CN119147806A - 数字闭环振荡保护电路、方法、电子负载及系统 - Google Patents
数字闭环振荡保护电路、方法、电子负载及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN119147806A CN119147806A CN202411656088.2A CN202411656088A CN119147806A CN 119147806 A CN119147806 A CN 119147806A CN 202411656088 A CN202411656088 A CN 202411656088A CN 119147806 A CN119147806 A CN 119147806A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- closed
- circuit
- oscillation
- loop
- control circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 title claims abstract description 83
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 110
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 105
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 79
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 79
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 79
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 15
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 10
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 3
- 101000823108 Equus caballus Alpha-1-antiproteinase 3 Proteins 0.000 description 2
- 101100533951 Mus musculus Serpinb5 gene Proteins 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 101000823103 Equus caballus Alpha-1-antiproteinase 4 Proteins 0.000 description 1
- 101100043138 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) SPC72 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
- G01R1/36—Overload-protection arrangements or circuits for electric measuring instruments
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/40—Testing power supplies
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
- H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
- H02H3/10—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current additionally responsive to some other abnormal electrical conditions
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/20—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess voltage
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L1/00—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Abstract
本申请公开了一种数字闭环振荡保护电路、方法、电子负载及系统，电路包括振荡信号采集电路，振荡信号采集电路包括采样单元、耦合电容单元，采样单元用于采集闭环控制电路的电流和/或电压数据，采样单元的输出端连接耦合电容单元；控制模块，用于输出闭环控制电路的控制信号，耦合电容单元的输出端通过第一ADC连接控制模块的信号输入端，控制模块根据交流分量信号的幅值判断是否发生振荡，在发生振荡的情况下停止控制信号的输出以关闭闭环控制电路。本申请无须设置保险丝即可实现振荡保护，并且保护响应时间短。
Description
技术领域
本申请涉及电源测试领域，特别涉及一种数字闭环振荡保护电路、方法、电子负载及系统。
背景技术
闭环控制电路通过反馈来自动调节输出，在很多电子设备中都搭载有闭环控制电路，例如电子负载。
现有的电子负载在闭环控制的参数选择不合理时，或者被测电源的电压不稳定时，都可能发生自激振荡，自激振荡是指不外加激励信号而自行产生的恒稳和持续的振荡。如果在放大器的输入端不加输入信号，输出端仍有一定的幅值和频率的输出信号，这种现象就是自激振荡。自激振荡可能会击穿闭环控制电路中的功率管等元器件，导致电子负载损坏或出现短路损坏被测电源。
现有的解决方式一个是在闭环控制电路中串联一个保险丝，当环路发生自激振荡后，保险丝过热烧断，使整个环路断开，保护电子负载不受损坏，采用保险丝的缺陷在于：在发生自激振荡后保险丝需要一段时间才能过热烧断，在此期间其他元器件可能已经损坏，保护响应时间长；此外由于保险丝既要满足需要正常直流工作时不损坏，也要满足振荡后尽可能快的过热熔断，并且需要适应不同电流电压的场景，难以选择到合适的保险丝。
发明内容
本申请提出一种数字闭环振荡保护电路、方法、电子负载及系统无须设置置保险丝即可实现振荡保护，并且保护响应时间短。
根据本申请第一方面实施例的数字闭环振荡保护电路，连接闭环控制电路，闭环控制电路的输出端连接被测电源，包括：振荡信号采集电路，所述振荡信号采集电路包括采样单元、耦合电容单元，所述采样单元用于采集所述闭环控制电路的电流和/或电压数据，所述采样单元的输出端连接所述耦合电容单元以用于获取采样电压和/或电流中的交流分量信号；控制模块，用于输出所述闭环控制电路的控制信号，所述耦合电容单元的输出端通过第一ADC连接所述控制模块的信号输入端以用于输入交流分量信号，所述控制模块根据交流分量信号的幅值判断是否发生振荡，在发生振荡的情况下停止控制信号的输出以关闭闭环控制电路。
根据本申请第一方面实施例的数字闭环振荡保护电路，至少具有如下有益效果：
本申请实施方式中，通过采样单元将采集的闭环控制电路的电压和/或电流输入至耦合电容单元，通过耦合电容单元过滤掉采样电压和/或电流中的直流分量，当闭环控制电路发生自激振荡时，耦合电容单元过滤掉之后分量后可以得到采样电压和/或电流中的交流分量，控制模块通过第一ADC获取到交流分量信号后，根据交流分量信号的幅值判断是否发生振荡，在发生振荡的情况下停止控制信号的输出以关闭闭环控制电路。本申请采用数字信号的方式进行自激振荡的检测，由于控制模块本身就是闭环控制电路控制信号的发出端，因此在检测到自激振荡后可以立即停止控制信号的输出，无须设置保险丝即可实现振荡保护，并且保护响应时间短。
根据本申请的一些实施例，所述采样单元包括电流采样电路，所述电流采样电路通过无感采样电阻采样所述闭环控制电路的输出电流，所述电流采样电路的输出端连接所述耦合电容单元的输入端。
根据本申请的一些实施例，所述采样单元包括电压采样电路，所述电压采样电路用于采样闭环控制电路输出端的电压，所述电压采样电路的输出端连接所述耦合电容单元的输入端。
根据本申请的一些实施例，所述采样单元包括电流采样电路和所述电压采样电路，所述耦合电容单元包括第一耦合电容电路和第二耦合电容电路，所述电流采样电路的输出端连接所述第一耦合电容电路的输入端，所述第一耦合电容电路的输出端和所述第二耦合电容电路的输出端分别通过一个第一ADC连接所述控制模块的信号输入端。
根据本申请的一些实施例，所述耦合电容单元包括多个不同容值的耦合电容，所述采样单元的输出端分别连接一个耦合电容的输入端，所述耦合电容分别通过一个第一ADC连接所述控制模块的信号输入端以用于输入不同频率的交流分量信号。
根据本申请的一些实施例，还包括第一电阻、第一电容和温度开关，所述闭环控制电路的输出端通过串联的所述第一电阻和所述第一电容连接所述被测电源的负极，所述闭环控制电路的输出端通过所述温度开关连接所述被测电源的正极，所述温度开关的检测端连接所述第一电阻以用于检测所述第一电阻的温度并在温度达到阈值的情况下断开所述闭环控制电路的输出。
根据本申请第二方面实施例的数字闭环振荡保护电路控制方法，包括：
获取第一幅值信息和第二幅值信息，所述第一幅值信息用于指示交流分量信号的交流幅值，所述第二幅值信息用于指示第二幅值信息闭环控制电路额定直流输出的幅值；
将所述第一幅值信息和所述第二幅值信息进行对比，若所述第一幅值信息超过所述第二幅值信息的N%，则判断所述闭环控制电路发生振荡。
根据本申请第二方面实施例的数字闭环振荡保护电路控制方法，至少具有如下有益效果：
本申请实施方式中，通过采样单元将采集的闭环控制电路的电压和/或电流输入至耦合电容单元，通过耦合电容单元过滤掉采样电压和/或电流中的直流分量，当闭环控制电路发生自激振荡时，耦合电容单元过滤掉之后分量后可以得到采样电压和/或电流中的交流分量，控制模块通过第一ADC获取到交流分量信号后，根据交流分量信号的幅值判断是否发生振荡，在发生振荡的情况下停止控制信号的输出以关闭闭环控制电路。本申请采用数字信号的方式进行自激振荡的检测，由于控制模块本身就是闭环控制电路控制信号的发出端，因此在检测到自激振荡后可以立即停止控制信号的输出，无须设置保险丝即可实现振荡保护，并且保护响应时间短。
根据本申请第三方面实施例的电子负载，包括闭环控制电路和上述的数字闭环振荡保护电路。
根据本申请第三方面实施例的电子负载，至少具有如下有益效果：
本申请实施方式中，通过采样单元将采集的闭环控制电路的电压和/或电流输入至耦合电容单元，通过耦合电容单元过滤掉采样电压和/或电流中的直流分量，当闭环控制电路发生自激振荡时，耦合电容单元过滤掉之后分量后可以得到采样电压和/或电流中的交流分量，控制模块通过第一ADC获取到交流分量信号后，根据交流分量信号的幅值判断是否发生振荡，在发生振荡的情况下停止控制信号的输出以关闭闭环控制电路。本申请采用数字信号的方式进行自激振荡的检测，由于控制模块本身就是闭环控制电路控制信号的发出端，因此在检测到自激振荡后可以立即停止控制信号的输出，无须设置保险丝即可实现振荡保护，并且保护响应时间短。
根据本申请第四方面实施例的电源测试系统，包括上述的电子负载和被测电源。
根据本申请第四方面实施例的电源测试系统，至少具有如下有益效果：
本申请实施方式中，通过采样单元将采集的闭环控制电路的电压和/或电流输入至耦合电容单元，通过耦合电容单元过滤掉采样电压和/或电流中的直流分量，当闭环控制电路发生自激振荡时，耦合电容单元过滤掉之后分量后可以得到采样电压和/或电流中的交流分量，控制模块通过第一ADC获取到交流分量信号后，根据交流分量信号的幅值判断是否发生振荡，在发生振荡的情况下停止控制信号的输出以关闭闭环控制电路。本申请采用数字信号的方式进行自激振荡的检测，由于控制模块本身就是闭环控制电路控制信号的发出端，因此在检测到自激振荡后可以立即停止控制信号的输出，无须设置保险丝即可实现振荡保护，并且保护响应时间短。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请做进一步的说明，其中：
图1为相关技术中一种电流闭环控制电路的电路原理图；
图2为本申请实施例中数字闭环振荡保护电路的原理框图；
图3为本申请实施例中第一种数字闭环振荡保护电路的电路原理图；
图4为本申请实施例中第二种数字闭环振荡保护电路的电路原理图；
图5为本申请实施例中第三种数字闭环振荡保护电路的电路原理图；
图6为本申请实施例中第四种数字闭环振荡保护电路的电路原理图；
图7为本申请实施例中带RC电路的数字振荡保护电路的电路原理图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、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申请和简化描述，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申请的限制。
在本申请的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。
在本文中，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……”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。
本申请是为了解决闭环控制电路的自激振荡问题，下面首先对本申请的一些背景进行介绍，闭环控制电路包括电流闭环控制电路、电压闭环控制电路、电流电压闭环控制电路等，参考图1所示，一种电子负载内的电流闭环控制电路，包括数模转换器（Digital-to-Analog Converter，DAC）、模数转换器（Analog-to-Digital Converter，第一ADC）、金属-氧化物-半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor，MOS）管、信号调理模块、误差放大器U1、电流采样电阻R1和差分放大器U2，电子负载的MCU通过DAC输出一个直流信号设定值，经信号调理模块进入误差放大器U1，误差放大器U1的输出端连接MOS管的栅极，MOS管的漏极和源极分别连接被测电源的正极和负极，MOS管的源极串联有电流采样电阻R1，差分放大器U2的输入端连接电流采样电阻R1的两端，差分放大器U2的输出端通过第二ADC输入至MCU的反馈端，MCU通过反馈端采集到MOS管的电流，然后通过比例-积分-微分控制（Proportional-Integral-Derivative-PID）算法控制MOS管的导通，从而实现闭环恒流控制。
电子负载在工作过程中，闭环控制电路可能会出现自激振荡的问题，自激振荡是指不外加激励信号而自行产生的恒稳和持续的振荡。如果在放大器的输入端不加输入信号，输出端仍有一定的幅值和频率的输出信号，这种现象就是自激振荡。
自激振荡的形成原理主要基于幅度平衡条件和相位平衡条件。具体的，一个实际的运算放大器内部存在着许多天然极点，这些极点可能会造成附加相移，使输出的相位偏移超过-180°。当使用负反馈时，如果附加相移达到±180°，则此时反馈信号与输入信号同相，负反馈就变成正反馈，从而引发自激振荡。
在自激振荡电路中，通常会有一个正反馈回路，用于不断增强振荡信号。例如，在电子负载的闭环控制电路中，当设定电压或电流后，DAC输出模拟量，MOS管微导通后，启动电路。正反馈回路由反馈电阻、寄生电感和电容构成，当初回路中的电流产生变化时，反馈绕组会感应出一个电压，该电压通过电容耦合到运放同相端，从而增强开关管的导通能力。在源源不断的正反馈作用下，功率管会很快达到饱和导通状态。此后反馈电阻感应的电压消失，运放反馈电压减小，导致其导通能力下降，进而使MOS管导通量减少，回路电流减小。这个过程会不断重复，从而形成持续的振荡。
在电子负载的闭环控制中，如果PID参数选择恰当，可能会造成自激振荡。此外当被测电源的电压不稳定时，电压噪声转变为电流噪声，反馈到运放控制端，导致运放输出不稳定，也会形成自激振荡。
自激振荡可能会击穿闭环控制电路中的功率管等元器件，导致电子负载损坏或出现短路损坏被测电源。
现有的解决方式一个是在闭环控制电路中串联一个保险丝，当环路发生自激振荡后，保险丝过热烧断，使整个环路断开，保护电子负载不受损坏，采用保险丝的缺陷在于：在发生自激振荡后保险丝需要一段时间才能过热烧断，在此期间其他元器件可能已经损坏，保护响应时间长；此外由于保险丝既要满足需要正常直流工作时不损坏，也要满足振荡后尽可能快的过热熔断，并且需要适应不同电流电压的场景，难以选择到合适的保险丝。
为了解决上述问题，本申请提出一种数字闭环振荡保护电路、方法、电子负载及系统，下面首先对本申请的数字闭环振荡保护电路进行介绍，参照图2所示，一种数字闭环振荡保护电路，连接闭环控制电路，闭环控制电路的输出端连接被测电源，包括：振荡信号采集电路和控制模块。具体的，振荡信号采集电路包括采样单元、耦合电容单元，采样单元用于采集闭环控制电路的电流和/或电压数据，采样单元的输出端连接耦合电容单元以用于获取采样电压和/或电流中的交流分量信号。
控制模块用于输出闭环控制电路的控制信号，耦合电容单元的输出端通过第一ADC连接控制模块的信号输入端以用于输入交流分量信号，控制模块根据交流分量信号的幅值判断是否发生振荡，在发生振荡的情况下停止控制信号的输出以关闭闭环控制电路。
本实施方式中，控制模块包括微控制器（Microcontroller Unit-MCU）、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array-FPGA）和人机交互模块，FPGA通过PID算法计算并输出一个闭环控制电路的控制信号，来控制MOS管的导通，从而实现闭环控制，控制信号即FPGA通过DAC输出的直流信号设定值，人机交互模块通过MCU连接FPGA，人机交互模块包括液晶显示器（Liquid Crystal Display-LCD）和按键，可以通过MCU进行参数设定和数据读取等操作，MCU与FPGA通信连接进行参数和数据的读取，控制模块也可以仅采用FPGA，通过上位机的方式与FPGA相连。
其中，采样单元可以是电流采样，也可以是电压采样或电流+电压采样，以采样电流为例，当环路发生自激振荡时，采样电流中包含直流分量和交流分量，通过耦合电容单元中的耦合电容，可以过滤掉采样电流中的直流分量，耦合电容单元中的耦合电容可以是一个，也可以是多个，经过耦合电容单元过滤后输出一个交流分量信号，交流分量信号的模拟量通过第一ADC进行转换为数字量进入FPGA，FPGA通过快速傅里叶变换（Fast FourierTransform -FFT）算法计算得出交流分量的幅值和频率，FPGA根据幅值判断是否发生振荡，正常的直流负载拉载电流时第一ADC采集的交流分量信号接近0V，当发生自激振荡时，FPGA会采集到一定幅值的交流分量，FPGA判断发生自激振荡后停止控制信号的输出，闭环控制电路停止工作，从而保护电子负载的安全。
本申请实施方式中，通过采样单元将采集的闭环控制电路的电压和/或电流输入至耦合电容单元，通过耦合电容单元过滤掉采样电压和/或电流中的直流分量，当闭环控制电路发生自激振荡时，耦合电容单元过滤掉之后分量后可以得到采样电压和/或电流中的交流分量，控制模块通过第一ADC获取到交流分量信号后，根据交流分量信号的幅值判断是否发生振荡，在发生振荡的情况下停止控制信号的输出以关闭闭环控制电路。本申请采用数字信号的方式进行自激振荡的检测，由于控制模块本身就是闭环控制电路控制信号的发出端，因此在检测到自激振荡后可以立即停止控制信号的输出，无须设置保险丝即可实现振荡保护，并且保护响应时间短。
在本申请的一些实施方式中，采样单元包括电流采样电路，电流采样电路通过无感采样电阻采样闭环控制电路的输出电流，电流采样电路的输出端连接耦合电容单元的输入端。
本实施方式中，通过无感采样电阻R2采样闭环控制电路的输出电流，可以提高自激振荡的检测精度。
参考图3所示，电流采样电路包括无感采样电阻R2和差分放大器U3，耦合电容单元包括电容C1，无感采样电阻R2串联至MOS管Q1的源极与被测电源之间，差分放大器U3的输入端分别连接无感采样电阻R2的两端，无感采样电阻R2的两端电压通过差分放大器U3放大后，再经过电容C1的一级耦合，通过第一ADC进入FPGA，实现输出电流的交流分量的采集。本申请采用无感采样电阻R2作为电流采样电阻，是为了减少电阻的寄生电感形成相移，避免电阻抑制了交流成分，导致无法采集的问题。无感电阻是只需要导线或线圈上的电阻起作用，而不应有电感或由感应而产生的电压。常见的无感电阻是用两根绝缘导线并在一起，终端短路，首端外接电源及应用线路，这两根绝缘导线电流方向相反，没有外因互感，可以绕成线圈使用，只起到电阻作用。通过无感采样电阻来获取低频到高频的电流模拟信号，利用无感采样电阻优秀的高频响应性能，能够提高测量精度。
在本申请的一些实施方式中，采样单元包括电压采样电路，电压采样电路用于采样闭环控制电路输出端的电压，电压采样电路的输出端连接耦合电容单元的输入端。
本实施方式中，通过电压采样电路采样闭环控制电路输出端的电压，通过采集电压交流分量的方式来识别自激振荡，能够提高被测电源的电压不稳定场景下的测量精度。
参考图4所示，本申请实施例中电压采样电路包括差分放大器U4，耦合电容单元包括电容C3，差分放大器U4的输入端分别连接电子负载的输出端，即被测电源的两端，差分放大器U4的输出端通过电容C3、第一ADC连接FPGA，由于因为被测电源必然存在内阻，当电路电流振荡产生时会在端口产生交流电压。通过差分放大器U4放大后，再经过一级耦合，实现输出电压交流分量的采集。由于采集的是端口电压，可以更准确地反映被测电源的电压不稳定场景下的自激振荡。
在本申请的一些实施方式中，采样单元包括电流采样电路和电压采样电路，耦合电容单元包括第一耦合电容电路和第二耦合电容电路，电流采样电路的输出端连接第一耦合电容电路的输入端，第一耦合电容电路的输出端和第二耦合电容电路的输出端分别通过一个第一ADC连接控制模块的信号输入端。
本实施方式中，通过电流采样电路和电压采样电路分别采样环路的输出电流交流分量和输出电压交流分量，FPGA通过同时采样输出电流交流分量和输出电压交流分量，分别计算交流电压和交流电流的幅值来检测自激振荡，进一步提高自激振荡的检测精度。
参考图5所示，电流采样电路包括无感采样电阻R2和差分放大器U3，电压采样电路包括差分放大器U4，耦合电容单元包括电容C1和电容C3，无感采样电阻R2串联至MOS管Q1的源极与被测电源之间，差分放大器U3的输入端分别连接无感采样电阻R2的两端，差分放大器U3的输出端连接电容C1，电容C1通过一个第一ADC连接 FPGA的SPI3端口，差分放大器U4的输入端分别连接被测电源的输出端，差分放大器U4的输出端连接电容C3，电容C3通过另一个第一ADC连接FPGA的SPI5端口。
在本申请的一些实施方式中，耦合电容单元包括多个不同容值的耦合电容，采样单元的输出端分别连接一个耦合电容的输入端，耦合电容分别通过一个第一ADC连接控制模块的信号输入端以用于输入不同频率的交流分量信号。
本实施方式中，耦合电容单元包括多个互相并联且容值不同的耦合电容，通过设置不同容值的耦合电容，可以分别采集到不同频率的交流分量，进一步提高自激振荡的检测精度。
参考图6所示，以采样单元包括电流采样电路和电压采样电路为例，耦合电容单元包括电容C1、电容C2、电容C3和电容C4，电容C1、电容C2对应电流采样电路，电容C3、电容C4对应电压采样电路，电容C1、电容C2的容值不同，电容C3、电容C4的容值不同，差分放大器U3的输出端分别连接电容C1和电容C2，电容C1通过第一个第一ADC连接FPGA的SPI3端口，电容C2通过第二个第一ADC连接FPGA的SPI4端口，差分放大器U4的输出端分别连接电容C3和电容C4，电容C3通过第三个第一ADC连接FPGA的SPI5端口，电容C4通过第四个第一ADC连接FPGA的SPI6端口。
示例性的，本实施方式中电容C1和电容C3选择10uF的电容，进行低频交流分量的采集，电容C2和电容C4选择10nF的电容，进行高频交流分量的采集。
应能理解的是，本实施方式中，每组不同容值的耦合电容的数量不限于两个，也可以为三个，四个或者更多个，采样单元也可以仅为电流采样电路或电压采样电路中的任意一种。上述C1-C4的容值选择仅为一种示例，也可以选择其他容值的电容以实现不同频率交流分量的采集。容值的选择可以通过公式f=1/2πRC计算得出，R为负载电阻的阻值，即耦合下一级电路的输入电阻，f为信号的频率,C为耦合电容的容值大小，根据不同频率选择对应的耦合电容的，以适应不同的测试需求。
在本申请的一些实施方式中，还包括第一电阻、第一电容和温度开关，闭环控制电路的输出端通过串联的第一电阻和第一电容连接被测电源的负极，闭环控制电路的输出端通过温度开关连接被测电源的正极，温度开关的检测端连接第一电阻以用于检测第一电阻的温度并在温度达到阈值的情况下断开闭环控制电路的输出。
在本申请的一些实施方式中，还包括第一电阻Rc、第一电容Cr和温度开关S1，闭环控制电路的输出端通过串联的第一电阻和第一电容连接被测电源的负极，闭环控制电路的输出端通过温度开关S1连接被测电源的正极，温度开关S1的检测端连接第一电阻Rc以用于检测第一电阻Rc的温度并在温度达到阈值的情况下断开闭环控制电路的输出。
本实施方式中，参考图7所示，采样单元包括电流采样电路和电压采样电路，MOS管Q1的源极通过第一电阻Rc、第一电容Cr构建的RC电路连接被测电源的负极，温度开关S1设置在MOS管Q1的漏极和被测电源的正极之间，当环路未发生自激振荡时环路输出正常拉载直流，第一电容Cr截止，RC电路不生效，当环路发生自激振荡时，第一电容Cr导通，第一电阻Rc由于有流过电流而发热，当温度达到阈值的情况下触发温度开关S1断开，环路输出停止，本实施例中第一电阻Rc采用功率电阻。本申请实施例在电流采样电路和电压采样电路的基础上，额外增加了RC电路和温度开关S1形成的振荡保护单元，可以实现对于自激振荡的三重保护，进一步提高了振荡保护的可靠性。
应能理解的是，本实施方式中，采样单元也可以仅为电流采样电路或电压采样电路中的任意一种。
本申请还涉及一种应用上述实施例的电路的数字闭环振荡保护电路控制方法，包括：
S101、获取第一幅值信息和第二幅值信息，第一幅值信息用于指示交流分量信号的交流幅值，第二幅值信息用于指示第二幅值信息闭环控制电路额定直流输出的幅值；
S102、将第一幅值信息和第二幅值信息进行对比，若第一幅值信息超过第二幅值信息的N%，则判断闭环控制电路发生振荡。
本实施方式中，通过将第一幅值信息和第二幅值信息进行对比，若第一幅值信息超过第二幅值信息的N%，则判断闭环控制电路发生振荡，可以提高闭环控制电路运行的稳定性，减少误判的几率。
上述步骤S101和步骤102的逻辑判定是由控制模块中的程序实现的，由于被测电源在测试中可能产生源纹波，也会导致控制模块采集到一定的交流分量，而这一部分交流分量属于被测电源的纹波影响，不属于自激振荡，因此如果控制模块对于交流分量的幅判定阈值过低，就可能存在误判，因此本申请中将交流分量信号的交流幅值与闭环控制电路额定直流输出的幅值进行对比，若第一幅值信息超过第二幅值信息的N%，则判断闭环控制电路发生振荡。即低于额定直流输出的幅值的N%认为是被测电源的纹波影响，不判定为发生了自激振荡，只有在交流分量的幅值超过额定直流输出的幅值的N%，才认为发生了自激振荡，此时控制模块停止控制信号的输出，进行自激振荡保护。
需要说明的是，经过大量测试和验证，N为5时，可以较为准确地过滤掉被测电源的纹波影响，即目前市面上的被测电源的源纹波最差不会超过5%，因此交流分量超过5%时，FPGA就判断为振荡，低于5%的则认为属于被测电源的纹波，不会影响电子负载的正常工作。
本申请还涉及一种电子负载，包括闭环控制电路和上述实施例的数字闭环振荡保护电路。
本申请还涉及一种电源测试系统，包括上述实施例的电子负载和被测电源。
综上，本申请实现了对于闭环控制电路的自激振荡保护，当环路振荡后，三重保护生效，使环路的振荡停止，保护控制器件不被损坏，避免了电子负载的短路状态形成的炸机甚至起火，从而也保证被测电源的安全。尤其在高压大功率的高压充电桩测试领域，一旦环路振荡，电子负载器件损坏后形成的短路很容易炸机，更有可能会起火。通过本申请的电路可以保护电子负载和被测电源的安全，同时不影响电子负载在正常工作下的性能。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种数字闭环振荡保护电路，连接闭环控制电路，闭环控制电路的输出端连接被测电源，其特征在于，包括：
振荡信号采集电路，所述振荡信号采集电路包括采样单元、耦合电容单元，所述采样单元用于采集所述闭环控制电路的电流和/或电压数据，所述采样单元的输出端连接所述耦合电容单元以用于获取采样电压和/或电流中的交流分量信号；
控制模块，用于输出所述闭环控制电路的控制信号，所述耦合电容单元的输出端通过第一ADC连接所述控制模块的信号输入端以用于输入交流分量信号，所述控制模块根据交流分量信号的幅值判断是否发生振荡，在发生振荡的情况下停止控制信号的输出以关闭闭环控制电路。
2.根据权利要求1所述的数字闭环振荡保护电路，其特征在于，所述采样单元包括电流采样电路，所述电流采样电路通过无感采样电阻采样所述闭环控制电路的输出电流，所述电流采样电路的输出端连接所述耦合电容单元的输入端。
3.根据权利要求1所述的数字闭环振荡保护电路，其特征在于，所述采样单元包括电压采样电路，所述电压采样电路用于采样闭环控制电路输出端的电压，所述电压采样电路的输出端连接所述耦合电容单元的输入端。
4.根据权利要求1所述的数字闭环振荡保护电路，其特征在于，所述采样单元包括电流采样电路和电压采样电路，所述耦合电容单元包括第一耦合电容电路和第二耦合电容电路，所述电流采样电路的输出端连接所述第一耦合电容电路的输入端，所述第一耦合电容电路的输出端和所述第二耦合电容电路的输出端分别通过一个第一ADC连接所述控制模块的信号输入端。
5.根据权利要求1所述的数字闭环振荡保护电路，其特征在于，所述耦合电容单元包括多个不同容值的耦合电容，所述采样单元的输出端分别连接一个耦合电容的输入端，所述耦合电容分别通过一个第一ADC连接所述控制模块的信号输入端以用于输入不同频率的交流分量信号。
6.根据权利要求1所述的数字闭环振荡保护电路，其特征在于，还包括第一电阻、第一电容和温度开关，所述闭环控制电路的输出端通过串联的所述第一电阻和所述第一电容连接所述被测电源的负极，所述闭环控制电路的输出端通过所述温度开关连接所述被测电源的正极，所述温度开关的检测端连接所述第一电阻以用于检测所述第一电阻的温度并在温度达到阈值的情况下断开所述闭环控制电路的输出。
7.一种应用于权利要求1至6中任一项所述数字闭环振荡保护电路的数字闭环振荡保护电路控制方法，其特征在于，包括：
获取第一幅值信息和第二幅值信息，所述第一幅值信息用于指示交流分量信号的交流幅值，所述第二幅值信息用于指示第二幅值信息闭环控制电路额定直流输出的幅值；
将所述第一幅值信息和所述第二幅值信息进行对比，若所述第一幅值信息超过所述第二幅值信息的N%，则判断所述闭环控制电路发生振荡。
8.一种电子负载，其特征在于，包括闭环控制电路和权利要求1至6任一项所述的数字闭环振荡保护电路。
9.一种电源测试系统，其特征在于，包括权利要求8所述的电子负载和被测电源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202411656088.2A CN119147806A (zh) | 2024-11-19 | 2024-11-19 | 数字闭环振荡保护电路、方法、电子负载及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202411656088.2A CN119147806A (zh) | 2024-11-19 | 2024-11-19 | 数字闭环振荡保护电路、方法、电子负载及系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN119147806A true CN119147806A (zh) | 2024-12-17 |
Family
ID=93804488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202411656088.2A Pending CN119147806A (zh) | 2024-11-19 | 2024-11-19 | 数字闭环振荡保护电路、方法、电子负载及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN119147806A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109656294A (zh) * | 2017-10-10 | 2019-04-19 | 恩智浦美国有限公司 | 闭环系统振荡检测器 |
| CN114690620A (zh) * | 2022-06-01 | 2022-07-01 | 湖南恩智测控技术有限公司 | 电子负载pid自整定方法及系统 |
| CN115021425A (zh) * | 2022-06-02 | 2022-09-06 | 电子科技大学长三角研究院(湖州) | 一种具有频率跟踪和桥臂功率检测的无线电能传输系统 |
| CN221842332U (zh) * | 2024-02-26 | 2024-10-15 | 湖南恩智测控技术有限公司 | 防反接的电子负载控制电路、电子负载及电源测试系统 |
-
2024
- 2024-11-19 CN CN202411656088.2A patent/CN119147806A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109656294A (zh) * | 2017-10-10 | 2019-04-19 | 恩智浦美国有限公司 | 闭环系统振荡检测器 |
| CN114690620A (zh) * | 2022-06-01 | 2022-07-01 | 湖南恩智测控技术有限公司 | 电子负载pid自整定方法及系统 |
| CN115021425A (zh) * | 2022-06-02 | 2022-09-06 | 电子科技大学长三角研究院(湖州) | 一种具有频率跟踪和桥臂功率检测的无线电能传输系统 |
| CN221842332U (zh) * | 2024-02-26 | 2024-10-15 | 湖南恩智测控技术有限公司 | 防反接的电子负载控制电路、电子负载及电源测试系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2599910C2 (ru) | Способ и устройство для выявления в онлайн-режиме ухудшения состояния изоляции электродвигателя | |
| CN110907824A (zh) | 一种基于高频信号耦合注入的电机故障检测系统 | |
| JPWO2017134870A1 (ja) | 電力変換装置および非接触給電システム | |
| CN203368336U (zh) | 变频器 | |
| CN103424643B (zh) | 接地故障检测装置 | |
| CN113098314A (zh) | 一种igbt结温监测方法、装置及系统 | |
| CN110007183A (zh) | 逆变器在线开路故障检测方法 | |
| BRPI1102459A2 (pt) | sensor de proximidades | |
| CN111007327A (zh) | 一种变流器及其电容器的状态监测方法和设备 | |
| CN112335163B (zh) | 无源滤波器电路电容器功能确定方法、确定装置和电设备 | |
| CN119147806A (zh) | 数字闭环振荡保护电路、方法、电子负载及系统 | |
| CN110940928A (zh) | 一种电厂直流系统交流窜入定位检测装置 | |
| JPH09138246A (ja) | 直流成分検出装置 | |
| CN221224943U (zh) | 一种交流接触器触点在线检测仪 | |
| CN118777706A (zh) | 品质因数获得装置、方法及异物检测方法 | |
| CN104950280B (zh) | 一种电流互感器回路异常工况检测系统 | |
| CN108152784A (zh) | 一种用于互感器接入式电能表检测外置ct状态的电路和方法 | |
| CN112986715B (zh) | 无线充电系统的互感检测方法、控制方法及相应的系统 | |
| CN119147807A (zh) | 振荡保护电路、电子负载、电源测试系统及设备 | |
| CN113671277B (zh) | 一种过零脉冲计数缺相检测电路 | |
| CN212255674U (zh) | 一种电流互感器故障检测电路 | |
| JPS63265516A (ja) | 三相交流励磁装置 | |
| CN110504899B (zh) | 电机控制电路及空调器 | |
| CN114397617A (zh) | 一种采用二次多匝数方式来提高电流互感器精度的方法 | |
| Xu et al. | A loss measurement approach of power magnetic components under practical power electronics conditions |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |