具有电流模拟单元集成化的多功能直流电子负载的制作方法
【专利摘要】具有电流模拟单元集成化的多功能直流电子负载，属于电力电子技术领域。本实用新型解决了现有技术中缺少既能提供连续电流负载又能提供断续电流负载的多功能直流电子负载的问题。本实用新型包括三种方案，方案一：包括一个电流模拟单元；方案二：包括m个集成化电流模拟模块，每个集成化电流模拟模块包括两个电流模拟单元，并且两个电流模拟单元并联连接；方案三：包括n个并联连接的电流模拟单元；电流模拟单元包括功率开关S1、功率开关S2、电感L1、二极管D1和二极管D2。它用于对被测电源进行测试。
【专利说明】
具有电流模拟单元集成化的多功能直流电子负载
技术领域
[0001]本实用新型属于电力电子技术领域。
【背景技术】
[0002] 电子负载是一种能够模拟实际负载特性的电力电子装置，用于对无源和有源类电 气设备，包括蓄电池、开关电源、UPS、继电器、接触器、电力电子变换器、交直流发电机等的 电气负载性能测试和出厂前的老化实验。传统的电源测试选择电阻等能耗型元件作为负 载，会产生大量热量，不仅影响环境，而且浪费能源，因此国内外学者以电力电子电能变换 技术为核心，研究电子负载技术和开发电子负载设备。电子负载具有负载形式调整灵活、实 验精度高等优点。
[0003] 针对能源浪费问题，电能回馈型电子负载应运而生，可以实现将被试电源输出的 电能逆变为交流电并送入电网，增加了电源测试的灵活性和可靠性，提升了相关行业的自 动化程度，缩短测试时间，降低生产成本。在传统能源日益枯竭和环境污染日益严重的今 天，电子负载无疑起到了节能减排的作用。
[0004] 目前，国内外已有多种电子负载产品，每一设备的功能相对单一化，功率测试范围 小，要么是小功率的耗能型直流电子负载，要么是大功率电能回馈型交流电子负载，而且大 都只能提供连续的负载电流，缺少既能提供连续电流负载又能提供断续电流负载的多功能 直流电子负载的设备，并且电子负载需要精确控制电流。
[0005] 如图1所示，图1中所示结构是目前直流电力电子负载技术通用拓扑结构，负载模 拟部分的开关管S1作为受控开关器件，可以得到基于Boost电路的直流电子负载电路，该结 构电路的要求是，被试电源电压范围必须低于直流母线电压，以符合Boost电路的升压性 质，此拓扑结构可测试电流范围小，灵活性差，只能进行连续电流的模拟，功能单一，只能测 试固定功率的待测电源。并且要想达到精确电流的控制，就要严格控制纹波大小，从而需要 大电感滤波，增加了成本与设备体积，大电感又会导致模拟断续电流时，电流上升时间长， 无法达到所需事故电流模拟要求。
[0006] 因此，从经济性出发，研发功能多、通用性强的电子负载产品，便成为一个具有十 分重要的现实意义的问题。 【实用新型内容】
[0007] 本实用新型是为了解决现有技术中缺少既能提供连续电流负载又能提供断续电 流负载的多功能直流电子负载的问题，本实用新型提供了一种具有电流模拟单元集成化的 多功能直流电子负载。
[0008] 本实用新型包括下述三种技术方案：
[0009] 方案一：
[0010] 具有电流模拟单元集成化的多功能直流电子负载，它包括并网端模块，还包括一 个电流模拟单元、母线电容C、限流电阻R1、耗能电阻R2、继电器K和功率开关S3;
[0011] 电流模拟单元的输入端用于接入被测电源，电流模拟单元包括功率开关SI、功率 开关S2、电感L1、二极管D1和二极管D2;功率开关S1的负极同时与二极管D1阴极和电感L1的 一端连接，电感L1的另一端同时与功率开关S2的正极和二极管D1阳极连接，二极管D1阳极 与功率开关S2的负极同时连接后，作为电流模拟单元的负输入端，
[0012] 功率开关S1的正极作为电流模拟单元的正输入端，
[0013] 二极管D2的阴极作为电流模拟单元的第一输出端，
[0014] 功率开关S2的负极作为电流模拟单元的第二输出端；
[0015] 电流模拟单元的第一输出端同时与母线电容C的一端、功率开关S3的正极和并网 端模块的直流母线正极输入端连接，母线电容C的另一端同时与限流电阻R1的一端和继电 器K的动触点连接，功率开关S3的负极与耗能电阻R2的一端连接，
[0016] 电流模拟单元的第二输出端同时与限流电阻R1的另一端、继电器K的静触点、耗能 电阻R2的另一端和并网端模块的直流母线负极输入端连接，
[0017] 并网端模块的两个输出端用于接入电网。
[0018] 它还包括储能模块，所述的储能模块包括蓄电池 VI、功率开关S8、功率开关S9和电 感L3;
[0019] 蓄电池 VI的正极与电感L3的一端连接，电感L3的另一端同时与功率开关S8负极和 功率开关S9的正极连接，蓄电池 VI的负极与功率开关S9的负极连接，功率开关S8正极作为 储能模块正输出端与直流母线正极输入端连接，蓄电池 VI的负极作为储能模块负输出端与 并网端模块的直流母线负极输入端连接。
[0020] 方案二：
[0021] 具有电流模拟单元集成化的多功能直流电子负载，它包括并网端模块，还包括m个 集成化电流模拟模块、母线电容C、限流电阻R1、耗能电阻R2、继电器K和功率开关S3 ;m为大 于1的整数；
[0022]每个集成化电流模拟模块的输入端均用于接入被测电源，每个集成化电流模拟模 块包括两个电流模拟单元，并且所述的两个电流模拟单元并联连接，
[0023]其中，每个电流模拟单元包括功率开关S1、功率开关S2、电感L1、二极管D1和二极 管D2;功率开关S1的负极同时与二极管D1阴极和电感L1的一端连接，电感L1的另一端同时 与功率开关S2的正极和二极管D1阳极连接，二极管D1阳极与功率开关S2的负极同时连接 后，作为电流模拟单元的负输入端，
[0024]功率开关S1的正极作为电流模拟单元的正输入端，
[0025]二极管D2的阴极作为电流模拟单元的第一输出端，
[0026] 功率开关S2的负极作为电流模拟单元的第二输出端；
[0027] 每个电流模拟单元的第一输出端同时与母线电容C的一端、功率开关S3的正极和 并网端模块的直流母线正极连接，母线电容C的另一端同时与限流电阻R1的一端和继电器K 的动触点连接，功率开关S3的负极与耗能电阻R2的一端连接，
[0028] 每个电流模拟单元的第二输出端同时与限流电阻R1的另一端、继电器K的静触点、 耗能电阻R2的另一端和并网端模块的直流母线负极连接，
[0029] 并网端模块的两个输出端用于接入电网；
[0030] 所述的集成化电流模拟模块中的两个功率开关S1的控制端用于接收三角波信号， 且该两个功率开关S1接收的三角波信号的相位角相差180°。
[0031]它还包括储能模块，所述的储能模块包括蓄电池 VI、功率开关S8、功率开关S9和电 感L3;
[0032]蓄电池 VI的正极与电感L3的一端连接，电感L3的另一端同时与功率开关S8负极和 功率开关S9的正极连接，蓄电池 VI的负极与功率开关S9的负极连接，功率开关S8正极作为 储能模块正输出端与功率开关S3的正极连接，蓄电池 VI的负极作为储能模块负输出端与继 电器K的静触点连接。
[0033]它还包括2m个开关S，每个开关S串联在一个电流模拟单元与母线电容C的一端之 间。
[0034] 方案三：
[0035] 具有电流模拟单元集成化的多功能直流电子负载，它包括并网端模块，它还包括η 个电流模拟单元、母线电容C、限流电阻R1、耗能电阻R2、继电器Κ和功率开关S3;n为大于2的 整数；
[0036] η个电流模拟单元并联连接，且并联后的输入端用于接入被测电源，
[0037]其中，每个电流模拟单元包括功率开关S1、功率开关S2、电感L1、二极管D1和二极 管D2;功率开关S1的负极同时与二极管D1阴极和电感L1的一端连接，电感L1的另一端同时 与功率开关S2的正极和二极管D1阳极连接，二极管D1阳极与功率开关S2的负极同时连接 后，作为电流模拟单元的负输入端，
[0038]功率开关S1的正极作为电流模拟单元的正输入端，
[0039]二极管D2的阴极作为电流模拟单元的第一输出端，
[0040]功率开关S2的负极作为电流模拟单元的第二输出端；
[0041] 每个电流模拟单元的第一输出端同时与母线电容C的一端、功率开关S3的正极和 并网端模块的直流母线正极输入端连接，母线电容C的另一端同时与限流电阻R1的一端和 继电器Κ的动触点连接，功率开关S3的负极与耗能电阻R2的一端连接，
[0042] 每个电流模拟单元的第二输出端同时与限流电阻R1的另一端、继电器Κ的静触点、 耗能电阻R2的另一端和并网端模块的直流母线负极输入端连接，
[0043] 并网端模块的两个输出端用于接入电网；
[0044]所述的η个电流模拟单元中的功率开关S1的控制端均用于接收三角波信号，且相 邻两个电流模拟单元的功率开关S1接收的三角波信号的相位角互差
[0045] 它还包括储能模块，所述的储能模块包括蓄电池 VI、功率开关S8、功率开关S9和电 感L3;
[0046] 蓄电池 VI的正极与电感L3的一端连接，电感L3的另一端同时与功率开关S8负极和 功率开关S9的正极连接，蓄电池 VI的负极与功率开关S9的负极连接，功率开关S8正极作为 储能模块正输出端与功率开关S3的正极连接，蓄电池 VI的负极作为储能模块负输出端与继 电器Κ的静触点连接。
[0047] 它还包括η个开关S，每个开关S串联在一个电流模拟单元与母线电容C的一端之 间。
[0048] 本实用新型所述适用于各种功率等级的待测电源的测试，只需要根据所需最大耐 压值与最大电流值选取合适的元器件，拓扑结构不变，便可进行测试。可以模拟连续电流， 断续电流，当能量连续且能量充足时，可将能量回馈给电网，若能量连续但不足以并网时， 利用储能单元储能，当能量断续时，利用耗能电阻消耗。
[0049] 例如:输入电压200V，功率开关管为IGBT，其中滤波电感大小都为5mH，二极管为肖 特基二极管，耗能电阻为20 Ω，母线电容为2000uf，电流模拟单元采用双模块并联输入并联 输出的组合形式(即第二种方案）。
[0050] 模拟电源连续工作状态时，总输入电流大小为10A，每个电流模拟单元中滤波电感 流过5A，采用PI控制器，使三角波信号相位相互错开180°，产生两组相位错开180°的开关信 号，一组信号给一个电流模拟单元中的S2,另一组给另一个电流模拟单元中的S2,直流母线 电容C两端电压为400V，通过滞环控制，环宽设为0.2V，实现单位功率并网，合成电流纹波理 论上为0A，实际电路会有所偏差，但是不影响设计指标。
[0051 ]同样，模拟电源断续工作状态时，电流给定为幅值10A，周期2s，占空比为25%的脉 冲式电流，同样，不同模块的三角波信号错开180°，电容C两端初始电压通过电网提供，之后 通过电容与耗能电阻并联控制输出电压的稳定，当电压输出低于400V时断开耗能电阻，当 输出电压高于400V时，接通耗能电阻。此时实际输入电流纹波大小理论上为0A，实际电路中 会有偏差。
[0052]本实用新型带来的有益效果是，本实用新型三种方案中，均可对被测电源进行电 流连续输出与电流断续输出两种工作模式，对输入的被测电流具有良好的开通与关断特 性。
[0053]方案二中，多个电流模拟单元并联连接，能实现纹波对消，降低开关频率，减小电 感体积，能实现大电流电源的测试，每个电流模拟单元流过相同大小的电流，利用开关，实 现了每个单元的投切，不能正常工作的单元便切除，其余单元重新分配电流，继续正常工 作。具有冗余性，可靠性高。
[0054]方案三中，多个相同待测电源同时测试，能实现纹波对消，一台设备能同时测试多 个电源，大幅度提高了测试效率，节约了测试时间，同时也节约了成本。
【附图说明】
[0055] 图1为现有技术中直流电子负载电路的结构示意图；
[0056] 图2为【具体实施方式】一所述的具有电流模拟单元集成化的多功能直流电子负载的 结构示意图；
[0057] 图3为【具体实施方式】一所述的具有电流模拟单元集成化的多功能直流电子负载用 于检测被测电源的原理示意图；
[0058]图4为【具体实施方式】三所述的具有电流模拟单元集成化的多功能直流电子负载的 原理示意图；
[0059]图5为【具体实施方式】四和七中储能模块的原理示意图；
[0060]图6为【具体实施方式】六所述的具有电流模拟单元集成化的多功能直流电子负载的 原理示意图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0061] 一:参见图2说明本实施方式，本实施方式所述的具有电流模拟单元 集成化的多功能直流电子负载，它包括并网端模块2,还包括一个电流模拟单元1、母线电容 C、限流电阻R1、耗能电阻R2、继电器K和功率开关S3;
[0062] 电流模拟单元1的输入端用于接入被测电源，电流模拟单元1包括功率开关S1、功 率开关S2、电感L1、二极管D1和二极管D2;功率开关S1的负极同时与二极管D1阴极和电感L1 的一端连接，电感L1的另一端同时与功率开关S2的正极和二极管D1阳极连接，二极管D1阳 极与功率开关S2的负极同时连接后，作为电流模拟单元1的负输入端，
[0063]功率开关S1的正极作为电流模拟单元1的正输入端，
[0064]二极管D2的阴极作为电流模拟单元1的第一输出端，
[0065] 功率开关S2的负极作为电流模拟单元1的第二输出端；
[0066] 电流模拟单元1的第一输出端同时与母线电容C的一端、功率开关S3的正极和并网 端模块2的直流母线正极输入端连接，母线电容C的另一端同时与限流电阻R1的一端和继电 器K的动触点连接，功率开关S3的负极与耗能电阻R2的一端连接，
[0067] 电流模拟单元1的第二输出端同时与限流电阻R1的另一端、继电器K的静触点、耗 能电阻R2的另一端和并网端模块2的直流母线负极输入端连接，
[0068] 并网端模块2的两个输出端用于接入电网。
[0069]本实施方式，并网端模块2采用现有技术实现，其中S1、D1与L1组成Buck电路，L1、 S2与D2组成Boost电路，母线电容C协调前后级能量，R2与功率开关管S3串联组成可投切的 耗能单元，具体参见图3,后级并网端模块2采用全桥电路实现逆变，设备启动时，对母线电 容C进行预充电，为防止充电电流过大，串联一个电阻R1，当电压到达稳定值，利用继电器K 将R1短路，再进行电流的模拟。
[0070] 本实用新型所述的工作模式分为:可对被测电源进行电流连续输出的连续工作模 式与控制被测电源进行电流断续输出的断续工作模式两种；
[0071] ( - )连续工作模式：
[0072] 当模拟连续电流时，当电流模拟单元1的输入功率(被测电源的输出功率)较大时， S1导通，D1截止，Boost电路工作，控制输入电流跟踪给定电流值，S3关断，S8与S9关断，并网 端模块2中的全桥逆变器工作，实现并网回馈；
[0073] 当功率较小时，S1导通，D1截止，Boost电路工作，控制输入电流跟踪给定电流值， S3工作在开关状态下，当电容C电压低于被测电源输入电压的两倍，S3关断，当电容C电压高 于被测电源输入电压的两倍，S3导通。
[0074] (二)断续工作模式：
[0075] S1工作在开关状态，Buck电路与Boost电路同时工作，控制输入电流跟踪给定电流 值，S3工作在开关状态下，当电容C电压低于输入电压的两倍，S3断开，当电容C电压高于输 入电压的两倍，S3导通。
【具体实施方式】 [0076] 二:参见图2说明本实施方式，本实施方式与一所述的 具有电流模拟单元集成化的多功能直流电子负载的区别在于，它还包括储能模块3,所述的 储能模块3包括蓄电池 VI、功率开关S8、功率开关S9和电感L3;
[0077]蓄电池 VI的正极与电感L3的一端连接，电感L3的另一端同时与功率开关S8负极和 功率开关S9的正极连接，蓄电池 VI的负极与功率开关S9的负极连接，功率开关S8正极作为 储能模块3正输出端与直流母线正极输入端连接，蓄电池 VI的负极作为储能模块3负输出端 与并网端模块2的直流母线负极输入端连接。
[0078] 本实施方式中，连续工作模式时，当输入能量不足以并网时，且待测电源电压高于 蓄电池，S1导通，D1截止，Boost电路工作，控制输入电流跟踪给定电流值，S3关断，全桥逆变 器停止工作，S8工作在开关状态下，S9关断，S8、L3、V1与S9中并联的二极管组成Buck电路， 实现降压储能，将能量储存在蓄电池 VI中，当蓄电池 VI能量充足，S9、L3、V1与S8中的二极管 组成的Boost电路开始工作，通过并网端模块2中的全桥逆变器将能量回馈给电网；
【具体实施方式】 [0079] 三:参见图4说明本实施方式，本实施方式所述的具有电流模拟单元 集成化的多功能直流电子负载，它包括并网端模块2,还包括m个集成化电流模拟模块、母线 电容C、限流电阻R1、耗能电阻R2、继电器K和功率开关S3;m为大于1的整数；
[0080] 每个集成化电流模拟模块的输入端均用于接入被测电源，每个集成化电流模拟模 块包括两个电流模拟单元1，并且所述的两个电流模拟单元1并联连接，
[0081] 其中，每个电流模拟单元1包括功率开关S1、功率开关S2、电感L1、二极管D1和二极 管D2;功率开关S1的负极同时与二极管D1阴极和电感L1的一端连接，电感L1的另一端同时 与功率开关S2的正极和二极管D1阳极连接，二极管D1阳极与功率开关S2的负极同时连接 后，作为电流模拟单元1的负输入端，
[0082]功率开关S1的正极作为电流模拟单元1的正输入端，
[0083]二极管D2的阴极作为电流模拟单元1的第一输出端，
[0084] 功率开关S2的负极作为电流模拟单元1的第二输出端；
[0085] 每个电流模拟单元1的第一输出端同时与母线电容C的一端、功率开关S3的正极和 并网端模块2的直流母线正极连接，母线电容C的另一端同时与限流电阻R1的一端和继电器 K的动触点连接，功率开关S3的负极与耗能电阻R2的一端连接，
[0086] 每个电流模拟单元1的第二输出端同时与限流电阻R1的另一端、继电器K的静触 点、耗能电阻R2的另一端和并网端模块2的直流母线负极连接，
[0087] 并网端模块2的两个输出端用于接入电网；
[0088] 所述的集成化电流模拟模块中的两个功率开关S1的控制端用于接收三角波信号， 且该两个功率开关S1接收的三角波信号的相位角相差180°。
[0089] 本实施方式，除了可实现被测电源的电流的连续输出模式和断续输出电流的模式 外，多电源并联输入并联输出组合模式可同时进行多个待测电源的测试，每个集成化电流 模拟模块对一个被测电源进行测试，增加了测试对象的，提高了测试效率。
[0090] 两个电流模拟单元1并联子模块系统相比于现有技术中传统的单个大容量模块的 可靠性要高，当采用单个大容量模块时，若是单个大容量模块中某一部分出现故障，则整个 系统都无法正常工作，而本实用新型子模块并联系统（即：两个电流模拟单元并联）中，某一 子模块（即：一个电流模拟单元）出现故障，可通过开关实现故障隔离，重新分配模拟电流， 保证其它模块仍然能够正常工作。
[0091] 调制三角波信号错开180°，产生两组相位错开180°的开关信号，一组开关信号给 一个集成化电流模拟模块中的一个电流模拟单元1中的S2,另一组开关信号给该集成化电 流模拟模块中的另一个电流模拟单元1中的S2,使得流过所述集成化电流模拟模块中两个 电感L1中电流的上升与下降时间相互错开180°，实现纹波对消，有效的降低纹波大小。
[0092]每个集成化电流模拟模块中的两个电感L1电流交错并联控制遵循以下规则:被测 电源总电流周期为单个电感电流周期一半，当单个电感L1电流的上升斜率大于电流下降斜 率，那么，只要存在一个电感L1电流上升，那么总电流上升，合成电流的斜率为上升斜率与 下降斜率之和，当单个电感L1电流都减小时，合成电流减小，合成电流斜率为下降斜率之 和。当单个电感L1上升斜率小于下降斜率时，合成时，只要有一个电感电流下降，合成电感 电流下降，合成下降斜率为上升斜率与下降斜率之和，两个电感L1电流都上升时，合成电流 上升，合成斜率是上升斜率之和。
[0093]例如，要求纹波系数小于4%，当待测电源输入电流为10A，输入电压150V，直流母 线电容C两端电压为400V。
[0094] (1)若使用一个电流模拟单元测试，要达到0.4A以内的纹波，假设S1和S2的开关频 率为20K，那么电感值可通过以下公式计算：
[0096] 其中L为电流模拟单元中电感L1的电感值，k为流过电感L1的瞬时电流，Uin为输入 电压，D〇n为开通时间，T s为开关周期，计算得所需电感值为11.72mH。
[0097] (2)若采用两个电流模拟单元并联输入并联输出的电路形式，且将开关两个电流 模拟单元中的PWM调制三角波相互错开180°，开关频率为20K，去掉直流分量，假设集成化电 流模拟模块中的一个电流模拟单元1的输入电流为i 1，输入电流纹波最大值为Λ i imax，t01为 电流上升起始时间，且有：
[0099 ]集成化电流模拟模块中的另一个电流模拟单元1的输入电流为i 2，输入电流纹波 最大值为Ai2max，tQ2为电流上升起始时间，则有：
[0101]合成电流纹波大小由下式可得：
[0103 ]其中Λ iu2为该集成化电流模拟模块中的中的两个电流模拟单元中电感电流的合 成大小。
[0104] 纹波大小0.4A，开关频率20K，输入电压150V，计算可得电感值为4.68mH，通过比较 可知，在其他条件相同的情况下，采用双模块交错并联控制策略模拟输入电流是的电感值 比单模块控制时小得多。
[0105] 同时通过后级并网端模块中的逆变器将能量回馈给电网，达到节能目的。
[0106] 根据不同功率等级，采用不同数量模块并联，实现大中小容量的待测电源测试。
[0107] 下表1为不同工作模式下频率大小与电感值大小的对比（负载为耗能电阻）：
[0108] 表丨单模块与双模块工作模式对比
[0111] 因此采用交错并联控制，降低了开关频率，降低了开关损耗，降低了电感值，从而 使得脉冲电流的上升时间也大大缩短，并且相同控制策略下，可同时测试多个电源。缩短了 测试时间，极大的节约了成本，同时控制策略简单。
【具体实施方式】 [0112] 四：参见图4和图5说明本实施方式，本实施方式与三 所述的具有电流模拟单元集成化的多功能直流电子负载的区别在于，它还包括储能模块3， 所述的储能模块3包括蓄电池 VI、功率开关S8、功率开关S9和电感L3;
[0113] 蓄电池 VI的正极与电感L3的一端连接，电感L3的另一端同时与功率开关S8发射极 和功率开关S9的集电极连接，蓄电池 VI的负极与功率开关S9的发射极连接，功率开关S8集 电极作为储能模块3正输出端与功率开关S3的集电极连接，蓄电池 VI的负极作为储能模块3 负输出端与继电器K的静触点连接。蓄电池作为中间站，将能量储存起来，蓄电池充满时，再 将能量回馈给电网。
[0114] 本实施方式，将不足以逆变给电网的能量首先储存在蓄电池中，储满后再逆变给 电网，进一步节约了大量能源。
[0115]【具体实施方式】五:参见图5说明本实施方式，本实施方式与【具体实施方式】三所述的 具有电流模拟单元集成化的多功能直流电子负载的区别在于，它还包括2m个开关S，每个开 关S串联在一个电流模拟单元1与母线电容C的一端之间。
[0116]本实施方式中，每条支路上的开关S都可控制该支路上的电流模拟单元1的工作与 否。
【具体实施方式】 [0117] 六:参见图6说明本实施方式，本实施方式所述的具有电流标准化功 能的直流电子负载，它包括并网端模块2,其特征在于，它还包括η个电流模拟单元1、母线电 容C、限流电阻R1、耗能电阻R2、继电器Κ和功率开关S3;n为大于2的整数；
[0118] η个电流模拟单元1并联连接，且并联后的输入端用于接入被测电源，
[0119] 其中，每个电流模拟单元1包括功率开关S1、功率开关S2、电感L1、二极管D1和二极 管D2;功率开关S1的负极同时与二极管D1阴极和电感L1的一端连接，电感L1的另一端同时 与功率开关S2的正极和二极管D1阳极连接，二极管D1阳极与功率开关S2的负极同时连接 后，作为电流模拟单元1的负输入端，
[0120]功率开关S1的正极作为电流模拟单元1的正输入端，
[0121] 二极管D2的阴极作为电流模拟单元1的第一输出端，
[0122] 功率开关S2的负极作为电流模拟单元1的第二输出端；
[0123] 每个电流模拟单元1的第一输出端同时与母线电容C的一端、功率开关S3的正极和 并网端模块2的直流母线正极输入端连接，母线电容C的另一端同时与限流电阻R1的一端和 继电器K的动触点连接，功率开关S3的负极与耗能电阻R2的一端连接，
[0124] 每个电流模拟单元1的第二输出端同时与限流电阻R1的另一端、继电器K的静触 点、耗能电阻R2的另一端和并网端模块2的直流母线负极输入端连接，
[0125] 并网端模块2的两个输出端用于接入电网；
[0126] 所述的η个电流模拟单元1中的功率开关S1的控制端均用于接收三角波信号，且相 邻两个电流模拟单元1的功率开关S1接收的三角波信号的相位角互差
[0127] 本实施方式中，除了可实现被测电源的电流的连续输出模式和断续输出电流的模 式外，还可进行单电源大电流的模拟测试，根据被测电源的输出功率不同，选择不同数量的 电流模拟单元1并联，扩大了测试范围，并且可以实现冗余控制与热备份，保证测试设备的 可靠性。非常灵活的实现大容量电源的测试。现有电力电子负载产品对输入功率的限制，导 致不同功率等级的电源需要相应功率等级的电子负载，没有充分利用已有资源，额外增加 了成本，利用多模块交错并联控制，可实现纹波对消，降低纹波幅值，降低开关频率，降低滤 波电感体积，保证电流模拟的快速性。
[0128] 多个电流模拟单元1并联子模块系统相比于现有技术中传统的单个大容量模块的 可靠性要高，当采用单个大容量模块时，若是单个大容量模块中某一部分出现故障，则整个 系统都无法正常工作，而本实用新型子模块并联系统（即：两个电流模拟单元并联）中，某一 子模块（即：一个电流模拟单元）出现故障，可通过开关实现故障隔离，重新分配模拟电流， 保证其它模块仍然能够正常工作。
[0129] 同时多个电流模拟单元1并联的系统还具有良好的冗余特性，若此时系统η个模块 已经工作在最大功率状态，此时我们可以采用η+1或者η+2个子模块并联，在其中一个出现 故障时，不仅仅可以实现故障模块的隔离，还能够自动将备份模块并联起来，仍然保持最大 功工作状态，这些都是单个大容量模块无法实现的。
[0130] 本实用新型直接控制输入电流，当待测电源电流较大且电子负载工作在并联输入 并联输出组合系统模式下时，为了保证电流纹波系数η小于4%，大电流时开关管工作在较 高频率下会有较大损耗，因此，为了降低开关损耗，本文采用交错并联控制方式，利用ΡΙ控
制器，其中调制三角波信号互相错开 ·从而产生相位不同的脉冲信号控制电流模拟单 9 元中的开关管，从而使得流过电流模拟单元中电感的电流的上升时间与下降时间相互错 开，实现纹波对消，实现电流的精确模拟。
【具体实施方式】 [0131] 七:参见图5和图6说明本实施方式，本实施方式与六 所述的具有电流标准化功能的直流电子负载的区别在于，它还包括储能模块3,所述的储能 模块3包括蓄电池 VI、功率开关S8、功率开关S9和电感L3;
[0132] 蓄电池 VI的正极与电感L3的一端连接，电感L3的另一端同时与功率开关S8负极和 功率开关S9的正极连接，蓄电池 VI的负极与功率开关S9的负极连接，功率开关S8正极作为 储能模块3正输出端与功率开关S3的正极连接，蓄电池 VI的负极作为储能模块3负输出端与 继电器K的静触点连接。
【具体实施方式】 [0133] 八:参见图5和图6说明本实施方式，本实施方式与六 所述的具有电流标准化功能的直流电子负载的区别在于，它还包括η个开关S，每个开关S串 联在一个电流模拟单元1与母线电容C的一端之间。
[0134] 本实施方式中，没条支路上的开关S都可控制该支路上的电流模拟单元1的工作与 否。
【主权项】
1. 具有电流模拟单元集成化的多功能直流电子负载，它包括并网端模块(2)，其特征在 于，还包括一个电流模拟单元（1 )、母线电容C、限流电阻Rl、耗能电阻R2、继电器K和功率开 关S3; 电流模拟单元（1)的输入端用于接入被测电源，电流模拟单元（1)包括功率开关S1、功 率开关S2、电感Ll、二极管Dl和二极管D2;功率开关Sl的负极同时与二极管Dl阴极和电感Ll 的一端连接，电感Ll的另一端同时与功率开关S2的正极和二极管Dl阳极连接，二极管Dl阳 极与功率开关S2的负极同时连接后，作为电流模拟单元(1)的负输入端， 功率开关Sl的正极作为电流模拟单元(1)的正输入端， 二极管D2的阴极作为电流模拟单元(1)的第一输出端， 功率开关S2的负极作为电流模拟单元(1)的第二输出端； 电流模拟单元（1)的第一输出端同时与母线电容C的一端、功率开关S3的正极和并网端 模块(2)的直流母线正极输入端连接，母线电容C的另一端同时与限流电阻Rl的一端和继电 器K的动触点连接，功率开关S3的负极与耗能电阻R2的一端连接， 电流模拟单元（1)的第二输出端同时与限流电阻Rl的另一端、继电器K的静触点、耗能 电阻R2的另一端和并网端模块(2)的直流母线负极输入端连接， 并网端模块(2)的两个输出端用于接入电网。2. 根据权利要求1所述的具有电流模拟单元集成化的多功能直流电子负载，其特征在 于，它还包括储能模块(3)，所述的储能模块(3)包括蓄电池VI、功率开关S8、功率开关S9和 电感L3; 蓄电池Vl的正极与电感L3的一端连接，电感L3的另一端同时与功率开关S8负极和功率 开关S9的正极连接，蓄电池Vl的负极与功率开关S9的负极连接，功率开关S8正极作为储能 模块(3)正输出端与直流母线正极输入端连接，蓄电池Vl的负极作为储能模块(3)负输出端 与并网端模块(2)的直流母线负极输入端连接。3. 具有电流模拟单元集成化的多功能直流电子负载，它包括并网端模块(2)，其特征在 于，还包括m个集成化电流模拟模块、母线电容C、限流电阻Rl、耗能电阻R2、继电器K和功率 开关S3 ;m为大于1的整数； 每个集成化电流模拟模块的输入端均用于接入被测电源，每个集成化电流模拟模块包 括两个电流模拟单元(1 )，并且所述的两个电流模拟单元(1)并联连接， 其中，每个电流模拟单元（1)包括功率开关S1、功率开关S2、电感LU二极管Dl和二极管 D2;功率开关Sl的负极同时与二极管Dl阴极和电感Ll的一端连接，电感Ll的另一端同时与 功率开关S2的正极和二极管Dl阳极连接，二极管Dl阳极与功率开关S2的负极同时连接后， 作为电流模拟单元(1)的负输入端， 功率开关Sl的正极作为电流模拟单元(1)的正输入端， 二极管D2的阴极作为电流模拟单元(1)的第一输出端， 功率开关S2的负极作为电流模拟单元(1)的第二输出端； 每个电流模拟单元（1)的第一输出端同时与母线电容C的一端、功率开关S3的正极和并 网端模块(2)的直流母线正极连接，母线电容C的另一端同时与限流电阻Rl的一端和继电器 K的动触点连接，功率开关S3的负极与耗能电阻R2的一端连接， 每个电流模拟单元（1)的第二输出端同时与限流电阻Rl的另一端、继电器K的静触点、 耗能电阻R2的另一端和并网端模块(2)的直流母线负极连接， 并网端模块(2)的两个输出端用于接入电网； 所述的集成化电流模拟模块中的两个功率开关Sl的控制端用于接收三角波信号，且该 两个功率开关Sl接收的三角波信号的相位角相差180°。4. 根据权利要求3所述的具有电流模拟单元集成化的多功能直流电子负载，其特征在 于，它还包括储能模块(3)，所述的储能模块(3)包括蓄电池VI、功率开关S8、功率开关S9和 电感L3; 蓄电池Vl的正极与电感L3的一端连接，电感L3的另一端同时与功率开关S8负极和功率 开关S9的正极连接，蓄电池Vl的负极与功率开关S9的负极连接，功率开关S8正极作为储能 模块(3)正输出端与功率开关S3的正极连接，蓄电池Vl的负极作为储能模块(3)负输出端与 继电器K的静触点连接。5. 根据权利要求3所述的具有电流模拟单元集成化的多功能直流电子负载，其特征在 于，它还包括2m个开关S，每个开关S串联在一个电流模拟单元(1)与母线电容C的一端之间。6. 具有电流模拟单元集成化的多功能直流电子负载，它包括并网端模块(2)，其特征在 于，它还包括η个电流模拟单元(1)、母线电容C、限流电阻RU耗能电阻R2、继电器K和功率开 关S3; η为大于2的整数； η个电流模拟单元(1)并联连接，且并联后的输入端用于接入被测电源， 其中，每个电流模拟单元（1)包括功率开关S1、功率开关S2、电感LU二极管Dl和二极管 D2;功率开关Sl的负极同时与二极管Dl阴极和电感Ll的一端连接，电感Ll的另一端同时与 功率开关S2的正极和二极管Dl阳极连接，二极管Dl阳极与功率开关S2的负极同时连接后， 作为电流模拟单元(1)的负输入端， 功率开关Sl的正极作为电流模拟单元(1)的正输入端， 二极管D2的阴极作为电流模拟单元(1)的第一输出端， 功率开关S2的负极作为电流模拟单元(1)的第二输出端； 每个电流模拟单元（1)的第一输出端同时与母线电容C的一端、功率开关S3的正极和并 网端模块(2)的直流母线正极输入端连接，母线电容C的另一端同时与限流电阻Rl的一端和 继电器K的动触点连接，功率开关S3的负极与耗能电阻R2的一端连接， 每个电流模拟单元（1)的第二输出端同时与限流电阻Rl的另一端、继电器K的静触点、 耗能电阻R2的另一端和并网端模块(2)的直流母线负极输入端连接， 并网端模块(2)的两个输出端用于接入电网； 所述的η个电流模拟单元（1)中的功率开关Sl的控制端均用于接收三角波信号，且相邻 两个电流模拟单元(1)的功率开关Si接收的三角波信号的相位角互差^。 η7. 根据权利要求6所述的具有电流模拟单元集成化的多功能直流电子负载，其特征在 于，它还包括储能模块(3)，所述的储能模块(3)包括蓄电池VI、功率开关S8、功率开关S9和 电感L3; 蓄电池 Vl的正极与电感L3的一端连接，电感L3的另一端同时与功率开关S8负极和功率 开关S9的正极连接，蓄电池 Vl的负极与功率开关S9的负极连接，功率开关S8正极作为储能 模块(3)正输出端与功率开关S3的正极连接，蓄电池 Vl的负极作为储能模块(3)负输出端与 继电器K的静触点连接。8.根据权利要求6所述的具有电流模拟单元集成化的多功能直流电子负载，其特征在 于，它还包括η个开关S，每个开关S串联在一个电流模拟单元(1)与母线电容C的一端之间。
【文档编号】G01R31/40GK205643659SQ201620490141
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】周梦婷, 刘宣伯, 王中砥, 王明彦
【申请人】哈尔滨工业大学