數(shù)控隔離式恒阻直流電子負載的設(shè)計與實現(xiàn)

徐承成

（成都信息工程大學(xué)，四川成都， 610225）

關(guān)鍵字：電子負載；恒阻；電氣隔離；數(shù)控

0 引言

在石油化工測試中，會使用多路恒阻電子負載對某一條件下多條油氣管線電阻進行模擬。恒阻電子負載反饋控制可采用軟件閉環(huán)和硬件閉環(huán)兩種控制方式，本文采用硬件閉環(huán)控制方式實現(xiàn)恒阻電子負載的設(shè)計，以達到響應(yīng)速度快、電路設(shè)計成本低等方面的要求。

1 設(shè)計與實現(xiàn)

1.1 恒阻電子負載

直流電子負載是利用功率管工作在放大狀態(tài)產(chǎn)生的耗散功率來消耗電源功率[1]，即負載作用，有恒流、恒功率和恒阻三種模式[2]，本文設(shè)計的恒阻電子如圖1所示。

圖1 恒阻電子負載

假設(shè)電流檢測器U3等效為采樣電阻Rf，U2放大倍數(shù)為K1，利用放大器處于線性區(qū)時有“虛短”、“虛斷”的特點[3][4]，經(jīng)推導(dǎo)

固定K1、K2、Rf1、Rf2、Rf即實現(xiàn)恒阻，若用程序調(diào)整參數(shù)，即可數(shù)控恒阻設(shè)定[5]。

1.2 隔離電路與設(shè)計

1.2.1 隔離方案

本文使用單一控制器實現(xiàn)對多路電子負載隔離控制，同時改變各電子負載采樣及反饋回路的參數(shù)以實現(xiàn)調(diào)節(jié)。本文選用數(shù)字隔離方式以達到對電路系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力的要求。

采用數(shù)字電位器改變電壓取樣分壓比、放大倍數(shù)或衰減比例都可以實現(xiàn)電子負載參數(shù)調(diào)整，在數(shù)字電位器與控制器之間通過專用數(shù)字隔離器進行數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)數(shù)字隔離方式。

1.2.2 接口電路

控制器時鐘頻率較高，要求隔離器響應(yīng)速度快， 本文選用TI公司的專用高速數(shù)字隔離器ISO7640FM實現(xiàn)信號隔離傳輸，接口電路如圖 3所示。要實現(xiàn)電氣隔離，須采用隔離電源供電，以網(wǎng)絡(luò)標號“+5.0”和“+5V”區(qū)分。時鐘線 SCK、數(shù)據(jù)線DIN為多路共用，CS為不同器件片選，接口電路如圖2所示。

圖2 單路數(shù)字隔離接口電路

2 電路測試

本文恒阻電子負載屬于靜態(tài)負載模式[7]，主要進行恒阻測試及通道隔離測試。

2.1 定電壓恒阻測試

表1 恒阻測試數(shù)據(jù)

由表 3，實測值隨設(shè)定值改變而變化，相對誤差＜5%，兩者關(guān)系

可利用此關(guān)系修正以提高設(shè)定精度。

2.2 定電阻與隔離測試

設(shè)定1路和2路恒阻值分別為5Ω和1Ω，改變輸入電壓，測試數(shù)據(jù)如表 2所示。

數(shù)據(jù)表明，1路的實測阻值與2路的實測阻值互不影響，說明兩路電子負載之間是相互隔離的。

表2 恒阻與隔離測試

3 結(jié)論

本文實現(xiàn)了數(shù)控隔離式恒阻電子負載設(shè)計，用于多路管線電阻模擬，雖然存在一定誤差，但針對管線電阻模擬的要求能夠勝任。

本文電子負載可引入PID調(diào)節(jié)電路可以更好地實現(xiàn)電子負載對不同性質(zhì)負載的模擬[8]，引入軟件閉環(huán)控制可提高恒阻精度。