CN114325140A - 源载一体机装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种源载一体机装置，用于对待测物进行拉载测试或对待测物进行充放电，包括：一双向功率转换单元，分别连接待测物和电网，用于将电网的交流电压转换成直流电压给待测物或将待测物的直流电压逆变为交流电压，实现电能回馈电网；一参数检测单元，耦接于双向功率转换单元与待测物之间，获取并输出检测参数给数字信号处理单元；一数字信号处理单元，对双向功率转换单元进行控制，实现双向功率转换单元的负载模式或源载模式切换，对待测物进行拉载测试或充放电。该装置能够实现双向DC电源与电子负载功能的一体化设置，能够实现双向电源的输出输入特性的同时，能够实现电子负载功能，利于使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种源载一体机装置。
背景技术
目前，电子负载装置作为用于将电源输出功率消耗掉的装置，电子负载装置在接电源进行测试时均是将电源输出功率以热能形式进行消耗，但是电子负载无法输出功率。
与现有的电子负载装置相比较，双向DC源虽然具有双向电源输出输入特性，但是现有的双向DC源无法实现电子负载功能。此外，现有的双向DC源也无法进一步实现电子负载的CV、CC、CR、CP功能。
综上，上述两种常见的电子负载装置和双向直流电源，无法同时实现既能做双向电源又能实现电子负载功能。
上述问题是在源载一体机装置的设计与生产过程中应当予以考虑并解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供既能做双向电源又能够实现电子负载功能的源载一体机装置。
本发明的技术解决方案是：
一种源载一体机装置，用于对待测物进行拉载测试或对待测物进行充放电，包括双向功率转换单元、参数检测单元和数字信号处理单元，
一双向功率转换单元，分别连接待测物和电网，具有一双向可调变电流的机制，用于将电网的交流电压转换成直流电压给待测物或将待测物的直流电压逆变为交流电压，实现电能回馈电网；
一参数检测单元，耦接于双向功率转换单元与待测物之间，获取并输出检测参数给数字信号处理单元；
一数字信号处理单元，对双向功率转换单元进行控制，实现双向功率转换单元的负载模式或源载模式切换，对待测物进行拉载测试或充放电。
进一步地，双向功率转换单元包括AC-DC模块和DC-DC模块，AC-DC模块为双向模块，与电网相连，用于将电网的交流电压转换成直流电压给DC-DC模块或将DC-DC模块的直流电压逆变为交流电压，实现电能回馈电网；DC-DC模块为双向可调模块，与待测物相连，将输入的直流电压转换成所需的直流电压。
进一步地，参数检测单元获取的检测参数为电流值和/或电压值。
进一步地，数字信号处理单元包括PWM控制单元和计算单元，计算单元依据输入的电流值和/或电压值计算得出设定模式下的输出电流值和/或电压值，由PWM控制单元对DC-DC模块进行对应的PWM控制。
进一步地，还包括处理模块：用于对数字信号处理单元和用户交互模块进行数据交互和通讯。
进一步地，用户交互模块：用于依据用户的输入实现源载模式和负载模式的切换，在切换到负载模式时，AC-DC模块把DC-DC模块吸收的功率转换成以交流电形式的能量逆变到电网；在切换到源载模式时，DC-DC模块以双向DC电源模式进行输出输入。
进一步地，当用户切换到负载模式时，处理模块依据用户的输入确定当前所需采用的模式为CV模式、CC模式、CP模式或CR模式后，进而由数字信号处理单元分别依据设定量输出对应PWM信号对DC/DC模块进行控制：
在采用CV模式时，通过参数检测单元检测电压信号，计算单元依据输入的电压值计算得出设定模式下的电压值，由PWM控制单元对DC-DC模块进行对应的PWM控制；
在采用CC模式时，通过参数检测单元检测电流信号，计算单元依据输入的电流值计算得出设定模式下的电流值，由PWM控制单元对DC-DC模块进行对应的PWM控制；
在采用CP模式，通过参数检测单元检测电压和电流信号，计算单元依据输入的电压和电流值计算得出设定模式下的功率值，由PWM控制单元对DC-DC模块进行对应的PWM控制；
在采用CR模式时，通过参数检测单元检测电压和电流信号，计算单元依据输入的电压和电流值计算得出设定模式下的电阻值，由PWM控制单元对DC-DC模块进行对应的PWM控制。
进一步地，当用户切换到源载模式时，处理模块依据用户的输入确定当前所需采用的模式为CV模式、CC模式或CP模式后，进而由数字信号处理单元分别依据设定量输出对应PWM信号对DC/DC模块进行控制：
在采用CV模式时，通过参数检测单元检测电压信号，计算单元依据输入的电压值计算得出设定模式下的电压值，由PWM控制单元对DC-DC模块进行对应的PWM控制，从而实现恒压模式输出和输入；
在采用CC模式时，通过参数检测单元检测电流信号，计算单元依据输入的电流值计算得出设定模式下的电流值，由PWM控制单元对DC-DC模块进行对应的PWM控制，从而实现恒流模式输出和输入；
在采用CP模式时，通过参数检测单元检测电压和电流信号，计算单元依据输入的电压和电流值计算得出设定模式下的功率值，由PWM控制单元对DC-DC模块进行对应的PWM控制，从而实现恒功率模式输出和输入。
本发明的有益效果是：该种源载一体机装置，能够实现双向DC电源与电子负载功能的一体化设置，能够实现源载模式和负载模式的分别使用，能够实现双向电源的输出输入特性的同时，能够实现电子负载功能。进一步地能够实现电子负载的CV、CC、CR、CP功能，且体积较小，利于使用。
附图说明
图1是本发明实施例源载一体机装置的说明示意图。
图2是实施例中设置处理模块和用户交互模块的源载一体机装置的说明示意图。
图3是实施例中DC-DC模块的一个具体示例的电路示意图。
图4是实施例源载一体机装置的一个实现过程的说明示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例
一种源载一体机装置，用于对待测物进行拉载测试或对待测物进行充放电，如图1，包括双向功率转换单元、参数检测单元和数字信号处理单元，
一双向功率转换单元，分别连接待测物和电网，具有一双向可调变电流的机制，用于将电网的交流电压转换成直流电压给待测物或将待测物的直流电压逆变为交流电压，实现电能回馈电网；
一参数检测单元，耦接于双向功率转换单元与待测物之间，获取并输出检测参数给数字信号处理单元；
一数字信号处理单元，对双向功率转换单元进行控制，实现双向功率转换单元的负载模式或源载模式切换，对待测物进行拉载测试或充放电。
该种源载一体机装置，能够实现双向DC电源与电子负载功能的一体化设置，能够实现源载模式和负载模式的分别使用，能够实现双向电源的输出输入特性的同时，能够实现电子负载功能。进一步地能够实现电子负载的CV、CC、CR、CP功能，且体积较小，利于使用。
该种源载一体机装置中，如图2，双向功率转换单元包括AC-DC模块和DC-DC模块，AC-DC模块为双向模块，与电网相连，用于将电网的交流电压转换成直流电压给DC-DC模块或将DC-DC模块的直流电压逆变为交流电压，实现电能回馈电网；DC-DC模块为双向可调模块，与待测物相连，将输入的直流电压转换成所需的直流电压。
在一个实施方式中，DC-DC模块采用双向直流变换电路，在双向功率转换单元以源载模式使用时，实现双向DC电源功能，由参数检测单元检测的电流为正向时，数字信号处理单元控制双向直流变换电路中的开关管导通，双向直流变换电路工作在BUCK电路模式，对待测物进行充电；由参数检测单元检测的电流为负向时，数字信号处理单元控制双向直流变换电路中的开关管关闭，BUCK电路切换为Boost电路，对待测物进行放电。
在上述实施方式中，如图3，DC-DC模块包括四个端，其中，第一端、第二端和AC-DC模块并联，第三端、第四端和待测物并联，DC-DC模块包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、电感L和电容C，第一开关管Q1的一端连接第一端，第一开关管Q1的另一端连接在电感L的一端和第二开关管Q2的一端的交汇处，电感L的另一端通过电容C连接第二开关管Q2的另一端，电感L的另一端还连接第三端，电容C的两端分别连接第三端和第四端，第二开关管Q2的另一端还连接第二端，第一开关管Q1和第二开关管Q2的控制端分别连接数字信号处理单元。
在上述实施方式中，如图3，当双向直流变换电路工作于正向Buck时，第一开关管Q1作为主开关管，当第一开关管Q1导通时，第二开关管Q2关断，电感L储能；当第一开关管Q1关断时，第二开关管Q2导通续流，电感L释能给输出端供电。当双向直流变换电路工作于反向Boost升压电路时，第二开关管Q2作为主开关管，当第二开关管Q2导通时，第一开关管Q1关断，电感L储能；当第二开关管Q2关断时，第一开关管Q1导通续流，电感L释能给输出端供电。
该种源载一体机装置中，参数检测单元获取的检测参数为电流值和/或电压值，并将获取的电流值和/或电压值输出给数字信号处理单元。在一个实施方式中，参数检测单元包括电流检测单元和/或电压检测单元，数字信号处理单元包括PWM控制单元和计算单元，计算单元依据输入的电流值和/或电压值计算得出设定模式下的输出电流值和/或电压值，由PWM控制单元对DC-DC模块进行对应的PWM控制。
该种源载一体机装置中，如图2，还包括处理模块：用于对数字信号处理单元和用户交互模块进行数据交互和通讯。处理模块CPU依据用户交互模块的输入，发送控制信号给数字信号处理单元，进而由数字信号处理单元实现对双向功率单元的控制，从而实现源载模式与负载模式两种工作模式的切换。
如图2，用户交互模块：用于依据用户的输入实现源载模式和负载模式的切换，在切换到负载模式时，AC-DC模块把DC-DC模块吸收的功率转换成以交流电形式的能量逆变到电网；在切换到源载模式时，DC-DC模块以双向DC电源模式进行输出输入。
如图4，该种源载一体机装置的一个优选实现过程如下：
1）通过用户交互模块UI选择需要设置的源载模式或负载模式，需要使用的CV,CC,CR,CP或者双向dc电源功能，设置当前需要的设定值，处理模块CPU接收后，依据用户设置发送对应的控制信号给数字信号处理单元DSP。
2）当数字信号处理单元DSP接收到当前功能指令和设定值时，切换到对应的电流控制模式，并按照给定的设定值对电流进行控制。
3）数字信号处理单元DSP的实现方式如下：
a、当用户切换到负载模式：
当前是CV模式，通过参数检测单元检测电压信号，计算单元依据输入的电压值计算得出设定模式下的电压值，由PWM控制单元对DC-DC模块进行对应的PWM控制。
当前是CC模式，通过参数检测单元检测电流信号，计算单元依据输入的电流值计算得出设定模式下的电流值，由PWM控制单元对DC-DC模块进行对应的PWM控制。
当前是CP模式，通过参数检测单元检测电压和电流信号，计算单元依据输入的电压和电流值计算得出设定模式下的功率值，由PWM控制单元对DC-DC模块进行对应的PWM控制。
当前是CR模式，通过参数检测单元检测电压和电流信号，计算单元依据输入的电压和电流值计算得出设定模式下的电阻值，由PWM控制单元对DC-DC模块进行对应的PWM控制。
b、当用户切换到源载模式：
当切换到CV模式，通过参数检测单元检测电压信号，计算单元依据输入的电压值计算得出设定模式下的电压值，由PWM控制单元对DC-DC模块进行对应的PWM控制，从而实现恒压模式输出和输入。
当切换到CC模式，通过参数检测单元检测电流信号，计算单元依据输入的电流值计算得出设定模式下的电流值，由PWM控制单元对DC-DC模块进行对应的PWM控制，从而实现恒流模式输出和输入。
当切换到CP模式，通过参数检测单元检测电压和电流信号，计算单元依据输入的电压和电流值计算得出设定模式下的功率值，由PWM控制单元对DC-DC模块进行对应的PWM控制，从而实现恒功率模式输出和输入。
4）数字信号处理单元DSP通过上述环路得到的设定量输出PWM对DC-DC模块进行控制。
该种源载一体机装置中，实现负载模式的恒压CV功能说明如下：参数检测单元将检测的电压值发送给数字信号处理单元，数字信号处理单元依据检测的电压值，演算出一电压值，进而输出一电压调变信号至双向功率单元，以调整双向功率单元的电压值。其中，数字信号处理单元进行恒压CV的演算处理公式如下：
Uout（n）=A1*Uout(n+1)+A2*Uout(n+2)+A3*Uout(n+3)+B0*Errn(n)+ B1*Errn(n+1)+B2*Errn(n+2)+ B3*Errn(n+3)；
Errn(n)= Vset-Vsamp；
Errn(n+3) = Errn(n+2)；
Errn(n+2) = Errn(n+1)；
Errn(n+1) = Errn(n)；
Uout(n+3) = Uout(n+2)；
Uout(n+2) = Uout(n+1)；
Uout(n+1) = Uout(n)；
上式中，Vset是用户交互模块给的设定值即储存的电压参数；Vsamp是采样值，即参数检测单元检测到的电压值；其中A1,A2,A3,B0,B1,B2,B3分别为环路系数，是根据实际调试出来的常量值。Uout（n）,Uout(n+1),Uout(n+2),Uout(n+3)分别为本时刻输出的电压值、下一时刻、下二时刻、下三时刻的输出电压值；Errn(n)，Errn(n+1)，Errn(n+2)，Errn(n+3)分别为本时刻设定电压与采样电压的差值、下一时刻、下二时刻、下三时刻设定电压和采样电压的差值。
该种源载一体机装置中，实现负载模式的恒流CC功能说明如下：参数检测单元将检测的电流值发送给数字信号处理单元，数字信号处理单元依据检测的电流值，演算出一电流值，进而输出一电流调变信号至双向功率单元，以调整双向功率单元的电流值。其中，数字信号处理单元进行恒流CC的演算处理公式如下：
Iout（n）=A1*Iout(n+1)+A2*Iout(n+2)+A3*Iout(n+3)+B0*Errn(n)+ B1*Errn(n+1)+B2*Errn(n+2)+ B3*Errn(n+3)；
Errn(n)= Iset-Isamp；
Errn(n+3) = Errn(n+2)；
Errn(n+2) = Errn(n+1)；
Errn(n+1) = Errn(n)；
Iout(n+3) = Iout(n+2)；
Iout(n+2) = Iout(n+1)；
Iout(n+1) = Iout(n)；
上式中，Iset是用户交互模块给的设定值即储存的电流参数；Isamp是采样值，即参数检测单元检测到的电流值；其中A1,A2,A3,B0,B1,B2,B3分别为环路系数，是根据实际调试出来的常量值。Iout（n）, Iout(n+1), Iout(n+2), Iout(n+3)分别为本时刻输出的电流值、下一时刻、下二时刻、下三时刻的输出电流值；Errn(n)，Errn(n+1)，Errn(n+2)，Errn(n+3)分别为本时刻设定电流与采样电流的差值、下一时刻、下二时刻、下三时刻设定电流和采样电流的差值。
该种源载一体机装置中，实现负载模式的恒电阻CR功能说明如下：参数检测单元将检测的电压值及电流值发送给数字信号处理单元，数字信号处理单元依据检测的电压值及电流值，演算出一电阻值，进而输出一电阻调变信号至双向功率单元，以调整双向功率单元的电流值。其中，数字信号处理单元进行恒电阻CR的演算处理公式如下：
Iout（n）=A1*Iout(n+1)+A2*Iout(n+2)+A3*Iout(n+3)+B0*Errn(n)+ B1*Errn(n+1)+B2*Errn(n+2)+ B3*Errn(n+3)；
Errn(n)= Vsamp/ Rset-Isamp；
Errn(n+3) = Errn(n+2)；
Errn(n+2) = Errn(n+1)；
Errn(n+1) = Errn(n)；
Iout(n+3) = Iout(n+2)；
Iout(n+2) = Iout(n+1)；
Iout(n+1) = Iout(n)；
上式中，Rset是用户交互模块给的设定值即储存的电阻参数；Vsamp是采样值，即参数检测单元检测到的电压值；Isamp是采样值，即参数检测单元检测到的电流值；其中A1,A2,A3,B0,B1,B2,B3分别为环路系数，是根据实际调试出来的常量值。Iout（n）, Iout(n+1),Iout(n+2), Iout(n+3)分别为本时刻输出的电流值、下一时刻、下二时刻、下三时刻的输出电阻值；Errn(n)，Errn(n+1)，Errn(n+2)，Errn(n+3)分别为本时刻采样电压除以设定电阻与采样电流的差值、下一时刻、下二时刻、下三时刻采样电压除以设定电阻与采样电流的差值。
该种源载一体机装置中，实现负载模式的恒功率CP功能说明如下：参数检测单元将检测的电压值及电流值发送给数字信号处理单元，数字信号处理单元依据检测的电压值及电流值，演算出一功率值，进而输出一功率调变信号至双向功率单元，以调整双向功率单元的电流值。其中，数字信号处理单元进行恒功率CP的演算处理公式如下：
Iout（n）=A1*Iout(n+1)+A2*Iout(n+2)+A3*Iout(n+3)+B0*Errn(n)+ B1*Errn(n+1)+B2*Errn(n+2)+ B3*Errn(n+3)；
Errn(n)= Pset/Vsamp-Isamp；
Errn(n+3) = Errn(n+2)；
Errn(n+2) = Errn(n+1)；
Errn(n+1) = Errn(n)；
Iout(n+3) = Iout(n+2)；
Iout(n+2) = Iout(n+1)；
Iout(n+1) = Iout(n)；
上式中，Pset是用户交互模块给的设定值即储存的功率参数；Vsamp是采样值，即参数检测单元检测到的电压值；Isamp是采样值，即参数检测单元检测到的电流值；其中A1,A2,A3,B0,B1,B2,B3分别为环路系数，是根据实际调试出来的常量值。Iout（n）, Iout(n+1),Iout(n+2), Iout(n+3)分别为本时刻输出的电流值、下一时刻、下二时刻、下三时刻的输出电流值；Errn(n)，Errn(n+1)，Errn(n+2)，Errn(n+3)分别为本时刻设定功率除以采样电压与采样电流的差值、下一时刻、下二时刻、下三时刻设定功率除以采样电压与采样电流的差值。
该种源载一体机装置中，兼具源载功能和负载功能，其中，AC-DC模块为交流电压和直流电压转换模块，AC-DC模块是实现能量回馈的模块；DC-DC模块为直流电压和直流电压转换模块，DC/DC模块是实现电子负载的CV,CC,CR,CP功能和双向DC电源的模块。数字信号处理单元DSP通过利用DSP的数字运算能力能够分别实现CV,CC,CR,CP和双向dc电源功能；处理模块CPU用于对数字信号处理单元DSP和用户交互模块UI进行数据交互和通讯，依据用户交互模块的输入发送对应的控制信号给数字信号处理单元DSP。用户交互模块UI能够依据用户的输入实现源载模式和负载模式切换；当切换到负载模式时，AC-DC模块把DC-DC模块吸收的功率转换成以交流电形式的能量逆变到电网；当切换到源载模式时，DC-DC模块以双向DC电源模式进行输出输入。
该种源载一体机装置中，待测物可以采用待测电源或待测负载，可以应用于大功率电池、汽车电子、绿色能源、高速测试等多个方面，该种源载一体机装置具有功能丰富、性能优异、适用广泛等优点。
该种源载一体机装置，相比较传统的功率消耗单元，本发明能够实现双向DC电源输出输入特性；相比较双向DC电源单元，能够用数字控制方式实现电子负载功能单元的CV、CC、CR、CP功能，一体化设置，高集成化，使得装置整体体积较小，能够实现能源的节约，有效避免能源的过度浪费，并节省成本，便于使用。
Claims (8)
1.一种源载一体机装置，用于对待测物进行拉载测试或对待测物进行充放电，其特征在于，包括双向功率转换单元、参数检测单元和数字信号处理单元，
一双向功率转换单元，分别连接待测物和电网，具有一双向可调变电流的机制，用于将电网的交流电压转换成直流电压给待测物或将待测物的直流电压逆变为交流电压，实现电能回馈电网；
一参数检测单元，耦接于双向功率转换单元与待测物之间，获取并输出检测参数给数字信号处理单元；
一数字信号处理单元，对双向功率转换单元进行控制，实现双向功率转换单元的负载模式或源载模式切换，对待测物进行拉载测试或充放电。
2.如权利要求1所述的源载一体机装置，其特征在于：双向功率转换单元包括AC-DC模块和DC-DC模块，AC-DC模块为双向模块，与电网相连，用于将电网的交流电压转换成直流电压给DC-DC模块或将DC-DC模块的直流电压逆变为交流电压，实现电能回馈电网；DC-DC模块为双向可调模块，与待测物相连，将输入的直流电压转换成所需的直流电压。
3.如权利要求1或2所述的源载一体机装置，其特征在于：参数检测单元获取的检测参数为电流值和/或电压值。
4.如权利要求1或2所述的源载一体机装置，其特征在于：数字信号处理单元包括PWM控制单元和计算单元，计算单元依据输入的电流值和/或电压值计算得出设定模式下的输出电流值和/或电压值，由PWM控制单元对DC-DC模块进行对应的PWM控制。
5.如权利要求4所述的源载一体机装置，其特征在于：还包括处理模块：用于对数字信号处理单元和用户交互模块进行数据交互和通讯。
6.如权利要求5所述的源载一体机装置，其特征在于：用户交互模块：用于依据用户的输入实现源载模式和负载模式的切换，在切换到负载模式时，AC-DC模块把DC-DC模块吸收的功率转换成以交流电形式的能量逆变到电网；在切换到源载模式时，DC-DC模块以双向DC电源模式进行输出输入。
7.如权利要求6所述的源载一体机装置，其特征在于：当用户切换到负载模式时，处理模块依据用户的输入确定当前所需采用的模式为CV模式、CC模式、CP模式或CR模式后，进而由数字信号处理单元分别依据设定量输出对应PWM信号对DC/DC模块进行控制：
在采用CV模式时，通过参数检测单元检测电压信号，计算单元依据输入的电压值计算得出设定模式下的电压值，由PWM控制单元对DC-DC模块进行对应的PWM控制；
在采用CC模式时，通过参数检测单元检测电流信号，计算单元依据输入的电流值计算得出设定模式下的电流值，由PWM控制单元对DC-DC模块进行对应的PWM控制；
在采用CP模式，通过参数检测单元检测电压和电流信号，计算单元依据输入的电压和电流值计算得出设定模式下的功率值，由PWM控制单元对DC-DC模块进行对应的PWM控制；
在采用CR模式时，通过参数检测单元检测电压和电流信号，计算单元依据输入的电压和电流值计算得出设定模式下的电阻值，由PWM控制单元对DC-DC模块进行对应的PWM控制。
8.如权利要求6所述的源载一体机装置，其特征在于：当用户切换到源载模式时，处理模块依据用户的输入确定当前所需采用的模式为CV模式、CC模式或CP模式后，进而由数字信号处理单元分别依据设定量输出对应PWM信号对DC/DC模块进行控制：
在采用CV模式时，通过参数检测单元检测电压信号，计算单元依据输入的电压值计算得出设定模式下的电压值，由PWM控制单元对DC-DC模块进行对应的PWM控制，从而实现恒压模式输出和输入；
在采用CC模式时，通过参数检测单元检测电流信号，计算单元依据输入的电流值计算得出设定模式下的电流值，由PWM控制单元对DC-DC模块进行对应的PWM控制，从而实现恒流模式输出和输入；
在采用CP模式时，通过参数检测单元检测电压和电流信号，计算单元依据输入的电压和电流值计算得出设定模式下的功率值，由PWM控制单元对DC-DC模块进行对应的PWM控制，从而实现恒功率模式输出和输入。
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