可带载启动的回馈式节能负载及其驱动方法

技术领域

本公开涉及电源并网技术领域，尤其涉及一种可带载启动的回馈式节能负载及其驱动方法。

背景技术

回馈式节能负载是一种省电节能装置，将其交流或者直流的反馈给电网。电子负载分为直流电子负载和交流电子负载，按能量是否回馈电网分为馈能式电子负载和耗能式电子负载，其工作方式是利用电力电子变换技术在完成测试功率实验的前提下，将被测电流的输出能量循环再生利用，将电能无污染的回馈电网，既节约了能源又不产生大量的热量，避免了实验环境温度升高的问题。

传统回馈式节能负载一般由升压单元+隔离单元+逆变单元三个部分组成，在恒流CC模式下，第一步被测试模块UUT恒压建立输出电压，第二步被测试模块UUT输出电压达到均流模块的启动电压，均流模块启动，运行电流从0逐步升高至预定电流；在恒阻CV模式下，第一步被测试模块UUT恒流建立输出电压，第二步被测试模块UUT输出电压达到均流模块的设定电压，均流模块启动，运行电流从0逐步升高至UUT最大输出电流。然而，不管是在恒流还是恒阻模式下，都需要被测试模块UUT首先建立电压，在此基础上才能完成升压、隔离、回馈功能，无法完成带载启动，并且响应较慢。

发明内容

本发明的目的是提供一种可带载启动的回馈式节能负载及其驱动方法，旨在解决相关场景中回馈式节能负载无法完成带载启动，并且响应较慢的技术问题。

为了实现上述目的，本公开实施例的第一方面，提供一种可带载启动的回馈式节能负载，包括：被测试电源UUT、均流模块组、通过母排与所述均流模块组连接的隔离主功率逆变单元、与所述均流模块组中的每一均流模块连接的PWM控制器、与所述PWM控制器连接的DSP控制单元、驱动控制器；

所述均流模块组中的每一所述均流模块均通过所述驱动控制器与所述DSP控制单元连接；

所述均流模块组中的每一所述均流模块均包括：

电感L1、阳极与所述电感L1的第一端连接的二极管D1、发射极与所述电感L1的第一端连接的三极管Q1；

电感L2、阳极与所述电感L2的第一端连接的二极管D2、发射极与所述电感L2的第一端连接的三极管Q2；

所述三极管Q1的基极与所述驱动控制器连接，所述三极管Q2的基极与所述PWM控制器连接，所述电感L1的第二端和所述电感L2的第二端均与所述被测试电源UUT的输出端连接，所述二极管D1的阴极和所述三极管Q2的阴极均与所述母排连接，所述三极管Q1的集电极和所述三极管Q2的集电极均接地；

所述DSP控制单元，用于根据负载模式，控制输出到所述驱动控制器和所述PWM控制器的PWM信号；

所述驱动控制器，用于根据所述PWM信号，控制所述三极管Q1导通和截止的占空比；

所述PWM控制器，用于根据所述PWM信号，控制所述三极管Q2导通和截止。

在一种可能的实现方式中，所述驱动控制器包括：第一驱动电路和第二驱动电路，所述第一驱动电路和所述第二驱动电路并联在驱动电源的电源正极上；

所述第一驱动电路用于在所述负载模式为节能负载模式的情况下，根据所述PWM信号，控制所述三极管Q1导通和截止的占空比；

所述第二驱动电路用于在所述负载模式为电子负载模式的情况下，根据所述PWM信号的占空比，以调整输入到所述第一驱动电路的驱动电压，以调整所述三极管Q1的阻抗。

在一种可能的实现方式中，在所述被测试电源UUT启动前，所述三极管Q2截止，所述回馈式节能负载处于所述电子负载模式；

在所述被测试电源UUT启动过程中，所述回馈式节能负载处于所述电子负载模式，并且所述三极管Q2截止，通过减小所述PWM信号的占空比，以降低输入到所述第一驱动电路的驱动电压，使得所述三极管Q1的阻抗增大；

在所述被测试电源UUT启动完成后，所述回馈式节能负载处于所述电子负载模式，在所述PWM控制器的控制下，所述三极管Q2导通，并且流经所述三极管Q2的电流逐渐增大且流经所述三极管Q1的电流逐渐减小；

在所述被测试电源UUT稳态运行过程中，所述三极管Q1和所述三极管Q2成180°交错导通和截止，流经所述三极管Q2的电流和流经所述三极管Q1的电流呈均分状态；

在所述被测试电源UUT关闭过程中，在所述PWM控制器的控制下，所述三极管Q2截止，所述回馈式节能负载处于电子负载模式，根据所述PWM信号的占空比，以调整输入到所述第一驱动电路的驱动电压，以调整所述三极管Q1的阻抗。

在一种可能的实现方式中，所述第一驱动电路包括：电感L3、第一端与所述电感L3的第二端连接的电容C1、第一端与所述电感L3的第二端连接的电感L4、第二端与所述电感L3的第二端连接光耦隔离器OC1、第一端与所述光耦隔离器OC1的第六端和第七端连接的电感L4、第一端与所述电感L4的第二端连接的电容C2、第一端与所述电感L4的第二端连接的电感L5；

所述电感L3的第一端与所述DSP控制单元连接，所述电容C1的第二端、所述电感L4和所述光耦隔离器OC1的第三端共同接地，所述光耦隔离器OC1的第五端与所述驱动电源的电源负极连接，所述光耦隔离器OC1的第八端与所述驱动电源的电源正极连接，所述电容C2的第二端、所述电感L5的第二端和所述三极管Q1的集电极共同与所述驱动电源的电源负极连接，所述三极管Q1的基极与所述电感L5的第一端连接。

在一种可能的实现方式中，所述第一驱动电路还包括：电容C3，所述电容C3的第一端与所述驱动电源的电源正极连接，所述电容C3的第二端与所述驱动电源的电源负极连接，所述电容C3用于对所述驱动电源起旁路、去藕、滤波和储能作用。

在一种可能的实现方式中，所述第二驱动电路包括：电感L6、第一端与所述电感L6的第二端连接的电容C4、第一端与所述电感L6的第二端连接的电感L7、第二端与所述电感L6的第二端连接光耦隔离器OC2、第一端与所述光耦隔离器OC2的第六端和第七端连接的电感L8、第一端与所述电感L8的第二端连接的电容C5、第一端与所述电感L8的第二端连接的电感L9、基极与所述电感L9的第二端连接的三极管Q3、阳极与所述三极管Q3的集电极连接的二极管D3、第一端与所述二极管D3的阳极连接的电感L10、第一端与所述电感L10的第二端连接的微调电容C6、第一端与所述电感L10的第二端连接的电容C7；

所述电感L6的第一端与所述DSP控制单元连接，所述电容C4的第二端、所述电感L6和所述光耦隔离器OC2的第三端共同接地，所述光耦隔离器OC2的第五端与所述驱动电源的电源负极连接，所述光耦隔离器OC2的第八端与所述驱动电源的电源正极连接，所述电容C5的第二端、所述电感L9的第二端和所述三极管Q3的集电极共同与所述驱动电源的电源负极连接，所述三极管Q1的基极与所述电感L9的第一端连接，所述二极管D3的阴极、所述微调电容C6的第二端和所述电容C7的第二端共同接所述驱动电源的电源正极。

在一种可能的实现方式中，所述第二驱动电路包括：电源稳定电路，所述电源稳定电路包括：微调电容C8和电容C9；

所述微调电容C8的第二端和所述电容C9的第二端共同接所述驱动电源的电源正极，所述微调电容C8的第一端和所述电容C9的第一端共同接所述驱动电源的电源负极。

本公开实施例的第二方面，提供一种可带载启动的回馈式节能负载的驱动方法，用于驱动第一方面中任一项所述的可带载启动的回馈式节能负载，所述驱动方法包括：

在所述被测试电源UUT启动前，所述三极管Q2截止，所述回馈式节能负载处于电子负载模式，根据所述PWM信号的占空比，以调整输入到所述第一驱动电路的驱动电压，以调整所述三极管Q1的阻抗；

在所述被测试电源UUT启动过程中，所述回馈式节能负载处于所述电子负载模式，并且所述三极管Q2截止，通过减小所述PWM信号的占空比，以降低输入到所述第一驱动电路的驱动电压，使得所述三极管Q1的阻抗增大；

在所述被测试电源UUT启动完成后，所述回馈式节能负载处于所述电子负载模式，在所述PWM控制器的控制下，所述三极管Q2导通，并且流经所述三极管Q2的电流逐渐增大且流经所述三极管Q1的电流逐渐减小；

在所述被测试电源UUT稳态运行过程中，所述三极管Q1和所述三极管Q2成180°交错导通和截止，流经所述三极管Q2的电流和流经所述三极管Q1的电流呈均分状态。

在一种可能的实现方式中，所述驱动方法还包括：

在所述被测试电源UUT关闭过程中，在所述PWM控制器的控制下，所述三极管Q2截止，所述回馈式节能负载处于电子负载模式，根据所述PWM信号的占空比，以调整输入到所述第一驱动电路的驱动电压，以调整所述三极管Q1的阻抗。

本发明提供了一种可带载启动的回馈式节能负载及其驱动方法。与现有技术相比具备以下有益效果：

根据负载模式，控制输出到所述驱动控制器和所述PWM控制器的PWM信号；所述驱动控制器，用于根据所述PWM信号，控制所述三极管Q1导通和截止的占空比；所述PWM控制器，用于根据所述PWM信号，控制所述三极管Q2导通和截止。从而可以使得所述回馈式节能负载不仅同时具备MOSFET驱动电压调节和PWM调节功能，还兼备传统电子负载功能，此外能够完成带载启动，并且响应较快。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据说明书实施例示出的一种可带载启动的回馈式节能负载的框图。

图2是根据说明书实施例示出的一种均流模块的电路图。

图3是根据说明书实施例示出的一种三极管Q1的驱动特性示意图。

图4是根据说明书实施例示出的一种被测试电源UUT启动过程中的电流示意图。

图5是根据说明书实施例示出的一种被测试电源UUT启动后的电流示意图。

图6是根据说明书实施例示出的一种驱动控制器中第一驱动电路的电路图。

图7是根据说明书实施例示出的一种驱动控制器中第二驱动电路的电路图。

图8是根据说明书实施例示出的一种可带载启动的回馈式节能负载的驱动方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

为了实现上述目的，本公开提供一种可带载启动的回馈式节能负载，图1是根据一实施例示出的一种可带载启动的回馈式节能负载的框图。所述可带载启动的回馈式节能负载包括：

被测试电源UUT、均流模块组、通过母排与所述均流模块组连接的隔离主功率逆变单元、与所述均流模块组中的每一均流模块连接的PWM控制器、与所述PWM控制器连接的DSP控制单元；

所述可带载启动的回馈式节能负载还包括：驱动控制器，所述均流模块组中的每一所述均流模块均通过所述驱动控制器与所述DSP控制单元连接；

参见图2所示，所述均流模块组中的每一所述均流模块均包括：

电感L1、阳极与所述电感L1的第一端连接的二极管D1、发射极与所述电感L1的第一端连接的三极管Q1；

电感L2、阳极与所述电感L2的第一端连接的二极管D2、发射极与所述电感L2的第一端连接的三极管Q2；

所述三极管Q1的基极与所述驱动控制器连接，所述三极管Q2的基极与所述PWM控制器连接，所述电感L1的第二端和所述电感L2的第二端均与所述被测试电源UUT的输出端连接，所述二极管D1的阴极和所述三极管Q2的阴极均与所述母排连接，所述三极管Q1的集电极和所述三极管Q2的集电极均接地；

所述DSP控制单元，用于根据负载模式，控制输出到所述驱动控制器和所述PWM控制器的PWM信号；

所述驱动控制器，用于根据所述PWM信号，控制所述三极管Q1导通和截止的占空比；

所述PWM控制器，用于根据所述PWM信号，控制所述三极管Q2导通和截止。

本公开实施例中，均流模块可以将被测试电源UUT提供的电压进行升压。例如，将被测试电源UUT提供的3-54V的电压升压到60V。也就是说母排的额定电压是60V。

可以理解的是，参见图1所示，隔离主功率逆变单元包括隔离模块和逆变模块，其中隔离模块的输入端与母排连接，隔离模块的输出端与逆变模块连接，逆变模块与电网母线连接。逆变模块用于将直流电进行逆变，得到交流电，并将逆变得到的交流电提供到电网母线。

继续参见图1所示，可带载启动的回馈式节能负载还包括：监控单元和辅助电源，其中，所示监控单元和所述辅助电源均与所述DSP控制单元连接，监控单元用于监控可带载启动的回馈式节能负载是否处于正常工作状态，辅助电源用于想DSP控制单元提供电力。

上述技术方案根据负载模式，控制输出到所述驱动控制器和所述PWM控制器的PWM信号；所述驱动控制器，用于根据所述PWM信号，控制所述三极管Q1导通和截止的占空比；所述PWM控制器，用于根据所述PWM信号，控制所述三极管Q2导通和截止。从而可以使得所述回馈式节能负载不仅同时具备MOSFET驱动电压调节和PWM调节功能，还兼备传统电子负载功能，此外能够完成带载启动，并且响应较快。

在一种可能的实现方式中，所述驱动控制器包括：第一驱动电路和第二驱动电路，所述第一驱动电路和所述第二驱动电路并联在驱动电源的电源正极上；

所述第一驱动电路用于在所述负载模式为节能负载模式的情况下，根据所述PWM信号，控制所述三极管Q1导通和截止的占空比；

所述第二驱动电路用于在所述负载模式为电子负载模式的情况下，根据所述PWM信号的占空比，以调整输入到所述第一驱动电路的驱动电压，以调整所述三极管Q1的阻抗。

参见图3所示，第一驱动电路输入到三极管Q1的驱动电压越低，三极管Q1表现出来的阻抗越大。

在一种可能的实现方式中，在所述被测试电源UUT启动前，所述三极管Q2截止，所述回馈式节能负载处于所述电子负载模式。

被测试电源UUT启动前，三极管Q2截止，三极管Q1运行在电子负载模式，DSP控制单元根据设定电流、电压或者阻抗，输出PWM1信号，控制驱动电压V_DRV的输出。

在所述被测试电源UUT启动过程中，所述回馈式节能负载处于所述电子负载模式，并且所述三极管Q2截止，通过减小所述PWM信号的占空比，以降低输入到所述第一驱动电路的驱动电压，使得所述三极管Q1的阻抗增大；

参见图4所示，被测试电源UUT启动过程中，三极管Q2截止，三极管Q1运行在电子负载模式，进而DSP控制单元通过调节驱动控制器，改变三极管Q1的驱动电压，形成电流如图4中虚线走向。

在所述被测试电源UUT启动完成后，所述回馈式节能负载处于所述电子负载模式，在所述PWM控制器的控制下，所述三极管Q2导通，并且流经所述三极管Q2的电流逐渐增大且流经所述三极管Q1的电流逐渐减小；

参见图5所示，被测试电源UUT启动后，三极管Q1保持在电子负载模式，呈现出阻抗，三极管Q2在DSP控制单元通过PWM控制器输出的PWM控制信号作用下导通，流经三极管Q1的电流逐步减小至0(如图5中虚线所示为流经三极管Q1的电流)，而流经三极管Q2的电流逐步增大(如图5中实线所示为流经三极管Q2的电流)。

在所述被测试电源UUT稳态运行过程中，所述三极管Q1和所述三极管Q2成180°交错导通和截止，流经所述三极管Q2的电流和流经所述三极管Q1的电流呈均分状态；

继续参见图5所示，在所述被测试电源UUT稳态运行过程中，所述三极管Q1和所述三极管Q2成180°交错导通和截止，也就是说，三极管Q1导通则三极管Q2截止，三极管Q1截止则三极管Q2导通，按照180°交错。此时图5中虚线所示的电流和实线所示的电流均分电流。

在所述被测试电源UUT关闭过程中，在所述PWM控制器的控制下，所述三极管Q2截止，所述回馈式节能负载处于电子负载模式，根据所述PWM信号的占空比，以调整输入到所述第一驱动电路的驱动电压，以调整所述三极管Q1的阻抗。

在一种可能的实现方式中，参见图6所示，所述第一驱动电路包括：电感L3、第一端与所述电感L3的第二端连接的电容C1、第一端与所述电感L3的第二端连接的电感L4、第二端与所述电感L3的第二端连接光耦隔离器OC1、第一端与所述光耦隔离器OC1的第六端和第七端连接的电感L10、第一端与所述电感L10的第二端连接的电容C2、第一端与所述电感L10的第二端连接的电感L5；

所述电感L3的第一端与所述DSP控制单元连接，所述电容C1的第二端、所述电感L4和所述光耦隔离器OC1的第三端共同接地GND，所述光耦隔离器OC1的第五端与所述驱动电源的电源负极GND_DRV连接，所述光耦隔离器OC1的第八端与所述驱动电源的电源正极V_DRV连接，所述电容C2的第二端、所述电感L5的第二端和所述三极管Q1的集电极共同与所述驱动电源的电源负极GND_DRV连接，所述三极管Q1的基极与所述电感L5的第一端连接。

在一种可能的实现方式中，继续参见图6所示，所述第一驱动电路还包括：电容C3，所述电容C3的第一端与所述驱动电源的电源正极V_DRV连接，所述电容C3的第二端与所述驱动电源的电源负极GND_DRV连接，所述电容C3用于对所述驱动电源起旁路、去藕、滤波和储能作用。

在一种可能的实现方式中，参见图7所示，所述第二驱动电路包括：电感L6、第一端与所述电感L6的第二端连接的电容C4、第一端与所述电感L6的第二端连接的电感L7、第二端与所述电感L6的第二端连接光耦隔离器OC2、第一端与所述光耦隔离器OC2的第六端和第七端连接的电感L8、第一端与所述电感L8的第二端连接的电容C5、第一端与所述电感L8的第二端连接的电感L9、基极与所述电感L9的第二端连接的三极管Q3、阳极与所述三极管Q3的集电极连接的二极管D3、第一端与所述二极管D3的阳极连接的电感L10、第一端与所述电感L10的第二端连接的微调电容C6、第一端与所述电感L10的第二端连接的电容C7；

所述电感L6的第一端与所述DSP控制单元连接，所述电容C4的第二端、所述电感L6和所述光耦隔离器OC2的第三端共同接地GND，所述光耦隔离器OC2的第五端与所述驱动电源的电源负极GND_DRV连接，所述光耦隔离器OC2的第八端与所述驱动电源的电源正极V_DRV连接，所述电容C5的第二端、所述电感L9的第二端和所述三极管Q3的集电极共同与所述驱动电源的电源负极GND_DRV连接，所述三极管Q1的基极与所述电感L9的第一端连接，所述二极管D3的阴极、所述微调电容C6的第二端和所述电容C7的第二端共同接所述驱动电源的电源正极V_DRV。

在一种可能的实现方式中，继续参见图7所示，所述第二驱动电路包括：电源稳定电路，所述电源稳定电路包括：微调电容C8和电容C9；

所述微调电容C8的第二端和所述电容C9的第二端共同接所述驱动电源的电源正极V_DRV，所述微调电容C8的第一端和所述电容C9的第一端共同接所述驱动电源的电源负极GND_DRV。

可以说明的是，在可带载启动的回馈式节能负载处于电子负载模式的情况下，PWM2常开，DSP控制单元根据设定电流、电压或者阻抗，输出PWM1信号，控制驱动电压V_DRV的输出。此时，第二驱动电路为buck电路，占空比越小，驱动电压越低，参照图3可以得到，此时三极管Q1表现出来的阻抗越大。

在可带载启动的回馈式节能负载处于节能负载模式的情况下，PWM1常开，驱动电压V_DRV处于最大电压，DSP根据设定电流、电压或者阻抗，输出PWM2控制信号，通过PWM2信号的占空比调节三极管Q1导通和截止的占空比，第一驱动电路此时为常规的PWM驱动电路。

本公开实施例还提供一种可带载启动的回馈式节能负载的驱动方法，用于驱动前述实施例中任一项所述的可带载启动的回馈式节能负载，参见图8所示，所述驱动方法包括：

在步骤S11中，在所述被测试电源UUT启动前，所述三极管Q2截止，所述回馈式节能负载处于电子负载模式，根据所述PWM信号的占空比，以调整输入到所述第一驱动电路的驱动电压，以调整所述三极管Q1的阻抗；

在步骤S12中，在所述被测试电源UUT启动过程中，所述回馈式节能负载处于所述电子负载模式，并且所述三极管Q2截止，通过减小所述PWM信号的占空比，以降低输入到所述第一驱动电路的驱动电压，使得所述三极管Q1的阻抗增大；

在步骤S13中，在所述被测试电源UUT启动完成后，所述回馈式节能负载处于所述电子负载模式，在所述PWM控制器的控制下，所述三极管Q2导通，并且流经所述三极管Q2的电流逐渐增大且流经所述三极管Q1的电流逐渐减小；

在步骤S14中，在所述被测试电源UUT稳态运行过程中，所述三极管Q1和所述三极管Q2成180°交错导通和截止，流经所述三极管Q2的电流和流经所述三极管Q1的电流呈均分状态。

上述技术方案可以使得所述回馈式节能负载不仅同时具备MOSFET驱动电压调节和PWM调节功能，还兼备传统电子负载功能，此外能够完成带载启动，并且响应较快。

在一种可能的实现方式中，所述驱动方法还包括：

在所述被测试电源UUT关闭过程中，在所述PWM控制器的控制下，所述三极管Q2截止，所述回馈式节能负载处于电子负载模式，根据所述PWM信号的占空比，以调整输入到所述第一驱动电路的驱动电压，以调整所述三极管Q1的阻抗。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，这些变化、修改、替换和变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，其同样应当视为本公开所公开的内容，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。