專利名稱：電子負(fù)載裝置及其電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種電子負(fù)載裝置，特別是指一種改善功率元件延遲驅(qū)動的 電子負(fù)載裝置及其電路。
背景技術(shù)：
由于電力電子技術(shù)不斷的發(fā)展與半導(dǎo)體制造技術(shù)的提升，使得電力電子 類負(fù)載的運用日益普遍，有逐漸取代傳統(tǒng)負(fù)載之勢。電子負(fù)載其工作原理以 切割或改變電壓或電流的波形而達(dá)到目的，是電子零件在電路上反饋的電壓 或電流值，即電路負(fù)載時所呈現(xiàn)的耐電壓與電流的基本數(shù)值，具有高效率及 控制功率流量的優(yōu)點。電子負(fù)載電路在負(fù)載時，反饋的電流會受使用的負(fù)載源影響。請參閱圖l所示，其為現(xiàn)有技術(shù)一種電子負(fù)載電路的示意圖。電子負(fù)載電 路包含有一第一放大器OPi、 一第二放大器OP2、 一信號加總器S、 一功率元件與一電阻R。其中，第一放大器OPi的二輸入端分別連接電阻R的兩端與一 端點D，輸出端連接至信號加總器S，信號加總器S分別連接第二放大器0P2 的輸入端與一端點A，第二放大器OP2的輸出端連接至功率元件的控制柵極， 功率元件的另一端連結(jié)至電阻R的其中一端，以形成一閉反饋電路。功率元 件可選用如雙極性晶體管(BJT)、金氧半場效晶體管(MOSFET)、絕緣柵雙 極性晶體管(IGBT : Insulated Gate Bipolar Transistors, IGBT)等元件；電阻R 亦可用霍爾元件做一替換，通過功率元件所導(dǎo)通的負(fù)載電流Io產(chǎn)生一電壓降 VF。電阻R所產(chǎn)生的電壓降V"故為一反饋信號，而第一放大器OP^妾收反饋信 號以產(chǎn)生一反饋信號的增益GF;端點A接收一控制電流信號Vn信號加總器S 將接收端點A電位與第一放大器OPi輸出端電位，并將端點A的電位減去第一5放大器OP,輸出端電位后，輸出信號至第二放大器OP2的輸入端，第二放大器 OP2放大信號以控制功率元件的幵啟與否，通過功率元件的開啟與否以控制 流經(jīng)二端點B、 C之間的負(fù)載電流Io大小。通過第一放大器OP。信號加總器S、 一功率元件、 一電阻R與第二放大器0P2，并利用已增幅的控制電流信號、，而形成一閉反饋負(fù)載電路；當(dāng)負(fù)載電路于穩(wěn)態(tài)時，負(fù)載電流10與負(fù)載電壓(￥+-^)無關(guān)，而與控制電流信號、呈線性關(guān)系。然而，由于放大器的高頻增益會衰減，這些功率元件本身控制 柵極的驅(qū)動電壓皆非零伏啟動，因此現(xiàn)有技術(shù)的電子負(fù)載電路在需快速啟動 的情況下，將因功率元件的控制柵極電壓未達(dá)到啟動電壓，導(dǎo)致電子負(fù)載電路在啟動時產(chǎn)生延遲，而在這短暫的期間負(fù)載電流Io無法隨控制電流信號力做一線性改變。由于在現(xiàn)有技術(shù)的電子負(fù)載電路中，將會遇到以下困難因功率元件的 特性，在高速運作下，會有短暫時間其負(fù)載電流無法隨控制電流信號改變。 因此，本發(fā)明提出一種電子負(fù)載裝置及其電路，以克服因功率元件非零伏驅(qū) 動特性造成的遲延現(xiàn)象。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種電子負(fù)載裝置，不論其控制信號的大小，皆 可順利驅(qū)動并產(chǎn)生一符合線性關(guān)系的負(fù)載電流。本發(fā)明的目的在于提供一種電子負(fù)載電路，用以改善一般電子負(fù)載電路 中因功率元件啟動臨界電壓所造成的動作延遲，使電子負(fù)載電路能達(dá)到實時 啟動的效能。本發(fā)明揭露一種電子負(fù)載裝置，用以連接一負(fù)載物，并對負(fù)載物進(jìn)行電 力拉載測試，電子負(fù)載裝置包括 一模擬轉(zhuǎn)數(shù)字模塊，將所接收負(fù)載物的一模擬信號轉(zhuǎn)換為一數(shù)字信號； 一微處理單元，接收數(shù)字信號后，經(jīng)過運算處 理輸出一控制信號； 一數(shù)字轉(zhuǎn)模擬模塊，接收控制信號轉(zhuǎn)為模擬信號型態(tài)的 控制信號輸出；以及一電子負(fù)載模塊，具有一電子負(fù)載電路，連接至負(fù)載物并與其形成一回路，電子負(fù)載模塊接收控制信號，產(chǎn)生一負(fù)載電^C，其中負(fù) 載電流與控制信號呈一線性關(guān)系。本發(fā)明揭露一種電子負(fù)載電路至少包含 一閉反饋電路與一比較器。閉 反饋電路，具有一第一放大器、 一第二放大器、 一信號加總器、 一反饋電阻 與一功率元件，其中，第一放大器的輸入端連接反饋電阻的兩端，第一放大 器的輸出端連接信號加總器，信號加總器輸出一信號至第二放大器的輸入端， 第二放大器的輸出端連接功率元件的控制柵極，功率元件的一端連結(jié)至反饋 電阻的一端。比較器正輸入端連接一參考電壓，參考電壓的值為驅(qū)動功率元 件的臨界電壓值，負(fù)輸入端連接第二放大器的輸出端，輸出端連接信號加總 器。當(dāng)電子負(fù)載電路接收一控制信號小于功率元件的驅(qū)動電壓，比較器將輸 出一電壓提高第二放大器的輸出電位使功率元件在預(yù)備啟動的狀態(tài)，則控制 信號即可驅(qū)動電子負(fù)載電路；當(dāng)電子負(fù)載電路接收一控制信號大于功率元件的驅(qū)動電壓，比較器將輸出o電壓，控制信號仍可順利驅(qū)動電子負(fù)載電路。


圖l為現(xiàn)有技術(shù)的電子負(fù)載電路的示意圖；圖2為本發(fā)明一實施例電子負(fù)載裝置連接一負(fù)載物的示意圖； 圖3為本發(fā)明一實施例電子負(fù)載電路的示意圖；及圖4為本發(fā)明另一實施例電子負(fù)載電路的電路圖。附圖標(biāo)號20電子負(fù)載裝置 22負(fù)載物 202模擬轉(zhuǎn)數(shù)字模塊 204微處理單元 206數(shù)字轉(zhuǎn)模擬模塊 208電子負(fù)載模塊Io負(fù)載電流]V^ NMOS晶體管 第一放大器 OP2第二放大器 OP3第三放大器 Rx可變電阻 S信號加總器比較器 VTH驅(qū)動(臨界)電壓 VF反饋電壓 W控制電流信號 ZD,齊納二極管 Q、 C2電容IoFF、 IrEF參考電流R廣Rd、 R電阻VDD、 Vss、 Vref參考電壓具體實施方式
為了改善現(xiàn)有電子負(fù)載裝置的電子負(fù)載模塊電路中功率元件控制柵極在 未達(dá)驅(qū)動電壓(或稱為臨界電壓VxH)之時，功率元件無法反應(yīng)的問題；本發(fā)明 增加一比較器電路于電子負(fù)載模塊電路中，使放大器的輸出在未達(dá)功率元件 驅(qū)動(啟動)電壓前，比較器將產(chǎn)生一電壓使放大器的輸出繼續(xù)增加，當(dāng)放大 器的輸出達(dá)到控制柵極臨界電壓后，則比較器輸出為零而不再增加放大器的 輸出，此時若輸入端接收一控制電流信號，此控制電流信號將與負(fù)載電流呈 線性關(guān)系。請參閱圖2所示，其為本發(fā)明一實施例電子負(fù)載裝置連接一負(fù)載物的示意 圖。電子負(fù)載裝置20連接一負(fù)載物22,對負(fù)載物進(jìn)行電力拉載測試，以測量負(fù)載物22的耐電壓與電流的基本數(shù)值；其中，電子負(fù)載裝置20包括一模擬轉(zhuǎn)數(shù)字模塊202、 一微處理單元204、 一數(shù)字轉(zhuǎn)模擬模塊206及一電子負(fù)載模塊2 08。其中，模擬轉(zhuǎn)數(shù)字模塊202連接負(fù)載物22，并將所接收負(fù)載物的模擬信號 轉(zhuǎn)換為一數(shù)字信號輸出至微處理單元204;微處理單元204接收數(shù)字信號后， 經(jīng)過運算處理輸出一控制信號至數(shù)字轉(zhuǎn)模擬模塊206;數(shù)字轉(zhuǎn)模擬模塊206接 收控制信號轉(zhuǎn)為模擬信號型態(tài)的控制信號輸出至電子負(fù)載模塊208;電子負(fù)載 模塊208具有一電子負(fù)載電路，連接至負(fù)載物并與其形成一回路，電子負(fù)載模 塊接收控制信號，產(chǎn)生一負(fù)載電流與控制信號呈線性關(guān)系。其中，電子負(fù)載 電路的作用原理、實施態(tài)樣將詳細(xì)闡述如下。請參閱圖3所示，其為本發(fā)明一實施例電子負(fù)載電路的示意圖。電子負(fù)載 電路包含有一第一放大器OPi、 一第二放大器0P2、 一比較器"、 一信號加總 器S、 一功率元件與一電阻R。其中，第一放大器OPt的二輸入端分別連接電 阻R的兩端與一端點D，輸出端連接至信號加總器S;信號加總器S又分別連接第二放大器OP2的輸入端與一端點A;第二放大器0P2的輸出端連接至功率元 件的控制柵極與比較器"的負(fù)輸入端；功率元件的另一端連結(jié)至電阻R的其 中一端，以形成一閉反饋電路；比較器U!的正輸入端連接一驅(qū)動功率元件的臨界電壓值VTH，比較器Ui的輸出端連接至信號加總器S。功率元件可選用如雙極性晶體管(BJT)、金氧半場效晶體管(MOSFET)、 絕緣柵雙極性晶體管(IGBT : Insulated Gate Bipolar Transistors)等元件；電阻 R通過功率元件所導(dǎo)通的負(fù)載電流Io產(chǎn)生一電壓降VF，亦可用霍爾元件與電 阻R做一 替換。電阻R所產(chǎn)生的電壓降VF做為一反饋信號，使第一放大器OPi接收反饋信號與參考電壓VREF以產(chǎn)生一反饋信號的增益GF;端點A接收一控制電流信號V1;信號加總器S接收端點A電位、第一放大器OP,輸出端電位以及比較器U, 的輸出電位，并將端點A的電位加上比較器Ui的輸出電位減去第一放大器OP輸出電位后，輸出信號至第二放大器OP2的輸入端，第二放大器OP2放大信號 至比較器Ui負(fù)輸入端與功率元件的控制柵極。當(dāng)控制電流信號^小于功率元件啟動電壓VTH時，現(xiàn)有的電子負(fù)載電路 將由于第二放大器OP2的輸出電壓值未達(dá)功率元件啟動電壓VTH，而無法開啟功率元件的控制柵極，而使負(fù)載電流Io無法隨控制電流信號^改變。然而，本發(fā)明通過比較器Q電路，先行產(chǎn)生一電壓輸出至第二放大器OP2 的輸入端，使第二放大器OP2的輸出電壓值繼續(xù)增加，直到第二放大器OP2 的輸出電壓值達(dá)到控制柵極臨界電壓VTH后，則比較器"輸出為零而不再增 加第二放大器OP2的輸出電壓值，因此，即使控制電流信號^小于功率元件 啟動電壓VTH，仍然可以驅(qū)動功率元件，通過功率元件的開啟以控制流經(jīng)二 端點B、 C的間的負(fù)載電流Io大小，使控制電流信號^與負(fù)載電流Ic5呈線性關(guān) 系，而不會有延遲的情形發(fā)生。當(dāng)控制電流信號^大于功率元件啟動電壓VTH，則比較器U,將不動作使 輸出為零，而控制電流信號V逸過信號加總器S與第二放大器OP2后，可以順 利驅(qū)動功率元件，使控制電流信號W與負(fù)載電流Io呈線性關(guān)系，而不會有延 遲的情形發(fā)生。請參閱圖4所示，為本發(fā)明另一實施例一種電子負(fù)載電路的電路圖。電子 負(fù)載電路包含有一第一放大器OP!、 一第二放大器OP2、 一第三放大器OP3、一比較器"、 一晶體管Mp復(fù)數(shù)個電容與復(fù)數(shù)個電阻。其中，第一放大器C^ 的正輸入端連接晶體管Mi的一端，負(fù)輸入端連接兩電阻R9與Ru)的一端，第 一放大器OP,的輸出端連接電阻R9的另一端與一反饋電阻R8的一端，電阻Rw 的另一端連接一參考電壓Vss。第二放大器OP2的兩輸入端分別連接一參考電壓Vss以及電阻R4和反饋 電阻RS的另一端，第二放大器OP2的輸出端連接一電阻R5與比較器l^的正輸 入端，電阻R5連接至晶體管M,的柵極，第二放大器OP2經(jīng)由電阻R5輸出放大信號以控制晶體管M,的開啟與否。第三放大器OP3的二輸入端分別連接一參考電壓Vss以及電阻R" R2與R6 的一端相連接，又其輸出端耦接第二放大器OP2的輸入端與第一放大器OP,的輸出端；其中，第三放大器OP3做為一加法器，以達(dá)成一信號加總器S的功 效，用以將電阻R。R2與R7三端的電位相加減后的結(jié)果，加上第一放大器C^的輸出信號后，饋入第二放大器OP2的輸入端。比較器Q的負(fù)輸入端連接一電壓調(diào)節(jié)電路1，用以提供一參考電壓VTH(晶體管M,控制柵極的臨界電壓)，電壓調(diào)節(jié)電路1由一電組1112串聯(lián)一并聯(lián)電 路，并聯(lián)電路由一電容C2并聯(lián)兩串聯(lián)電阻Rx與Ru及并聯(lián)一齊納二極管ZDi所 組成，其中，電阻Rx為一可變電阻，故可以適應(yīng)不同驅(qū)動晶體管，調(diào)整出不 同的臨界電壓值；比較器Ui的輸出端連接兩電阻R^與R7，經(jīng)由電阻R6輸出電位信號至第三放大器OP3。利用第二放大器OP2做為電子負(fù)載中驅(qū)動晶體管Mi拉載電流的運算放大 器，以積分器的形式使直流的放大倍率極大，第二放大器OP2的輸出做為比較器IJ,的負(fù)輸入與比較器U,正輸入端的參考電壓Vra作比較，再通過第三放大器OP3做加法器，以維持晶體管M,在拉載前保持于即將開啟的狀態(tài)。當(dāng)控制電流信號V!小于功率元件啟動電壓VTH時，由于電子負(fù)載電路已使晶體管Mi保持于即將開啟的狀態(tài)，即便控制電流信號^太小而在現(xiàn)有的電 子負(fù)載電路中無法驅(qū)動晶體管Mp但在本發(fā)明電子負(fù)載電路中，由于晶體管 M!在拉載前保持于即將開啟的狀態(tài)，故控制電流信號^可順利驅(qū)動晶體管 Mp使之與負(fù)載電流Io呈線性關(guān)系。上述的比較器電路，將比較正負(fù)輸入端的電位后，先行產(chǎn)生一電壓輸出至第三放大器OP3的輸入端，使第三放大器OP3的輸出電壓值增加并輸出至第 二放大器OP2，第二放大器OP2將其接收電位做放大，當(dāng)?shù)诙糯笃鱋P2的輸 出電壓值達(dá)到控制柵極臨界電壓VTH后，則比較器Ui輸出為零而不再影響第 三放大器OP3的輸出電位值。在上述實施例中，可以減少驅(qū)動晶體管達(dá)到啟動狀態(tài)的時間延遲，且具有以下優(yōu)點1. 不影響原先所設(shè)計的電子負(fù)載電路特性；由于比較器電路作用在功率 元件的截止區(qū)，且輸入阻抗極大，故對于原先閉回路控制無影響。2. 電子負(fù)載電路中比較器的參考電壓具調(diào)整功能，可以適應(yīng)不同啟動電 壓的功率元件。3. 電子負(fù)載電路材料便宜且簡單易于維護(hù)。4. 一般的電子負(fù)載為增加功率負(fù)荷，皆以并聯(lián)上述電子負(fù)載電路的方式 而形成電子負(fù)載模塊；由于各功率元件(晶體管)的控制柵極臨界電壓VTH皆不同，故為解決此問題，可將控制柵極臨界電壓差距小的功率元件挑選出來， 或者在每一組電壓調(diào)節(jié)電路皆以人工的方式調(diào)整參考電壓作處理，這樣可達(dá) 到同時拉載的一致性。本發(fā)明雖以較佳實施例闡明如上，然其并非用以限定本發(fā)明精神及發(fā)明 實體。對所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，當(dāng)可輕易了解并利用其它元件或 方式來產(chǎn)生相同的功效。是以，在不脫離本發(fā)明的精神及范圍內(nèi)所作的修改， 均應(yīng)包含在權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電子負(fù)載電路，所述的電路至少包含一閉反饋電路，具有一第一放大器、一第二放大器、一信號加總器、一反饋電阻與一功率元件，其中，所述的第一放大器的輸入端連接所述的反饋電阻的兩端，所述的第一放大器的輸出端連接所述的信號加總器，所述的信號加總器輸出一信號至所述的第二放大器的輸入端，所述的第二放大器的輸出端連接所述的功率元件的控制柵極，所述的功率元件的一端連結(jié)至所述的反饋電阻的一端；以及一比較器，正輸入端連接一參考電壓，所述的參考電壓的值為所述的功率元件的驅(qū)動電壓值，負(fù)輸入端連接所述的第二放大器的輸出端，輸出端連接所述的信號加總器，其中，當(dāng)所述的信號加總器接收一控制信號小于所述的功率元件的驅(qū)動電壓，所述的比較器將輸出一電壓提高所述的第二放大器的輸出電位使所述的功率元件在預(yù)備啟動的狀態(tài)，則所述的控制信號即可驅(qū)動所述的電子負(fù)載電路；當(dāng)所述的信號加總器接收一控制信號大于所述的功率元件的驅(qū)動電壓，所述的比較器將輸出0電壓，所述的控制信號可順利驅(qū)動所述的電子負(fù)載電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路，其特征在于，所述的功率元件可以是雙 極性晶體管、金氧半場效晶體管、絕緣柵雙極性晶體管及相類似的功率元件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路，其特征在于，所述的反饋電阻可以用霍 爾元件替換。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路，其特征在于，所述的參考電壓由一調(diào)節(jié) 電壓電路所提供。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路，其特征在于，所述的信號加總器可用一 第三放大器做成的加法器達(dá)成。
6. —種電子負(fù)載裝置，用以連接一負(fù)載物，并對于所述的負(fù)載物進(jìn)行電 力拉載測試，所述的電子負(fù)載裝置包括一模擬轉(zhuǎn)數(shù)字模塊，將所接收所述的負(fù)載物的一模擬信號轉(zhuǎn)換為一數(shù)字 信號；一微處理單元，接收所述的數(shù)字信號后，經(jīng)過運算處理輸出一控制信號； 一數(shù)字轉(zhuǎn)模擬模塊，接收所述的控制信號轉(zhuǎn)為模擬信號型態(tài)的所述的控制信號輸出；以及一電子負(fù)載模塊，具有一電子負(fù)載電路，連接至所述的負(fù)載物，并與其形成一回路，所述的電子負(fù)載模塊接收所述的控制信號，產(chǎn)生一負(fù)載電流，其中所述 的負(fù)載電流與所述的控制信號呈一線性關(guān)系。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述的電子負(fù)載電路具有一閉反饋電路以及一比較器，其中所述的比較器正輸入端連接一參考電壓， 負(fù)輸入端連接所述的閉反饋電路的輸出，輸出端連接所述的閉反饋電路的輸 入；當(dāng)所述的閉反饋電路接收所述的控制信號小于所述的參考電壓，所述的 比較器將輸出一電壓以提高所述的閉反饋電路的輸出電位，使所述的控制信號可驅(qū)動所述的電子負(fù)載電路；當(dāng)所述的閉反饋電路接收所述的控制信號大 于所述的參考電壓，所述的比較器將輸出0電壓，所述的控制信號驅(qū)動所述 的電子負(fù)載電路。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述的閉反饋電路具有一 第一放大器、 一第二放大器、 一信號加總器、 一反饋電阻與一功率元件，所 述的第一放大器的輸入端連接所述的反饋電阻的兩端，所述的第一放大器的 輸出端連接所述的信號加總器，所述的信號加總器接收所述的比較器輸出的 電壓，所述的信號加總器輸出一信號至所述的第二放大器的輸入端，所述的 第二放大器的輸出端連接所述的功率元件的控制柵極與所述的比較器的負(fù)輸 入端，所述的功率元件的一端連結(jié)至所述的反饋電阻的一端。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述的參考電壓為所述的功率元件的驅(qū)動電壓值。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述的參考電壓由一電壓調(diào)節(jié)電路所產(chǎn)生。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種電子負(fù)載裝置，用以連接一負(fù)載物，并對負(fù)載物進(jìn)行電力拉載測試，電子負(fù)載裝置包括一模擬轉(zhuǎn)數(shù)字模塊，將所接收負(fù)載物的一模擬信號轉(zhuǎn)換為一數(shù)字信號；一微處理單元，接收數(shù)字信號后，經(jīng)過運算處理輸出一控制信號；一數(shù)字轉(zhuǎn)模擬模塊，接收控制信號轉(zhuǎn)為模擬信號型態(tài)的控制信號輸出；以及一電子負(fù)載模塊，具有一電子負(fù)載電路，連接至負(fù)載物并與其形成一回路，電子負(fù)載模塊接收控制信號，產(chǎn)生一負(fù)載電流，其中負(fù)載電流與控制信號呈一線性關(guān)系。
文檔編號G01R31/00GK101324797SQ20071010904
公開日2008年12月17日 申請日期2007年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月15日
發(fā)明者洪嘉隆, 郭貝倉, 陳宏泰 申請人:中茂電子(深圳)有限公司