２０１４年 第４期
仪表技术与传感器
Ｉｎｓｔｎｌｍｅｍ ＴｅｃｈｎｉｑＩｌｅ
２０１４ Ｎｏ．３
舳ｄ
Ｓｅｎｓｏｒ
高稳定度恒流负载的设计与实现
崔琼，张安堂，陈天峰，王莎
（空军工程大学防空反导学院，陕西西安７ｌ∞５１）
摘要：为满足多种电源测试要求，文中设计并实现一有源恒流负载，满足不同电压、电流及功率的交、直流电源负载要 求，测试设定简单，电流波形与电压波形一致，具有高稳定度。首先产生直流基准；输入交流电压桥式整流后，再通过反馈
ｅｎ百ｎｅｅＩｉｎｇ印ｐｌｉｃａｔｉｏｎ．
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Ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｓｔ蛐ｔ
ｃｕｒｒｅｎｔ
ｌ∞ｄ；ｈｉｇｈ ｓｔａｂｉｌ畸；ｒｅｃｔ玲；ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ
Ｏ引言 电源在电子设备中发挥着举足轻重的作用，其损坏将直接 造成设备停止正常运行，因此需要对其进行严格的考核。传统
的电源考核方式带电阻、电感、电容等元器件，测试方法粗略、 不可调节，且不同等级的电源需要不同的带载测试，不仅需要
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（１）恒流精度高、稳定性好。当输入电压大范围变化时，实 测直流恒流电流的稳定度接近１００％，交流恒流电流的稳定度 为９９．８％； （２）允许输入电压变化范围宽，理论上（不考虑电路中功率 整流桥的导通电压）可从０ Ｖ开始使用，实测最低电压约为２．５ Ｖ．设计上限峰值电压为２００ Ｖ，可满足对常用电源的测试要求； （３）恒流电流范围宽。由于功率管采用 （下转第４５页）
（５）功率恒流源电路：由运放和功率管组成。
１．１直流基准
电路中主要利用三端分压基准源’１１４３ｌ来产生一个稳定
的直流电压。１ｆ１４３ｌ可设置到从２．５—３６ Ｖ范围内任意值的输
圈３交流基准电路
１．３恒流大小控制部分 如图４所示，直流基准电压和交流基准电压通过Ｓｌ进行
输入到乘法器输入端直流电压大小，从而改变交、直流基准电 压的幅度，去控制输出恒流电流的大小。
ＲＷ：旋钮大小，重复上述过程。通过计算可得到稳定度指标。 测试交流恒流的波形时，改变输入交流电压的频率和大
小，通过示波器观察输出电流的波形及相关参数，并进行相应 分析。 ２．２．１直流档测试 Ｓｔｅｐｌ：将开关置于直流档，调整面板上的旋钮并观察旋钮 表盘上的读数，使输出电流分别稳定在０．５
Ａ、ｌ Ａ、２ Ａ、３ Ａ； Ｖ、
ｃ伽ｓｔａＩｌｔ
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过交、直流转换控制进入基准幅度调节电路，即恒流大小控制 电路，去控制输出恒流电流的大小。通过可调直流电压或单片 机控制基准电压的幅度。
直流参考电压进行比较放大，并将其输出作为反馈控制电压，
通过乘法器ＩＣｌＢ（ＭＬｌＤ４）对输入的交流电压进行幅度调节。 反馈电路中，ＩＣ３的输出电压中会含有一些无用的交流成分，通 过ｃ４、Ｃ，和尺。：滤除。 通过上述负反馈调整电路，产生与输入电压波形相同、相 位一致的交流电压基准。
出电压，该电路利用它来产生２．５ Ｖ的直流电压基准。 如图３所示，由Ｒ１６、Ｉｃ５、ｃ８、ｃ９组成２．５ Ｖ基准产生电路。 此外，２．５ Ｖ的直流电压基准通过尺价尺。。分压可作为交流基准 电压产生电路的直流基准电压（约为１．２５ Ｖ）。 １．２交流基准 如图３所示，交流基准是利用负反馈稳压电路来产生，通 过与直流基准的比较放大，使得整流后的电压能够稳定在一定 的幅度上。为防止输入电压过大，电路中用尺。和Ｒ：分压后作 为交流基准电路的输入电压，输入电压与反馈调整电压相乘 后，再经过Ｉｃ２Ａ放大产生交流基准ＶＡＣ陀ｆ．
整流后的电压进行取样，此电压作为交流恒压基准产生电路的 输入电压。通过对输出的恒压基准电压进行交流滤波、取样， 然后与固定直流基准进行比较放大去控制线性增益调整环节
的增益，从而输出幅度稳定的交流基准电压，并保证了输出的 电压波形与输入的电压波形（形状和相位）保持一致。 （２）直流电压基准：当输入为直流电压时，选择直流电压基 准，由直流集成稳压器产生。
能指标： 表１性能指标要求
性能指标 输入直流电压变化范围 输入交流电压有效值变化范围 输出电流 直流恒流稳定度 交流恒流稳定度 范围
≤２００ Ｖ
≤１４０ Ｖ ≤５ Ａ
图５
９
Ｖ时输出电流的波形
≥９９％ ≥９８％
２．２测试方法与结果 测试稳定度时，交流档和直流档采用相同的测试方法。即 给定输入电压下，调整ＲＷ２旋钮大小，记录电流值，然后在不同 的输入电压下，测量输出的交、直流电流的大小变化，多次调整
牧稿日期：２０１３一０４—０２收修改稿日期：２０１３—１１一０２
ｉ…一一套蝮尽量堡亡兰皇肇…一ｊ
图２电路组成结构图
万方数据
第４期
崔琼等：高稳定度恒流负载的设计与实现
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பைடு நூலகம்
成部分包括交流基准和直流基准产生电路、恒流大小控制电路 和恒流源输出电路。 （１）交流基准电压产生电路：当输入为交流电压时，通过对
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Ｎ０ｄｅ”。
Ｂｏ．
代表测量状态；ＰＤ０的通讯参数指定了１奸ＤＯｌ的ＣＯＢ—ＩＤ、
传输类型、禁止时间等参数。根据以上分析，左键单击ＢｏｘｌｌＯ
（３）参数的设置：左键单击“Ｂｏｘ４（ｃＡＮｏｐｅｎ Ｎｏｄｅ）”一＞选
择右侧“ＣＡＮ Ｎ０ｄｅ”标签一＞勾选“Ｇｅｎｅｒａｌ ＣＡＮ—Ｎｏｄｅ”选项， 设置为普通ＣＡＮ节点；根据ＭＡＮＮＥＲ公司自定义ＣＡＮ协议， 定义６个字节的ＣＡＮ帧与传感器进行通讯，并参照（１）部分设
Ｓｔｅｐ２：在Ｓｔｅｐｌ四种情况下，分别将输入电压调整为４
１５ Ｖ、３０
Ｖ，待电流稳定，记录测量电流的大小。
测试结果如表２所示。 表２直流档时输出电流测量
２．２．２交流档测试 Ｓｔ印ｌ：同直流档；
正意义上阻性负载的要求。这是该设计的难点，同时也是创新 点。此外，该设计具有以下优点：
Ｖ、
Ｓｔｅｐ２：在每种情况下，分别将输入电压有效值调整为９
ｃｕｎ屯ｎｔ
ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ ｄｉｆＥｂｒｅｎｔ ｖｏｌｔａｇｅ，ｃｕｎ＿；ｅｎｔ ａｎｄ ｐＩ明佗ｒ ｗｉｔｈ ｓｉｍｐｌｅ ｓｅｎｉｎｇ ｐａｔ－ ｐｍｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｒｅｆｅｔ；ｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｒｅｃｔ ｃｌｌｒｍｎｔ，
ｃｕｒｒｅｎｔ
ｔｅｍ，明ｄ ｗｈｏｓｅ ｗａｖｅｆｊ珊ｏｆ ｉｔｓ
实现交流恒流需要一个幅度不变的交流基准，这将是此系 统的难点。具体的电路组成结构图如图２所示。电路主要组
直流电压控制 或单片机控制
电流取样
现。由于一般的电子器件正常工作时其工作电流均为单向，供
电电压为固定极性，要实现交流恒流需要一对互补输出管，其 实现电路比较复杂。若要采用单管实现交流恒流输出，需首先 将双向交流电变为单相交流电，采用桥式整流电路即可实现， 如图１所示。
Ｖ，待读数稳定后，记录电流有效值，结果如表３所示。 表３ 交流档时输出电流的有效值测量
万方数据
第４期
李响等：基于ＴｗｉｎＣＡＴ和Ｃ＃的扭矩传感器校准系统
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长度为５个字节，前４个字节代表扭矩的测量值，最后１个字节
（２）设备的添加：右键单击“Ｆｃ５１】（］【”一＞选择“Ａｐｐｅｎｄ ｘｅｓ”一＞在ＭｉｓｃｅＵ肌ｅｏ岫目录下选择“ｃＡＮｏｐｅｎ
管、ＶＭＯＳ管或ＩＧＢＴ管。
２样机测试 综合以上设计方案和原理电路，制作了可用于实际电源测 试的样机。
Ｖ两种情况
下，用示波器进行观察互感器输出电压波形，得到图５和图６。
在对样机进行实测之前，首先应提出性能指标，并搭建测
试平台，然后按照预先设定的测试方法，对样机进行测试。 ２．１性能指标与测试平台
根据设计目的，交直流恒流负载应做到在电源电压变化 时，电流的幅度可恒定在可调范围内任意给定值上，且电流与 电压波形一致，并具有较高稳定度。综上考虑，应满足以下性
（３）交、直流转换控制：电路工作时，根据输入的电压特性
来选择用直流基准还是交流基准。
负反馈电路原理如下：交流基准输出ＶＡＣｒｅｆ经Ｒ．。、ｃ２、Ｃ， 滤波，再经过同相跟随器ＩＣ２Ｂ隔离后输出，然后经Ｒ小ＲＷ。衰
减分压后，送比较放大器ＩＣ３的反相端输入，与正相端１．２５
Ｖ
（４）恒流大小控制电路：直流基准电压和交流基准电压通
１ｋＩＩＩｌｉｑＩｌｅ锄ｄ
Ｓｅｎｓｏｒ
Ａ ｐｒ．２０１４
（ＩＲＦ２５０），允许的最大电流为２５ Ａ，最大电压２００ Ｖ，若要输入 电压、电流的变化范围更大一些，可选择其他型号的功率三极
２．２．３输出电流波形
为观察输出电流的波形。通过电流互感器将输出电流转 换为电压，然后在输入电压有效值分别为９
Ｖ、１８
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