CN112526384A - 一种电子负载电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子负载电路，涉及测试技术领域，该电子负载电路包括：耗散电路、蓄能电路、回馈电路以及控制电路，所述耗散电路用于与待测电源连接以作为其测试负载；所述回馈电路与所述耗散电路连接；所述蓄能电路与所述耗散电路和所述回馈电路连接；所述控制电路与所述耗散电路和回馈电路连接，所述控制电路用于调节所述耗散电路的电流以使待测电源在不同的负载下工作，并控制所述回馈电路抽取所述蓄能电路的电流回馈至电网。本发明的电子负载电路，其蓄能电路在耗散电路和回馈电路之间起到缓冲作用，整个电子负载电路的负载电流动态响应快、纹波小，也能将大部分电能回馈至电网，既满足待测电源的测试需求，又能节约电能。

Description

一种电子负载电路
技术领域
本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种电子负载电路。
背景技术
目前，电子负载是能模拟一个参数可任意变化的负载，用于测试电源在各种工作状态下的性能表现。传统的耗散型电子负载主要是将测试电源的电能全部转化成热量散发到空气中，因此，不可避免的造成电能的浪费。
相关技术中，为解决耗散型电子负载易造成电能浪费的问题，回馈型电子负载应运而生，回馈型电子负载可将大部分电能返回到电网中，达到了节能的效果，越来越多的新能源企业和5G通讯设备商选用回馈型电子负载来做测试。
但是，回馈型电子负载的动态响应比耗散型电子负载差，很难满足快速响应的要求。比如当负载电流变化大于0.1A/us时，回馈型电子负载很难快速响应。然而新能源和5G通讯设备的电源测试中，需要电子负载满足这个电流变化率。另外，回馈型电子负载的负载电流纹波也明显大于耗散型电子负载，难以满足高性能测试的要求。
发明内容
本发明实施例提供一种电子负载电路，以解决相关技术中回馈型电子负载的负载电流动态响应能力较差，负载电流的纹波较大的技术问题。
本发明实施例提供了一种电子负载电路，包括：
耗散电路，其用于与待测电源连接以作为其测试负载；
回馈电路，其与所述耗散电路连接；
蓄能电路，其与所述耗散电路和所述回馈电路连接；
控制电路，其与所述耗散电路和回馈电路连接，所述控制电路用于调节所述耗散电路的电流以使待测电源在不同的负载下工作，并控制所述回馈电路抽取所述蓄能电路的电流回馈至电网。
一些实施例中，所述耗散电路包括开关器件Q1和电阻R1，所述开关器件Q1的第一端与所述待测电源的正极连接，所述开关器件Q1的第二端与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端与所述蓄能电路连接；所述开关器件Q1用于接受所述控制电路的控制工作在饱和区或可变电阻区，所述电阻R1用于接受所述控制电路的控制在不同电压差下工作。
一些实施例中，所述回馈电路包括：
升压电路，其与所述蓄能电路和所述耗散电路连接，所述升压电路用于抽取所述蓄能电路的电流输出；
DC/AC电路，其与所述升压电路连接，所述DC/AC电路用于将所述升压电路输出的电流逆变输出至电网。
一些实施例中，所述升压电路包括电感L1、电容C1、可控开关K1和可控开关K2，所述电感L1一端连接所述电阻R1，另一端连接所述可控开关K1的第一连接端和可控开关K2的第一连接端，所述可控开关K2的第二连接端接地，所述可控开关K1的第二连接端与所述电容C1一端连接，所述电容C1的另一端接地，所述可控开关K1和所述可控开关K2用于接受所述控制电路的控制开启或关闭。
一些实施例中，所述蓄能电路包括蓄能电容C2，所述蓄能电容C2一端接地，另一端连接所述电阻R1和所述电感L1。
一些实施例中，所述可控开关K1和所述可控开关K2均为MOSFET或三极管。
一些实施例中，所述回馈电路还包括：
隔离电路，其设于所述升压电路和DC/AC电路之间，所述隔离电路用于将所述升压电路输出的电流隔离输出至所述DC/AC电路。
一些实施例中，所述隔离电路输出的电压大于电网的峰值电压。
一些实施例中，所述开关器件Q1为金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。
一些实施例中，所述电阻R1为薄膜电阻。
本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：
本发明实施例提供了一种电子负载电路，其设置有耗散电路、蓄能电路以及回馈电路，其中所述蓄能电路设于所述耗散电路和所述回馈电路之间。所述蓄能电路在所述耗散电路和回馈电路之间起到缓冲作用，吸收并存储流过所述耗散电路的负载电流，既允许所述耗散电路快速响应负载电流变化的要求，又允许所述回馈电路以较慢的速度抽取电流以将电能回馈至电网。因此，整个电子负载电路动态响应快、纹波小，同时也能将大部分电能回馈至电网，既满足待测电源的测试需求，又能节约电能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电子负载电路的原理框图；
图2为本发明实施例提供的一种电子负载电路的部分电路原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种电子负载电路，其能解决相关技术中回馈型电子负载的负载电流动态响应能力较差，负载电流纹波较大的技术问题。
参见图1所示，一种电子负载电路，包括：耗散电路、蓄能电路、回馈电路以及控制电路。
所述耗散电路与待测电源连接，当调节所述耗散电路的电流时，可使所述待测电源在不同的负载电流下工作，以方便测试。
所述蓄能电路与所述耗散电路连接，所述回馈电路与所述蓄能电路连接。所述控制电路与所述耗散电路和回馈电路连接，所述控制电路用于调节所述耗散电路的电流以使待测电源在不同的负载下工作，流过所述耗散电路的电流即为待测电源的负载电流。所述控制电路还控制所述回馈电路抽取所述蓄能电路的电流回馈至电网。
本发明实施例中的电子负载电路，其设置有耗散电路、蓄能电路以及回馈电路，其中所述蓄能电路设于所述耗散电路和所述回馈电路之间。所述蓄能电路在所述耗散电路和回馈电路之间起到缓冲作用，吸收并存储流过所述耗散电路的负载电流，既允许所述耗散电路快速响应负载电流变化的要求，又允许所述回馈电路以较慢的速度抽取电流以将电能回馈至电网。因此，整个电子负载电路动态响应快、纹波小，同时也能将大部分电能回馈至电网，既满足待测电源的测试需求，又能节约电能。
作为可选的实施方式，所述耗散电路包括开关器件Q1和电阻R1。优选地，所述开关器件Q1金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，其控制方式比较方便，体积小，重量轻，寿命长，抗干扰能力强，功耗低。所述电阻R1优选薄膜电阻，薄膜电阻温度系数低，电阻阻值随温度变化非常小，精度高，阻值稳定可靠。所述开关器件Q1的第一端与所述待测电源的正极连接，所述开关器件Q1的第二端与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端与所述回馈电路连接。即所述开关器件Q1的漏极与所述待测电源的正极连接，所述开关器件Q1的源极与所述电阻R1的一端连接。另外，所述开关器件Q1的第三端（栅极）与所述控制电路连接，所述开关器件Q1的第三端（栅极）用于接收所述控制电路的控制信号工作在不同的状态。具体地，所述开关器件Q1的第三端（栅极）用于接受所述控制电路的控制工作在饱和区或可变电阻区。所述电阻R1用于接受所述控制电路的控制在不同的电压差下工作。
具体地，参见图2所示，所述开关器件Q1和电阻R1组成的是一种常见的耗散电路，其结构简单，控制方便。
当待测电源的负载电流不断变化时，可使所述开关器件Q1工作在饱和区，需满足下列关系（1）、（2）以及（3）：
VGS>VT (1)
VDS=VGS-VT+VA (2)
i load=i DS=i R1=VR1/R1 (3)
其中，VGS为所述开关器件Q1栅极和源极的电压差；VDS为漏极和源极的电压差；VT为所述开关器件Q1的阈值电压；VA为电压余量，VA通常必须大于0，以确保所述开关器件Q1工作在饱和区；i load为负载电流，i DS为漏极源极电流，i R1为流过R1的电流。所述控制电路可使栅源极电压差VGS大于阈值电压VT，所述控制电路还可以调节R1两端的压差VR1，使其达到设定值，从而使负载电流达到设定值。
当待测电源的负载电流处于稳态时，即负载电流i load一定，所述控制电路可使所述开关器件Q1工作在可变电阻区。具体地，使所述开关器件Q1满足关系式（1）和下列关系式（4）：
VDS<=VGS-VT (4)
此时，所述开关器件Q1相当于一个闭合的开关，所述耗散电路几乎不消耗电能，电能几乎全部通过所述回馈电路回馈至电网，节约电能。
作为可选的实施方式，所述回馈电路包括：升压电路和DC/AC电路。所述升压电路与所述蓄能电路和所述耗散电路连接，所述升压电路用于抽取所述蓄能电路的电流输出。所述DC/AC电路与所述升压电路连接，所述DC/AC电路用于将所述升压电路输出的电流逆变输出至电网。
具体地，参见图2所示，所述升压电路包括电感L1、电容C1、可控开关K1和可控开关K2，所述电感L1一端连接所述电阻R1，另一端连接所述可控开关K1的第一连接端和可控开关K2的第一连接端，所述可控开关K2的第二连接端接地，所述可控开关K1的第二连接端与所述电容C1一端连接，所述电容C1的另一端接地，所述可控开关K1和所述可控开关K2用于接收所述控制电路的控制指令开启或关闭。所述蓄能电路包括蓄能电容C2，所述蓄能电容C2一端接地，另一端连接所述电阻R1和所述电感L1。
参见图2所示，满足关系式（5）、（6）：
VDS=Vin-VR1-VC2 (5)
i load+i C2=i L1 (6)
其中，Vin为待测电源的输入电压，i C2、VC2分别为电容的电流、电压，i L1为电感L1的电流。由等式（3）可知，当负载电流i load和R1确定时，VR1确定，输入电压Vin可通过传感器测量得知。因此，根据等式（5）可知，可以通过控制VC2来控制VDS，从而VDS满足等式（2）或（4）。比如，当VDS>VGS-VT+VA时，则控制电路减小i L1，从而增大VC2，VDS减小，可以VDS使满足等式（2），确保所述开关器件Q1工作在饱和区。本发明的升压电路在确保耗散电路正常工作的情况下，同时抽取蓄能电容C2中的电流，使得大部分电流经过DC/AC电路回馈至电网上。其中，控制电路通过所述可控开关K1和所述可控开关K2的占空比，来控制电感L1的电流i L1的大小。所述可控开关K1和所述可控开关K2均可优选MOSFET或三极管，MOSFET或三极管可控性能好，使用方便，价格低廉。
进一步地，采用蓄能电容C2作为所述蓄能电路，结构简单，节约成本。所述蓄能电容C2优选电解电容，电解电容单位体积的电容量非常大，价格比其它种类电容具有优势。
作为可选的实施方式，所述回馈电路还包括隔离电路，所述隔离电路设于所述升压电路和DC/AC电路之间，所述隔离电路用于将所述升压电路输出的电流隔离输出至所述DC/AC电路。隔离电路可选用LLC谐振电路或移相全桥电路，LLC谐振电路或移相全桥电路均为成熟可靠的隔离电路，性能稳定。进一步地，所述隔离电路输出的电压大于电网的峰值电压，以使电流能够有效回馈到电网上。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种电子负载电路，其特征在于，包括：
耗散电路，其用于与待测电源连接以作为其测试负载；
回馈电路，其与所述耗散电路连接；
蓄能电路，其与所述耗散电路和所述回馈电路连接；
控制电路，其与所述耗散电路和回馈电路连接，所述控制电路用于调节所述耗散电路的电流以使待测电源在不同的负载电流下工作，并控制所述回馈电路抽取所述蓄能电路的电流回馈至电网；
其中，所述耗散电路包括开关器件Q1和电阻R1，所述开关器件Q1的第一端与所述待测电源的正极连接，所述开关器件Q1的第二端与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端与所述蓄能电路连接；当所述待测电源的负载电流不断变化时，所述控制电路用于使所述开关器件Q1工作在饱和区；当所述待测电源的负载电流处于稳态时，所述控制电路可使所述开关器件Q1工作在可变电阻区。
2.如权利要求1所述的一种电子负载电路，其特征在于，所述回馈电路包括：
升压电路，其与所述耗散电路和所述蓄能电路连接，所述升压电路用于抽取所述蓄能电路的电流输出；
DC/AC电路，其与所述升压电路连接，所述DC/AC电路用于将所述升压电路输出的电流逆变输出至电网。
3.如权利要求2所述的一种电子负载电路，其特征在于：
所述升压电路包括电感L1、电容C1、可控开关K1和可控开关K2，所述电感L1一端连接所述电阻R1，另一端连接所述可控开关K1的第一连接端和可控开关K2的第一连接端，所述可控开关K2的第二连接端接地，所述可控开关K1的第二连接端与所述电容C1一端连接，所述电容C1的另一端接地，所述可控开关K1和所述可控开关K2用于接受所述控制电路的控制开启或关闭。
4.如权利要求3所述的一种电子负载电路，其特征在于：
所述蓄能电路包括蓄能电容C2，所述蓄能电容C2一端接地，另一端连接所述电阻R1和所述电感L1。
5.如权利要求3所述的一种电子负载电路，其特征在于：所述可控开关K1和所述可控开关K2均为MOSFET或三极管。
6.如权利要求2所述的一种电子负载电路，其特征在于，所述回馈电路还包括：
隔离电路，其设于所述升压电路和DC/AC电路之间，所述隔离电路用于将所述升压电路输出的电流隔离输出至所述DC/AC电路。
7.如权利要求6所述的一种电子负载电路，其特征在于：所述隔离电路输出的电压大于电网的峰值电压。
8.如权利要求1所述的一种电子负载电路，其特征在于：所述开关器件Q1为金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。
9.如权利要求1所述的一种电子负载电路，其特征在于：所述电阻R1为薄膜电阻。
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