專利名稱：多路輸入回饋式電子負載系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子技術領域，尤其涉及一種多路輸入回饋式電子負載系統。
背景技術：
關電源從輸出特性而言主要有兩種類型恒流電源和恒壓電源。恒流電源就是一種在正常工作時，輸出電流為恒定的電源，其電源電流不隨輸出電壓的改變而改變。如一個參數規格為IA/ ((T50V)的恒流電源，在輸出端接上(T50V之間任何工作在恒壓模式的負載，其電源電流值都將保持為1A。相應地，恒壓電源又叫穩壓電源，其要求輸出電壓值固定，不隨負載、輸入電壓等外部工作條件而變化。電子負載根據其輸入特性也可分為多種工作模式，包括恒壓(CV)、恒流(CC)Vg阻(CR)、恒功(CP)等。其中，恒壓模式就是指將該電子負載的輸入電壓值限制在某一指定范圍內；恒流模式就是電子負載從輸入側吸取指定數值大小的電流。回饋式電子負載系統可看作是一種將輸入的直流電源信號轉換為交流電源信號，并向供電電網輸送電能的裝置。回饋式電子負載系統與熱耗型或電阻型負載相比，具有非常明顯的節能效果，廣泛應用于開關電源的老化測試、蓄電池的快速放電等應用領域。回饋式電子負載系統本質上是一個逆變器，其主要功能是實現“直流-交流”(DC-AC)的轉換，但其比普通逆變器具有更多的功能，如其還可能包括工頻隔離或高頻隔離電路等。在實際應用中，通常將多路被測電源接入到同一回饋式電子負載中進行電源老化測試，被測電源的輸出電壓一般較低，為將直流電能回饋至電網中，逆變單元的輸入直流電壓一般都需達到400V左右。普通的直流被測電源無法滿足該條件，因此，多路輸入回饋式電子負載系統的輸入側通常還包括有升壓電路單元。升壓電路單元主要作用是一方面將各分路直流被測電源的輸出電壓進行升壓處理；另一方面，升壓電路單元還可以控制直流側輸入電流，即使直流被測電源輸出的不可控電流變為可控電流，通過控制直流輸入電流實現逆變單元的各種工作狀態。因此，在多路輸入回饋式電子負載系統中，升壓電路單元的設計尤為重要。圖1為現有技術中的一種多路輸入回饋式電子負載系統的電路結構圖，被測恒流電源Pl與升壓電路單元Ml連接，被測恒流電源P2與升壓電路單元M2連接，如此類推，被測恒流電源Pn與升壓電路單元Mn連接，n為自然數，且n彡I。各分路的升壓電路單元(Ml，M2，……，Mn)將各分路輸入被測恒流電源(Pl，P2，……，Pn)電壓分別升壓至某一定值后，并入逆變單元W的直流輸入端；微處理器MCU對各升壓電路單元以及逆變單元W的工作參數進行控制；升壓電路單元根據微處理器MCU的控制信號獨立地進行工作參數設置。微處理器MCU還可以分別讀取每個升壓電路單元的檢測數據，并將其顯示在顯示單元LCM上。此外，微處理器MCU還用于控制逆變單元W進行信號轉換。現有技術中的多路輸入回饋式電子負載系統主要存在以下缺點一方面，因每一分路被測電源輸入都需要一個升壓電路單元，整個電子負載系統元器件較多，電路復雜，導致系統的可靠性較低且構建成本較高；另一方面，每一分路輸入被測電源的電流和功率都將受到分路升壓電路單元本身的開關管、二極管、電感等功率元件的限制。由于功率元件對輸入電流及功率的承受范圍相對于電阻的承受范圍要小，更容易損毀，因而限制了回饋式電子負載系統輸入側的被測電源的適用范圍。
發明內容
發明所要解決的技術問題在于提供一種多路輸入回饋式電子負載系統，以簡化電子負載系統的電路，提高系統的可靠性和擴大系統的適用性。為解決以上技術問題，本發明提供一種多路輸入回饋式電子負載系統，其特征在于，包括N個電源輸入端、匯總升壓電路和總逆變單元，N^2；
每個電源輸入端分別一一對應地接入一路直流電源信號，并將接入的直流電源信號傳送至所述匯總升壓電路的直流輸入端；
所述匯總升壓電路工作在恒壓模式，對所述直流輸入端輸入的直流電源信號匯總后進行升壓處理；
所述總逆變單元與所述匯總升壓電路的直流輸出端連接；所述總逆變單元用于將所述匯總升壓電路升壓處理后的直流電源信號轉換為交流電源信號。進一步地，所述的多路輸入回饋式電子負載系統還包括N個采樣電阻、微處理器和開關器；所述N個采樣電阻與所述N個電源輸入端一一對應；在每個電源輸入端與所述匯總升壓電路的直流輸入端之間，串聯一個所述采樣電阻；所述微處理器通過所述開關器與所述N個采樣電阻電連接；所述微處理器用于檢測流經所述采樣電阻的電流，獲得每個電源輸入端所接入的直流電源信號的電流值。再進一步的，所述開關器為單刀多擲式的電子式模擬開關。在一個實現方式中，每個電源輸入端所接入的直流電源信號為恒流電源信號。在另一個實現方式中，每個電源輸入端所接入的直流電源信號為恒壓電源信號；所述每個電源輸入端與所述匯總升壓電路的直流輸入端之間，還分別連接有限流電阻；所述限流電阻用于調整所述每個電源輸入端所接入的直流電源信號的電流值。本發明實施例提供的多路輸入回饋式電子負載系統，可實現對恒流電源或恒壓電源的老化測試，其通過提供一個匯總升壓電路，將各路輸入的被測電源輸入端并入匯總升壓電路的直流輸入端，并經過該匯總升壓電路的升壓處理，將各路的輸入電源信號的電壓全部升壓至某一特定值，并結合微處理器的控制操作，降低了整個電子負載系統的電路復雜度，提高了系統的可靠性；節省了電子元器件，并降低了電子元器件(尤其是功率元器件)對電子負載系統的直流輸入側的限制，分路被測電源輸入的電流和功率最大允許值大大提高，擴大系統對各分路被測電源的適用范圍，并進一步降低系統的生產成本。
圖1是現有技術中的一種多路輸入回饋式老化系統的電路結構 圖2是本發明提供的多路輸入回饋式電子負載系統的第一實施例的結構示意 圖3是本發明提供的多路輸入回饋式電子負載系統中的匯總升壓電路的一個實施例的結構不意 圖4是本發明提供的多路輸入回饋式電子負載系統的第二實施例的結構示意圖；圖5是本發明提供的多路輸入回饋式電子負載系統的第三實施例的結構示意圖6是本發明提供的多路輸入回饋式電子負載系統的第四實施例的結構示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發明保護的范圍。下面結合圖2 圖6，對本發明實施例提供的多路輸入回饋式電子負載系統的結構及工作原理進行詳細描述。參看圖2，是本發明提供的多路輸入回饋式電子負載系統的第一實施例的結構示意圖。在第一實施例中，該多路輸入回饋式電子負載系統包括N個電源輸入端、匯總升壓電路100和總逆變單元200，N彡2。每個電源輸入端(如圖2所示的電源輸入端1，電源輸入端2，……，電源輸入端N)分別一一對應地接入一路直流電源信號，并將接入的直流電源信號傳送至所述匯總升壓電路100的直流輸入端。所述匯總升壓電路100工作在恒壓模式，對所述直流輸入端輸入的直流電源信號匯總后進行升壓處理。所述總逆變單元200與所述匯總升壓電路100的直流輸出端連接；所述總逆變單元200用于將所述匯總升壓電路100升壓處理后的直流電源信號轉換為交流電源信號。參看圖3，是本發明提供的多路輸入回饋式電子負載系統中的匯總升壓電路的一個實施例的結構示意圖。具體實施時，本發明實施例所提供的匯總升壓電路可為升壓型開關電源電路，包括電感L、二極管D、開關管Q、電阻R和控制器1C。接口 Mil、接口 Mi2為匯總升壓電路的直流輸入端，接口 Mol和接口 Mo2為匯總升壓電路的直流輸出端，接口 bl為匯總升壓電路的控制端。其中，控制器IC包括模數轉換器和脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation，簡稱PWM)電路。如圖3所示，控制器IC還包括模擬信號輸入端ADCl、模擬信號輸入端ADC2、脈寬調制輸出端PWM、串行數據輸入端DATA (即匯總升壓電路的控制端bl)以及電源接地端GND (相應地，控制器IC還有電源正極端，圖3中沒有畫出)。具體實施時，模擬信號輸入端ADCl用于接入電壓參數，模擬信號輸入端ADC2用于接入電流參數(即電阻R上的壓降所對應的電流值)，模數轉換器用于將模擬信號輸入端輸入的模擬信號轉換為數字信號。串行數據輸入端DATA與控制端bl連接，用于接收外部指令(在本發明中，“外部指令”為微處理器所發出的控制信號);脈寬調制輸出端PWM用于輸出脈沖信號，控制開關管Q的工作狀態，從而控制匯總升壓電路的輸入電流。在本實施例中，該匯總升壓電路100工作在恒壓模式，對所述直流輸入端輸入的直流電源信號匯總后進行升壓處理。即匯總升壓電路100在工作時，直流輸入端Mil和Mi2兩端之間的電壓被限制在某一指定值上；N個電源輸入端連接在Mi I和Mi2上共同對恒壓型匯總升壓電路100供電；匯總升壓電路100對直流輸入端Mil和Mi2所接入的直流電源信號升壓至某一特定值上，使得本發明實施例所提供的多路輸入回饋式電子負載系統滿足將電能回饋至供電電網的電壓條件。參看圖4，是本發明提供的多路輸入回饋式電子負載系統的第二實施例的結構示意圖。在第二實施例中，所述的多路輸入回饋式電子負載系統還包括N個采樣電阻(如圖4所示的電阻Rl，電阻R2，……，電阻RN)、微處理器300和開關器400 ;所述N個采樣電阻與所述N個電源輸入端一一對應。例如，在電源輸入端N與所述匯總升壓電路100的直流輸入端Mil、Mi2之間，串聯一個采樣電阻Rn。所述微處理器300通過所述開關器400與所述N個采樣電阻電連接；所述微處理器300用于檢測流經所述采樣電阻的電流，獲得每個電源輸入端所接入的直流電源信號的電流值。在本實施例所提供的多路輸入回饋式電子負載系統中，進一步地，所述開關器400 為可控開關器；所述微處理器300通過控制所述開關器400的通斷狀態，以逐一掃描的方式檢測流經每個采樣電阻的電流。具體的，微處理器300向可控開關器發送控制信號，切換各個采樣電阻與微處理器300的電連接的“通”和“斷”，從而逐一掃描每個采樣電阻的電流。優選的，所述開關器為單刀多擲式的電子式模擬開關。在本實施例中，N個采樣電阻作電流檢測之用，它們的阻值均很小，可近似為短路，因此，當本實施例所提供的多路輸入回饋式電子負載系統的輸入側接入N個被測電源時，流經所述的N個采樣電阻的電流值可近似分別看作為各個被測電源的輸入電流值。進一步地，在本實施例中，在輸入電源電流檢測方面，該多路輸入回饋式電子負載系統每增加一路電源輸入端，只需增加一個采樣電阻；系統中的微處理器通過控制開關器的通斷狀態，對各個采樣電阻的電流值進行逐一掃描，即可檢測出各個被測電源的電流值。因此，當系統的電源輸入端的數量上百時(即N>100)，公用開關器和匯總升壓電路的電子元器件數量分攤到每一路電源輸入端時，其幾乎可以忽略不計。因此，大大減少了整個電子負載系統的電子元器件的數量，提高系統的可靠性和降低了生產成本。進一步地，所述微處理器300還用于向所述匯總升壓電路100發送控制信號，對所述匯總升壓電路100的工作參數進行設置。具體實施時，匯總升壓電路100可根據微處理器300的控制信號，對其內部可控元器件的工作參數進行設置。由于本實施例所提供的匯總升壓電路100的輸入電流承受力，往往比現有技術中的分路升壓電路的單路輸入電流承受能力要高得多(電子元器件的工作參數值更大)，因此，本實施例所提供的多路輸入回饋式電子負載系統的對系統輸入側所接入的被測電源的適用性更廣。進一步地，在本實施例所提供的多路輸入回饋式電子負載系統中，所述微處理器300還用于檢測所述匯總升壓電路100的電路狀態數據。特別地，第二實施例所提供的多路輸入回饋式電子負載系統適用于恒流電源的老化測試。即，在所述的多路輸入回饋式電子負載系統中，每個電源輸入端所接入的直流電源信號為恒流電源信號。參考圖5，是本發明實施例所提供的多路輸入回饋式電子負載系統的第三實施例的結構示意圖。
在本實施例中，可選地，所提供的多路輸入回饋式電子負載系統還包括顯示器400。所述顯示器400與所述微處理器300連接；所述微處理器300還用于將每個電源輸入端所接入的直流電源信號的電流值和所述匯總升壓電路100的工作參數，傳輸到所述顯示器400進行顯示。具體實施時，微處理器300與顯示器400正常通信后，操作者通過觀察顯示屏，來可判斷多路輸入的直流電源信號的電流總值是否超出匯總升壓電路的正常工作電流閾值。進一步地，所述匯總升壓電路包括電流過載保護電路；所述微處理器300還用于在檢測到所述N個電源輸入端所接入的直流電源信號的總電流值大于所述匯總升壓電路100的工作電流最大允許值時，啟動所述電流過載保護電路。
在本實施例中，微處理器300本身可包括有一個自動檢測系統，對匯總升壓電路100的工作參數和電路狀態數據進行實時監控。當本實施例所提供的多路輸入回饋式電子負載系統每增加一路電源輸入端時，微處理器300需要計算出各路直流電源信號的總電流值，然后根據該總電流值發送控制信號至匯總升壓電路100，對匯總升壓電路100的電子元器件的可控參數進行設置；當所計算出來的各路直流電源信號的總電流值大于所述匯總升壓電路100的工作電流最大允許值時，微處理器300啟動匯總升壓電路100中的電流過載保護電路，執行斷開新增的電源輸入端的電連接或關閉匯總升壓電路100的工作等操作，以保護匯總升壓電路100不受損壞。本實施例所提供的多路輸入回饋式電子負載系統適用于對恒流電源的老化測試，即，每個電源輸入端所接入的直流電源信號為恒流電源信號。參看圖6，是本發明實施例提供的多路輸入回饋式電子負載系統的第四實施例的結構示意圖。在第四實施例中，該多路輸入回饋式電子負載系統與以上所述各個實施例的區別點在于每個電源輸入端所接入的直流電源信號為恒壓電源信號。所述每個電源輸入端與所述匯總升壓電路100的直流輸入端之間，還分別連接有限流電阻；所述限流電阻用于調整所述每個電源輸入端所接入的直流電源信號的電流值。本實施例中所提供的多路輸入回饋式電子負載系統適用于恒壓電源的老化測試。如圖6所示，電源輸入端I與匯總升壓電路100的直流輸入端Mil、Mi2之間連接有限流電阻IV電源輸入端2與匯總升壓電路100的直流輸入端Mil、Mi2之間連接有限流電阻r2，如此類推，電源輸入端N與匯總升壓電路100的直流輸入端Mil、Mi2之間連接有限流電阻rN，(N彡2)。根據電路基本原理，由于當恒壓電源信號與恒壓型電子負載直接連接時，會產生零電流或短路電流這兩種不受控情況，因此，恒壓電源信號不能直接采用工作在恒壓模式的電子負載來進行老化。本實施例所提供的多路輸入回饋式電子負載系統的基本工作原理是通過選定適當的限流電阻的阻值，使得本發明提供的多路輸入回饋式電子負載系統適用于恒壓電源的老化測試。具體實施時，假設N個電源輸入端所接入的恒壓電源信號的電壓值恒為Vp，若微處理器300將匯總升壓電路100的直流輸入端Mil和Mi2之間的電壓值設定為Ve，且采用Ae大小的電流來老化接入的被測恒壓電源Qn，則只需將限流電阻rN的電阻值選定為rN=(Vp-Ve)/Ae0當確定了限流電阻rN的電阻值時，用戶可仍然根據老化電源所需的電流Ae來調整匯總升壓電路100的輸入電壓值Ve ;也可在保持匯總升壓電路100的輸入電壓值Ve不變的情況下，調整限流電阻^的電阻值來達到老化電源所需電流Ae的要求。需要說明的是，在本實施例中，由于限流電阻1^的介入，使得本發明所提供的多路輸入回饋式電子負載系統的回饋效率為X=Ve/ Vp，即系統的回饋效率降低了 T=1-A =(rNXAe)/ Vp，但在具體實踐中，只要限流電阻1^的電阻值選取得當或者足夠小，系統的整體回饋效率的降低值T是有限的。本發明實施例所提供的多路輸入回饋式電子負載系統，摒棄了現有技術中的每一路電源輸入端必須連接一路獨立的分路升壓電路單元的升壓方式，將多路電源輸入端分別串聯一個采樣電阻后，接入同一個工作在恒壓模式的匯總升壓電路，進行集中升壓處理后再輸入到總逆變單元中進行后續處理。
本發明實施例所提供的多路輸入回饋式電子負載系統可用于恒流電源的老化測試，且對本發明實施例所提供的多路輸入回饋式電子負載系統稍作改進后(每一路電源輸入端添加一個限流電阻)也適用于恒壓電源的老化測試。本發明實施例所提供的多路輸入回饋式電子負載系統每增加一路電源輸入端，只需增加一個采樣電阻(對恒壓電源進行測試時，系統還需增加一個限流電阻)和相應的開關切換裝置，系統元件數量大大減少；且系統的輸入級電路沒有開關管、二極管、電感等容易因焦耳熱或功率過大而損毀的功率電子元器件，減少了系統輸入側的電流限制。因而，本發明實施例提供的多路輸入回饋式電子負載系統的結構簡單、電路復雜度低、匯總升壓電路的電流/功率承受能力高，提高了系統的可靠性并降低了系統構建成本，且適用于對恒流電源或恒壓電源的老化測試，具有更高的系統性價比。以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種多路輸入回饋式電子負載系統，其特征在于，包括N個電源輸入端、匯總升壓電路和總逆變單元，N ^ 2 ； 每個電源輸入端分別一一對應地接入一路直流電源信號，并將接入的直流電源信號傳送至所述匯總升壓電路的直流輸入端； 所述匯總升壓電路工作在恒壓模式，對所述直流輸入端輸入的直流電源信號匯總后進行升壓處理； 所述總逆變單元與所述匯總升壓電路的直流輸出端連接；所述總逆變單元用于將所述匯總升壓電路升壓處理后的直流電源信號轉換為交流電源信號。
2.如權利要求I所述的多路輸入回饋式電子負載系統，其特征在于，還包括N個采樣電阻、微處理器和開關器； 所述N個采樣電阻與所述N個電源輸入端一一對應；在每個電源輸入端與所述匯總升壓電路的直流輸入端之間，串聯一個所述采樣電阻； 所述微處理器通過所述開關器與所述N個采樣電阻電連接；所述微處理器用于檢測流經所述采樣電阻的電流，獲得每個電源輸入端所接入的直流電源信號的電流值。
3.如權利要求2所述的多路輸入回饋式電子負載系統，其特征在于，所述開關器為可控開關器； 所述微處理器通過控制所述開關器的通斷狀態，以逐一掃描的方式檢測流經每個采樣電阻的電流。
4.如權利要求3所述的多路輸入回饋式電子負載系統，其特征在于，所述開關器為單刀多擲式的電子式模擬開關。
5.如權利要求4所述的多路輸入回饋式電子負載系統，其特征在于，所述微處理器還用于向所述匯總升壓電路發送控制信號，對所述匯總升壓電路的工作參數進行設置。
6.如權利要求5所述的多路輸入回饋式電子負載系統，其特征在于，所述微處理器還用于檢測所述匯總升壓電路的電路狀態數據。
7.如權利要求6所述的多路輸入回饋式電子負載系統，其特征在于，還包括顯示器； 所述顯示器與所述微處理器連接； 所述微處理器還用于將每個電源輸入端所接入的直流電源信號的電流值和所述匯總升壓電路的工作參數，傳輸到所述顯示器進行顯示。
8.如權利要求7所述的多路輸入回饋式電子負載系統，其特征在于，所述匯總升壓電路包括電流過載保護電路； 所述微處理器還用于在檢測到所述N個電源輸入端所接入的直流電源信號的總電流值大于所述匯總升壓電路的工作電流最大允許值時，啟動所述電流過載保護電路。
9.如權利要求Γ8任一項所述的多路輸入回饋式電子負載系統，其特征在于，每個電源輸入端所接入的直流電源信號為恒流電源信號。
10.如權利要求Γ8任一項所述的多路輸入回饋式電子負載系統，其特征在于，每個電源輸入端所接入的直流電源信號為恒壓電源信號； 所述每個電源輸入端與所述匯總升壓電路的直流輸入端之間，還分別連接有限流電阻； 所述限流電阻用于調整所述每個電源輸入端所接入的直流電源信號的電流值。
全文摘要
本發明公開了一種多路輸入回饋式電子負載系統，包括N個電源輸入端、匯總升壓電路和總逆變單元，N≥2；每個電源輸入端分別一一對應地接入一路直流電源信號，并將接入的直流電源信號傳送至所述匯總升壓電路的直流輸入端；所述匯總升壓電路工作在恒壓模式，對所述直流輸入端輸入的直流電源信號匯總后進行升壓處理；所述總逆變單元與所述匯總升壓電路的直流輸出端連接；所述總逆變單元用于將所述匯總升壓電路升壓處理后的直流電源信號轉換為交流電源信號。本發明實施例所提供的多路輸入回饋式電子負載系統適用于恒流電源和恒壓電源的老化測試，電路結構簡單、電子元件大大減少、系統可靠性更高且適用性更廣。
文檔編號H02M7/44GK102983764SQ201210456290
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月14日 優先權日2012年11月14日
發明者陸東海 申請人:陸東海