數字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負載升壓系統技術方案

本實用新型專利技術公開了數字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負載升壓系統，包括：主電路和控制電路。所述主電路由Boost升壓模塊、DC-DC升壓變換模塊依次連接組成，所述Boost升壓模塊與并聯低壓直流電源相連接，所述DC-DC升壓變換模塊與并網逆變系統相連接；所述控制電路包括故障保護電路模塊、電流電壓采樣及信號處理模塊、DSP嵌入式系統模塊和高頻驅動模塊。本實用新型專利技術徹底解決了低壓直流電源老化時難以實現電能回饋，而傳統靜態負載存在耗能、發熱及體積龐大的問題，節約能源、高效環保、性能可靠、自動化程度高、電源老化品質穩定，特別適用于低壓直流電源的可靠性實驗、帶載試驗與輸出特性試驗。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

數字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負載升壓系統
本技術涉及電力電子
，具體涉及數字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負載升壓系統。
技術介紹
隨著電力電子技術的發展與工業化水平的提高，各類電源廣泛應用于冶金、能源、 化工等社會生產的各個環節。電源運行可靠與否直接關系到系統運行的安全性和準確性， 影響到人們的生活安全與否，在生產上更關乎到國民經濟的穩定發展。為了確保電源產品的質量過關，滿足性能指標符合出廠要求，電源在出廠前必須進行24 72h甚至更長時間的檢測，包括電源可靠性實驗(主要是老化實驗，也稱烤機或燒機)、電源帶載試驗與輸出特性試驗等。如通信電源出廠試驗、各種整流柜出廠試驗、牽引動力試驗、大功率充電電源試驗、蓄電池放電試驗、電機出廠試驗、柴油機及汽油機出廠試驗、汽車動力性能試驗、電解電鍍電源出廠試驗等場合都需要負載測試。當前，國內外對上述產品的試驗一般都采用傳統的靜態負載(如電阻、電阻箱、滑線變阻器等)或電子負載能耗放電的辦法進行，但由于實際電源所接負載的形式較為復雜，傳統負載不能完全進行模擬電源在各種普通狀態和極限狀態下的表現，而且電能被完全浪費，造成大量的能量損耗， 存在耗能、發熱及體積龐大的問題。當今我國經濟的迅速發展，能源問題在當今社會受到越來越多的關注。能量回饋型電子負載是一種能夠模擬實際電阻負載特性的新型電力電子裝置，用于直流電源功率試驗，并將測試的直流電能逆變為交流并入電網，實現電能的再生利用。該裝置具有節能、體積小、重量輕、節省安裝空間和試驗性能優良等優點。經對現有技術文獻的檢索發現，中國專利申請號為=200810218873. 4，名稱為一種自適應高效節能并網回饋型電子負載，該申請案包括輸入電路和并網逆變裝置，其中輸入通道包括一個主通道和多個次通道，申請案對直流電源老化提出了理想的解決方案。然而，該申請案并沒有針對低壓直流電源的老化設計系統，同時，控制系統還停留在模擬控制的層面，并且沒有詳細的實施方法，存在較大的問題。另經檢索發現，中國專利申請號為200710099161.0，名稱為多輸入通道模塊化高頻隔離單相電能回饋型電子負載，該申請案采用高性能DSP和PWM控制驅動方式實現對直流輸入和交流輸出的數字控制，將輸入的直流電轉換為可送入電網的交流電。但該電子負載是針對傳統48V直流通信電源的老化試驗而設計的，同樣不適合低壓大電流直流電源的老化試驗。
技術實現思路
為了克服現有技術存在的不足，本技術提供一種數字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負載升壓系統。該系統以16位DSP嵌入式處理器為核心，將數字化控制技術應用到由Boost升壓模塊和DC-DC升壓變換模塊組成的升壓系統開關電路中，使系統實現穩定可靠的高壓直流輸出，為與之相連接的能量回饋型電子負載并網逆變系統提供合適的輸入特性。通過升壓系統將低壓大電流直流電轉化成高壓直流電，再送入后級并網逆變系統，實現的能量回饋型電子負載具有節約能源、高效環保、性能可靠、自動化程度高和易于編程控制等優點，特別適用于5V低壓直流電源的可靠性實驗、帶載試驗與輸出特性試驗。本技術采用如下技術方案一種數字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負載升壓系統，包括主電路和控制電路，所述主電路由Boost升壓模塊、DC-DC升壓變換模塊依次連接構成，所述Boost升壓模塊與并聯低壓直流電源相連接，所述DC-DC升壓變換模塊與并網逆變系統相連接。所述控制電路包括故障保護電路模塊、電流電壓采樣及信號處理模塊、DSP嵌入式系統模塊和高頻驅動模塊，所述DSP嵌入式系統模塊與電流電壓采樣及信號處理模塊的輸出端、故障保護電路模塊的輸出端、高頻驅動模塊的輸入端連接，所述高頻驅動模塊的輸出端分別與Boost升壓模塊的驅動信號輸入端、DC-DC升壓變換模塊的驅動信號輸入端相連接。所述電流電壓采樣及信號處理模塊有兩組，一組的輸入端與Boost升壓模塊的輸出端連接，另一組的輸入端與DC-DC升壓變換模塊的輸出端連接。所述故障保護電路模塊包括相互連接的過壓欠壓故障保護電路、過流故障保護電路和過熱故障保護電路。所述過壓欠壓故障保護電路的輸入端還與電網單相交流電相連接，所述過流故障保護電路輸入端還與DC-DC升壓變換模塊輸出端連接，所述過熱故障保護電路還與主電路相連接，用于檢測主電路開關管散熱器的溫度。所述DSP嵌入式系統模塊包括DSP數字信號處理器、降壓穩壓器、電壓調整器、存儲芯片和串口電平轉換芯片；所述DSP數字信號處理器采用16位的TMS320LF2407A。所述DSP數字信號處理器內嵌事件管理器，所述事件管理器具有脈沖寬度調制單元，以全軟件方式產生五路脈沖寬度調制信號，實現脈沖寬度調制的數字化。一路脈沖寬度調制信號通過高頻驅動模塊驅動控制Boost升壓模塊，四路脈沖寬度調制信號通過高頻驅動模塊控制DC-DC升壓變換模塊。所述高頻驅動模塊由兩部分構成，一部分包括MOSFET驅動器，用于驅動Boost升壓模塊開關管的開通和關斷；另一部分包括相互連接的脈動驅動變壓器、MOSFET圖騰柱推動結構，用于驅動 DC-DC升壓變換模塊的開關管在零電壓下的開通和關斷。所述并聯低壓直流電源為多個低壓直流電源并聯構成。所述DC-DC升壓變換模塊為電壓型全橋移相軟開關升壓變壓器，其拓補結構由儲能電感，全橋結構電路，隔離變壓器，輸出整流電路，LC濾波電路構成。所述Boost升壓模塊由升壓斬波電路構成。所述并聯低壓直流電源與Boost升壓模塊之間安裝有保險絲。本技術的有益效果I、本技術采用高性能數字信號處理器TMS320LF2407A作為控制核心，利用 DSP內部豐富的硬件資源、高速的運算能力和實時控制能力，實現升壓系統的全數字化控制，這使得能量回饋型電子負載具有更好的可擴展性，系統易于標準化、自動化程度高。2、本技術采用全橋移相軟開關技術，在升壓系統DC-DC升壓變換模塊部分實現MOSFET開關管在零電壓下的開通和關斷，大大減少了功率管的開關損耗和開關噪聲，降低了電磁干擾，提高了整機功率密度和裝置效率。3、本技術采用了電壓電流反饋的數字化控制技術，系統的動態特性優良、控制精度高、穩定可靠。4、本實施例實現低壓大電流直流電轉化成高壓直流電，再配合后級并網逆變系統，實現的能量回饋型電子負載具有節約能源、高效環保、性能可靠、自動化程度高、易于編程控制等優點，很好地解決低壓大電流直流電源的老化測試問題，電子負載能量的循環使用率可達80%以上，從而大大節約了能源的無謂消耗和電費的支出，具有廣闊的應用前景。附圖說明圖I是本技術的結構框圖；圖2是本技術的主電路的電路原理圖；圖3 (a)是本技術電流電壓采樣及信號處理模塊中的電流采樣及信號處理電路圖，(b)是本技術電流電壓采樣及信號處理模塊中的電壓采樣及信號處理電路圖；圖4是本技術的故障保護電路模塊的電路原理圖；圖5 (a)是本技術的高頻驅動模塊中用于驅動Boost升壓模塊的電路圖，(b) 是本技術的高頻驅動模塊中用于驅動DC-DC升壓變換模塊的電路圖；圖6 Ca)是本技術的DSP嵌入式系統模塊的供電電路圖，(b)是本技術的DSP嵌入式系統模塊的控制電路原理圖。具體實施方式下本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種數字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負載升壓系統，包括主電路和控制電路，其特征在于，所述主電路由Boost升壓模塊、DC？DC升壓變換模塊依次連接構成，所述Boost升壓模塊與并聯低壓直流電源相連接，所述DC？DC升壓變換模塊與并網逆變系統相連接；所述控制電路包括故障保護電路模塊、電流電壓采樣及信號處理模塊、DSP嵌入式系統模塊和高頻驅動模塊，所述DSP嵌入式系統模塊與電流電壓采樣及信號處理模塊的輸出端、故障保護電路模塊的輸出端、高頻驅動模塊的輸入端連接，所述高頻驅動模塊的輸出端分別與Boost升壓模塊的驅動信號輸入端、DC？DC升壓變換模塊的驅動信號輸入端相連接。

【技術特征摘要】
1.一種數字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負載升壓系統，包括主電路和控制電路，其特征在于，所述主電路由Boost升壓模塊、DC-DC升壓變換模塊依次連接構成，所述 Boost升壓模塊與并聯低壓直流電源相連接，所述DC-DC升壓變換模塊與并網逆變系統相連接；所述控制電路包括故障保護電路模塊、電流電壓采樣及信號處理模塊、DSP嵌入式系統模塊和高頻驅動模塊，所述DSP嵌入式系統模塊與電流電壓采樣及信號處理模塊的輸出端、故障保護電路模塊的輸出端、高頻驅動模塊的輸入端連接，所述高頻驅動模塊的輸出端分別與Boost升壓模塊的驅動信號輸入端、DC-DC升壓變換模塊的驅動信號輸入端相連接。2.根據權利要求I所述的數字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負載升壓系統， 其特征在于，所述電流電壓采樣及信號處理模塊有兩組，一組的輸入端與Boost升壓模塊的輸出端連接，另一組的輸入端與DC-DC升壓變換模塊的輸出端連接。3.根據權利要求I所述的數字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負載升壓系統， 其特征在于，所述故障保護電路模塊包括相互連接的過壓欠壓故障保護電路、過流故障保護電路和過熱故障保護電路；所述過壓欠壓故障保護電路的輸入端還與電網單相交流電相連接，所述過流故障保護電路輸入端還與DC-DC升壓變換模塊輸出端連接，所述用于檢測主電路開關管散熱器的溫度的過熱故障保護電路還與主電路相連接。4.根據權利要求I所述的數字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負載升壓系統， 其特...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳開源，趙卓立，王小珺，恒功淳，章濤，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：實用新型
國別省市：