專利名稱：數(shù)字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負(fù)載升壓系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電カ電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及數(shù)字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負(fù)載升壓系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著電カ電子技術(shù)的發(fā)展與エ業(yè)化水平的提高，各類電源廣泛應(yīng)用于冶金、能源、化工等社會生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。電源運(yùn)行可靠與否直接關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和準(zhǔn)確性，影響到人們的生活安全與否，在生產(chǎn)上更關(guān)乎到國民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。為了確保電源產(chǎn)品的質(zhì)量過關(guān)，滿足性能指標(biāo)符合出廠要求，電源在出廠前必須進(jìn)行24 72h甚至更長時(shí)間的檢測，包括電源可靠性實(shí)驗(yàn)(主要是老化實(shí)驗(yàn)，也稱烤機(jī)或燒機(jī))、電源帶載試驗(yàn)與輸出特性試驗(yàn)等。如通信電源出廠試驗(yàn)、各種整流柜出廠試驗(yàn)、牽引 動(dòng)カ試驗(yàn)、大功率充電電源試驗(yàn)、蓄電池放電試驗(yàn)、電機(jī)出廠試驗(yàn)、柴油機(jī)及汽油機(jī)出廠試驗(yàn)、汽車動(dòng)カ性能試驗(yàn)、電解電鍍電源出廠試驗(yàn)等場合都需要負(fù)載測試。當(dāng)前，國內(nèi)外對上述產(chǎn)品的試驗(yàn)一般都采用傳統(tǒng)的靜態(tài)負(fù)載(如電阻、電阻箱、滑線變阻器等)或電子負(fù)載能耗放電的辦法進(jìn)行，但由于實(shí)際電源所接負(fù)載的形式較為復(fù)雜，傳統(tǒng)負(fù)載不能完全進(jìn)行模擬電源在各種普通狀態(tài)和極限狀態(tài)下的表現(xiàn)，而且電能被完全浪費(fèi)，造成大量的能量損耗，存在耗能、發(fā)熱及體積龐大的問題。當(dāng)今我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，能源問題在當(dāng)今社會受到越來越多的關(guān)注。能量回饋型電子負(fù)載是ー種能夠模擬實(shí)際電阻負(fù)載特性的新型電カ電子裝置，用于直流電源功率試驗(yàn)，并將測試的直流電能逆變?yōu)榻涣鞑⑷腚娋W(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電能的再生利用。該裝置具有節(jié)能、體積小、重量輕、節(jié)省安裝空間和試驗(yàn)性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)枮?00810218873. 4，名稱為一種自適應(yīng)高效節(jié)能并網(wǎng)回饋型電子負(fù)載，該申請案包括輸入電路和并網(wǎng)逆變裝置，其中輸入通道包括一個(gè)主通道和多個(gè)次通道，申請案對直流電源老化提出了理想的解決方案。然而，該申請案并沒有針對低壓直流電源的老化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，同時(shí)，控制系統(tǒng)還停留在模擬控制的層面，并且沒有詳細(xì)的實(shí)施方法，存在較大的問題。另經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)枮?00710099161. 0，名稱為多輸入通道模塊化高頻隔離單相電能回饋型電子負(fù)載，該申請案采用高性能DSP和PWM控制驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)對直流輸入和交流輸出的數(shù)字控制，將輸入的直流電轉(zhuǎn)換為可送入電網(wǎng)的交流電。但該電子負(fù)載是針對傳統(tǒng)48V直流通信電源的老化試驗(yàn)而設(shè)計(jì)的，同樣不適合低壓大電流直流電源的老化試驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供ー種數(shù)字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負(fù)載升壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)以16位DSP嵌入式處理器為核心，將數(shù)字化控制技術(shù)應(yīng)用到由Boost升壓模塊和DC-DC升壓變換模塊組成的升壓系統(tǒng)開關(guān)電路中，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的高壓直流輸出，為與之相連接的能量回饋型電子負(fù)載并網(wǎng)逆變系統(tǒng)提供合適的輸入特性。通過升壓系統(tǒng)將低壓大電流直流電轉(zhuǎn)化成高壓直流電，再送入后級并網(wǎng)逆變系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)的能量回饋型電子負(fù)載具有節(jié)約能源、高效環(huán)保、性能可靠、自動(dòng)化程度高和易于編程控制等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于5V低壓直流電源的可靠性實(shí)驗(yàn)、帶載試驗(yàn)與輸出特性試驗(yàn)。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案ー種數(shù)字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負(fù)載升壓系統(tǒng)，包括主電路和控制電路，所述主電路由Boost升壓模塊、DC-DC升壓變換模塊依次連接構(gòu)成，所述Boost升壓模塊與并聯(lián)低壓直流電源相連接，所述DC-DC升壓變換模塊與并網(wǎng)逆變系統(tǒng)相連接。

所述控制電路包括故障保護(hù)電路模塊、電流電壓采樣及信號處理模塊、DSP嵌入式系統(tǒng)模塊和高頻驅(qū)動(dòng)模塊，所述DSP嵌入式系統(tǒng)模塊與電流電壓采樣及信號處理模塊的輸出端、故障保護(hù)電路模塊的輸出端、高頻驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端連接，所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端分別與Boost升壓模塊的驅(qū)動(dòng)信號輸入端、DC-DC升壓變換模塊的驅(qū)動(dòng)信號輸入端相連 接。所述電流電壓采樣及信號處理模塊有兩組，一組的輸入端與Boost升壓模塊的輸出端連接，另ー組的輸入端與DC-DC升壓變換模塊的輸出端連接。所述故障保護(hù)電路模塊包括相互連接的過壓欠壓故障保護(hù)電路、過流故障保護(hù)電路和過熱故障保護(hù)電路。所述過壓欠壓故障保護(hù)電路的輸入端還與電網(wǎng)單相交流電相連接，所述過流故障保護(hù)電路輸入端還與DC-DC升壓變換模塊輸出端連接，所述過熱故障保護(hù)電路還與主電路相連接，用于檢測主電路開關(guān)管散熱器的溫度。所述DSP嵌入式系統(tǒng)模塊包括DSP數(shù)字信號處理器、降壓穩(wěn)壓器、電壓調(diào)整器、存儲芯片和串ロ電平轉(zhuǎn)換芯片；所述DSP數(shù)字信號處理器采用16位的TMS320LF2407A。所述DSP數(shù)字信號處理器內(nèi)嵌事件管理器，所述事件管理器具有脈沖寬度調(diào)制單元，以全軟件方式產(chǎn)生五路脈沖寬度調(diào)制信號，實(shí)現(xiàn)脈沖寬度調(diào)制的數(shù)字化。一路脈沖寬度調(diào)制信號通過高頻驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)控制Boost升壓模塊，四路脈沖寬度調(diào)制信號通過高頻驅(qū)動(dòng)模塊控制DC-DC升壓變換模塊。所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊由兩部分構(gòu)成，一部分包括MOSFET驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)Boost升壓模塊開關(guān)管的開通和關(guān)斷；另一部分包括相互連接的脈動(dòng)驅(qū)動(dòng)變壓器、MOSFET圖騰柱推動(dòng)結(jié)構(gòu)，用于驅(qū)動(dòng)DC-DC升壓變換模塊的開關(guān)管在零電壓下的開通和關(guān)斷。所述并聯(lián)低壓直流電源為多個(gè)低壓直流電源并聯(lián)構(gòu)成。所述DC-DC升壓變換模塊為電壓型全橋移相軟開關(guān)升壓變壓器，其拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)由儲能電感，全橋結(jié)構(gòu)電路，隔離變壓器，輸出整流電路，LC濾波電路構(gòu)成。所述Boost升壓模塊由升壓斬波電路構(gòu)成。所述并聯(lián)低壓直流電源與Boost升壓模塊之間安裝有保險(xiǎn)絲。本發(fā)明的有益效果I、本發(fā)明采用高性能數(shù)字信號處理器TMS320LF2407A作為控制核心，利用DSP內(nèi)部豐富的硬件資源、高速的運(yùn)算能力和實(shí)時(shí)控制能力，實(shí)現(xiàn)升壓系統(tǒng)的全數(shù)字化控制，這使得能量回饋型電子負(fù)載具有更好的可擴(kuò)展性，系統(tǒng)易于標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化程度高。
2、本發(fā)明采用全橋移相軟開關(guān)技術(shù)，在升壓系統(tǒng)DC-DC升壓變換模塊部分實(shí)現(xiàn)MOSFET開關(guān)管在零電壓下的開通和關(guān)斷，大大減少了功率管的開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲，降低了電磁干擾，提高了整機(jī)功率密度和裝置效率。3、本發(fā)明采用了電壓電流反饋的數(shù)字化控制技術(shù)，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性優(yōu)良、控制精
度高、穩(wěn)定可靠。4、本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)低壓大電流直流電轉(zhuǎn)化成高壓直流電，再配合后級并網(wǎng)逆變系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)的能量回饋型電子負(fù)載具有節(jié)約能源、高效環(huán)保、性能可靠、自動(dòng)化程度高、易于編程控制等優(yōu)點(diǎn)，很好地解決低壓大電流直流電源的老化測試問題，電子負(fù)載能量的循環(huán)使用率可達(dá)80%以上，從而大大節(jié)約了能源的無謂消耗和電費(fèi)的支出，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是本發(fā)明的主電路的電路原理圖；圖3(a)是本發(fā)明電流電壓采樣及信號處理模塊中的電流采樣及信號處理電路圖，(b)是本發(fā)明電流電壓采樣及信號處理模塊中的電壓采樣及信號處理電路圖；圖4是本發(fā)明的故障保護(hù)電路模塊的電路原理圖；圖5 Ca)是本發(fā)明的高頻驅(qū)動(dòng)模塊中用于驅(qū)動(dòng)Boost升壓模塊的電路圖，(b)是本發(fā)明的高頻驅(qū)動(dòng)模塊中用于驅(qū)動(dòng)DC-DC升壓變換模塊的電路圖；圖6 Ca)是本發(fā)明的DSP嵌入式系統(tǒng)模塊的供電電路圖，(b)是本發(fā)明的DSP嵌入式系統(tǒng)模塊的控制電路原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對本發(fā)明作進(jìn)ー步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例如圖I所示，本發(fā)明所述ー種數(shù)字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負(fù)載升壓系統(tǒng)，系統(tǒng)包括主電路和控制電路。所述主電路由Boost升壓模塊102、DC-DC升壓變換模塊103依次連接組成，所述Boost升壓模塊102與并聯(lián)低壓直流電源101相連接，所述DC-DC升壓變換模塊103與能量回饋型電子負(fù)載并網(wǎng)逆變系統(tǒng)相連接；所述控制電路包括故障保護(hù)電路模塊、電流電壓采樣及信號處理模塊108、DSP嵌入式系統(tǒng)模塊104和高頻驅(qū)動(dòng)模塊109相互連接組成。所述故障保護(hù)電路模塊包括過壓欠壓故障保護(hù)電路105、過流故障保護(hù)電路106和過熱故障保護(hù)電路107 ;所述過壓欠壓故障保護(hù)電路105另一端還與電網(wǎng)單相交流電相連接，所述過流故障保護(hù)電路106另一端還與DC-DC升壓變換模塊103輸出霍爾電流傳感器相連接，所述過熱故障保護(hù)電路107還與主電路散熱器上的溫度繼電器相連接。所述DSP嵌入式系統(tǒng)模塊104分別與電流電壓米樣及信號處理模塊108的輸出端、故障保護(hù)電路模塊的輸出端和高頻驅(qū)動(dòng)模塊109的輸入端相連接，所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊109的輸出端還與Boost升壓模塊102的驅(qū)動(dòng)信號輸入端、DC-DC升壓變換模塊103的驅(qū)動(dòng)信號輸入端相連接。
如圖2是本發(fā)明的主電路的電路原理圖。本發(fā)明針對能量回饋型電子負(fù)載的要求，為有效減少電流波形畸變，提高集中控制性能，克服逆變器輸出低壓交流再通過エ頻變壓器并網(wǎng)方案的變壓器的變比很大、輸入電流等級很高、并網(wǎng)電流畸變大的缺陷，本發(fā)明的主電路采用兩級式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在主電路中，由并聯(lián)低壓直流電源101并聯(lián)而成的低壓大電流輸入電源連接Boost升壓模塊102，經(jīng)過Boost升壓模塊102后變成60V直流電，然后進(jìn)入DC-DC升壓變換模塊103，最后輸出400V高壓直流電。第一級Boost升壓模塊102由升壓斬波電路組成，電感LI儲能使電壓泵升，電容Cl作為濾波器保持電壓；電壓采樣采用電阻分壓的方式實(shí)現(xiàn)，選電阻網(wǎng)絡(luò)中R7與模擬地之間的電壓作為反饋電壓，根據(jù)反饋電壓的大小實(shí)時(shí)調(diào)整DSP嵌入式處理器定時(shí)器比較單元寄存器參數(shù)，改變TlPWM的占空比，從而改變MOSFET開關(guān)管的導(dǎo)通比，使Boost升壓模塊102穩(wěn)定地輸出60V直流電壓。第二級DC-DC升壓變換模塊103為電壓型全橋移相軟開關(guān)升壓變換器，其拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)由儲能電感，全橋結(jié)構(gòu)電路，隔離變壓器，輸出整流電路，LC濾波電路組成，其中Ql Q4為4個(gè)開關(guān)管，每個(gè)開關(guān)管上帯有寄生ニ極管和寄生電容，L2是諧振電感，D2^D5為輸出整 流ニ極管，電感L3、電容C13、C14和C15組成輸出濾波電路。Ql和Q3組成的橋臂為超前橋臂，Q2和Q4組成的橋臂為滯后橋臂，每個(gè)橋臂的2個(gè)功率管成180°互補(bǔ)導(dǎo)通，兩個(gè)橋臂之間的導(dǎo)通角相差ー個(gè)相位，即移相角，通過調(diào)節(jié)該相位就可以調(diào)整輸出電壓。升壓變換器 回路中的外接諧振電容、寄生電容和隔離變壓器的寄生電感、漏感以及諧振電感等構(gòu)成了ー個(gè)LC諧振回路，在功率開關(guān)器件開關(guān)過程中實(shí)現(xiàn)零電壓諧振換流，使其工作在軟開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗低，其器件的電磁應(yīng)力大幅減少，兼顧了 PWM變換器和諧振變換器的優(yōu)點(diǎn)。作為優(yōu)選實(shí)施方式，并聯(lián)低壓直流電源101和Boost升壓模塊102之間接有保險(xiǎn)絲，保護(hù)主電路的安全工作。作為優(yōu)選實(shí)施方式，所述Boost升壓模塊102的MOSFET的型號是FDP42AN15A0，所述DC-DC升壓變換模塊103的MOSFET的型號是FPQ12N60C。本實(shí)施例所述能量回饋型電子負(fù)載特別適用于5V低壓直流電源的可靠性實(shí)驗(yàn)、帶載試驗(yàn)與輸出特性試驗(yàn)的前級升壓。如圖3 (a)是電流電壓采樣及信號處理模塊中的電流采樣及信號處理電路，(b)是電流電壓采樣及信號處理模塊中的電壓采樣及信號處理電路。電流電壓采樣及信號處理模塊108主要起到電流電壓的采樣和反饋?zhàn)饔?，以?shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制。DC-DC升壓變換模塊103的電流采樣及信號處理電路采用霍爾電流傳感器Ul對升壓系統(tǒng)主電路輸出電流進(jìn)行測量，通過選取適當(dāng)?shù)碾娮鑂20、R21，使當(dāng)輸出電流從(TO. 5A變化吋，電流采樣及信號處理電路處理后的信號變化范圍為(Γ3. 3V，得到與輸出電流成線性關(guān)系的微弱電壓信號，經(jīng)過濾波后得到較為干凈、平滑的信號，然后將采樣結(jié)果經(jīng)過電壓跟隨器U5A以達(dá)到緩沖、隔離、提高帶載能力的目的，滿足DSP片內(nèi)ADC采樣(電平范圍(Γ3. 3V)的要求，最后送到DSP的ADC模塊ADCINO通道。Boost升壓模塊102和DC-DC升壓變換模塊103的電壓采樣電路都是采用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的方法來實(shí)現(xiàn)。以DC-DC升壓變換模塊103的電壓采樣及信號處理電路作為實(shí)施例，升壓系統(tǒng)輸出400V DC經(jīng)過由R24 R30組成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，選擇R29的電阻分壓值Uf2作為采樣電壓，Uf2經(jīng)過電阻R2、RPl分壓采樣，再由電感LI、L2與電容Cf C4進(jìn)行濾波，之后經(jīng)過電壓跟隨器U3B和運(yùn)算放大器U3A進(jìn)行信號調(diào)理，再經(jīng)過線性光電耦合器U5、電壓跟隨器U4A進(jìn)行隔離、調(diào)整，成為與輸出電壓成線性關(guān)系且范圍為(Γ3. 3V的電壓信號，最后送到DSP的ADC模塊ADCINl通道，再通過相應(yīng)軟件實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。如圖4是本發(fā)明的故障保護(hù)模塊電路模塊原理圖。所述故障保護(hù)電路模塊包括相互連接的過壓欠壓故障保護(hù)電路105、過流故障保護(hù)電路106和過熱故障保護(hù)電路107 ；作為優(yōu)選實(shí)施方式，所述過壓和欠壓故障保護(hù)電路模塊105檢測并聯(lián)低壓直流電源輸入端単相交流電壓，主要起到在電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)保護(hù)主電路安全工作的作用。単相交流電壓經(jīng)過變壓器降壓和整流后變成直流電壓信號VC，VC與電網(wǎng)電壓成正比例。VC經(jīng)過由R1、R2、R3和R4組成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，作為比較器UlA和UlB的輸入信號。輸出電壓VC經(jīng)過Rl和R3之間的分壓，進(jìn)入比較器UlA的同相輸入端，與參考電壓VREF比較，當(dāng)輸入電壓欠壓吋，比較器產(chǎn)生低電平欠壓信號；輸出電壓VC經(jīng)過R2和R4之間的分壓，進(jìn)入比較器UlB的反相輸入端，與參考電壓VREF比較，當(dāng)輸入電壓過壓吋，比較器產(chǎn)生低電平過壓信號。通過調(diào)整R1、R2、R3和R4的電阻值可以改變欠壓和過壓的閾值。作為優(yōu)選實(shí)施方式，所述過流故障保護(hù)電路106檢測DC-DC升壓變換模塊103輸 出電流，為常用的霍爾電流傳感器?；魻栯娏鱾鞲衅鬏敵鲭娏餍盘柦?jīng)過R6、R7電阻后變成電壓信號作為比較器U2B的反相輸入端輸入信號，與VCC經(jīng)過R8和電位器RPl得到的參考電壓進(jìn)行比較，當(dāng)反相輸入端輸入電壓大于參考電壓時(shí)，比較器U2B即輸出低電平過流故障信號。作為優(yōu)選實(shí)施方式，所述過熱故障保護(hù)電路107檢測主電路開關(guān)管連接的散熱器上的溫度，為常用的溫度繼電器。過熱故障保護(hù)電路107通過檢測散熱器上的溫度繼電器的斷開來實(shí)現(xiàn)過熱保護(hù)，CNl上的①和②之間的斷開和閉合狀態(tài)信號作為比較器U2A的反相輸入端輸入信號，參考電壓VREF作為U2A的同相輸入端輸入信號，當(dāng)散熱器的溫度高于溫度繼電器閾值溫度時(shí)，溫度繼電器斷開，比較器U2A反相輸入端為高電平，比較器輸出低電平過熱故障信號；當(dāng)散熱器的溫度低于溫度繼電器閾值溫度時(shí)，溫度繼電器常閉，比較器U2A反相輸入端為低電平，比較器輸出高電平，主電路正常工作。作為優(yōu)選實(shí)施方式，所述過壓欠壓、過流、過熱故障保護(hù)電路比較器的輸出作為與門U7A、U7B和U7C的輸入信號，然后再經(jīng)過高速光電耦合器U8與DSP的功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)中斷引腳/PDPINTA相連。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生過壓欠壓、過流、過熱故障時(shí)，與門組合輸出低電平信號，觸發(fā)DSP的/PDPINTA產(chǎn)生中斷，系統(tǒng)進(jìn)入故障保護(hù)中斷服務(wù)子程序，實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)，確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行。所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊109由兩部分組成，如圖5(a)所示用于Boost升壓模塊102的高頻驅(qū)動(dòng)電路由高速M(fèi)OSFET驅(qū)動(dòng)器U1TPS2812及其外圍電路連接而成。如圖5 (b)所示用于DC-DC升壓變換模塊103的高頻驅(qū)動(dòng)電路主要由脈沖驅(qū)動(dòng)變壓器、MOSFET圖騰柱推動(dòng)結(jié)構(gòu)相互連接組成；所述高頻驅(qū)動(dòng)電路原邊采用了高速M(fèi)OSFET Nlb Mb組成的圖騰柱式推動(dòng)結(jié)構(gòu)，能對DSP嵌入式系統(tǒng)模塊發(fā)送過來的驅(qū)動(dòng)脈沖信號PWMf PWM4的快速切換并加大驅(qū)動(dòng)功率。驅(qū)動(dòng)電路副邊采用了穩(wěn)壓管D9b D10b、D16b D17b、D23b D24b、D30b D31b對驅(qū)動(dòng)脈沖進(jìn)行穩(wěn)壓鉗位，以保證經(jīng)過驅(qū)動(dòng)變壓器Tlb和T2b轉(zhuǎn)換得到的驅(qū)動(dòng)脈沖幅值過高損壞變換器原邊變換電路高壓MOSFET Vla V4a ；電容C7b ClOb對高壓MOSFETVla V4a進(jìn)行加速驅(qū)動(dòng)，以盡量消除開通時(shí)刻MOSFET米勒效應(yīng)帶來的開通延時(shí)不利影響；D13b與Vlb、D20b與V2b、D27b與V3b、D34b與V4b組成的快速放電回路能在驅(qū)動(dòng)脈沖關(guān)斷時(shí)間加速脈沖后沿關(guān)斷，消除關(guān)斷時(shí)刻MOSFET米勒效應(yīng)引起的二次導(dǎo)通。圖6 Ca)是本發(fā)明的DSP嵌入式系統(tǒng)模塊的控制電路的供電電路圖，(b)是本發(fā)明的DSP嵌入式系統(tǒng)模塊的控制電路原理圖。作為優(yōu)選實(shí)施方式，控制電路由控制核心DSP TMS320LF2407A、AC220D15DC 直流電源模塊、LM2576S-5 降壓穩(wěn)壓器、TPS7333Q 電壓調(diào)整器、IS61LV12816 SRAM存儲芯片、MAX232串ロ電平轉(zhuǎn)換芯片、30MHz有源晶振及其外圍電路組成。由于系統(tǒng)是多電源系統(tǒng)混合供電如圖6 (a)所示，故采用多級降壓的方式來實(shí)現(xiàn)。AC220D 15DC直流電源模塊提供±15V電源、LM2576S-5降壓穩(wěn)壓器提供+5V穩(wěn)壓電源、TPS7333Q電壓調(diào)整器提供+3. 3V高精度穩(wěn)壓電源。30MHz有源晶振為DSP提供輸入時(shí)鐘信號，通過軟件設(shè)置PLL倍頻系數(shù)為I. 33，得到40MHz的CPU時(shí)鐘信號。IS61LV12816 SRAM 存儲芯片主要用于數(shù)據(jù)和程序存儲功能，DSP的/DS為數(shù)據(jù)選通引腳，/PS為程序選通引腳，控制電路通過將/DS和/PS高低電平的邏輯組合，將128K的IS61LV12816分為2部分，64K數(shù)據(jù)儲存和64K的程序儲存(方便程序的調(diào)試)。MAX232串ロ電平轉(zhuǎn)換芯片用于多系統(tǒng)之間的串行信號傳輸。DSP以全軟件方式分別產(chǎn)生五路PWM信號，實(shí)現(xiàn)脈沖寬度調(diào)制的數(shù)字化。作為優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明采用美國德州儀器半導(dǎo)體有限公司的軟件平臺CCStudio V3. 3集成開發(fā)環(huán)境的RTDX模塊進(jìn)行控制參數(shù)的調(diào)整。本發(fā)明的工作過程所述并聯(lián)低壓直流電源101經(jīng)過Boost升壓模塊102后變成60V直流電，然后進(jìn)入DC-DC升壓變換模塊103，輸出400V直流高壓電。與此同吋，由DSP數(shù)字信號處理器104構(gòu)成的DSP嵌入式系統(tǒng)模塊控制實(shí)現(xiàn)能量回饋型電子負(fù)載升壓系統(tǒng)的閉環(huán)自動(dòng)控制過程。根據(jù)電流電壓采樣及信號處理模塊108檢測到的電流、電壓信號與給定的電參數(shù)進(jìn)行比較，產(chǎn)生的誤差信號經(jīng)過DSP嵌入式系統(tǒng)模塊的防積分飽和數(shù)字PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行運(yùn)算，DSP根據(jù)運(yùn)算的結(jié)果實(shí)時(shí)改變自帶的事件管理器PWM模塊寄存器參數(shù)。比較單元以全軟件方式分別產(chǎn)生一路PWM信號用于Boost升壓模塊102，四路帶死區(qū)的PWM信號用于DC-DC升壓變換模塊103。DSP嵌入式系統(tǒng)模塊輸出的PWM信號通過高頻驅(qū)動(dòng)模塊變成放大的PWM驅(qū)動(dòng)信號，其中一路PWM驅(qū)動(dòng)信號控制Boost升壓模塊102開關(guān)管的開通和關(guān)斷，從而得到60V直流電，另外四路帶死區(qū)的PWM驅(qū)動(dòng)信號控制DC-DC升壓變換模塊103的開關(guān)管在零電壓下的開通和關(guān)斷，從而得到400V高壓直流電，這是電壓數(shù)字PI閉環(huán)控制過程。低壓大電流直流電經(jīng)過兩級結(jié)構(gòu)的升壓系統(tǒng)得到高壓直流電，為與之相連接的能量回饋型電子負(fù)載并網(wǎng)逆變系統(tǒng)提供合適的輸入特性，最大程度地減少了并網(wǎng)逆變系統(tǒng)輸出的電流波形畸變。另外，在系統(tǒng)工作過程中，過壓欠壓故障保護(hù)電路105檢測單相交流電壓，過流故障保護(hù)電路106檢測DC-DC升壓變換模塊103輸出電流，過熱故障保護(hù)電路107檢測主電路開關(guān)管連接的散熱器上的溫度，霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器和溫度繼電器輸出的信號送到故障保護(hù)模塊處理，如出現(xiàn)過壓欠壓、過流和過熱現(xiàn)象，故障保護(hù)電路模塊將產(chǎn)生一個(gè)低電平的故障保護(hù)信號，送到DSP數(shù)字信號處理器的功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)引腳中斷模塊，DSP數(shù)字信號處理器立即響應(yīng)中斷，在中斷服務(wù)子程序中產(chǎn)生低電平PWM信號，通過高頻驅(qū)動(dòng)模塊109快速關(guān)斷Boost升壓模塊102和DC-DC升壓變換模塊103的MOSFET場效應(yīng)管，從而保護(hù)主電路的安全工作。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾 、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種數(shù)字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負(fù)載升壓系統(tǒng)，包括主電路和控制電路，其特征在于，所述主電路由Boost升壓模塊、DC-DC升壓變換模塊依次連接構(gòu)成，所述Boost升壓模塊與并聯(lián)低壓直流電源相連接，所述DC-DC升壓變換模塊與并網(wǎng)逆變系統(tǒng)相連接；所述控制電路包括故障保護(hù)電路模塊、電流電壓采樣及信號處理模塊、DSP嵌入式系統(tǒng)模塊和高頻驅(qū)動(dòng)模塊，所述DSP嵌入式系統(tǒng)模塊與電流電壓采樣及信號處理模塊的輸出端、故障保護(hù)電路模塊的輸出端、高頻驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端連接，所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端分別與Boost升壓模塊的驅(qū)動(dòng)信號輸入端、DC-DC升壓變換模塊的驅(qū)動(dòng)信號輸入端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負(fù)載升壓系統(tǒng)，其特征在于，所述電流電壓采樣及信號處理模塊有兩組，一組的輸入端與Boost升壓模塊的輸出端連接，另ー組的輸入端與DC-DC升壓變換模塊的輸出端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負(fù)載升壓系統(tǒng)，其特征在于，所述故障保護(hù)電路模塊包括相互連接的過壓欠壓故障保護(hù)電路、過流故障保護(hù)電路和過熱故障保護(hù)電路；所述過壓欠壓故障保護(hù)電路的輸入端還與電網(wǎng)單相交流電相連接，所述過流故障保護(hù)電路輸入端還與DC-DC升壓變換模塊輸出端連接，所述過熱故障保護(hù)電路還與主電路相連接，用于檢測主電路開關(guān)管散熱器的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負(fù)載升壓系統(tǒng)，其特征在于，所述DSP嵌入式系統(tǒng)模塊包括DSP數(shù)字信號處理器、降壓穩(wěn)壓器、電壓調(diào)整器、存儲芯片和串ロ電平轉(zhuǎn)換芯片；所述DSP數(shù)字信號處理器采用16位的TMS320LF2407A。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負(fù)載升壓系統(tǒng)，其特征在于，所述DSP數(shù)字信號處理器內(nèi)嵌事件管理器，所述事件管理器具有脈沖寬度調(diào)制単元，以全軟件方式產(chǎn)生五路脈沖調(diào)制信號，實(shí)現(xiàn)脈沖寬度調(diào)制的數(shù)字化；一路脈沖寬度調(diào)制信號通過高頻驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)Boost升壓模塊，四路脈沖寬度調(diào)制信號通過高頻驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)DC-DC升壓變換模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負(fù)載升壓系統(tǒng)，其特征在于，所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊由兩部分構(gòu)成，一部分包括MOSFET驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)Boost升壓模塊開關(guān)管的開通和關(guān)斷；另一部分包括相互連接的脈動(dòng)驅(qū)動(dòng)變壓器、MOSFET圖騰柱推動(dòng)結(jié)構(gòu)，用于驅(qū)動(dòng)DC-DC升壓變換模塊的開關(guān)管在零電壓下的開通和關(guān)斷。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負(fù)載升壓系統(tǒng)，其特征在于，所述并聯(lián)低壓直流電源為多個(gè)低壓直流電源并聯(lián)構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負(fù)載升壓系統(tǒng)，其特征在干，所述DC-DC升壓變換模塊為電壓型全橋移相軟開關(guān)升壓變壓器，其拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)由儲能電感，全橋結(jié)構(gòu)電路，隔離變壓器，輸出整流電路，LC濾波電路構(gòu)成；所述Boost升壓模塊由升壓斬波電路構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負(fù)載升壓系統(tǒng)，其特征在于，所述并聯(lián)低壓直流電源與Boost升壓模塊之間安裝有保險(xiǎn)絲。
全文摘要
本發(fā)明公開了數(shù)字化控制的低壓直流電源能量回饋型電子負(fù)載升壓系統(tǒng)，包括主電路和控制電路。所述主電路由Boost升壓模塊、DC-DC升壓變換模塊依次連接組成，所述Boost升壓模塊與并聯(lián)低壓直流電源相連接，所述DC-DC升壓變換模塊與并網(wǎng)逆變系統(tǒng)相連接；所述控制電路包括故障保護(hù)電路模塊、電流電壓采樣及信號處理模塊、DSP嵌入式系統(tǒng)模塊和高頻驅(qū)動(dòng)模塊。本發(fā)明徹底解決了低壓直流電源老化時(shí)難以實(shí)現(xiàn)電能回饋，而傳統(tǒng)靜態(tài)負(fù)載存在耗能、發(fā)熱及體積龐大的問題，節(jié)約能源、高效環(huán)保、性能可靠、自動(dòng)化程度高、電源老化品質(zhì)穩(wěn)定，特別適用于低壓直流電源的可靠性實(shí)驗(yàn)、帶載試驗(yàn)與輸出特性試驗(yàn)。
文檔編號H02J3/38GK102832820SQ20121031364
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者吳開源, 趙卓立, 王小珺, 恒功淳, 章濤 申請人:華南理工大學(xué)