全文摘要
本实用新型涉及电源技术，具体涉及一种变流器负载试验中的能量回馈装置，包括系统供电输入端、辅助电源、第一变流器、第二变流器、第一电压电流采样电路、第二电压电流采样电路、FPGA、人机交互系统；辅助电源输入端连接系统供电输入端，其输出端为供电端；第一变流器输入端连接系统供电输入端，其输出端连接电第一压电流采样电路和第二变流器；第一电压电流采样电路输出端连接FPGA；第二变流器的输出端连接第一变流器的输入端和第二电压电流采样电路，第二电压电流采样电路输出端连接FPGA；FPGA输出控制信号输送到第一变流器和第二变流器；人机交互系统与FPGA相连。该装置输出正弦波质量好效率高，负载调整率和电压调整率低，能够实现良好的人机交互。
主设计要求
1.一种变流器负载试验中的能量回馈装置，其特征是，包括系统供电输入端、辅助电源、第一变流器、第二变流器、第一电压电流采样电路、第二电压电流采样电路、FPGA、人机交互系统；辅助电源输入端连接系统供电输入端，其输出端为供电端；第一变流器输入端连接系统供电输入端，其输出端连接电第一压电流采样电路和第二变流器；第一电压电流采样电路输出端连接FPGA；第二变流器的输出端连接第一变流器的输入端和第二电压电流采样电路，第二电压电流采样电路输出端连接FPGA；FPGA输出控制信号输送到第一变流器和第二变流器；人机交互系统与FPGA相连。
设计方案
1.一种变流器负载试验中的能量回馈装置，其特征是，包括系统供电输入端、辅助电源、第一变流器、第二变流器、第一电压电流采样电路、第二电压电流采样电路、FPGA、人机交互系统；辅助电源输入端连接系统供电输入端，其输出端为供电端；第一变流器输入端连接系统供电输入端，其输出端连接电第一压电流采样电路和第二变流器；第一电压电流采样电路输出端连接FPGA；第二变流器的输出端连接第一变流器的输入端和第二电压电流采样电路，第二电压电流采样电路输出端连接FPGA；FPGA输出控制信号输送到第一变流器和第二变流器；人机交互系统与FPGA相连。
2.如权利要求1所述的变流器负载试验中的能量回馈装置，其特征是，辅助电源包括降压转换器LT8631、集成降压芯片TPS5430、低压降线性稳压器LM1117和电压转换器LM2663；系统供电输入端输入40V直流电压经降压转换器LT8631后得9V直流电压，9V直流电压经集成降压芯片TPS5430后得到5V直流电压，5V直流电压经低压降线性稳压器LM1117和电压转换器LM2663分别得到3.3V和-5V直流电压。
3.如权利要求2所述的变流器负载试验中的能量回馈装置，其特征是，第一变流器为第一MOS管驱动电路、第一全桥电路、LC滤波器组成的全桥逆变电路；第一MOS管驱动电路包括第一驱动器UCC27211和第二驱动器UCC27211及外围电路，第一全桥电路采用第一、第二、第三、第四MOS管CSD19536替代整流二极管；9V直流电压为第一驱动器UCC27211和第二驱动器UCC27211供电。
4.如权利要求2所述的变流器负载试验中的能量回馈装置，其特征是，第二变流器包括第二全桥电路、第二MOS管驱动电路组成的PWM整流电路；第二全桥电路选用第五、第六、第七、第八MOS管CSD19536替代整流二极管；第二MOS管驱动电路包括第三、第四驱动器UCC27211及外围电路；9V直流电压为第三、第四驱动器UCC27211供电。
5.如权利要求2所述的变流器负载试验中的能量回馈装置，其特征是，第一电压电流采样电路包括交流电压互感器TV1013、交流电流互感器TA1013、AD芯片TLC3578、三阶有源低通滤波电路和基准电压源芯片REF5040；交流电压互感器TV1013、交流电流互感器TA1013均与三阶有源低通滤波电路连接，三阶有源低通滤波电路连接AD芯片TLC3578，AD芯片TLC3578与基准电压源芯片REF5040连接；三阶有源低通滤波电路包括第一、第二、第三、第四运算放大器OPA2227及外围电路；3.3V直流电压为AD芯片TLC3578供电，±5V直流电压为三阶有源低通滤波电路上的第二、第四运算放大器OPA2227供电。
6.如权利要求2所述的变流器负载试验中的能量回馈装置，其特征是，第二电压电流采样电路包括电压采样和电流采样，电压采样由输出电压直接分压，电流采样包括运算放大器OPA118组成的射极跟随器、RC滤波和AD转换器ADS1118，运算放大器OPA118组成的射极跟随器连接RC滤波，RC滤波与AD转换器ADS1118连接，AD转换器ADS1118与FPGA连接；5V直流电压为运算放大器OPA118供电，3.3V直流电压为AD转换器ADS1118供电。
7.如权利要求1所述的变流器负载试验中的能量回馈装置，其特征是，人机交互系统包括OLED显示屏和4*4矩阵扫描键盘，OLED显示屏通过SPI接口与FPGA的Nios II软核相连接，4*4矩阵扫描键盘与其IO口相连接。
8.如权利要求2所述的变流器负载试验中的能量回馈装置，其特征是，FPGA输出SPWM波控制第一变流器进行DC-AC变换，输出PWM波控制第二变流器进行AC-DC变换；5V直流电压为FPGA供电。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于电源技术领域，尤其涉及一种变流器负载试验中的能量回馈装置。
背景技术
随着汽车、电机、电源、通讯以及电力电子技术的迅速发展，各种充电器、汽车、电机、通讯电源，开关电源、整流柜、不间断电源(UPS)等得到广泛应用。以上产品生产完成后需要通过一些实验验证产品是否合格，使用负载模拟测试产品的可靠性、输出输入特性是必不可少的环节。
传统的试验方法是采用电阻箱和水阻试验台作为负载，这类电阻性负载存在很多不足，电阻阻值变化的连续性和负载变化灵活性形式的要求是电阻通常采用有级性变化难以满足的；在许多实际应用中，由于传统负载的形式比较单一，不能满足测试动态变化的要求，比如在功率消耗，时间，温度，频率的函数变化，又比如不能满足测试恒压、恒流、恒阻、变化的功率因素或者负载的非线性形式等动态的变化的要求。复杂的动态负载形式是静态的传统负载所不能模拟的。长时间大功率、大电流测试环境下，由于电阻的功率普遍较小，电阻易烧坏；老化所消耗的能量都以热量的形式被电阻消耗，给散热系统带来很大的累赘，这样负载的体积将会很大，因此而增加硬件成本，不宜搬运，由于散热系统的限制，电阻负载在大功率测试场合将很难应用。总之存在耗能大、体积大、有级调节、功能单一和不能通讯等缺点；普通的直流电子负载也存在着耗能的问题。可见，传统的电阻性负载与普通的直流电子负载已不能满足现代工业企业的需要，更不符合国家节能减排的政策。
变流器负载的能量回馈装置是当前发展的新型电子负载，它可以使电子负载吸收的电能最大程度的循环利用，大大降低了老化成本，也顺应了当今社会节能环保的国策，因此有着广泛的应用前景。变流器负载的能量回馈装置是一种用于测试DC-AC电源性能的新型电力电子装置，将测试的交流电源老化的能量AC-DC成直流回馈直流输入，使电能再生循环利用，节省能源，又减少热量排放，改善环境，达到测试、节能与减排的多重目的。
但是市面上的变流器负载的能量回馈装置在AC-DC变换后，没有矫正功率因素而影响了前级DC-AC变换，使得输出的交流波形畸变，从而无法测试DC-AC电源的质量，限制了它的推广应用。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种变流器输出正弦波，具有能量回馈、人机交互良好的变流器负载的能量回馈装置。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种变流器负载试验中的能量回馈装置，包括系统供电输入端、辅助电源、第一变流器、第二变流器、第一电压电流采样电路、第二电压电流采样电路、FPGA、人机交互系统；辅助电源输入端连接系统供电输入端，其输出端为供电端；第一变流器输入端连接系统供电输入端，其输出端连接电第一压电流采样电路和第二变流器；第一电压电流采样电路输出端连接FPGA；第二变流器的输出端连接第一变流器的输入端和第二电压电流采样电路，第二电压电流采样电路输出端连接FPGA；FPGA输出控制信号输送到第一变流器和第二变流器；人机交互系统与FPGA相连。
在上述的变流器负载试验中的能量回馈装置中，辅助电源包括降压转换器LT8631、集成降压芯片TPS5430、低压降线性稳压器LM1117和电压转换器LM2663；系统供电输入端输入40V直流电压经降压转换器LT8631后得9V直流电压，9V直流电压经集成降压芯片TPS5430后得到5V直流电压，5V直流电压经低压降线性稳压器LM1117和电压转换器LM2663分别得到3.3V和-5V直流电压。
在上述的变流器负载试验中的能量回馈装置中，第一变流器为第一MOS管驱动电路、第一全桥电路、LC滤波器组成的全桥逆变电路；第一MOS管驱动电路包括第一驱动器UCC27211和第二驱动器UCC27211及外围电路，第一全桥电路采用第一、第二、第三、第四MOS管CSD19536替代整流二极管；9V直流电压为第一驱动器UCC27211和第二驱动器UCC27211供电。
在上述的变流器负载试验中的能量回馈装置中，第二变流器包括第二全桥电路、第二MOS管驱动电路组成的PWM整流电路；第二全桥电路选用第五、第六、第七、第八MOS管CSD19536替代整流二极管；第二MOS管驱动电路包括第三、第四驱动器UCC27211及外围电路；9V直流电压为第三、第四驱动器UCC27211供电。
在上述的变流器负载试验中的能量回馈装置中，第一电压电流采样电路包括交流电压互感器TV1013、交流电流互感器TA1013、AD芯片TLC3578、三阶有源低通滤波电路和基准电压源芯片REF5040；交流电压互感器TV1013、交流电流互感器TA1013均与三阶有源低通滤波电路连接，三阶有源低通滤波电路连接AD芯片TLC3578，AD芯片TLC3578与基准电压源芯片REF5040连接；三阶有源低通滤波电路包括第一、第二、第三、第四运算放大器OPA2227及外围电路；3.3V直流电压为AD芯片TLC3578供电，±5V直流电压为三阶有源低通滤波电路上的第二、第四运算放大器OPA2227供电。
在上述的变流器负载试验中的能量回馈装置中，第二电压电流采样电路包括电压采样和电流采样，电压采样由输出电压直接分压，电流采样包括运算放大器OPA118组成的射极跟随器、RC滤波和AD转换器ADS1118，运算放大器OPA118组成的射极跟随器连接RC滤波，RC滤波与AD转换器ADS1118连接，AD转换器ADS1118与FPGA连接；5V直流电压为运算放大器OPA118供电，3.3V直流电压为AD转换器ADS1118供电。
在上述的变流器负载试验中的能量回馈装置中，人机交互系统包括OLED显示屏和4*4矩阵扫描键盘，OLED显示屏通过SPI接口与FPGA的Nios II软核相连接，4*4矩阵扫描键盘与其IO口相连接。
在上述的变流器负载试验中的能量回馈装置中，FPGA输出SPWM波控制第一变流器进行DC-AC变换，输出PWM波控制第二变流器进行AC-DC变换；5V直流电压为FPGA供电。
本实用新型的有益效果：第一变流器输出50Hz、25V±0.25V、2A的单相正弦交流电，第二变流器采用PWM整流调整功率因数以保证第一变流器输出正弦波的质量，当第一变流器输出电流2A时，直流电源输出功率小于7W。并且可通过键盘输入设置交流频率20-100HZ，步进1Hz；通过OLED屏幕实时显示系统工作参数，人机交互良好。输出的正弦波质量好、效率高、负载调整率和电压调整率低、输出频率20-100Hz按键可调，并能实现能量回馈。
附图说明
图1为本实用新型一个实施例的结构示意图；
图2为本实用新型一个实施例的第一变流器电路图；
图3为本实用新型一个实施例的第二变流器电路图；
图4为本实用新型一个实施例的第一电压电流采样电路图；
图5为本实用新型一个实施例的第二电压采样电路图；
图6为本实用新型一个实施例的辅助电源电路图；
图7为本实用新型一个实施例的人机交互系统示意图；
其中，1-系统供电输入端、2-辅助电源、3-第一变流器、4-第二变流器、5-第一电压电流采样电路、6-第二电压电流采样电路、7-FPGA、8-人机交互系统；
21-降压转换器LT8631、22-集成降压芯片TPS5430、23-低压降线性稳压器LM1117、24-电压转换器LM2663；
31-第一MOS管驱动电路、32-第一全桥电路、33-LC滤波器，3101-第一驱动器UCC27211、3102-第二驱动器UCC27211、3201-第一MOS管CSD19536、3202-第二MOS管CSD19536、3203-第三MOS管CSD19536、3204-第四MOS管CSD19536；
41-第二全桥电路、42-第二MOS管驱动电路，4101-第五MOS管CSD19536、4102-第六MOS管CSD19536、4103-第七MOS管CSD19536、4104-第八MOS管CSD19536，4201-第三驱动器UCC27211、4202-第四驱动器UCC27211；
51-交流电压互感器TV1013、52-交流电流互感器TA1013、53-三阶有源低通滤波电路、54-AD芯片TLC3578、55-基准电压源芯片REF5040；
61-运算放大器OPA118组成的射极跟随器、62-AD转换器ADS1118；
81-OLED显示屏、82-4*4矩阵扫描键盘。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细描述。
如图1所示，本实施例通过以下技术方案来实现，一种新型变流器负载试验中的能量回馈装置，包括系统供电输入端1、辅助电源2、第一变流器3、第二变流器4、第一电压电流采样电路5、第二电压电流采样电路6、FPGA 7、人机交互系统8；辅助电源2的输入端连接系统供电输入端1，其输出端分别连接各芯片的供电端；第一变流器3的输入端连接系统供电输入端，其输出端连接第一电压电流采样电路5和第二变流器4；第一电压电流采样电路5输出端连接FPGA 7；第二变流器2的输出端连接第一变流器3的输入端和第二电压电流采样电路6，第二电压电流采样电路2输出端连接FPGA 7；FPGA 7输出控制信号到第一变流器3和第二变流器4；人机交互系统8与FPGA 7相连。
如图2所示，第一变流器3为第一MOS管驱动电路31、第一全桥电路32、LC滤波器33组成的全桥逆变电路。驱动使用低损耗的第一驱动器UCC27211 3101，第二驱动器UCC272113102，使用低损耗开关速度快的第一MOS管CSD19536 3201第二MOS管CSD195363201 3202，第三MOS管CSD195363201 3203，第四MOS管CSD195363201 3204替代整流二极管。
如图3所示，第二变流器4为第二全桥电路41、第二MOS管驱动电路42组成的PWM整流电路。驱动使用低损耗的第三驱动器UCC27211 4201，第四驱动器UCC27211 4202，使用低损耗开关速度快的第五MOS管CSD19536 4101，第六MOS管CSD19536 4102，第七MOS管CSD19536 4103，第八MOS管CSD19536 4104替代整流二极管。
如图4所示，第一电压电流采样电路1使用交流电压互感器TV101351和交流电流互感器TA101352，将输出电压、电流互感为可供AD芯片TLC3578 54采样的弱电压信号。该信号先经过由OPA2227构成三阶有源低通滤波电路53滤除高次谐波，最后输入AD芯片TLC357854使用基准电压源芯片REF5040 55为芯片提供高精度低噪低漂的基准电压。
如图5所示，第二电压采样电路2的电压采样由输出电压直接分压，经过高精度运算放大器OPA118组成的射极跟随器61和RC滤波后输入ADS111862，然后将AD转换得到得数据传给FPGA 7。
如图6所示，辅助电源电路2由降压转换器LT8631 21，集成降压芯片TPS5430 22、低压降线性稳压器LM1117 23和电压转换器LM2663 24组成。系统输入的40V直流电压经降压转换器LT8631 21后得9V直流电压，9V直流电压经集成降压芯片TPS5430 22后得到5V直流电压，5V直流电压经低压降线性稳压器LM1117 23和电压转换器LM2663 24分别得到3.3V和-5V直流电压。9V电压给低损耗的驱动器第一驱动器UCC27211 3101，第二驱动器UCC27211 3102，第三驱动器UCC27211 4201，第四驱动器UCC27211 4202供电，5V电压给高精度运算放大器OPA118组成的射极跟随器61和FPGA 7供电；3.3V电压给16位AD转换器ADS1118 62、14位和8通道的低功耗AD芯片TLC3578 53供电；±5V给三阶有源低通滤波电路53中的运算放大器OPA118供电。
如图7所示，人机交互系统8包括OLED显示屏81和4*4矩阵扫描键盘82，OLED显示屏81通过SPI接口与FPGA 7的Nios II软核相连接，4*4矩阵扫描键盘82与其IO口相连接，能实时监控第一变流器1输出电流和输出电压。
如图2、图3所示，FPGA7对接受到的数据进行处理后，输出SPWM波34控制第一变流器3进行DC-AC变换，输出脉宽调制比随控制算法改变的PWM波43控制第二变流器4进行AC-DC变换。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本实用新型的原理和实质。本实用新型的范围仅由所附权利要求书限定。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920018367.4
申请日:2019-01-04
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:83(武汉)
授权编号:CN209542733U
授权时间:20191025
主分类号:G01R 31/00
专利分类号:G01R31/00
范畴分类:31F;
申请人:武汉大学
第一申请人:武汉大学
申请人地址:430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山武汉大学
发明人:杨凌云;章赐龙;王梓遥;朱萌萌;张再兴;王永超
第一发明人:杨凌云
当前权利人:武汉大学
代理人:彭艳君
代理机构:42222
代理机构编号:武汉科皓知识产权代理事务所（特殊普通合伙）
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计