CN115932639A

CN115932639A - 一种电子负载dc端控制方法及系统

Info

Publication number: CN115932639A
Application number: CN202211549900.2A
Authority: CN
Inventors: 张自飞; 陈凯
Original assignee: 749 Nanjing Electronic Research Institute Co ltd
Current assignee: 749 Nanjing Electronic Research Institute Co ltd
Priority date: 2022-12-05
Filing date: 2022-12-05
Publication date: 2023-04-07

Abstract

本发明提出了一种电子负载DC端控制方法及系统，解决了常规能馈式电子负载DC端控制方式单一，易造成硬件成本和能源的浪费的问题，其主要技术方案包括S1、以恒定电阻构建双向Buck‑Boost电路，以一定斜率对电压设定值或电流设定值进行设置，同时通过ADC采样电路获得采样电压以及采样电流；S2、切换双向Buck‑Boost电路中的功率管Q1、Q2工作状态以对应不同工作模式，环路选择包括恒定电压优先与恒定电流优先，S3、将判定过程经信号放大电路放大，再由PWM产生驱动信号输出。

Description

一种电子负载DC端控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电子负载测试技术领域，尤其涉及一种电子负载DC端控制方法及系统。

背景技术

电子负载是指能模拟真实负载某些特性的电子设备，它不仅可以模拟不同数值的电阻的组合，而且可模拟非线性负载的某些特性，电子负载具有调节方便、通用性强、精度高、稳定性好等特点，是电源试验测试用负载的发展方向。

能量回款型电子负载既能模拟各种负载特性，又能将电能无污染的回馈电网，是当前电子负载发展的必然趋势，与普通电阻负载相比，它的工作方式利用电力电子变换技术在完成测试功率试验的前提下，将被测电源的输出能量循环再生利用，既节约能源又不产生大量的热量，避免了试验场所环境升高的问题，本申请针对能馈式电子负载DC端控制策略进行进一步探究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种能够模拟传统电子负载的各项功能，极大的节约硬件成本和能源的浪费的电子负载DC端控制方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种电子负载DC端控制方法，包括如下步骤：

S1、以恒定电阻构建双向Buck-Boost电路，以一定斜率对电压设定值或电流设定值进行设置，同时通过ADC采样电路获得采样电压以及采样电流；

S2、切换双向Buck-Boost电路中的功率管Q1、Q2工作状态以对应不同工作模式，环路选择包括恒定电压优先与恒定电流优先，判定步骤如下，

当充电采样电流大于电流最小值、充电设定功率大于采样功率或放电采样电流大于电流最小值、放电设定功率大于采样功率时，环路以恒定电压模式工作，

当充电采样电压大于充电截止电压时、充电设定功率大于采样功率或放电采样电压大于放电截止电压时，环路以恒定电流模式工作。

S3、将判定过程经信号放大电路放大，再由PWM产生驱动信号输出。

进一步地，所述双向Buck-Boost电路工作模式包括，

双向模式，Q1、Q2同时工作且为互补控制；

纯源模式，Q1工作，Q2不工作，双向Buck-Boost电路工作在Buck模式；

纯载模式，Q1不工作，Q2工作，双向Buck-Boost电路工作在Boost模式。

进一步地，所述环路工作模式还包括恒定采样电流优先模式与恒定功率优先模式。

一种电子负载DC端控制系统，包括：

恒功率模块，用于恒功率充电和恒功率放电状态转换；

恒流模块，用于恒流充电和恒流放电状态转换；

电压限制模块用以负责充电情况下充电电压截止以及放电情况下放电电压截止；

驱动生成模块，用以各个控制模块选择判定以实现电路环路以恒定电压模式或恒定电流模式工作，并产生最终PWM驱动信号；

保护模块，用以负责器件在承受外部硬力情况下的及时动作。

进一步地，所述驱动生成模块采用TMS320F280049控制器。

一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于:所述处理器执行所述程序时实现上述所述的电子负载DC端控制方法的步骤。

一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时用于实现上述所述的电子负载DC端控制方法的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过控制模块组合同时实现了对外部设备进行冲放电功能也就是模拟传承意义的电子负载，配合一定的功率双向硬件电路，通过灵活的数字环路控制，提高设备可靠性，通过功率双向Buck-Boost拓扑配合此算法可以完全模拟传统电子负载的各项功能，极大的节约硬件成本和能源的浪费。

附图说明

参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：

图1示意性显示了根据本发明一个实施方式提出的CV优先模式控制流程图；

图2示意性显示了根据本发明一个实施方式提出的CC优先模式控制流程图；

图3示意性显示了根据本发明一个实施方式提出的电路结构图。

具体实施方式

容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

根据本发明的一实施方式结合图1-图3示出。

传统电子负载采用功率耗散型实现CV、CC、CW功能实现，本发明功率回路采用双向Buck-Boost实现，控制算法采用数字恒压CV、数字恒流CC、数字恒功率CW控制，可以无缝实现能量的双向流通，通过功率双向Buck-Boost拓扑配合此算法可以完全模拟传统电子负载的各项功能，极大的节约硬件成本和能源的浪费。

对于电子负载DC端控制系统的构建，控制模块包括：恒功率模块、恒流模块、电压限制模块、驱动生成模块，其中，主功率电路用于实现功率部分电流搬运工作。

保护模块主要负责器件在承受一定硬力情况下及时动作；恒功率模块负责功率的正负切换也就是恒功率充电和恒功率放电状态转换；恒流模块负责电流的正负切换也就是恒流充电和恒流放电状态转换；电压限制模块分为电压高限VH，电压低限VL,VH负责充电情况下充电截止电压，VL负责放电情况下放电截止电压；

各个环路控制模块通过一定逻辑判断选择相应模块，送入驱动生成模块，产生最终PWM驱动信号。

本发明通过控制模块组合同时实现了对外部设备进行冲放电功能也就是模拟传承意义的电子负载，配合一定的功率双向硬件电路，通过灵活的数字环路控制，提高设备可靠性。

对于本方案电子负载DC端控制方法，具体步骤如下，首先本发明所采用的核心控制器为TMS320F280049，先以恒定电阻构建双向Buck-Boost电路，以一定斜率对电压设定值或电流设定值进行设置，同时通过ADC采样电路获得采样电压以及采样电流并通过ADC采样获得输出电压、电流信号。

本算法设计控制主功率管即图3中Q1和Q2处在不同的工作状态，分别让其工作在双向模式、纯源模式与纯载模式，以下分别对其三种工作状态进行讨论。

工作在双向模式时功率管Q1、Q2同时工作，上管和下管为互补控制这时电流可以工作在一二现象，通过环路选择以CV优先进行讨论如果这时+Isam>lIim、+Pset>Psam、-Isam>lIim、-Pset>Psam此时环路工作在定电压模式，同理通过环路判断可以分别工作在+Isam模式、+Pset模式、-Isam模式、-Pset模式，CV电压优先模式设定值Vset以一定斜率进行设置避免输出有一定过冲。CC优先模式以Iset设定值以一定斜率步进设置防止电流过冲，同时可以具有恒流放电(-Iset)，恒流充电(+Iset),放电截止电压有CVL电压确定，放电功率由-Pset确定，充电截止电压有CVH电压确定，充电功率由+Pset确定。纯源模式关闭Q2Buck-Boost工作在Buck模式，纯载模式关闭Q1 Buck-Boost工作在Boost模式，以上算法适应于以上三种模式。

以下分别对CV、CC、CP算法进行说明，算法分别采用数字Type2和Type3补偿器进行实现完成。

电压环CV通过3P3Z进行补偿电流环CC和功率环CP通过2P2Z进行补偿，

电压环指针说明

CNTL_3P3Z_F_VARScntl3p3z_Voltage_vars、CNTL_3P3Z_F_COEFFS cntl3p3z_Voltage_coeff

cntl3p3z_Voltage_vars.Ref设定电压Vset；

cntl3p3z_Voltage_vars.Fdbk采样电压Vsma；

cntl3p3z_Voltage_coeff分别为电压环滤波器系列A1-A3、B0-B3；

void CNTL_3P3Z_F_FUNC(CNTL_3P3Z_F_COEFFS*v,CNTL_3P3Z_F_VARS*k){

/*Calculate error*/

k->Errn＝k->Ref-k->Fdbk；

//k->Errn＝k->Fdbk-k->Ref；

k->Out＝(v->Coeff_A3*k->Out3)+(v->Coeff_A2*k->Out2)+(v->Coeff_A1*k->Out1)

+(v->Coeff_B3*k->Errn3)+(v->Coeff_B2*k->Errn2)+(v->Coeff_B1*k->Errn1)+(v->Coeff_B0*k->Errn)；

/*Update error values*/

k->Errn3＝k->Errn2；

k->Errn2＝k->Errn1；

k->Errn1＝k->Errn；

/*Determine new output*/

k->Out＝(k->Out<v->Max)？k->Out:v->Max；

k->Out＝(k->Out>v->IMin)？k->Out:v->IMin；

/*Store outputs*/

k->Out3＝k->Out2；

k->Out2＝k->Out1；

k->Out1＝k->Out；

/*Saturated output*/

//k->Out＝((k->Out>v->Min)？k->Out:v->Min)；

}

电流环指针说明

CNTL_2P2Z_F_VARS cntl2p2z_Curr_vars、CNTL_2P2Z_F_COEFFS cntl2p2z_Curr_coeff；

cntl3p3z_Curr_vars.Ref设定电流Iset(正负设置)；

cntl3p3z_Curr_vars.Fdbk采样电流Isma

cntl3p3z_Curr_coeff分别为电流环滤波器系列A1-A2、B0-B2；

功率环指针说明

CNTL_2P2Z_F_VARS cntl2p2z_Power_vars、CNTL_2P2Z_F_COEFFS cntl2p2z_Power_coeff；

cntl3p3z_Power_vars.Ref设定功率(正负设置)；

cntl3p3z_Power_vars.Fdbk采样电压Vsma**Isma

cntl3p3z_Power_coeff分别为功率环滤波器系列A1-A2、B0-B2；

void CNTL_2P2Z_F_FUNC(CNTL_2P2Z_F_COEFFS*v,CNTL_2P2Z_F_VARS*k){

/*Calculate error*/

k->Errn＝k->Ref-k->Fdbk；

k->Out＝(v->Coeff_A2*k->Out2)+(v->Coeff_A1*k->Out1)+(v->Coeff_B2*k->Errn2)

+(v->Coeff_B1*k->Errn1)+(v->Coeff_B0*k->Errn)；

/*Update error values*/

k->Errn2＝k->Errn1；

k->Errn1＝k->Errn；

/*Determine new output*/

k->Out＝(k->Out<v->Max)？k->Out:v->Max；

k->Out＝(k->Out>v->IMin)？k->Out:v->IMin；

/*Store outputs*/

k->Out2＝k->Out1；

k->Out1＝k->Out；

/*Saturated output*/

//k->Out＝((k->Out>v->Min)？k->Out:v->Min)；

}

本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的保护范围内。

Claims

1.一种电子负载DC端控制方法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种电子负载DC端控制方法，其特征在于：所述双向Buck-Boost电路工作模式包括，

双向模式，Q1、Q2同时工作且为互补控制；

3.根据权利要求1所述的一种电子负载DC端控制方法，其特征在于：所述环路工作模式还包括恒定采样电流优先模式与恒定功率优先模式。

4.一种电子负载DC端控制系统，其特征在于，包括：

恒功率模块，用于恒功率充电和恒功率放电状态转换；

恒流模块，用于恒流充电和恒流放电状态转换；

5.根据权利要求4所述的一种电子负载DC端控制系统，其特征在于：所述驱动生成模块采用TMS320F280049控制器。

6.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于:所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至3任一项所述的电子负载DC端控制方法的步骤。

7.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时用于实现上述权利要求1至3任一项所述的电子负载DC端控制方法的步骤。