一种基于数字控制的节能型电子负载的制作方法

本实用新型涉及电源老化测试技术领域，具体涉及一种基于数字控制的节能型电子负载，以应用于适配器、矿机电源、充电器、充电桩、工业电源、LED驱动器、DC/DC变换器、电池等直流电源的节能老化测试。

背景技术：

为了检验和提高电源产品的可靠性、稳定性和安全性，对电源产品进行老化测试已成为此类产品生产工艺流程中的一个重要环节。所谓“老化”是指仿真出一种高温的恶劣条件下对电源产品进行长时间的满负荷测试，以模拟实际使用可能出现的恶劣条件来检验产品的性能。

传统的老化测试设备大多以能耗型的电子负载为主，有的甚至依然直接使用大功率电阻作为假负载进行老化。被测产品输出的电能转换为热能消耗掉。在全球践行“节能环保”这一主题的大背景下，高效节能的老化测试设备越来越受到电源制造企业的欢迎，他们在扩展产能时更希望采用能源回收型的老化设备，而不是能耗型的。同时原本使用能耗型老化设备的企业，由于高昂的老化电费，也希望采用高效节能的老化设备来对现在设备进行升级改造。

在节能老化测试系统中，节能负载作为与被测电源直接相连的单元，其性能直接影响测试结果及设备的兼容性。节能负载的实质就是一个DC/DC(直流/直流)转换器，但与传统的DC/DC转换器又有着很大的区别，除了实现电压转换外，还要实现传统电子负载必须具备的功能，如拉载模式、电压/电流的控制与采集、数据通信等功能。目前行业内的节能负载模块，都是在传统的DC/DC转换器的基础上增加一颗MCU芯片，与模拟PWM控制器配合，以实现电压电流的采集与控制，以及与上位机的数据通信。由于所有信号都要经过MCU进行AD转换并处理，然后再通过内部DA将控制信号转换为模拟信号去控制PWM芯片实现闭环，使系统效率较低，响应速度慢，这种架构的节能负载通常只有CC/CV两种模式。因此，这种架构存在以下缺点：

1.电路结构复杂，功能单一，不够灵活；

2.环路带宽低，响应速度慢，产品兼容性差；

3.控制及采集精度不高，且不便于校准；

4.无法进行后期的性能升级维护。

技术实现要素：

本实用新型为了解决现有技术存在的上述问题，提供了一种基于数字控制的节能型电子负载，以解决现有的节能负载模块，都是在传统的DC/DC转换器的基础上增加一颗MCU芯片，与模拟PWM控制器配合，以实现电压电流的采集与控制，以及与上位机的数据通信，存在电路结构复杂，环路带宽低，响应速度慢，产品兼容性差等问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于数字控制的节能型电子负载，包括控制板和两块功率板，每个所述功率板上均设有两个用于与被测产品连接的输入通道，所述控制板与两块功率板分别连接，以将与控制板通讯连接的上位机所下达的指令传递给两个功率板，同时将功率板的拉载数据上传给上位机；

其中，所述功率板包括Slave MCU控制器和两路分别对称连接在所述Slave MCU控制器上的DC/DC转换器，每个DC/DC转换器各与一个输入通道连接；所述控制板包括Master MCU控制器、上位机通信接口和两个从机通讯接口，所述Master MCU控制器通过两个从机通讯接口分别与两块功率板的Slave MCU控制器通讯连接，所述上位机通信接口用于与上位机通讯连接。

作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述控制板还包括电源供电接口、辅助电源、通信指示灯和风扇控制接口，其中：

所述电源供电接口为外部供电电源的输入接口，所述外部供电电源经电源供电接口给辅助电源电路供电，外部供电电源的电压为12V电源；

所述辅助电源为具有多组电压输出的直流电压转换器，以分别为控制板和两块功率板提供工作电压，所述辅助电源的输出电压为+12V、+5V和-5V；

所述通信指示灯与Master MCU控制器连接以用于指示Master MCU控制器的通讯状态；

所述风扇控制接口用于与对节能型电子负载进行散热的风扇相连，以控制所述风扇的启停。

作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述上位机通信接口为RS485通信接口，所述控制板的Master MCU控制器通过RS485通信接口接入RS485总线与上位机进行通讯连接。

作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述RS485总线上连接有至少一个用于与上位机通讯的控制板，所述控制板的Master MCU控制器连接有通信地址开关，所述通信地址开关用于设置每块控制板在RS485总线中用于通讯的唯一通信地址。

作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述功率板设有第一输出接口，所述控制板上设有第二输出接口，所述第一输出接口用于将每块功率板上两个DC/DC转换器进行输出并联，两块功率板的两第一输出接口并联输出到第二输出接口，所述第二输出接口用于作为并网逆变器的连接端口。

本实用新型的基于数字控制的节能型电子负载，通过包括控制板和两块功率板，每个所述功率板上均设有两个用于与被测产品连接的输入通道，所述控制板与两块功率板分别连接，以将与控制板通讯连接的上位机所下达的指令传递给两个功率板，同时将功率板的拉载数据上传给上位机；其中，所述功率板包括Slave MCU控制器和两路分别对称连接在所述Slave MCU控制器上的DC/DC转换器，每个DC/DC转换器各与一个输入通道连接；所述控制板包括Master MCU控制器、上位机通信接口和两个从机通讯接口，所述Master MCU控制器通过两个从机通讯接口分别与两块功率板的Slave MCU控制器通讯连接，所述上位机通信接口用于与上位机通讯连接，该节能电子负载以高速MCU作为控制板和两块功率板的核心控制单元，取代原来的传统PWM控制器，可由Slave MCU直接发送PWM波形驱动开关管，可以减少反馈与执行环节，提高系统响应速度与环路带宽。电压、电流等关键参数直接送达Master MCU内部进行AD转换，根据检测结果直接对PWM脉宽进行调整，由于减少了信号流的环节，提高了系统效率，可以实现多种模式，比如CC、CV、CR、CP及LED等拉载模式，便于实现自动校准以提高产品测试精度，支持串口远程升级，方便设备维护升级，降低售后成本，提升用户体验。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型基于数字控制的节能型电子负载提供的一实例的系统框图；

图2为功率板的系统框图。

本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1所示，基于数字控制的节能型电子负载，其包括控制板和两块功率板，每个所述功率板上均设有两个用于与被测产品连接的输入通道，所述控制板与两块功率板分别连接，以将与控制板通讯连接的上位机所下达的指令传递给两个功率板，同时将功率板的拉载数据上传给上位机，其功率板是节能型电子负载的关键单元，根据控制板传递的上位机指令对被测产品进行拉载，并将实时的电压、电流参数通过控制板上传给上位机进行数据监控；

其中，所述功率板包括Slave MCU控制器和两路分别对称连接在所述Slave MCU控制器上的DC/DC转换器，每个DC/DC转换器各与一个输入通道连接；所述控制板包括Master MCU控制器、上位机通信接口和两个从机通讯接口，所述Master MCU控制器通过两个从机通讯接口分别与两块功率板的Slave MCU控制器通讯连接，所述上位机通信接口用于与上位机通讯连接；

本实用新型的节能电子负载为四通道设计，即采用一块控制板配对两块功率板，每块功率板各有两个通道，由于功率板在设计上为左右对称结构，所以两块功率板实际上是完全相同的两块PCB板卡，并可互换。该节能电子负载以高速MCU作为控制板和两块功率板的核心控制单元，取代原来的传统PWM控制器。由MCU直接发送PWM波形驱动开关管，可以减少反馈与执行环节，提高系统响应速度与环路带宽。电压、电流等关键参数直接送达MCU内部进行AD转换，根据检测结果直接对PWM脉宽进行调整。由于减少了信号流的环节，提高了系统效率，可以实现多种模式，比如CC、CV、CR、CP及LED等拉载模式。便于实现自动校准以提高产品测试精度，支持串口远程升级，方便设备维护升级，降低售后成本，提升用户体验。

具体实施中，所述控制板还包括电源供电接口、辅助电源、通信指示灯和风扇控制接口，其中：

所述电源供电接口为外部供电电源的输入接口，所述外部供电电源经电源供电接口给辅助电源电路供电，外部供电电源的电压为12V电源；

所述辅助电源为具有多组电压输出的直流电压转换器，以分别为控制板和两块功率板提供工作电压，所述辅助电源的输出电压为+12V、+5V和-5V；

所述通信指示灯与Master MCU控制器连接以用于指示Master MCU控制器的通讯状态；

所述风扇控制接口用于与对节能型电子负载进行散热的风扇相连，以控制所述风扇的启停，使用过程中，Master MCU控制器根据两块功率板的温度及拉载功率参数向风扇发送启动或停止命令，从而实现散热控制。

具体实施中，所述上位机通信接口为RS485通信接口，所述控制板的Master MCU控制器通过RS485通信接口接入RS485总线与上位机进行通讯连接，所述控制板的Master MCU控制器连接有通信地址开关，所述通信地址开关用于设置每块控制板在RS485总线中用于通讯的唯一通信地址。

具体实施中，所述功率板设有第一输出接口，所述控制板上设有第二输出接口，所述第一输出接口用于将每块功率板上两个DC/DC转换器进行输出并联，两块功率板的两第一输出接口并联输出到第二输出接口，所述第二输出接口用于作为并网逆变器的连接端口。

为了让本领域的技术人员进一步理解本实用新型，下面对功率板进行详细说明：

功率板包括Slave MCU控制器与两路DC/DC转换器，两路DC/DC转换器分别对应两个输入通道，两个输入通道的电路完全相同，由Slave MCU控制器统一发出PWM波形驱动，由于两个输入通道支持并联使用以扩展输入功率，两个输入通道的PWM驱动波形相位相差180度，从而可以实现交错并联，以减小输入及输出纹波。

如图2所述，由于功率板上的两个输入通道完全相同，为了便于说明并对两通道进行区分，将功率板上的两个通道分别命名为CH1输入接口和CH2输入接口，下面仅以CH1输入接口为例对本方案的实现原理进行阐述：

被测产品的输出电压由CH1输入接口接入DC/DC变换器，Slave MCU控制器根据上位机Master MCU传送的拉载参数对输入电压检测单元的数据进行分析，当输入电压的极性与参数均符合条件时，打开防反接单元接通主回路，并发出PWM波形经驱动单元驱动场效应管Q1，输入电压经L1升压，D1与E1进行整流滤波后输出。Slave MCU还同时对输入电流检测、输入电压检测以及输出电压检测单元进行监控形成闭环控制，以确保输入电压及电流符合拉载要求，并通过温度检测单元对Q1的工作温度进行实时监控，用于风扇控制及过温保护。输入电压、电流、输出电压、温度等参数还将通过Master MCU控制器上传给监控电脑的上位机软件。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本实用新型的原理和实质，本实用新型的保护范围仅由所附权利要求书限定。