具有電流模擬單元集成化的多功能直流電子負載的制作方法
【專利摘要】具有電流模擬單元集成化的多功能直流電子負載，屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。本實用新型解決了現(xiàn)有技術(shù)中缺少既能提供連續(xù)電流負載又能提供斷續(xù)電流負載的多功能直流電子負載的問題。本實用新型包括三種方案，方案一：包括一個電流模擬單元；方案二：包括m個集成化電流模擬模塊，每個集成化電流模擬模塊包括兩個電流模擬單元，并且兩個電流模擬單元并聯(lián)連接；方案三：包括n個并聯(lián)連接的電流模擬單元；電流模擬單元包括功率開關(guān)S1、功率開關(guān)S2、電感L1、二極管D1和二極管D2。它用于對被測電源進行測試。
【專利說明】
具有電流模擬單元集成化的多功能直流電子負載
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電子負載是一種能夠模擬實際負載特性的電力電子裝置，用于對無源和有源類電 氣設(shè)備，包括蓄電池、開關(guān)電源、UPS、繼電器、接觸器、電力電子變換器、交直流發(fā)電機等的 電氣負載性能測試和出廠前的老化實驗。傳統(tǒng)的電源測試選擇電阻等能耗型元件作為負 載，會產(chǎn)生大量熱量，不僅影響環(huán)境，而且浪費能源，因此國內(nèi)外學(xué)者以電力電子電能變換 技術(shù)為核心，研究電子負載技術(shù)和開發(fā)電子負載設(shè)備。電子負載具有負載形式調(diào)整靈活、實 驗精度高等優(yōu)點。
[0003] 針對能源浪費問題，電能回饋型電子負載應(yīng)運而生，可以實現(xiàn)將被試電源輸出的 電能逆變?yōu)榻涣麟姴⑺腿腚娋W(wǎng)，增加了電源測試的靈活性和可靠性，提升了相關(guān)行業(yè)的自 動化程度，縮短測試時間，降低生產(chǎn)成本。在傳統(tǒng)能源日益枯竭和環(huán)境污染日益嚴重的今 天，電子負載無疑起到了節(jié)能減排的作用。
[0004] 目前，國內(nèi)外已有多種電子負載產(chǎn)品，每一設(shè)備的功能相對單一化，功率測試范圍 小，要么是小功率的耗能型直流電子負載，要么是大功率電能回饋型交流電子負載，而且大 都只能提供連續(xù)的負載電流，缺少既能提供連續(xù)電流負載又能提供斷續(xù)電流負載的多功能 直流電子負載的設(shè)備，并且電子負載需要精確控制電流。
[0005] 如圖1所示，圖1中所示結(jié)構(gòu)是目前直流電力電子負載技術(shù)通用拓撲結(jié)構(gòu)，負載模 擬部分的開關(guān)管S1作為受控開關(guān)器件，可以得到基于Boost電路的直流電子負載電路，該結(jié) 構(gòu)電路的要求是，被試電源電壓范圍必須低于直流母線電壓，以符合Boost電路的升壓性 質(zhì)，此拓撲結(jié)構(gòu)可測試電流范圍小，靈活性差，只能進行連續(xù)電流的模擬，功能單一，只能測 試固定功率的待測電源。并且要想達到精確電流的控制，就要嚴格控制紋波大小，從而需要 大電感濾波，增加了成本與設(shè)備體積，大電感又會導(dǎo)致模擬斷續(xù)電流時，電流上升時間長， 無法達到所需事故電流模擬要求。
[0006] 因此，從經(jīng)濟性出發(fā)，研發(fā)功能多、通用性強的電子負載產(chǎn)品，便成為一個具有十 分重要的現(xiàn)實意義的問題。 【實用新型內(nèi)容】
[0007] 本實用新型是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中缺少既能提供連續(xù)電流負載又能提供斷續(xù)電 流負載的多功能直流電子負載的問題，本實用新型提供了一種具有電流模擬單元集成化的 多功能直流電子負載。
[0008] 本實用新型包括下述三種技術(shù)方案：
[0009] 方案一：
[0010] 具有電流模擬單元集成化的多功能直流電子負載，它包括并網(wǎng)端模塊，還包括一 個電流模擬單元、母線電容C、限流電阻R1、耗能電阻R2、繼電器K和功率開關(guān)S3;
[0011] 電流模擬單元的輸入端用于接入被測電源，電流模擬單元包括功率開關(guān)SI、功率 開關(guān)S2、電感L1、二極管D1和二極管D2;功率開關(guān)S1的負極同時與二極管D1陰極和電感L1的 一端連接，電感L1的另一端同時與功率開關(guān)S2的正極和二極管D1陽極連接，二極管D1陽極 與功率開關(guān)S2的負極同時連接后，作為電流模擬單元的負輸入端，
[0012] 功率開關(guān)S1的正極作為電流模擬單元的正輸入端，
[0013] 二極管D2的陰極作為電流模擬單元的第一輸出端，
[0014] 功率開關(guān)S2的負極作為電流模擬單元的第二輸出端；
[0015] 電流模擬單元的第一輸出端同時與母線電容C的一端、功率開關(guān)S3的正極和并網(wǎng) 端模塊的直流母線正極輸入端連接，母線電容C的另一端同時與限流電阻R1的一端和繼電 器K的動觸點連接，功率開關(guān)S3的負極與耗能電阻R2的一端連接，
[0016] 電流模擬單元的第二輸出端同時與限流電阻R1的另一端、繼電器K的靜觸點、耗能 電阻R2的另一端和并網(wǎng)端模塊的直流母線負極輸入端連接，
[0017] 并網(wǎng)端模塊的兩個輸出端用于接入電網(wǎng)。
[0018] 它還包括儲能模塊，所述的儲能模塊包括蓄電池 VI、功率開關(guān)S8、功率開關(guān)S9和電 感L3;
[0019] 蓄電池 VI的正極與電感L3的一端連接，電感L3的另一端同時與功率開關(guān)S8負極和 功率開關(guān)S9的正極連接，蓄電池 VI的負極與功率開關(guān)S9的負極連接，功率開關(guān)S8正極作為 儲能模塊正輸出端與直流母線正極輸入端連接，蓄電池 VI的負極作為儲能模塊負輸出端與 并網(wǎng)端模塊的直流母線負極輸入端連接。
[0020] 方案二：
[0021] 具有電流模擬單元集成化的多功能直流電子負載，它包括并網(wǎng)端模塊，還包括m個 集成化電流模擬模塊、母線電容C、限流電阻R1、耗能電阻R2、繼電器K和功率開關(guān)S3 ;m為大 于1的整數(shù)；
[0022]每個集成化電流模擬模塊的輸入端均用于接入被測電源，每個集成化電流模擬模 塊包括兩個電流模擬單元，并且所述的兩個電流模擬單元并聯(lián)連接，
[0023]其中，每個電流模擬單元包括功率開關(guān)S1、功率開關(guān)S2、電感L1、二極管D1和二極 管D2;功率開關(guān)S1的負極同時與二極管D1陰極和電感L1的一端連接，電感L1的另一端同時 與功率開關(guān)S2的正極和二極管D1陽極連接，二極管D1陽極與功率開關(guān)S2的負極同時連接 后，作為電流模擬單元的負輸入端，
[0024]功率開關(guān)S1的正極作為電流模擬單元的正輸入端，
[0025]二極管D2的陰極作為電流模擬單元的第一輸出端，
[0026] 功率開關(guān)S2的負極作為電流模擬單元的第二輸出端；
[0027] 每個電流模擬單元的第一輸出端同時與母線電容C的一端、功率開關(guān)S3的正極和 并網(wǎng)端模塊的直流母線正極連接，母線電容C的另一端同時與限流電阻R1的一端和繼電器K 的動觸點連接，功率開關(guān)S3的負極與耗能電阻R2的一端連接，
[0028] 每個電流模擬單元的第二輸出端同時與限流電阻R1的另一端、繼電器K的靜觸點、 耗能電阻R2的另一端和并網(wǎng)端模塊的直流母線負極連接，
[0029] 并網(wǎng)端模塊的兩個輸出端用于接入電網(wǎng)；
[0030] 所述的集成化電流模擬模塊中的兩個功率開關(guān)S1的控制端用于接收三角波信號， 且該兩個功率開關(guān)S1接收的三角波信號的相位角相差180°。
[0031]它還包括儲能模塊，所述的儲能模塊包括蓄電池 VI、功率開關(guān)S8、功率開關(guān)S9和電 感L3;
[0032]蓄電池 VI的正極與電感L3的一端連接，電感L3的另一端同時與功率開關(guān)S8負極和 功率開關(guān)S9的正極連接，蓄電池 VI的負極與功率開關(guān)S9的負極連接，功率開關(guān)S8正極作為 儲能模塊正輸出端與功率開關(guān)S3的正極連接，蓄電池 VI的負極作為儲能模塊負輸出端與繼 電器K的靜觸點連接。
[0033]它還包括2m個開關(guān)S，每個開關(guān)S串聯(lián)在一個電流模擬單元與母線電容C的一端之 間。
[0034] 方案三：
[0035] 具有電流模擬單元集成化的多功能直流電子負載，它包括并網(wǎng)端模塊，它還包括η 個電流模擬單元、母線電容C、限流電阻R1、耗能電阻R2、繼電器Κ和功率開關(guān)S3;n為大于2的 整數(shù)；
[0036] η個電流模擬單元并聯(lián)連接，且并聯(lián)后的輸入端用于接入被測電源，
[0037]其中，每個電流模擬單元包括功率開關(guān)S1、功率開關(guān)S2、電感L1、二極管D1和二極 管D2;功率開關(guān)S1的負極同時與二極管D1陰極和電感L1的一端連接，電感L1的另一端同時 與功率開關(guān)S2的正極和二極管D1陽極連接，二極管D1陽極與功率開關(guān)S2的負極同時連接 后，作為電流模擬單元的負輸入端，
[0038]功率開關(guān)S1的正極作為電流模擬單元的正輸入端，
[0039]二極管D2的陰極作為電流模擬單元的第一輸出端，
[0040]功率開關(guān)S2的負極作為電流模擬單元的第二輸出端；
[0041] 每個電流模擬單元的第一輸出端同時與母線電容C的一端、功率開關(guān)S3的正極和 并網(wǎng)端模塊的直流母線正極輸入端連接，母線電容C的另一端同時與限流電阻R1的一端和 繼電器Κ的動觸點連接，功率開關(guān)S3的負極與耗能電阻R2的一端連接，
[0042] 每個電流模擬單元的第二輸出端同時與限流電阻R1的另一端、繼電器Κ的靜觸點、 耗能電阻R2的另一端和并網(wǎng)端模塊的直流母線負極輸入端連接，
[0043] 并網(wǎng)端模塊的兩個輸出端用于接入電網(wǎng)；
[0044]所述的η個電流模擬單元中的功率開關(guān)S1的控制端均用于接收三角波信號，且相 鄰兩個電流模擬單元的功率開關(guān)S1接收的三角波信號的相位角互差
[0045] 它還包括儲能模塊，所述的儲能模塊包括蓄電池 VI、功率開關(guān)S8、功率開關(guān)S9和電 感L3;
[0046] 蓄電池 VI的正極與電感L3的一端連接，電感L3的另一端同時與功率開關(guān)S8負極和 功率開關(guān)S9的正極連接，蓄電池 VI的負極與功率開關(guān)S9的負極連接，功率開關(guān)S8正極作為 儲能模塊正輸出端與功率開關(guān)S3的正極連接，蓄電池 VI的負極作為儲能模塊負輸出端與繼 電器Κ的靜觸點連接。
[0047] 它還包括η個開關(guān)S，每個開關(guān)S串聯(lián)在一個電流模擬單元與母線電容C的一端之 間。
[0048] 本實用新型所述適用于各種功率等級的待測電源的測試，只需要根據(jù)所需最大耐 壓值與最大電流值選取合適的元器件，拓撲結(jié)構(gòu)不變，便可進行測試?？梢阅M連續(xù)電流， 斷續(xù)電流，當(dāng)能量連續(xù)且能量充足時，可將能量回饋給電網(wǎng)，若能量連續(xù)但不足以并網(wǎng)時， 利用儲能單元儲能，當(dāng)能量斷續(xù)時，利用耗能電阻消耗。
[0049] 例如:輸入電壓200V，功率開關(guān)管為IGBT，其中濾波電感大小都為5mH，二極管為肖 特基二極管，耗能電阻為20 Ω，母線電容為2000uf，電流模擬單元采用雙模塊并聯(lián)輸入并聯(lián) 輸出的組合形式(即第二種方案）。
[0050] 模擬電源連續(xù)工作狀態(tài)時，總輸入電流大小為10A，每個電流模擬單元中濾波電感 流過5A，采用PI控制器，使三角波信號相位相互錯開180°，產(chǎn)生兩組相位錯開180°的開關(guān)信 號，一組信號給一個電流模擬單元中的S2,另一組給另一個電流模擬單元中的S2,直流母線 電容C兩端電壓為400V，通過滯環(huán)控制，環(huán)寬設(shè)為0.2V，實現(xiàn)單位功率并網(wǎng)，合成電流紋波理 論上為0A，實際電路會有所偏差，但是不影響設(shè)計指標(biāo)。
[0051 ]同樣，模擬電源斷續(xù)工作狀態(tài)時，電流給定為幅值10A，周期2s，占空比為25%的脈 沖式電流，同樣，不同模塊的三角波信號錯開180°，電容C兩端初始電壓通過電網(wǎng)提供，之后 通過電容與耗能電阻并聯(lián)控制輸出電壓的穩(wěn)定，當(dāng)電壓輸出低于400V時斷開耗能電阻，當(dāng) 輸出電壓高于400V時，接通耗能電阻。此時實際輸入電流紋波大小理論上為0A，實際電路中 會有偏差。
[0052]本實用新型帶來的有益效果是，本實用新型三種方案中，均可對被測電源進行電 流連續(xù)輸出與電流斷續(xù)輸出兩種工作模式，對輸入的被測電流具有良好的開通與關(guān)斷特 性。
[0053]方案二中，多個電流模擬單元并聯(lián)連接，能實現(xiàn)紋波對消，降低開關(guān)頻率，減小電 感體積，能實現(xiàn)大電流電源的測試，每個電流模擬單元流過相同大小的電流，利用開關(guān)，實 現(xiàn)了每個單元的投切，不能正常工作的單元便切除，其余單元重新分配電流，繼續(xù)正常工 作。具有冗余性，可靠性高。
[0054]方案三中，多個相同待測電源同時測試，能實現(xiàn)紋波對消，一臺設(shè)備能同時測試多 個電源，大幅度提高了測試效率，節(jié)約了測試時間，同時也節(jié)約了成本。
【附圖說明】
[0055] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中直流電子負載電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056] 圖2為【具體實施方式】一所述的具有電流模擬單元集成化的多功能直流電子負載的 結(jié)構(gòu)示意圖；
[0057] 圖3為【具體實施方式】一所述的具有電流模擬單元集成化的多功能直流電子負載用 于檢測被測電源的原理示意圖；
[0058]圖4為【具體實施方式】三所述的具有電流模擬單元集成化的多功能直流電子負載的 原理示意圖；
[0059]圖5為【具體實施方式】四和七中儲能模塊的原理示意圖；
[0060]圖6為【具體實施方式】六所述的具有電流模擬單元集成化的多功能直流電子負載的 原理示意圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0061] 一:參見圖2說明本實施方式，本實施方式所述的具有電流模擬單元 集成化的多功能直流電子負載，它包括并網(wǎng)端模塊2,還包括一個電流模擬單元1、母線電容 C、限流電阻R1、耗能電阻R2、繼電器K和功率開關(guān)S3;
[0062] 電流模擬單元1的輸入端用于接入被測電源，電流模擬單元1包括功率開關(guān)S1、功 率開關(guān)S2、電感L1、二極管D1和二極管D2;功率開關(guān)S1的負極同時與二極管D1陰極和電感L1 的一端連接，電感L1的另一端同時與功率開關(guān)S2的正極和二極管D1陽極連接，二極管D1陽 極與功率開關(guān)S2的負極同時連接后，作為電流模擬單元1的負輸入端，
[0063]功率開關(guān)S1的正極作為電流模擬單元1的正輸入端，
[0064]二極管D2的陰極作為電流模擬單元1的第一輸出端，
[0065] 功率開關(guān)S2的負極作為電流模擬單元1的第二輸出端；
[0066] 電流模擬單元1的第一輸出端同時與母線電容C的一端、功率開關(guān)S3的正極和并網(wǎng) 端模塊2的直流母線正極輸入端連接，母線電容C的另一端同時與限流電阻R1的一端和繼電 器K的動觸點連接，功率開關(guān)S3的負極與耗能電阻R2的一端連接，
[0067] 電流模擬單元1的第二輸出端同時與限流電阻R1的另一端、繼電器K的靜觸點、耗 能電阻R2的另一端和并網(wǎng)端模塊2的直流母線負極輸入端連接，
[0068] 并網(wǎng)端模塊2的兩個輸出端用于接入電網(wǎng)。
[0069]本實施方式，并網(wǎng)端模塊2采用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)，其中S1、D1與L1組成Buck電路，L1、 S2與D2組成Boost電路，母線電容C協(xié)調(diào)前后級能量，R2與功率開關(guān)管S3串聯(lián)組成可投切的 耗能單元，具體參見圖3,后級并網(wǎng)端模塊2采用全橋電路實現(xiàn)逆變，設(shè)備啟動時，對母線電 容C進行預(yù)充電，為防止充電電流過大，串聯(lián)一個電阻R1，當(dāng)電壓到達穩(wěn)定值，利用繼電器K 將R1短路，再進行電流的模擬。
[0070] 本實用新型所述的工作模式分為:可對被測電源進行電流連續(xù)輸出的連續(xù)工作模 式與控制被測電源進行電流斷續(xù)輸出的斷續(xù)工作模式兩種；
[0071] ( - )連續(xù)工作模式：
[0072] 當(dāng)模擬連續(xù)電流時，當(dāng)電流模擬單元1的輸入功率(被測電源的輸出功率)較大時， S1導(dǎo)通，D1截止，Boost電路工作，控制輸入電流跟蹤給定電流值，S3關(guān)斷，S8與S9關(guān)斷，并網(wǎng) 端模塊2中的全橋逆變器工作，實現(xiàn)并網(wǎng)回饋；
[0073] 當(dāng)功率較小時，S1導(dǎo)通，D1截止，Boost電路工作，控制輸入電流跟蹤給定電流值， S3工作在開關(guān)狀態(tài)下，當(dāng)電容C電壓低于被測電源輸入電壓的兩倍，S3關(guān)斷，當(dāng)電容C電壓高 于被測電源輸入電壓的兩倍，S3導(dǎo)通。
[0074] (二)斷續(xù)工作模式：
[0075] S1工作在開關(guān)狀態(tài)，Buck電路與Boost電路同時工作，控制輸入電流跟蹤給定電流 值，S3工作在開關(guān)狀態(tài)下，當(dāng)電容C電壓低于輸入電壓的兩倍，S3斷開，當(dāng)電容C電壓高于輸 入電壓的兩倍，S3導(dǎo)通。
【具體實施方式】 [0076] 二:參見圖2說明本實施方式，本實施方式與一所述的 具有電流模擬單元集成化的多功能直流電子負載的區(qū)別在于，它還包括儲能模塊3,所述的 儲能模塊3包括蓄電池 VI、功率開關(guān)S8、功率開關(guān)S9和電感L3;
[0077]蓄電池 VI的正極與電感L3的一端連接，電感L3的另一端同時與功率開關(guān)S8負極和 功率開關(guān)S9的正極連接，蓄電池 VI的負極與功率開關(guān)S9的負極連接，功率開關(guān)S8正極作為 儲能模塊3正輸出端與直流母線正極輸入端連接，蓄電池 VI的負極作為儲能模塊3負輸出端 與并網(wǎng)端模塊2的直流母線負極輸入端連接。
[0078] 本實施方式中，連續(xù)工作模式時，當(dāng)輸入能量不足以并網(wǎng)時，且待測電源電壓高于 蓄電池，S1導(dǎo)通，D1截止，Boost電路工作，控制輸入電流跟蹤給定電流值，S3關(guān)斷，全橋逆變 器停止工作，S8工作在開關(guān)狀態(tài)下，S9關(guān)斷，S8、L3、V1與S9中并聯(lián)的二極管組成Buck電路， 實現(xiàn)降壓儲能，將能量儲存在蓄電池 VI中，當(dāng)蓄電池 VI能量充足，S9、L3、V1與S8中的二極管 組成的Boost電路開始工作，通過并網(wǎng)端模塊2中的全橋逆變器將能量回饋給電網(wǎng)；
【具體實施方式】 [0079] 三:參見圖4說明本實施方式，本實施方式所述的具有電流模擬單元 集成化的多功能直流電子負載，它包括并網(wǎng)端模塊2,還包括m個集成化電流模擬模塊、母線 電容C、限流電阻R1、耗能電阻R2、繼電器K和功率開關(guān)S3;m為大于1的整數(shù)；
[0080] 每個集成化電流模擬模塊的輸入端均用于接入被測電源，每個集成化電流模擬模 塊包括兩個電流模擬單元1，并且所述的兩個電流模擬單元1并聯(lián)連接，
[0081] 其中，每個電流模擬單元1包括功率開關(guān)S1、功率開關(guān)S2、電感L1、二極管D1和二極 管D2;功率開關(guān)S1的負極同時與二極管D1陰極和電感L1的一端連接，電感L1的另一端同時 與功率開關(guān)S2的正極和二極管D1陽極連接，二極管D1陽極與功率開關(guān)S2的負極同時連接 后，作為電流模擬單元1的負輸入端，
[0082]功率開關(guān)S1的正極作為電流模擬單元1的正輸入端，
[0083]二極管D2的陰極作為電流模擬單元1的第一輸出端，
[0084] 功率開關(guān)S2的負極作為電流模擬單元1的第二輸出端；
[0085] 每個電流模擬單元1的第一輸出端同時與母線電容C的一端、功率開關(guān)S3的正極和 并網(wǎng)端模塊2的直流母線正極連接，母線電容C的另一端同時與限流電阻R1的一端和繼電器 K的動觸點連接，功率開關(guān)S3的負極與耗能電阻R2的一端連接，
[0086] 每個電流模擬單元1的第二輸出端同時與限流電阻R1的另一端、繼電器K的靜觸 點、耗能電阻R2的另一端和并網(wǎng)端模塊2的直流母線負極連接，
[0087] 并網(wǎng)端模塊2的兩個輸出端用于接入電網(wǎng)；
[0088] 所述的集成化電流模擬模塊中的兩個功率開關(guān)S1的控制端用于接收三角波信號， 且該兩個功率開關(guān)S1接收的三角波信號的相位角相差180°。
[0089] 本實施方式，除了可實現(xiàn)被測電源的電流的連續(xù)輸出模式和斷續(xù)輸出電流的模式 外，多電源并聯(lián)輸入并聯(lián)輸出組合模式可同時進行多個待測電源的測試，每個集成化電流 模擬模塊對一個被測電源進行測試，增加了測試對象的，提高了測試效率。
[0090] 兩個電流模擬單元1并聯(lián)子模塊系統(tǒng)相比于現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的單個大容量模塊的 可靠性要高，當(dāng)采用單個大容量模塊時，若是單個大容量模塊中某一部分出現(xiàn)故障，則整個 系統(tǒng)都無法正常工作，而本實用新型子模塊并聯(lián)系統(tǒng)（即：兩個電流模擬單元并聯(lián)）中，某一 子模塊（即：一個電流模擬單元）出現(xiàn)故障，可通過開關(guān)實現(xiàn)故障隔離，重新分配模擬電流， 保證其它模塊仍然能夠正常工作。
[0091] 調(diào)制三角波信號錯開180°，產(chǎn)生兩組相位錯開180°的開關(guān)信號，一組開關(guān)信號給 一個集成化電流模擬模塊中的一個電流模擬單元1中的S2,另一組開關(guān)信號給該集成化電 流模擬模塊中的另一個電流模擬單元1中的S2,使得流過所述集成化電流模擬模塊中兩個 電感L1中電流的上升與下降時間相互錯開180°，實現(xiàn)紋波對消，有效的降低紋波大小。
[0092]每個集成化電流模擬模塊中的兩個電感L1電流交錯并聯(lián)控制遵循以下規(guī)則:被測 電源總電流周期為單個電感電流周期一半，當(dāng)單個電感L1電流的上升斜率大于電流下降斜 率，那么，只要存在一個電感L1電流上升，那么總電流上升，合成電流的斜率為上升斜率與 下降斜率之和，當(dāng)單個電感L1電流都減小時，合成電流減小，合成電流斜率為下降斜率之 和。當(dāng)單個電感L1上升斜率小于下降斜率時，合成時，只要有一個電感電流下降，合成電感 電流下降，合成下降斜率為上升斜率與下降斜率之和，兩個電感L1電流都上升時，合成電流 上升，合成斜率是上升斜率之和。
[0093]例如，要求紋波系數(shù)小于4%，當(dāng)待測電源輸入電流為10A，輸入電壓150V，直流母 線電容C兩端電壓為400V。
[0094] (1)若使用一個電流模擬單元測試，要達到0.4A以內(nèi)的紋波，假設(shè)S1和S2的開關(guān)頻 率為20K，那么電感值可通過以下公式計算：
[0096] 其中L為電流模擬單元中電感L1的電感值，k為流過電感L1的瞬時電流，Uin為輸入 電壓，D〇n為開通時間，T s為開關(guān)周期，計算得所需電感值為11.72mH。
[0097] (2)若采用兩個電流模擬單元并聯(lián)輸入并聯(lián)輸出的電路形式，且將開關(guān)兩個電流 模擬單元中的PWM調(diào)制三角波相互錯開180°，開關(guān)頻率為20K，去掉直流分量，假設(shè)集成化電 流模擬模塊中的一個電流模擬單元1的輸入電流為i 1，輸入電流紋波最大值為Λ i imax，t01為 電流上升起始時間，且有：
[0099 ]集成化電流模擬模塊中的另一個電流模擬單元1的輸入電流為i 2，輸入電流紋波 最大值為Ai2max，tQ2為電流上升起始時間，則有：
[0101]合成電流紋波大小由下式可得：
[0103 ]其中Λ iu2為該集成化電流模擬模塊中的中的兩個電流模擬單元中電感電流的合 成大小。
[0104] 紋波大小0.4A，開關(guān)頻率20K，輸入電壓150V，計算可得電感值為4.68mH，通過比較 可知，在其他條件相同的情況下，采用雙模塊交錯并聯(lián)控制策略模擬輸入電流是的電感值 比單模塊控制時小得多。
[0105] 同時通過后級并網(wǎng)端模塊中的逆變器將能量回饋給電網(wǎng)，達到節(jié)能目的。
[0106] 根據(jù)不同功率等級，采用不同數(shù)量模塊并聯(lián)，實現(xiàn)大中小容量的待測電源測試。
[0107] 下表1為不同工作模式下頻率大小與電感值大小的對比（負載為耗能電阻）：
[0108] 表丨單模塊與雙模塊工作模式對比
[0111] 因此采用交錯并聯(lián)控制，降低了開關(guān)頻率，降低了開關(guān)損耗，降低了電感值，從而 使得脈沖電流的上升時間也大大縮短，并且相同控制策略下，可同時測試多個電源?？s短了 測試時間，極大的節(jié)約了成本，同時控制策略簡單。
【具體實施方式】 [0112] 四：參見圖4和圖5說明本實施方式，本實施方式與三 所述的具有電流模擬單元集成化的多功能直流電子負載的區(qū)別在于，它還包括儲能模塊3， 所述的儲能模塊3包括蓄電池 VI、功率開關(guān)S8、功率開關(guān)S9和電感L3;
[0113] 蓄電池 VI的正極與電感L3的一端連接，電感L3的另一端同時與功率開關(guān)S8發(fā)射極 和功率開關(guān)S9的集電極連接，蓄電池 VI的負極與功率開關(guān)S9的發(fā)射極連接，功率開關(guān)S8集 電極作為儲能模塊3正輸出端與功率開關(guān)S3的集電極連接，蓄電池 VI的負極作為儲能模塊3 負輸出端與繼電器K的靜觸點連接。蓄電池作為中間站，將能量儲存起來，蓄電池充滿時，再 將能量回饋給電網(wǎng)。
[0114] 本實施方式，將不足以逆變給電網(wǎng)的能量首先儲存在蓄電池中，儲滿后再逆變給 電網(wǎng)，進一步節(jié)約了大量能源。
[0115]【具體實施方式】五:參見圖5說明本實施方式，本實施方式與【具體實施方式】三所述的 具有電流模擬單元集成化的多功能直流電子負載的區(qū)別在于，它還包括2m個開關(guān)S，每個開 關(guān)S串聯(lián)在一個電流模擬單元1與母線電容C的一端之間。
[0116]本實施方式中，每條支路上的開關(guān)S都可控制該支路上的電流模擬單元1的工作與 否。
【具體實施方式】 [0117] 六:參見圖6說明本實施方式，本實施方式所述的具有電流標(biāo)準化功 能的直流電子負載，它包括并網(wǎng)端模塊2,其特征在于，它還包括η個電流模擬單元1、母線電 容C、限流電阻R1、耗能電阻R2、繼電器Κ和功率開關(guān)S3;n為大于2的整數(shù)；
[0118] η個電流模擬單元1并聯(lián)連接，且并聯(lián)后的輸入端用于接入被測電源，
[0119] 其中，每個電流模擬單元1包括功率開關(guān)S1、功率開關(guān)S2、電感L1、二極管D1和二極 管D2;功率開關(guān)S1的負極同時與二極管D1陰極和電感L1的一端連接，電感L1的另一端同時 與功率開關(guān)S2的正極和二極管D1陽極連接，二極管D1陽極與功率開關(guān)S2的負極同時連接 后，作為電流模擬單元1的負輸入端，
[0120]功率開關(guān)S1的正極作為電流模擬單元1的正輸入端，
[0121] 二極管D2的陰極作為電流模擬單元1的第一輸出端，
[0122] 功率開關(guān)S2的負極作為電流模擬單元1的第二輸出端；
[0123] 每個電流模擬單元1的第一輸出端同時與母線電容C的一端、功率開關(guān)S3的正極和 并網(wǎng)端模塊2的直流母線正極輸入端連接，母線電容C的另一端同時與限流電阻R1的一端和 繼電器K的動觸點連接，功率開關(guān)S3的負極與耗能電阻R2的一端連接，
[0124] 每個電流模擬單元1的第二輸出端同時與限流電阻R1的另一端、繼電器K的靜觸 點、耗能電阻R2的另一端和并網(wǎng)端模塊2的直流母線負極輸入端連接，
[0125] 并網(wǎng)端模塊2的兩個輸出端用于接入電網(wǎng)；
[0126] 所述的η個電流模擬單元1中的功率開關(guān)S1的控制端均用于接收三角波信號，且相 鄰兩個電流模擬單元1的功率開關(guān)S1接收的三角波信號的相位角互差
[0127] 本實施方式中，除了可實現(xiàn)被測電源的電流的連續(xù)輸出模式和斷續(xù)輸出電流的模 式外，還可進行單電源大電流的模擬測試，根據(jù)被測電源的輸出功率不同，選擇不同數(shù)量的 電流模擬單元1并聯(lián)，擴大了測試范圍，并且可以實現(xiàn)冗余控制與熱備份，保證測試設(shè)備的 可靠性。非常靈活的實現(xiàn)大容量電源的測試?，F(xiàn)有電力電子負載產(chǎn)品對輸入功率的限制，導(dǎo) 致不同功率等級的電源需要相應(yīng)功率等級的電子負載，沒有充分利用已有資源，額外增加 了成本，利用多模塊交錯并聯(lián)控制，可實現(xiàn)紋波對消，降低紋波幅值，降低開關(guān)頻率，降低濾 波電感體積，保證電流模擬的快速性。
[0128] 多個電流模擬單元1并聯(lián)子模塊系統(tǒng)相比于現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的單個大容量模塊的 可靠性要高，當(dāng)采用單個大容量模塊時，若是單個大容量模塊中某一部分出現(xiàn)故障，則整個 系統(tǒng)都無法正常工作，而本實用新型子模塊并聯(lián)系統(tǒng)（即：兩個電流模擬單元并聯(lián)）中，某一 子模塊（即：一個電流模擬單元）出現(xiàn)故障，可通過開關(guān)實現(xiàn)故障隔離，重新分配模擬電流， 保證其它模塊仍然能夠正常工作。
[0129] 同時多個電流模擬單元1并聯(lián)的系統(tǒng)還具有良好的冗余特性，若此時系統(tǒng)η個模塊 已經(jīng)工作在最大功率狀態(tài)，此時我們可以采用η+1或者η+2個子模塊并聯(lián)，在其中一個出現(xiàn) 故障時，不僅僅可以實現(xiàn)故障模塊的隔離，還能夠自動將備份模塊并聯(lián)起來，仍然保持最大 功工作狀態(tài)，這些都是單個大容量模塊無法實現(xiàn)的。
[0130] 本實用新型直接控制輸入電流，當(dāng)待測電源電流較大且電子負載工作在并聯(lián)輸入 并聯(lián)輸出組合系統(tǒng)模式下時，為了保證電流紋波系數(shù)η小于4%，大電流時開關(guān)管工作在較 高頻率下會有較大損耗，因此，為了降低開關(guān)損耗，本文采用交錯并聯(lián)控制方式，利用ΡΙ控
制器，其中調(diào)制三角波信號互相錯開 ·從而產(chǎn)生相位不同的脈沖信號控制電流模擬單 9 元中的開關(guān)管，從而使得流過電流模擬單元中電感的電流的上升時間與下降時間相互錯 開，實現(xiàn)紋波對消，實現(xiàn)電流的精確模擬。
【具體實施方式】 [0131] 七:參見圖5和圖6說明本實施方式，本實施方式與六 所述的具有電流標(biāo)準化功能的直流電子負載的區(qū)別在于，它還包括儲能模塊3,所述的儲能 模塊3包括蓄電池 VI、功率開關(guān)S8、功率開關(guān)S9和電感L3;
[0132] 蓄電池 VI的正極與電感L3的一端連接，電感L3的另一端同時與功率開關(guān)S8負極和 功率開關(guān)S9的正極連接，蓄電池 VI的負極與功率開關(guān)S9的負極連接，功率開關(guān)S8正極作為 儲能模塊3正輸出端與功率開關(guān)S3的正極連接，蓄電池 VI的負極作為儲能模塊3負輸出端與 繼電器K的靜觸點連接。
【具體實施方式】 [0133] 八:參見圖5和圖6說明本實施方式，本實施方式與六 所述的具有電流標(biāo)準化功能的直流電子負載的區(qū)別在于，它還包括η個開關(guān)S，每個開關(guān)S串 聯(lián)在一個電流模擬單元1與母線電容C的一端之間。
[0134] 本實施方式中，沒條支路上的開關(guān)S都可控制該支路上的電流模擬單元1的工作與 否。
【主權(quán)項】
1. 具有電流模擬單元集成化的多功能直流電子負載，它包括并網(wǎng)端模塊(2)，其特征在 于，還包括一個電流模擬單元（1 )、母線電容C、限流電阻Rl、耗能電阻R2、繼電器K和功率開 關(guān)S3; 電流模擬單元（1)的輸入端用于接入被測電源，電流模擬單元（1)包括功率開關(guān)S1、功 率開關(guān)S2、電感Ll、二極管Dl和二極管D2;功率開關(guān)Sl的負極同時與二極管Dl陰極和電感Ll 的一端連接，電感Ll的另一端同時與功率開關(guān)S2的正極和二極管Dl陽極連接，二極管Dl陽 極與功率開關(guān)S2的負極同時連接后，作為電流模擬單元(1)的負輸入端， 功率開關(guān)Sl的正極作為電流模擬單元(1)的正輸入端， 二極管D2的陰極作為電流模擬單元(1)的第一輸出端， 功率開關(guān)S2的負極作為電流模擬單元(1)的第二輸出端； 電流模擬單元（1)的第一輸出端同時與母線電容C的一端、功率開關(guān)S3的正極和并網(wǎng)端 模塊(2)的直流母線正極輸入端連接，母線電容C的另一端同時與限流電阻Rl的一端和繼電 器K的動觸點連接，功率開關(guān)S3的負極與耗能電阻R2的一端連接， 電流模擬單元（1)的第二輸出端同時與限流電阻Rl的另一端、繼電器K的靜觸點、耗能 電阻R2的另一端和并網(wǎng)端模塊(2)的直流母線負極輸入端連接， 并網(wǎng)端模塊(2)的兩個輸出端用于接入電網(wǎng)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有電流模擬單元集成化的多功能直流電子負載，其特征在 于，它還包括儲能模塊(3)，所述的儲能模塊(3)包括蓄電池VI、功率開關(guān)S8、功率開關(guān)S9和 電感L3; 蓄電池Vl的正極與電感L3的一端連接，電感L3的另一端同時與功率開關(guān)S8負極和功率 開關(guān)S9的正極連接，蓄電池Vl的負極與功率開關(guān)S9的負極連接，功率開關(guān)S8正極作為儲能 模塊(3)正輸出端與直流母線正極輸入端連接，蓄電池Vl的負極作為儲能模塊(3)負輸出端 與并網(wǎng)端模塊(2)的直流母線負極輸入端連接。3. 具有電流模擬單元集成化的多功能直流電子負載，它包括并網(wǎng)端模塊(2)，其特征在 于，還包括m個集成化電流模擬模塊、母線電容C、限流電阻Rl、耗能電阻R2、繼電器K和功率 開關(guān)S3 ;m為大于1的整數(shù)； 每個集成化電流模擬模塊的輸入端均用于接入被測電源，每個集成化電流模擬模塊包 括兩個電流模擬單元(1 )，并且所述的兩個電流模擬單元(1)并聯(lián)連接， 其中，每個電流模擬單元（1)包括功率開關(guān)S1、功率開關(guān)S2、電感LU二極管Dl和二極管 D2;功率開關(guān)Sl的負極同時與二極管Dl陰極和電感Ll的一端連接，電感Ll的另一端同時與 功率開關(guān)S2的正極和二極管Dl陽極連接，二極管Dl陽極與功率開關(guān)S2的負極同時連接后， 作為電流模擬單元(1)的負輸入端， 功率開關(guān)Sl的正極作為電流模擬單元(1)的正輸入端， 二極管D2的陰極作為電流模擬單元(1)的第一輸出端， 功率開關(guān)S2的負極作為電流模擬單元(1)的第二輸出端； 每個電流模擬單元（1)的第一輸出端同時與母線電容C的一端、功率開關(guān)S3的正極和并 網(wǎng)端模塊(2)的直流母線正極連接，母線電容C的另一端同時與限流電阻Rl的一端和繼電器 K的動觸點連接，功率開關(guān)S3的負極與耗能電阻R2的一端連接， 每個電流模擬單元（1)的第二輸出端同時與限流電阻Rl的另一端、繼電器K的靜觸點、 耗能電阻R2的另一端和并網(wǎng)端模塊(2)的直流母線負極連接， 并網(wǎng)端模塊(2)的兩個輸出端用于接入電網(wǎng)； 所述的集成化電流模擬模塊中的兩個功率開關(guān)Sl的控制端用于接收三角波信號，且該 兩個功率開關(guān)Sl接收的三角波信號的相位角相差180°。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有電流模擬單元集成化的多功能直流電子負載，其特征在 于，它還包括儲能模塊(3)，所述的儲能模塊(3)包括蓄電池VI、功率開關(guān)S8、功率開關(guān)S9和 電感L3; 蓄電池Vl的正極與電感L3的一端連接，電感L3的另一端同時與功率開關(guān)S8負極和功率 開關(guān)S9的正極連接，蓄電池Vl的負極與功率開關(guān)S9的負極連接，功率開關(guān)S8正極作為儲能 模塊(3)正輸出端與功率開關(guān)S3的正極連接，蓄電池Vl的負極作為儲能模塊(3)負輸出端與 繼電器K的靜觸點連接。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有電流模擬單元集成化的多功能直流電子負載，其特征在 于，它還包括2m個開關(guān)S，每個開關(guān)S串聯(lián)在一個電流模擬單元(1)與母線電容C的一端之間。6. 具有電流模擬單元集成化的多功能直流電子負載，它包括并網(wǎng)端模塊(2)，其特征在 于，它還包括η個電流模擬單元(1)、母線電容C、限流電阻RU耗能電阻R2、繼電器K和功率開 關(guān)S3; η為大于2的整數(shù)； η個電流模擬單元(1)并聯(lián)連接，且并聯(lián)后的輸入端用于接入被測電源， 其中，每個電流模擬單元（1)包括功率開關(guān)S1、功率開關(guān)S2、電感LU二極管Dl和二極管 D2;功率開關(guān)Sl的負極同時與二極管Dl陰極和電感Ll的一端連接，電感Ll的另一端同時與 功率開關(guān)S2的正極和二極管Dl陽極連接，二極管Dl陽極與功率開關(guān)S2的負極同時連接后， 作為電流模擬單元(1)的負輸入端， 功率開關(guān)Sl的正極作為電流模擬單元(1)的正輸入端， 二極管D2的陰極作為電流模擬單元(1)的第一輸出端， 功率開關(guān)S2的負極作為電流模擬單元(1)的第二輸出端； 每個電流模擬單元（1)的第一輸出端同時與母線電容C的一端、功率開關(guān)S3的正極和并 網(wǎng)端模塊(2)的直流母線正極輸入端連接，母線電容C的另一端同時與限流電阻Rl的一端和 繼電器K的動觸點連接，功率開關(guān)S3的負極與耗能電阻R2的一端連接， 每個電流模擬單元（1)的第二輸出端同時與限流電阻Rl的另一端、繼電器K的靜觸點、 耗能電阻R2的另一端和并網(wǎng)端模塊(2)的直流母線負極輸入端連接， 并網(wǎng)端模塊(2)的兩個輸出端用于接入電網(wǎng)； 所述的η個電流模擬單元（1)中的功率開關(guān)Sl的控制端均用于接收三角波信號，且相鄰 兩個電流模擬單元(1)的功率開關(guān)Si接收的三角波信號的相位角互差^。 η7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有電流模擬單元集成化的多功能直流電子負載，其特征在 于，它還包括儲能模塊(3)，所述的儲能模塊(3)包括蓄電池VI、功率開關(guān)S8、功率開關(guān)S9和 電感L3; 蓄電池 Vl的正極與電感L3的一端連接，電感L3的另一端同時與功率開關(guān)S8負極和功率 開關(guān)S9的正極連接，蓄電池 Vl的負極與功率開關(guān)S9的負極連接，功率開關(guān)S8正極作為儲能 模塊(3)正輸出端與功率開關(guān)S3的正極連接，蓄電池 Vl的負極作為儲能模塊(3)負輸出端與 繼電器K的靜觸點連接。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有電流模擬單元集成化的多功能直流電子負載，其特征在 于，它還包括η個開關(guān)S，每個開關(guān)S串聯(lián)在一個電流模擬單元(1)與母線電容C的一端之間。
【文檔編號】G01R31/40GK205643659SQ201620490141
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】周夢婷, 劉宣伯, 王中砥, 王明彥
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)