一种宽范围线性可调电阻负载装置
技术领域
本实用新型涉及电气设备及电气工程领域，具体涉及一种宽范围线性可调电阻负载装置。
背景技术
目前，对于市面上的连续可调电阻负载装置主要还是划线变阻器、圆盘可调电阻、程控电子负载等。划线变阻器和圆盘可调电阻不管是手动调节还是通过电子、液压助力调节，都是通过机械接触方式达到调整阻值的目的。虽然连续可调，负载阻值的调整范围也比较宽，但存在以下几个问题：
1)精度受限于电阻自身精度不一致、温度的改变导致电阻阻值变化、还受制机械调整装置调整过程中接触点的位置精度；
2)调整阻值时需要机械接触，有机械磨损，减小了负载的使用寿命；
3)读取阻值是通过刻度盘，阻值的调整和读取速度太慢而且容易读错，对于市面上不连续可变电阻负载装置，它的阻值只能在几个档位之间利用手工调换接线柱的方法来调整，调整的范围比较窄；
4)由于使用划线阻器或圆盘可调电阻作为可变电阻负载的组成单元，功率做大难度很高，而且成本很高。
尽管市面上的电子负载种类繁多，当前技术也比较成熟，连续性包括精度方面也是相当优越，但是其缺点也是显而易见的，例如以下几个问题：
1)做大功率负载时受制于MOSFET的技术限制，只能不断的去并联更多通路，这样又会导致各个通路之间无法很好的均流，所以增加通路并不能得到对应倍数的功率提升；
2)模拟电阻的阻值范围也比较窄；
3)随着选用大功率的MOSFET成本也水涨船高。
实用新型内容
为了克服上述现有可变电阻负载装置的不足，本实用新型提供了一种宽范围线性可调电阻负载装置。主要是将定值电阻阵列和程控电子负载相结合的方式，来达到以定值电阻阵列调节为主，程控电子负载调节补偿为辅。
本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：一种宽范围线性可调电阻负载装置，包括主电路，所述主电路包括MΩ档继电器电阻单元、KΩ档继电器电阻单元、Ω档继电器电阻单元和mΩ档继电器电阻单元；所述MΩ档继电器电阻单元、KΩ档继电器电阻单元、Ω档继电器电阻单元和mΩ档继电器电阻单元并联，且串联有MOSFET电路切换继电单元、保险丝和接线桩；
进一步的，还包括调整显示控制电路，所述调整显示控制电路包括的键盘、数码管显示、单片机最小系统、继电器驱动电路、MOSFET驱动电路和采样反馈电路，所述单片机最小系统连接有锁存器组，所述锁存器组的输入口连接键盘，所述锁存器组的输出口分别连接数码管显示、继电器驱动电路、MOSFET驱动电路和采样反馈电路；
进一步的，还包括控制面板，所述控制面板包括开关按钮、按键、显示部件和接线桩。
1)实现该装置阻值宽范围调整的原理：
将整个电阻阈分档(mΩ、Ω、KΩ、MΩ、)每档位包含15个电阻，例如Ω档位设计阻值个位由1Ω×1+2Ω×2+5Ω×1组成，十位由10Ω×1+20Ω×2+50Ω×1，相应的百位由100Ω×1+200Ω×2+500Ω×1组成；其余档位同理以此类推。各个电阻分别并联一个继电器组成一个个的继电器电阻单元，再将这些继电器电阻单元一一串联(如图1所示)，那么当继电器导通时，对应的电阻被短路，当继电器闭合时，对应的电阻被接入，这样通过继电器Si(i＝0、1、2、…、n-1)闭合状态的不同组合就可以将不同的电阻接入总电阻中，实现负载电阻阻值的宽范围调整。由于接入总电阻和设置电阻值存在误差，所以通过反馈回路控制MOSFET的导通角大小模拟一个可变的补偿电阻，对总电阻进行实时的补偿修正，以此提高精度。
2)方便调整读取阻值的方法：
由上述阻值调整原理可知，实际上负载电阻阻值和继电器Si(i＝0、1、2、…、n-1)通断状态是一一对应关系，这样只要控制继电器的通断就能实现负载阻值的调整。可以用单片机控制继电器的通断，这样就实现调整阻值的数字化。具体的是利用单片机作为控制芯片，通过键盘调整阻值，给单片机指令，经过单片机运算控制算法后，一方面在数码管中显示，另一方面输出继电器的通断状态，再通过驱动导通断开继电器来切换电阻。按键调整，数码显示给准确调整读取负载电阻阻值带来方便；
3)功率过大警示与超负荷时保护的方法：
在串联的电阻中串入一保险丝；
4)减小成本的方法：
利用波纹线绕电阻或被釉线绕电阻等低成本电阻替代滑线变阻器和圆盘可调电阻等高成本电阻。一方面可以减小装置的成本，另一方面可以提高装置的功率等级。
本实用新型的有益效果是：1)提高电阻装置的精度；2)自动化水平提高，能够快速的调整阻值并且显示；3)极大的降低了成本；4)能实现电阻阻值的宽范围线性可调；5)可准确的调整和读取阻值；6)使用时无需担心温度导致电阻阻值变化；7)提高装置的功率等级；8)提供功率过大警示与超负荷保护；7)自动化程度高快速方便；8)无机械磨损，延长使用寿命。
附图说明
图1为本实用新型的系统结构图；
图2为本实用新型的控制面板示意图。
具体实施方式
如图1—2所示的宽范围线性可调电阻负载装置，包括面结合附图与具体实施例对本实用新型作进一步详细描述：本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了实施方式和操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例中数字宽范围可调电阻负载阻值可为0～1GΩ之间的任何整数，具体的实施方式如下：一种宽范围线性可调电阻负载装置，包括主电路，所述主电路包括MΩ档继电器电阻单元、KΩ档继电器电阻单元、Ω档继电器电阻单元和mΩ档继电器电阻单元；所述MΩ档继电器电阻单元、KΩ档继电器电阻单元、Ω档继电器电阻单元和mΩ档继电器电阻单元并联，且串联有MOSFET电路切换继电单元、保险丝和接线桩；
在本实施例中，还包括调整显示控制电路，所述调整显示控制电路包括的键盘、数码管显示、单片机最小系统、继电器驱动电路、MOSFET驱动电路和采样反馈电路，所述单片机最小系统连接有锁存器组，所述锁存器组的输入口连接键盘，所述锁存器组的输出口分别连接数码管显示、继电器驱动电路、MOSFET驱动电路和采样反馈电路；
在本实施例中，如图2所示，控制面板主要由开关按钮、数码显示、按键、接线桩组成，其中开关按钮0控制整个系统是否投入运行。
工作原理：
主电路部分：(参见图1)
通过键盘输入单片机最小系统所需阻值，单片机最小系统运算控制算法，一路输出给继电器驱动电路信号，一路输出给MOSFET管的驱动电路控制MOSFET的导通角，一路输出给控制MOSFET电路是否被接进主电路的继电器；
2)通过采样电阻的分压来判断当前实际电阻值，并与设定值做比较，如果实际总电阻值小于设定电阻值，单片机将控制继电器将MOSFET电路切入主电路并且控制MOSFET管的导通角开度，直到实际总电阻值等于设定电阻值；
3)通过采样电阻的分压来判断当前实际电阻值，并与设定值做比较，如果实际总电阻值大于设定电阻值，单片机将控制继电器电阻单元将最低一级电阻切出主电路再去判断总电阻值，如果实际总电阻小于设定值，值单片机将控制继电器将MOSFET管电路切入主电路并控制其导通角开度，直到实际总电阻值等于设定电阻值；
控制显示电路部分：(参见图1)
1)按键连接到STM32F103ZET6的最小系统输入口，单片机STM32F103ZET6的输出口连接锁存器SN74HC573NSR再通过达林顿管阵列ULN2003ADR进一步的驱动继电器，继电器会将需要的电阻切入电路；
2)反馈回路会将采样电阻的电压送给单片机做处理；
3)辅助电源连接芯片STM32F103ZET6、SN74HC573NSR、ULN2003ADR、继电器MOSFET的驱动电路，MC78M12CDTRKG和NJM79M12DL1A为它们提供需要的+12V和-12V电源，连接MOSFET驱动电路提供其需要的+12V和-12V电源，+12V提供达林顿管阵列和继电器的电源，LM2734XMKX(SFDB)为锁存器提供+5V电源，LM1117则为单片机供电；
4)单片机最小系统中包含了一些单片机必备复位电路和晶振电路，它们连接到单片机STM32F103ZET6。
5)显示部分由单片机驱动SN74HC573NSR来控制8位数码管的显示；
上述具体实施方式仅是本实用新型的具体个案，本实用新型的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本实用新型权利要求书且任何所属技术领域的普通技术对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本实用新型的专利保护范围。
