数控隔离式恒阻直流电子负载的设计与实现

徐承成

（成都信息工程大学，四川成都， 610225）

关键字：电子负载；恒阻；电气隔离；数控

0 引言

在石油化工测试中，会使用多路恒阻电子负载对某一条件下多条油气管线电阻进行模拟。恒阻电子负载反馈控制可采用软件闭环和硬件闭环两种控制方式，本文采用硬件闭环控制方式实现恒阻电子负载的设计，以达到响应速度快、电路设计成本低等方面的要求。

1 设计与实现

1.1 恒阻电子负载

直流电子负载是利用功率管工作在放大状态产生的耗散功率来消耗电源功率[1]，即负载作用，有恒流、恒功率和恒阻三种模式[2]，本文设计的恒阻电子如图1所示。

图1 恒阻电子负载

假设电流检测器U3等效为采样电阻Rf，U2放大倍数为K1，利用放大器处于线性区时有“虚短”、“虚断”的特点[3][4]，经推导

固定K1、K2、Rf1、Rf2、Rf即实现恒阻，若用程序调整参数，即可数控恒阻设定[5]。

1.2 隔离电路与设计

1.2.1 隔离方案

本文使用单一控制器实现对多路电子负载隔离控制，同时改变各电子负载采样及反馈回路的参数以实现调节。本文选用数字隔离方式以达到对电路系统的稳定性和抗干扰能力的要求。

采用数字电位器改变电压取样分压比、放大倍数或衰减比例都可以实现电子负载参数调整，在数字电位器与控制器之间通过专用数字隔离器进行数据传输实现数字隔离方式。

1.2.2 接口电路

控制器时钟频率较高，要求隔离器响应速度快， 本文选用TI公司的专用高速数字隔离器ISO7640FM实现信号隔离传输，接口电路如图 3所示。要实现电气隔离，须采用隔离电源供电，以网络标号“+5.0”和“+5V”区分。时钟线 SCK、数据线DIN为多路共用，CS为不同器件片选，接口电路如图2所示。

图2 单路数字隔离接口电路

2 电路测试

本文恒阻电子负载属于静态负载模式[7]，主要进行恒阻测试及通道隔离测试。

2.1 定电压恒阻测试

表1 恒阻测试数据

由表 3，实测值随设定值改变而变化，相对误差＜5%，两者关系

可利用此关系修正以提高设定精度。

2.2 定电阻与隔离测试

设定1路和2路恒阻值分别为5Ω和1Ω，改变输入电压，测试数据如表 2所示。

数据表明，1路的实测阻值与2路的实测阻值互不影响，说明两路电子负载之间是相互隔离的。

表2 恒阻与隔离测试

3 结论

本文实现了数控隔离式恒阻电子负载设计，用于多路管线电阻模拟，虽然存在一定误差，但针对管线电阻模拟的要求能够胜任。

本文电子负载可引入PID调节电路可以更好地实现电子负载对不同性质负载的模拟[8]，引入软件闭环控制可提高恒阻精度。