一种高压、宽电压输入范围回馈式直流电子负载电路制造技术

本发明专利技术公开一种高压、宽电压输入范围回馈式直流电子负载电路，它包括隔离型DC/DC变换器、DC/AC变换器和控制单元；宽电压输入范围的直流被测设备经隔离型DC/DC变换器和DC/AC变换器实现并网回馈能量；隔离型DC/DC变换器采用两级式结构，包括两相交错并联BOOST变换器和LLC‑DCX变换器；DC/AC变换器采用T‑type逆变器；控制单元包括采样电路和DSP数字控制平台。本发明专利技术适用于各种电池组合的放电测试，自然能源(太阳能电池阵列、风能发电)的虚拟负载的测试等，且具有输入电压范围宽、最高输入电压高、高频隔离、效率高及节能环保等优势，具备现有电路所不具备的优势。

A Feedback DC Electronic Load Circuit with High Voltage and Wide Voltage Input Range

【技术实现步骤摘要】
一种高压、宽电压输入范围回馈式直流电子负载电路
本专利技术属于电力电子变换器
，尤其是一种高压、宽电压输入范围回馈式直流电子负载电路。
技术介绍
当今社会能源危机越来越严重，能量回收再利用能有效的缓解能源危机。随着国防、航空、通讯、交通等领域的迅速发展，储能设备如电池也得到了广泛发展，蓄电池放电测试，老化测试是必不可少的环节。传统测试采用能耗型负载，电能白白浪费，同时还会产生大量热量和噪声。回馈式直流电子负载可以使电子负载吸收的电能最大程度的循环利用，大大降低了成本，也顺应了当今社会节能环保的国策，因此有着广泛的应用前景。回馈式直流电子负载主要由DC/DC变换器和并网逆变的DC/AC变换器组成。目前回馈式直流电子负载的研究主要有三种，第一种是由BOOST变换器和并网逆变DC/AC变换器级联组成，但此方案没有高频变压器隔离，在DC/AC变换器后面接工频变压器实现隔离则无法避免工频变压器的固有缺点。第二种是由移相全桥变换器和并网逆变器级联组成，此种方案虽能实现高频隔离，但是不适用于宽电压输入范围。第三种是由BOOST变换器、移相全桥变换器和并网逆变器三级级联组成，此方案能解决宽输入电压范围，并且带有高频隔离功能，但是移相全桥软开关不能在全范围内实现，控制也相对复杂，提高了整机的复杂度。
技术实现思路
为解决现有技术中的缺陷和不足，本专利技术提供一种高压、宽电压输入范围回馈式直流电子负载电路，即两相交错并联BOOST变换器、LLC-DCX变换器和T-type逆变器三级级联拓扑，第一级两相交错并联BOOST变换器用作负载模拟单元，可以模拟各种负载特性，并且将宽范围的输入电压提升至逆变器并网所需母线电压，解决了输入电压范围宽的问题；LLC-DCX变换器始终定频工作在谐振点，能在全负载范围内实现开关管的ZVS和副边整流二极管的ZCS，实现变换器的高效率的同时实现了高频隔离功能；T-type逆变器能实现高压输入逆变并网，并且三电平形式能减小谐波含量，有效改善并网波形质量。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种高压、宽电压输入范围回馈式直流电子负载电路，它包括隔离型DC/DC变换器、DC/AC变换器和控制单元；宽电压输入范围的直流被测设备经隔离型DC/DC变换器和DC/AC变换器实现并网回馈能量；隔离型DC/DC变换器采用两级式结构，包括两相交错并联BOOST变换器和LLC-DCX变换器；DC/AC变换器采用T-type逆变器；控制单元包括采样电路和DSP数字控制平台。由于回馈式直流电子负载的输入电压范围宽，为150V≤Vin≤750V，经分析，采用两级变换且初级为高频隔离，低压输入时很难找到合适的拓扑，因此考虑三级变换，初级为BOOST升压，将Vbus1升压到DC/AC可以并网的电压要求，但三级变换效率会受影响，因此后级需考虑软开关及三电平技术；初级的BOOST变换器作为负载模拟单元，控制输入电流来实现恒流、恒功率和恒阻功能，控制输入电压来实现恒压功能；后面两级分别是高频隔离的DC/DC和并网逆变的DC/AC变换器，带高频隔离的DC/DC变换器采用全桥LLC拓扑，可实现全负载范围内的软开关，提高整机效率；DC/AC变换器采用T型三电平逆变拓扑，降低了器件的应力，适合高压工作，变换效率高。其中，DC/AC变换器不仅仅局限于T-type逆变器，也可以是其他逆变器，根据母线电压Cbus2可以选择合适的其他逆变器。本专利技术中母线电压Cbus2高，属于高压场合，选用T-type逆变器优势更明显。进一步地，两级式隔离型DC/DC变换器的第一级包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一电感L1和第二电感L2，第一开关管Q1、第二二极管D2与第一电感L1和第二开关管Q2、第三二极管D3与第二电感L2构成第一级两相交错并联BOOST变换器，该两相交错并联BOOST变换器驱动控制信号相位错开180°，其输入端并联接宽电压输入范围的直流被测设备，其输出端并联接母线电容Cbus1，再与第二级LLC-DCX变换器连接，第一二极管D1的阳极接正输入端，阴极接该两相交错并联BOOST变换器的输出正端，构成预充电支路，用于母线电容Cbus1的预充电；第二级LLC-DCX变换器包括第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、谐振电感Lr、谐振电容Cr、变压器激磁电感Lm和高频隔离变压器，第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5和第六开关管Q6构成原边全桥变换电路，谐振电感Lr、谐振电容Cr和变压器激磁电感Lm构成谐振电路，第三开关管Q3和第五开关管Q5的节点串联谐振电感Lr，再与变压器激磁电感Lm的一端和高频隔离变压器原边的一端连接，第四开关管Q4和第六开关管Q6的节点串联谐振电容Cr，再与变压器激磁电感Lm的另一端和高频隔离变压器原边的另一端连接，第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6和第七二极管D7构成副边全桥整流电路，第四二极管D4和第六二极管D6节点与高频隔离变压器副边的一端连接，第五二极管D5和第七二极管D7的节点与高频隔离变压器副边的另一端连接；所述两级式隔离型DC/DC变换器的第一输出端和第二输出端分别接母线电容Cbus2的正极和负极，母线电容Cbus2的正极和负极分别接DC/AC变换器的第一端和第二端。进一步地，开关管Q1-Q6均为SiCMOS管，二极管D1-D7均为SiC二极管。进一步地，T-type逆变器包括第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第一分压电容C1、第二分压电容C2、第三滤波电感L3、第四滤波电感L4和滤波电容Cf，第一开关管S1和第二开关管S2串联构成半桥结构，第三开关管S3和第四开关管S4反向串联，一端接到第一开关管S1和第二开关管S2的节点，另一端接到第一分压电容C1和第二分压电容C2的节点并接到电网地，第三滤波电感L3、第四滤波电感L4和滤波电容Cf构成LCL滤波器，第三滤波电感L3和第四滤波电感L4串联，其节点通过滤波电容Cf接到电网地，第四滤波电感L4的另一端接到电网。进一步地，开关管S1-S4均为IGBT。进一步地，控制单元包括DC/DC控制部分和T-type逆变器控制部分；其中，DC/DC控制部分的控制方法如下：(1)两相交错并联BOOST变换器作为负载模拟单元，根据不同的电子负载工作模式，其控制对象不同；在恒流模式工作状态下，输入电流Iin经采样电路输入到DSP(TMS32028377)中，与输入电流参考Iin_ref比较，误差信号由DSP中比例-积分-微分控制器(PID)计算后，与三角载波比较得到脉冲宽度调制(PWM)信号并输入到隔离驱动电路，分别控制两相交错并联BOOST变换器中第一开关管Q1和第二开关管Q2的占空比大小，控制输入电流Iin等于输入电流参考Iin_ref；LLC-DCX变换器采用定频不控方法，输出电压直接跟随母线电压Vbus1；(2)在恒功率、恒阻模式工作状态下，恒功率值和恒阻值分别通过下式(1)和(2)转化为对应的恒电流值，这样恒功率和恒阻的控制框图都可以转化为恒流控制框图，进而相应的控制与恒流控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压、宽电压输入范围回馈式直流电子负载电路，其特征在于：它包括隔离型DC/DC变换器、DC/AC变换器和控制单元；宽电压输入范围的直流被测设备经隔离型DC/DC变换器和DC/AC变换器实现并网回馈能量；隔离型DC/DC变换器采用两级式结构，包括两相交错并联BOOST变换器(1)和LLC‑DCX变换器(2)；DC/AC变换器采用T‑type逆变器(3)；控制单元包括采样电路和DSP数字控制平台。

【技术特征摘要】
1.一种高压、宽电压输入范围回馈式直流电子负载电路，其特征在于：它包括隔离型DC/DC变换器、DC/AC变换器和控制单元；宽电压输入范围的直流被测设备经隔离型DC/DC变换器和DC/AC变换器实现并网回馈能量；隔离型DC/DC变换器采用两级式结构，包括两相交错并联BOOST变换器(1)和LLC-DCX变换器(2)；DC/AC变换器采用T-type逆变器(3)；控制单元包括采样电路和DSP数字控制平台。2.根据权利要求1所述的高压、宽电压输入范围回馈式直流电子负载电路，其特征在于：所述两级式隔离型DC/DC变换器的第一级包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一电感L1和第二电感L2，第一开关管Q1、第二二极管D2与第一电感L1和第二开关管Q2、第三二极管D3与第二电感L2构成第一级两相交错并联BOOST变换器(1)，该两相交错并联BOOST变换器(1)驱动控制信号相位错开180°，其输入端并联接宽电压输入范围的直流被测设备，其输出端并联接母线电容Cbus1，再与第二级LLC-DCX变换器(2)连接，第一二极管D1的阳极接正输入端，阴极接该两相交错并联BOOST变换器(1)的输出正端，构成预充电支路，用于母线电容Cbus1的预充电；第二级LLC-DCX变换器(2)包括第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、谐振电感Lr、谐振电容Cr、变压器激磁电感Lm和高频隔离变压器，第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5和第六开关管Q6构成原边全桥变换电路，谐振电感Lr、谐振电容Cr和变压器激磁电感Lm构成谐振电路，第三开关管Q3和第五开关管Q5的节点串联谐振电感Lr，再与变压器激磁电感Lm的一端和高频隔离变压器原边的一端连接，第四开关管Q4和第六开关管Q6的节点串联谐振电容Cr，再与变压器激磁电感Lm的另一端和高频隔离变压器原边的另一端连接，第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6和第七二极管D7构成副边全桥整流电路，第四二极管D4和第六二极管D6节点与高频隔离变压器副边的一端连接，第五二极管D5和第七二极管D7的节点与高频隔离变压器副边的另一端连接；所述两级式隔离型DC/DC变换器的第一输出端和第二输出端分别接母线电容Cbus2的正极和负极，母线电容Cbus2的正极和负极分别接DC/AC变换器的第一端和第二端。3.根据权利要求2所述的高压、宽电压输入范围回馈式直流电子负载电路，其特征在于：所述开关管Q1-Q6均为MOSFET。4.根据权利要求1所述的高压、宽电压输入范围回馈式直流电子负载电路，其特征在于：所述T-type逆变器(3)包括第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第一分压电容C1、第二分压电容C2、第三滤波电感L3、第四滤波电感L4和滤波电容Cf，第一开关管S1和第二开关管S2串联构成半桥结构，第三开关管S3和第四开关管S4反向串联，一端接到第一开关管S1和第二开关管S2的节点，另一端接到第一分压电容C1和第二分压电容C2的节点并接到电网地，第三滤波电感L3、第四滤波电感L4和滤波电容Cf构成LCL滤波器，第三滤波电感L3和第四滤波电感L4串联，其节点通过滤波电容Cf接到电网地，第四滤波电感L4的另一端接到电网。5.根据权利要求4所述的高...

【专利技术属性】
技术研发人员：张之梁，何铭协，徐佳华，李想，朱靖，任小永，魏小忠，陈乾宏，
申请(专利权)人：南京航空航天大学无锡研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32