模拟RLC负载的电子负载装置及方法与流程

本发明涉及电源测试和试验领域，特别是涉及一种模拟rlc负载的电子负载装置，同时还涉及一种模拟方法。

背景技术：

随着科技的发展，生产电源的厂家为了满足各种环境以及标准需求，需要搭建各种电路模型来验证产品的性能指标，都会用各种负载来检测电源的好坏。但是各种负载的连接不仅实现起来繁琐，而且会消耗更多的人力及空间，以及需要安全保护。

交流电源在研发生产过程中或产品出厂前都需要进行负载试验以检验电源的电气性能和输出能力。目前，电源试验和性能检测一般都是通过无源负载进行的。无源负载包括阻性负载、感性负载、容性负载以及阻感容混合负载等。无源负载在电源试验中，有功功率均由阻性负载消耗，能耗大、发热量高、稳定性差，并且还存在负载调节不便等缺点。

为克服上述缺点，专利zl200810092171.6整流性被动式负载仿真装置及方法，给出了对交流电源产品可靠性测试的整流性被动式负载的仿真装置，其具有小的体积，在使用上更为省时方便，并可正确地仿真实际由被动组件（无源负载）所组成的负载电路特性，以实时反应待测物的输出电压。但其仿真电路模型包括二极管全波整流电路、及被动式rlc负载模型，本专利中由于存在二极管全波整流桥，存在无法实现能量的双向流动问题，仅能模拟一些单向的用电rlc设备，对于在真实的用电环境中，很多双向的交流rlc负载设备，无法实现多样性的rlc负载的模拟仿真。

随之而来，需求一种可以模拟真实环境中的多种负载，操作简便，完善的保护功能，可以模拟真实环境中的负载（用电器），可以调节负载大小，以及对设备本身有过压保护，过流保护，过功率保护，过温保护。对外电路有过流保护，过功率保护，吃载电压和低电压保护。还可记录电路电压、电流动态变化过程等等。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种模拟rlc负载的电子负载装置及方法，解决装置存在无法实现能量的双向流动问题，及仅能模拟一些单向的用电rlc设备，对于在真实的用电环境中，无法实现多样性的rlc负载的模拟仿真问题。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种模拟rlc负载的电子负载装置，包括：

电压采集模块，采集加载在所述电子负载装置两端的电压；

数字信号处理模块，根据设定的rlc电路模型和阻抗特性参数，及所述电压采集模块采集的电压ui，计算出负载电流i值；

数模转换器dac，将所述计算出的电流i值转换成模拟控制信号;

四象限功率单元，根据所述数模转换器转换的模拟控制信号输出对待测设备进行动作的实际电流，实际电流的方向和所述采集的电压ui方向的关联性根据设定的源模式或载模式或阻抗特性参数确定。

所述rlc电路模型至少包括以下四种：电路模型1为电阻r、电感l和电容c依次串联，且电感l并联有电阻rl，电容c并联有电阻rc；电路模型2为电阻r、电感l和电容c相互并联；电路模型3为电阻r、电感l和电阻rl依次串联，串联的电容c和电阻rc并联串联的电感l和电阻rl；电路模型4为电阻r和电阻rs串联，电阻rs、电感l和电容c相互并联。

四象限功率单元为开关式或线性式。

所述阻抗特性参数为设置的负载rlc参数，或者为设置的负载功率参数。

所述设定为载模式时，所述四象限功率单元输出的实际电流方向和采集的电压ui为同向，所述设定为源模式时，所述四象限功率单元输出的实际电流方向和采集的电压ui为反向。

本发明还提供一种模拟rlc负载的电子负载装置的方法，包括如下模拟实际硬件电路负载特性的步骤：（1）选择电路模型1或电路模型2或电路模型3或电路模型4；（2）设置负载阻抗参数或设置负载功率参数。

设置负载阻抗参数包括设置电路参数电阻r、电感l、电容c和输入电压频率fin，通过选择的电路模型1、2、3或4计算出对应的阻抗，；

电路模型1的阻抗为：

电路模型2的阻抗为：

电路模型3的阻抗为：

电路模型4的阻抗为：

负载两端电压为ui,满足负载输出电流为，对外所呈现的阻抗特性与实际电路模型相同；

以上负载阻抗z的系数通过数字信号处理模块计算得出，负载两端的电压通过z的系数处理，得出电流的控制参数，经过dac模块和控制电流输出模块，输出相应电流值。

设置负载功率参数包括设置负载的有功功率p、无功功率q、品质因数qf和输入电压频率fin，此设置参数下，电路模型默认为图2中的电路模型2：

当q为负值时，计算出

当q为正值时，计算出

再利用以下公式推导出相应的r、l、c参数值

然后得出

电路模型2的阻抗为：

负载两端电压为ui,满足负载输出电流为，对外所呈现的阻抗特性与实际电路模型相同；

以上负载阻抗z的系数通过数字信号处理模块计算得出，负载两端的电压通过z的系数处理，得出电流的控制参数，经过dac模块和控制电流输出模块，输出相应电流值。

本发明的有益效果是提供一种安全性高，组装便捷、操作简易的模拟电子负载。可以反复多次进行，并能精确详尽的记录电子负载两端的电压、电流、功率测试过程的状态。

电子负载设备中rlc电路连接可选择多种模型，同时rlc参数可任意设置；此外也可通过设置功率参数来实现电子负载模拟功能。过压、过流、过功率无需通过模拟开关控制，可实现自我检测并保护。

附图说明

图1为本发明实际模拟电路连接框图；

图2为本发明电路模型1；

图3为本发明电路模型2；

图4为本发明电路模型3；

图5为本发明电路模型4；

图6为本发明电子负载装置内部框图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本实施例提供一种模拟rlc负载的电子负载装置，对电源进行无源负载试验，包括电压采集模块、数字信号处理模块、数模转换器dac和功率单元，功率单元采用四象限功率单元，其中，电压采集模块，采集加载在所述电子负载装置两端的电压；

数字信号处理模块，根据设定的rlc电路模型和阻抗特性参数，及所述电压采集模块采集的电压ui，计算出负载电流i值；

数模转换器dac，将所述计算出的电流i值转换成模拟控制信号;

四象限功率单元，根据所述数模转换器转换的模拟控制信号输出对待测设备进行动作的实际电流，实际电流的方向和所述采集的电压ui方向的关联性根据设定的源模式或载模式或阻抗特性参数确定。

数模转换器(dac)输出的控制电流信号，控制功率单元输出电流，功率单元为四象限功率单元，能够运行于正负电压/电流正反方向的全四象限，实现能量的双向流动。四象限功率单元可以是开关式的也可以是线性的。

数字信号处理模块根据用户设定的rlc电路模型1或电路模型2或电路模型3或电路模型4和待测设备的阻抗特性，模拟出负载阻抗特性，其中，

电路模型1为电阻r、电感l和电容c依次串联，且电感l并联有电阻rl，电容c并联有电阻rc；电路模型2为电阻r、电感l和电容c相互并联；电路模型3为电阻r、电感l和电阻rl依次串联，串联的电容c和电阻rc并联串联的电感l和电阻rl；电路模型4为电阻r和电阻rs串联，电阻rs、电感l和电容c相互并联。

本实施例还提供一种模拟rlc负载的电子负载装置的方法，包括如下模拟实际硬件电路负载特性的步骤：（1）选择电路模型1或电路模型2或电路模型3或电路模型4；（2）设置负载阻抗参数或设置负载功率参数。

设置负载阻抗参数包括设置电路参数电阻r、电感l、电容c和输入电压频率fin，通过选择的电路模型1、2、3或4计算出对应的阻抗，；

电路模型1的阻抗为：

电路模型2的阻抗为：

电路模型3的阻抗为：

电路模型4的阻抗为：

负载两端电压为ui,满足负载输出电流为，对外所呈现的阻抗特性与实际电路模型相同。

设置负载功率参数包括设置负载的有功功率p、无功功率q、品质因数qf和输入电压频率fin，此设置参数下，电路模型默认为图2中的电路模型2：

当q为负值时，计算出

当q为正值时，计算出

再利用以下公式推导出相应的r、l、c参数值

然后得出

电路模型2的阻抗为：

负载两端电压为ui,满足负载输出电流为，对外所呈现的阻抗特性与实际电路模型相同；

以上负载阻抗z的系数通过数字信号处理模块计算得出，负载两端的电压通过z的系数处理，得出电流的控制参数，经过dac模块和控制电流输出模块，输出相应电流值。

本实施例的有益效果是提供一种安全性高，组装便捷、操作简易的模拟电子负载。可以反复多次进行，并能精确详尽的记录电子负载两端的电压、电流、功率测试过程的状态；电子负载设备中rlc电路连接可选择多种模型，同时rlc参数可任意设置；此外也可通过设置功率参数来实现电子负载模拟功能。过压、过流、过功率无需通过模拟开关控制，可实现自我检测并保护。