CN116577689A - 一种模拟负载特性的电子负载装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种模拟负载特性的电子负载装置和方法，包括无桥PFC整流稳压电路、全桥逆变电路、交直流信号采集电路、控制电路、隔离驱动电路和电源转换电路；所述无桥PFC整流稳压电路用于实现前级整流稳压和负载特性模拟功能；所述全桥逆变电路用于实现逆变稳流功能；所述交直流信号采集电路用于采集交直流信号；所述隔离驱动电路用于实现电气隔离；所述电源转换电路用于提供合适的工作电压；所述控制电路用于生成控制所述无桥PFC整流稳压电路和所述全桥逆变电路的控制信号；以实现模拟多种负载特征的功能，并提高负载模拟的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及负载模拟技术领域，具体而言，涉及一种模拟负载特性的电子负载装置和方法。
背景技术
模拟负载技术可以通过模拟器件来模拟电力系统中的各种负载特性，以测试电力系统中电源的性能、稳定性和鲁棒性。现有的模拟负载技术包括以下几种：钨丝负载：使用钨丝等电阻器件，能够模拟线性、非线性等各种负载特性。缺点是需要较大的物理空间和冷却设备，且能量消耗较大。电子负载：使用电子器件来模拟负载特性，可以实现高精度、高速的模拟。缺点是器件成本较高，且可能受到温度和电压的影响。模拟负载电容器：使用可变电容器来模拟不同的负载特性，例如大容量电容器可以用于模拟电机负载特性。缺点是器件体积较大，可能需要多个组分才能完成一个模拟负载电容器。旋变负载：通过改变旋变的位置、速度和方向来模拟变化的负载特性，例如滑动摩擦、惯性和转子传热等。缺点是实现较为困难，需要较为复杂的机械设备。
针对现有模拟负载的缺点，本发明提出了一种模拟负载特性的电子负载装置和方法，通过控制电路对无桥PFC(功率因数校正)整流稳压电路和全桥逆变电路进行自动控制，实现模拟多种负载特征的功能，并提高负载模拟的安全性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模拟负载特性的电子负载装置，包括无桥PFC整流稳压电路、全桥逆变电路、交直流信号采集电路、控制电路、隔离驱动电路和电源转换电路；所述无桥PFC整流稳压电路与所述全桥逆变电路、所述交直流信号采集电路和所述隔离驱动电路通信连接，用于实现前级整流稳压和负载特性模拟功能；所述全桥逆变电路还与所述交直流信号采集电路和所述隔离驱动电路通信连接，用于实现逆变稳流功能；所述交直流信号采集电路还与所述控制电路和所述电源转换电路通信连接，用于采集输入所述无桥PFC整流稳压电路、输入所述全桥逆变电路和输出所述全桥逆变电路的交直流信号；所述隔离驱动电路还与所述控制电路通信连接，用于实现电气隔离，并基于所述控制电路输出的控制信号控制所述无桥PFC整流稳压电路和所述全桥逆变电路；所述电源转换电路还与所述控制电路连接，用于为所述交直流信号采集电路、所述控制电路和所述隔离驱动电路提供合适的工作电压；所述控制电路用于基于所述交直流信号采集电路采集的信号，生成控制所述无桥PFC整流稳压电路和所述全桥逆变电路的控制信号。
进一步的，所述无桥PFC整流稳压电路采用PWM(脉冲宽度调制)整流器的双环控制策略，外环为直流侧电压环，内环为交流电流瞬时值控制环；外环输出电流幅值参数给内环，同时乘上单位正弦得到内环指令瞬时值；其中，所述单位正弦的相位由设定的功率因数和锁相环输出值确定。
进一步的，所述全桥逆变电路采用变调制度SPWM(正弦脉宽调制)调制，根据实际输入电流幅值与要求幅值之间的误差，对逆变单元参考波的调制度进行调整，使所述实际输入电流幅值等于所述要求幅值。
进一步的，生成控制所述无桥PFC整流稳压电路的控制信号，包括：采集输入所述无桥PFC整流稳压电路的电压信号Eac，做锁相环处理，实现锁相功能；采集输出所述无桥PFC整流稳压电路的直流母线电压Udc和交流输入电流Iac，做串级PI D算法处理，实现直流母线侧电压稳定。
进一步的，生成控制所述全桥逆变电路的控制信号，包括：采集输入所述全桥逆变电路的直流母线电压Udc，做串级PI D算法处理；采集输入所述无桥PFC整流稳压电路的电流Iac做电流前馈控制，乘上锁相环输出的参考电压信号做规则采样算法处理，输出SPWM波得到和输入电压同频、同相、同幅值的逆变电压eac。
进一步的，串级PI D算法处理，包括：将所述直流母线电压Udc作为电压外环输入，并转换为电流参考信号Idcref；将所述电流参考信号Idcref作为电流内环输入，得到电流内环输出；将所述电流内环输出与经过限幅、归一化处理和锁相环生成的参考信号相乘，得到初始控制信号；对所述初始控制信号做规则采样算法处理得到寄存器值，放入所述控制电路中，以控制所述无桥PFC整流电路和所述全桥逆变电路。
本发明的目的还在于提供一种模拟负载特性的电子负载方法，包括：判断是否触发ADC采样中断；若是，则采集电流电压信号；所述电流电压信号包括交流输入电压、交流输入电流、直流母线电压、逆变输出电压和逆变输出电流；锁相环输出电网相位和调节功率因数调节变量θP；分别对整流电流内环和逆变电流内环进行PI算法处理；分别判断整流PI控制器离散控制时间和逆变PI控制器离散控制时间是否大于20个采样周期；若所述整流PI控制器离散控制时间大于20个采样周期，则对整流电压外环进行PI算法处理；否则，以原始整流SPWM输出；若逆变PI控制器离散控制时间大于20个采样周期，则进行逆变电压外环控制；否则，以原始逆变SPWM输出；分别输出调整后的整流SPWM和调整后的逆变SPWM。
进一步的，锁相环输出电网相位和功率因数调节变量θP，包括：控制电路通过交直流采样得到输入电网电压信号，用乘法鉴相器来比较输入电网电压信号和反馈信号的相位差；通过低通滤波器得到与瞬时频率变化规律相同的输出角频率；产生控制信号来调节振荡器的输出频率，使其与输入信号同步；做周期限幅处理输出，得到输入电压的相位。
进一步的，所述振荡器的压控特性的表达式为：
ωu(t)＝ω0+K0uc(t)
其中，ωu(t)表示压控振荡器的振荡频率；ω0表示压控振荡器在输入控制电压为零或为直流电压时的振荡角频率；K0表示控制灵敏度；uc(t)表示压控振荡器的输入控制电压。
进一步的，所述调整后的整流SPWM和所述调整后的逆变SPWM的周期为：
其中，δ表示周期；per iod表示在控制电路中输出的SPWM的最大周期值；m表示控制算法PI D输出的归一化值；ωrTD表示软件锁相环的输出；θP表示功率因数调节变量。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
本发明提供的模拟负载特性的电子负载装置可以通过控制电路对无桥PFC整流稳压电路和全桥逆变电路进行自动控制，实现模拟多种负载特征的功能，并提高负载模拟的安全性。
附图说明
图1为本发明一些实施例提供的一种模拟负载特性的电子负载装置的示例性模块图；
图2为本发明一些实施例提供的全桥拓扑的示例性电路图；
图3A为本发明一些实施例提供的单电源转双电源的整体电路图；
图3B为本发明一些实施例提供的单电源转双电源的局部电路图；
图3C为本发明一些实施例提供的单电源转双电源的局部电路图；
图3D为本发明一些实施例提供的单电源转双电源的局部电路图；
图4A为本发明一些实施例提供的光耦驱动电路的整体电路图；
图4B为本发明一些实施例提供的光耦驱动电路的局部电路图；
图4C为本发明一些实施例提供的光耦驱动电路的局部电路图；
图4D为本发明一些实施例提供的光耦驱动电路的局部电路图；
图5A为本发明一些实施例提供的差分电压采样的整体电路图；
图5B为本发明一些实施例提供的差分电压采样的局部电路图；
图6为本发明一些实施例提供的差分电流采样的整体电路图；
图7为本发明一些实施例提供的一种模拟负载特性的电子负载方法的示例性流程图；
图8为本发明一些实施例提供的锁相环输出电网相位和功率因数调节变量的示例性流程图。
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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
图1为本发明一些实施例提供的一种模拟负载特性的电子负载装置的示例性模块图。如图1所示，装置包括无桥PFC整流稳压电路、全桥逆变电路、交直流信号采集电路、控制电路、隔离驱动电路和电源转换电路。
所述无桥PFC整流稳压电路与所述全桥逆变电路、所述交直流信号采集电路和所述隔离驱动电路通信连接，接入220V交流电，用于实现前级整流稳压和负载特性模拟功能。
在一些实施例中，所述无桥PFC整流稳压电路采用PWM整流器的双环控制策略，外环为直流侧电压环，内环为交流电流瞬时值控制环；外环输出电流幅值参数给内环，同时乘上单位正弦得到内环指令瞬时值；其中，所述单位正弦的相位由设定的功率因数和锁相环输出值确定。
所述全桥逆变电路还与所述交直流信号采集电路和所述隔离驱动电路通信连接，接入前级的输出，用于实现逆变稳流功能。
在一些实施例中，所述全桥逆变电路采用变调制度SPWM调制，根据实际输入电流幅值与要求幅值之间的误差，对逆变单元参考波的调制度进行调整，使所述实际输入电流幅值等于所述要求幅值。
其中，无桥PFC整流稳压电路和全桥逆变电路构成功率侧-电子负载主电路。
所述交直流信号采集电路还与所述控制电路和所述电源转换电路通信连接，用于采集输入所述无桥PFC整流稳压电路、输入所述全桥逆变电路和输出所述全桥逆变电路的交直流信号。在一些实施例中，交直流信号采集电路包括分压器、稳压器、反馈部件和LM358增益电路等元件，可以将任意一定范围内的差分电流输入信号转换成直流电压信号，然后接入稳压器，使输入信号能够被精确地采集，并作为参考电压输入反馈部件，实现增益调节和信号调节。加入了RC低通无源滤波电路，滤除了干扰，此差分电流采样解决了电路构造、输出灵敏度、电压供应能力，确保了系统具有可靠的性能、高精度和可靠的可操作性，提高了锁相环的质量。电压电流信号的采集都是使用的单片机内置ADC模块，极大节省了资源和简化了电路设计。
所述隔离驱动电路还与所述控制电路通信连接，用于实现电气隔离，并基于所述控制电路输出的控制信号控制所述无桥PFC整流稳压电路和所述全桥逆变电路。例如，隔离驱动电路放大SPWM驱动信号，驱动MOSFET。在一些实施例中，隔离驱动电路包括光耦合器TLP352和PWM控制器UC3845B的变压器隔离电源，隔离电路防止因有直接连接而引起干扰、电流反灌，特别是低压的控制电路与外部高压电路之间。
所述电源转换电路还与所述控制电路连接，用于为所述交直流信号采集电路、所述控制电路和所述隔离驱动电路提供合适的工作电压。在一些实施例中，电源转换电路可以通过电源转换板实现，电源转换板将24V电源转换为±12V、5V，5V与TMS320F28335单片机连接，用于为TMS320F28335单片机提供合适的工作电压，±12V与交直流信号采样电路连接，用于为交直流信号采样电路提供合适的双极性电源，24V与隔离驱动电路连接，用于为隔离驱动电路提供合适的工作电压，保证控制信号通过驱动电路能完全驱动MOSFET。其中，双极性电源是TPS5430单电源转双电源，输入电压宽最低可以输出1.22V的范围输出、负载能力强、高达3A的输出电流(峰值可达5A)、最高可实现95％的高效率，可为采样电路提供稳定的电源。关于单电源转双电源的更多内容，参见图3A-3D及其相关描述。
所述控制电路用于基于所述交直流信号采集电路采集的信号，生成控制所述无桥PFC整流稳压电路和所述全桥逆变电路的控制信号。在一些实施例中，控制电路可以选择单片机电路，单片机选择TMS320F28335单片机，通过交直流采样电路以实现对功率侧数据的监控，同时实现数据处理，做出控制策略以调节SPWM数据，TMS320F28335单片机使用内部自带的EPWM模块输出SPWM波到控制隔离驱动电路以实现电气隔离和实时控制电子负载动态特性的功能，电源模块为驱动电路、TMS320F28335单片机、交直流采样电路提供稳定的电源以保证低压侧稳定工作。
在一些实施例中，生成控制所述无桥PFC整流稳压电路的控制信号，包括：采集输入所述无桥PFC整流稳压电路的电压信号Eac，做锁相环处理，实现锁相功能；采集输出所述无桥PFC整流稳压电路的直流母线电压Udc和输入交流测电流Iac，做串级PI D算法处理，实现直流母线侧电压稳定。为后级的逆变电路提供稳定的逆变输入直流电压，保证后级电路正常工作。
在一些实施例中，生成控制所述全桥逆变电路的控制信号，包括：采集输入所述全桥逆变电路的直流母线电压Udc，做串级PI D算法处理；采集输入所述无桥PFC整流稳压电路的电流Iac做电流前馈控制，乘上锁相环输出的参考电压信号做规则采样算法处理，输出SPWM波得到和输入电压同频、同相、同幅值的逆变电压eac。
在一些实施例中，串级PI D算法处理，包括：将所述直流母线电压Udc作为电压外环输入，并转换为电流参考信号Idcref；将所述电流参考信号Idcref作为电流内环输入，得到电流内环输出；将所述电流内环输出与经过限幅、归一化处理和锁相环生成的参考信号相乘，得到初始控制信号；对所述初始控制信号做规则采样算法处理得到寄存器值，放入所述控制电路中，以控制所述无桥PFC整流电路和所述全桥逆变电路。
在一些实施例中，锁相环处理，包括：单片机通过交直流采样得到输入电网电压信号，用乘法鉴相器来比较输入电网电压信号和反馈信号的相位差；通过低通滤波器得到与瞬时频率变化规律相同的输出角频率；产生控制信号来调节振荡器的输出频率，使其与输入信号同步；做周期限幅处理输出，得到输入电压的相位。
在一些实施例中，无桥PFC整流稳压电路，采用PWM整流器的双环控制策略，外环为直流侧电压环，内环为交流电流瞬时值控制环。外环输出电流幅值参数给电流内环，同时乘上单位正弦得到内环指令瞬时值，单位正弦的相位由设定的功率因数(负载特性)确定。最后实现负载特性模拟(功率因数的调节)，直流侧输出稳压，为后级的逆变环节稳定运行提供保障。例如，控制电路控制无桥PFC整流稳压电路实现整流稳压，包括：获取输入电压Eac和直流侧输出电压Udc；电压外环PI控制器；获取输入电流Iac；电流内环PI控制器；电流内环输出*PLL输出。
在一些实施例中，全桥逆变装置，采用变调制度SPWM调制，根据实际输入电流幅值与要求幅值之间的误差，对于逆变单元调制度m进行调整，使实际的输入电流幅值等于设定的幅值。最后实现DC-AC功能，为我们的普通家用电器，或其它交流用电设备提供稳定的工作电压，以及调节负载的电流。例如，控制信号控制全桥逆变电路实现逆变稳流，包括：获取输入电压Udc；电压外环PI控制器；获取输入电流Iac；电流内环PI控制器输出；电流内环输出*PLL输出。
图2为本发明一些实施例提供的全桥拓扑的示例性电路图。
如图2所示，全桥拓扑包括4个MOS管S1、S2、S3和S4。要实现电子负载的功能，该装置有两个主拓扑，两个主拓扑的控制信号均由单片机产生，通过控制八个碳化硅MOS管不同的导通状态，并且不存在同侧管子同时导通状态，实现电子负载的功能。在一些实施例中，被控MOSFET与相邻两管的驱动波形均是互补带50us的死区，单片机需要输出八路这样互补的SPWM波去控制两个主拓扑。
在一些实施例中，可以采用规则采样法实时的去调节输出PWM的周期，从而输出SPWM波实现对主拓扑的控制。周期 其中period是在单片机中输出的SPWM的最大周期值，在此系统中period＝3600，即载波频率为20Khz，m为控制算法PID输出的归一化值，起着控制电压电流大小的作用。ωrTD为软件锁相环的输出，是电网实时的相位，θP为功率因数调节变量，用于实现负载特性模拟功能，控制所述无桥PFC整流稳压电路和所述全桥逆变电路实现负载特性模拟的程序流程，包括：控制器输入幅值参数；分别进行Iac前馈和Eac前馈，得到电流前馈结果和电压前馈结果；分别对所述电流前馈结果和所述电压前馈结果进行限幅处理+数据归一化处理，得到电流归一化结果和电压归一化结果；分别对所述电流归一化结果和所述电压归一化结果规则采样，分别输出控制所述全桥逆变电路和所无桥PFC整流稳压电路的SPWM。通过规则采样输出的SPWM波实时的控制碳化硅MOSFET。
在一些实施例中，通过无桥PFC整流稳压电路和全桥逆变电路实现电子负载功能的状态方程为：
其中，us表示交流源电压值；R表示负载电阻值；is表示交流源电流值；L表示输入电感值；SA表示左半桥工作状态；SB表示右半桥工作状态；udc表示直流侧电压值；iR表示负载电流值；C表示滤波电容值；idc表示直流侧输出电流值。针对上述状态方程，经过拉氏变换后，通过引入P I控制器控制系统的电流，达到对无桥PFC整流装置输出电压的闭环控制。逆变和整流用的同样的全桥拓扑。
图3A为本发明一些实施例提供的单电源转双电源的整体电路图。图3B为本发明一些实施例提供的单电源转双电源的局部电路图。图3C为本发明一些实施例提供的单电源转双电源的局部电路图。图3D为本发明一些实施例提供的单电源转双电源的局部电路图。如图3A-3D所示，单电源转双电源通过两个TPS5430芯片及其外围电路实现。
图4A为本发明一些实施例提供的光耦驱动电路的整体电路图。图4B为本发明一些实施例提供的光耦驱动电路的局部电路图。图4C为本发明一些实施例提供的光耦驱动电路的局部电路图。图4D为本发明一些实施例提供的光耦驱动电路的局部电路图。如图4A-4D所示，光耦驱动电路通过UC3845BD1G芯片和两片TLP352芯片及其外围电路实现。
图5A为本发明一些实施例提供的差分电压采样的整体电路图。图5B为本发明一些实施例提供的差分电压采样的局部电路图。如图5A和5B所示，差分电压采样通过电压采样电路和电压信号放大电路实现。
图6为本发明一些实施例提供的差分电流采样的整体电路图。如图6所示，差分电流采样通过电流采样电路和电流信号放大电路实现。
图7为本发明一些实施例提供的一种模拟负载特性的电子负载方法的示例性流程图。如图7所示，模拟负载特性的电子负载方法包括以下内容：
判断是否触发ADC采样中断。
若是，则采集电流电压信号；所述电流电压信号包括交流输入电压、交流输入电流、直流母线电压、逆变输出电压和逆变输出电流。
锁相环输出电网相位和调节功率因数变量θP。
分别对整流电流内环和逆变电流内环进行PI算法处理。
分别判断整流电流内环(即，整流控制器离散控制时间)和逆变电流内环的控制时间(即，P I控制器离散控制时间)是否大于20个采样周期。
若所述内环控制大于20个采样周期，则对整流电压外环进行PI算法处理；否则，以原始整流SPWM输出；若内环控制大于20个采样周期，则进行逆变电压外环PI控制；否则，以原始逆变SPWM输出。
分别输出调整后的整流SPWM和调整后的逆变SPWM。
在一些实施例中，所述调整后的整流SPWM和所述调整后的逆变SPWM的周期为：
其中，δ表示周期；per iod表示在控制电路中输出的SPWM的最大周期值；m表示控制算法PI D输出的归一化值；ωrTD表示软件锁相环的输出；θP表示功率因数调节变量。关于模拟负载特性的电子负载方法的更多内容参见图1及其相关描述。
图8为本发明一些实施例提供的锁相环输出电网相位和功率因数调节变量的示例性流程图。在本发明中使用的是利用乘法鉴相器原理实现电网锁相，并做安全限幅处理。单片机通过交直流采样得到输入电网电压信号，用乘法鉴相器来比较输入电网电压信号和反馈信号的相位差，然后通过低通滤波器得到与瞬时频率变化规律相同的输出角频率。产生控制信号来调节振荡器的输出频率，使其与输入信号同步。最后做周期限幅处理输出，得到输入电压的相位。
例如，锁相环输出电网相位和功率因数调节变量θP可以包括：
控制电路通过交直流采样得到输入电网电压信号，用乘法鉴相器来比较输入电网电压信号和反馈信号的相位差；
通过低通滤波器得到与瞬时频率变化规律相同的输出角频率；
产生控制信号来调节振荡器的输出频率，使其与输入信号同步；
做周期限幅处理输出，得到输入电压的相位。
在一些实施例中，所述振荡器的压控特性的表达式为：
ωu(t)＝ω0+K0uc(t)
其中，ωu(t)表示压控振荡器的振荡频率；ω0表示压控振荡器在输入控制电压为零或为直流电压时的振荡角频率；K0表示控制灵敏度；uc(t)表示压控振荡器的输入控制电压。上述表达式说明当uC(t)随时间而变时，压控振荡器的振荡频率ωu(t)也随时间而变，锁相环进入“频率牵引”，自动跟踪捕捉输入信号的频率，使锁相环进入锁定的状态，并保持ω0＝ωi的状态不变，此时在本系统程序中ω0为锁相环输出。关于输出电网相位和功率因数调节变量的更多内容，参见图1及其相关描述。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种模拟负载特性的电子负载装置，其特征在于，包括无桥PFC整流稳压电路、全桥逆变电路、交直流信号采集电路、控制电路、隔离驱动电路和电源转换电路；
所述无桥PFC整流稳压电路与所述全桥逆变电路、所述交直流信号采集电路和所述隔离驱动电路通信连接，用于实现前级整流稳压和负载特性模拟功能；
所述全桥逆变电路还与所述交直流信号采集电路和所述隔离驱动电路通信连接，用于实现逆变稳流功能；
所述交直流信号采集电路还与所述控制电路和所述电源转换电路通信连接，用于采集输入所述无桥PFC整流稳压电路、输入所述全桥逆变电路和输出所述全桥逆变电路的交直流信号；
所述隔离驱动电路还与所述控制电路通信连接，用于实现电气隔离，并基于所述控制电路输出的控制信号控制所述无桥PFC整流稳压电路和所述全桥逆变电路；
所述电源转换电路还与所述控制电路连接，用于为所述交直流信号采集电路、所述控制电路和所述隔离驱动电路提供工作电压；
所述控制电路用于基于所述交直流信号采集电路采集的信号，生成控制所述无桥PFC整流稳压电路和所述全桥逆变电路的控制信号。
2.根据权利要求1所述的模拟负载特性的电子负载装置，其特征在于，所述无桥PFC整流稳压电路采用PWM整流器的双环控制策略，外环为直流侧电压环，内环为交流电流瞬时值控制环；
外环输出电流幅值参数给内环，同时乘上单位正弦得到内环指令瞬时值；其中，所述单位正弦的相位由设定的功率因数和锁相环输出值确定。
3.根据权利要求1所述的模拟负载特性的电子负载装置，其特征在于，所述全桥逆变电路采用变调制度SPWM调制，根据实际输入电流幅值与要求幅值之间的误差，对逆变单元参考波的调制度进行调整，使所述实际输入电流幅值等于所述要求幅值。
4.根据权利要求1所述的模拟负载特性的电子负载装置，其特征在于，生成控制所述无桥PFC整流稳压电路的控制信号，包括：
采集输入所述无桥PFC整流稳压电路的电压信号Eac，做锁相环处理，实现锁相功能；
采集输出所述无桥PFC整流稳压电路的直流母线电压Udc和交流输入电流Iac，做串级PID算法处理，实现直流母线侧电压稳定。
5.根据权利要求4所述的模拟负载特性的电子负载装置，其特征在于，生成控制所述全桥逆变电路的控制信号，包括：
采集输入所述全桥逆变电路的直流母线电压Udc，做串级PID算法处理；
采集输入所述无桥PFC整流稳压电路的电流Iac做电流前馈控制，乘上锁相环输出的参考电压信号做规则采样算法处理，输出SPWM波得到和输入电压同频、同相、同幅值的逆变电压eac。
6.根据权利要求4-5任一项所述的模拟负载特性的电子负载装置，其特征在于，串级PID算法处理，包括：
将所述直流母线电压Udc作为电压外环输入，并转换为电流参考信号Idcref；
将所述电流参考信号Idcref作为电流内环输入，得到电流内环输出；将所述电流内环输出与经过限幅、归一化处理和锁相环生成的参考信号相乘，得到初始控制信号；
对所述初始控制信号做规则采样算法处理得到寄存器值，放入所述控制电路中，以控制所述无桥PFC整流电路和所述全桥逆变电路。
7.一种模拟负载特性的电子负载方法，其特征在于，包括：
判断是否触发ADC采样中断；
若是，则采集电流电压信号；所述电流电压信号包括交流输入电压、交流输入电流、直流母线电压、逆变输出电压和逆变输出电流；
锁相环输出电网相位和调节功率因数变量θP；
分别对整流电流内环和逆变电流内环进行PI算法处理；
分别判断整流PI控制器离散控制时间和逆变PI控制器离散控制时间是否大于20个采样周期；
若所述整流PI控制器离散控制时间大于20个采样周期，则对整流电压外环进行PI算法处理；否则，以原始整流SPWM输出；若逆变PI控制器离散控制时间大于20个采样周期，则进行逆变电压外环控制；否则，以原始逆变SPWM输出；
分别输出调整后的整流SPWM和调整后的逆变SPWM。
8.根据权利要求7所述的模拟负载特性的电子负载方法，其特征在于，锁相环输出电网相位和功率因数调节变量θP，包括：
控制电路通过交直流采样得到输入电网电压信号，用乘法鉴相器来比较输入电网电压信号和反馈信号的相位差；
通过低通滤波器得到与瞬时频率变化规律相同的输出角频率；
产生控制信号来调节振荡器的输出频率，使其与输入信号同步；
做周期限幅处理输出，得到输入电压的相位。
9.根据权利要求8所述的模拟负载特性的电子负载方法，其特征在于，所述振荡器的压控特性的表达式为：
ωu(t)＝ω0+K0uc(t)
其中，ωu(t)表示压控振荡器的振荡频率；ω0表示压控振荡器在输入控制电压为零或为直流电压时的振荡角频率；K0表示控制灵敏度；
uc(t)表示压控振荡器的输入控制电压。
10.根据权利要求7所述的模拟负载特性的电子负载方法，其特征在于，所述调整后的整流SPWM和所述调整后的逆变SPWM的周期为：
其中，δ表示周期；period表示在控制电路中输出的SPWM的最大周期值；m表示控制算法PID输出的归一化值；ωrTD表示软件锁相环的输出；θP表示功率因数调节变量。
Priority Applications (1)
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| CN202310621239.XA CN116577689A (zh) | 2023-05-29 | 2023-05-29 | 一种模拟负载特性的电子负载装置和方法 |
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