CN216434228U - 一种新型直流升压变换器开源测试平台 - Google Patents

Abstract

一种新型直流升压变换器开源测试平台，包括实时仿真控制器、直流电压源、直流升压变换器和直流电子负载，实时仿真控制器通过以太网与PC机相连接，实时仿真控制器通过RS485接口电路与直流电压源相连接，直流电压源通过不控整流桥接入直流升压变换器的输入侧，直流升压变换器的输出侧与直流电子负载相连接，实时仿真控制器通过以太网与直流电子负载相连接，直流升压变换器的数字信号通过数字信号转接板接入到实时仿真控制器中。本实用新型克服了现有技术的不足，摒弃了传统的控制器和直流升压变换器之间的线束杂乱问题，使得系统变量可以和软件编程的接口快速完成对接，避免了飞线脱落引起的安全隐患，有效地提升了科研迭代的效率。

Description

一种新型直流升压变换器开源测试平台

技术领域

本实用新型涉及直流升压变换器的开源技术领域，具体涉及一种新型直流升压变换器开源测试平台。

背景技术

随着电机和电力电子技术的推广，直流升压变换器以其结构简单、调压便利等优点，被广泛应用于航天电源、电动汽车、直流电机驱动及新能源领域。与此同时，随着生产生活领域对电能质量、快速灵活控制的标准不断提升，研究人员对直流变换器在各领域中的控制性能指标逐渐严格。而常见的直流变换器多不开放底层，使得研究者们无法进行底层控制研究；进一步地，研究者们采取自行开发或市面上少数的开源设备往往存在接口繁杂、线束杂乱的问题，不仅存在安全隐患，同时在硬件结构连接上对研究者们是不友好的。

而常见的基于DSP/FPGA开发的控制实验台和实验方法往往又需要耗费大量精力去进行编程和测试，同时很难直观地发现控制过程中可能存在的问题，这使得开发过程缓慢、实验过程不直观、具有安全隐患等缺陷，对科研成果的迭代是极为不利的；因此，为降低科研的时间成本和提高开发效率，研究一种具有快速、实时的开源直流升压变换器科研测试平台愈发重要。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种新型直流升压变换器开源测试平台，克服了现有技术的不足，摒弃了传统的控制器和直流升压变换器之间的线束杂乱问题，可以使得系统变量可以和软件编程的接口快速完成对接，相对于传统方式不仅避除了飞线脱落引起的安全隐患，而且对于研究的更换交接更为迅速，有效地提升了科研迭代的效率。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：

一种新型直流升压变换器开源测试平台，包括实时仿真控制器、直流电压源、直流升压变换器和直流电子负载，所述实时仿真控制器通过以太网与PC机相连接，所述实时仿真控制器通过RS485接口电路与直流电压源相连接，所述直流电压源通过不控整流桥接入直流升压变换器的输入侧，所述直流升压变换器的输出侧与直流电子负载相连接，所述实时仿真控制器通过以太网与直流电子负载相连接，所述直流升压变换器和直流电子负载的动力输入端分别由三相380V和单项220V提供，所述直流升压变换器的数字信号通过数字信号转接板接入到实时仿真控制器中。

优选地，所述PC机上进行图形化编程编译后获取sdf编译文件通过以太网下载到实时仿真控制器，所述实时仿真控制器与PC机内的测控软件相连接。

优选地，所述数字信号包括PWM信号、功率管故障信号、过压信号、过流信号、过温信号、故障复位信号和PWM使能信号。

本实用新型提供了一种新型直流升压变换器开源测试平台。具备以下有益效果：采用实时仿真控制器来进行基于simulink的图形化编程方式来进行简易化；对于测试过程不直观的方式，采用实时仿真控制器配套测控软件的方式，直观地进行变量的数据及曲线可视化；采用的数字信号转接板摒弃了传统的控制器和直流升压变换器之间的线束杂乱问题，可以使得系统变量可以和软件编程的接口快速完成对接，相对于传统方式不仅避除了飞线脱落引起的安全隐患，而且对于研究的更换交接更为迅速，有效地提升了科研迭代的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1本实用新型的结构原理框图；

图中标号说明：

1、实时仿真控制器；2、直流电压源；3、直流升压变换器；4、直流电子负载；5、PC机；6、数字信号转接板；10、测控软件。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，一种新型直流升压变换器开源测试平台，包括实时仿真控制器1、直流电压源2、直流升压变换器3和直流电子负载4，实时仿真控制器1通过以太网与PC机5相连接，实时仿真控制器1 通过RS485接口电路与直流电压源2相连接，直流电压源2通过不控整流桥接入直流升压变换器3的输入侧，直流升压变换器3的输出侧与直流电子负载4相连接，实时仿真控制器1通过以太网与直流电子负载4相连接，直流升压变换器3和直流电子负载4的动力输入端分别由三相380V和单项220V提供，直流升压变换器3的数字信号通过数字信号转接板6接入到实时仿真控制器1中。

在本实施例中，PC机5上进行图形化编程编译后获取sdf编译文件通过以太网下载到实时仿真控制器1，实时仿真控制器1与PC 机5内的测控软件10相连接。

在本实施例中，数字信号包括PWM信号、功率管故障信号、过压信号、过流信号、过温信号、故障复位信号和PWM使能信号。

工作原理：

在运行时，用户在PC机5的测控软件10上通过指令进行实验工况设定，实时仿真控制器1将指令通过以太网传输到直流电压源2上使之运行在预期的电压模式下；直流升压变换器3的电压电流信号经信号处理板将系统变量传输至实时仿真控制器1，进而通过以太网使得用户可以在PC机5的测控软件10上完成实时监视；用户通过设定控制目标，使得算法在实时仿真控制器1中运行，通过数字接口传输到数字信号转接板6，经转接后传输至直流升压变换器3的信号处理板上进行驱动，使之运行在特定的控制模式下，实时观察系统采集的电压电流信号变化；在实验过程中可以实时修改控制参数和直流电压源2及直流电子负载4的运行设定，在底层需要修改时，只需要在图形化的界面修改后重新编译，即可继续进行研究测试；从而满足科研的实时化、快速化、便利化需求。

在本实施例中，实时仿真控制器1采用一台德斯拜斯的 MicroLabBox，包括GNU编译器，CDP控制开发软件包，RTICAN接口模块，RTIEthernet以太网接口模板，1302T硬件。用于采集系统中各路电压及电流传感器经由处理输出的电压信号；并采集经由数字信号转接板6所转接的驱动故障信号、过压信号、过流信号、过温信号，输出PWM信号及其使能信号、故障复位信号等；加载底层控制程序并进行实时运算；并与PC机经以太网连接，使得测试软件可以实时显示各变量。

在本实施例中，数字信号转接板6采用Unitech的SD800-1202，具备数字信号隔离保护功能，可兼容指定实时仿真控制器，PWM信号不小于24路，采用5V/20mA，死区时间约2us；数字信号/开关量输入不小于10路，5V/20mA，数字信号/开关量输入不小于10路，5V/20mA，差分信号输入不小于6对5V/20mA。以适配转接直流升压变换器与实时仿真控制器的数字信号接口形式；用于保护实时仿真控制器的DIO 数字信号通道不因与外部连接而产生损坏，避免长期的售后维修时间；并采用隔离优化等数字信号处理方式提升编码器、PWM等高精度数字信号的稳定性与抗扰性；采用定制化硬件死区设置的方式来为测控系统节省通道、减小软件死区的设定范围。

在本实施例中，直流升压变换器3采用Unitech的SD800系列，由IGBT、一个6.8mH输入电感及一个1500uF的输出电容所构成；直流升压变换器支持输入直流侧电压范围为0～300V,输出侧直流电压范围为0～650V,过压阈值为720V，其额定功率(电流)为15KW(输入50A), 该单元的PWM信号开关频率为20KHZ，其过载能力目前最大支持2.5 倍过载(过载时间1秒)；电压采样模块：输入侧电压1路，输出侧电压1路，电压采样精度0.3％，响应时间小于40us，频率100Hz；电流采样模块：输入侧电流1路，输出侧电流1路，采样精度0.5％，响应时间小于1us，频率100KHz；数字量DI输入功能模块：3路高速/普通双向隔离输入，最大频率50KHZ；数字量DO输出功能模块： 3路高速/普通隔离输出，最大频率50KHZ，电流3A/AC250V，1A/DC30V；具有母线过压、电流过流、过温保护等保护功能；其电路板使用6层、抗干扰能力强；具有EMC电磁兼容功能；功率模块具有模块电源欠压、短路保护功能；用于为用户提供一个PWM底层开源的直流升压变换器；连接不同电压等级的直流母线，实现功率交换；从而提供了硬件保护，设备使用更为安全。

在本实施例中，直流电子负载4的电流范围最高达2000A；定电流、定电阻、定电压及定功率的操作模式为定电阻+定电流、定电阻+ 定电压、定电流+定电压等进阶操作模式；主/从并联控制，并联数量高达10台；静态与动态负载下进行同步动态控制；使用者自订波形 (UDW)外部负载电流模拟；定阻抗(CZ)模式模拟电容性负载开机；高达50kHz的自动变频动态扫瞄(Sweep)；即时的电源供应器负载暂态响应模拟及电压峰值(Vpk+/-)量测；可透过前面板直接编程255组时序；超高精准度的电压及电流量测；高速且精准的数位化(Digitizing) 资料/量测撷取；待测物过电流/过载保护时，电压、电流及最大功率点(Pmax)的保护点量测；时间量测、电池放电计时；瞬间过功率拉载；短路模拟，智慧型风扇控制；保护功能：过电流(可调)、过温度、过功率(可调)保护与过电压、反向告警；USB(标配)、Ethernet、GPIB (选配)介面；用于接收实时仿真控制器指令，模拟不同类型的直流电子负载。

在本实施例中，直流电压源2的电压输出范围为0～150V/600V/1000V/1800V；交流输入电压范围为 200/220Vac,380/400Vac,440/480Vac；3U/18kW高功率密度模组可简易主/从并联；太阳电池阵列模拟I-V功能(内建EN50530&Sandia之 I-V曲线数学式)；可模拟多种太阳电池的输出特性(FillFactor)；可模拟不同温度及照度下的I-V曲线；具有非常小的LeakageCurrent；精准的电压及电流量测；可模拟太阳面板遮罩下I-V曲线(可达4096点)；具有100条I-V曲线自动编程控制；可测试Static&DynamicMPPT 效能(能量积分量测)；可模拟各地区实际天候(天/月/年)I-V曲线；具有资料记录于Softpanel；支援 Ethernet/USB/RS232/RS485/GPIB/APG控制介面；即时的最大功率追踪状态显示于Softpanel；具有图形化操作软体Softpanel；可支援控制10台太阳电池电源于多通道MPPT测试；具EN50530、Sandia、 CGC/GF004、CGC/GF035、NB/T32004动态MPPT测试程序及报表生成功能。用于接收实时仿真控制器指令，模拟不同的电压及电流特性曲线；为平台提供输入侧电压源。

在本实施例中，不控整流桥选用正向电压1.2V，反向电压1.6kV，最小工作温度-40℃，最大工作温度150℃。主要用于保护直流电压源，防止任何可能出现的功率倒灌现象。

在本实施例中，测控软件10在功能上主要包括数据的显示、下发与存储功能。在形式上：(1)数据显示包括实时数值及实时曲线等，数值可设为表格及列表等形式，曲线可设置显示步长、不同变量对比方式、颜色线型等；(2)指令下发包括实时数值调节、曲线变量调节、触发判断式修改、曲线拖拽等形式；(3)数据存储包括测量缓存存储、 Plotter显示数据存储、长时间记录器存储等形式。在操作上，可以实时更新simulink的sdf文件，连接simulink中控制器的所有中间变量，可以快速更换不同算法的sdf文件。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种新型直流升压变换器开源测试平台，其特征在于：包括实时仿真控制器(1)、直流电压源(2)、直流升压变换器(3)和直流电子负载(4)，所述实时仿真控制器(1)通过以太网与PC机(5)相连接，所述实时仿真控制器(1)通过RS485接口电路与直流电压源(2)相连接，所述直流电压源(2)通过不控整流桥接入直流升压变换器(3)的输入侧，所述直流升压变换器(3)的输出侧与直流电子负载(4)相连接，所述实时仿真控制器(1)通过以太网与直流电子负载(4)相连接，所述直流升压变换器(3)和直流电子负载(4)的动力输入端分别由三相380V和单项220V提供，所述直流升压变换器(3)的数字信号通过数字信号转接板(6)接入到实时仿真控制器(1)中。

2.根据权利要求1所述的一种新型直流升压变换器开源测试平台，其特征在于：所述PC机(5)上进行图形化编程编译后获取sdf编译文件通过以太网下载到实时仿真控制器(1)，所述实时仿真控制器(1)与PC机(5)内的测控软件(10)相连接。

3.根据权利要求1所述的一种新型直流升压变换器开源测试平台，其特征在于：所述数字信号包括PWM信号、功率管故障信号、过压信号、过流信号、过温信号、故障复位信号和PWM使能信号。

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