CN111327300B - 一种大功率交直流一体化的电子负载系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大功率交直流一体化电子负载系统及其控制方法，包括若干个PWM控制桥、减法模块、调制波控制模块、三角载波生成模块和比较模块，每一PWM控制桥之间相互独立，减法模块与调制波控制模块电信号连接，三角载波生成模块和调制波控制模块均与比较模块电信号连接，通过利用PWM控制技术中的波形生成方式和多重化叠加技术中的波形迭代结构产生相移式的PWM波形，进而达到不提高单组开关频率和保持主电路拓扑结构的前提下获得高的等效开关频率，减小系统输出波形中的谐波含量。很好地避免功率场效应管实现的电子负载在负载特性要求多变且功率较大时，极易产生自振荡，不利于运行，且存在功率电流纹波大、功率管发热严重等问题。
Description
技术领域
本发明涉及移相调频技术领域，特别是涉及一种大功率交直流一体化的电子负载系统及其控制方法。
背景技术
随着电动汽车和充电桩的迅速普及，作为充电桩检测配套设备的大功率电子负载的需求量也在大幅度提升，当前主流电子负载多采用功率场效应管作为功率消耗器件，采用模拟控制输出连续型电压驱动信号，使功率场效应管运行在电阻特性线性区，其驱动电压的高低决定着负载电阻的大小，从而实现对负载的控制。但从设计与应用方面来看，功率场效应管实现的电子负载在负载特性要求多变且功率较大时，极易产生自振荡，不利于运行，且存在功率电流纹波大、功率管发热严重等问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：一种大功率交直流一体化的电子负载系统，包括：若干个PWM控制桥、减法模块、调制波控制模块、三角载波生成模块和比较模块，每一所述PWM控制桥之间相互独立，所述减法模块与所述调制波控制模块电信号连接，所述三角载波生成模块和所述调制波控制模块均与所述比较模块电信号连接。
进一步地，所述三角载波生成模块用于生成具有相位依次滞后2π/n个载波周期的三角载波信号。
进一步地，每一所述PWM控制桥响应桥臂的所述三角载波信号的相位依次滞后2π/n个载波周期。
进一步地，所述PWM控制桥的数量为n≥1。
一种大功率交直流一体化的电子负载系统的控制方法，包括上述所述的大功率交直流一体化的电子负载系统，包括以下具体步骤：
S1.输入所需的负载参数；
S2.时时采集网测电压数据，根据所述负载参数，计算得到参考电流iS1；
S3.时时采集负载侧的实际电流iS2；
S4.将所述参考电流iS1和所述实际电流iS2输入所述减法模块，经过计算后得到电流误差信号e；
S5.控制所述三角载波生成模块产生相位依次滞后2π/n个载波周期的三角载波信号；
S6.将所述电流误差信号e和所述三角载波信号输入所述比较模块进行比较，得到控制IGBT开通关断的n路PWM信号；
S7.将n路所述PWM信号分别依次控制n路相互独立的控制桥，进而使系统得到所需要的电阻参数。
本发明的有益效果为：通过利用PWM控制技术中的波形生成方式和多重化叠加技术中的波形迭代结构产生相移式的PWM波形，进而达到不提高单组开关频率和保持主电路拓扑结构的前提下获得高的等效开关频率，减小系统输出波形中的谐波含量。很好地避免功率场效应管实现的电子负载在负载特性要求多变且功率较大时，极易产生自振荡，不利于运行，且存在功率电流纹波大、功率管发热严重等问题。
附图说明
附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
图1为一实施例提供的一种大功率交直流一体化的电子负载系统的示意图；
图2为一实施例提供的一种大功率交直流一体化的电子负载系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案做进一步描述，本发明不仅限于以下具体实施方式。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，一种大功率交直流一体化的电子负载系统，包括：若干个PWM(pulsewidth modulation，脉冲宽度调制)控制桥、减法模块、调制波控制模块、三角载波生成模块和比较模块，每一所述PWM控制桥之间相互独立，所述减法模块与所述调制波控制模块电信号连接，所述三角载波生成模块和所述调制波控制模块均与所述比较模块电信号连接。
具体地，所述三角载波生成模块用于生成具有相位依次滞后2π/n个载波周期的三角载波信号，且每一所述PWM控制桥响应桥臂的所述三角载波信号的相位依次滞后2π/n个载波周期，所述PWM控制桥的数量为n≥1。
也就是说，在每个电子负载系统内均包含有n个相互独立的PWM控制桥，且每个PWM控制桥响应桥臂的三角载波相位依次滞后2π/n个载波周期，且在每一个载波周期中，同一个正弦调制波同时分别对n个三角载波进行调制。通过利用PWM控制技术中的波形生成方式和多重化叠加技术中的波形迭代结构产生相移式的PWM波形，进而达到不提高单组开关频率和保持主电路拓扑结构的前提下获得高的等效开关频率，减小系统输出波形中的谐波含量。很好地避免功率场效应管实现的电子负载在负载特性要求多变且功率较大时，极易产生自振荡，不利于运行，且存在功率电流纹波大、功率管发热严重等问题。
在一个实施例中，一个所述电子负载系统中，电子负载的负载侧是n路电阻和IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)串联后的并联组合，也就是具有n路并联电路，并且在这n路并联电路中所流过的电流一致，也就是说，各并联电路每路电路模拟的负载值一样。例如，当n路并联电路中的第1路开关方波电流峰值为IP，IGBT的开关频率为f，则采用普通PWM控制时，系统总的电流峰值IPS1为：IPS1＝IP·n，且总电流纹波频率fS1为：fS1＝f。采用PWM移相多重叠加方法后，系统总的电流峰值IPS2为：IPS2＝IP，且此时的总电流纹波频率fS2为：fS2＝f·n；也就是说，通过公式结果的对比，可以发现，采用普通的PWM控制跟采用PWM移相多重叠加方法的最大区别在于，采用PWM移相多重叠加控制方法后，系统总的开关方波电流峰值和单路电流的开关方波电流峰值保持一样，此效果可大大降低负载侧的CLC滤波器的设计难度，同时更有利于节约整个电子负载系统的成本。且通过对比还可以发现，采用PWM移相多重叠加控制方法后，负载电流的总纹波频率变成了n倍的IGBT开关频率，通过合理设置IGBT开关频率，即可确保系统设置较低IGBT开关频率的前提下，又能确保系统电流的总纹波频率在人耳可识别范围外，可有效降低功率管的开关噪音，同时也可降低功能管的性能参数，达到节约系统成本的目的。
如图2所示，一种大功率交直流一体化的电子负载系统的控制方法，包括上述所述的大功率交直流一体化的电子负载系统，包括以下具体步骤：
S1.输入所需的负载参数。
也就是说，通过输入一个预设的负载参数。具体地，所述负载参数可以通过手动界面输入或者PC输入。
S2.时时采集网测电压数据，根据所述负载参数，计算得到参考电流iS1。
也就是说，通过根据需要的负载类型和负载值，通过时时采集网测电压，精确控制输入电流，使输入电流对被测电源呈现的负载形式为设定值。
S3.时时采集负载侧的实际电流iS2。
也就是说，通过采集实际电流iS2，做好准备进行数据计算对比。
S4.将所述参考电流iS1和所述实际电流iS2输入所述减法模块，经过计算后得到电流误差信号e。
也就是说，通过将参考电流iS1和所述实际电流iS2输入所述减法模块，然后减肥模块通过运算后，得到参考电流iS1和所述实际电流iS2之间所形成的电流误差信号e，并将电流误差信号e输出。
S5.控制所述三角载波生成模块产生相位依次滞后2π/n个载波周期的三角载波信号。
也就是说，根据每个PWM控制桥响应桥臂的三角载波相位依次滞后2π/n个载波周期，从而产生三角载波信号。
S6.将所述电流误差信号e和所述三角载波信号输入所述比较模块进行比较，得到控制IGBT开通关断的n路PWM信号。
也就是说，通过电流误差信号e和三角载波信号在比较模块中进行比较之后，得到控制IGBT开通关断的n路PWM信号。
S7.将n路所述PWM信号分别依次控制n路相互独立的控制桥，进而使系统得到所需要的电阻参数。
也就是说，将PWM移相多重叠加控制技术应用在大功率电子负载中，解决了大功率电子负载存在的功率电流纹波大、功率管开关损耗大发热严重，且系统开关噪音大等问题，使耗能式电子负载在大功率、小体积和低噪声设计上，实现了可行性。通过采用PWM移相多重叠加控制方法后，总电流的峰值为原来的1/n，纹波频率为原来的n倍，通过移相多重叠加控制可大大降低CLC滤波器滤除幅值能力的需求。且移相后由于功率管的开关频率提高到原来的n倍，在人耳可识别范围外，可降低功率管的开关噪音。
综上所述，上述实施方式并非是本发明的限制性实施方式，凡本领域的技术人员在本发明的实质内容的基础上所进行的修饰或者等效变形，均在本发明的技术范畴。
Claims (3)
1.一种大功率交直流一体化的电子负载系统，其特征在于，包括：若干个PWM控制桥、减法模块、调制波控制模块、三角载波生成模块和比较模块，每一所述PWM控制桥之间相互独立，所述减法模块与所述调制波控制模块电信号连接，所述三角载波生成模块和所述调制波控制模块均与所述比较模块电信号连接；所述三角载波生成模块用于生成具有相位依次滞后2π/n个载波周期的三角载波信号；每一所述PWM控制桥响应桥臂的所述三角载波信号的相位依次滞后2π/n个载波周期。
2.根据权利要求1所述的电子负载系统，其特征在于：所述PWM控制桥的数量为n≥1。
3.一种大功率交直流一体化的电子负载系统的控制方法，包括权利要求1至权利要求2所述的大功率交直流一体化的电子负载系统，其特征在于，包括以下具体步骤：
S1. 输入所需的负载参数；
S2. 时时采集网测电压数据，根据所述负载参数，计算得到参考电流iS1；
S3. 时时采集负载侧的实际电流iS2；
S4. 将所述参考电流iS1和所述实际电流iS2输入所述减法模块，经过计算后得到电流误差信号e；
S5. 控制所述三角载波生成模块产生相位依次滞后2π/n个载波周期的三角载波信号；
S6. 将所述电流误差信号e和所述三角载波信号输入所述比较模块进行比较，得到控制IGBT开通关断的n路PWM信号；
S7. 将n路所述PWM信号分别依次控制n路相互独立的控制桥，进而使系统得到所需要的电阻参数。
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