[發(fā)明專利]一種無縫的電源和負載轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及方法

在審

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• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN107994642A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發(fā)明（設計）人: 張根苗;呂士如;李斌;王文廷;王俊;朱文星
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十一研究所
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J7/04;G01R31/00
• 代理公司: 青島智地領創(chuàng)專利代理有限公司37252
• 代理人: 種艷麗

技術領域

本發(fā)明屬于電源和負載轉(zhuǎn)換領域，具體涉及一種無縫的電源和負載轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及方法。

背景技術

在進行系統(tǒng)和儀器的研發(fā)和生產(chǎn)測試過程中，不僅需要為被測件提供功率輸入，還要吸收被測件釋放出來的能量，為達到這一目的，一種常用的方法是采用單獨的電源為被測件供電，再用負載吸收被測件釋放出來的能量。這種方法的缺陷是無法實現(xiàn)電源和負載功能的連續(xù)轉(zhuǎn)換。為了吸收被測件的能量，需要在系統(tǒng)中使用大功率的開關，繼電器等元器件，讓系統(tǒng)變得非常復雜，而且系統(tǒng)的可靠性和可重復性都達不到要求。

對于單獨的直流電源來說，可以連續(xù)地輸出功率，而電子負載可以連續(xù)地吸收功率，并且都有出色的直流精度、穩(wěn)定性和快速的動態(tài)響應。因為被測件具有有源和動態(tài)的特點，根據(jù)其狀態(tài)和工作條件，將直流電源和負載組合起來，在輸出功率和吸收功率之間轉(zhuǎn)換。

如圖1所示，一種典型的電池仿真器系統(tǒng)(BSS)，就是將直流電源和電子負載組合起來，進行供電和吸收。

V_電子負載>(V_直流電源-V_二極管)。

直流電源處于輸出狀態(tài)，被測件吸收功率：V_被測件＝(V_直流電源-V_二極管)。

被測件處于輸出狀態(tài)，電子負載吸收電流：V_被測件＝V_負載。

電池仿真器系統(tǒng)是典型的電壓系統(tǒng)；直流電源和電子負載都工作在恒壓(CV)模式下。電子負載的電壓設置要略大于直流電源，在它們之間存在一個電壓差，會造成一個死區(qū)電壓，使電池仿真系統(tǒng)無法工作在這個區(qū)域中。當被測件吸收電流時，電壓依靠電源電壓來維持。當被測件輸出電流時，其電壓上升，直流電源的輸出就會截止，同時，電子負載會進入CV的工模式，并將電壓鉗制在略高的電平上。通常情況下，需要在直流電源輸出端添加一個阻塞二極管，以防止被測件啟動輸出功率時，反向電流倒灌進入電源。但是，這種測試方案存在著以下一些無法避免的缺陷：

1、直流電源無法使用遠端感應，因為如果遠端感應線在二極管端，阻塞二極管將會導致直流電源不穩(wěn)定；

2、功率輸出和吸收之間的電壓死區(qū)存在高阻抗。需要向直流電源和電子負載分別發(fā)送電壓編程指令，使它們在BSS電壓發(fā)生變化時相互進行跟蹤；

3、為了在測試中協(xié)調(diào)直流電源和電子負載的工作狀態(tài)，通常需要更為復雜配置；

4、電子負載不得不在截止和CV工作模式之間跳變，會在電流和溫度發(fā)生變化時，阻塞二極管的壓降會發(fā)生變化，導致直流電源和電子負載電壓之間，需要增加幾百毫伏的死區(qū)電壓。

3和4兩項因素，限制了雙象限工作的靈活性和精度，并且影響了系統(tǒng)的靜態(tài)工作性能。為了補償靜態(tài)工作下的死區(qū)電壓，需要對BSS電壓編程控制，使其能根據(jù)要求上、下調(diào)整，使電壓值更接近需要的電壓。然而，由于死區(qū)電壓的存在固有的動態(tài)瞬變，進而會與電子負載CV模式瞬變交織在一起。

采用工作區(qū)間完全重疊的方法，來避免前面所述的由于非重疊工作區(qū)間所造成的死區(qū)電壓等問題。

圖2為配置成工作區(qū)間完全重疊的直流電源和電子負載。

I_負載>(I_最大吸收)，固定電平。

V_被測件＝V_直流電源。

被測件吸收功率：I_直流電源＝(I_負載+I_供給)。

被測件供給功率：I_直流電源＝(I_{吸收/負值}+I_供給)。

電子負載在CC模式而非CV模式下工作。電子負載的電流設置為固定值，大于被測件能提供的電流最大值。電子負載就會始終保持在CC模式下，吸收固定水平的電流和功率，不必應對模式的交叉問題。直流電源始終保持在CV模式下，并且始終供給電流。因此不再需要二極管。此BSS配置在整個供給和吸收范圍內(nèi)始終處于CV模式，沒有電子負載模式交叉和靜區(qū)電壓瞬態(tài)，也就不會影響到包含非重疊工作的BSS配置。但是這種方法也存在以下缺點：

1、直流電源需要非常大，以便能夠同時供應被測件所需要的最大電流和功率，以及電子負載連續(xù)吸收的完整電流。

2、電子負載經(jīng)常消耗全部功率，對于大系統(tǒng)來說必須考慮到這一點。

3、測量需要讀取直流電源和電子負載的電流并求差值，往往是用兩個大值相減得到一個小值。此時測量精度會受到影響。