CN102983764B

CN102983764B - 多路输入回馈式电子负载系统

Info

Publication number: CN102983764B
Application number: CN201210456290.1A
Authority: CN
Inventors: 陆东海; 王伟雄; 梁有程
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2032-11-14
Also published as: CN102983764A

Abstract

本发明公开了一种多路输入回馈式电子负载系统，包括N个电源输入端、汇总升压电路和总逆变单元，N≥2；每个电源输入端分别一一对应地接入一路直流电源信号，并将接入的直流电源信号传送至所述汇总升压电路的直流输入端；所述汇总升压电路工作在恒压模式，对所述直流输入端输入的直流电源信号汇总后进行升压处理；所述总逆变单元与所述汇总升压电路的直流输出端连接；所述总逆变单元用于将所述汇总升压电路升压处理后的直流电源信号转换为交流电源信号。本发明实施例所提供的多路输入回馈式电子负载系统适用于恒流电源和恒压电源的老化测试，电路结构简单、电子元件大大减少、系统可靠性更高且适用性更广。

Description

多路输入回馈式电子负载系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种多路输入回馈式电子负载系统。

背景技术

关电源从输出特性而言主要有两种类型：恒流电源和恒压电源。

恒流电源就是一种在正常工作时，输出电流为恒定的电源，其电源电流不随输出电压的改变而改变。如一个参数规格为1A/（0~50V）的恒流电源，在输出端接上0~50V之间任何工作在恒压模式的负载，其电源电流值都将保持为1A。相应地，恒压电源又叫稳压电源，其要求输出电压值固定，不随负载、输入电压等外部工作条件而变化。

电子负载根据其输入特性也可分为多种工作模式，包括：恒压（CV）、恒流（CC）、恒阻（CR）、恒功（CP）等。其中，恒压模式就是指将该电子负载的输入电压值限制在某一指定范围内；恒流模式就是电子负载从输入侧吸取指定数值大小的电流。

回馈式电子负载系统可看作是一种将输入的直流电源信号转换为交流电源信号，并向供电电网输送电能的装置。回馈式电子负载系统与热耗型或电阻型负载相比，具有非常明显的节能效果，广泛应用于开关电源的老化测试、蓄电池的快速放电等应用领域。回馈式电子负载系统本质上是一个逆变器，其主要功能是实现“直流-交流”（DC-AC）的转换，但其比普通逆变器具有更多的功能，如：其还可能包括工频隔离或高频隔离电路等。

在实际应用中，通常将多路被测电源接入到同一回馈式电子负载中进行电源老化测试，被测电源的输出电压一般较低，为将直流电能回馈至电网中，逆变单元的输入直流电压一般都需达到400V左右。普通的直流被测电源无法满足该条件，因此，多路输入回馈式电子负载系统的输入侧通常还包括有升压电路单元。升压电路单元主要作用是：一方面将各分路直流被测电源的输出电压进行升压处理；另一方面，升压电路单元还可以控制直流侧输入电流，即：使直流被测电源输出的不可控电流变为可控电流，通过控制直流输入电流实现逆变单元的各种工作状态。因此，在多路输入回馈式电子负载系统中，升压电路单元的设计尤为重要。

图1为现有技术中的一种多路输入回馈式电子负载系统的电路结构图，被测恒流电源P1与升压电路单元M1连接，被测恒流电源P2与升压电路单元M2连接，如此类推，被测恒流电源Pn与升压电路单元Mn连接，n为自然数，且n≥1。各分路的升压电路单元（M1， M2，……，Mn）将各分路输入被测恒流电源（P1，P2，……，Pn）电压分别升压至某一定值后，并入逆变单元W的直流输入端；微处理器MCU对各升压电路单元以及逆变单元W的工作参数进行控制；升压电路单元根据微处理器MCU的控制信号独立地进行工作参数设置。微处理器MCU还可以分别读取每个升压电路单元的检测数据，并将其显示在显示单元LCM上。此外，微处理器MCU还用于控制逆变单元W进行信号转换。

现有技术中的多路输入回馈式电子负载系统主要存在以下缺点：一方面，因每一分路被测电源输入都需要一个升压电路单元，整个电子负载系统元器件较多，电路复杂，导致系统的可靠性较低且构建成本较高；另一方面，每一分路输入被测电源的电流和功率都将受到分路升压电路单元本身的开关管、二极管、电感等功率元件的限制。由于功率元件对输入电流及功率的承受范围相对于电阻的承受范围要小，更容易损毁，因而限制了回馈式电子负载系统输入侧的被测电源的适用范围。

发明内容

发明所要解决的技术问题在于：提供一种多路输入回馈式电子负载系统，以简化电子负载系统的电路，提高系统的可靠性和扩大系统的适用性。

为解决以上技术问题，本发明提供一种多路输入回馈式电子负载系统，其特征在于，包括N个电源输入端、汇总升压电路和总逆变单元，N≥2；

每个电源输入端分别一一对应地接入一路直流电源信号，并将接入的直流电源信号传送至所述汇总升压电路的直流输入端；

所述汇总升压电路工作在恒压模式，对所述直流输入端输入的直流电源信号汇总后进行升压处理；

所述总逆变单元与所述汇总升压电路的直流输出端连接；所述总逆变单元用于将所述汇总升压电路升压处理后的直流电源信号转换为交流电源信号。

进一步地，所述的多路输入回馈式电子负载系统还包括N个采样电阻、微处理器和开关器；所述N个采样电阻与所述N个电源输入端一一对应；在每个电源输入端与所述汇总升压电路的直流输入端之间，串联一个所述采样电阻；所述微处理器通过所述开关器与所述N个采样电阻电连接；所述微处理器用于检测流经所述采样电阻的电流，获得每个电源输入端所接入的直流电源信号的电流值。

再进一步的，所述开关器为单刀多掷式的电子式模拟开关。

在一个实现方式中，每个电源输入端所接入的直流电源信号为恒流电源信号。

在另一个实现方式中，每个电源输入端所接入的直流电源信号为恒压电源信号；所述每个电源输入端与所述汇总升压电路的直流输入端之间，还分别连接有限流电阻；所述限流电阻用于调整所述每个电源输入端所接入的直流电源信号的电流值。

本发明实施例提供的多路输入回馈式电子负载系统，可实现对恒流电源或恒压电源的老化测试，其通过提供一个汇总升压电路，将各路输入的被测电源输入端并入汇总升压电路的直流输入端，并经过该汇总升压电路的升压处理，将各路的输入电源信号的电压全部升压至某一特定值，并结合微处理器的控制操作，降低了整个电子负载系统的电路复杂度，提高了系统的可靠性；节省了电子元器件，并降低了电子元器件（尤其是功率元器件）对电子负载系统的直流输入侧的限制，分路被测电源输入的电流和功率最大允许值大大提高，扩大系统对各分路被测电源的适用范围，并进一步降低系统的生产成本。

附图说明

图1是现有技术中的一种多路输入回馈式老化系统的电路结构图；

图2是本发明提供的多路输入回馈式电子负载系统的第一实施例的结构示意图；

图3是本发明提供的多路输入回馈式电子负载系统中的汇总升压电路的一个实施例的结构示意图；

图4是本发明提供的多路输入回馈式电子负载系统的第二实施例的结构示意图；

图5是本发明提供的多路输入回馈式电子负载系统的第三实施例的结构示意图；

图6是本发明提供的多路输入回馈式电子负载系统的第四实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图2~图6，对本发明实施例提供的多路输入回馈式电子负载系统的结构及工作原理进行详细描述。

参看图2，是本发明提供的多路输入回馈式电子负载系统的第一实施例的结构示意图。

在第一实施例中，该多路输入回馈式电子负载系统包括N个电源输入端、汇总升压电路100和总逆变单元200，N≥2。

每个电源输入端（如图2所示的电源输入端1，电源输入端2，……，电源输入端N）分别一一对应地接入一路直流电源信号，并将接入的直流电源信号传送至所述汇总升压电路100的直流输入端。

所述汇总升压电路100工作在恒压模式，对所述直流输入端输入的直流电源信号汇总后进行升压处理。

所述总逆变单元200与所述汇总升压电路100的直流输出端连接；所述总逆变单元200用于将所述汇总升压电路100升压处理后的直流电源信号转换为交流电源信号。

参看图3，是本发明提供的多路输入回馈式电子负载系统中的汇总升压电路的一个实施例的结构示意图。

具体实施时，本发明实施例所提供的汇总升压电路可为升压型开关电源电路，包括电感L、二极管D、开关管Q、电阻R和控制器IC。接口Mi1、接口Mi2为汇总升压电路的直流输入端，接口Mo1和接口Mo2为汇总升压电路的直流输出端，接口b1为汇总升压电路的控制端。

其中，控制器IC包括模数转换器和脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，简称PWM）电路。如图3所示，控制器IC还包括模拟信号输入端ADC1、模拟信号输入端ADC2、脉宽调制输出端PWM、串行数据输入端DATA（即汇总升压电路的控制端b1）以及电源接地端GND（相应地，控制器IC还有电源正极端，图3中没有画出）。具体实施时，模拟信号输入端ADC1用于接入电压参数，模拟信号输入端ADC2用于接入电流参数（即电阻R上的压降所对应的电流值），模数转换器用于将模拟信号输入端输入的模拟信号转换为数字信号。串行数据输入端DATA与控制端b1连接，用于接收外部指令（在本发明中，“外部指令”为微处理器所发出的控制信号）；脉宽调制输出端PWM用于输出脉冲信号，控制开关管Q的工作状态，从而控制汇总升压电路的输入电流。

在本实施例中，该汇总升压电路100工作在恒压模式，对所述直流输入端输入的直流电源信号汇总后进行升压处理。即：汇总升压电路100在工作时，直流输入端Mi1和Mi2两端之间的电压被限制在某一指定值上；N个电源输入端连接在Mi1和Mi2上共同对恒压型汇总升压电路100供电；汇总升压电路100对直流输入端Mi1和Mi2所接入的直流电源信号升压至某一特定值上，使得本发明实施例所提供的多路输入回馈式电子负载系统满足将电能回馈至供电电网的电压条件。

参看图4，是本发明提供的多路输入回馈式电子负载系统的第二实施例的结构示意图。

在第二实施例中，所述的多路输入回馈式电子负载系统还包括N个采样电阻（如图4所示的电阻R1，电阻R2，……，电阻R_N）、微处理器300和开关器400；所述N个采样电阻与所述N个电源输入端一一对应。例如，在电源输入端N与所述汇总升压电路100的直流输入端Mi1、Mi2之间，串联一个采样电阻R_N。所述微处理器300通过所述开关器400与所述N个采样电阻电连接；所述微处理器300用于检测流经所述采样电阻的电流，获得每个电源输入端所接入的直流电源信号的电流值。

在本实施例所提供的多路输入回馈式电子负载系统中，进一步地，所述开关器400为可控开关器；所述微处理器300通过控制所述开关器400的通断状态，以逐一扫描的方式检测流经每个采样电阻的电流。具体的，微处理器300向可控开关器发送控制信号，切换各个采样电阻与微处理器300的电连接的“通”和“断”，从而逐一扫描每个采样电阻的电流。优选的，所述开关器为单刀多掷式的电子式模拟开关。

在本实施例中，N个采样电阻作电流检测之用，它们的阻值均很小，可近似为短路，因此，当本实施例所提供的多路输入回馈式电子负载系统的输入侧接入N个被测电源时，流经所述的N个采样电阻的电流值可近似分别看作为各个被测电源的输入电流值。

进一步地，在本实施例中，在输入电源电流检测方面，该多路输入回馈式电子负载系统每增加一路电源输入端，只需增加一个采样电阻；系统中的微处理器通过控制开关器的通断状态，对各个采样电阻的电流值进行逐一扫描，即可检测出各个被测电源的电流值。因此，当系统的电源输入端的数量上百时（即N>100），公用开关器和汇总升压电路的电子元器件数量分摊到每一路电源输入端时，其几乎可以忽略不计。因此，大大减少了整个电子负载系统的电子元器件的数量，提高系统的可靠性和降低了生产成本。

进一步地，所述微处理器300还用于向所述汇总升压电路100发送控制信号，对所述汇总升压电路100的工作参数进行设置。

具体实施时，汇总升压电路100可根据微处理器300的控制信号，对其内部可控元器件的工作参数进行设置。由于本实施例所提供的汇总升压电路100的输入电流承受力，往往比现有技术中的分路升压电路的单路输入电流承受能力要高得多（电子元器件的工作参数值更大），因此，本实施例所提供的多路输入回馈式电子负载系统的对系统输入侧所接入的被测电源的适用性更广。

进一步地，在本实施例所提供的多路输入回馈式电子负载系统中，所述微处理器300还用于检测所述汇总升压电路100的电路状态数据。

特别地，第二实施例所提供的多路输入回馈式电子负载系统适用于恒流电源的老化测试。即，在所述的多路输入回馈式电子负载系统中，每个电源输入端所接入的直流电源信号为恒流电源信号。

参考图5，是本发明实施例所提供的多路输入回馈式电子负载系统的第三实施例的结构示意图。

在本实施例中，可选地，所提供的多路输入回馈式电子负载系统还包括显示器400。

所述显示器400与所述微处理器300连接；所述微处理器300还用于将每个电源输入端所接入的直流电源信号的电流值和所述汇总升压电路100的工作参数，传输到所述显示器400进行显示。

具体实施时，微处理器300与显示器400正常通信后，操作者通过观察显示屏，来可判断多路输入的直流电源信号的电流总值是否超出汇总升压电路的正常工作电流阈值。

进一步地，所述汇总升压电路包括电流过载保护电路；所述微处理器300还用于在检测到所述N个电源输入端所接入的直流电源信号的总电流值大于所述汇总升压电路100的工作电流最大允许值时，启动所述电流过载保护电路。

在本实施例中，微处理器300本身可包括有一个自动检测系统，对汇总升压电路100的工作参数和电路状态数据进行实时监控。当本实施例所提供的多路输入回馈式电子负载系统每增加一路电源输入端时，微处理器300需要计算出各路直流电源信号的总电流值，然后根据该总电流值发送控制信号至汇总升压电路100，对汇总升压电路100的电子元器件的可控参数进行设置；当所计算出来的各路直流电源信号的总电流值大于所述汇总升压电路100的工作电流最大允许值时，微处理器300启动汇总升压电路100中的电流过载保护电路，执行断开新增的电源输入端的电连接或关闭汇总升压电路100的工作等操作，以保护汇总升压电路100不受损坏。

本实施例所提供的多路输入回馈式电子负载系统适用于对恒流电源的老化测试，即，每个电源输入端所接入的直流电源信号为恒流电源信号。

参看图6，是本发明实施例提供的多路输入回馈式电子负载系统的第四实施例的结构示意图。

在第四实施例中，该多路输入回馈式电子负载系统与以上所述各个实施例的区别点在于：每个电源输入端所接入的直流电源信号为恒压电源信号。

所述每个电源输入端与所述汇总升压电路100的直流输入端之间，还分别连接有限流电阻；所述限流电阻用于调整所述每个电源输入端所接入的直流电源信号的电流值。

本实施例中所提供的多路输入回馈式电子负载系统适用于恒压电源的老化测试。

如图6所示，电源输入端1与汇总升压电路100的直流输入端Mi1、Mi2之间连接有限流电阻r₁，电源输入端2与汇总升压电路100的直流输入端Mi1、Mi2之间连接有限流电阻r₂，如此类推，电源输入端N与汇总升压电路100的直流输入端Mi1、Mi2之间连接有限流电阻r_N，（N≥2）。

根据电路基本原理，由于当恒压电源信号与恒压型电子负载直接连接时，会产生零电流或短路电流这两种不受控情况，因此，恒压电源信号不能直接采用工作在恒压模式的电子负载来进行老化。

本实施例所提供的多路输入回馈式电子负载系统的基本工作原理是：通过选定适当的限流电阻的阻值，使得本发明提供的多路输入回馈式电子负载系统适用于恒压电源的老化测试。具体实施时，假设N个电源输入端所接入的恒压电源信号的电压值恒为Vp，若微处理器300将汇总升压电路100的直流输入端Mi1和Mi2之间的电压值设定为Ve，且采用Ae大小的电流来老化接入的被测恒压电源Q_N，则只需将限流电阻r_N的电阻值选定为：r_N=（Vp-Ve）/Ae。当确定了限流电阻r_N的电阻值时，用户可仍然根据老化电源所需的电流Ae来调整汇总升压电路100的输入电压值Ve；也可在保持汇总升压电路100的输入电压值Ve不变的情况下，调整限流电阻r_N的电阻值来达到老化电源所需电流Ae的要求。

需要说明的是，在本实施例中，由于限流电阻r_N的介入，使得本发明所提供的多路输入回馈式电子负载系统的回馈效率为λ=Ve/ Vp，即系统的回馈效率降低了τ=1-λ=（r_N×Ae）/ Vp，但在具体实践中，只要限流电阻r_N的电阻值选取得当或者足够小，系统的整体回馈效率的降低值τ是有限的。

本发明实施例所提供的多路输入回馈式电子负载系统，摒弃了现有技术中的每一路电源输入端必须连接一路独立的分路升压电路单元的升压方式，将多路电源输入端分别串联一个采样电阻后，接入同一个工作在恒压模式的汇总升压电路，进行集中升压处理后再输入到总逆变单元中进行后续处理。

本发明实施例所提供的多路输入回馈式电子负载系统可用于恒流电源的老化测试，且对本发明实施例所提供的多路输入回馈式电子负载系统稍作改进后（每一路电源输入端添加一个限流电阻）也适用于恒压电源的老化测试。

本发明实施例所提供的多路输入回馈式电子负载系统每增加一路电源输入端，只需增加一个采样电阻（对恒压电源进行测试时，系统还需增加一个限流电阻）和相应的开关切换装置，系统元件数量大大减少；且系统的输入级电路没有开关管、二极管、电感等容易因焦耳热或功率过大而损毁的功率电子元器件，减少了系统输入侧的电流限制。因而，本发明实施例提供的多路输入回馈式电子负载系统的结构简单、电路复杂度低、汇总升压电路的电流/功率承受能力高，提高了系统的可靠性并降低了系统构建成本，且适用于对恒流电源或恒压电源的老化测试，具有更高的系统性价比。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种多路输入回馈式电子负载系统，其特征在于，包括N个电源输入端、汇总升压电路和总逆变单元，N≥2；

所述总逆变单元与所述汇总升压电路的直流输出端连接；所述总逆变单元用于将所述汇总升压电路升压处理后的直流电源信号转换为交流电源信号；

所述多路输入回馈式电子负载系统还包括N个采样电阻、微处理器和开关器；

所述N个采样电阻与所述N个电源输入端一一对应；在每个电源输入端与所述汇总升压电路的直流输入端之间，串联一个所述采样电阻；

所述微处理器通过所述开关器与所述N个采样电阻电连接；所述微处理器用于检测流经所述采样电阻的电流，获得每个电源输入端所接入的直流电源信号的电流值；

所述开关器为可控开关器；

所述微处理器通过控制所述开关器的通断状态，以逐一扫描的方式检测流经每个采样电阻的电流。

2.如权利要求1所述的多路输入回馈式电子负载系统，其特征在于，所述开关器为单刀多掷式的电子式模拟开关。

3.如权利要求2所述的多路输入回馈式电子负载系统，其特征在于，所述微处理器还用于向所述汇总升压电路发送控制信号，对所述汇总升压电路的工作参数进行设置。

4.如权利要求3所述的多路输入回馈式电子负载系统，其特征在于，所述微处理器还用于检测所述汇总升压电路的电路状态数据。

5.如权利要求4所述的多路输入回馈式电子负载系统，其特征在于，还包括显示器；

所述显示器与所述微处理器连接；

所述微处理器还用于将每个电源输入端所接入的直流电源信号的电流值和所述汇总升压电路的工作参数，传输到所述显示器进行显示。

6.如权利要求5所述的多路输入回馈式电子负载系统，其特征在于，所述汇总升压电路包括电流过载保护电路；

所述微处理器还用于在检测到所述N个电源输入端所接入的直流电源信号的总电流值大于所述汇总升压电路的工作电流最大允许值时，启动所述电流过载保护电路。

7.如权利要求1～6任一项所述的多路输入回馈式电子负载系统，其特征在于，每个电源输入端所接入的直流电源信号为恒流电源信号。

8.如权利要求1～6任一项所述的多路输入回馈式电子负载系统，其特征在于，每个电源输入端所接入的直流电源信号为恒压电源信号；

所述每个电源输入端与所述汇总升压电路的直流输入端之间，还分别连接有限流电阻；

所述限流电阻用于调整所述每个电源输入端所接入的直流电源信号的电流值。