數控隔離式恒阻直流電子負載的設計與實現

徐承成

（成都信息工程大學，四川成都， 610225）

關鍵字：電子負載；恒阻；電氣隔離；數控

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和硬件閉環兩種控制方式，本文采用硬件閉環控制方式實現恒阻電子負載的設計，以達到響應速度快、電路設計成本低等方面的要求。

1 設計與實現

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產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]，本文設計的恒阻電子如圖1所示。

圖1 恒阻電子負載

假設電流檢測器U3等效為采樣電阻Rf，U2放大倍數為K1，利用放大器處于線性區時有“虛短”、“虛斷”的特點[3][4]，經推導

固定K1、K2、Rf1、Rf2、Rf即實現恒阻，若用程序調整參數，即可數控恒阻設定[5]。

1.2 隔離電路與設計

1.2.1 隔離方案

本文使用單一控制器實現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以實現調節。本文選用數字隔離方式以達到對電路系統的穩定性和抗干擾能力的要求。

采用數字電位器改變電壓取樣分壓比、放大倍數或衰減比例都可以實現電子負載參數調整，在數字電位器與控制器之間通過專用數字隔離器進行數據傳輸實現數字隔離方式。

1.2.2 接口電路

控制器時鐘頻率較高，要求隔離器響應速度快， 本文選用TI公司的專用高速數字隔離器ISO7640FM實現信號隔離傳輸，接口電路如圖 3所示。要實現電氣隔離，須采用隔離電源供電，以網絡標號“+5.0”和“+5V”區分。時鐘線 SCK、數據線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 單路數字隔離接口電路

2 電路測試

本文恒阻電子負載屬于靜態負載模式[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 恒阻測試數據

由表 3，實測值隨設定值改變而變化，相對誤差＜5%，兩者關系

可利用此關系修正以提高設定精度。

2.2 定電阻與隔離測試

設定1路和2路恒阻值分別為5Ω和1Ω，改變輸入電壓，測試數據如表 2所示。

數據表明，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 結論

本文實現了數控隔離式恒阻電子負載設計，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調節電路可以更好地實現電子負載對不同性質負載的模擬[8]，引入軟件閉環控制可提高恒阻精度。