CN210072026U - 一种回馈型的直流电源试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种回馈型的直流电源试验装置，包括主控电路、主控制单元，所述主控电路包括三相电源，电源开关模块，过载保护模块，整流模块、滤波模块、直流升降压模块、缓冲电路、待测设备、切换开关模块、电子负载模块和回馈模块；所述主控制单元包括控制MCU；所述控制MCU的端口上连接有模拟信号转换电路、存储电路、隔离输出电路和通信电路，所述通信电路分别连接电子负载模块和上位机，该装置具有电能的回馈功能，将回馈的电能通过内部回馈实现循环再利用，从而不污染电网，且该装置输出电压连续可调。

Description

一种回馈型的直流电源试验装置

技术领域

本实用新型属于直流电源领域，具体为一种回馈型的直流电源试验装置。

背景技术

新能源电动汽车普遍采用直流供电的电池作为车载能源，为了满足电池充电和放电需求，常常需要对电源电压进行升降压变化，近年来随着电动汽车行业的兴起，对直流变换电源的需求与日俱增；直流电源试验装置是电源制造和试验必不可少的设备，常规的试验电源无回馈功能，造成大量的电能被耗能电阻所消耗，或者将电能回馈给电网，虽然回馈电网解决了电能的回馈问题，但容易造成电网的污染，且回馈设备成本高。

专利说明书CN201120044887公开了一种能量回馈式电源模块试验装置，该电源装置通过采用能量回馈的方式，解决了直接采用电阻作为负载造成大量电能浪费的问题，但其只能适应于交流电源的试验，不能用于直流电源的试验，且电源电压固定不可调节，此外如果只采用单纯的回馈方式，由于回馈调节的延时特性，很难对待测电源的瞬态功能进行试验。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对以上问题，提供一种回馈型的直流电源试验装置，它能该装置具有电能的回馈功能，将回馈的电能通过内部回馈实现循环再利用，从而不污染电网，且该装置输出电压连续可调。

为实现以上目的，本实用新型采用的技术方案是：一种回馈型的直流电源试验装置，包括主控电路、主控制单元，所述主控电路包括三相电源，电源开关模块，过载保护模块，整流模块、滤波模块、直流升降压模块、缓冲电路、待测设备、切换开关模块、电子负载模块和回馈模块；所述主控制单元包括控制MCU；所述控制MCU的端口上连接有模拟信号转换电路、存储电路、隔离输出电路和通信电路，所述通信电路分别连接电子负载模块和上位机；所述三相电源与电源开关模块输入端连接，所述电源开关输出端与过载保护模块输入端连接，所述过载保护模块输出端连接整流模块输入端，所述整流模块输出端连接滤波模块输入端，所述滤波模块输出端连接直流升降压模块输入端，所述直流升降压模块输出端连接缓冲电路，回馈模块的正极输出和待测设备的输入端，所述缓冲电路正负极分别连接直流升降压模块的输出端正负极；所述待测设备的正极输出连接切换开关模块的输入端，输出端连接电子负载模块的正极和回馈模块的正极输入；所述回馈模块输入端正极连接切换开关模块的常开输出端，负极连接待测设备的负极输出端；所述电子负载模块输入端正极连接切换开关的常闭输出端，负极输入端连接待测设备的负极输出。

进一步的，所述控制MCU采用TMS320F28035控制芯片。

进一步的，所述电源开关模块为三个分别与三相电源输出端连接的开关SW1；所述过载保护模块为三个分别电源开关模块输出端连接的三个继电器F1、F2、F3；所述整流模块由六个二极管D2、D3、D4、D5、D6、D7组成的三相桥式整流电路；所述滤波模块为由电感L1和电容C21、C22组成的LC滤波模块；所述直流升降压模块为四个IGBT绝缘栅双极型晶体管Q5、Q6、Q7、Q8和一个电感L2组成的半桥式升降电路；所述回馈模块为四个IGBT绝缘栅双极型晶体管Q9、Q10、Q11、Q12和一个电感L3组成的半桥式升降电路；所述切换开关模块为直流接触器。

进一步的，所述三相电源输出端分别与三个开关SW1的输入端连接，三个所述开关SW1的输出端分别与三个继电器F1、F2、F3连接；所述F1、F2、F3的输出端分别与D2的正极、D5的负极和D3的正极、和D6的负极和D4的正极、D7的负极连接；所述D2的负极与D3和D4的负极连接，所述D5的正极与D6和D7的正极连接，所述D4的负极连接电感L1后与电容C21和C22的正极连接：所述Q5的发射极连接Q6的集电极，所述Q7的发射极连接Q8的集电极，所述Q5与Q7的集电极与滤波模块上的电容C22和缓冲电路的正极连接，所述Q6和Q8的发射极与电容C22和缓冲电路的负极连接；所述Q7的集电极连接Q11的集电极，所述Q11的发射极连接Q12的集电极，所述Q12的发射极连接Q10的发射极，所述Q10的集电极连接Q9的发射极，所述Q9的集电极与切换开关模块的KM1端3连接，所述电感L3两端分别连接Q9的发射极、Q10的集电极和Q11的发射极、Q12的集电极，所述Q10的发射极与电子负载模块负极连接，所述电子负载模块的正极连接切换开关KM1端5连接，所述切换开关模块的KM1的端2连接待测设备正极输出端，所述待测设备负极输出端连接电子负载模块的负极。

进一步的，所述存储电路采用BL24C04F存储器，其端口5连接电阻R15，端口6连接电阻R14，电阻R14和R15另一端连接后接电源VCC，端口8接电源VCC，端口2和端口3分别接控制MCU的A1和A2端口。

进一步的，所述隔离输出电路采用EL3H7(C)(TA)-G光电耦合器，其端口1接电阻R25，端口4接电阻R26后连接电源VCC，端口4同时接控制MCU的O1接口。

进一步的，所述通信电路包括Max232单电源电平转换芯片，其端口6连接电容C24后接地，端口4与端口5之间连接电容C26，端口1与端口3之间连接电容C25，端口2连接电容C23后接电源VCC，端口16接电源VCC，端口15接地，端口14与11分别接连接器DSUB2的端口2与端口3，端口13和端口11分别接控制MCU的RXD1和TXD1接口。

进一步的，所述模拟信号转换电路模拟量输入端AIO接齐纳二极管D8的负极，所述D8的负极与电阻R31的一端、电感C33的正极以及电阻R23的一端连接，所述D8的正极连接电阻R31的另一端及电感C33的负极同时接地，所述电阻R23的另一端与电阻R24一端以及放大器U13的正极连接，电阻24的另一端接地，所述放大器U13的负极端口连接电阻R29与电阻R30的一端，所述电阻R29的另一端接地，所述电阻R30两端接电感C32，所述电阻R30的另一端接在放大器U13的端口6上同时接控制MCU的ADC0接口。

进一步的，所述滤波模块输出端并联有电压传感器TV3，所述电压传感器TV3与电流传感器TA3串联后与升降压模块中Q5集电极连接，所述缓冲电路输出端串联有电流传感器TA1后与电压传感器TV1并联，所述待测设备输出端并联有电压传感器TV2，后与电流传感器TA2串联并接入到切换开关模块常闭端。

本实用新型的有益效果：升降压变换电路实现电源输出电压的升降压连续可调，回馈电路实现将电能返回到待测设备的输入端，当需要进行电源瞬态功能试验时，可以通过将切换开关接通电子负载回路，从而使该试验电源除了能进行电源的常规老化试验外还能对待测电源的瞬态性能进行试验。

附图说明

图1为本实用主控电路图。

图2为本实用新型主控制单元原理框图。

图3为本实用新型控制ECU芯片图。

图4为本实用新型存储电路图。

图5为本实用新型模拟信号转换电路图。

图6为本实用新型隔离输出电路图。

图7为本实用新型通信电路图。

图中所述文字标注表示为：1、三相电源；2、电源开关模块；3、过载保护模块；4、整流模块；5、滤波模块；6、直流升降压模块；7、切换开关模块；8、回馈模块；9、待测设备；10、电子负载模块；11、模拟信号转换电路；12、存储电路；13、隔离输出电路；14、通信电路；15、上位机；16、控制MCU；17、缓冲电路。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本实用新型的保护范围有任何的限制作用。

如图1-图2所示，本实用新型的具体结构为：一种回馈型的直流电源试验装置，包括如图1所示的主控电路，如图2所示的主控制单元，所述主控电路包括三相电源1，电源开关模块2，过载保护模块3，整流模块4、滤波模块5、直流升降压模块6、缓冲电路17、待测设备9、切换开关模块7、电子负载模块10、回馈模块8、以及测试用的电流传感器和电压传感器；所述主控制单元包括控制MCU16；所述控制MCU16的A/D转换端口上连接有模拟信号转换电路11，本装置中共包含6个相同的模拟信号转换电路11，这6个模拟信号转换电路11的输入端分别连接至电压传感器TV3、电压传感器TV1、电压传感器TV2、电流传感器TA3、电流传感器TA1和电流传感器TA2的输出端、I/C端口上连接有存储电路12、控制IO端口上连接有隔离输出电路13，通信端口上连接有通信电路14，所述通信电路14分别连接电子负载模块10和上位机15；所述三相电源1与电源开关模块2输入端连接，所述电源开关模块2输出端与过载保护模块3输入端连接，所述过载保护模块3输出端连接整流模块4输入端，所述整流模块4输出端连接滤波模块5输入端，所述滤波模块5输出端连接直流升降压模块6输入端，所述直流升降压模块6输出端连接缓冲电路17，回馈模块8的正极输出和待测设备9的输入端，所述缓冲电路17正负极分别连接直流升降压模块6的输出端正负极；所述待测设备9的正极输出连接切换开关模块7的输入端，输出端连接电子负载模块10的正极和回馈模块8的正极输入；所述回馈模块8输入端正极连接切换开关模块7的常开输出端，负极连接待测设备9的负极输出端；所述电子负载模块10输入端正极连接切换开关模块7的常闭输出端，负极输入端连接待测设备9的负极输出。

如图1所示，所述电源开关模块2为三个分别与三相电源1输出端连接的开关SW1，用于整个电路的开通、关断及电源检修时实现可靠的电气隔离，保证检修人员的安全；所述过载保护模块3为三个分别电源开关模块2输出端连接的三个继电器F1、F2、F3，用于对电路短路和过载进行保护，避免试验过程中发生短路或过载造成设备损坏或烧毁；所述整流模块4由六个二极管D2、D3、D4、D5、D6、D7组成的三相桥式整流电路，用于将三相交流电变换为直流电；所述滤波模块5为由电感L1和电容C21、C22组成的LC滤波模块，实现对滤除电源中的高次谐波成分；所述直流升降压模块6为四个IGBT绝缘栅双极型晶体管Q5、Q6、Q7、Q8和一个电感L2组成的半桥式升降电路，主控MCU16的PWM1端口控制Q5的导通，PWM2端口控制Q8的导通，模块6进行升压变换时，Q5处于导通状态，控制Q8的导通比实现对升压变比的控制，模块6进行降压变换时，Q8处于关闭状态，控制Q5的导通比实现对降压变比的控制；所述回馈模块8为四个IGBT绝缘栅双极型晶体管Q9、Q10、Q11、Q12和一个电感L3组成的半桥式升降电路，实现将待测设备9的输出电能反馈至待测设备9的输入端，从而使电能得以重复利用，主控MCU16的PWM3端口控制Q9的导通，PWM4端口控制Q12的导通，当待测设备9输出电压比输入电压低时，为了实现能量能够回馈到输入端，需要模块8进行升压变换，此时Q9处于导通状态，控制Q12的导通比实现对升压变比的控制，从而实现模块8的输出电压与待测设备9的输入电压相等，进行实现能量的并联回馈；当待测设备9的输出电压比输入电压高时，模块8进行降压变换时，此时Q12处于关闭状态，控制Q9的导通比实现对降压变比的控制，从而实现模块8的输出电压与待测设备9的输入电压相等，进而实现能量的并联回馈；所述切换开关模块7实现根据试验要求将电路切换到接通电子负载模块10位置或接通回馈模块8位置；所述缓冲电路17为超级电容器，实现对电路调节的暂态过程进行有效的缓冲，避免电压上升过快而造成设备损坏；所述切换开关模块7为接触器。

如图3所示，所述控制MCU16采用TMS320F28035控制芯片。

如图1所示，所述三相电源1输出端分别与三个开关SW1的输入端连接，三个所述开关SW1的输出端分别与三个继电器F1、F2、F3连接；所述F1、F2、F3的输出端分别与D2的正极、D5的负极和D3的正极、和D6的负极和D4的正极、D7的负极连接；所述D2的负极与D3和D4的负极连接，所述D5的正极与D6和D7的正极连接，所述D4的负极连接电感L1后与电容C21和C22的正极连接：所述Q5的发射极连接Q6的集电极，所述Q7的发射极连接Q8的集电极，所述Q5与Q7的集电极与滤波模块上的电容C22和缓冲电路17的正极连接，所述Q6和Q8的发射极与电容C22和缓冲电路17的负极连接；所述Q7的集电极连接Q11的集电极，所述Q11的发射极连接Q12的集电极，所述Q12的发射极连接Q10的发射极，所述Q10的集电极连接Q9的发射极，所述Q9的集电极与切换开关KM1端3连接，所述电感L3两端分别连接Q9的发射极、Q10的集电极和Q11的发射极、Q12的集电极，所述Q10的发射极与电子负载模块10负极连接，所述电子负载模块10的正极连接切换开关模块7的KM1端5连接，所述切换开关模块7的KM1的端2连接待测设备9正极输出端，所述待测设备9负极输出端连接电子负载模块10的负极。

如图4所示，所述存储电路12采用BL24C04F存储器，其端口5连接电阻R15，端口6连接电阻R14，电阻R14和R15另一端连接后接电源VCC，端口8接电源VCC，端口2和端口3分别接控制MCU的A1和A2端口。

如图5所示，所述模拟信号转换电路11模拟量输入端AIO接齐纳二极管D8的负极，所述D8的负极与电阻R31的一端、电感C33的正极以及电阻R23的一端连接，所述D8的正极连接电阻R31的另一端及电感C33的负极同时接地，所述电阻R23的另一端与电阻R24一端以及放大器U13的正极连接，电阻24的另一端接地，所述放大器U13的负极端口连接电阻R29与电阻R30的一端，所述电阻R29的另一端接地，所述电阻R30两端接电感C32，所述电阻R30的另一端接在放大器U13的端口6上同时接控制MCU16的ADC0接口。

如图6所示，所述隔离输出电路13采用EL3H7(C)(TA)-G光电耦合器，其端口1接电阻R25，端口4接电阻R26后连接电源VCC，端口4同时接控制MCU16的O1接口。

如图7所示，所述通信电路14包括Max232单电源电平转换芯片，其端口6连接电容C24后接地，端口4与端口5之间连接电容C26，端口1与端口3之间连接电容C25，端口2连接电容C23后接电源VCC，端口16接电源VCC，端口15接地，端口14与11分别接连接器DSUB2的端口2与端口3，端口13和端口11分别接控制MCU16的RXD1和TXD1接口。

如图1所示，所述滤波模块5输出端并联有电压传感器TV3，所述电压传感器TV3与电流传感器TA3串联后与直流升降压模块6中Q5集电极连接，所述缓冲电路17输出端串联有电流传感器TA1后与电压传感器TV1并联，所述待测设备9输出端并联有电压传感器TV2，后与电流传感器TA2串联并接入到切换开关模块7的常闭端，电流传感器TA1、TA2、TA3测试相连电路电流，电压传感器TV1、TV2、TV3测试相连电路电压，并将信号通过模拟信号转换电路11输送至控制MCU16中。

所述上位机15通过通信总线连接到控制MCU，提供人机交互的界面，实现对整个试验电源的运行状态的监测和试验指令的下传。

所述主控制单元为整个装置的核心，所述控制MCU芯片为32位高效CPU芯片，工作主频60MHz的主频，内部集成了45路IO口、12路PWM、串行端口、IIC总线、A\D转换等模块，实现对直流升降压模块6、回馈模块8、切换开关模块7及整个装置的控制与信号检测；其包括模拟信号转换电路11、存储电路12、隔离输出电路13、通信电路14、控制MCU16；各部分的功能是：模拟信号转换电路11用于将电压传感器TV3、电压传感器TV1、电压传感器TV2、电流传感器TA3、电流传感器TA1和电流传感器TA2的输出信号转换为可输入A\D端口的信号，所采集的电压传感器TV3、电压传感器TV1信号用于直流升降压模块6和回馈模块8的升降压变换的控制，所采集的电流传感器TA3、电流传感器TA1和电流传感器TA2信号用于计算对应点的电功率和进行限流保护；存储电路12用于系统参数和故障数据的存储；隔离输出电路13用于提供直流升降压模块6和回馈模块8的IGBT驱动信号源、通信电路14使用Max232转换电路，用于连接电子负载模块10和上位机15；控制MCU16是整个装置的核心控制单元，其接收上位机15的指令，对直流升降压模块6的输出电压和回馈模块8的回馈能量进行控制。

需要说明的是，在本文中，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。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种回馈型的直流电源试验装置，其特征在于，包括主控电路、主控制单元，所述主控电路包括三相电源，电源开关模块，过载保护模块，整流模块、滤波模块、直流升降压模块、缓冲电路、待测设备、切换开关模块、电子负载模块和回馈模块；所述主控制单元包括控制MCU；所述控制MCU的端口上连接有模拟信号转换电路、存储电路、隔离输出电路和通信电路，所述通信电路分别连接电子负载模块和上位机；所述三相电源与电源开关模块输入端连接，所述电源开关输出端与过载保护模块输入端连接，所述过载保护模块输出端连接整流模块输入端，所述整流模块输出端连接滤波模块输入端，所述滤波模块输出端连接直流升降压模块输入端，所述直流升降压模块输出端连接缓冲电路，回馈模块的正极输出和待测设备的输入端，所述缓冲电路正负极分别连接直流升降压模块的输出端正负极；所述待测设备的正极输出连接切换开关模块的输入端，输出端连接电子负载模块的正极和回馈模块的正极输入；所述回馈模块输入端正极连接切换开关模块的常开输出端，负极连接待测设备的负极输出端；所述电子负载模块输入端正极连接切换开关的常闭输出端，负极输入端连接待测设备的负极输出。

2.根据权利要求1所述的一种回馈型的直流电源试验装置，其特征在于，所述控制MCU采用TMS320F28035控制芯片。

3.根据权利要求2所述的一种回馈型的直流电源试验装置，其特征在于，所述电源开关模块为三个分别与三相电源输出端连接的开关SW1；所述过载保护模块为三个分别电源开关模块输出端连接的三个继电器F1、F2、F3；所述整流模块由六个二极管D2、D3、D4、D5、D6、D7组成的三相桥式整流电路；所述滤波模块为由电感L1和电容C21、C22组成的LC滤波模块；所述直流升降压模块为四个IGBT绝缘栅双极型晶体管Q5、Q6、Q7、Q8和一个电感L2组成的半桥式升降电路；所述回馈模块为四个IGBT绝缘栅双极型晶体管Q9、Q10、Q11、Q12和一个电感L3组成的半桥式升降电路；所述切换开关模块为直流接触器。

4.根据权利要求3所述的一种回馈型的直流电源试验装置，其特征在于，所述三相电源输出端分别与三个开关SW1的输入端连接，三个所述开关SW1的输出端分别与三个继电器F1、F2、F3连接；所述F1、F2、F3的输出端分别与D2的正极、D5的负极和D3的正极、和D6的负极和D4的正极、D7的负极连接；所述D2的负极与D3和D4的负极连接，所述D5的正极与D6和D7的正极连接，所述D4的负极连接电感L1后与电容C21和C22的正极连接：所述Q5的发射极连接Q6的集电极，所述Q7的发射极连接Q8的集电极，所述Q5与Q7的集电极与滤波模块上的电容C22和缓冲电路的正极连接，所述Q6和Q8的发射极与电容C22和缓冲电路的负极连接；所述Q7的集电极连接Q11的集电极，所述Q11的发射极连接Q12的集电极，所述Q12的发射极连接Q10的发射极，所述Q10的集电极连接Q9的发射极，所述Q9的集电极与切换开关模块的KM1端3连接，所述电感L3两端分别连接Q9的发射极、Q10的集电极和Q11的发射极、Q12的集电极，所述Q10的发射极与电子负载模块负极连接，所述电子负载模块的正极连接切换开关KM1端5连接，所述切换开关模块的KM1的端2连接待测设备正极输出端，所述待测设备负极输出端连接电子负载模块的负极。

5.根据权利要求2所述的一种回馈型的直流电源试验装置，其特征在于，所述存储电路采用BL24C04F存储器，其端口5连接电阻R15，端口6连接电阻R14，电阻R14和R15另一端连接后接电源VCC，端口8接电源VCC，端口2和端口3分别接控制MCU的A1和A2端口。

6.根据权利要求2所述的一种回馈型的直流电源试验装置，其特征在于，所述隔离输出电路采用EL3H7(C)(TA)-G光电耦合器，其端口1接电阻R25，端口4接电阻R26后连接电源VCC，端口4同时接控制MCU的O1接口。

7.根据权利要求2所述的一种回馈型的直流电源试验装置，其特征在于，所述通信电路包括Max232单电源电平转换芯片，其端口6连接电容C24后接地，端口4与端口5之间连接电容C26，端口1与端口3之间连接电容C25，端口2连接电容C23后接电源VCC，端口16接电源VCC，端口15接地，端口14与11分别接连接器DSUB2的端口2与端口3，端口13和端口11分别接控制MCU的RXD1和TXD1接口。

8.根据权利要求2所述的一种回馈型的直流电源试验装置，其特征在于，所述模拟信号转换电路模拟量输入端AIO接齐纳二极管D8的负极，所述D8的负极与电阻R31的一端、电感C33的正极以及电阻R23的一端连接，所述D8的正极连接电阻R31的另一端及电感C33的负极同时接地，所述电阻R23的另一端与电阻R24一端以及放大器U13的正极连接，电阻24的另一端接地，所述放大器U13的负极端口连接电阻R29与电阻R30的一端，所述电阻R29的另一端接地，所述电阻R30两端接电感C32，所述电阻R30的另一端接在放大器U13的端口6上同时接控制MCU的ADC0接口。

9.根据权利要求1所述的一种回馈型的直流电源试验装置，其特征在于，所述滤波模块输出端并联有电压传感器TV3，所述电压传感器TV3与电流传感器TA3串联后与升降压模块中Q5集电极连接，所述缓冲电路输出端串联有电流传感器TA1后与电压传感器TV1并联，所述待测设备输出端并联有电压传感器TV2，后与电流传感器TA2串联并接入到切换开关模块常闭端。

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