本发明属于电源测试领域，具体涉及一种能馈型电子负载中负载电流切换电流摆率控制电路和方法。
背景技术：
近年来，随着国家对能源利用和消耗的日益重视以及人们节能环保意识的逐渐提高，传统的能耗型电子负载尽管精度高纹波小，但是负载的能量基本被空耗，很难满足人们的节能需求。能馈型电子负载由于自身消耗小负载效率高的优势逐渐应运而生，但是对于某些特殊的场合如纹波小动态性能高的电源测试系统中，常规的能馈电子负载器也很难满足要求，这就需要重点解决能馈电子负载的低纹波与高摆率之间的矛盾。另外，在进行电源动态特性测试时，电子负载需要工作在序列模式，快速响应模拟电源需要变化的负载，若通过开关快速切换来实现负载电流快速切换，会产生较大的电磁辐射，使得电磁兼容性变差。
传统能馈型电子负载控制摆率的方式即通过调节输入电感电流来应对输入电压的大幅跃变，由于电感对电流的纹波控制精度高时，对摆率的控制精度就降低，反之亦然，这就使得对纹波和摆率的控制常采取折中方式。本发明针对能馈型电子负载研制了一种负载电流切换电流摆率可控方法，将传统的输入电感电流控制转换为中间电压控制，中间节点的电压可以由一定的电容进行平滑，且使用了控制纹波不依赖输入电感的拓扑，实现输入电流切换和电流摆率的可控，达到纹波与摆率之间解耦的目的。本发明所提出的负载电流切换电流摆率控制方法在高性能的能馈型电子负载的设计方面有着广阔的应用前景。
技术实现要素：
为了改善能馈型电子负载模拟的纹波和动态响应指标，减小电磁干扰，提高能馈型电子负载的性能，本发明提供了一种负载电流切换电流摆率控制电路和方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种能馈型电子负载中负载电流切换电流摆率控制电路，包括负载模拟模块和电流摆率控制模块，其中负载模拟模块包括输入电感l、负载模拟电路，电流摆率控制模块包括辅助双向升降压型电源、第一开关q1及第二开关q2；
被测电源的正端连接所述输入电感的一侧，输入电感的另一侧连接第一开关q1及第二开关q2的一侧，第一开关q1的另一侧与负载模拟电路的输入侧正端连接，第二开关q2的另一侧与辅助双向升降压型电源的第一方向的正端连接，被测电源的负端与辅助双向升降压型电源的第一方向的负端和负载模拟电路的输入侧负端连接，负载模拟电路输出侧的正负端分别连接辅助双向升降压型电源的第二方向的正负端，负载模拟电路输出侧即为直流母线电压。
进一步，负载模拟电路为六相全桥buck-boost电路模块构成，六相全桥buck-boost电路模块包括六个并联连接的全桥buck-boost电路，每个全桥buck-boost电路包括功率开关管sn1、sn2、sn3、sn4，等效滤波电容c2，等效输出滤波电容c0，储能电感ln和反并联二极管dn1、dn2、dn3、dn4，其中n=1,2,3,4,5,6；所述等效滤波电容c2并联连接在所述六相全桥buck-boost电路模块的输入侧正端和输入侧负端之间，所述等效输出滤波电容c0并联连接在所述六相全桥buck-boost电路模块的输出侧正负端之间。
进一步，辅助双向升降压型电源由单相全桥buck-boost电路模块构成，包括功率开关管s1、s2、s3、s4，等效滤波电容c1，等效输出滤波电容c0，储能电感l0和反并联二极管d1、d2、d3、d4，等效滤波电容c1并联连接在单相全桥buck-boost电路模块的第一方向正端和第一方向负端之间，等效输出滤波电容c0并联连接在单相全桥buck-boost电路模块的第二方向正负端之间。
此外，本发明还提供了一种能馈型电子负载中负载电流切换电流摆率控制方法，采用上述的能馈型电子负载中负载电流切换电流摆率控制电路实现，通过控制所述第一开关q1及第二开关q2的开闭，以及调节所述辅助双向升降压型电源的第一方向的电压值，使其满足：
进一步，所述的一种能馈型电子负载中负载电流切换电流摆率控制方法包括负载电流增加时电流摆率的控制方法和负载电流减小时电流摆率的控制方法；
负载电流增加时电流摆率的控制方法为：按照所需电流摆率改变所述辅助双向升降压型电源第一方向的电压值，然后断开第一开关q1，导通第二开关q2，使所述负载模拟电路工作在续流状态；当接近所需负载电流值时，导通第一开关q1，断开第二开关q2，使负载模拟电路工作在能量变换状态，恢复到稳定工作状态；
负载电流减小时电流摆率的控制方法为：按照所需电流摆率改变所述辅助双向升降压型电源第一方向的电压值，断开第一开关q1，导通第二开关q2，负载模拟电路工作在续流状态，负载电流按被测电源电压与辅助双向升降压型电源第一方向的电压差值和输入电感值的比值的速率变化；当接近所需负载电流值时，导通第一开关q1，断开第二开关q2，负载模拟电路工作在能量变换状态，恢复到稳定工作状态。
进一步，通过改变辅助双向升降压型电源内的单相全桥buck-boost电路模块的占空比，来控制其第一方向的电压值。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明具有性能可靠、高效简便、易于控制等优点，将传统的对输入电感电流的摆率控制转换为中间节点电压的控制，实现电流摆率的可控性，提高能馈型电子负载模拟的精度和动态响应。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种负载电流切换电流摆率控制电路的总体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种负载电流切换电流摆率控制电路的电路原理图；
图3为本发明实施例提供的一种负载电流切换电流摆率控制电路的等效结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种能馈型电子负载中负载电流切换电流摆率控制电路结构，包括负载模拟模块和电流摆率控制模块，其中负载模拟模块包括被测电源、输入电感l、负载模拟电路，电流摆率控制模块包括辅助双向升降压型电源、第一开关q1及第二开关q2；被测电源的正端连接所述输入电感的一侧，输入电感l的另一侧连接第一开关q1及第二开关q2的一侧，第一开关q1的另一侧与负载模拟电路的输入侧正端连接，第二开关q2的另一侧与辅助双向升降压型电源的第一方向的正端连接，被测电源的负端与辅助双向升降压型电源的第一方向的负端和负载模拟电路的输入侧负端连接，负载模拟电路输出侧的正负端分别连接辅助双向升降压型电源的第二方向的正负端，负载模拟电路输出侧即为直流母线电压。
具体地，如图2所示，负载模拟电路为六相全桥buck-boost电路模块构成，六相全桥buck-boost电路模块包括六个并联连接的全桥buck-boost电路，每个全桥buck-boost电路包括功率开关管sn1、sn2、sn3、sn4，等效输入滤波电容c2，等效输出滤波电容c0，储能电感ln和反并联二极管dn1、dn2、dn3、dn4，其中n=1,2,3,4,5,6；等效滤波电容c2并联连接在六相全桥buck-boost电路模块的输入侧正端和输入侧负端之间，等效输出滤波电容c0并联连接在所述六相全桥buck-boost电路模块的输出侧正负端之间。
具体地，辅助双向升降压型电源由单相全桥buck-boost电路模块构成，包括功率开关管s1、s2、s3、s4，等效滤波电容c1，等效输出滤波电容c0，储能电感l0和反并联二极管d1、d2、d3、d4，等效滤波电容c1并联连接在单相全桥buck-boost电路模块的第一方向正端和第一方向负端之间，等效输出滤波电容c0并联连接在单相全桥buck-boost电路模块的第二方向正负端之间。
被测电源的正端连接输入电感l的一侧，输入电感l的另一侧连接第一开关q1和第二开关q2相连的公共侧，q1的另一侧与负载模拟电路的输入侧正端连接，即与等效输入滤波电容c2正端、功率开关管sn1的漏级连接，功率开关管sn1与功率开关管sn2构成半桥桥臂，桥臂中点与储能电感ln的一侧相连，储能电感ln的另一侧与由功率开关管sn3和功率开关管sn4构成的半桥桥臂的中点相连；q2的另一侧与辅助双向升降压型电源的第一方向的正端,即与等效输入滤波电容c1正端、功率开关管s1的漏级连接，功率开关管s1与功率开关管s2构成半桥桥臂，桥臂中点与储能电感l0的一侧相连，储能电感l0的另一侧和由功率开关管s3与功率开关管s4构成的半桥桥臂的中点相连；等效输出滤波电容c0的正端与由功率开关管s3与功率开关管s4构成的半桥桥臂的上端和由功率开关管sn3与功率开关管sn4构成的半桥桥臂的上端相连；被测电源的负端与辅助双向升降压型电源的第一方向的负端、负载模拟电路的输入侧负端以及等效输出滤波电容c0的负端连接；负载模拟电路输出侧的正负端分别连接辅助双向升降压型电源的第二方向的正负端；负载模拟电路输出侧，即等效输出滤波电容c0的两端电压记为直流母线电压。如图2所示，被测电源v电压值为150v，直流母线额定电压值为85v，输入电感l为70uh，电流摆率为1a/us。
为更清楚说明本发明提供的一种能馈型电子负载中负载电流切换电流摆率控制电路的控制原理，如图3所示，被测电源电压不变，要使被测电源中流出的电流，即输入电感中的电流il快速切换，负载模拟电路可以等效为电流源i0，将输入电感中的电流il和等效电流源i0同步切换，即同时与电容c1断开，电容c1上的电压不会改变，这样分别控制输入电感和等效电流源切换，当输入电感中的电流il达到目标值后，等效电流源的电流值跟踪输入电感中的电流值进行变化。
进一步地，本发明还提供了一种能馈型电子负载中负载电流切换电流摆率控制方法，采用上述的能馈型电子负载中负载电流切换电流摆率控制电路实现，通过控制所述第一开关q1及第二开关q2的开闭，以及调节所述辅助双向升降压型电源的第一方向的电压值，进而实现电流摆率的控制。
具体地，电流摆率由如下公式确定：
其中，
进一步地，本实施例提供的一种能馈型电子负载中负载电流切换电流摆率控制方法，具体包括负载电流增加时电流摆率的控制方法和负载电流减小时电流摆率的控制方法。
当负载电流不变时，第一开关q1导通、第二开关q2断开，电子负载工作在稳定工作状态。
当负载电流需要增加，如由20a增到30a时，按所需电流摆率改变单相全桥buck-boost电路占空比，得到所需辅助双向升降压型电源第一方向的电压值80v；断开第一开关q1，导通第二开关q2，负载模拟电路工作在续流状态，负载电流按被测电源电压与辅助双向升降压型电源第一方向的电压差值和所述输入电感l的比值的速率变化；当接近所需负载电流值30a时，导通q1，断开q2，负载模拟电路工作在能量变换状态，恢复到稳定工作状态。
当负载电流需要减小时，如由20a减小到10a时，按所需电流摆率改变单相全桥buck-boost电路占空比，得到所需220v；断开第一开关q1，导通第二开关q2，负载模拟电路工作在续流状态，负载电流按被测电源电压与辅助双向升降压型电源第一方向的电压差值和输入电感值的比值的速率变化；当接近所需负载电流值10a时，导通q1，断开q2，负载模拟电路工作在能量变换状态，恢复到稳定工作状态。
具体来说，辅助双向升降压型电源从直流母线电压处获取能量，在负载电流切换时通过控制改变辅助双向升降压型电源占空比，产生一个可控的辅助节点电压，即辅助双向升降压型电源第一方向的电压值v2；辅助节点电压与负载模拟电路输入侧的电压v1无关。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。