一种变流器负载试验中的能量回馈装置的制作方法

本实用新型属于电源领域，尤其是涉及一种变流器负载试验中的能量回馈装置。

背景技术：

变流器负载试验中的能量回馈装置是一种将能量回送给输入端，与直流电源一起给后级供电，从而达到节省能量的目的的装置。负载试验中的能量回馈装置应用范围非常广，广泛应用于各种变流器负载实验、电源老化实验等多种需要负载的测试中。随着近几年电子产业的发展，大量的变流器、电源等器件需要进行负载试验，直接进行试验将会浪费大量的电能。要是这些测试中浪费的电能可以被回收，将可以节省出大量的能源。所以负载试验中的能量回馈装置是市场上非常需要的一种装置。

如今市面上的能量回馈装置还处在发展状态，大多数负载试验仍消耗大量电能，急需一个回馈电压可控、效率较高、精度较高、系统稳定性高、人机交互良好的能量回馈装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的是实现变流器负载实验中的能量回馈，有效减少负载实验的能量损耗，但此能量回馈装置应用范围不仅限于负载试验。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种变流器负载试验中的能量回馈装置，包括：全桥逆变模块、全桥驱动模块、第一LC滤波模块、变压器隔离模块、全桥整流模块、第二LC滤波模块、Boost升压模块、控制模块、键盘模块、电压互感器模块、电压信号预处理模块、电流互感器模块、电流信号预处理模块、AD采样模块、光耦隔离模块。

所述的全桥逆变模块、第一LC滤波模块、变压器隔离模块、全桥整流模块、第二LC滤波模块、Boost升压模块通过导线依次串联连接；所述全桥逆变模块与所述Boost升压模块通过导线连接；所述全桥逆变模块与全桥驱动模块通过导线连接；所述全桥驱动模块与所述光耦隔离模块连接；所述Boost升压模块与所述光耦隔离模块连接；所述第一LC滤波模块分别与所述的电压互感器模块、电流互感器模块通过导线依次连接；所述电压信号预处理模块与所述电压互感器模块连接；所述电流信号预处理模块与所述电流互感器模块连接；所述AD采样模块分别与所述的电压信号预处理模块、电流信号预处理模块通过导线依次连接；所述控制模块分别与所述的AD采样模块、光耦隔离模块和键盘模块通过导线依次连接。

作为优选，所述的全桥逆变模块、全桥驱动模块和第一LC滤波模块完成DC-AC转换功能；所述的全桥整流模块、第二LC滤波模块和Boost升压模块共同完成AC-DC转换功能，转换输出反馈到全桥逆变模块前端，实现能量回馈；

作为优选，所述全桥逆变模块根据驱动信号将直流信号逆变成交流信号。

作为优选，所述全桥驱动模块根据隔离后的正弦脉冲调制信号产生驱动信号。

作为优选，所述第一LC滤波模块用于对交流信号进行滤波并输出滤波后正弦交流信号。

作为优选，所述变压器隔离模块用于对滤波后正弦交流信号通过交流降压以及交流升压得到隔离后正弦交流信号，由220V/48V降压变压器和48V/220V升压变压器构成，所述220V/48V降压变压器用于交流降压，所述48V/220V升压变压器用于交流升压。

作为优选，所述全桥整流模块用于对隔离后正弦交流信号整流得到整流后直流信号。

作为优选，所述第二LC滤波模块用于对整流后直流信号进行滤波并输出滤波后直流信号；

作为优选，所述Boost升压模块根据隔离后脉冲信号抬高滤波后直流信号的电压，将电压抬升后直流信号回馈至所述所述全桥逆变模块实现能量回流。

作为优选，所述电压互感器模块用于转换交流强电压信号为电压采集信号。

作为优选，所述电流互感器模块用于转换交流强电流信号为电流采集信号。

作为优选，所述电压信号预处理模块用于对电压采集信号滤波预处理得到模拟电压信号。

作为优选，所述电流信号预处理模块用于对电流采集信号滤波预处理得到模拟电流信号。

作为优选，所述AD采样模块用于将模拟电压信号转换为数字电压信号，将模拟电流信号转换为数字电流信号，将数字电压信号以及数字电流信号传输至所述控制模块。

作为优选，所述键盘模块用于设置信号频率及电压幅值、电流幅值以满足负载不同的供电需求，为矩阵键盘。

作为优选，所述控制模块用于根据数字电压信号以及数字电流信号产生正弦脉冲调制信号以及脉冲信号，并实时显示数字电压信号、数字电流信号以及所述键盘模块设置的信号频率及电压幅值、电流幅值。

作为优选，所述光耦隔离模块用于将正弦脉冲调制信号通过光耦隔离得到隔离后正弦脉冲调制信号，将脉冲信号通过光耦隔离得到隔离后脉冲信号。

作为优选，所述电压互感器模块用于转换交流强电压信号为电压采集信号；所述电流互感器模块用于转换交流强电流信号为电流采集信号；所述电压信号预处理模块用于对电压采集信号滤波预处理得到模拟电压信号；所述电流信号预处理模块用于对电流采集信号滤波预处理得到模拟电流信号；所述AD采样模块用于将模拟电压信号转换为数字电压信号，将模拟电流信号转换为数字电流信号，将数字电压信号以及数字电流信号传输至所述控制模块；所述键盘模块用于设置信号频率及电压幅值、电流幅值以满足负载不同的供电需求，为矩阵键盘；所述控制模块用于根据数字电压信号以及数字电流信号产生正弦脉冲调制信号以及脉冲信号，并实时显示数字电压信号、数字电流信号以及所述键盘模块设置的信号频率及电压幅值、电流幅值；所述光耦隔离模块用于将正弦脉冲调制信号通过光耦隔离得到隔离后正弦脉冲调制信号，将脉冲信号通过光耦隔离得到隔离后脉冲信号；所述全桥驱动模块根据隔离后的正弦脉冲调制信号产生驱动信号；所述全桥逆变模块根据驱动信号将直流信号逆变成交流信号；所述第一LC滤波模块用于对交流信号进行滤波并输出滤波后正弦交流信号；所述变压器隔离模块用于对滤波后正弦交流信号通过交流降压以及交流升压得到隔离后正弦交流信号；所述全桥整流模块用于对隔离后正弦交流信号整流得到整流后直流信号；所述第二LC滤波模块用于对整流后直流信号进行滤波并输出滤波后直流信号；所述Boost升压模块根据隔离后脉冲信号抬高滤波后直流信号的电压，将电压抬升后的直流信号回馈至所述所述全桥逆变模块实现能量回流。

本实用新型的效果：能够输出稳定的正弦交流电，实现了能量回馈，且系统稳定，精度较高。

附图说明

图1：为本实用新型的结构简图；

图2：为本实用新型的全桥逆变模块电路图；

图3：为本实用新型的全桥驱动模块电路图

图4：为本实用新型的第一LC滤波模块电路图；

图5：为本实用新型的变压器隔离模块结构简图；

图6：为本实用新型的全桥整流模块电路图；

图7：为本实用新型的第二LC滤波模块电路图；

图8：为本实用新型的Boost升压模块电路图；

图9：为本实用新型的控制模块结构简图

图10：为本实用新型的键盘模块结构简图

图11：为本实用新型的电压互感器模块电路图；

图12：为本实用新型的电压信号预处理模块电路图

图13：为本实用新型的电流互感器模块电路图；

图14：为本实用新型的电流信号预处理模块电路图

图15：为本实用新型的AD采样模块电路图；

图16：为本实用新型的光耦隔离模块电路图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施实例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请见图1，本实用新型实施方式所采用的技术方案是：一种变流器负载试验中的能量回馈装置，包括：全桥逆变模块1、全桥驱动模块2、第一LC滤波模块3、变压器隔离模块4、全桥整流模块5、第二LC滤波模块6、Boost升压模块7、控制模块8、键盘模块9、电压互感器模块10、电压信号预处理模块11、电流互感器模块12、电流信号预处理模块13、AD采样模块14、光耦隔离模块15；

所述的全桥逆变模块1、第一LC滤波模块3、变压器隔离模块4、全桥整流模块5、第二LC滤波模块6、Boost升压模块7；所述全桥逆变模块1与所述Boost升压模块7通过导线连接；所述全桥逆变模块1与所述全桥驱动模块2通过导线连接；所述全桥驱动模块2与所述光耦隔离模块15连接；所述Boost升压模块7与所述光耦隔离模块15连接；所述第一LC滤波模块3分别与所述的电压互感器模块10、电流互感器模块12通过导线依次连接；所述电压信号预处理模块11与所述电压互感器模块10连接；所述电流信号预处理模块13与所述电流互感器模块12连接；所述AD采样模块14分别与所述的电压信号预处理模块11、电流信号预处理模块13通过导线依次连接；所述控制模块8分别与所述的AD采样模块14、光耦隔离模块15和键盘模块9通过导线依次连接。

所述的全桥逆变模块、全桥驱动模块和第一LC滤波模块完成DC-AC转换功能；所述的全桥整流模块、第二LC滤波模块和Boost升压模块共同完成AC-DC转换功能，转换输出反馈到全桥逆变模块前端，实现能量回馈。

所述全桥逆变模块根据驱动信号将直流信号逆变成交流信号，由四个低功耗开关管CSD19536及外围电路组成。

所述全桥驱动模块根据隔离后的正弦脉冲调制信号产生驱动信号，由两个半桥驱动芯片UCC27211及外围电路组成。

所述第一LC滤波模块用于对交流信号进行滤波并输出滤波后正弦交流信号。

所述变压器隔离模块用于对滤波后正弦交流信号通过交流降压以及交流升压得到隔离后正弦交流信号，由220V/48V降压变压器和48V/220V升压变压器构成，所述220V/48V降压变压器用于交流降压，所述48V/220V升压变压器用于交流升压。

所述全桥整流模块用于对隔离后正弦交流信号整流得到整流后直流信号，由四个二极管MBR10100CT组成。

所述第二LC滤波模块用于对整流后直流信号进行滤波并输出滤波后直流信号。

所述Boost升压模块根据隔离后脉冲信号抬高滤波后直流信号的电压，将电压抬升后直流信号回馈至所述所述全桥逆变模块实现能量回流，由驱动芯片UCC27211、电感、续流二极管、开关管CSD19536、滤波电容。

所述电压互感器模块用于转换交流强电压信号为电压采集信号，选型为电压互感器TV1013-1H。

所述电流互感器模块用于转换交流强电流信号为电流采集信号，选型为电流互感器TA1015-2。

所述电压信号预处理模块用于对电压采集信号滤波预处理得到模拟电压信号，选型为运算放大器OPA2227。

所述电流信号预处理模块用于对电流采集信号滤波预处理得到模拟电流信号，选型为运算放大器OPA2227。

所述AD采样模块用于将模拟电压信号转换为数字电压信号，将模拟电流信号转换为数字电流信号，将数字电压信号以及数字电流信号传输至所述控制模块，包括模数转换器TLC3578、电压基准芯片REF5040和线性稳压器LM1117。

所述键盘模块用于设置信号频率及电压幅值、电流幅值以满足负载不同的供电需求，为矩阵键盘。

所述控制模块用于根据数字电压信号以及数字电流信号产生正弦脉冲调制信号以及脉冲信号，并实时显示数字电压信号、数字电流信号以及所述键盘模块设置的信号频率及电压幅值、电流幅值，选型为集成LCD液晶显示屏的控制中心F6638&FPGA。

所述光耦隔离模块用于将正弦脉冲调制信号通过光耦隔离得到隔离后正弦脉冲调制信号，将脉冲信号通过光耦隔离得到隔离后脉冲信号，选型为光耦隔离器ISO7240C。

全桥逆变模块1、全桥驱动模块2和第一LC滤波模块3完成DC-AC转换功能；全桥整流模块5、第二LC滤波模块6和Boost升压模块7共同完成AC-DC转换功能，转换输出反馈到全桥逆变模块1前端，实现能量回馈；其余模块作为外围部分。

下面结合图1至图16，介绍本实用新型的具体实施方式为：

所述电压互感器模块10用于转换交流强电压信号为电压采集信号；所述电流互感器模块12用于转换交流强电流信号为电流采集信号；所述电压信号预处理模块11用于对电压采集信号滤波预处理得到模拟电压信号；所述电流信号预处理模块13用于对电流采集信号滤波预处理得到模拟电流信号；所述AD采样模块14用于将模拟电压信号转换为数字电压信号，将模拟电流信号转换为数字电流信号，将数字电压信号以及数字电流信号传输至所述控制模块8；所述键盘模块9用于设置信号频率及电压幅值、电流幅值以满足负载不同的供电需求，为矩阵键盘；所述控制模块8用于根据数字电压信号以及数字电流信号产生正弦脉冲调制信号以及脉冲信号，并实时显示数字电压信号、数字电流信号以及所述键盘模块9设置的信号频率及电压幅值、电流幅值；所述光耦隔离模块15用于将正弦脉冲调制信号通过光耦隔离得到隔离后正弦脉冲调制信号，将脉冲信号通过光耦隔离得到隔离后脉冲信号；所述全桥驱动模块2根据隔离后的正弦脉冲调制信号产生驱动信号；所述全桥逆变模块1根据驱动信号将直流信号逆变成交流信号；所述第一LC滤波模块3用于对交流信号进行滤波并输出滤波后正弦交流信号；所述变压器隔离模块4用于通过交流降压以及交流升压得到隔离后正弦交流信号；所述全桥整流模块5用于对隔离后正弦交流信号整流得到整流后直流信号；所述第二LC滤波模块6用于对整流后直流信号进行滤波并输出滤波后直流信号；所述Boost升压模块7根据隔离后脉冲信号抬高滤波后直流信号的电压，将电压抬升后的直流信号回馈至所述所述全桥逆变模块1实现能量回流。

请见图2，本实施例的全桥逆变模块1包括低功耗开关管CSD19536 01、02、03、04及外围电路。开关管01、02、03、04的栅极和源极之间均放置一泄漏电阻起保护作用。四个开关管构成全桥变换电路，按正弦规律交替导通。全桥逆变模块1的输出电压为双极性、脉宽呈正弦规律变化的SPWM波，后接LC低通滤波器滤除SPWM波带有的载波及谐波频率成分，得到低频正弦交流电。

请见图3，本实施例的全桥驱动模块2由半桥驱动芯片UCC27211 21、22及外围电路组成。半桥驱动芯片21、22的VDD端与12V供电电源相连，VSS端与系统地相连，HB端通过自举电容与HS端连接，同时分别连接到高侧开关管01、03的源极，LI端和HI端分别与控制模块8中相位互补的SPWM波输出口连接，HO端通过驱动电阻分别与高侧开关管01、03的栅极相连，LO端通过驱动电阻分别与低侧开关管02、04的栅极相连。驱动端与开关管01、02、03、04的栅极间均反接一开关二极管，用于调节其导通和关断速度。高侧开关管01、03的漏极直接与输入直流稳压源相连，低侧开关管02、04的源极与系统地相连。

请见图4，第一LC滤波模块3由一个电感31和一个电容32组成。两个输入端分别连接在全桥逆变模块1中开关管01的源极与02的漏极连接处以及开关管03的源极与04的漏极连接处，输出端输出正弦交流信号。

请见图5，本实施例的变压器隔离模块4由变压器41和42组成。变压器41连接在第一LC滤波模块3输出端，为220V/48V降压变压器。变压器42为48V/220V升压变压器。变压器隔离模块4将正弦交流信号1：1传送到后级。

请见图6，本实施例的全桥整流模块5由二极管51、52、53、54组成。此模块连接在变压器隔离模块4后级，对正弦交流信号整流。

请见图7，本实施例的第二LC滤波模块6包括一个电感61和一个电容62。此模块接在全桥整流模块5后端，减小整流输出电压的脉动系数，从而输出一个较为理想的直流信号。

请见图8，本实施例的Boost升压模块7包括电感71、续流二极管72、开关管CSD19536 73、滤波电容74和驱动芯片UCC27211 75。电感71连接在第二LC滤波模块6后，二极管72串联在电路中，开关管73和电容74并联在电路中。驱动芯片UCC27211 75的HI端与控制模块8中PWM波输出口相连，HO端通过驱动电阻与开关管73的栅极相连。经过Boost升压后，输出电压控制在全桥逆变模块1输入电压之上，可实现能量回流。

请见图9，本实施例的控制模块8包括控制中心F6638&FPGA 81和LCD液晶显示屏82。控制中心81集合了微控制器MSP430F6638和FPGA，使其共同进行信号的处理，提升系统性能；LCD液晶显示屏82为F6638&FPGA 81自带。软件部分，在FPGA中控制产生两个相位互补的SPWM波和一个PWM波，SPWM波控制全桥逆变模块1生成正弦交流信号，而产生的PWM波控制Boost升压模块7的输出电压大小；实时读取采样电压、电流值和键盘设定值，并控制LCD显示；在MSP430F6638中进一步处理采样信号，使用PID算法稳定DC-AC变换后的正弦交流输出在25V以及控制Boost升压后的直流输出电压高于全桥逆变模块1输入电压。

请见图10，本实施例的键盘模块9包含一矩阵键盘。矩阵键盘连接在F6638&FPGA 81具有中断功能的8个IO口上，通过行扫描法获取按键值并送入控制中心81进一步处理。

请见图11，本实施例的电压互感器模块10包括电压互感器TV1013-1H 81。此模块连接于第一LC滤波模块3后级，将DC-AC变换输出的电压信号转换为可供AD芯片1401采样的弱电压信号。

请见图12，本实施例的电压信号预处理模块11包括运算放大器OPA22271101、1102及外围电路。此模块连接在电压互感器模块10后级，对弱电压信号进行滤波预处理。

请见图13，本实施例的电流互感器模块12包括电流互感器TA1015-2 1201。此模块连接于第一LC滤波模块3后级，将DC-AC变换输出的电流信号转换为可供AD芯片1401采样的弱电压信号。

请见图14，本实施例的电流信号预处理模块13包括运算放大器OPA2227 1301、1302及外围电路。此模块连接在电压互感器模块12后级，对弱电压信号进行滤波预处理。

请见图15，本实施例的AD采样模块14包括AD芯片TLC3578 1401、电压基准芯片REF5040 1402和线性稳压器LM1117 1403。AD芯片1401的SCLK、SDI、SDO、CS端分别与F6638&FPGA 81任一IO口连接，REFP端与基准芯片1402的输出端连接，DVDD端与稳压器1403的输出端连接。基准芯片1402及稳压器1403的VIN端均与+5V连接。

请见图16，本实施例的光耦隔离模块15由光耦隔离器ISO7240C 1501及外围电路组成。光耦隔离模块15用以保护FPGA，连接至其SPWM波和PWM波输出口，隔离后的输出再分别送入全桥逆变模块1和Boost升压模块7。

尽管本说明书较多地使用了全桥逆变模块、全桥驱动模块、第一LC滤波模块、变压器隔离模块、全桥整流模块、第二LC滤波模块、Boost升压模块、控制模块、键盘模块、电压互感器模块、电压信号预处理模块、电流互感器模块、电流信号预处理模块、AD采样模块、光耦隔离模块等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本实用新型的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

应当理解的是，上述针对较佳的实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本实用新型专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本实用新型的保护范围之内，本实用新型的请求保护范围应以所附权利要求为准。