CN103336547A - 可控输出直流大电流发生器及其控制方法 - Google Patents

可控输出直流大电流发生器及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及可控输出直流大电流发生器及其控制方法，大电流发生器包括主回路和控制回路，所述主回路包括首尾顺次连接的直流电源、电容母排和升流部分，该升流部分包括至少一组并联输出的升流组，每组升流组包括至少两个并联输出的升流模块，且各升流模块的输入端均并接在电容母排上；所述控制回路包括反馈回路和用于设置基准值的调节回路，反馈回路包括设于每组升流组的输出端的用于外环控制的外环电流传感器，以及每组升流组内的一个升流模块输出上的用于内环控制的内环电流传感器，所述升流模块为DC/DC升流模块；这种采用双电流环的控制，通过调节电位器的大小，使输出稳定在电位器阻值所对应的电流值，结果更加精确。

Description

可控输出直流大电流发生器及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种可控输出直流大电流发生器及其控制方法。
背景技术
大电流发生器一般为低电压、大电流干式变压器。适用于各种开关、电流传感器和其他电气设备做电流负载试验及温升试验，是各行业在电气调试中需要大电流场所的必备设备。
现有的大电流发生器均采用市电供电，主要由变流器及单相自耦调压器两部分组成，在使用中不便于移动，且带载能力差，输出电流波形不平稳，设备使用麻烦，设备的造价高和能耗大。
目前的直流大电流发生器由于技术和器件上的原因导致结构很简单，都是直接使用变压器降压后整流提供大电流输出的，所以输出精度都很低，而且由于整流管上存在压降，根据P=U*I，在整流管上会损耗大量的能量，因此效率也不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种可控输出直流大电流发生器，以解决现有的直流电流发生器精度低、效率不高的问题。
本发明的另一目的是提供一种直流大电流发生器控制方法，以解决现有直流发生器控制方法的大电流输出精度低、效率低的问题。
为实现第一个目的，本发明的可控输出直流大电流发生器包括主回路和控制回路，所述主回路包括首尾顺次连接的直流电源、电容母排和升流部分，该升流部分包括至少一组并联输出的升流组，每组升流组包括至少两个并联输出的升流模块，且各升流模块的输入端均并接在电容母排上；所述控制回路包括反馈回路和用于设置基准值的调节回路，反馈回路包括设于每组升流组的输出端的用于外环控制的外环电流传感器，以及每组升流组内的一个升流模块输出上的用于内环控制的内环电流传感器，所述升流模块为DC/DC升流模块。
进一步的，所述调节回路为采用电位器进行调节的调节回路。
进一步的，所述DC/DC升流模块包括两个功率开关管和一个续流电感，所述两个功率开关管串联形成的支路与所述电容母排并联，其中一个开关管并接输出回路，该输出回路包括所述续流电感和用于接负载的端口。
进一步的，所述直流电源为24V电源。
进一步的，所述调节回路通过485接口通讯连接有显示屏。
进一步的，所述内、外环电流传感器为霍尔电流传感器。
为实现第二个目的，本发明的可控输出直流大电流发生器控制方法的技术方案如下：该方法通过设于单个升流模块输出及设于每组升流组输出上的电流传感器分别采集电流信号，并对应将采集到的电流值作为内环电流值和外环电流值；调节回路设定外环的基准值，与反馈的外环电流值进行比较，得到内环的基准值，将内环电流值作为反馈，控制对应组的各DC/DC升流模块。
本发明的可控输出直流大电流发生器及其控制方法，分别采集升流模块和并联后升流模块的电流值作为内环电流值和外环电流值，该外环电流值作为控制回路的反馈值，与以电位器输入的电阻值所对应的电压值为电压基准构成闭环反馈控制系统，并根据内环电流值所对应的电压值与电压基准作比较，来控制调节升流模块输出的电流，直到外环电流值与电压基准相匹配，这种采用双电流环的控制，通过调节电位器的大小，使输出稳定在电位器阻值所对应的电流值，结果更加精确。
采用24V供电，单个升流模块由小型续流电感、开关管及相应的控制回路构成，结构简单，解决了以往电流发生器采用市电供电，携带不便的问题。
附图说明
图1是本发明电流发生器原理框图；
图2是本发明电流发生器中单个升流模块原理图；
图3是本发明单个升流模块工作时序图；
图4是本发明每组升流组控制框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明，以9路升流模块、3路并联直流电流输出模块为例进行说明。如图1所示，可控输出直流大电流发生器包括：24V直流电源1、电容母排2、控制回路5、±15V供电电源3、升流部分4、3路直流电流输出6、电位器和显示屏，其中控制回路5包括有反馈回路51、调节回路52、电流内环采样电路53和电流外环采样电路54，它们是实现电流发生器输出电流稳定和调节的必要条件。电位器包括有第一可调电位器RW1、第二可调电位器RW2和第三可调电位器RW3，并通过调节相应旋钮来调节可调电位器的阻值大小，进而调节电流发生器输出值。例如，调节可调电位器RW1的阻值后，其所对应的电压值作为外环的基准值，霍尔外环电流传感器IF1采集到的电流值作为反馈值,二者构成闭环反馈控制系统循环调节1路输出电流的大小,直至霍尔外环电流传感器IF1采集到的电流值与可调电位器的电压基准相匹配。通过485通讯，外接显示屏可以实时观察三路电流输出大小。
可控输出直流大电流发生器包括主回路和控制回路，主回路包括首尾顺次连接的24V直流电源1、电容母排2和升流部分4，该升流部分4包括三组并联输出的升流组，且每组升流组包括3路并联输出的升流模块，共9路升流模块，控制回路5包括调节回路52和反馈回路51，调节回路为采用电位器进行调节的调节回路，反馈回路51包括设于每组升流组的输出端的用于外环控制的三个霍尔外环电流传感器IF1、IF2、IF3，以及每组升流组内的一个升流模块输出上的用于内环控制的霍尔内环电流传感器CS1、CS2、CS3，调节回路通讯连接有可调电位器，升流模块为DC/DC升流模块。±15V供电电源3是由电流发生器内部集成的电压转换电路提供，并为控制回路供电。每组升流组控制框图如图4所示。
直流大电流发生器控制方法为：3组升流组各包括3路升流模块，三个霍尔电流传感器CS1、CS2、CS3分别采集3路输出中的其中一路升流模块的电流值作为内环电流值，三个霍尔电流传感器IF1、IF2、IF3分别采集3组升流组的电流值作为外环电流值，调节回路通过可调电位器输入的电阻对应的电压值作为外环的基准值，与反馈的外环电流值进行比较，得到内环的基准值，将内环电流值作为反馈，控制对应组的各DC/DC升流模块输出电流的大小，知道外环电流值与外环基准值相匹配。
图2是单个DC/DC升流模块工作原理图，DC/DC升流模块包括两个功率开关管S1、S2和一个续流电感L，两个功率开关管串联形成的支路与电容母排并联，其中一个开关管并接输出回路，该输出回路包括续流电感L和用于接负载的端口。其中，24V电源、电容母排为各个升流模块共用，控制回路是每3路升流模块共用一路控制回路，直流电流源共有9路升流模块，9路升流模块可以并联输出。当功率开关管S2导通时，功率开关管S1断开，功率部分电流方向为虚线回路7，母线电压全部降在电感L两端，功率开关管电压应力近似为零，此时如果输出回路两端短接或者说接小负载，此时电容排就会为输出提供大电流；当功率开关管S2关断时，功率开关管S1闭合提供续流回路，由于电感有续流功能，在此期间由电感为输出回路提供电流，功率部分电流方向为虚线回路8；功率开关管S1、S2驱动始终反相；如果控制回路设置合理、电感拥有足够的电感量且电容母排容量充足，当输出回路接小负载时，输出回路能够提供稳定精确的大电流。控制回路通过电流内、外环采样电路采集单个升流模块及单个输出回路的电流，共同作用调节功率开关管S1、S2的占空比，实现输出电流稳定。功率开关管采用MOSFET，大大减小开关损耗，增加电流发生器的带载能力。
图3是单路升流模块的电流工作时序图工作。其中T为一个开关周期，DT为开关管下管导通时间，a表示功率开关管S1工作时序，b表示功率开关管S2工作时序，c表示输出电流工作时序。当功率开关管S2导通时，功率开关管S1断开，母线电压全部降在电感L两端，功率开关管电压应力近似为零，电源、功率开关管S2与输出构成回路，电流线性增加；当功率开关管S2关断时，功率开关管S1闭合提供续流回路，由于电感有续流功能，此时功率开关管S1、电感L、输出回路构成回路，电流线性减小。由于电感L电感量非常大，电容母排容量很大，保证了在测试小负载时电流输出的稳定。

Claims (7)

1.一种可控输出直流大电流发生器，其特征在于，包括主回路和控制回路，所述主回路包括首尾顺次连接的直流电源、电容母排和升流部分，该升流部分包括至少一组并联输出的升流组，每组升流组包括至少两个并联输出的升流模块，且各升流模块的输入端均并接在电容母排上；所述控制回路包括反馈回路和用于设置基准值的调节回路，反馈回路包括设于每组升流组的输出端的用于外环控制的外环电流传感器，以及每组升流组内的一个升流模块输出上的用于内环控制的内环电流传感器，所述升流模块为DC/DC升流模块。
2.根据权利要求1所述的可控输出直流大电流发生器，其特征在于：所述调节回路为采用电位器进行调节的调节回路。
3.根据权利要求1所述的可控输出直流大电流发生器，其特征在于：所述DC/DC升流模块包括两个功率开关管和一个续流电感，所述两个功率开关管串联形成的支路与所述电容母排并联，其中一个开关管并接输出回路，该输出回路包括所述续流电感和用于接负载的端口。
4.根据权利要求1所述的可控输出直流大电流发生器，其特征在于：所述直流电源为24V电源。
5.根据权利要求1所述的可控输出直流大电流发生器，其特征在于：所述调节回路通过485接口通讯连接有显示屏。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的可控输出直流大电流发生器，其特征在于：所述内、外环电流传感器为霍尔电流传感器。
7.如权利要求1所述可控输出直流大电流发生器的控制方法，其特征在于，该方法通过设于单个升流模块输出及设于每组升流组输出上的电流传感器分别采集电流信号，并对应将采集到的电流值作为内环电流值和外环电流值；调节回路设定外环的基准值，与反馈的外环电流值进行比较，得到内环的基准值，将内环电流值作为反馈，控制对应组的各DC/DC升流模块。
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