控制精度高，同时adc采样中可以加深度滤波，排除测量误差，使设定和采集的值更准确及更稳定。
34.本发明通过创新的设计，巧妙的运用dac、运放等器件搭建了一个通过设定dac值来控制mos管实现一个的恒定电阻的电路，控制精度高，电路简单，可扩展性强。
35.本发明还涉及一种电子负载，包括上述实施例的用于电子负载的恒阻电路。
36.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

技术特征：
1.一种用于电子负载的恒阻电路，其特征在于，包括：电源端；mos管，所述mos管的漏极连接电源端，所述mos管的源极通过采样电阻接地；误差放大器，所述mos管的栅极连接所述误差放大器的输出端；第一差分放大器，所述第一差分放大器的同相端和反相端分别连接采样电阻的两端，所述第一差分放大器的输出端连接所述误差放大器的反相端；第二差分放大器，所述第二差分放大器的同相端连接电源端，所述第二差分放大器的反相端接地；双路开关和基准电源，所述第二差分放大器的输出端连接双路开关的一个输入端，所述基准电源连接所述双路开关的另一个输入端；dac模块，所述双路开关的输出端连接所述dac模块的基准电压端；mcu，所述mcu连接所述dac模块的输入端以用于调节dac模块的输出电压，所述mcu通过调节dac模块的输出电压来调节恒阻环路的阻值。2.根据权利要求1所述的用于电子负载的恒阻电路，其特征在于，所述dac模块为电流型dac。3.根据权利要求1所述的用于电子负载的恒阻电路，其特征在于，所述mcu通过调节dac模块输出的dac值来调节恒阻环路的阻值中，dac值和恒阻环路的阻值r的关系式为：r＝dacbit*k1/(k2*dac)其中，dacbit为dac模块的位宽参数，k1为第一差分放大器的放大系数，k2为第二差分放大器的放大系数，dac为dac模块输出的dac值。4.根据权利要求1所述的用于电子负载的恒阻电路，其特征在于，还包括第一adc模块，所述第一差分放大器的输出端连接所述第一adc模块的输入端，所述第一adc模块的输出端连接所述mcu的电流采集端。5.根据权利要求4所述的用于电子负载的恒阻电路，其特征在于，所述第一差分放大器的输出端和所述第一adc模块的输入端之间设置有滤波电路。6.根据权利要求1所述的用于电子负载的恒阻电路，其特征在于，还包括第二adc模块，所述第二差分放大器的输出端连接所述第二adc模块的输入端，所述第二adc模块的输出端连接所述mcu的电压采集端。7.根据权利要求6所述的用于电子负载的恒阻电路，其特征在于，所述第二差分放大器的输出端和所述第二adc模块的输入端之间设置有滤波电路。8.一种电子负载，其特征在于，包括权利要求1至7任意一项所述的用于电子负载的恒阻电路。

技术总结
本发明公开了一种用于电子负载的恒阻电路及电子负载，包括：电源端、MOS管、误差放大器、第一差分放大器、第二差分放大器、双路开关、基准电源、DAC模块和MCU。本发明实施方式中在恒流环路的基础上，仅增加一个开关就可以将恒流电路切换为恒阻电路，电路简单，对器件要求低，降低了整套测试方案的成本，更容易实现。本发明通过电流环路简单改进及变换，基于原理恒流环路的校准参数，实现了恒阻电路，不影响整体电流环路的响应速度，调节速度快，控制简单。本发明中MCU通过控制DAC模块的输出电压来调节电路的阻值，控制精度高，同时ADC采样中可以加深度滤波，排除测量误差，使设定和采集的值更准确及更稳定。值更准确及更稳定。值更准确及更稳定。


技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：湖南恩智测控技术有限公司
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/10/11