一种高精度高动态响应的三相模拟脉冲负载制造技术

本发明专利技术涉及一种高精度高动态响应的三相模拟脉冲负载，其中三相电源经三相不控整流桥整流成直流，直流回路正负母线间依次并联尖峰电压吸收电路、从0到n的共n+1个负载支路，每个负载支路包括一个高速功率开关器件与电阻进行串联，每个电阻与续流二极管并联，其中，各负载支路的容量定义为直流母线电压的平方与该负载电阻阻值的比值，以负载支路0的容量设计为系统最小调节容量P0，各负载支路0到n

【技术实现步骤摘要】
一种高精度高动态响应的三相模拟脉冲负载


[0001]本专利技术涉及电气测试领域，尤其涉及一种高精度高动态响应的三相模拟脉冲负载电气结构与实现方法。

技术介绍

[0002]在新型军事装备中，如相控阵雷达，高能微波武器等，其负荷特性呈连续脉冲状，我们称这类用电负载为脉冲负载，脉冲负载对供电电源提出了较高的要求。而在电源的研发和生产试验过程中，需要用模拟脉冲负载来替代实际应用的脉冲负载用电设备来进行各种工况的测试，以检验该电源能否在带脉冲负载情况下正常运行，是否影响所需要的脉冲功率输出。
[0003]期刊《现代雷达》2016年3月刊登的论文《一种现代雷达非线性脉冲特性的模拟装置》介绍了一种连续脉冲模拟装置的实现原理，其将复杂的雷达系统简化为整流器模块、直流开关模块、负载模块，利用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)控制多组电阻负载的投切模拟脉冲负载的功率突变，通过设置直流开关的触发脉冲来实现不同的开关周期与占空比，还通过改变接入电路的电阻组数实现不同的脉冲负载峰值功率。其采用基于可控硅器件的三相整流桥整流，将三相交流整流为直流，然后经LC滤波得到纹波较小的直流电压，为继电器控制的各电阻支路提供恒定的直流电压。所提出的电路结构和控制方法虽然可以一定程度地模拟脉冲负载，但是，由于可控硅整流器稳压响应速度慢，还由于采取了LC滤波器件，对于脉冲阶跃响应时间要求小到0.1ms水平的脉冲负载没法模拟实现，而且，交流侧输入电流的幅值难以精准控制保证，也就是说，文中说采用的技术方案难以能满足高精度高动态响应的要求。
[0004]图1为脉冲负载应用时输入交流电流峰值曲线基本形状，负载由额定线电压Un(比如200V)，额定频率f(比如400Hz)的三相交流电源供电，其中t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8为脉冲时间宽度(从几毫米到几十毫米可任意设定)，i1、i2、i3、i4、i5、i6为相对应的脉冲幅值，亦即三相交流电流峰值，这些参数可从0到最大值(比如600A)内任意设定。脉冲负载调节步长要求可小到0.1kVA，而脉冲阶跃响应时间短到0.1ms，为了模拟实现这样的脉冲负载电流峰值曲线，本文提出一种高精度高动态响应的三相模拟脉冲负载的主电路架构和实现方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提出一种具有高动态响应、高控制精度、幅值曲线可任意编程的模拟脉冲负载的主电路方案和控制实现原理，以满足脉冲负载对三相交流电源或供电发电机的测试需求。
[0006]为达到上述目的，提供一种高精度高动态响应的三相模拟脉冲负载，包括三相电源、三相不控整流桥、尖峰电压吸收电路以及从0到n的共n+1个负载支路；
[0007]所述三相电源经所述三相不控整流桥整流成直流，并在直流回路正负母线间并联
所述尖峰电压吸收电路来吸收电流，其中尖峰电压吸收电路具有串联的电阻Rd、电容C；
[0008]各个所述负载支路均并联于直流回路正负母线间，每个所述负载支路包括一个高速功率开关器件与电阻进行串联，每个电阻与续流二极管并联，其中，各负载支路的容量定义为直流母线电压的平方与该负载电阻阻值的比值，以负载支路0的容量设计为系统最小调节容量P0，各负载支路0到n
‑
1路的额定功率容量设计按以2为公比的等比数例设计，且第n路的负载设计容量Pn取(1+r％)Q
N
‑2n P0，式中系统额定容量需求为Q
N
，余量为r％。
[0009]进一步的，所述高速功率开关器件的散热设计只需要考虑导通损耗而不用考虑开关损耗。
[0010]进一步的，在系统电流超过50A的情况下所述高速功率开关器件采用IGBT来控制本支路电阻电流的通断，和/或在系统电流低于50A的情况下所述高速功率开关器件采用为MOSFET管。
[0011]进一步的，所述尖峰电压吸收电路的参数配置为是在所有负载支路由同时导通到同时关断时刻，三相整流器前段的线路电感及直流侧母线电感的储能释放到电容C上造成的RC两端的稳态和瞬态电压不能超过各功率开关管的安全工作电压。
[0012]进一步的，给定交流电流峰值脉冲曲线实时输入值i_peak_ref，将其与尖峰电压吸收电路的电容电流的峰值的差与三相交流侧的线电压峰值相乘得到负载功率实时控制指令P
*
；
[0013]计算三相输入交流电压U
abrms
的有效值与额定电压U
n
的比值的平方得到自适应调节系数m(即m＝(U
abrms
/U
n
)2)；
[0014]将所述自适应调节系数m乘以设计的最小调节容量P0参数得到在当前输入交流电压下的实际最小调节容量同样第n个负载支路的实际容量由设计的Pn乘以系数m得到随三相交流输入电压调整后的
[0015]根据P
*
、和来计算得到各负载支路高速功率开关器件的控制位。
[0016]进一步的，所述根据P
*
、和来计算得到各负载支路高速功率开关器件的控制位，进一步包括：
[0017]若P
*
＜P
nt
，b
n
置0，并令W＝P
*
[0018]若P
*
≥P
nt
，b
n
置1，并令W＝P
*
‑
P
nt
；
[0019]将W与的比值取整后化为二进制数，得到二进制数b
n
‑1b
n
‑2…
b2b1b0；
[0020]第0位b0对应负载支路0的控制，如为1，则开通该负载支路的高速功率开关器件T0，为0则关断开关器件T0，其它第1位b1到第n
‑
1位b
n
‑1以及b
n
依次对应开关器件T1到Tn采取同样开关控制策略。
[0021]进一步的，还包括有辅助支路，辅助支路并联于直流回路正负母线间，辅助支路被配置为在负载支路的架构下在电阻上串联一个电感用于平滑辅助支路中的高速功率开关器件Th在PWM控制情况下的电阻电流，其中辅助支路中的续流二极管与电阻串联电感的支路并联。
[0022]进一步的，将三相输入电流ia与ib进行检测采样计算得到三相电流峰值，给定三相交流电流峰值脉冲曲线数值与检测计算出的实际三相电流峰值的差值减去辅助支路中
电阻电流检测值的差值，作为控制调节器的输入，其输出经限制器后得到调制波，与三角载波比较得到的PWM脉冲用于控制辅助支路的高速功率开关器件Th的通断。
[0023]采用本方明专利方案，主电路架构简单，系统的控制实现比较简单，脉冲负载电流动态响应非常快，利用常规高速功率开关器件，即使开关器件的开通关断时间小于50us,也能够实现动态响应时间在0.1ms以下。因为引入了涉及交流电压幅值波动的自适应调节系数，以及引入了辅助支路进行稳态误差补偿，使系统在满足高动态响应的同时还能实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度高动态响应的三相模拟脉冲负载，其特征在于：包括三相电源、三相不控整流桥、尖峰电压吸收电路以及从0到n的共n+1个负载支路；所述三相电源经所述三相不控整流桥整流成直流，并在直流回路正负母线间并联所述尖峰电压吸收电路来吸收电流，其中尖峰电压吸收电路具有串联的电阻Rd、电容C；各个所述负载支路均并联于直流回路正负母线间，每个所述负载支路包括一个高速功率开关器件与电阻进行串联，每个电阻与续流二极管并联，其中，各负载支路的容量定义为直流母线电压的平方与该负载电阻阻值的比值，以负载支路0的容量设计为系统最小调节容量P0，各负载支路0到n
‑
1路的额定功率容量设计按以2为公比的等比数例设计，且第n路的负载设计容量Pn取(1+r％)Q
N
‑2n P0，式中系统额定容量需求为Q
N
，余量为r％。2.根据权利要求1所述的三相模拟脉冲负载，其特征在于：所述高速功率开关器件的散热设计只需要考虑导通损耗而不用考虑开关损耗。3.根据权利要求2所述的三相模拟脉冲负载，其特征在于：在系统电流超过50A的情况下所述高速功率开关器件采用IGBT来控制本支路电阻电流的通断，和/或在系统电流低于50A的情况下所述高速功率开关器件采用为MOSFET管。4.根据权利要求1所述的三相模拟脉冲负载，其特征在于：所述尖峰电压吸收电路的参数配置为是在所有负载支路由同时导通到同时关断时刻，三相整流器前段的线路电感及直流侧母线电感的储能释放到电容C上造成的RC两端的稳态和瞬态电压不能超过各功率开关管的安全工作电压。5.根据权利要求1所述的三相模拟脉冲负载，其特征在于：给定交流电流峰值脉冲曲线实时输入值i_peak_ref，将其与尖峰电压吸收电路的电容电流的峰值的差与三相交流侧的线电压峰值相乘得到负载功率实时控制指令P
*
；计算三相输入交流电压U
abrms
的有效值与额定电压U
n
的比值的平方得到自适应调节系数m(即m＝(U
abrms
/U
n
)2)；将...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛建科，盛亮科，廖晓斌，罗万里，刘湘，詹柏青，
申请(专利权)人：广东福德电子有限公司株洲福德轨道交通研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：