專(zhuān)利名稱(chēng)：輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及節(jié)能電子產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域和電力電子電能變換利用領(lǐng)域，提出一種新的電能 回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)。更具體的說(shuō)，本發(fā)明提出了一種直流側(cè)能量回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)輸出電能的回收利用，可用于各種電源的測(cè)試和老化等實(shí)驗(yàn)。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，因此 開(kāi)關(guān)電源的市場(chǎng)也越來(lái)越大。開(kāi)關(guān)電源相對(duì)于線性電源最大的優(yōu)勢(shì)在于其效率更高。但是 在開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)、測(cè)試和生產(chǎn)的過(guò)程中，均需要接入負(fù)載，在目前階段，無(wú)論是傳統(tǒng)的 電阻負(fù)載還是使用更為方便靈活的電子負(fù)載，都是發(fā)熱型負(fù)載，在它們的使用過(guò)程中，大 量能量以熱能形式耗散出去，開(kāi)關(guān)電源效率高的優(yōu)勢(shì)此時(shí)根本無(wú)法發(fā)揮。這不僅增加了研 發(fā)和生產(chǎn)廠家的用電量，提高了研發(fā)、生產(chǎn)成本，更是對(duì)寶貴能源的極大浪費(fèi)。
針對(duì)這種情況，人們將能量回饋的技術(shù)應(yīng)用到電子負(fù)載中以降低成本、節(jié)約能源。目 前能量回饋的形式如圖1和圖2所示。將被測(cè)試設(shè)備通過(guò)工頻變壓器及濾波器連接到電網(wǎng) 上時(shí)(如圖1所示)，如果被測(cè)試設(shè)備沒(méi)有功率因數(shù)校正功能且輸入側(cè)的功率因數(shù)很低， 諧波含量高，會(huì)使網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生很大的無(wú)功功率和諧波千擾，增加網(wǎng)側(cè)的損耗。同時(shí)，工頻變 壓器十分笨重，而且這種連接方式只適用于被測(cè)試設(shè)備的輸入為工頻交流電源的情況。因 此，常常在電網(wǎng)與被測(cè)設(shè)備之間用獨(dú)立的交流電源或者直流電源給被測(cè)設(shè)備供電(如圖2 所示)，此時(shí)交流電源或直流電源的最大輸出功率必然大于被測(cè)試設(shè)備最大輸入功率，因 此交流電源或直流電源的容量要求很高，大大增加了成本。
無(wú)論被測(cè)試設(shè)備采用何種方式與電網(wǎng)連接，被測(cè)試設(shè)備的輸出端都連接到能量回饋型 電子負(fù)載上，而電子負(fù)載實(shí)際上是一個(gè)AC/DC或DC/DC變流器，它們將被測(cè)試設(shè)備輸出 的能量經(jīng)過(guò)變換以后集中到能量收集母線，作為并網(wǎng)逆變器的輸入，通過(guò)并網(wǎng)逆變器將能 量回饋到電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)能量的回饋。但是并網(wǎng)逆變器控制技術(shù)較為復(fù)雜，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)的可靠 性要求也較高，需要很多保護(hù)措施，而且一般為了可靠性，都需要與電網(wǎng)隔離，因此需要 工頻變壓器，體積龐大，效率低。電網(wǎng)本身也對(duì)并網(wǎng)設(shè)備有嚴(yán)格的控制，包括可靠性評(píng)估和相應(yīng)的保護(hù)設(shè)備和措施。
現(xiàn)有實(shí)用新型專(zhuān)利(專(zhuān)利名稱(chēng)AC/DC開(kāi)關(guān)電源節(jié)能燒機(jī)裝置，專(zhuān)利號(hào)ZL
200420046920.9)將能量回饋到被測(cè)設(shè)備前的直流母線，但是其輸入側(cè)沒(méi)有功率因數(shù)校正 電路，同時(shí)方波逆變器會(huì)對(duì)網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生很高的諧波干擾，嚴(yán)重影響電網(wǎng)，需要增加很大的低 頻濾波器，增加了成本和體積。)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)，采用該系 統(tǒng)能提高回收能效，并且大大減小對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)，含被 測(cè)試設(shè)備，測(cè)試系統(tǒng)包括PFC功率因數(shù)校正模塊、交流或直流電源模塊、能量收集模塊和 能量回饋模塊；PFC功率因數(shù)校正模塊的輸入端與電網(wǎng)連接，其輸出端是高壓直流母線； PFC功率因數(shù)校正模塊輸出端的高壓直流母線分別與交流或直流電源模塊的輸入端 和能量回饋模塊的輸出端連接；
交流或直流電源模塊的輸出端與被測(cè)試設(shè)備的輸入端連接，能量收集模塊的輸入端 與被測(cè)試設(shè)備的輸出端連接，能量收集模塊的輸出端與能量回饋模塊的輸入端連接。
作為本發(fā)明的輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)的改進(jìn)若被測(cè)試設(shè)備的輸出電壓
與高壓直流母線電壓可比擬，以一級(jí)變流器替代能量收集模塊和能量回饋模塊。
作為本發(fā)明的輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)的改進(jìn)由于能量回饋節(jié)點(diǎn)的改 變，能量回饋的節(jié)點(diǎn)在PFC功率因數(shù)校正模塊后的高壓直流母線；對(duì)于輸入端是直流的被
測(cè)試設(shè)備，不需要逆變器；對(duì)于輸入端是交流的被測(cè)試設(shè)備，系統(tǒng)中的逆變器即交流或直 流電源模塊(對(duì)于輸入端是交流的被測(cè)試設(shè)備，該模塊具體為交流電源模塊)不需要并網(wǎng)。 同時(shí)，能量回饋的路徑縮短，效率提高；高壓直流母線的電壓可通過(guò)對(duì)PFC功率因數(shù)校正 模塊的設(shè)置進(jìn)行靈活調(diào)整。
作為本發(fā)明的輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)的一種改進(jìn)被測(cè)試設(shè)備為AC/DC
電路時(shí)，交流或直流電源模塊為DC/AC變流器，能量收集模塊為DC/DC變流器，能量回 饋模塊為DC/DC變流器；或者一級(jí)變流器為一級(jí)DC/DC變流器。
作為本發(fā)明的輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)的另一種改進(jìn)被測(cè)試設(shè)備為
DC/DC電路時(shí)，交流或直流電源模塊為DC/DC變流器，能量收集模塊為DC/DC變流器， 能量回饋模塊為DC/DC變流器；或者一級(jí)變流器為一級(jí)DC/DC變流器。作為本發(fā)明的輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)的另一種改進(jìn)DC/DC電路設(shè)備輸
入輸出電壓都較低時(shí)，可以采用低壓AC/DC電路提供電源，而能量收集模塊將能量回饋
到被測(cè)試設(shè)備的輸入端。
作為本發(fā)明的輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)的另一種改進(jìn)被測(cè)試設(shè)備為
DC/AC電路時(shí)，交流或直流電源模塊為DC/DC變流器，能量收集模塊為AC/DC變流器， 能量回饋模塊為DC/DC變流器；或者一級(jí)變流器為一級(jí)AC/DC變流器。
作為本發(fā)明的輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)的另一種改進(jìn)被測(cè)試設(shè)備為
AC/AC電路時(shí)，交流或直流電源模塊為DC/AC變流器，能量收集模塊為AC/DC變流器， 能量回饋模塊為DC/DC變流器；或者一級(jí)變流器為一級(jí)AC/DC變流器。
作為本發(fā)明的輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)的另一種改進(jìn)當(dāng)被測(cè)試設(shè)備有多
組并聯(lián)時(shí)，可以根據(jù)被測(cè)試設(shè)備不同的輸入電壓要求選擇交流或直流電源模塊并聯(lián)，根據(jù) 被測(cè)試設(shè)備不同的輸出電壓選擇不同的能量收集模塊并聯(lián)，先對(duì)能量進(jìn)行收集再由DC/DC 能量回饋模塊統(tǒng)一對(duì)能量進(jìn)行回饋。
本發(fā)明屬于一種新的直流側(cè)能量回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)中包含了網(wǎng)側(cè)AC/DC 功率因數(shù)校正電路(即PFC功率因數(shù)校正模塊)，產(chǎn)生高壓直流母線，然后通過(guò)DC/DC 變流器或DC/AC變流器(即交流或直流電源模塊)產(chǎn)生可調(diào)的交流電壓。而且高壓直流 母線電壓也可通過(guò)對(duì)AC/DC功率因數(shù)校正電路進(jìn)行靈活調(diào)整，提高系統(tǒng)效率。
采用本發(fā)明的輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)，可以簡(jiǎn)化能量回饋的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 提高回收能效，并且大大減小對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾，降低成本。本發(fā)明能使能量回收的效率 更高，且不受輸入側(cè)電網(wǎng)電壓的影響。本發(fā)明適合于AC/DC、 DC/DC、 DC/AC、 AC/AC 等各種不同輸入輸出的開(kāi)關(guān)電源測(cè)試和老化應(yīng)用。本發(fā)明的直流側(cè)能量回饋方法的主要思 路如圖3所示。
本發(fā)明的技術(shù)方案主要有以下幾點(diǎn)
1、本發(fā)明將電網(wǎng)經(jīng)過(guò)AC/DC變換后得到高壓直流母線作為能量回饋的入口，而不是 傳統(tǒng)的能量回饋型電子負(fù)載中的電網(wǎng)。
為了提高功率因數(shù)，消除電網(wǎng)的污染，測(cè)試用的交流或者直流電源都使用前級(jí)PFC功 率因數(shù)校正模塊進(jìn)行預(yù)調(diào)整。PFC功率因數(shù)校正模塊的輸出高壓直流母線上本身有較大的 電容，因此可以利用它吸收和存儲(chǔ)回饋能量。同時(shí)PFC功率因數(shù)校正模塊的后級(jí)被測(cè)試 設(shè)備也從該高壓直流母線上吸收能量。負(fù)載端回饋的能量總是小于后級(jí)的被測(cè)試設(shè)備從母線上吸收的能量，不足的能量需要從網(wǎng)側(cè)通過(guò)PFC功率因數(shù)校正模塊向高壓直流母線補(bǔ) 充。假定能量回饋的路徑中包含了如圖3所示的交流或直流電源模塊2、被測(cè)試設(shè)備3、 能量收集模塊4、能量回饋模塊5四級(jí)，若能量回饋時(shí)能量回饋路徑中各級(jí)的效率為95%， 那么回饋部分的能量占被測(cè)設(shè)備吸收能量的81.45%;因此PFC功率因數(shù)校正模塊處理的 能量?jī)H需補(bǔ)充后級(jí)設(shè)備的損耗，為18.55%;若能量回饋時(shí)能量回饋路徑中各級(jí)的效率為 90%，那么回饋部分的能量占被測(cè)設(shè)備吸收能量的65.61%;因此PFC功率因數(shù)校正模塊 處理的能量?jī)H需補(bǔ)充后級(jí)設(shè)備的損耗，為34.39%，如果將能量收集模塊4和能量回饋模 塊5用一級(jí)電路實(shí)現(xiàn)，能量回饋的效率將進(jìn)--歩提高。相對(duì)于傳統(tǒng)的能量回饋測(cè)試系統(tǒng)(如 圖2所示)交流或直流電源中的PFC功率因數(shù)校正電路需要處理后級(jí)設(shè)備消耗及回饋的 全部能量，因此本發(fā)明中PFC功率因數(shù)校正模塊1的成本和體積大大減少，可靠性和穩(wěn) 定性則大大提高。
2、 本發(fā)明中將能量回饋到高壓直流母線上，因此回饋能量時(shí)只需要DC/DC或AC/DC 變流器(即能量回饋模塊)，而無(wú)需并網(wǎng)逆變器，設(shè)計(jì)難度大大降低。
若被測(cè)試設(shè)備輸出為直流，作為負(fù)載用的電力電子變流器可以采用輸入電流和輸入電 壓受控的Boost、 Cuk等常規(guī)的變流器，作為電源的恒壓、恒流負(fù)載的同時(shí)，也可以將被 測(cè)設(shè)備的輸出電壓升高，以回饋到直流母線。如果被測(cè)設(shè)備的輸出直流電壓較低，可以使 用兩級(jí)DC/DC變流器進(jìn)行升壓，兩級(jí)具體的升壓比可根據(jù)實(shí)際負(fù)載的需要和控制方法進(jìn) 行改變，以提高能量回饋的效率。如果被測(cè)設(shè)備有多路輸出，也可以采用兩級(jí)變流器的結(jié) 構(gòu)，前一級(jí)由多個(gè)獨(dú)立的變流器電子負(fù)載模塊構(gòu)成，每一模塊可單獨(dú)調(diào)節(jié)，不同模塊的輸 出進(jìn)行集中后再由后級(jí)DC/DC變流器將能量回饋。
3、 DC/DC變流器將能量回饋到PFC功率因數(shù)校正模塊輸出的高壓直流母線。而PFC 功率因數(shù)校正模塊自身的反饋控制會(huì)自動(dòng)補(bǔ)充在整個(gè)能量循環(huán)的回路上所損耗的能量，保 證系統(tǒng)的功率守恒和各級(jí)的穩(wěn)定工作。
4、 采用合理的控制策略，保證各模塊的連接處，尤其是能量回饋入口處，不同模塊 之間的并聯(lián)、級(jí)聯(lián)時(shí)不發(fā)生穩(wěn)定性問(wèn)題，系統(tǒng)可以正常工作。
本發(fā)明中整個(gè)系統(tǒng)包括AC/DC部分(即PFC功率因數(shù)校正模塊)將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換成 穩(wěn)定或者可調(diào)節(jié)的高壓直流，再經(jīng)過(guò)DC/DC變流器或DC/AC逆變器(即直流或交流電源 模塊)產(chǎn)生一個(gè)直流電源或者交流電源，供給被測(cè)試的AC/DC、DC/DC或者DC/AC、 AC/AC 電源產(chǎn)品。在被測(cè)試設(shè)備輸出接DC/DC變流器或AC/DC變流器(即能量收集模塊)作為電源產(chǎn)品的電子模擬負(fù)載，將能量轉(zhuǎn)入能量收集母線，通常它的電壓等級(jí)介于被測(cè)試設(shè)備 的輸出電壓和高壓直流母線電壓之間，以提高能量回饋的效率。再經(jīng)過(guò)第二級(jí)的DC/DC 變流器(即能量回饋模塊)將低壓母線的能量轉(zhuǎn)入回收能量的高壓母線，完成能量的回饋。
一個(gè)采用了本發(fā)明所述能量回饋方法的系統(tǒng)，包含了交流電源，可以滿(mǎn)足全球范圍內(nèi) 電網(wǎng)電壓的應(yīng)用，而且其中的DC/AC可以實(shí)現(xiàn)任意電壓幅值的輸出，不僅可以滿(mǎn)足產(chǎn)品 的老化使用，也可以滿(mǎn)足工程師的調(diào)試使用。
在本發(fā)明中，能量回饋的節(jié)點(diǎn)位于PFC功率因數(shù)校正模塊輸出端的高壓直流母線上， 并且高壓直流母線靈活可調(diào)，便于提高系統(tǒng)的效率。由于能量回饋在系統(tǒng)內(nèi)部完成，PFC 功率因數(shù)校正模塊只需要從電網(wǎng)吸收在能量循環(huán)回饋的過(guò)程中損耗的能量，處理能量的等 級(jí)遠(yuǎn)小于被測(cè)試系統(tǒng)的容量。用作虛擬電子負(fù)載的能量收集模塊或?qū)崿F(xiàn)能量收集和能量回 饋兩個(gè)模塊功能的一級(jí)電路，其輸入電壓和輸入電流受控，可以工作于恒壓、恒流、恒阻 或恒功率等輸入模式，以滿(mǎn)足測(cè)試的要求。
本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果包括
1、 由于在網(wǎng)側(cè)可以采用功率因數(shù)校正器(即PFC功率因數(shù)校正模塊)，而且容量小， 體積小，所以成本低，對(duì)電網(wǎng)干擾大大減小。
2、 無(wú)需工頻隔離，體積減小，成本降低。
3、 采用直流側(cè)能量回收方式，縮短了能量循環(huán)路徑，提高了回饋能效，節(jié)約能源。
4、 能量循環(huán)鏈中的逆變器無(wú)需并網(wǎng)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可靠性增加，成本降低。
5、 系統(tǒng)中的電源模塊和負(fù)載模塊采用模塊化設(shè)計(jì)，便于更換和維護(hù)，以及系統(tǒng)升級(jí) 和變更，降低和運(yùn)行和維護(hù)成本。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 圖1是采用傳統(tǒng)的能量回饋方法的能量回饋系統(tǒng)I的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是采用傳統(tǒng)的能量回饋方法的能量回饋系統(tǒng)II的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明的采用直流側(cè)能量回饋方法的能量回饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是當(dāng)圖3中的被測(cè)試設(shè)備為AC/DC電路時(shí)的采用直流側(cè)能量回饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示 意圖5是當(dāng)圖3中的被測(cè)試設(shè)備為DC/DC電路時(shí)的采用直流側(cè)能量回饋系統(tǒng)的一種結(jié) 構(gòu)示意圖；圖6是當(dāng)圖3中的被測(cè)試設(shè)備為DC/DC電路時(shí)的采用直流側(cè)能量回饋系統(tǒng)的另一種 結(jié)構(gòu)示意圖7是當(dāng)圖3中的被測(cè)試設(shè)備為DC/AC電路時(shí)的采用直流側(cè)能量回饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示 意圖8是當(dāng)圖3中的被測(cè)試設(shè)備為AC/AC電路時(shí)的采用直流側(cè)能量回饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示 意圖9是當(dāng)圖3為多個(gè)被測(cè)設(shè)備并聯(lián)時(shí)的采用直流側(cè)能量回饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)包含三大部分，分別為供電電源部分， 能量收集部分和能量回饋部分。
供電電源部分包括消除輸入諧波的PFC功率因數(shù)校正模塊1以及給被測(cè)試設(shè)備3供 電的交流或直流電源模塊2。能量收集部分包含了能量收集模塊4，作為被測(cè)試裝置的模 擬負(fù)載。能量回饋部分包括能量回饋模塊5，其將收集起來(lái)的能量回收到供電電源部分的 高壓直流母線。
如果與能量收集模塊4輸入相連接的被測(cè)試設(shè)備3輸出的電壓等級(jí)與能量回饋的高壓 直流母線電壓等級(jí)較為接近，則可以將能量收集部分和能量回饋部分整合起來(lái)作為一個(gè)部 分，即以一級(jí)變流器替代能量收集模塊4和能量回饋模塊5。
供電電源部分的PFC功率因數(shù)校正模塊1，其輸入側(cè)與電網(wǎng)IO相連接，輸出側(cè)與交 流或直流電源模塊2相連接。PFC功率因數(shù)校正模塊1可以消除諧波，產(chǎn)生一個(gè)高壓直流 母線(電網(wǎng)單相輸入一般是400V左右，三相電網(wǎng)輸入則是800V左右)，作為產(chǎn)生直流或 者交流供電的交流或直流電源模塊2輸入側(cè)。
交流或直流電源模塊2的輸入端與PFC功率因數(shù)校正模塊1輸出端的高壓直流母線相 連接；交流或直流電源模塊2的輸出端與被測(cè)試設(shè)備3的輸入端相連。交流或直流電源模 塊2的功能是給被測(cè)試設(shè)備3供電。其中直流電源采用DC/DC變流器，而交流電源采用 DC/AC變流器。它們的輸出電壓幅值、頻率(僅針對(duì)交流電源)等各項(xiàng)參數(shù)均可根據(jù)被 測(cè)試設(shè)備的需要加以調(diào)節(jié)。
能量收集部分，即能量收集模塊4可以采用受控的DC/DC變流器或AC/DC變流器作 為被測(cè)試設(shè)備3的負(fù)載，其輸入端與被測(cè)試設(shè)備3的輸出端相連接，輸出與中間能量收集 母線相連接。它可以根據(jù)被測(cè)試設(shè)備的需要靈活調(diào)整工作狀態(tài)，如恒流輸入模式和恒壓輸入模式，以滿(mǎn)足被測(cè)設(shè)備的負(fù)載特性要求。通過(guò)這個(gè)模擬負(fù)載裝置將被測(cè)試設(shè)備3輸出的 能量收集到一個(gè)中間母線，這個(gè)母線的電壓等級(jí)可以根據(jù)被測(cè)試設(shè)備3的輸出電壓等級(jí)調(diào) 整，使這個(gè)中間母線的電壓等級(jí)距離被測(cè)試設(shè)備3的電壓等級(jí)接近，同時(shí)也更接近高壓直 流母線的電壓，提高轉(zhuǎn)換的效率。能量收集模塊4將能量收集到中間母線，作為后級(jí)能量 回饋裝置的輸入。中間能量收集母線可以作為多個(gè)能量收集模塊4的輸出，多個(gè)能量收集 模塊4可以為多個(gè)被測(cè)試設(shè)備3單獨(dú)提供模擬的電子負(fù)載。它們并聯(lián)后可將能量集中到中 間能量收集母線。
能量回饋部分，即能量回饋模塊5采用受控的DC/DC變流器，對(duì)中間能量收集母線 上的電壓進(jìn)行變換，將收集到中間母線上的能量回饋到高壓直流母線上。如果與能量收集 模塊4輸入相連接的被測(cè)試設(shè)備3輸出的電壓等級(jí)與能量回饋的高壓直流母線的電壓等級(jí) 非常接近，對(duì)于單個(gè)被測(cè)試設(shè)備3的情況，可以合并能量收集部分和能量回饋部分，直接 將能量回饋至高壓直流母線，簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的效率。
對(duì)于不同類(lèi)型的被測(cè)試電路，供電電源部分、能量收集部分和能量回饋部分可以選擇 不同的模塊，如果被測(cè)試設(shè)備有多組并聯(lián)，那么能量收集部分也可以采用多組并聯(lián)，同被 測(cè)試設(shè)備實(shí)現(xiàn)匹配。
實(shí)施例l、 一種輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)，被測(cè)試設(shè)備是AC/DC電路，其 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。
被測(cè)試設(shè)備整個(gè)系統(tǒng)與其它用電設(shè)備一樣，從電網(wǎng)IO獲得能量。這些能量經(jīng)過(guò)PFC 功率因數(shù)校正模塊1將被轉(zhuǎn)換為高壓直流形式，電壓為Vh，并連接到DC/AC交流電源 21。 DC/AC直流電源21將電壓從VH變換為V^提供給AC/DC被測(cè)試設(shè)備31。 AC/DC 被測(cè)試設(shè)備31的輸出電壓為V^，連接到作為虛擬電子負(fù)載的DC/DC能量收集模塊41， DC/DC能量收集模塊41將電壓Vl造當(dāng)升高后瑜入到DC/DC能量回饋模塊51。 DC/DC 能量回饋模塊51進(jìn)一步將電壓升高至vh后將能量回饋至高壓直流母線。
如果Vl與VH電壓相差較大或有多個(gè)被測(cè)試設(shè)備時(shí)，均應(yīng)采用兩級(jí)結(jié)構(gòu)。如果Vl與 Vh電壓較為接近，也可將DC/DC能量收集模塊41和DC/DC能量回饋模塊51采用一級(jí) DC/DC變換電路加以實(shí)現(xiàn)。
PFC功率因數(shù)校正模塊1提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)，減小了對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。
系統(tǒng)從電網(wǎng)10吸收能量循環(huán)中損失能量，即在PFC功率因數(shù)校正模塊1、 DC/AC交 流電源21、 AC/DC被測(cè)試設(shè)備31、 DC/DC能量收集模塊41和DC/DC能量回饋模塊51中損失能量；因此PFC功率因數(shù)校正模塊1所需處理的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于AC/DC被測(cè)試設(shè)備 31的容量，因此能減少體積和成本，提高了效率、可靠性和穩(wěn)定性。
DC/DC能量收集模塊41從AC/DC被測(cè)試設(shè)備31吸收能量，同時(shí)DC/DC能量收集模 塊41將能量輸出給DC/DC能量回饋模塊51 ，以使能量回饋至高壓直流母線即DC/AC交 流電源21的輸入端。
DC/DC能量收集模塊41的工作模式可以選擇，以提供給被測(cè)試系統(tǒng)不同的負(fù)載特性 滿(mǎn)足測(cè)試的需要，例如電阻模式、電壓源模式、電流源模式和恒功率模式等。
給AC/DC被測(cè)試設(shè)備31提供電能的電源由PFC功率因數(shù)校正模塊1和DC/AC交流 電源21串聯(lián)而成；PFC功率因數(shù)校正模塊1和DC/AC交流電源21之間是高壓直流母線， 同時(shí)也是能量回饋的入口。 AC/DC被測(cè)試設(shè)備31所吸收的功率PIN由DC/AC交流電源 21提供，DC/AC交流電源21則同時(shí)通過(guò)PFC功率因數(shù)校正模塊1和DC/DC能量回饋模 塊51分別從電網(wǎng)10和DC/DC能量收集模塊41吸收功率Pac和Pf。
PFC功率因數(shù)校正模塊1將能量從電網(wǎng)10轉(zhuǎn)移到高壓直流母線上，通常采用的是Boost 電路。對(duì)于單相電網(wǎng)輸入VH為400V左右，對(duì)于三相電網(wǎng)輸入VH則為800V左右。若對(duì) 于高壓直流母線有特殊的要求時(shí)，PFC功率因數(shù)校正模塊1應(yīng)加以特殊的考慮。例如要求 高壓直流母線的電壓小于電網(wǎng)交流電壓的峰值時(shí)，就應(yīng)該采用Buck-Boost等可以降壓的 拓?fù)?。通常PFC功率因數(shù)校正模塊1的控制電路帶寬很小，與電網(wǎng)電壓的頻率可以比擬， 例如當(dāng)電網(wǎng)的頻率為50-60Hz時(shí)，控制電路的帶寬可以為10-15Hz。
PFC功率因數(shù)校正模塊1減少了電網(wǎng)線電流中的諧波成分，同時(shí)由于高壓直流母線上 的電壓VH是穩(wěn)定的，它也減少了電網(wǎng)的波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響。DC/AC交流電源21將高壓 直流母線上的電壓VH轉(zhuǎn)換為AC/DC被測(cè)試設(shè)備31所需的交流輸入電壓VIN。 DC/DC能 量收集模塊41可以為AC/DC被測(cè)試設(shè)備31提供不同的負(fù)載特性，同時(shí)它和DC/DC能量 回饋模塊51可以將AC/DC被測(cè)試設(shè)備31的輸出電壓Vt^轉(zhuǎn)換為適宜回饋到高壓直流母線 的電壓。各個(gè)模塊的控制部分將確保PFC功率因數(shù)校正模塊1和DC/DC能量回饋模塊51 并聯(lián)后能夠正常工作。同時(shí)系統(tǒng)能通過(guò)PFC功率因數(shù)校正模塊1及時(shí)補(bǔ)充能量在循環(huán)過(guò) 程中損失的部分。
DC/AC交流電源21將高壓直流母線的電壓VH轉(zhuǎn)變?yōu)锳C/DC被測(cè)試設(shè)備31所需的交 流電源。它輸出電壓的幅度、頻率都可根據(jù)AC/DC被測(cè)試設(shè)備31的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，增加 了測(cè)試的靈活性。前文中已經(jīng)提到使用的是AC/DC被測(cè)試設(shè)備31 (即AC/DC開(kāi)關(guān)電源)，它的輸入連 接到DC/AC交流電源21的輸出，它的輸出連接到作為模擬電子負(fù)載用的DC/DC能量收 集模塊41。當(dāng)然被測(cè)試設(shè)備也可是多組設(shè)備并聯(lián)，在下文中將提到這種情況。DC/DC能 量收集模塊41的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間很短，以便能迅速的調(diào)節(jié)它的輸入電壓和電流，滿(mǎn)足AC/DC 被測(cè)試設(shè)備31所需的負(fù)載特性。DC/DC能量收集模塊41的輸出連接到DC/DC能量回饋 模塊51。 DC/DC能量回饋模塊51將能量回饋到高壓直流母線。DC/DC能量回饋模塊51 的控制在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該特別注意，它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定工作十分重要。
系統(tǒng)從電網(wǎng)10吸收的能量PAC只需要補(bǔ)充能量在循環(huán)回饋的過(guò)程中在各級(jí)的損耗即
可，因此Pac相対AC/DC被測(cè)試設(shè)備31的功率小了很多。具體的數(shù)量由組成系統(tǒng)的各級(jí) 效率決定，各級(jí)的效率越高，能量回饋的路徑越短，則從電網(wǎng)10吸收的功率相對(duì)被測(cè)試 系統(tǒng)的功率比例越小。由于均采用開(kāi)關(guān)電源，無(wú)需工頻變壓器，因此系統(tǒng)的體積和重量得 到了很好的控制。
相對(duì)傳統(tǒng)的能量回饋測(cè)試系統(tǒng)，本發(fā)明中的逆變器即DC/AC交流電源21無(wú)需并網(wǎng)， 簡(jiǎn)化了逆變器的設(shè)計(jì)，工作可靠性和穩(wěn)定性而到了提升。
實(shí)施例2、 一種輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)，被測(cè)試設(shè)備是DC/DC電路，其 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。
從圖5中可以看出，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與被測(cè)試設(shè)備是AC/DC電路(實(shí)施例1所示)時(shí)非 常相似，只是以DC/DC直流電源22替代了 DC/AC交流電源21、以DC/DC被測(cè)試設(shè)備 32替代了 AC/DC被測(cè)試設(shè)備31，其余均同實(shí)施例1。因此系統(tǒng)的其它部分功能保持不變。
DC/DC直流電源22采用帶寬較大的控制電路(例如lkHz)，將高壓直流母線上的直 流電壓VH轉(zhuǎn)化為DC/DC被測(cè)試設(shè)備32所需的直流電壓，其幅值根據(jù)DC/DC被測(cè)試設(shè)備 32的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿(mǎn)足測(cè)試的要求。
由于DC/DC被測(cè)試設(shè)備32是DC/DC電路，因此能量回饋時(shí)，不僅可以將能量回饋 到高壓直流母線(如實(shí)施例2所示)，還可以將能量回饋到DC/DC被測(cè)試設(shè)備32的輸入 端(如實(shí)施例3所示)。
實(shí)施例3、 一種輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)，被測(cè)試設(shè)備是DC/DC電路，其 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示。
降壓變壓器的輸入端與電網(wǎng)IO相連，降壓變壓器的輸出端與低壓PFC功率因數(shù)校正 模塊11的輸入端相連，低壓PFC功率因數(shù)校正模塊11的輸出端與DC/DC被測(cè)試設(shè)備32的輸入端相連，DC/DC被測(cè)試設(shè)備32的輸出端與DC/DC能量收集及回饋模塊61的輸入 端相連，DC/DC能量收集及回饋模塊61的輸出端與低壓PFC功率因數(shù)校正模塊11的輸 出端相連。
由于在實(shí)際系統(tǒng)中，回饋能量的入口由高壓直流母線電壓、DC/DC被測(cè)試設(shè)備32的 輸入電壓、DC/DC被測(cè)試設(shè)備32的輸出電壓的電壓等級(jí)決定，在回饋時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮將能 量回饋到與DC/DC被測(cè)試設(shè)備32輸出電壓等級(jí)更為接近的母線上。特別的，對(duì)于DC/DC 被測(cè)試設(shè)備32輸入電壓與輸出電壓都較低時(shí)，可以先對(duì)工頻交流電壓降壓，再進(jìn)行AC/DC 變換為DC/DC被測(cè)試設(shè)備32所需的直流電壓，在能量回饋時(shí)直接通過(guò)一級(jí)DC/DC變流 器(即DC/DC能量收集及回饋模塊61)將能量回饋到DC/DC被測(cè)試設(shè)備32的輸入端。 這可以進(jìn)一步縮短能量回饋的路徑，提高系統(tǒng)的效率。
相對(duì)傳統(tǒng)的能量回饋測(cè)試系統(tǒng)，本發(fā)明無(wú)需采用DC/AC并網(wǎng)逆變器，控制簡(jiǎn)單，工 作可靠性和穩(wěn)定性大大增強(qiáng)。
實(shí)施例4、 一種輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)，被測(cè)試設(shè)備是DC/AC電路，其 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖7所示。
從圖7中可以看出，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與被測(cè)試設(shè)備是DC/DC電路時(shí)(如實(shí)施例2所示) 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相似。它們的區(qū)別在于被測(cè)試設(shè)備后所接的模擬電子負(fù)載。當(dāng)被測(cè)試設(shè)備是 DC/DC被測(cè)試設(shè)備32時(shí)，其后連接的是DC/DC能量收集模塊41 (DC/DC變流器)以滿(mǎn) 足測(cè)試的需要；如實(shí)施例2所示。在本實(shí)施例中，由于被測(cè)試設(shè)備是DC/AC被測(cè)試設(shè)備 33，因此其后連接的應(yīng)該是AC/DC能量收集模塊42以滿(mǎn)足測(cè)試的需要。
當(dāng)然，如果DC/AC被測(cè)試設(shè)備33的交流輸出能夠方便的轉(zhuǎn)換到高壓直流母線上，那 么將AC/DC能量收集模塊42和DC/DC能量回饋模塊51合并，以一級(jí)AC/DC變流器完 成兩級(jí)的功能也是允許的。
AC/DC能量收集模塊42的工作模式可以選擇，以提供給DC/AC被測(cè)試設(shè)備33不同 的負(fù)載特性滿(mǎn)足測(cè)試的需要，例如電阻模式、電壓源模式、電流源模式和恒功率模式等。
相對(duì)傳統(tǒng)的能量回饋測(cè)試系統(tǒng)，本發(fā)明無(wú)需采用DC/AC并網(wǎng)逆變器，控制簡(jiǎn)單，工 作可靠性和穩(wěn)定性大大增強(qiáng)。
實(shí)施例5、 一種輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)，被測(cè)試設(shè)備是AC/AC電路，其 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖8所示。
供電電源的部分與被測(cè)試設(shè)備是AC/DC電路(如實(shí)施例1所示)時(shí)一致，采用DC/AC交流電源21。而能量的收集和回饋部分與被測(cè)試設(shè)備是DC/AC電路(如實(shí)施例4所示) 時(shí)一致，采用AC/DC能量收集模塊42。
相對(duì)傳統(tǒng)的能量回饋測(cè)試系統(tǒng)，本發(fā)明中的DC/AC逆變器即DC/AC交流電源21無(wú) 需并網(wǎng)，簡(jiǎn)化了逆變器的設(shè)計(jì)，工作可靠性和穩(wěn)定性而到了提升。
實(shí)施例6， 一種輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)，被測(cè)試設(shè)備是多組并聯(lián)，其系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖9所示。
對(duì)于不同類(lèi)型的負(fù)載，分別使用不同的供電電源和能量收集模塊進(jìn)行匹配。與被測(cè)試 設(shè)備為單個(gè)負(fù)載不同的是，此時(shí)能量的收集和回饋必需采用兩級(jí)電路(即必須使用相應(yīng)的 能量收集模塊和能量回饋模塊)加以實(shí)現(xiàn)，能量的收集即電子負(fù)載的部分也采用多組并聯(lián) 并且可以單獨(dú)調(diào)節(jié)，能量的收集完成后統(tǒng)一由能量回饋部分將能量回饋到高壓直流母線。 當(dāng)系統(tǒng)中的模塊有多組并聯(lián)工作的情況時(shí)，應(yīng)特別注意系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個(gè)具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明 不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容直 接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)，含被測(cè)試設(shè)備(3)，其特征是測(cè)試系統(tǒng)包括PFC功率因數(shù)校正模塊(1)、交流或直流電源模塊(2)、能量收集模塊(4)和能量回饋模塊(5)；所述PFC功率因數(shù)校正模塊(1)的輸入端由于與電網(wǎng)(10)連接，其輸出端是高壓直流母線；PFC功率因數(shù)校正模塊(1)輸出端的高壓直流母線分別與交流或直流電源模塊(2)的輸入端和能量回饋模塊(5)的輸出端連接；交流或直流電源模塊(2)的輸出端與被測(cè)試設(shè)備(3)的輸入端連接，能量收集模塊(4)的輸入端與被測(cè)試設(shè)備(3)的輸出端連接，能量收集模塊(4)的輸出端與能量回饋模塊(5)的輸入端連接。
2、 如權(quán)利要求l所述的輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)，其特征是所述被測(cè)試設(shè) 備(3)的輸出電壓與高壓直流母線電壓可比擬，以一級(jí)變流器替代 能量收集模塊(4)和能 量回饋模塊(5)。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于由于能量 回饋節(jié)點(diǎn)的改變，能量回饋的節(jié)點(diǎn)在PFC功率因數(shù)校正模塊(1)后的高壓直流母線；對(duì)于輸 入端是直流的被測(cè)試設(shè)備，不需要逆變器；對(duì)于輸入端是交流的被測(cè)試設(shè)備，系統(tǒng)中的逆變 器即交流或直流電源模塊(2)不需要并網(wǎng)；使能量回饋的路徑縮短；高壓直流母線的電壓可 通過(guò)對(duì)PFC功率因數(shù)校正模塊(1)的設(shè)置進(jìn)行靈活調(diào)整。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)，其特征是被測(cè)試設(shè) 備(3)為AC/DC電路時(shí)，交流或直流電源模塊(2)為DC/AC變流器，能量收集模塊(4) 為DC/DC變流器，能量回饋模塊(5)為DC/DC變流器；或者一級(jí)變流器為一級(jí)DC/DC變 流器。
5、 如權(quán)利要求1或2所述的輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)，其特征是被測(cè)試設(shè) 備(3)為DC/DC電路時(shí)，交流或直流電源模塊(2)為DC/DC變流器，能量收集模塊(4) 為DC/DC變流器，能量回饋模塊(5)為DC/DC變流器；或者一級(jí)變流器為一級(jí)DC/DC變 流器。
6、 如權(quán)利要求5所述的輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)，其特征是DC/DC電路設(shè) 備輸入輸出電壓都較低時(shí)，可以采用低壓AC/DC電路提供電源，而能量收集模塊(4)將能量反饋到被測(cè)試設(shè)備(3)的輸入端。
7、 如權(quán)利要求1或2所述的輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)，其特征是被測(cè)試設(shè) 備(3)為DC/AC電路時(shí)，交流或直流電源模塊(2)為DC/DC變流器，能量收集模塊(4) 為AC/DC變流器，能量回饋模塊(5)為DC/DC變流器；或者一級(jí)變流器為一級(jí)AC/DC變 流器。
8、 如權(quán)利要求1或2所述的輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)，其特征是被測(cè)試設(shè) 備(3)為AC/AC電路時(shí)，交流或直流電源模塊(2)為DC/AC變流器，能量收集模塊(4) 為AC/DC變流器，能量回饋模塊(5)為DC/DC變流器；或者一級(jí)變流器為一級(jí)AC/DC變 流器。
9、 如權(quán)利要求1或2所述的輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)，其特征是當(dāng)被測(cè)試設(shè)備(3)有多組并聯(lián)時(shí)，可以根據(jù)被測(cè)試設(shè)備(3)不同的輸入電壓要求選擇交流或直流電 源模塊(2)并聯(lián)，根據(jù)被測(cè)試設(shè)備(3)不同的輸出電壓選擇不同的能量收集模塊(4)并聯(lián)， 先對(duì)能量進(jìn)行收集再由能量回饋模塊(5)統(tǒng)一對(duì)能量進(jìn)行反饋。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種輸出能量直流側(cè)回饋的電源測(cè)試系統(tǒng)，含被測(cè)試設(shè)備(3)，測(cè)試系統(tǒng)包括PFC功率因數(shù)校正模塊(1)、交流或直流電源模塊(2)、能量收集模塊(4)和能量回饋模塊(5)；PFC功率因數(shù)校正模塊(1)輸出端的高壓直流母線分別與交流或直流電源模塊(2)的輸入端和能量回饋模塊(5)的輸出端連接；交流或直流電源模塊(2)的輸出端與被測(cè)試設(shè)備(3)的輸入端連接，能量收集模塊(4)的輸入端與被測(cè)試設(shè)備(3)的輸出端連接，能量收集模塊(4)的輸出端與能量回饋模塊(5)的輸入端連接。采用該系統(tǒng)能提高回收能效，并且大大減小對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾。
文檔編號(hào)G01R31/42GK101551447SQ20091009798
公開(kāi)日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日
發(fā)明者吳新科, 張軍明, 晨 胡 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)