CN114844375A - 一种大功率模拟电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及模拟电池技术领域，为了解决现有模拟电池体积和质量过大的技术问题，本发明公开了一种大功率模拟电池，包括功率输出单元，还包括输出同步跟随单元，功率输出单元包括功率输出电路，功率输出电路的电源输入端与输出同步跟随单元的电源输出端连接，功率输出电路设有放电功率调整管，输出同步跟随单元根据放电功率调整管的输入端与输出端之间的压差信号进行动态调节输出。使得输出同步跟随单元跟随功率输出单元中调整管的压差进行调节或固定电压工作时，始终维持在固定电压，减少功率调整管自身的功耗，降低了发热量，提升大功率模拟电池系统工作的稳定性，满足了当前电池容量增大的测试需求。

Description

一种大功率模拟电池
技术领域
本发明涉及模拟电池技术领域，尤其涉及一种大功率模拟电池。
背景技术
随着智能手机的功能不断加强，手机电池容量一步一步加大；快充的普及为日益增大的电池容量充电提供了非常方便的手段；储能装机规模持续增长，尤其是新型储能占比有所增大，随之而来的对电池的容量需求也加大。不断增长的电池容量，为各类电子产品使用提供了便利，同时也给产品的研发和产线测试带来了不小的挑战。
模拟电池的功率增大，功耗也会增大，模拟电池的输出不稳定，无法稳定在固定电压工作，导致现有模拟电池的功率有所限制，致使电流和功率达不到测试的要求，不能满足当前电池容量增大的测试需求。另外，模拟电池的功率增大，会伴随着体积和质量的增大，不便于携带。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大功率模拟电池，以解决现有模拟电池无法满足大容量电池测试需求的技术问题。
为实现上述目的，本发明的一种大功率模拟电池的具体技术方案如下：
一种大功率模拟电池，包括用于输出末端直流电的功率输出单元，还包括用于输出第三直流电的输出同步跟随单元，功率输出单元包括功率输出电路，功率输出电路的电源输入端与输出同步跟随单元的电源输出端连接，功率输出电路设有放电功率调整管，输出同步跟随单元根据放电功率调整管的输入端与输出端之间的压差信号进行动态调节输出第三直流电。使得输出同步跟随单元跟随功率输出单元中调整管的压差进行调节或固定电压工作时，始终维持在固定电压，减少功率调整管自身的功耗，降低了发热量，提升大功率模拟电池系统工作的稳定性，满足了当前电池容量增大的测试需求。发热量的降低进而减少了大功率模拟电池本身的体积和质量，让大功率模拟电池更加轻便、便于携带。
进一步的，功率输出单元和输出同步跟随单元之间设有用于反馈压差信号的光耦控制电路。通过光耦实现了电气隔离，避免两个单元之间相互影响。
进一步的，输出同步跟随单元包括用于功率变换的LCC电路，用于向LCC电路提供电压驱动信号的谐振控制器，光耦控制电路反馈压差信号至谐振控制器，LCC电路输出第三直流电至功率输出单元。LCC电路为可调的开关电源，相比线性电源，可进一步缩小大功率仪器的体积和减轻仪器的质量。
进一步的，输出同步跟随单元还包括电压电流反馈电路，用于向谐振控制器反馈第三直流电的参数。
进一步的，LCC电路包括变压器、同步整流控制器以及由同频整流控制器控制的开关管Q13和开关管Q14，变压器的初级侧用于输入电压驱动信号，变压器的次级侧设有用于输出第三直流电的中心抽头，次级侧的两端分别与开关管Q13和开关管Q14的第一开关端连接，开关管Q13和开关管Q14的第二开关端分别与同步整流控制器连接，开关管Q13和开关管Q14的受控端分别与同步整流控制器连接。
进一步的，LCC电路还包括用于向谐振控制器反馈初级侧电流的初级侧电流取样电路。
进一步的，放电功率调整管包括开关管Q15，还包括受开关管Q15控制的开关管Q16，开关管Q16的受控端与比较器U6的输出端连接，比较器U6的同相输入端与开关管Q15的第二开关端连接，比较器U6的反相输入端设有参考电压，开关管Q15和开关管Q16的第一开关端输入有第三直流电，开关管Q15和开关管Q16的第二开关端用于输出末端直流电，所述放电功率调整管为线性调节功率管。放电时，开关管Q15在先导通，开关管Q16之后才跟随导通，该时延避免了同时导通的造成的电流冲击；开关管Q15和开关管Q16为线性调节的功率管，改善输出电压质量。
进一步的，功率输出单元还包括用作负载测试的充电功率调整管，功率输出电路的输出线路上还串联有检流电阻、电流档位切换开关和输出保护开关。
进一步的，还包括电压调档电路，用于从功率输出单元获取第三直流电，通过比较器U10、光耦Q33反馈至输出同步跟随单元。
进一步的，包括用于向输出同步跟随单元提供第一直流电压的功率因数校正单元，功率因数校正单元具有PFC模块，PFC模块包括用于和市电连接的第一共模电感、与第一共模电感连接的第二共模电感，与第二共模电感连接的整流模块，整流模块的正极连接有线圈L1A的输入端，线圈L1A的输出端与开关管Q1的第一开关端连接，开关管Q1的第二开关端接地，开关管Q1的受控制与功率因数控制器的驱动端连接，线圈L1A的输出端通过电容C1接地，开关管Q1、线圈L1A、电容C1和功率因数控制器构成功率因数校正电路；整流模块前级的交流电路中串联有热敏电阻，热敏电阻并联有继电器，还设有用于控制继电器开合的开关管Q2，开关管Q2连接有用于控制其导通和截止的第一电压反馈电路，第一电压反馈电路用于采样第一直流电。提高功率因数，减小无功电流，提升了电源效率。
本发明提供的一种大功率模拟电池具有以下优点：
输出同步跟随单元的谐振控制器输出电压驱动信号波形，给到LCC电路用于功率变换，经过LCC电路变换，为输出提供电压，输出端的电压和电流信号给到电压电流反馈电路，电压电流反馈信号通过光耦控制电路，传递到谐振控制器的反馈端，从而控制电源的电压和电流输出；功率输出单元的输出电压信号，输入到光耦控制电路，控制输出同步跟随单元的电压跟随整个大功率模拟电池的输出电压。前级供电采用可调LCC开关电源，可大范围缩小大功率仪器的体积和减轻仪器的质量；通过电压跟随调节可增大模拟电池输出可调的电压范围；模拟电池功率输出采用线性调节的功率管，改善输出电压质量。
附图说明
图1为本发明提供的大功率模拟电池系统框图；
图2为本发明提供的功率因数校正单元功能框图；
图3为本发明提供的功率因数校正单元电路结构示意图；
图4为本发明提供的输出同步跟随单元功能图；
图5为本发明提供的输出同步跟随单元结构图；
图6为本发明提供的谐振控制器驱动电路结构示意图；
图7为本发明提供的谐振控制器LCC电路结构图；
图8为本发明提供的功率输出单元功能框图；
图9为本发明提供的功率输出电路结构示意图；
图10为本发明提供的ADC、DAC和电压测量电路结构示意图；
图11为本发明提供的充电和放电功率电路结构图；
图12为本发明提供的输出保护开关和输出保护控制电路结构图；
图13为本发明提供的检流电路、电流档位切换开关和电流档位控制电路结构图；
图14为本发明提供的压差及光耦控制电路结构示意图；
图15为本发明提供的电压调档及光耦控制电路结构示意图。
图中：VCC1、第一直流电；VCC2、第二直流电；VCC3、第三直流电；VCC4、第四直流电；VCC5、第五直流电；VO、末端直流电。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本申请中涉及开关管词汇，开关管为MOS管、三极管和IGBT等的统称，在实施例中通常以为NMOS管为例，由此定义漏极为其第一开关端，源极为其第二开关端，栅极为其受控端。
参阅图1至图15，本发明提供了一种大功率模拟电池，包括功率因数校正单元、输出同步跟随单元和功率输出单元。其中，功率因数校正单元用于将输入的市用交流电转换为高压的第一直流电VCC1，并可对其功率因数进行校正，提高功率因数，减小无功电流；输出同步跟随单元，从功率因数校正单元获取第一直流电VCC1，输出2至52V的第三直流电VCC3；功率输出单元获取第三直流电VCC3，输出末端直流电VO，并将末端直流电VO反馈给输出同步跟随单元，使得输出同步跟随单元跟随功率输出单元中调整管的压差进行调节或固定电压工作时，始终维持在固定电压，减少功率调整管自身的功耗，提升大功率模拟电池系统工作的稳定性，满足了当前电池容量增大的测试需求，降低了发热量，对元件的散热以及散热器的优化提供便利，进而减少了大功率模拟电池本身的体积和质量，让大功率模拟电池更加轻便、便于携带。
电感性负载或电容性负载使电网的功率因数小于1,过小的功率因数浪费了供电设备的容量,本发明提供了功率因数校正单元针对功率因数进行校正。
参阅图3，功率因数校正单元具有PFC模块，PFC模块包括用于和市用交流电连接的第一共模电感、与第一共模电感连接的第二共模电感，与第二共模电感连接的整流模块，整流模块的正极连接有线圈L1A，线圈L1A的输出端分别与开关管Q1的漏极连接，开关管Q1的源极接地，开关管Q1的栅极与功率因数控制器的驱动端连接，开关管Q1、线圈L1A、电容C1和功率因数控制器构成功率因数校正电路，当开关管Q1导通时，电流流经线圈L1A，在线圈L1A未饱和前，电流线性增加，电能以磁能的形式储存在线圈L1A中，此时，电容C1放电为后级的负载提供能量；当开关管Q1截止时，线圈L1A两端产生自感电动势，以便保持电流方向不变。由此，自感电动势与整流模块输出的电源串联向电容C1和负载供电。
优选的，开关管Q1为NMOS管。
由此带来的有益效果为：输入电流完全连续，并且在整个输入电压的正弦周期内都可以调制，因此可获得很高的功率因数；线圈L1A电流即为输入电流，容易调节；开关管Q1的栅极驱动信号地与输出共地，驱动简单；输入电流连续，开关管Q1的电流峰值较小，对输入电压变化适应性强，即便市电电压变化大的场合。
参阅图2，功率因数校正单元包括辅助电源，用于产生低压的第二直流电VCC2，提供给功率因数控制器供电。
为了避免开机瞬间产生的浪涌电流，在整流模块前级的交流电路中串联有一个功率型的热敏电阻，具体设置在第一共模电感和第二共模电感之间，该热敏电阻为负温度系数的热敏电阻，其电阻值随温度增大而减小，当负载过重时，流经热敏电阻的电流增大，其温度升高，为了防止温度过高烧坏热敏电阻，还设有第一电压反馈电路，第一电压反馈电路用于采集第一直流电VCC1的电压，第一电压反馈电路的输出端连接有开关管Q2，即与开关管Q2的基极连接，开关管Q2的发射极接地，热敏电阻并联有继电器，继电器的两个常开触点连接在热敏电阻的两端，继电器的线圈两端分别与低压直流电VCC2、开关管Q2的集电极连接，通过开关管Q2去控制继电器的开合，当输出的电流过高时，继电器内的开关闭合，将热敏电阻短路，避免了热敏电阻被烧坏。
优选的，开关管Q2为NPN型三极管。
在一个实施例中，高压直流电VCC1的典型值为390V，低压直流电VCC2的典型值为12V。
参阅图4，输出同步跟随单元包括与功率因数校正单元的输出端口连接的输入端口，从从功率因数校正单元获取第一直流电VCC1和第二直流电VCC2，还包括与功率输出单元连接的控制输入端口，用于提供12V电源和控制信号，最终输出第三直流电VCC3给功率输出单元。
参阅图5，输出同步跟随单元包括初级辅助电源和次级辅助电源，初级辅助电源将第二直流电VCC2转换为第四直流电VCC4给谐振控制器供电；其中，控制输入端口的12V给次级辅助电源供电，次级辅助电源将其转换成第五直流电VCC5以及2.5V电压给电压电流反馈电路供电，控制信号用于光耦控制电路。
参阅图6，输出同步跟随单元包括谐振控制器，用于输出50％的占空比，在同一时间，高端和低端180度反相。谐振控制器连接有第一直流电VCC1和第四直流电VCC4，输出电压驱动信号SQH，并包括多个受光耦控制电路控制的受控端，光耦控制电路与受控端连接；其中，谐振控制器的高端悬浮门极驱动输出引脚边接有PNP型的三极管Q8的基极，谐振控制器的低端门极驱动输出引脚边接有PNP型的三极管Q7的基极，三极管Q8的发射极与开关管Q4的栅极连接，开关管Q4的漏极与第一直流电VCC1连接；三极管Q7的发射极与开关管Q6的栅极连接，开关管Q6的漏极与开关管Q4的源极连接，开关管Q4的源极接地，三极管Q7的集电极接地；谐振控制器的高端门极驱动的浮地引脚分别与三极管Q8的集电极、开关管Q4的源极连接，通过该电路将第一直流电VCC1调制产生电压驱动信号SQH。
参阅图7，电压驱动信号SQH输入至LCC电路，LCC电路包括同步整流控制器U8，电压驱动信号SQH输入至变压器T3B，变压器T3B具有初级侧线圈LR3、带中心抽头的次级侧线圈T3D和T3E，初级侧线圈LR3的一端与电压驱动信号SQH连接，初级侧线圈LR3的另一端通过X电容CR3接地，X电容CR3用于消除差模干扰；次级侧线圈的两端分别连接有开关管Q13的漏极、开关管Q14的漏极，中心抽头用于输出输出2至52V的第三直流电VCC3。
同步整流控制器U8的第一漏极端与开关管Q14的漏极连接，第一栅极端与开关管Q14的栅极连接，第一源极端与开关管Q14的源极连接；同步整流控制器U8的第二漏极端与开关管Q13的漏极连接，第二栅极端与开关管Q13的栅极连接，第二源极端与开关管Q13的源极连接。
LCC电路还包括初级侧电流取样电路，在变压器T3B的初级侧采集电流，反馈至谐振控制器。初级侧电流取样电路包括与初级侧线圈LR3另一端连接的电阻R68，电阻R68通过串联电容C6与用于抑制传导干扰的开关二极管D5的中间结点连接，开关二极管D5包括两个首尾连接的二极管，开关二极管D5的阳极接地，开关二极管D5的阴极通过CS线路与谐振控制器的电流检测信号输入端连接。
进一步的，开关二极管D5的阴极还连接有阻容滤波电路，分别通过电阻R75、电容R79和电容C21接地，并联的电阻R75、电容R79和电容C21构成阻容滤波电路。
上述LCC电路包括多个相同的电路，多个LCC电路之间形成并联，增大了输出功率和输出的稳定性。
参阅图5，电压电流反馈电路包括电压反馈电路和电流反馈电路，光耦控制电路包括第一光耦、第二光耦和第三光耦，控制输入端口通过PS_ON线路控制第一光耦，次级辅助电源给电压反馈电路提供2.5V供电，控制输入端口通过第三直流电VCC3和末端直流电VO控制第二光耦，第二光耦和第三光耦的输出端并联，第三光耦的输出端分别与谐振控制器的间歇工作模式门限引脚、最低振荡频率设置引脚连接。
电压反馈电路检测第三直流电VCC3的电压值，通过第一光耦控制初级辅助电源，使初级辅助电源输出或关断第四直流电VCC4，当检测到第三直流电VCC3过压时，初级辅助电源关断输出，实现过压保护作用。
电流检测电路检测第三直流电VCC3的电流值，通过第三光耦反馈至谐振控制器，可以使谐振控制器工作或待机，实现间歇工作。
参阅图8，功率输出单元包括功率输出电路、MCU、ADC、DAC、通讯电路、电源控制接口和电压测量电路，其中，MCU用于功率输出电路的整体系统控制；ADC用于模拟到数字信号转换；DCA用于数字到模拟信号转换；通讯电路用于MCU与外部通信；电源控制接口用于提供控制信号；电压测量电路用于测量功率输出电路输出的电压；控制输入端口作用共用接口，同时与功率输出单元和输出同步跟随单元连接，用于提供电压和控制信号，包括Ct1_Up和Ct1_Down等控制信号。
功率输出电路可用于放电和充电，这里的放电是指功率输出电路对外提供电压，供外部用电设备工作；充电是指功率输出单元作为负载消耗电能，用于完成被测产品的充电功能测试。
参阅图9，功率输出电路包括位于上部的放电功率调整管和位于下部的充电功率调整管，放电功率调整管的电源输入端用于连接输出同步跟随单元的第三直流电VCC3，经Ct1_Up信号线路控制，使放电功率调整管根据预定频率进行开关动作，Output_V线路获取电压，最终输出末端直流电VO，提供给外部用电设备。
充电时则把外部电压引入到功率输出电路的Output_V线路，经Ct1_Down信号线路控制，使充电功率调整管根据预定频率进行开关动作，由充电功率调整管消耗电能，这样完成被测产品充电的测试。
具体地，如图11所示，放电功率调整管包括开关管Q15，开关管Q15的漏极用于输入第三直流电VCC3，开关管Q15的源极通过电阻R19与Output_V线路连接，开关管Q15的栅极与Ct1_Up信号线路连接，当Ct1_Up信号线路为高电平时，开关管Q15导通，第三直流电VCC3落入Output_V线路，由此对外放电。
进一步的，为了提高输出功率和输出的稳定性，还包括受开关管Q15导通后控制的开关管Q16，开关管Q16的漏极用于输入第三直流电VCC3，开关管Q16的源极通过电阻R32与Output_V线路连接，开关管Q16的栅极与比较器U6的输出端连接，比较器U6的反相输入端通过电阻R26从线路Clt_VCC获取有参考电压，比较器U6的同相输入端与开关管Q15的源极连接，比较器U6的正极端与线路Clt_VCC，比较器U6的负极端与Output_V线路连接。当开关管Q15导通时，比较器U6输出高电平使开关管Q16导通，第三直流电VCC3加载到Output_V线路的通路增加。电阻R19和电阻R32电阻极小，可以承载大电流，优选为合金电阻。
放电时，开关管Q15在先导通，开关管Q16之后才跟随导通，该时延避免了同时导通的造成的电流冲击，另外通过Ctl_VCC可单独控制开关管Q16，控制导通开关管的数量，控制输出功率；开关管Q15和开关管Q16为线性调节的功率管，改善输出电压质量。
开关管Q16和比较器U6的组合电路可以为更多个，第三直流电VCC3加载到Output_V线路的通路进一步增加，提高了输出电流，输出的稳定性增强，输出功率增大。
充电功率调整管包括开关管Q17，开关管Q17的漏极用于输入Output_V线路的电压，即被测产品测试充电功能时，Output_V线路上为被测产品的电源电压，开关管Q17的源极通过电阻R27与地线GND连接，开关管Q17的栅极与Ct1_Down信号线路连接，当Ct1_Down信号线路为高电平时，开关管Q17导通，被测产品的电源落入地线GND，由此消耗电能。
进一步的，为了提高负载能力，还包括受开关管Q17导通后控制的开关管Q18，开关管Q18的漏极用于输入Output_V线路的电压，开关管Q18的源极通过电阻R33与地线GND连接，开关管Q18的栅极与比较器U7的输出端连接，比较器U7的反相输入端通过电阻R31从12V电源上获取有参考电压，比较器U7的同相输入端与开关管Q17的源极连接，比较器U7的正极端设有12V电压，比较器U7的负极端与地线GND连接。当开关管Q17导通时，比较器U7输出高电平使开关管Q18导通，Output_V线路的电压加载到地线GND的通路增加。电阻R27和电阻R33电阻极小，可以承载大电流，优选为合金电阻。
开关管Q18和比较器U7的组合电路可以为更多个，Output_V线路的电压加载到地线GND的通路进一步增加，提高了负载能力，负载的稳定性增强，负载功率增大。
开关管Q15、开关管Q16、开关管Q17和开关管Q18优选为线性功率NMOS管，能有效抑制以往模拟电池DC/DC开关输出产生的毛刺干扰，提高动态响应的速度，输出电压杂波干扰小，电压纯净稳定，提升模拟电池测试产品的质量和效率；通过Ct1_Up信号线路、Ct1_Down信号线路通过改变占空比，来改变输出电流的时间长短，以此改变平均电流大小。
参阅图9，在地线GND上串联有检流电阻，通过输出电流放大电路采集检流电阻两端的电压并发送给MCU。检流电阻包括用于检测安培级别电流大小的第一检流电阻、用于检测毫安培级别电流的第二检流电阻。
在地线GND上还设有电流档位切换开关，电流档位切换开关与第二检流电阻并联，MCU通过电流档位控制电路控制电流档位切换开关，当电流档位切换开关断开时，电路中电流较小，第二检流电阻起主要作用，检测电流更加精确；当电流档位切换开关闭合时，电路中可流经较大电流，第二检流电阻被短路，第二检流电阻不起作用；针对不同的应用场景，选择电流档位切换开关断开或闭合。
电流档位切换开关的切换可以是自动的，也可以是手动的，优选为由MCU控制的自动切换，自动时根据由输出电流放大电路检测到的电流情况作为判断依据，当电流减小至预定值时自动切换为小电流档位，模拟电池在某一时间段充放电的电压变化，也使电流的测量更加精确，测试产品静态电流和功耗非常方便；手动时，可以通过控制面板去设置，根据用户需求去调节。
具体地，参阅图13，电阻R41为第一检流电阻，电阻R40为第二检流电阻，开关管Q23和开关管Q24构成电流档位切换开关，三极管Q26和三极管Q27、电阻R38和电阻R39构成电流档位控制电路。
可以理解，为了增大电路中的输出电流，提高输出功率，可以设置多个开关管分别与开关管Q23和开关管Q24并联。
优选的，开关管Q23和开关管Q24为NMOS管。
进一步的，开关管Q23的漏极和源极之间还并联有电容C11，用于减小开关尖峰，同时降低了电磁辐射。
当MCU通过端口A/mA产生低电平时，三极管Q26截止，三极管Q27的基极通过上拉电阻R38获取电压，三极管Q27导通，开关管Q23和开关管Q24的栅极获取开启电压而导通，即电流档位切换开关闭合，第二检流电阻被短路掉，电路中可流经较大电流，第一检流电阻检测电路中的安培级电流，通过输出电流放大电路反馈给MCU。
当MCU通过端口A/mA产生高电平时，三极管Q26导通，使三极管Q27的基极接地，三极管Q27截止，开关管Q23和开关管Q24的栅极失去开启电压而截止，即电流档位切换开关断开，电流流经第二检流电阻，电路中流经较小电流，第二检流电阻检测电路中的毫安培级别电流，通过输出电流放大电路反馈给MCU。
为了分别检测充电和放电时的电流，输出电流放大电路包括运放U9-A和运放U9-B，第一检流电阻(R41)的第1端分别与运放U9-A的反相输入端、运放U9-B的同相输入端连接，第一检流电阻(R41)的第2端分别与运放U9-A的同相输入端、运放U9-B的反相输入端连接；第二检流电阻(R40)的第1端分别与运放U9-A的同相输入端、运放U9-B的反相输入端连接，第二检流电阻(R40)的第2端通过反向并联的二极管D3和二极管D4，然后与运放U9-A的同相输入端、运放U9-B的反相输入端连接；由此实现了分别从不同电流方向进行电流放大。
参阅图9，在地线GND上还设有输出保护开关，根据由输出电流放大电路检测到的电流情况作为判断依据，MCU通过输出保护控制电路控制输出保护开关，在电流过大超过阈值时关断输出保护开关。
参阅图12，输出保护开关包括开关管Q19和开关管Q20，开关管Q19的漏极与保护前端的线路连接，开关管Q19的源极与开关管Q20的源极连接，开关管Q20的漏极即为保护后端的输出线路，开关管Q19和开关管Q20的栅极与输出保护控制电路连接。
输出保护控制电路包括光耦Q21和光耦Q22，光耦Q21的发射极与开关管Q19的源极连接，光耦Q21的集电极分别与开关管Q19及开关管Q20的栅极连接，光耦Q22的发射极通过电阻R37与光耦Q21的集电极连接，光耦Q22的集电极设置有12V电压；光耦Q22阴极接地，光耦Q22的通过两个串联的电阻R35、电阻R36与光耦Q21的阴极连接，光耦Q21的阳极设置有3.3V电压，电阻R35和电阻R36的中间结点与MCU的端口OUT连接。
MCU通过其端口OUT产生高低电平，使光耦Q21和光耦Q22交替工作，当光耦Q21工作时，光耦Q21的内部三极管导通，使得开关管Q19和开关管Q20的VGS为0，VGS<VTH，开关管Q19和开关管Q20截止，即输出保护开关断开，起到保作用；当光耦Q22工作时，光耦Q22的内部三极管导通，使得开关管Q19和开关管Q20的栅极获取电压，VGS>VTH，开关管Q19和开关管Q20导通，即输出保护开关闭合，形成通路。
进一步的，可以设置多个开关管分别与开关管Q19、开关管Q20并联，用以增大输出电流，提高输出功率。
可以理解，上述检流电阻、电流档位切换开关和输出保护开关也可以设置在Output_V线路上。
如图9所示，常规的模拟电池使用MCU直接与输出电流放大电路连接，由此MCU直接对模拟量进行采样，具有响应速度快的优点，受限于MCU自身的特点，导致显示的精度不高。
如图10所示，为了提供电流显示的精度，设有用于将电流模拟量转换为数字量的电流信号ADC，电流信号ADC的输入端与检流电阻的两端连接，电流信号ADC的输出端与MCU连接，经过单独的高精度电流信号ADC采样号再发送给MCU，可以提高采样的精度。
进一步的，电流信号ADC包括电流安档ADC和电流毫安档ADC，电流安档ADC和电流毫安档ADC的输入端分别与第一检流电阻和第二检流电阻的两端连接。
电压测量电路包括本机输出采样电路和远端输出采样电路，本机输出采样电路用于采用本机端口的输出电压；由于被测产品使用时输电线存在过长的情形，造成输电线上存在压降，显示的电压并不代表被测产品获取的真实电压值，为此还设有远端输出采样电路，使用远端采样解决大电流压降问题。
进一步的，为了提高电压测量的精度，还包括电压信号ADC，采样更加精准，显示更加精确。
显示屏控制的参数，或是外部上位机、ATE测试柜等参数设置的数据，则由通讯电路发送到MCU，经过MCU处理，由DAC转换之后，发送给到功率输出电路，进而控制输出电压。
优选的，通讯电路为RS485通讯电路。
参阅图14，为解决功率输出电路中放电功率调整管的压差问题，光耦控制电路分别从功率输出单元获取第三直流电VCC3、末端直流电VO，因为放电功率调整管存在压差，末端直流电VO的电压会低于第三直流电VCC3，当两者电压差低于阈值后，第二光耦Q30工作，第二光耦Q30中的三极管导通，将谐振控制器的相关功率引脚拉低，促使谐振控制器调整输出频率，进而改变第三直流电VCC3和末端直流电VO，即输出同步跟随单元跟随功率输出单元中调整管的压差进行调节或固定电压工作时，始终维持在固定电压，减少功率调整管自身的功耗，提升大功率模拟电池系统工作的稳定性，满足了当前电池容量增大的测试需求，降低了发热量，对元件的散热以及散热器的优化提供便利，进而减少了大功率模拟电池本身的体积和质量，让大功率模拟电池更加轻便、便于携带。
具体地，第二光耦Q30的集电极与谐振控制器连接，第二光耦Q30的发射极接入地HGND，第二光耦Q30的阳极通过恒流电路连接有第三直流电VCC3，所述第二光耦Q30的阴极与末端直流电VO连接，第三直流电VCC3与末端直流电VO的电压之间构成外部压差信号，恒流电路进行限流，提高了控制精度。恒流电路包括NPN型的三极管Q31和三极管Q32，三极管Q31的基极与三极管Q32的发射极连接，三极管Q31的集电极与三极管Q32的基极连接，三极管Q31的基极与发射极之间设有用于电流采样的电阻R46，三极管Q31的发射极与第二光耦Q30的阳极连接，三极管Q32的基极通过偏置电阻R47连接有所述直流开关电源。
此外，参阅图15，电压调档电路从功率输出单元获取第三直流电VCC3，通过比较器U10、光耦Q33反馈至谐振控制器，用于调整谐振控制器的振荡频率，实现电压调档。比较器U10的同相输入端通过由电阻R49和电阻R50构成的电阻分压电路从第三直流电VCC3获取分压，比较器U10的反相输入端设有参考电压，比较器U10的输出端通过电阻R51与光耦Q33的阳极连接，光耦Q33的阴极连地，光耦Q33的集电极与输出同步跟随单元的谐振控制连接，光耦Q33的发射极接地。
综上所述，本发明提供的大功率模拟电池，针对现有技术的缺点进行改进，输出同步跟随单元的谐振控制器输出电压驱动信号波形，给到LCC电路用于功率变换，经过LCC电路变换，为输出提供电压，输出端的电压和电流信号给到电压电流反馈电路，电压电流反馈信号通过光耦控制电路，传递到谐振控制器的反馈端，从而控制电源的电压和电流输出；功率输出单元的输出电压信号，输入到光耦控制电路，控制输出同步跟随单元的电压跟随整个大功率模拟电池的输出电压。前级供电采用可调LCC开关电源，可大范围缩小大功率仪器的体积和减轻仪器的质量；通过电压跟随调节可增大模拟电池输出可调的电压范围；模拟电池功率输出采用线性调节的功率管，改善输出电压质量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大功率模拟电池，包括用于输出末端直流电(VO)的功率输出单元，其特征在于，还包括用于输出第三直流电(VCC3)的输出同步跟随单元，所述功率输出单元包括功率输出电路，所述功率输出电路的电源输入端与输出同步跟随单元的电源输出端连接，所述功率输出电路设有放电功率调整管，所述输出同步跟随单元根据所述放电功率调整管的输入端与输出端之间的压差信号进行动态调节输出第三直流电(VCC3)。
2.根据权利要求1所述的大功率模拟电池，其特征在于，所述功率输出单元和输出同步跟随单元之间设有反馈所述压差信号的光耦控制电路。
3.根据权利要求2所述的大功率模拟电池，其特征在于，所述输出同步跟随单元包括用于功率变换的LCC电路，用于向LCC电路提供电压驱动信号的谐振控制器，所述光耦控制电路反馈所述压差信号至谐振控制器，所述LCC电路输出第三直流电(VCC3)至所述功率输出单元。
4.根据权利要求3所述的大功率模拟电池，其特征在于，所述输出同步跟随单元还包括电压电流反馈电路，用于向谐振控制器反馈第三直流电(VCC3)的参数。
5.根据权利要求4所述的大功率模拟电池，其特征在于，所述LCC电路包括变压器、同步整流控制器以及由同频整流控制器控制的开关管Q13和开关管Q14，所述变压器的初级侧用于输入电压驱动信号，所述变压器的次级侧设有用于输出第三直流电(VCC3)的中心抽头，次级侧的两端分别与开关管Q13和开关管Q14的第一开关端连接，所述开关管Q13和开关管Q14的第二开关端分别与同步整流控制器连接，所述开关管Q13和开关管Q14的受控端分别与同步整流控制器连接。
6.根据权利要求5所述的大功率模拟电池，其特征在于，所述LCC电路还包括用于向谐振控制器反馈初级侧电流的初级侧电流取样电路。
7.根据权利要求1所述的大功率模拟电池，其特征在于，所述放电功率调整管包括开关管Q15，还包括受开关管Q15控制的开关管Q16，所述开关管Q16的受控端与比较器U6的输出端连接，所述比较器U6的同相输入端与开关管Q15的第二开关端连接，比较器U6的反相输入端设有参考电压，开关管Q15和开关管Q16的第一开关端输入有第三直流电(VCC3)，开关管Q15和开关管Q16的第二开关端用于输出末端直流电(VO)。
8.根据权利要求7所述的大功率模拟电池，其特征在于，所述功率输出单元还包括用作负载测试的充电功率调整管，所述功率输出电路的输出线路上还串联有检流电阻、电流档位切换开关和输出保护开关。
9.根据权利要求8所述的大功率模拟电池，其特征在于，还包括电压调档电路，用于从功率输出单元获取第三直流电(VCC3)，通过比较器U10、光耦Q33反馈至输出同步跟随单元。
10.根据权利要求1至9任一项所述的大功率模拟电池，其特征在于，包括用于向输出同步跟随单元提供第一直流电(VCC1)压的功率因数校正单元，所述功率因数校正单元具有PFC模块，所述PFC模块包括用于和市电连接的第一共模电感、与第一共模电感连接的第二共模电感，与第二共模电感连接的整流模块，所述整流模块的正极连接有线圈L1A的输入端，线圈L1A的输出端与开关管Q1的第一开关端连接，开关管Q1的第二开关端接地，开关管Q1的受控制与功率因数控制器的驱动端连接，线圈L1A的输出端通过电容C1接地，所述开关管Q1、线圈L1A、电容C1和功率因数控制器构成功率因数校正电路；整流模块前级的交流电路中串联有热敏电阻，所述热敏电阻并联有继电器，还设有用于控制继电器开合的开关管Q2，开关管Q2连接有用于控制其导通和截止的第一电压反馈电路，第一电压反馈电路用于采样第一直流电(VCC1)。
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