CN110474606B - 一种太阳模拟器充放电装置、方法及太阳能模拟器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳模拟器充放电装置、方法及太阳能模拟器，该装置包括:微控制器、继电器开关电路、半导体开关电路、储能电路、恒光控制电路和光源，微控制器在接收到闪光命令信号时，控制继电器开关电路和半导体开关电路关断，并控制储能电路通过恒光控制电路向光源放电，使光源闪光。本发明通过关断半导体开关电路实现充电回路的快速关断，并通过关断继电器开关电路实现充电回路与放电回路完全的隔离，从而在对光源进行闪光测试时，阻断充电回路对于放电回路中恒光控制电路的影响，提高恒光控制电路的控制精度。

Description

一种太阳模拟器充放电装置、方法及太阳能模拟器
技术领域
本发明涉及太阳模拟器领域，具体涉及一种太阳模拟器充放电装置、方法及太阳能模拟器。
背景技术
太阳模拟器在工作状态分为充电待机状态和闪光测试阶段，在充电待机阶段，太阳模拟器会根据自身设定的电压值，对储能电容进行充电，当达到设定电压后断开充电，进入待机阶段；当接收到外部的闪光信号时，太阳模拟器进入闪光测试阶段，充电系统会断开，储能电容经过恒光装置对光源进行放电，将光源点亮；太阳模拟器在工作时会频繁的在这两种状态中切换，现有模拟器一般切换速度都在一秒左右。
另外，太阳模拟器的充电电源一般会有很大的电磁干扰和纹波，这会大大降低恒光控制的精度，进而降低太阳模拟器本身精度。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种太阳模拟器充放电装置、方法及太阳能模拟器。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种太阳模拟器充放电装置，包括:微控制器、继电器开关电路、半导体开关电路、储能电路、恒光控制电路和光源，外接电源与所述继电器开关电路、半导体开关电路和储能电路连接构成充电回路，所述储能电路、恒光控制电路和光源连接构成放电回路，所述微控制器分别与继电器开关电路、半导体开关电路、储能电路和恒光控制电路连接。
本发明的有益效果是：在进行光源闪光测试时，可通过关断半导体开关电路实现充电回路的快速关断，并通过关断继电器开关电路实现充电回路与放电回路完全的隔离，从而在对光源进行闪光测试时，阻断充电回路对于放电回路中恒光控制电路的影响，提高恒光控制电路的控制精度。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述继电器开关电路包括电磁继电器和继电器驱动电路，所述电磁继电器的触点连接在所述充电回路中，所述电磁继电器的线圈通过继电器驱动电路与微控制器连接。
进一步，所述半导体开关电路包括第一IGBT管和IGBT管开关驱动电路，所述第一IGBT管的集电极和发射极连接在所述充电回路中，所述第一IGBT管的栅极通过IGBT管开关驱动电路与微控制器连接。
进一步，所述储能电路包括并联连接的储能电容和电压采集电路；
所述储能电容连接在充电回路和放电回路中；
所述电压采集电路，用于采集所述储能电容的电压，并将采集的电压值反馈至微控制器；
所述微控制器，用于在所述光源闪光测试结束后，当检测到所述电压值低于设定电压时，控制所述继电器开关电路和半导体开关电路导通，使所述储能电容充电，还用于当检测到所述电压值高于设定电压时，控制所述半导体开关电路关断，使所述储能电容停止充电。
进一步，所述恒光控制电路包括恒光驱动电路、第二IGBT管、光电传感器和光强信号采集电路；
所述第二IGBT管的集电极和发射极连接在放电回路中，所述第二IGBT管的栅极通过恒光驱动电路与微控制器连接，所述光电传感器通过光强信号采集电路与微控制器连接。
进一步，还包括限流电路，所述限流电路连接在充电回路中。
进一步，所述微控制器，用于在闪光测试时，控制所述继电器开关电路和半导体开关电路先后关断；
所述微控制器，还用于在开始充电时，控制所述半导体开关电路和继电器开关电路先后导通。
采用上述进一步方案的有益效果是，在整个电路工作期间，通过半导体开关电路和继电器开关电路在关断和导通时的时序配合，使得电磁继电器在导通和关断时触点始终不会有电流流过，不会产生拉弧现象，极大提高电磁继电器的寿命。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种太阳模拟器，包括上述太阳模拟器充放电开关装置。
本发明还提供一种基于上述太阳模拟器充放电装置的充放电方法，包括：
在接收到闪光命令信号时，微控制器控制继电器开关电路和半导体开关电路关断，并控制储能电路通过恒光控制电路向光源放电，使光源闪光。
进一步，所述微控制器在闪光测试时，控制所述继电器开关电路和半导体开关电路先后关断；
所述微控制器在开始充电时，控制所述半导体开关电路和继电器开关电路先后导通。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种太阳模拟器充放电装置的结构框图；
图2为本发明实施例提供的一种太阳模拟器充放电装置的电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图1为本发明实施例提供的一种太阳模拟器充放电装置的结构框图，如图1所示，该装置包括:微控制器、继电器开关电路、半导体开关电路、储能电路、恒光控制电路和光源，外接电源与所述继电器开关电路、半导体开关电路和储能电路连接构成充电回路，所述储能电路、恒光控制电路和光源连接构成放电回路，所述微控制器分别与继电器开关电路、半导体开关电路、储能电路和恒光控制电路连接。
具体的，充电回路可使用开关电源作为充电时的外接电源经继电器开关电路和半导体开关电路组成的两级开关电路向储能电路充电；储能电路经恒光控制电路管向光源放电形成放电回路。
其中，如图2所示，所述继电器开关电路包括电磁继电器K1和继电器驱动电路，所述电磁继电器K1的触点连接在所述充电回路中，所述电磁继电器K1的线圈通过继电器驱动电路与微控制器连接。
所述半导体开关电路包括第一IGBT管和IGBT管开关驱动电路，所述第一IGBT管的集电极和发射极连接在所述充电回路中，所述第一IGBT管的栅极通过IGBT管开关驱动电路与微控制器连接。除IGBT管外，半导体开关电路还可采用固态继电器、可控硅等器件，并匹配相应的驱动电路。
所述储能电路包括并联连接的储能电容和电压采集电路；所述储能电容连接在充电回路和放电回路中；所述电压采集电路，用于采集所述储能电容的电压，并将采集的电压值反馈至微控制器。
所述恒光控制电路包括恒光驱动电路、第二IGBT管、光电传感器和光强信号采集电路；所述第二IGBT管的集电极和发射极连接在放电回路中，所述第二IGBT管的栅极通过恒光驱动电路与微控制器连接，所述光电传感器通过光强信号采集电路与微控制器连接。
另外，微控制器可使用STM32F407系列MCU，光源可采用氙灯，继电器驱动电路、IGBT开关驱动电路、电压采集电路、恒光驱动电路和光强信号采集电路可采用现有的电路实现，具体的电路结构不再赘述。
该装置的工作原理如下：
如图2所示，当微控制器接收到到计算机通过485通信传来的闪光命令信号时，进入闪光测试阶段，微控制器分别通过IO1和IO2发送关断信号到IGBT管开关驱动电路和继电器驱动电路，控制第一IGBT管M1和电磁继电器K1关断，开关电源S1与放电回路完全断开，此时储能电容C1通过第二IGBT管M2对氙灯进行放电，光电传感器将氙灯的光信号转换为电信号，光强信号采集电路将电信号转换为微处理器可以处理的电平后经ADC转换成数字信号传输至微处理器，微处理器根据反馈的光强参数，通过DAC输出控制信号经过恒光驱动电路转换后，使第二IGBT管M2工作在线性工作区，形成闭环调节，最终使氙灯工作在恒光状态。
本发明实施例提供的一种太阳模拟器充放电装置，可通过关断半导体开关电路实现充电回路的快速关断，并通过关断继电器开关电路实现充电回路与放电回路完全的隔离，从而在对光源进行闪光测试时，阻断充电回路对于放电回路中恒光控制电路的影响，提高恒光控制电路的控制精度。
可选地，在该实施例中，所述微控制器，用于在所述光源闪光测试结束后，当检测到所述电压值低于设定电压时，控制所述继电器开关电路和半导体开关电路导通，使所述储能电容充电，还用于当检测到所述电压值高于设定电压时，控制所述半导体开关电路关断，使所述储能电容停止充电。
具体的，当闪光测试结束时，微控制器通过恒光驱动电路关断第二IGBT管M2，使放电回路断开，光源则停止闪光，系统即进入充电待机状态，当系统工作在充电待机状态时，电容电压采集电路会采集储能电容C1上的电压，通过ADC1转换成数字信号传入微控制器，当检测到储能电容C1电压低于设定电压时，系统需要进行充电，此时，微控制器通过IO2发送开通信号到继电器驱动电路使电磁继电器K1的线圈得电，电磁继电器K1的常开触点闭合，电磁继电器K1接通，并通过IO1发送开通信号到IGBT开关驱动电路使第一IGBT管M1打开，系统开始充电，当检测到储能电容C1电压高于设定电压时，微控制器通过IO1发送断信号到IGBT开关驱动电路使第一IGBT管M1关断，系统充电断开，进入待机状态，等待下一次闪光命令。
本实施例提供的一种太阳模拟器充放电装置，能够根据储能电容与设定电压的比较结果来自动控制充电的开始和结束，并且，当需要结束充电时，仅仅关断第一IGBT管即可快速断开充电回路，并且不需要电磁继电器动作，达到了防止电磁继电器拉弧，提高电磁继电器寿命的效果。
可选地，在该实施例中，该装置还包括限流电路，所述限流电路连接在充电回路中。
具体的，如图2所示，限流电路包括限流电阻R1，限流电路可防止储能电容因充电的电流过大而烧坏。
可选地，在该实施例中，所述微控制器，用于在闪光测试时，控制所述继电器开关电路和半导体开关电路相隔预设时间先后关断；
所述微控制器，还用于在开始充电时，控制所述半导体开关电路和继电器开关电路先后导通。
具体的，系统进入闪光测试阶段时，微控制器首先通过IO1发送关断信号到IGBT开关驱动电路使第一IGBT管M1关段，微控制器延时几毫秒，等待第一IGBT管完全关断后，再通过IO2发送关断信号到继电器驱动电路使电磁继电器K1的线圈失电，电磁继电器K1常开触点断开。
在闪光测试结束后，当检测到储能电容C1电压低于设定电压时，微控制器通过IO2发送开通信号到继电器驱动电路使电磁继电器K1的线圈得电，电磁继电器K1的常开触点闭合，电磁继电器K1接通，微控制器延时几十个毫秒，等待电磁继电器K1完全闭合后，微控制器再通过IO1发送开通信号到IGBT开关驱动电路使第一IGBT管M1打开，系统开始充电，当检测到储能电容C1电压高于设定电压时，微控制器通过IO1发送断信号到IGBT开关驱动电路使第一IGBT管M1关断，系统充电断开，进入待机状态，等待下一次闪光命令。
这样，在整个电路工作期间，通过半导体开关电路和继电器开关电路在关断和导通时的时序配合，使得电磁继电器在关断和导通时触点始终不会有电流流过，不会产生拉弧现象，极大提高电磁继电器的寿命，满足长时间高频次使用的要求。
本发明实施例提供一种基于上述太阳模拟器充放电装置的太阳模拟器充放电方法，包括：
S1、在接收到闪光命令信号时，微控制器控制继电器开关电路和半导体开关电路关断，并控制储能电路通过恒光控制电路向光源放电，使光源闪光；
本发明实施例提供一种基于上述太阳模拟器充放电装置的太阳模拟器充放电方法，通过关断半导体开关电路实现充电回路的快速关断，并通过关断继电器开关电路实现充电回路与放电回路完全的隔离，从而在对光源进行闪光测试时，阻断充电回路对于放电回路中恒光控制电路的影响，提高恒光控制电路的控制精度。
可选地，在该实施例中，该方法包括：
所述微控制器在闪光测试时，控制所述继电器开关电路和半导体开关电路先后关断；
所述微控制器在开始充电时，控制所述半导体开关电路和继电器开关电路先后导通。
本发明实施例提供一种太阳模拟器充放电方法，在整个电路工作期间，通过半导体开关电路和继电器开关电路在关断和导通时的时序配合，使得电磁继电器在导通和关断时触点始终不会有电流流过，不会产生拉弧现象，极大提高电磁继电器的寿命，满足长时间高频次使用的要求。
本发明实施例提供一种太阳模拟器，包括上述太阳模拟器充放电装置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种太阳模拟器充放电装置，其特征在于，包括:微控制器、继电器开关电路、半导体开关电路、储能电路、恒光控制电路和光源，外接电源与所述继电器开关电路、半导体开关电路和储能电路连接构成充电回路，所述储能电路、恒光控制电路和光源连接构成放电回路，所述微控制器分别与所述继电器开关电路、半导体开关电路、储能电路和恒光控制电路连接；
所述继电器开关电路包括电磁继电器和继电器驱动电路，所述电磁继电器的触点连接在所述充电回路中，所述电磁继电器的线圈通过继电器驱动电路与微控制器连接；
所述半导体开关电路包括第一IGBT管和IGBT管开关驱动电路，所述第一IGBT管的集电极和发射极连接在所述充电回路中，所述第一IGBT管的栅极通过IGBT管开关驱动电路与微控制器连接；
所述储能电路包括并联连接的储能电容和电压采集电路；
所述储能电容连接在充电回路和放电回路中；
所述电压采集电路，用于采集所述储能电容的电压，并将采集的电压值反馈至微控制器；
所述微控制器，用于在所述光源闪光测试结束后，当检测到所述电压值低于设定电压时，控制所述继电器开关电路和半导体开关电路导通，使所述储能电容充电，还用于当检测到所述电压值高于设定电压时，控制所述半导体开关电路关断，使所述储能电容停止充电；
所述恒光控制电路包括恒光驱动电路、第二IGBT管、光电传感器和光强信号采集电路；
所述第二IGBT管的集电极和发射极连接在放电回路中，所述第二IGBT管的栅极通过恒光驱动电路与微控制器连接，所述光电传感器通过光强信号采集电路与微控制器连接。
2.根据权利要求1所述的一种太阳模拟器充放电装置，其特征在于，还包括限流电路，所述限流电路连接在充电回路中。
3.根据权利要求1或2任一项所述的一种太阳模拟器充放电装置，其特征在于，所述微控制器，用于在闪光测试时，控制所述继电器开关电路和半导体开关电路先后关断；
所述微控制器，还用于在开始充电时，控制所述半导体开关电路和继电器开关电路先后导通。
4.一种太阳模拟器，其特征在于，包括如权利要求1-3任一项所述的一种太阳模拟器充放电开关装置。
5.一种太阳模拟器充放电方法，其特征在于，基于权利要求1-3任一项所述的一种太阳模拟器充放电开关装置实现，包括：
在接收到闪光命令信号时，微控制器控制继电器开关电路和半导体开关电路关断，并控制储能电路通过恒光控制电路向光源放电，使光源闪光。
6.根据权利要求5所述的一种太阳模拟器充放电方法，其特征在于，所述微控制器在闪光测试时，控制所述继电器开关电路和半导体开关电路先后关断；
所述微控制器在开始充电时，控制所述半导体开关电路和继电器开关电路先后导通。
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