基于TMS320F28335的恒流型饋能式電子負載的設(shè)計

摘要：針對電源設(shè)備出廠老化測試電能浪費問題，設(shè)計了一種基于TMS320F28335DSP的恒流型饋能式電子負載描述了一種原邊帶箝位二極管的ZVS移相全橋變換器的工作特點，采用了一種簡便易行的移相波形數(shù)字控制方法；基于DC／DC電壓前饋、DC／AC電壓電流雙環(huán)控制方法，研制出一臺3．5 kW試驗樣機。實驗結(jié)果表明：該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、調(diào)節(jié)速度快，能很好地滿足測試老化及饋網(wǎng)要求。
關(guān)鍵詞：電子負載；移相全橋ZVS；箝位二極管；TMS320F28335

隨著電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，新能源及各種節(jié)能技術(shù)的快速涌入，各類電力電子產(chǎn)品特別是功率變換器層出不窮。顯然，傳統(tǒng)的電阻箱老化方法已無法滿足測試自動化及節(jié)能要求。電子負載作為一種測試電源設(shè)備性能指標的新型設(shè)備，因其具有節(jié)能、控制靈活、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，近年來，得到了國內(nèi)外學者的廣泛重視與深入研究。
目前，電子負載產(chǎn)品繁多，拓撲結(jié)構(gòu)也各種各樣。但普遍存在開關(guān)損耗大、電能利用率低、無法滿足隔離或饋網(wǎng)要求的缺陷，且市場上的電子負載大多適用于恒壓源的老化測試，無法應用于恒流源設(shè)備。
本文研制了一臺應用于恒流源設(shè)備放電測試的饋能式電子負載，該電子負載能對恒流源設(shè)備進行測試老化和逆變饋網(wǎng)，從而實現(xiàn)對電能的再生利用。隨著電動汽車的逐漸普及，車載充電機的需求量也會增加，該電子負載無疑具有廣闊的應用前景。
文中首先闡述了饋能型電子負載的基本原理，然后分別從硬件結(jié)構(gòu)和控制策略重點分析，最后給出了實驗參數(shù)與結(jié)果，驗證了本方案的可靠有效。

1 系統(tǒng)拓撲與工作原理
1．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
恒流型饋能式電子負載主電路如圖1所示，它主要包括DC／DC直流變換器和DC／AC逆變器。DC／DC變換器需要對車載充電機進行負載特性模擬，即模擬蓄電池的充電特性，將輸入恒流源轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的電壓源，并實現(xiàn)高頻隔離。它要同時級聯(lián)充電機與逆變器，是整個系統(tǒng)的核心與難點。DC／AC逆變器通過對電網(wǎng)進行同步檢測，將被測試電源輸出的能量無污染的回饋給電網(wǎng)。

大小。然后，通過線性光偶電壓采樣電路，檢測實際輸入電壓反饋值Ui，與設(shè)定值的偏差，送給PI環(huán)。最后，經(jīng)PWM調(diào)節(jié)器，當Ui>時，增大占空比；當Ui時，減小占空比。實現(xiàn)對占空比的調(diào)整，從而調(diào)節(jié)支撐電容的充放電時間，維持輸入電壓恒定。
在整個過程中，系統(tǒng)實時監(jiān)控充電機輸出電流Icc與全橋電路中電流Idc。若Icc恒定，則充電機測試合格。當Idc超過電流允許值時，PWM調(diào)節(jié)器會對pwm信號進行控制，維持系統(tǒng)的可靠運行。
與其他DC／DC控制方法不同的是，本實驗通過電壓前饋的方法，來實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定，實驗結(jié)果驗證了此方法的可行性。
2．2 DC／AC控制環(huán)
逆變環(huán)節(jié)采用雙環(huán)控制，外環(huán)為逆變器直流側(cè)電壓控制環(huán)，內(nèi)環(huán)為交流電流控制環(huán)。直流輸出電壓給定信和實際電壓值U0偏差值，交給PID調(diào)節(jié)器后輸出直流電流指令信號ImoIm和逆變器交流側(cè)輸入電網(wǎng)的電流幅值ia成正比，它與標準正弦波相乘后形成交流輸入電流的給定信號。與實際交流值ia的偏差值經(jīng)P比例放大后，再經(jīng)滯環(huán)控制得到spwm控制信號鎖相環(huán)PLL保證交流輸入電流的給定信號與電網(wǎng)電壓同步同相。

3 實驗結(jié)果及結(jié)論
3．1 實驗參數(shù)
本實驗以電動汽車車載充電機作為測試老化電源，其輸出電流恒定為8 A，直流電壓變化范隔為250～450 V。恒流式直流電子負載的主要參數(shù)如下：前級選用MOSFET SPW35N-60CFD雙管并聯(lián)，開關(guān)頻率為50 kHz：高頻變壓器參數(shù)：鐵氧體磁環(huán)，匝比1：1．5；整流二極管選用RHRG75120快恢復二極管；諧振電感Lr=12μH；隔直電容Cb=3μF；輸出濾波電感Lr=156μH；輸出濾波電容Cf=2 000μF。后級選用高頻開關(guān)管選用MOSFET SPW35N60CFD，頻率50 kHz，低頻50 Hz，選用IGBT G80D60；LCL濾波電路參數(shù)：L2=L3=680μH，Cf2=4μF。實驗結(jié)果表明，最大功率可達3．5 kW，工作效率約為88％，工作性能良好，且能實現(xiàn)全正弦回網(wǎng)。
3．2 基本波形
如圖5所示，當輸入電壓設(shè)定為250V，開關(guān)頻率為50kHz時的實驗波形。圖5(a)為功率管Q3驅(qū)動信號及漏板電壓波形，由圖可知Q3實現(xiàn)了零電壓開通與關(guān)斷。圖5(b)為變壓器原邊電壓及電流波形圖，對比理論波形圖圖2可知，電壓電流波形較理想。圖(c)為逆變器并網(wǎng)輸出側(cè)電壓電流波形圖。

4 結(jié)束語
文中基于TMS320F28335高精度數(shù)字控制，采用一種原邊帶箝位二極管ZVS移相全橋變換電路，級聯(lián)H橋逆變器的一種新型恒流型饋能式電子負載，經(jīng)車載充電機放電測試，驗證了數(shù)字控制系統(tǒng)實現(xiàn)的可行性，能可靠地實現(xiàn)軟開關(guān)，很好的實現(xiàn)并網(wǎng)目標。