恒压模式直流电子负载的控制方法和电路技术

本发明专利技术公开了一种恒压模式直流电子负载的控制方法和电路，通过软件方式实现，方法是在恒压模式下，直流电子负载把目标测试电源从目标电压Vset1拉载到新目标电压Vset2的过程，具体为：电压外环根据目标测试电源输出采样电压值Vin的变化产生实时变化的目标电流值Iset；对误差e进行比例系数Kp和积分系数Ki控制，并把比例部分和积分部分相加得到控制量；当目标测试电源输出的采样电压值Vin达到目标电压Vset2后，目标电流值达到稳定。本发明专利技术简化了直流电子负载恒压模式的硬件设计，去除恒压模式的硬件电压外环和硬件限流电路；可灵活地调节比例电阻和积分电容的参数Kp和Ki，使直流电子负载的恒压模式对绝大多数的电源有效。

Control Method and Circuit of DC Electronic Load in Constant Voltage Mode

The invention discloses a control method and circuit of DC electronic load in constant voltage mode, which is realized by software. The method is that in constant voltage mode, DC electronic load pulls the target test power supply from the target voltage Vset1 to the new target voltage Vset2. Specifically, the voltage outer loop generates real-time target power according to the change of the sample voltage Vin of the target test power supply output. The current value is Iset; the error E is controlled by the proportional coefficient Kp and the integral coefficient Ki, and the control quantity is obtained by adding the proportional part and the integral part together. When the sampling voltage value Vin of the target test power supply reaches the target voltage Vset2, the target current value is stable. The invention simplifies the hardware design of the constant voltage mode of the DC electronic load, removes the hardware voltage outer loop and the hardware current limiting circuit of the constant voltage mode, and flexibly adjusts the parameters Kp and Ki of the proportional resistance and integral capacitance, so that the constant voltage mode of the DC electronic load is effective for most power supplies.

【技术实现步骤摘要】
恒压模式直流电子负载的控制方法和电路
本专利技术涉及电力电子设备
，具体地指一种恒压模式直流电子负载的控制方法和电路。
技术介绍
电子负载用于对电力电子装置进行加载特性测试，确保其各项性能指标达到实际应用的要求。直流电子负载用于测试直流电源，可以作为电池放电检测专用负载，也可以作为充电机或直流电源放电负载。直流电子负载有恒流、恒压、恒阻、恒功率四种工作模式，具体含义如表1所示。恒压模式可以确保测试电源在放电过程中的电压按照设定值保持恒定。表1目前的直流电子负载的恒压模式完全采用硬件方式实现，包括电压外环和电流内环。电压外环把目标电压值Vset(通过键盘设置)与测试电源输出电压Vin(通过采样电路获取)的误差，经过控制电路产生目标电流值Iset，电流内环驱动功率MOS管，保证流过功率MOS管的电流为目标电流值Iset。恒压模式下，直流电子负载把测试电源从目标电压Vset1拉载到新目标电压Vset2的过程中，电压外环根据测试电源输出电压Vin的变化产生实时变化的目标电流值Iset。如果测试电源输出电压Vin变化快，则要求目标电流值Iset变化快；如果测试电源输出电压Vin变化慢，则要求目标电流值Iset变化慢。当测试电源输出电压Vin达到目标电压Vset2后，目标电流值达到稳定。然而，不同的测试电源恒压模式下的输出电压Vin变化速率差距很大，这就要求电压外环产生的目标电流值Iset的变化速率能够从很慢到很快可调。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种通过软件方法实现恒压模式直流电子负载的控制方法和电路，可以通过键盘和显示屏改变比例电阻和积分电容参数，以适应极端电源输出电压Vin的变化速率。为达到上述目的，本专利技术提及的一种恒压模式直流电子负载的控制方法，其特殊之处在于，所述方法是在恒压模式下，直流电子负载把目标测试电源从目标电压Vset1拉载到新目标电压Vset2的过程，所述方法为：电压外环根据目标测试电源输出采样电压值Vin的变化产生实时变化的目标电流值Iset；对误差e进行比例系数Kp和积分系数Ki控制，并把比例部分和积分部分相加得到控制量，所述控制量就是目标电流值Iset；所述目标电流值Iset的变化速率与目标测试电源输出的采样电压值Vin变化速率成正比；当目标测试电源输出的采样电压值Vin达到目标电压Vset2后，目标电流值达到稳定。优选地，所述对误差e进行比例系数Kp和积分系数Ki控制的计算公式为：Iset(n)＝Iset(n-1)+Kp·[e(n)-e(n-1)]+Ki·e(n)，n为次数是大于0的自然数。优选地，不同厂家目标测试电源的电源特性差异大，根据目标测试电源的电源电压对电流的变化响应速度设置比例系数Kp和积分系数Ki。优选地，所述比例系数Kp和积分系数Ki分为高速、中速和低速三挡对应系数。对于大部分的电源默认使用中速档，对于输出电压Vin变化速率极慢的电源使用慢速档，对于输出电压Vin变化速率极快的电源使用快速档，对于特别极端的电源(三个档位默认的Kp和Ki无法使其实现恒压模式)，可以通过键盘和显示屏手动修改Kp和Ki。优选地，所述目标测试电源的恒压模式测试与恒流、恒阻或者恒功率模式与直接互相切换。因为硬件方式实现的直流电子负载恒压模式，其目标电流值Iset不受软件控制，而恒流/恒阻/恒功率模式的目标电流值是受软件控制的，如此在恒流/恒阻/恒功率模式与恒压模式切换过程中容易引起炸机，而软件方式实现的恒压模式，其目标电流值Iset受软件控制，模式切换过程中电流是连续的，不会出现炸机的情况。优选地，所述直流电子负载的软件方式实现的恒压模式可直接实现软件限流，以保护直流电子负载不超过其额定功率、额定电流。本专利技术还提出一种恒压模式直流电子负载的控制电路，其特殊之处在于，包括CV-speed电路、电压外环、电流内环、功率MOS管和采样电路，所述CV-speed电路依次通过电压外环、电流内环与功率MOS管连接，所述功率MOS管的输出端与目标测试电源连接，所述采样电路的输入端与目标测试电源连接，输出端与电压外环连接；所述CV-speed电路用于调节直流电子负载下控制目标电流Iset速率的比例系数Kp和积分系数Ki，所述电压外环用于根据比例系数Kp和积分系数Ki和采样电路采集的采样电压值Vin产生控制量，所述控制量即目标电流值Iset，所述电流内环和功率MOS管用于将目标测试电源按照目标电流Iset进行拉载，使其输出相应的电流，所述采样电路用于采集采样电压值Vin和采样电流值Iin，所述采样电路用于采集采样电压值Vin和采样电流值Iin。进一步地，所述电压外环包括减法器和增量式PI控制器，所述减法器用于得到电源输出的采样电压值Vin与目标电压值Vset的误差e，所述增量式PI控制器用于对误差e进行比例系数Kp和积分系数Ki控制得到目标电流值Iset。更进一步地，所述CV-speed电路、电压外环通过FPGA的硬件描述语言Verilog在FPGA中实现。本专利技术的优点在于：1)本专利技术简化了直流电子负载恒压模式的硬件设计，去除恒压模式的硬件电压外环和硬件限流电路。2)本专利技术可灵活地调节比例电阻和积分电容的参数Kp和Ki，使直流电子负载的恒压模式对绝大多数的电源有效。3)恒流/恒阻/恒功率模式与本专利技术提出的恒压模式之间能随意地无缝切换，不需要切换过程中先停止工作一定时间，然后才进入切换后的模式，以防过流或过功率引起炸机的情况发生。附图说明图1为本专利技术一种恒压模式直流电子负载的控制电路的结构示意图。图2为图1中增量式PI控制器的实现原理图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本专利技术的限制。恒压模式下，直流电子负载把测试电源从目标电压Vset1拉载到新目标电压Vset2的过程中，电压外环根据测试电源输出电压Vin的变化产生实时变化的目标电流值Iset。如果测试电源输出电压Vin变化快，则要求目标电流值Iset变化快；如果测试电源输出电压Vin变化慢，则要求目标电流值Iset变化慢。当测试电源输出电压Vin达到目标电压Vset2后，目标电流值达到稳定。然而，不同的测试电源恒压模式下的输出电压Vin变化速率差距很大，这就要求电压外环产生的目标电流值Iset的变化速率能够从很慢到很快可调。目标电流值Iset的变化速率与电压外环中PI控制器的比例电阻和积分电容有关，这就需要对比例电阻和积分电容进行分档，以实现不同的目标电流值Iset的变化速率。对比例电阻和积分电容进行分档，增加了硬件设计的复杂度，PCB板尺寸是有限的，不可能对比例电阻和积分电容进行过多的分档。而且硬件控制板制作完成后，对于一些极端电源(其输出电压Vin变化速率有的极快，有的极慢)，有可能使得直流电子负载的恒压模式不能正常工作，需要拆机手动焊接合适的比例电阻和积分电容，如此会影响产品形象，给客户带来不好的使用感受。本专利技术提出的一种恒压模式直流电子负载的控制方法，采用软件的方式实现恒压模式，把比例电阻和积分电容参数化，分为慢速、中速、快速三个档，以适应大部分电源输出电压Vin的变化速率，而且对于一些极端的电源，可以通过键盘和显示屏改变比例电阻和积分电容参数，以适应极端电源输出电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种恒压模式直流电子负载的控制方法，其特征在于：所述方法是在恒压模式下，直流电子负载把目标测试电源从目标电压Vset1拉载到新目标电压Vset2的过程，所述方法为：电压外环根据目标测试电源输出采样电压值Vin的变化产生实时变化的目标电流值Iset；对误差e进行比例系数Kp和积分系数Ki控制，并把比例部分和积分部分相加得到控制量，所述控制量就是目标电流值Iset；所述目标电流值Iset的变化速率与目标测试电源输出的采样电压值Vin变化速率成正比；当目标测试电源输出的采样电压值Vin达到目标电压Vset2后，目标电流值达到稳定。

【技术特征摘要】
1.一种恒压模式直流电子负载的控制方法，其特征在于：所述方法是在恒压模式下，直流电子负载把目标测试电源从目标电压Vset1拉载到新目标电压Vset2的过程，所述方法为：电压外环根据目标测试电源输出采样电压值Vin的变化产生实时变化的目标电流值Iset；对误差e进行比例系数Kp和积分系数Ki控制，并把比例部分和积分部分相加得到控制量，所述控制量就是目标电流值Iset；所述目标电流值Iset的变化速率与目标测试电源输出的采样电压值Vin变化速率成正比；当目标测试电源输出的采样电压值Vin达到目标电压Vset2后，目标电流值达到稳定。2.根据权利要求1所述的恒压模式直流电子负载的控制方法，其特征在于：所述对误差e进行比例系数Kp和积分系数Ki控制的计算公式为：Iset(n)＝Iset(n-1)+Kp·[e(n)-e(n-1)]+Ki·e(n)，n为次数是大于0的自然数。3.根据权利要求1所述的恒压模式直流电子负载的控制方法，其特征在于：不同厂家目标测试电源的电源特性差异大，根据目标测试电源的电源电压对电流的变化响应速度设置比例系数Kp和积分系数Ki。4.根据权利要求3所述的恒压模式直流电子负载的控制方法，其特征在于：所述比例系数Kp和积分系数Ki分为高速、中速和低速三挡对应系数，分别用于测试极快电源，适中电源，极慢电源，以方便客户直接换挡使用。5.根据权利要求1所述的恒压模式直流电子负载的控制方法，其特征在于：所述目标测试电源的恒压模式测试与恒流、恒阻或者恒功率模式与直接互相切换。6.一种恒压模式直流电子负载的控制电路，其特征在于：包括CV-speed电路、电压外环、电流内环、功率MOS管和采样电路，所述CV-spee...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文甲，
申请(专利权)人：武汉精能电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42