在测量AC-DC和DC-DC电源、功率器件、电池、电池充电器等输出能量或消耗能量时都需要负载,传统的方法是利用固定电阻和可变电阻器来充当被测负载。一种新兴的电子仪器和测试设备一-电子负载应运而生,他利用功率器件模拟电阻器,具有很强的操作灵活性。目前,电子负载技术发展的比较成熟,就其类型来说,一般有具有定电流(CC)、定电阻(CR)、定电压(CV)、定功率(CP)等工作模式。研究和开发新型的低成本的电子负载也成为一项有意义的工作。 1 恒流型(CC)电子负载结构框图介绍 | |||
2 控制电路设计及实验研究 要实现一个无静差调节控制,就必须采用比例一积分一微分控制规律。对本控制对象,采用比例一积分(PI) 控制就能满足要求。硬件电路如图2所示。电路主要由倒相器,PI调节器,MOS管和霍尔电流传感器组成。设计时一般从控制对象或执行单元进行。首先需要确定的是执行单元的传递函数,即MOS管的放大系数Ks的确定。 2.1 MOS管的放大系数Ks的确定 也就是霍尔电流传感器转换系数的确定。设计中用到的电流传感器为霍尔传感器,输入为电流,输出为电压,经测试确定霍尔系数K=0.8 V/A,即当传感器的输入端电流为l A时,输出端的电压为O.8 V。β=K=0.8 V/A。 2.3 PI调节器静态放大系数Kp的确定 根据负反馈闭环控制原理有:K=βKpKs=1得:Kp=l/βKs△0.875 V/A。根据此值,选取调节器输入、输出电阻值,以满足RF/RI=Kp。 2.4 各电压极性的确定和控制原理简述 表2是实验实测数据,从数据规律看,UGD(电位器w)和MOS管漏、源极电流IO成较好的线性关系。且IO/UGD=1/β=1/0.8=1.25。实验中的调节响应的快速性和抗扰性能都能调为。 4 几点说明和改进措施 (1)由于采用了PI调节器,MOS管的死区不必专门设计电路来消除,MOS管的非线性在闭环内自行消除。 (2)根据被测设备的性质(阻性,感性,容性),总可以通过调节PI参数,以保证其快速性,稳定性和抗扰性要求。 (3)该系统具有很强的可扩展性能。可实现数字给定和调节控制。 (4)对于要求测试电流较大时,可以考虑用多只MOS管的并联组合来扩大负载容量,如图4所示为2只MOS管的并联组合,在此情形下,Ks'=mKs;Kp'=Kp/m,m为所并MOS管的只数。 4 几点说明和改进措施 (1)由于采用了PI调节器,MOS管的死区不必专门设计电路来消除,MOS管的非线性在闭环内自行消除。 (2)根据被测设备的性质(阻性,感性,容性),总可以通过调节PI参数,以保证其快速性,稳定性和抗扰性要求。 (3)该系统具有很强的可扩展性能。可实现数字给定和调节控制。 (4)对于要求测试电流较大时,可以考虑用多只MOS管的并联组合来扩大负载容量,如图4所示为2只MOS管的并联组合,在此情形下,Ks'=mKs;Kp'=Kp/m,m为所并MOS管的只数。 |
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