CN102097946B - 一种多功能整流逆变电能回馈负载 - Google Patents

Abstract

本发明涉及负载技术领域，特别是涉及一种多功能整流逆变电能回馈负载，设有控制单元、主回路显示单元和与待测设备的输出端连接的电源开关，电源开关与主回路的输入端连接，控制单元与主回路连接，输入单元输出端与控制单元连接，显示单元输入端与控制单元连接，本发明的输出端可以输出直流或交流，满足大功率设备老化需求，使用本发明的装置，通常只需要消耗10％左右的电能，就能实现100％的带载需求，对于批量生产的设备老化，节能更大。同时由于本发明能够将消耗在负载上的电能回馈到交流电源、待测设备或其它负载中，实现节能效果，因此，不需要厂家配备较大的安装场地、冷却设备等，能够节省成本。

Description

一种多功能整流逆变电能回馈负载

技术领域

本发明涉及负载技术领域，特别是涉及一种多功能整流逆变电能回馈负载。

背景技术

在电气与电子工业领域，不论是产品研发还是量产，都要使用大量的负载设备。尤其是电气产品量产阶段，老化是很多产品必不可少的环节。为了达到老化的目的，需要让电气产品持续带负载一定的时间(例如48小时)。现有技术中，厂家大多是使用电阻作为负载。因此，在大功率产品制造领域，厂家需要大量使用诸如电阻这样的负载，大容量负载设备的费用对企业来说也是一笔不小的开支。同时，为了进行老化，厂家需要为大量的负载配置专门的安装场地、冷却设备和安防设备等等。此外，在进行老化过程中，厂家每年在负载上要消耗大量的电能。在能源问题越来越严峻的今天，老化过程的负载高消耗完全不符合国家节能降耗的需求。

目前市场上的电子负载功能单一且电路简单,如有些只适合于直流电源,有些只适合交流电源,有些只回馈直流能量,有些只回馈交流能量。

发明内容

本发明针对现有技术的不足而提供一种可以既适合交流电源，也适合直流电源，既输出交流电压，也可以输出直流电压的，无谐波污染的多功能整流逆变电能回馈负载。 

本发明的目的通过以下技术措施实现：一种多功能整流逆变电能回馈负载，设置有控制单元以及与待测设备的输出端连接的主回路，控制单元与主回路连接，主回路的交流输出端与交流电网电连接，主回路的直流输出端与直流电网电连接, 所述主回路设置有PWM直流交流变换器电路、整流器电路、直流升压逆变器电路、IGBT驱动电路、电源开关、继电器开关，所述PWM直流交流变换器电路有两个，所述继电器开关包括K4、K6，所述整流器电路包括第一整流器电路和第二整流器电路，所述电源开关包括与直流待测设备输出端连接的S1和与交流待测设备输出端连接的S2；

所述第一个PWM直流交流变换器电路和第二个PWM直流交流变换器电路的输入端与S1连接，第一个PWM直流交流变换器电路的输出端与K4的输入端连接，第二个PWM直流交流变换器电路的输出端与K6的输入端连接，S2输出端与K4、K6的输入端连接；

所述第一整流器电路一端与K4连接，第一整流器电路另一端与外部直流电路连接；

所述第二整流器电路一端与K6连接，第二整流器电路另一端与直流升压逆变器电路连接，直流升压逆变器电路与外部交流电网连接。

其中，还设置有显示单元、输入单元，输入单元输出端与控制单元连接，显示单元输入端与控制单元连接。

其中，所述IGBT驱动电路为多个，第1个至第7个IGBT驱动电路与直流升压逆变器电路连接，第8个至第15个IGBT驱动电路与整流器电路连接。

其中，所述控制单元包括中央控制器、电压互感器、电流互感器，中央控制器与电压互感器、电流互感器连接，中央控制器采用DSP控制器控制。    

其中，所述的DSP控制器包括信号输入管脚和信号输出管脚，所述信号输入管脚包括ipa、ipb、ipc、i1、i2、u、VCC、i[L7]、u[D1,D2]、U[B+,B-]、U[C4]、upa、upb、upc，信号输出管脚包括：DRV1、DRV2、DRV3、DRV4、DRV1G’、 DRV2G’、 DRV3G’、 DRV4G’、 DRV5G’、 DRV6G’、 DRV7G’、DRV10G’、 DRV11G’、 DRV12G’、 DRV13G’、 DRV14G’、 DRV15G’、 DRV16G’、 DRV17G’；

所述ipa、ipb、ipc与直流升压逆变器电路接连接；

所述DRV1G’、 DRV2G’、 DRV3G’、 DRV4G’、 DRV5G’、 DRV6G’、 DRV7G’与接入直流升压逆变器电路的IGBT驱动电路输入端连接；

所述DRV10G’、 DRV11G’、 DRV12G’、 DRV13G’与接入第一整流器的4个IGBT驱动电路输入端连接，DRV14G’、 DRV15G’、 DRV16G’、 DRV17G’ 与接入第二整流器的4个IGBT驱动电路输入端连接；

所述DRV1、DRV2与第一个PWM直流交流变换器电路连接，DRV3、DRV4与第二个PWM直流交流变换器电路连接。

其中，所述IGBT驱动电路设置有输入端、第一输出端、第二输出端，输入端与DSP控制器的信号输出管脚连接，还包括电阻R33、R411、R414、R405、R418，二极管VD403、ZD403，光耦驱动N19； 

所述的光耦驱动N19的2脚与R33的一端连接，，3脚接地，8脚接15V直流电压，6脚和7脚与R411一端连接，5脚与R418的一端、ZD403的正极、IGBT驱动电路的第二输出端连接；

所述R33另一端与DSP控制器的信号输出管脚连接；

所述的VD403负极与R411的另一端，R405的一端连接，VD403的正极与R414的一端连接；

R414的另一端与R418的另一端、R405的另一端、ZD403的负极、IGBT驱动电路的第一输出端连接。

其中，所述第一整流器电路包括IGBT管VT10、VT11、VT12、VT13，电阻R166、R167、R168、R169、R170、R171，二极管D166、D167、D168、D169、D170，电容C166、C167、C168、C169、C170、C171、C172、C173，电感L7、L8；

K4包括第一输出端D1和第二输出端D2；

所述电感L7的一端与K4第一输出端D1连接；

所述VT10、VT11、VT12、VT13的门极分别与第8个IGBT驱动电路的第一输出端、第9个IGBT驱动电路的第一输出端、第10个IGBT驱动电路的第一输出端、第11个IGBT驱动电路的第一输出端连接；

所述VT10、VT11的集电极与D166的负极、D167的负极、R166的一端、R167的一端、C170的一端、C172的一端，C171的正极、直流升压逆变器电路的输入端连接；

所述VT10的发射极与第8个IGBT驱动电路的第二输出端、D166正极、C166一端、L7的另一端、VT12的集电极、D168的负极、R168的一端连接， R166另一端与C166另一端连接；

所述的VT11的发射极与第9个IGBT驱动电路的第二输出端、D167正极，C167一端、VT13的集电极、D169的负极、R169的一端、以及K4的第二输出端D2连接，C167的另一端与R167另一端连接；

所述VT12的发射极与第10个IGBT驱动电路的第二输出端、D168的正极、C168的一端、VT13的发射极、D169的正极、C169的一端、D170的负极、L8的一端连接，C168另一端连接与R168另一端，C169另一端与R169另一端连接；

所述VT13的发射极与第11个IGBT驱动电路的第二输出端连接。

所述L8另一端与R170的一端、R171的一端、C171的负极、C173的一端、直流升压逆变器电路的输入端连接；

所述的C170另一端与D170的正极、R170 的另一端、R171的另一端连接；

所述的C172的另一端与C173的另一端接地；

所述第二整流器电路包括IGBT管VT14、VT15、VT16、VT17，电阻R174、R175、R176、R177、R178、R179，二极管D174、D175、D176、D177、D178，电容C174、C175、C176、C177、C178、C179、C180、C181，电感L9、L10；

K6包括第一输出端和第二输出端；

所述L9的一端与K6第一输出端连接；

所述VT14、VT15、VT16、VT17的门极分别与第12个IGBT驱动电路的第一输出端、第13个IGBT驱动电路的第一输出端、第14个IGBT驱动电路的第一输出端、第15个IGBT驱动电路的第一输出端连接；

所述VT14、VT15的集电极与D174的负极、D175的负极、R174的一端、R175的一端、C178的一端、C180的一端，C179的正极、直流电流第一个输出端连接；

所述VT14的发射极与第12个IGBT驱动电路的第二输出端、D174正极，C174一端、L9的另一端、VT16的集电极、D176的负极、R176的一端连接，R174另一端与C174另一端连接；

所述的VT15的发射极与第13个IGBT驱动电路的第二输出端、D175正极，C175一端、VT17的集电极、D177的负极、R177的一端、以及K6第二输出端连接，C175的另一端与R175另一端连接；

所述VT16的发射极与第14个IGBT驱动电路的第二输出端、D176的正极、C176的一端、VT17的发射极、D177的正极、C177的一端、D178的负极、L10的一端连接，C176另一端与R176另一端连接，C177另一端与R177另一端连接；

所述L10另一端与R178的一端、R179的一端、C179的负极、C181的一端、直流电流第二个输出端连接；

所述VT17的发射极与第15个IGBT驱动电路的第二输出端连接

所述的C178另一端与D178的正极、R178 的另一端、R179的另一端连接；

所述的C180的另一端与C181的另一端接地。

其中，所述直流升压逆变器电路设置有IGBT管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7，二极管D31、D32、D33、D34、D35、D36、D37、D38，电容C1、C2、C3、C4、C62、C63、C64、C65、C66、C67，电感L3、L4 、L5、L6，电阻R62、R63、R64、R65、R66、R67；

所述的IGBT管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7的门极分别与第1个IGBT驱动电路的第一输出端、第2个IGBT驱动电路的第一输出端、第3个IGBT驱动电路的第一输出端、第4个IGBT驱动电路的第一输出端、第5个IGBT驱动电路的第一输出端、第6个IGBT驱动电路的第一输出端、第7个IGBT驱动电路的第一输出端连接；

所述的电感L3的一端与整流器电路的一个输出端连接；

所述VT1的集电极与L3的另一端、D31的负极、D32的正极连接；

所述电容C4的正极与D32的负极、VT2的集电极、D33的负极、R62的一端、VT3的集电极、D34的负极、R63的一端、VT4的集电极、D35的负极、R64的一端连接；

所述的VT2的发射极与第2个IGBT驱动电路的第二输出端、D33的正极，C62的一端、L6的一端、VT5的集电极、D36的负极、R65的一端连接，C62的另一端与R62的另一端连接；

所述的VT3的发射极与第3个IGBT驱动电路的第二输出端、D34的正极，C63的一端、L5的一端、VT6的集电极、D37的负极、R66的一端连接，C63的另一端与R63的另一端连接；

所述的VT4的发射极与第4个IGBT驱动电路的第二输出端、D35的正极，C64的一端、L4的一端、VT7的集电极、D38的负极、R67的一端连接，C64的另一端与R64的另一端连接；

所述VT5的发射极与第5个IGBT驱动电路的第二输出端、整流器电路的另一个输出端、VT1的发射极、D31的正极、C4的负极、D36的正极，C65的一端、VT6的发射极、D37的正极，C66的一端、VT7的发射极、D38的正极，C67的一端连接；

所述VT6的发射极与第6个IGBT驱动电路的第二输出端连接；

所述VT7的发射极与第7个IGBT驱动电路的第二输出端；

所述R65的另一端与C65的另一端连接，所述R66的另一端与C66的另一端连接，电感L4的另一端与电容C3一端连接，电感L5的另一端与电容C2一端连接，电感L6的另一端与电容C1一端连接，C1、C2、C3的另一端接地。

其中，所述的PWM直流交流变换器电路包括第一控制信号输入端、第二控制信号输入端，NPN型三极管Q10、Q8、PNP型三极管Q11、Q9、耗尽型场效应管Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7，二极管D18、D19、D17、D20，电阻R22、R23、R28、R29、R33、R34、R25、R35、R36、R38、R39、R42、R43、R56、R50，R51、R40、R52，电容C25、C42、C43、C46、C25，变压器TX1；

所述R51的一端与第二控制信号输入端连接，R51的另一端与Q10、Q11的门极连接；

所述R50的一端与12V直流电压连接，另一端与Q10的集电极、D18的负极连接；

所述的D19的负极与Q10的发射极、Q11的发射极、D18正极、R23的一端、R29的一端、R34的一端连接；

所述Q11的集电极与D19的正极接地；

所述R22的一端与R23的另一端、Q2的栅极连接；

所述R28的一端与R29的另一端、Q3的栅极连接；

所述R33的一端与R34的另一端、Q4的栅极连接；

所述C25的一端与R22 、R28、 R33另一端、Q2的源极、Q3的源极、Q4的源极连接；

所述的R25的一端与C25的另一端连接；

所述Q2 的漏极、Q3的漏极、Q4的漏极与R25的另一端、变压器的原边输入端连接；

所述R52的一端与第一控制信号输入端连接，R52的另一端与Q8、Q9的门极连接；

所述R40的一端与12V直流电压正极连接，R40另一端与Q8的集电极、D17的负极连接；

所述的D20的负极与Q8的发射极、Q9的发射极、D17正极、R36的一端、R39的一端、R43的一端连接；

所述Q9的集电极与D20的正极接地；

所述R35的一端与R36的另一端、Q5的栅极连接；

所述R38的一端与R39的另一端、Q3的栅极连接；

所述R42的一端与R43的另一端、Q4的栅极连接；

所述C43的一端与R35 、R38、 R42另一端连接、Q5的源极、Q6的源极、Q7的源极连接；

C42和C46并联连接于D20的负极和D17的正极之间；

所述的R56的一端与C43的另一端连接；

所述Q5 的漏极、Q6的漏极、Q7的漏极与R56的另一端、变压器的原边另一输入端连接；

所述变压器TX1的输入端与开关S1连接，变压器TX1的副边与相应的继电器开关连接。

其中，第一个PWM直流交流变换器电路的第一控制信号输入端、第二控制信号输入端分别与DSP控制器的DRV1、DRV2连接；第二个PWM直流交流变换器电路的第一控制信号输入端、第二控制信号输入端分别与DSP控制器的DRV3、DRV4连接。

本发明的有益效果为：一种多功能整流逆变电能回馈负载，设置有控制单元以及与待测设备的输出端连接的主回路，控制单元与主回路连接，主回路的交流输出端与交流电网电连接，主回路的直流输出端与直流电网电连接, 所述主回路设置有PWM直流交流变换器电路、整流器电路、直流升压逆变器电路、IGBT驱动电路、电源开关、继电器开关，所述PWM直流交流变换器电路有两个，所述继电器开关包括K4、K6，所述整流器电路包括第一整流器电路和第二整流器电路，所述电源开关包括与直流待测设备输出端连接的S1和与交流待测设备输出端连接的S2；

所述第一个PWM直流交流变换器电路和第二个PWM直流交流变换器电路的输入端与S1连接，第一个PWM直流交流变换器电路的输出端与K4的输入端连接，第二个PWM直流交流变换器电路的输出端与K6的输入端连接，S2输出端与K4、K6的输入端连接；

所述第一整流器电路一端与K4连接，第一整流器电路另一端与外部直流电路连接；

所述第二整流器电路一端与K6连接，第二整流器电路另一端与直流升压逆变器电路连接，直流升压逆变器电路与外部交流电网连接，本发明可以满足大功率设备老化需求，只需要消耗10％左右的电能，就能实现100％的带载需求，对于批量生产的设备老化，节能更大。同时由于本发明能够将消耗在负载上的电能回馈到交流电源、待测设备或其它负载中，实现节能效果，因此，不需要厂家配备较大的安装场地、冷却设备等，能够节省成本。

附图说明

结合附图对本发明作进一步的描述，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明一种多功能整流逆变电能回馈负载原理框图；

图2是本发明主回路原理框图；

图3是本发明PWM直流交流变换器电路图；

图4是本发明第一整流器电路图；

图5是本发明第二整流器电路图；

图6是本发明的直流升压逆变器电路图；

图7是本发明IGBT驱动电路图；

图8是本发明控制单元原理框图；

图9 是 逆变PWM驱动产生原理；

图10 是 MOSFET驱动PWM产生原理图；

图11 是 IGBT1驱动PWM产生原理图；

图12 是 整流器IGBT驱动PWM产生原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1本实施例提供一种多功能整流逆变电能回馈负载，设置有控制单元以及与待测设备的输出端连接的主回路，控制单元与主回路连接，主回路的输出端与交流电网电连接，主回路的输出端与直流电网电连接，还设置有显示单元、输入单元，输入单元输出端与控制单元连接，显示单元输入端与控制单元连接，本实施例可以输出直流也可以输出正弦波电流,无谐波污染；可完全取代传统的电阻、电感和电容负载，本实施例自动识别输入电压,自适应调整算法，使输出电压恒定，使功率因数最大，采用DSP控制,LCD显示,能智能感知各种不同输入输出情况，自动显示输入电流、输入电压、吸取功率、功率因数、 输出电流、输出电压、回馈功率、效率、累积节电量、报警等功能，本实施例主控制器采用TMS320F281以满足复杂的算法计算，采用变压器和光藕驱动TLP250隔离技术, 避免主回路中的强电干扰控制回路中的弱电信号,同时增加了安全和安规性能，本实施例作为待测设备的负载能够有效进行老化测试，又可以输出直流给待测设备或者其它负载，又可以输出三相交流电，将系统的电能回馈到三相电网。本实施例可以自动识别输入是直流电还是交流电，可以控制电流输出类型，是直流输出还是交流输出，输入输出值都受到DSP监控。

如图2所示，本实施例的主回路设置有PWM直流交流变换器电路、整流器电路、直流升压逆变器电路、IGBT驱动电路、电源开关、继电器开关，所述PWM直流交流变换器电路有两个，所述继电器开关包括K4、K6，所述整流器电路包括第一整流器电路，第二整流器电路，所述电源开关包括与直流待测设备输出端连接的S1和与交流待测设备输出端连接的S2；

所述第一个PWM直流交流变换器电路和第二个PWM直流交流变换器电路的输入端与S1连接，第一个PWM直流交流变换器电路的输出端与K4的输入端连接，第二个PWM直流交流变换器电路的输出端与K6的输入端连接，S2输出端与K4、K6的输入端连接；

所述第一整流器电路一端与K4连接，第一整流器电路另一端与外部直流电路连接；

所述第二整流器电路一端与K6连接，第二整流器另一端与直流升压逆变器电路连接，直流升压逆变器电路与外部交流电网连接。

本实施例的控制单元包括中央控制器、电压互感器、电流互感器，中央控制器与电压互感器、电流互感器连接，中央控制器采用DSP控制器控制。        

如图8所示，本实施例所述的的DSP控制器包括信号输入管脚和信号输出管脚，所述信号输入管脚包括ipa、ipb、ipc、i1、i2、u、VCC、i[L7]、u[D1,D2]、U[B+,B-]、U[C4]、upa、upb、upc，信号输出管脚包括DRV1、DRV2、DRV3、DRV4、DRV1G’、 DRV2G’、 DRV3G’、 DRV4G’、 DRV5G’、 DRV6G’、 DRV7G’、DRV10G’、 DRV11G’、 DRV12G’、 DRV13G’、 DRV14G’、 DRV15G’、 DRV16G’、 DRV17G’；

所述ipa、ipb、ipc与直流升压逆变器电路接连接；

所述DRV1G’、 DRV2G’、 DRV3G’、 DRV4G’、 DRV5G’、 DRV6G’、 DRV7G’与接入直流升压逆变器电路的IGBT驱动电路输入端连接；

所述DRV10G’、 DRV11G’、 DRV12G’、 DRV13G’与接入第一整流器的4个IGBT驱动电路输入端连接，DRV14G’、 DRV15G’、 DRV16G’、 DRV17G’ 与接入第二整流器的4个IGBT驱动电路输入端连接；

所述DRV1、DRV2与第一个PWM直流交流变换器电路连接，DRV3、DRV4与第二个PWM直流交流变换器电路连接。

如图7所示，本是实施例所述的IGBT驱动电路设置有输入端、第一输出端、第二输出端，输入端与DSP控制器的信号输出管脚连接，还包括电阻R33、R411、R414、R405、R418，二极管VD403、ZD403，光耦驱动N19； 

所述的光耦驱动N19的2脚与R33的一端连接，，3脚接地，8脚接15V直流电压，6脚和7脚与R411一端连接，5脚与R418的一端、ZD403的正极、一个IGBT驱动电路的第二输出端连接；

所述R33另一端与DSP控制器的信号输出管脚连接；

所述的VD403负极与R411的另一端，R405的一端连接，VD403的正极与R414的一端连接；

R414的另一端与R418的另一端、R405的另一端、ZD403的负极、同一个IGBT驱动电路的第一输出端连接。

如图4、图5所示，本实施例所述第一整流器电路包括IGBT管VT10、VT11、VT12、VT13，电阻R166、R167、R168、R169、R170、R171，二极管D166、D167、D168、D169、D170，电容C166、C167、C168、C169、C170、C171、C172、C173，电感L7、L8；

K6包括第一输出端D1和第二输出端D2；

所述电感L7的一端与K6第一输出端D1连接；

所述VT10、VT11、VT12、VT13的门极分别与第8个IGBT驱动电路的第一输出端、第9个IGBT驱动电路的第一输出端、第10个IGBT驱动电路的第一输出端、第11个IGBT驱动电路的第一输出端连接；

所述VT10、VT11的集电极与D166的负极、D167的负极、R166的一端、R167的一端、C170的一端、C172的一端，C171的正极、直流升压逆变器电路的输入端连接；

所述VT10的发射极与第8个IGBT驱动电路的第二输出端、D166正极，C166另一端、L7的另一端、VT12的集电极、D168的负极、R168的一端连接， R166另一端与C166另一端连接；

所述的VT11的发射极与第9个IGBT驱动电路的第二输出端、D167正极，C167一端、VT13的集电极、D169的负极、R169的一端、以及K6的第二输出端D2连接，C167的另一端与R167另一端连接；

所述VT12的发射极与第10个IGBT驱动电路的第二输出端、D168的正极、C168的一端、VT13的发射极、D169的正极、C169的一端、D170的负极、L8的一端连接，C168另一端连接与R168另一端，C169另一端与R169另一端连接；

所述L8另一端与R170的一端、R171的一端、C171的负极、C173的一端、直流升压逆变器电路的输入端连接；

所述的C170另一端与D170的正极、R170 的另一端、R171的另一端连接；

所述的C172的另一端与C173的另一端接地；

所述第二整流器电路包括IGBT管VT14、VT15、VT16、VT17，电阻R174、R175、R176、R177、R178、R179，二极管D174、D175、D176、D177、D178，电容C174、C175、C176、C177、C178、C179、C180、C181，电感L9、L10；

K4包括第一输出端和第二输出端；

所述L9的一端与K4第一输出端连接；

所述VT14、VT15、VT16、VT17的门极分别与第12个IGBT驱动电路的第一输出端、第13个IGBT驱动电路的第一输出端、第14个IGBT驱动电路的第一输出端、第15个IGBT驱动电路的第一输出端连接；

所述VT14、VT15的集电极与D174的负极、D175的负极、R174的一端、R175的一端、C178的一端、C180的一端，C179的正极、直流电流第一个输出端连接；

所述VT14的发射极与第12个IGBT驱动电路的第二输出端、D174正极，C174一端、L9的另一端、VT16的集电极、D176的负极、R176的一端连接，R174另一端与C174另一端连接；

所述的VT15的发射极与第13个IGBT驱动电路的第二输出端、D175正极，C175一端、VT17的集电极、D177的负极、R177的一端、以及K4第二输出端连接，C175的另一端与R175另一端连接；

所述VT16的发射极与第14个IGBT驱动电路的第二输出端、D176的正极、C176的一端、VT17的发射极、D177的正极、C177的一端、D178的负极、L10的一端连接，C176另一端与R176另一端连接，C177另一端与R177另一端连接；

所述L10另一端与R178的一端、R179的一端、C179的负极、C181的一端、直流电流第二个输出端连接；

所述的C178另一端与D178的正极、R178 的另一端、R179的另一端连接；

所述的C180的另一端与C181的另一端接地。

如图6所示，本实施例所述直流升压逆变器电路设置有IGBT管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7，二极管D31、D32、D33、D34、D35、D36、D37、D38，电容C1、C2、C3、C4、C62、C63、C64、C65、C66、C67，电感L3、L4 、L5、L6，电阻R62、R63、R64、R65、R66、R67；

所述的IGBT管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7的门极分别与第1个IGBT驱动电路的第一输出端、第2个IGBT驱动电路的第一输出端、第3个IGBT驱动电路的第一输出端、第4个IGBT驱动电路的第一输出端、第5个IGBT驱动电路的第一输出端、第6个IGBT驱动电路的第一输出端、第7个IGBT驱动电路的第一输出端连接；

所述的电感L3的一端与整流器电路的一个输出端连接；

所述VT1的集电极与L3的另一端、D31的负极、D32的正极连接；

所述电容C4的正极与D32的负极、VT2的集电极、D33的负极、R62的一端、VT3的集电极、D34的负极、R63的一端、VT4的集电极、D35的负极、R64的一端连接；

所述的VT2的发射极与第2个IGBT驱动电路的第二输出端、D33的正极，C62的一端、L6的一端、VT5的集电极、D36的负极、R65的一端连接，C62的另一端与R62的另一端连接；

所述的VT3的发射极与第3个IGBT驱动电路的第二输出端、D34的正极，C63的一端、L5的一端、VT6的集电极、D37的负极、R66的一端连接，C63的另一端与R63的另一端连接；

所述的VT4的发射极与第4个IGBT驱动电路的第二输出端、D35的正极，C64的一端、L4的一端、VT7的集电极、D38的负极、R67的一端连接，C64的另一端与R64的另一端连接；

所述VT5的发射极与第5个IGBT驱动电路的第二输出端、整流器电路的另一个输出端、VT1的发射极、D31的正极、C4的负极、D36的正极，C65的一端、VT6的发射极、D37的正极，C66的一端、VT7的发射极、D38的正极，C67的一端连接。

所述R65的另一端与C65的另一端连接，所述R66的另一端与C66的另一端连接，电感L4的另一端与电容C3一端连接，电感L5的另一端与电容C2一端连接，电感L6的另一端与电容C1一端连接，C1、C2、C3的另一端接地。

如图3所示，本实施例所述的PWM直流交流变换器电路包括第一控制信号输入端、第二控制信号输入端，NPN型三极管Q10、Q8、PNP型三极管Q11、Q9、耗尽型场效应管Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7，二极管D18、D19、D17、D20，电阻R22、R23、R28、R29、R33、R34、R25、R35、R36、R38、R39、R42、R43、R56、R50，R51、R40、R52，电容C25、C42、C43、C46，变压器TX1；

所述R51的一端与第二控制信号输入端连接，R51的另一端与Q10、Q11的门极连接；

所述R50的一端与12V直流电压连接，另一端与Q10的集电极、D18的负极连接；

所述的D19的负极与Q10的发射极、Q11的发射极、D18正极、R23的一端、R29的一端、R34的一端连接；

所述Q11的集电极与D19的正极接地；

所述R22的一端与R23的另一端、Q2的栅极连接；

所述R28的一端与R29的另一端、Q3的栅极连接；

所述R33的一端与R34的另一端、Q4的栅极连接；

所述C25的一端与R22 、R28、 R33另一端、Q2的源极、Q3的源极、Q4的源极连接；

所述的R25的一端与C25的另一端连接；

所述Q2 的漏极、Q3的漏极、Q4的漏极与R25的另一端、变压器的原边输入端连接；

所述R52的一端与第一控制信号输入端连接，R52的另一端与Q8、Q9的门极连接；

所述R40的一端与12V直流电压正极连接，R40另一端与Q8的集电极、D17的负极连接；

所述的D20的负极与Q8的发射极、Q9的发射极、D17正极、R36的一端、R39的一端、R43的一端连接；

所述Q9的集电极与D20的正极接地；

所述R35的一端与R36的另一端、Q5的栅极连接；

所述R38的一端与R39的另一端、Q3的栅极连接；

所述R42的一端与R43的另一端、Q4的栅极连接；

所述C43的一端与R35 、R38、 R42另一端连接、Q5的源极、Q6的源极、Q7的源极连接；

所述的R56的一端与C43的另一端连接；

所述Q5 的漏极、Q6的漏极、Q7的漏极与R56的另一端、变压器的原边另一输入端连接；

所述变压器TX1的输入端与开关S1连接，TX1的副边与继电器开关连接。

本实施例的第一个PWM直流交流变换器电路的第一控制信号输入端、第二控制信号输入端分别与DSP控制器的DRV1、DRV2连接；第二个PWM直流交流变换器电路的第一控制信号输入端、第二控制信号输入端分别与DSP控制器的DRV3、DRV4连接。

本实施例的控制器的型号为TMS320F 2812，所述光藕驱动N19为TLP250。

如图2所示，本实施例的主回路分为两路:一路为第一个PWM直流交流变换器电路、K6、第一个整流器电路、直流升压逆变器电路，该路输出三相交流，把能量回馈给电网或输出给其它交流负载；另一路第二个PWM直流交流变换器电路、K4、第二整流器电路，该路输出直流，把能量回馈给直流电源或输出给其它直流负载。

本发明可以输出三相交流电，也可以输出两相交流电，只是逆变桥是两相。

本实施例的工作原理为：待测负载直流或交流输出接本实施例直流或交流输入，当开关S1或S2合上后，本实施例的中央处理器带电，中央处理器利用传感器智能感知各种不同输入输出情况，当用户设置本实施例输入电流，输入功率因数，输出直流电压为24—56伏间任意值后，按开始键，本实施例开始工作，自适应调整算法，自动显示输入电流、输入电压、吸取功率、功率因数、 输出电流、输出电压、回馈功率、效率、累积节电量、过压和过流报警等功能。

本实施例主回路设置有PWM直流交流变换器电路、继电器开关K4、整流器，继电器开关K6、整流器、直流升压电路逆变器、IGBT驱动电路。所述PWM直流交流变换器和的输入端与所述待测直流设备的输出端连接，所述PWM直流交流变换器的输出端或待测交流设备的输出端通过继电器开关与整流器的输入端连接，所述整流器的输出端给其它设备供应直流电,整流器的输出端与直流升压电路逆变器的输入端连接，所述逆变器的输出端与所述三相电网连接或给其它三相负载供电。所述所有的IGBT驱动分别与各自IGBT驱动电路连接。

控制单元接受输入单元的指令,通过脉冲波控制PWM直流交流变换器中MOSFET的驱动、直流电路、整流器和逆变器中IGBT的驱动、本实施例的显示单元是用LCD显示，用于显示本实施例的状态参数，脉冲波产生原理如图9，图10，图11，图12所示，属于常规的脉冲波产生原理这里不做赘述。

控制单元包括中央控制器、电压互感器、电流互感器，完成信号采集、算法实现、输入和输出信号控制等功能。图8为控制单元原理框图,主控制器利用电压、电流互感器得到DC输入电压VCC、AC输入电压u、i1、i2、u[D1,D2] 、i[L7]、U[B+,B-]、U[C4]、upa、upb、upc、ipa、ipb、ipc，中央处理器通过计算输出DRV1、DRV2、DRV3、DRV4、DRV1G’、DRV2G’、DRV3G’、DRV4G’、DRV5G’、DRV6G’、DRV7G’、 DRV10G’、DRV11G’、DRV12G’、DRV13G’、 DRV14G’、DRV15G’、DRV16G’、DRV17G’。 DRV1G’、DRV2G’、DRV3G’、DRV4G’、DRV5G’、DRV6G’、DRV7G’、 DRV10G’、DRV11G’、DRV12G’、DRV13G’、 DRV14G’、DRV15G’、DRV16G’、DRV17G’通过TLP250分别驱动主回路中IGBT（如图8）。u[D1,D2]表示D1和D2之间的电压，i[L7]表示L7上电流，U[C4]表示C4上的电压、U[B+,B-]表示整流器和直流升压逆变器电路连接线之间的电压，upa、upb、upc、ipa、ipb、ipc分别是直流升压逆变器电路输出的三相电压和电流。

本实施例中央处理器带电后，中央处理器对各种寄存器、ROM、RAM、I/O端口、中断、显示等完成初始化，定时循环读取u[D1,D2] 、U[B+,B-]、u、VCC、i1、i2、U[C4]、UA、UB、UC、ipa、ipb、ipc、i[L7]的输入数据，根据不同的输入数据和预先设计好的算法自适应输出值驱动MOSFET脉冲波和IGBT脉冲波，保证所需的直流输出、输出三相电压UA、UB、UC为220V±2%，频率50±0.5HZ。当出现短路、断路和过载时，u[D1,D2] 、U[B+,B-]、u、VCC、i1、i2、U[C4]、UA、UB、UC、ipa、ipb、ipc、i[L7]的输入数据不正常，这时中央处理器 停止输出DRV1、DRV2，关断PWM直流交流变换器的MOSFET,从而关闭本实施例，并启动声光报警。

逆变PWM驱动原理：如图6和图9,三相电网相电压（vpa、vpb、vpc）经求模和锁相环计算求出电压模长（vpm）和跟踪角度（angle）；三相电网相电压（vpa、vpb、vpc）经三相静止到旋转坐标变换（ABC to DQ0）求出相电压在旋转坐标系下的分量有功电压（vpd）、无功电压（vpq）、零序电压（vp0）；三相逆变电感电流（ipa、ipb、ipc）经三相静止到旋转坐标变换（ABC to DQ0）求出电流在旋转坐标系下的分量有功电流（ipd）、无功电流（ipq）、零序电流（ip0）。各电流给定（ipd*、ipq*、ip0*，其中ipq*为交流电容电流，ip0*通常为0）与各电流反馈（ipd、ipq、ip0）的差分别经电流调节器（Ipd_reg、Ipq_reg、Ip0_reg），加电压前馈和解耦量前馈、母线压差前馈后，经旋转到静止坐标变换和PWM发生器（DQ0 to ABC & PWM generator，发波时要考虑母线电压）后，发出三相PWM开关波形驱动开关管Q1-Q6。其中有功电流给定（ipd*）可设置，可保证回馈老化的负载可随意调节。

图9、图10、图11、图12都通过软件算法实现，使得调试修改方便，简化了电路设计和成本。

本实施例采用变压器和光藕驱动TLP250隔离技术, 避免主回路中的强电干扰控制回路中的弱电信号,同时增加了安全和安规性能。

本实施例将能量回馈给直流电源或输出给其它直流负载，也可以输出正弦波电流回馈到电网,无谐波污染,可完全取代传统的电阻、电感和电容负载，自动识别输入电压,自适应调整算法，使输出电压恒定，使功率因数最大，采用ARM控制,LCD显示, 能智能感知各种不同输入输出情况，自动显示输入电流、输入电压、吸取功率、功率因数、 输出电流、输出电压、回馈功率、效率、累积节电量、报警等功能，本实施例作为待测设备的负载能够有效进行老化测试，又可以将系统的电能回馈到三相电网。待测设备可以是输出直流电压24V至56V、直流电流100A以下直流电源或输出电压为80V---240V、功率小于10KVA的交流电源。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (3)

1.一种多功能整流逆变电能回馈负载，其特征在于：设置有控制单元以及与待测设备的输出端连接的主回路，控制单元与主回路连接，主回路的交流输出端与交流电网电连接，主回路的直流输出端与直流电网电连接, 所述主回路设置有PWM直流交流变换器电路、整流器电路、直流升压逆变器电路、IGBT驱动电路、电源开关、继电器开关，所述PWM直流交流变换器电路有两个，所述继电器开关包括K4、K6，所述整流器电路包括第一整流器电路和第二整流器电路，所述电源开关包括与直流待测设备输出端连接的S1和与交流待测设备输出端连接的S2；

所述第一个PWM直流交流变换器电路和第二个PWM直流交流变换器电路的输入端与S1连接，第一个PWM直流交流变换器电路的输出端与K4的输入端连接，第二个PWM直流交流变换器电路的输出端与K6的输入端连接，S2输出端与K4、K6的输入端连接；

所述第一整流器电路一端与K4连接，第一整流器电路另一端与外部直流电路连接；

所述第二整流器电路一端与K6连接，第二整流器电路另一端与直流升压逆变器电路连接，直流升压逆变器电路与外部交流电网连接；

所述IGBT驱动电路为多个，第1个至第7个IGBT驱动电路与直流升压逆变器电路连接，第8个至第15个IGBT驱动电路与整流器电路连接；

所述控制单元包括中央控制器、电压互感器、电流互感器，中央控制器与电压互感器、电流互感器连接，中央控制器采用DSP控制器控制；

所述的DSP控制器包括信号输入管脚和信号输出管脚，所述信号输入管脚包括ipa、ipb、ipc、i1、i2、u、VCC、i[L7]、u[D1,D2]、U[B+,B-]、U[C4]、upa、upb、upc，信号输出管脚包括：DRV1、DRV2、DRV3、DRV4、DRV1G’、 DRV2G’、 DRV3G’、 DRV4G’、 DRV5G’、 DRV6G’、 DRV7G’、DRV10G’、 DRV11G’、 DRV12G’、 DRV13G’、 DRV14G’、 DRV15G’、 DRV16G’、 DRV17G’；

所述ipa、ipb、ipc与直流升压逆变器电路接连接；

所述DRV1G’、 DRV2G’、 DRV3G’、 DRV4G’、 DRV5G’、 DRV6G’、 DRV7G’与接入直流升压逆变器电路的IGBT驱动电路输入端连接；

所述DRV10G’、 DRV11G’、 DRV12G’、 DRV13G’与接入第一整流器的4个IGBT驱动电路输入端连接，DRV14G’、 DRV15G’、 DRV16G’、 DRV17G’ 与接入第二整流器的4个IGBT驱动电路输入端连接；

所述DRV1、DRV2与第一个PWM直流交流变换器电路连接，DRV3、DRV4与第二个PWM直流交流变换器电路连接；

所述IGBT驱动电路设置有输入端、第一输出端、第二输出端，输入端与DSP控制器的信号输出管脚连接，还包括电阻R33、R411、R414、R405、R418，二极管VD403、ZD403，光耦驱动N19； 

所述的光耦驱动N19的2脚与R33的一端连接，，3脚接地，8脚接15V直流电压，6脚和7脚与R411一端连接，5脚与R418的一端、ZD403的正极、IGBT驱动电路的第二输出端连接；

所述R33另一端与DSP控制器的信号输出管脚连接；

所述的VD403负极与R411的另一端，R405的一端连接，VD403的正极与R414的一端连接；

R414的另一端与R418的另一端、R405的另一端、ZD403的负极、IGBT驱动电路的第一输出端连接；

所述第一整流器电路包括IGBT管VT10、VT11、VT12、VT13，电阻R166、R167、R168、R169、R170、R171，二极管D166、D167、D168、D169、D170，电容C166、C167、C168、C169、C170、C171、C172、C173，电感L7、L8；

K4包括第一输出端D1和第二输出端D2；

所述电感L7的一端与K4第一输出端D1连接；

所述VT10、VT11、VT12、VT13的门极分别与第8个IGBT驱动电路的第一输出端、第9个IGBT驱动电路的第一输出端、第10个IGBT驱动电路的第一输出端、第11个IGBT驱动电路的第一输出端连接；

所述VT10、VT11的集电极与D166的负极、D167的负极、R166的一端、R167的一端、C170的一端、C172的一端，C171的正极、直流升压逆变器电路的输入端连接；

所述VT10的发射极与第8个IGBT驱动电路的第二输出端、D166正极、C166一端、L7的另一端、VT12的集电极、D168的负极、R168的一端连接， R166另一端与C166另一端连接；

所述的VT11的发射极与第9个IGBT驱动电路的第二输出端、D167正极，C167一端、VT13的集电极、D169的负极、R169的一端、以及K4的第二输出端D2连接，C167的另一端与R167另一端连接；

所述VT12的发射极与第10个IGBT驱动电路的第二输出端、D168的正极、C168的一端、VT13的发射极、D169的正极、C169的一端、D170的负极、L8的一端连接，C168另一端连接与R168另一端，C169另一端与R169另一端连接；

所述VT13的发射极与第11个IGBT驱动电路的第二输出端连接；

所述L8另一端与R170的一端、R171的一端、C171的负极、C173的一端、直流升压逆变器电路的输入端连接；

所述的C170另一端与D170的正极、R170 的另一端、R171的另一端连接；

所述的C172的另一端与C173的另一端接地；

所述第二整流器电路包括IGBT管VT14、VT15、VT16、VT17，电阻R174、R175、R176、R177、R178、R179，二极管D174、D175、D176、D177、D178，电容C174、C175、C176、C177、C178、C179、C180、C181，电感L9、L10；

K6包括第一输出端和第二输出端；

所述L9的一端与K6第一输出端连接；

所述VT14、VT15、VT16、VT17的门极分别与第12个IGBT驱动电路的第一输出端、第13个IGBT驱动电路的第一输出端、第14个IGBT驱动电路的第一输出端、第15个IGBT驱动电路的第一输出端连接；

所述VT14、VT15的集电极与D174的负极、D175的负极、R174的一端、R175的一端、C178的一端、C180的一端，C179的正极、直流电流第一个输出端连接；

所述VT14的发射极与第12个IGBT驱动电路的第二输出端、D174正极，C174一端、L9的另一端、VT16的集电极、D176的负极、R176的一端连接，R174另一端与C174另一端连接；

所述的VT15的发射极与第13个IGBT驱动电路的第二输出端、D175正极，C175一端、VT17的集电极、D177的负极、R177的一端、以及K4第二输出端连接，C175的另一端与R175另一端连接；

所述VT16的发射极与第14个IGBT驱动电路的第二输出端、D176的正极、C176的一端、VT17的发射极、D177的正极、C177的一端、D178的负极、L10的一端连接，C176另一端与R176另一端连接，C177另一端与R177另一端连接；

所述L10另一端与R178的一端、R179的一端、C179的负极、C181的一端、直流电流第二个输出端连接；

所述VT17的发射极与第15个IGBT驱动电路的第二输出端连接

所述的C178另一端与D178的正极、R178 的另一端、R179的另一端连接；

所述的C180的另一端与C181的另一端接地；

所述直流升压逆变器电路设置有IGBT管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7，二极管D31、D32、D33、D34、D35、D36、D37、D38，电容C1、C2、C3、C4、C62、C63、C64、C65、C66、C67，电感L3、L4 、L5、L6，电阻R62、R63、R64、R65、R66、R67；

所述的IGBT管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7的门极分别与第1个IGBT驱动电路的第一输出端、第2个IGBT驱动电路的第一输出端、第3个IGBT驱动电路的第一输出端、第4个IGBT驱动电路的第一输出端、第5个IGBT驱动电路的第一输出端、第6个IGBT驱动电路的第一输出端、第7个IGBT驱动电路的第一输出端连接；

所述的电感L3的一端与第二整流器电路的一个输出端连接；

所述VT1的集电极与L3的另一端、D31的负极、D32的正极连接；

所述电容C4的正极与D32的负极、VT2的集电极、D33的负极、R62的一端、VT3的集电极、D34的负极、R63的一端、VT4的集电极、D35的负极、R64的一端连接；

所述的VT2的发射极与第2个IGBT驱动电路的第二输出端、D33的正极，C62的一端、L6的一端、VT5的集电极、D36的负极、R65的一端连接，C62的另一端与R62的另一端连接；

所述的VT3的发射极与第3个IGBT驱动电路的第二输出端、D34的正极，C63的一端、L5的一端、VT6的集电极、D37的负极、R66的一端连接，C63的另一端与R63的另一端连接；

所述的VT4的发射极与第4个IGBT驱动电路的第二输出端、D35的正极，C64的一端、L4的一端、VT7的集电极、D38的负极、R67的一端连接，C64的另一端与R64的另一端连接；

所述VT5的发射极与第5个IGBT驱动电路的第二输出端、第二整流器电路的另一个输出端、VT1的发射极、D31的正极、C4的负极、D36的正极，C65的一端、VT6的发射极、D37的正极，C66的一端、VT7的发射极、D38的正极，C67的一端连接；

所述VT6的发射极与第6个IGBT驱动电路的第二输出端连接；

所述VT7的发射极与第7个IGBT驱动电路的第二输出端连接；

所述R65的另一端与C65的另一端连接，所述R66的另一端与C66的另一端连接，电感L4的另一端与电容C3一端连接，电感L5的另一端与电容C2一端连接，电感L6的另一端与电容C1一端连接，C1、C2、C3的另一端接地；

其中，u表示AC输入电压，i1表示DC输入电流，i2表示AC输入电流；这里的AC、DC表示输入到控制单元的AC、DC；u[D1,D2]表示D1和D2之间的电压，i[L7]表示L7上电流，U[C4]表示C4上的电压、U[B+,B-]表示第二整流器和直流升压逆变器电路连接线之间的电压，upa、upb、upc分别是直流升压逆变器电路输出的三相电压，ipa、ipb、ipc分别是直流升压逆变器电路输出的电流；光耦驱动N19的2脚为信号输入端、8脚为电源端、5脚为正极输出端、6脚和7脚均为负极输出端。

2.根据权利要求1所述的一种多功能整流逆变电能回馈负载，其特征在于：所述的PWM直流交流变换器电路包括第一控制信号输入端、第二控制信号输入端，NPN型三极管Q10、Q8、PNP型三极管Q11、Q9、耗尽型场效应管Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7，二极管D18、D19、D17、D20，电阻R22、R23、R28、R29、R33、R34、R25、R35、R36、R38、R39、R42、R43、R56、R50，R51、R40、R52，电容C25、C42、C43、C46，变压器TX1；

所述R51的一端与第二控制信号输入端连接，R51的另一端与Q10、Q11的门极连接；

所述R50的一端与12V直流电压连接，另一端与Q10的集电极、D18的负极连接；

所述的D19的负极与Q10的发射极、Q11的发射极、D18正极、R23的一端、R29的一端、R34的一端连接；

所述Q11的集电极与D19的正极接地；

所述R22的一端与R23的另一端、Q2的栅极连接；

所述R28的一端与R29的另一端、Q3的栅极连接；

所述R33的一端与R34的另一端、Q4的栅极连接；

所述C25的一端与R22 、R28、 R33另一端、Q2的源极、Q3的源极、Q4的源极连接；

所述的R25的一端与C25的另一端连接；

所述Q2 的漏极、Q3的漏极、Q4的漏极与R25的另一端、变压器TX1的原边输入端连接；

所述R52的一端与第一控制信号输入端连接，R52的另一端与Q8、Q9的门极连接；

所述R40的一端与12V直流电压正极连接，R40另一端与Q8的集电极、D17的负极连接；

所述的D20的负极与Q8的发射极、Q9的发射极、D17正极、R36的一端、R39的一端、R43的一端连接；

所述Q9的集电极与D20的正极接地；

所述R35的一端与R36的另一端、Q5的栅极连接；

所述R38的一端与R39的另一端、Q3的栅极连接；

所述R42的一端与R43的另一端、Q4的栅极连接；

所述C43的一端与R35 、R38、 R42另一端连接、Q5的源极、Q6的源极、Q7的源极连接；

C42和C46并联连接于D20的负极和D17的正极之间；

所述的R56的一端与C43的另一端连接；

所述Q5 的漏极、Q6的漏极、Q7的漏极与R56的另一端、变压器的原边另一输入端连接；

所述变压器TX1的输入端与开关S1连接，变压器TX1的副边与相应继电器开关连接。

3.根据权利要求2所述的一种多功能整流逆变电能回馈负载，其特征在于：第一个PWM直流交流变换器电路的第一控制信号输入端、第二控制信号输入端分别与DSP控制器的DRV1、DRV2连接；第二个PWM直流交流变换器电路的第一控制信号输入端、第二控制信号输入端分别与DSP控制器的DRV3、DRV4连接。