專利名稱：低直流母線電容電流紋波的老化測試系統(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，提出了一種改 進的用于交流輸入裝置的老化系統(tǒng)。更具體的說，本發(fā)明提出了一種用于交流輸入裝置的 低直流母線電容電流紋波老化系統(tǒng)；并且可以減小直流側(cè)電容的容量，延長其使用壽命。
背景技術(shù)：
開關(guān)電源裝置在出廠前，往往需要經(jīng)過燒機過程，檢驗產(chǎn)品質(zhì)量。目前在燒機過程 中，使用最為廣泛的負載形式是耗能型負載。雖然耗能型負載有簡單可靠的優(yōu)點，但是它具 有以下弊端1.老化過程中消耗大量電能，增加了生產(chǎn)成本，浪費了能源。2.所有能量均以 熱能形式耗散，增加了散熱的成本和附加能耗。針對耗能型負載的弊端，人們將能量回饋技術(shù)應(yīng)用到電子負載中，燒機過程中輸 出的能量回饋到電網(wǎng)中以降低成本、節(jié)約能源。但是將能量回饋到電網(wǎng)仍然存在著一些問 題1.當被測試的開關(guān)電源裝置沒有功率因數(shù)校正功能時，老化過程會使網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生較大的 無功功率和諧波干擾。2.輸出能量通過并網(wǎng)逆變器回饋到電網(wǎng)，對安全性和可靠性要求較
尚ο因此，人們又提出了輸出能量直流側(cè)回饋的方法，這在申請文件交流輸入電源變 換器節(jié)能老化裝置(公開號101290334)、輸出能量直流側(cè)回饋的電源測試系統(tǒng)(公開號 101551447)中均有涉及，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。輸出能量直流側(cè)回饋時，若電網(wǎng)輸入為單相交流電，被測試設(shè)備輸入也是單相交 流電，則系統(tǒng)中的逆變器為單相逆變器，系統(tǒng)中的直流母線與單相功率因數(shù)校正電路輸出 和單相逆變器的輸入相連。而單相功率因數(shù)校正電路的輸出和單相逆變器的輸入都會帶來 較大的工頻電流紋波。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種低直流母線電容電流紋波的老化測試系統(tǒng)， 其能解決因單相功率因數(shù)校正電路的輸出和單相逆變器的輸入所導致的直流母線電容工 頻電流紋波大的問題；并且可以減小直流側(cè)電容的容量，延長其使用壽命。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種低直流母線電容電流紋波的老化測試系 統(tǒng)，包括單相PFC功率因數(shù)校正電路、單相DC/AC逆變器、單相AC輸入被測試設(shè)備、能量回 饋電子負載、網(wǎng)側(cè)相位檢測模塊和逆變器相位控制電路；網(wǎng)側(cè)相位檢測模塊的輸入端接到 單相電網(wǎng)的輸出端、其輸出接到逆變器相位控制電路的輸入端；逆變器相位控制電路的輸 出接到單相DC/AC逆變器的控制輸入端。作為本發(fā)明的低直流母線電容電流紋波的老化測試系統(tǒng)的改進單相電網(wǎng)的輸出 接到單相PFC功率因數(shù)校正電路的輸入，單相PFC功率因數(shù)校正電路的輸出作為直流母線， 單相DC/AC逆變器的輸入端接到直流母線的正、負兩端，單相DC/AC逆變器的輸出作為單相 AC輸入被測試設(shè)備的輸入，單相AC輸入被測試設(shè)備的輸出作為能量回饋電子負載的輸入，能量回饋電子負載的輸出連接到直流母線的正、負兩端。本發(fā)明針對輸出能量直流側(cè)回饋的電源測試系統(tǒng)電網(wǎng)和逆變器均為單相的情況， 為了減小其直流母線電容上的工頻電流紋波，從而減小直流母線電容上的電壓紋波，進而 減小直流母線電容的容量，延長其使用壽命，并降低生產(chǎn)成本，本發(fā)明通過對不需并網(wǎng)的逆 變器輸出相位進行控制，使其與電網(wǎng)相位同步從而達到前述目的。本發(fā)明所采用技術(shù)方案如圖2所示本發(fā)明基于以下原理如圖2所示的系統(tǒng)框圖中，單相PFC功率因數(shù)校正電路20輸入電壓波形如圖3. a 所示，與Sin(X)成正比，在理想條件下，單相PFC功率因數(shù)校正電路20輸入電流波形也如 圖3. a所示，與Sin(X)成正比，因此，單相PFC功率因數(shù)校正電路20的輸入功率如圖3. b 所示，與Sin2(X)成正比。單相PFC功率因數(shù)校正電路20的效率在一個工頻周期的變化幅 度是很小的，所以，單相PFC功率因數(shù)校正電路20的輸出功率也如圖3. b所示，與Sin2(X) 成正比。單相PFC功率因數(shù)校正電路20的輸出端與直流母線相連，由于直流母線上大電容 的濾波作用，使得輸出電壓近似為一直流量，如圖3. c所示，因此直流母線電容上會有較大 的工頻電流紋波(忽略高頻分量)，其波形如圖3. b所示，其相位相對于電網(wǎng)電壓相位來說 是一定的。同時，單相DC/AC逆變器30輸出電壓波形如圖3. a所示，與Sin(X)成正比，當單 相DC/AC逆變器30所帶負載具有PFC功率因數(shù)校正功能時，單相DC/AC逆變器30輸出電 流波形也如圖3. a所示，與Sin(X)成正比，因此，單相DC/AC逆變器30輸出功率如圖3. b 所示，與sin2 (χ)成正比。單相DC/AC逆變器30的效率在一個工頻周期的變化幅度是很小 的，所以，單相DC/AC逆變器30的輸入功率也如圖3.b所示，與Sin2(X)成正比。單相DC/ AC逆變器30的輸出端與直流母線相連，由于直流母線上大電容的濾波作用，使得輸入電壓 近似為一直流量，如圖3. c所示，因此直流母線電容上會有較大的工頻電流紋波(忽略高頻 分量)，其波形如圖3. b所示，其相位相對于單相DC/AC逆變器30的輸出電壓時一定的，相 對于電網(wǎng)電壓相位是隨機的。要減小直流母線電容上的工頻電流紋波，應(yīng)該使單相PFC功率因數(shù)校正電路20的 輸出電流紋波和單相DC/AC逆變器30的輸入電流紋波互相抵消。通過同步單相DC/AC逆 變器30的輸出電壓相位和電網(wǎng)電壓相位，就能夠同步單相PFC功率因數(shù)校正電路20的輸 出電流紋波相位和單相DC/AC逆變器30輸入電流紋波相位，從而使兩者互相抵消。同時，電容上紋波電壓和紋波電流的關(guān)系如式1所示。U \idt(1)由式1可知，在電容一定的情況下，電流紋波的減小將減小電容上的電壓紋波，而 若要維持電壓紋波不變，則可以選取更小的電容。因此，本發(fā)明在系統(tǒng)中增加網(wǎng)側(cè)相位檢測模塊60。網(wǎng)側(cè)相位檢測模塊60將檢測得 到的電網(wǎng)電壓信號輸入逆變器相位控制電路70，逆變器相位控制電路70根據(jù)電網(wǎng)電壓的 相位，對單相DC/AC逆變器30輸出電壓的相位進行調(diào)節(jié)，使單相DC/AC逆變器30輸出電壓 的相位與電網(wǎng)電壓的相位相同。這使得直流母線電容的電流紋波最小，同時，直流母線電容 電流紋波引起的直流母線電壓紋波也最小。
本發(fā)明的有益效果在于通過同步單相DC/AC逆變器的輸出電壓和電網(wǎng)電壓的相 位，減小直流母線上的電流紋波，這可以減小直流母線上電容容量的需求，同時也可以減小 直流母線上電容的紋波電壓和紋波電流引起的損耗，減小電容發(fā)熱量，延長電容使用壽命。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細說明。圖1是現(xiàn)有的輸出能量直流側(cè)回饋的電源測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明的輸出能量直流側(cè)回饋的電源測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖3是單相PFC功率因數(shù)校正電路輸入電壓、輸入電流、輸入功率、輸出電流、輸出 電壓和單相DC/AC逆變器輸出電壓、輸出電流、輸出功率、輸入電流、輸入電壓波形圖；圖4是采用本發(fā)明的電路仿真結(jié)果圖；圖5是未采用本發(fā)明的電路仿真結(jié)果圖。
具體實施例方式一種低直流母線電容電流紋波的老化測試系統(tǒng)，如圖2所示，包括單相PFC功率因 數(shù)校正電路20、單相DC/AC逆變器30、單相AC輸入被測試設(shè)備40、能量回饋電子負載50、 網(wǎng)側(cè)相位檢測模塊60和逆變器相位控制電路70。單相電網(wǎng)10的輸出接到單相PFC功率因數(shù)校正電路20的輸入端，單相PFC功率 因數(shù)校正電路20的輸出作為直流母線，即單相PFC功率因數(shù)校正電路20輸出端與直流母 線相連，直流母線與單相DC/AC逆變器30輸入端相連，單相DC/AC逆變器輸出端30與單相 AC輸入被測試設(shè)備40輸入端相連，單相AC輸入被測試設(shè)備40輸出端與能量回饋電子負載 50輸入端相連，能量回饋電子負載50輸出端與直流母線相連，網(wǎng)側(cè)相位檢測模塊60輸入端 與單相電網(wǎng)10相連，網(wǎng)側(cè)相位檢測模塊60輸出端與逆變器相位控制電路70輸入端相連， 逆變器相位控制電路70輸出端與單相DC/AC逆變器30相連，對單相DC/AC逆變器30進行 控制。網(wǎng)側(cè)相位檢測模塊60可以使用電壓傳感器，對電網(wǎng)電壓進行檢測，產(chǎn)生電網(wǎng)電壓 同步信號并將電網(wǎng)電壓同步信號傳送至逆變器相位控制電路70。電壓傳感器的實現(xiàn)電路形 式多種多樣，例如包括霍爾傳感器、運放等多種形式。逆變器相位控制電路70接收到電網(wǎng)電壓同步信號后，對單相DC/AC逆變器30的 輸出電壓進行控制，使得單相DC/AC逆變器30的輸出電壓相位與電網(wǎng)電壓的相位相同。單 相DC/AC逆變器控制電路70的實現(xiàn)方式多種多樣，例如可以是數(shù)字控制電路如DSP、單片機 等形式，也可以是模擬控制電路。本發(fā)明的直流能量回饋老化測試系統(tǒng)，實際工作時，工作內(nèi)容具體如下1、網(wǎng)側(cè)相位檢測模塊60與單相電網(wǎng)10連接，檢測電網(wǎng)電壓的波形，對電網(wǎng)電壓波 形進行濾波等處理，生成包含有電網(wǎng)電壓周期和相位信息的電網(wǎng)電壓同步信號，并將此信 號傳送至逆變器相位控制電路70。2、逆變器相位控制電路70具有控制單相DC/AC逆變器30輸出電壓的周期和相位 的功能。逆變器相位控制電路70內(nèi)部具有鎖相環(huán)，其輸入為電網(wǎng)電壓同步信號，輸出為單 相DC/AC逆變器30的控制信號。該鎖相環(huán)能夠保證單相DC/AC逆變器30輸出電壓的周期和相位與電網(wǎng)電壓周期和相位的同步。3單相DC/AC逆變器30根據(jù)逆變器相位控制電路70給出的控制信號，進行DC/AC 變換，輸出與電網(wǎng)電壓周期和相位同步的交流電壓。這樣，就可以使得直流母線上電容的紋 波電流最小，同時，直流母線電容電流紋波弓I起的直流母線電壓紋波也最小。圖4是采用本發(fā)明的電路仿真結(jié)果，其中圖4. a是單相電網(wǎng)電壓波形，圖4. b是單 相DC/AC逆變器輸出電壓波形，圖4. c是直流母線電容紋波電流波形(工頻分量)，圖4. d 是直流母線電壓波形。圖5是未采用本發(fā)明的電路仿真結(jié)果(為背景技術(shù)中告知的交流輸入電源變換器 節(jié)能老化裝置、輸出能量直流側(cè)回饋的電源測試系統(tǒng))，其中圖5. a是單相電網(wǎng)電壓波形， 圖5. b是單相DC/AC逆變器輸出電壓波形，圖5. c是直流母線電壓波形，圖5. d是直流母線 電容紋波電流波形。圖4和圖5仿真的參數(shù)以及顯示的刻度是完全相同的。從圖4和圖5的對比中可 以看出，本發(fā)明對于減小直流母線電容電流紋波和減小直流母線電壓紋波，從而減小紋波 電流引起的損耗，減小電容發(fā)熱量，延長電容使用壽命的效果是顯著的。圖4和圖5的仿真結(jié)果是基于最為惡劣的情況即單相PFC功率因數(shù)校正電路20 的輸入電壓相位與單相DC/AC逆變器30的輸出電壓相位完全相反的情況下得到的。當未 采用本發(fā)明時，實際電路的工作情況將在如圖4所示的采用本發(fā)明的工作情況和如圖5所 示的最惡劣工作情況兩者之間隨機變化。同時，圖4和圖5的仿真中，能量回饋電子負載50 輸出功率為0，當能量回饋電子負載50輸出功率不為0時，系統(tǒng)工作情況也會發(fā)生變化，即 單相PFC功率因數(shù)校正電路20的輸出電流紋波和單相DC/AC逆變器電路30的輸入電流紋 波互相抵消的程度會發(fā)生變化，但本發(fā)明仍然能起到減小直流母線電容電流紋波的作用并 達到前文所述的有益效果。當單相AC輸入被測試設(shè)備40輸入端不具備功率因數(shù)校正功能時，其輸入電流紋 波波形雖然與圖3. a所示有所差別，但是通常情況下，例如單相AC輸入被測試設(shè)備40輸入 端為整流橋和大電容構(gòu)成的不控整流電路，其輸入電流在輸入電壓最大時仍然最大，在輸 入電壓過零時仍然最小，即輸入電流的相位與圖3中所示情況相同，此時本發(fā)明仍然可以 起到減小直流母線紋波的作用并達到前文所述的有益效果。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的一個具體實施例。顯然，本發(fā)明 不限于以上實施例，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)明公開的內(nèi)容直 接導出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認為是本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
一種低直流母線電容電流紋波的老化測試系統(tǒng)，其特征是包括單相PFC功率因數(shù)校正電路(20)、單相DC/AC逆變器(30)、單相AC輸入被測試設(shè)備(40)、能量回饋電子負載(50)、網(wǎng)側(cè)相位檢測模塊(60)和逆變器相位控制電路(70)；網(wǎng)側(cè)相位檢測模塊(60)的輸入端接到單相電網(wǎng)(10)的輸出端、其輸出接到逆變器相位控制電路(70)的輸入端；所述逆變器相位控制電路(70)的輸出接到單相DC/AC逆變器(30)的控制輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低直流母線電容電流紋波的老化測試系統(tǒng)，其特征是單相 電網(wǎng)(10)的輸出接到單相PFC功率因數(shù)校正電路(20)的輸入，單相PFC功率因數(shù)校正電路 (20)的輸出作為直流母線，單相DC/AC逆變器(30)的輸入端接到直流母線的正、負兩端，單 相DC/AC逆變器(30)的輸出作為單相AC輸入被測試設(shè)備(40)的輸入，單相AC輸入被測 試設(shè)備(40)的輸出作為能量回饋電子負載(50)的輸入，能量回饋電子負載(50)的輸出連 接到直流母線的正、負兩端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低直流母線電容電流紋波的老化測試系統(tǒng)，包括單相PFC功率因數(shù)校正電路(20)、單相DC/AC逆變器(30)、單相AC輸入被測試設(shè)備(40)、能量回饋電子負載(50)、網(wǎng)側(cè)相位檢測模塊(60)和逆變器相位控制電路(70)；網(wǎng)側(cè)相位檢測模塊(60)的輸入端接到單相電網(wǎng)(10)的輸出端、其輸出接到逆變器相位控制電路(70)的輸入端；逆變器相位控制電路(70)的輸出接到單相DC/AC逆變器(30)的控制輸入端。本發(fā)明能解決因單相功率因數(shù)校正電路的輸出和單相逆變器的輸入所導致的直流母線電容工頻電流紋波大的問題；并且可以減小直流側(cè)電容的容量，延長其使用壽命。
文檔編號G01R31/40GK101975928SQ20101027457
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者吳新科, 胡晨 申請人:浙江大學