專利名稱：四象限直流穩(wěn)壓電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流電子負(fù)載裝置和一種直流穩(wěn)壓電源裝置。尤其是一種由變壓器、電路板、顯示表頭、控制面板、機(jī)箱等組成的具有模擬恒電壓負(fù)載、恒電流負(fù)載、恒功率負(fù)載、純電阻負(fù)載等功能的電路裝置和一種由變壓器、電路板、顯示表頭、控制面板、機(jī)箱等組成的具有輸出穩(wěn)定的直流電壓、穩(wěn)定的直流電流等功能的電路裝置。
背景技術(shù)：
目前市面上出售的直流電子負(fù)載，主要由變壓器、電路板、顯示表頭、控制面板、機(jī)箱等組成。其輸出端只能模擬恒電流負(fù)載、恒功率負(fù)載、純電阻負(fù)載等，不能輸出穩(wěn)定的電壓或電流，不具有直流穩(wěn)壓電源的功能；輸出端吸收的電能轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)掉，不能將其回饋至電網(wǎng)。
目前市面上出售的直流穩(wěn)壓電源，主要由變壓器、電路板、顯示表頭、控制面板、機(jī)箱等組成。其輸出電壓、輸出電流都是單方向的，輸出電壓、輸出電流運(yùn)行在第一象限，屬于單象限輸出特性；當(dāng)帶一個(gè)有倒灌電流的負(fù)載時(shí)，不能吸收倒灌入的電流。在這樣的情況下，穩(wěn)壓電源就失去了穩(wěn)壓功能。這給實(shí)際使用帶來了諸多不便。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的任務(wù)是提供一種既具有直流穩(wěn)壓電源功能又具有直流電子負(fù)載功能的電路裝置。其輸出電流、輸出電壓可以運(yùn)行在I、II、III、IV象限，輸出端能帶任何類型的負(fù)載，包括倒灌電流的負(fù)載，且能將輸出端吸收的能量回饋至電網(wǎng)。
為解決上述任務(wù)，本發(fā)明采用的思路及技術(shù)方案是這樣的在電路主回路上設(shè)一條正向輸出電壓調(diào)整回路和一條反向輸出電壓調(diào)整回路，及相應(yīng)的輸出電流、輸出電壓檢測、控制電路，使得該電路裝置既可以輸出正電流也可以吸收倒灌入的電流，既可以輸出正電壓也可以輸出負(fù)電壓，輸出電壓、輸出電流可以運(yùn)行在I、II、III、IV象限。在電路的主回路上再設(shè)一個(gè)可控整流橋，及相應(yīng)的檢測、反饋、移相觸發(fā)等電路，使得從輸出端吸收的電能可以通過可控整流橋回饋至電網(wǎng)。
具有上述功能的電路裝置，既具有直流穩(wěn)壓電源的功能又具有直流電子負(fù)載的功能，完全可以代替現(xiàn)有的直流穩(wěn)壓電源和直流電子負(fù)載，而且輸出端的性能指標(biāo)比現(xiàn)有技術(shù)有了實(shí)質(zhì)性的提高，輸出端的功能比現(xiàn)有技術(shù)有了實(shí)質(zhì)性的增加。
當(dāng)該裝置作為一臺(tái)直流穩(wěn)壓電源使用時(shí)，其輸出端能帶任何類型的負(fù)載，包括倒灌電流的負(fù)載，輸出電流、輸出電壓可以運(yùn)行在I、II、III、IV象限(圖4、圖5)，且能將輸出端吸收的能量回饋至電網(wǎng)。
當(dāng)該裝置作為一臺(tái)直流電子負(fù)載使用時(shí)，其輸出端能模擬恒電流恒電壓負(fù)載(圖4、圖5)、恒電阻負(fù)載(圖6)等，輸出電流、輸出電壓可以運(yùn)行在I、II、III、IV象限，且能將輸出端吸收的能量回饋至電網(wǎng)。
如取消直流電子負(fù)載的功能，該裝置便是一臺(tái)純粹的高性能直流穩(wěn)壓電源；如取消直流穩(wěn)壓電源的功能，該裝置便是一臺(tái)純粹的高性能直流電子負(fù)載。
(四)


圖1為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例工作原理圖。該實(shí)施例說明了能量回饋電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)方式及四象限輸出特性的實(shí)現(xiàn)方式。
圖2為本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的電路主回路原理圖。
圖3為本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的電路主回路原理圖。
圖4、圖5為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例在恒壓恒流模式運(yùn)行時(shí)輸出電壓對(duì)輸出電流的關(guān)系曲線圖。
圖6為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例在模擬正電阻模式運(yùn)行時(shí)輸出電壓對(duì)輸出電流的關(guān)系曲線圖。
具體實(shí)施方式
圖1為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例工作原理圖。
如圖1所示，負(fù)載(2)、電流檢測電阻(3)、電壓調(diào)整單元(4)、電容(21)等構(gòu)成正向輸出電壓調(diào)整回路。負(fù)載(2)、電流檢測電阻(3)、電壓調(diào)整單元(5)、電容(22)等構(gòu)成反向輸出電壓調(diào)整回路。給定輸出電壓由電位器R3設(shè)定。正向給定輸出電流由電位器R2設(shè)定。反向給定輸出電流由電位器R2與比例器(12)共同作用來設(shè)定。負(fù)載(2)由電池組V1、電阻RL組成。
220V交流市電經(jīng)變壓隔離后輸入可控整流橋(1)，經(jīng)整流濾波在輸入電容(21)、輸入電容(22)上產(chǎn)生一個(gè)不穩(wěn)壓的直流電壓。
當(dāng)功能選擇開關(guān)(18)指向CC、CV模式時(shí)，本發(fā)明為一臺(tái)直流穩(wěn)壓電源(具有直流電子負(fù)載的恒流、恒壓負(fù)載模擬功能)。
如給定的輸出電壓比電池組V1的電壓高時(shí)，輸出電流IOUT為正，驅(qū)動(dòng)單元(6)將電壓調(diào)整單元(4)開通，正向輸出電壓調(diào)整回路開始工作。輸出電壓經(jīng)過比例器(10)后與給定電壓比較，再經(jīng)過比例積分器(16)輸出一個(gè)大小為VF的電壓反饋信號(hào)；輸出電流在電流檢測電阻RI(3)上產(chǎn)生一個(gè)電壓降，此電壓信號(hào)與電流給定信號(hào)比較后經(jīng)過比例積分器(14)輸出一個(gè)大小為IF的電流反饋信號(hào)。VF與IF相加，控制驅(qū)動(dòng)單元(6)，使得輸出電壓或輸出電流穩(wěn)定。穩(wěn)壓電源工作在I、IV象限(如圖4、圖5所示)。
如給定的輸出電壓比電池組V1的電壓低時(shí)，輸出電流IOUT為負(fù)，這個(gè)電流稱為倒灌電流，這時(shí)的負(fù)載稱為倒灌電流負(fù)載。在這種情況下，驅(qū)動(dòng)單元(6)將電壓調(diào)整單元(5)開通，使得反向輸出電壓調(diào)整回路開始工作。輸出電壓經(jīng)過比例器(10)后與給定電壓比較，經(jīng)過比例積分器(16)輸出一個(gè)大小為VF的電壓反饋信號(hào)；輸出電流在電流檢測電阻RI(3)上產(chǎn)生一個(gè)電壓降，此電壓信號(hào)經(jīng)過一個(gè)比例器(12)再與電流給定信號(hào)比較，再經(jīng)過比例積分器(15)輸出一個(gè)大小為IF的電流反饋信號(hào)。VF與IF相加，控制驅(qū)動(dòng)單元(6)，使得輸出電壓或輸出電流穩(wěn)定。穩(wěn)壓電源工作在II、III象限(如圖4、圖5所示)。
如輸出電壓給定限制在零以上，這種穩(wěn)壓電源便具有I、II象限的輸出特性。如輸出電壓給定可正可負(fù)，這種穩(wěn)壓電源便具有四象限的輸出特性。
輸出電容C4與穩(wěn)壓電源的輸出端并聯(lián)，用于濾除高頻諧波。
當(dāng)功能選擇開關(guān)(18)指向CR模式時(shí)，本發(fā)明為一臺(tái)直流電子負(fù)載。此時(shí)輸出端可以連接一個(gè)直流電源，輸出端的電壓經(jīng)過電位器R1分壓后與經(jīng)過比例器(11)的電流反饋信號(hào)比較，再經(jīng)過比例積分器(17)輸出一個(gè)大小為VR的信號(hào)，VR與IF相加后控制驅(qū)動(dòng)單元(6)，使得輸出電流與輸入端的電壓成線性關(guān)系(如圖6)。調(diào)節(jié)電位器R1的分壓比可以改變輸出端的電壓與電流的比值，此電壓與電流的比值即為直流電子負(fù)載所模擬的電阻阻值。
如有需要，可以很方便地增加模擬恒功率負(fù)載的功能，也可以很方便地增加模擬負(fù)電阻的功能。
R1、R2、R3安裝在機(jī)箱正面的控制面板上。控制面板上還有一組顯示表頭，用于指示輸出電壓、輸出電流。
為了提高整個(gè)系統(tǒng)的效率，使用了可控整流橋(1)，可控硅觸發(fā)單元(7)?？煽毓栌|發(fā)單元(7)根據(jù)調(diào)整單元(4)與調(diào)整單元(5)上的電壓降調(diào)整可控整流橋(1)的觸發(fā)角，使得調(diào)整單元上的電壓降始終保持在一個(gè)合適的數(shù)值范圍內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在帶倒灌電流負(fù)載的穩(wěn)壓電源模式或運(yùn)行在直流電子負(fù)載模式時(shí)，從輸入端吸收的電能便可以通過可控整流橋(1)回饋至電網(wǎng)。
VT大于0時(shí)，比例積分器(8)被封鎖，比例積分器(9)起作用。VT小于0時(shí)，比例積分器(9)被封鎖，比例積分器(8)起作用。
圖2為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例工作原理圖。
如圖所示，負(fù)載(2)、電流檢測電阻RI(3)、電壓調(diào)整單元(4)、電容(23)、開關(guān)(19)等構(gòu)成正向輸出電壓調(diào)整回路。負(fù)載(2)、電流檢測電阻RI(3)、電壓調(diào)整單元(5)、電容(23)、開關(guān)(20)等構(gòu)成反向輸出電壓調(diào)整回路。
工作原理與第一個(gè)實(shí)施例基本相同，這里不再重復(fù)。
圖3為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例工作原理圖。
如圖所示，負(fù)載(2)、電流檢測電阻RI(3)、電壓調(diào)整單元(4)、電容(24)等構(gòu)成正向輸出電壓調(diào)整回路。負(fù)載(2)、電流檢測電阻RI(3)、電壓調(diào)整單元(5)、二極管D6等構(gòu)成反向輸出電壓調(diào)整回路。
在本實(shí)施例中，反向輸出電壓調(diào)整回路沒有包括一個(gè)電壓源，因而不能主動(dòng)輸出一個(gè)負(fù)電壓。其余部分工作原理與第一個(gè)實(shí)施例基本相同，這里不再重復(fù)。
在圖1、圖2與圖3中，電壓調(diào)整單元(4)與(5)由雙極型三極管構(gòu)成，也可以由場效應(yīng)晶體管或IGBT等構(gòu)成。反饋控制電路由運(yùn)算放大器、電阻電容等構(gòu)成，也可以選用單片機(jī)來控制。圖2中的開關(guān)(19)、開關(guān)(20)可以由繼電器的觸點(diǎn)構(gòu)成，也可以選用半導(dǎo)體功率元件構(gòu)成。
本發(fā)明特別適用于電池充放電測試，為方便使用，還增加了一個(gè)定時(shí)器。該定時(shí)器可以自動(dòng)控制和記錄電池的充電時(shí)間及電池的放電時(shí)間。下面以一個(gè)12V4.5Ah的鎳鉻電池為例，具體說明定時(shí)器的功能及用法。
充電時(shí)，將功能選擇開關(guān)(18)撥到CC、CV模式，將輸出電壓調(diào)到15V以上，充電電流(即輸出電流)設(shè)定為1A，定時(shí)時(shí)間設(shè)定為7小時(shí)；接上電池，即開始充電。當(dāng)充電時(shí)間滿7小時(shí)，自動(dòng)停止充電。
放電時(shí)，功能選擇開關(guān)(18)繼續(xù)保持CC、CV模式，斷開電池，將輸出電壓調(diào)到10V，放電電流(即輸出電流)設(shè)定到需要的值，接通電池，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器；電池放電開始。當(dāng)電池的端電壓降到10V時(shí)，穩(wěn)壓電源從恒流狀態(tài)進(jìn)入恒壓狀態(tài)，定時(shí)器停止計(jì)時(shí)。此時(shí)定時(shí)器的讀數(shù)就是電池的放電時(shí)間。
圖4、圖5為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例在恒壓恒流模式運(yùn)行時(shí)輸出電壓對(duì)輸出電流的關(guān)系曲線圖。具體的運(yùn)行方式是這樣的1.給定的輸出電壓為C(C＞0)，給定的最大正向輸出電流為A(A＞0)，給定的最大反向輸出電流為-B(B＞0)。如圖4。
當(dāng)穩(wěn)壓電源的輸出端帶一個(gè)吸收電流的負(fù)載時(shí)，正向輸出電壓調(diào)整回路開始工作。此時(shí)，如輸出電流小于A，那么輸出電壓是穩(wěn)定的，其數(shù)值為C；加大負(fù)載，使輸出電流等于A，繼續(xù)加大負(fù)載，輸出電流不再增加，其值恒定為A，輸出電壓不穩(wěn)壓，其值小于C。
當(dāng)穩(wěn)壓電源的輸出端帶一個(gè)倒灌電流的負(fù)載時(shí)，反向輸出電壓調(diào)整回路開始工作。此時(shí)，如輸出電流大于-B，那么輸出電壓是穩(wěn)定的，其數(shù)值為C；加大負(fù)載，使輸出電流等于-B，繼續(xù)加大負(fù)載，輸出電流不再減小，其值恒定為-B，輸出電壓不穩(wěn)壓，其值大于C。
2.給定的輸出電壓為-C(C＞0)，給定的最大正向輸出電流為A(A＞0)，給定的最大反向輸出電流為-B(B＞0)。如圖5。
當(dāng)穩(wěn)壓電源的輸出端帶一個(gè)吸收電流的負(fù)載時(shí)，反向輸出電壓調(diào)整回路開始工作。此時(shí)，如輸出電流大于-B，那么輸出電壓是穩(wěn)定的，其數(shù)值為-C；加大負(fù)載，使輸出電流等于-B，繼續(xù)加大負(fù)載，輸出電流不再減小，其值恒定為-B，輸出電壓不穩(wěn)壓，其值大于-C。
當(dāng)穩(wěn)壓電源的輸出端帶一個(gè)倒灌電流的負(fù)載時(shí)，正向輸出電壓調(diào)整回路開始工作。此時(shí)，如輸出電流小于A，那么輸出電壓是穩(wěn)定的，其數(shù)值為-C；加大負(fù)載，使輸出電流等于A，繼續(xù)加大負(fù)載，輸出電流不再增加，其值恒定為A，輸出電壓不穩(wěn)壓，其值小于-C。
具有上述功能的電路裝置，既是一臺(tái)直流穩(wěn)壓電源又是一臺(tái)直流電子負(fù)載，在帶有倒灌電流的負(fù)載時(shí)，尤其在電池充放電實(shí)驗(yàn)時(shí)，可發(fā)揮出極大的優(yōu)越性。
權(quán)利要求
1.一種直流穩(wěn)壓電源裝置和/或一種直流電子負(fù)載裝置，由變壓器、電路板、顯示表頭、控制面板、機(jī)箱等組成。輸出端可以輸出穩(wěn)定的直流電壓、穩(wěn)定的直流電流，和/或輸出端可以模擬恒電壓負(fù)載、恒電流負(fù)載、純電阻負(fù)載等。其特征在于還有至少一組可控整流橋，使得輸出端吸收的能量可以回饋至電網(wǎng)。
2.一種直流穩(wěn)壓電源裝置和/或一種直流電子負(fù)載裝置，由變壓器、電路板、顯示表頭、控制面板、機(jī)箱等組成。輸出端可以輸出穩(wěn)定的直流電壓、穩(wěn)定的直流電流，和/或輸出端可以模擬恒電壓負(fù)載、恒電流負(fù)載、純電阻負(fù)載等。其特征在于還有至少一條正向輸出調(diào)整回路和至少一條反向輸出調(diào)整回路，使得輸出電流、輸出電壓可以運(yùn)行在I和/或II和/或III和/或IV象限。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路裝置，其特征在于還有一個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器可以控制電路裝置的輸出，定時(shí)器可以記錄輸出端從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)的時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種既具有直流穩(wěn)壓電源功能又具有直流電子負(fù)載功能的電路裝置，即一種四象限直流穩(wěn)壓電源?，F(xiàn)有的直流穩(wěn)壓電源，其輸出電流是單方向的，當(dāng)帶一個(gè)有倒灌電流的負(fù)載時(shí)，不能吸收倒灌入的電流；現(xiàn)有的直流電子負(fù)載不具備直流穩(wěn)壓電源的功能，且從輸出端吸收的電能不能回饋至電網(wǎng)。本發(fā)明提出了直流穩(wěn)壓電源四象限運(yùn)行的概念，其主要特征為主回路部分除有正向輸出電壓調(diào)整回路外，還增加了反向輸出電壓調(diào)整回路，使得穩(wěn)壓電源具有吸收倒灌入的電流的能力；還增加了一個(gè)可控整流橋，使得從輸出端吸收的電能能回饋至電網(wǎng)。具有上述功能的電路裝置，既是一臺(tái)直流穩(wěn)壓電源又是一臺(tái)直流電子負(fù)載，且具有顯著的節(jié)能效果。
文檔編號(hào)G05F1/10GK1417657SQ0114322
公開日2003年5月14日 申請(qǐng)日期2001年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月10日
發(fā)明者陳家正, 羅曉苑 申請(qǐng)人:陳家正