技术领域
[0001] 本发明涉及测试技术领域，特别是涉及一种电子负载。
相关背景技术
[0002] 随着电动汽车的快速普及，充电桩已经越来越普及。为了确保充电桩各项功能正常，在出厂前都需要对充电桩进行严格的测试，如恒压以及恒流等测试。传统的电子负载都是电阻型负载，需要测试人员不断去调节负载以满足充电桩等电源设备的测试要求，很不方便测试。
具体实施方式
[0034] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0035] 本发明一实施例提供一种电子负载，用于与待测电源设备连接，作为待测电源设备的负载。待测电源设备可以包括充电桩、开关电源、线性电源、UPS电源、电池以及充电器等等需要进行恒流功能测试以及恒压功能测试的设备等。本实施例中以充电桩为例进行说明。
[0036] 图1为一实施例中的电子负载的原理框图。参见图1，该电子负载包括负载单元110、电压采样单元120、电流采样单元130、负载调节单元140以及控制单元150。
[0037] 负载单元110用于与待测电源设备90连接，作为待测电源设备90的负载。电压采样单元120用于采集待测电源设备90的输出电压作为采样电压Vs。电流采样单元130则用于采集流经待测电源设备90的输出电流作为第一采样电流Is，并同时采集负载单元110中的储能元件上的电流作为第二采样电流Il。负载调节单元140分别与负载单元110、电压采样单元120以及电流采样单元130连接。负载调节单元140还与控制单元150连接。控制单元150用于接收模式切换指令，并根据模式切换指令对电流参考值Iset以及电压参考值Vset进行调节后输出给负载调节单元140。负载调节单元140接收电流参考值Iset、第一采样电流Il、第二采样电流Is、电压参考值Vset以及采样电压Vs，并根据其生成调制信号。该调制信号用于对负载单元110进行调节实现对待测电源设备90的输出控制。例如在恒流模式切换指令下，调制信号用于控制负载单元110侧的电流恒定，以实现对待测电源设备90的输出电流的恒定控制。
[0038] 上述电子负载可以通过控制单元150根据模式切换指令来对电流参考值Iset、电压参考值Vset进行调节，从而使得负载调节单元140可以根据调节后的电流参考值Iset、电压参考值Vset以及采样得到的采样电压Vs、第一采样电流Is以及第二采样电流Il来生成调制信号以对负载单元110进行调节从而实现对待测电源设备90的输出控制，从而满足待测电源设备90的测试要求，具有较好的便利性。
[0039] 在一实施例中，负载单元110的结构框图如图2所示。负载单元110包括滤波电路112、模拟负载电路114以及能量回馈电路116。其中，模拟负载电路114的两端通过滤波电路
112与待测电源设备90连接。而模拟负载电路114还与能量回馈电路116连接。能量回馈电路
116的输出端还与市电连接。能量回馈电路116用于将电子负载的产生的能量转换为电能回馈至电网。因此，本实施例中的电子负载也可以称之为回馈型电子负载。回馈型电子负载通过将电能回馈至电网重复利用，相对于传统的电阻型负载而言，大大节约了能源，避免了能源的浪费。此时，电流采样单元130采集模拟负载电路114的储能元件上的电流，作为第二采样电流Il。在其他的实施例中，也可以将滤波电路112和模拟负载电路114作为一个整体。
[0040] 在一具体实施例中，模拟负载电路114采用电感式DC-DC升压电路，滤波电路112采用滤波电容C2，如图3所示。此时，储能元件为储能电感L。能量回馈电路116则采用DC-AC电路。因此，第二采样电流也即为电感L上流经的电流Il。在一实施例中，DC-DC以及DC-AC都是双向的，可以满足充电桩200V到750V的宽电压范围的测试需求。前级DC-DC电路启动后会将待测电源设备90输出的电压升高作为DC-AC的输入。DC-AC用于并网并将能量回馈至电网，达到回馈电网的目的。DC-DC电路能够根据充电桩的输出动态调节DC-DC电路的输出电压，也即DC-AC的输入电压。具体地，DC-DC电路可以采用线性调节的方式，在充电桩输出的最低、最高电压对应满足DC-AC需要的电压值。例如，充电桩的测试电压是200V到750V，将对应的DC-DC电路的输出电压设置为550V到800V，电压升高的关系设置如下：
[0041] Vout＝0.4545Vc+459。
[0042] 其中，Vout为DC-DC电路的输出电压，Vc为充电桩的输出电压(也即采样电压)，这样的话，充电桩的输出电压为200V时，DC-DC电路的输出电压为550V；充电桩的输出电压为750V时，DC-DC电路的输出电压为800V。
[0043] 在一实施例中，负载调节单元140包括电压环电路210、电流外环电路220、选择电路230、电流内环电路240以及脉冲宽度调制电路(PWM调制电路)250，如图4所示。其中，电压环电路210用于根据电压参考值Vset和采样电压Vs之间的误差信号生成电压控制量给选择电路230。电流外环电路220则用于根据电流参考值Iset和第一采样电流Is之间的误差信号生成电流控制量输出给选择电路230。选择电路230则用于选取电压环电路210和电流外环电路220输出的控制量中最小控制量并作为电流内环电路240的电流给定值Ilref。电流内环电路240用于根据该电流给定值Ilref与第二采样电流Il之间的误差信号生成控制信号。PWM调制电路250用于根据该控制信号生成调制信号以对DC-DC电路中的功率管进行控制，实现对DC-DC电路中的电流以及电压的控制，进而最终实现对待测电源设备90的恒压或者恒流控制。
[0044] 在本实施例中，电压环电路210、电流外环电路220以及电流内环电路240均具有相同的电路结构，具体如图5所示。下面以电压外环电路210为例进行说明。电压外环电路210包括依次相连的减法器212和比例积分调节器(PI调节器)214。其中，减法器212的一个输入端与电压采样单元120连接，另一个输入端则与控制单元150连接。减法器212接收电压采样单元120输出的采样电压Vs以及控制单元150输出的电压参考值Vset。减法器212用于将电压参考值Vset减去采样电压Vs获得二者之间的误差信号后输入至PI调节器214中。PI调节器214用于对减法器212生成的误差信号进行线性调节得到电压控制量。电流外环电路220同样会根据电流参考值Iset和第一采样电流Is形成电流控制量。
[0045] 在本实施例中，模式切换指令包括恒流模式切换指令和恒压模式切换指令。模式切换指令可以由用户通过鼠标、键盘、触控键盘、语音识别等设备进行输入。恒流模式切换指令是指控制待测电源设备90处于恒流模式，因此其目标恒定参数为电流。恒压模式切换指令是指控制待测电源设备90处于恒压模式，因此其目标恒定参数为电压。控制单元150在接收到恒流模式切换指令后，将目标恒定参数也即电流调整至目标恒定值后，再将其他参数(此时为电压)调整为最额定值。因此，电压调整为额定值后，电压环电路210就会逐渐趋于饱和，此时只有电流外环电路220起作用，进而达到恒定待测电源设备90的输出电流的目的。控制单元150在接收到恒压模式切换指令后，将目标恒定参数也即电压调整为目标恒定值后，再将其他参数(此时为电流)调整为额定值。因此，电流调整为额定值后，电流外环电路220就会逐渐趋于饱和，此时只有电压环电路210起作用，进而达到恒定待测电源设备90的输出电压的目的。
[0046] 在一实施例中，还包括功率采样单元。功率采样单元用于采集待测电源设备90的输出功率。在一实施例中，功率采样单元分别与电流采样单元130和电压采样单元120连接，从而直接利用电流采样单元130采集得到的第一采样电流Is以及电压采样单元120采集到的采样电压Vs计算得到采样功率Ps。此时，负载调节单元140还包括功率环电路260，如图4所示。功率环电路260分别与功率采样单元、控制单元150以及选择电路230连接。功率环电路260用于接收控制单元150输出的功率参考值Pset和采样功率Ps之间的误差信号生成功率控制量后输出给选择电路230进行选择。功率环电路260和电压环电路210以及电流外环电路220具有相同的电路结构，如图5所示，此处不赘述。
[0047] 在本实施例中，模式切换指令还包括恒功率模式切换指令。恒功率模式切换指令用于控制待测电源设备的输出功率恒定。当控制单元150接收到恒功率模式切换指令时，控制功率参考值至目标恒定值后再将其他参数(此时包括电流和电压)调整至额定值。因此，电压环电路210和电流外环电路220均会逐渐趋于饱和，此时只有功率环电路260起作用，进而达到恒定待测电源设备90的输出功率的目的。控制单元150在接收到恒流或者恒压模式切换指令时，会将电流参考值或者电压参考值调整为目标值后再将其他参数均调整至额定值。通过先将目标恒定参数调整至目标值，再将其他参数调整至额定值，可以避免参数调整过程中负载功率过大超过待测电源设备90的最大功率的情况发生。
[0048] 在一实施例中，模式切换指令还包括老化测试模式指令。老化测试模式指令是指待测电源设备处于老化测试模式，也即电子负载作为待测电源设备老化测试过程中的负载。控制单元150可以在接收到老化测试模式指令后，将电流参考值Iset、电压参考值Vset以及功率参考值Pset设置为额定值以控制电子负载进入最大功率跟踪模式。或者控制单元150可以在监测到采样电压的瞬间压降Vdroop大于预设值时控制电子负载进入最大功率跟踪模式，从而对最大功率点进行跟踪来寻求最大功率值，进而确保待测电源设备90在功率最大点老化。具体地，当待测电源设备为充电桩时，其外特性曲线如图7所示。图7中以一个额定电压750V、额定电流20A，额定功率15KW的充电桩模式为例，其最大电流为22A。开机时，充电桩可以维持电压在750V，随着负载加大，输出电流、功率增加。当负载功率超过充电桩的功率时，会出现两种情况，一是将充电桩输出电压拉低，维持在另一个较低电压点，功率下降。再就是就直接将充电桩输出拉跨，告警关机。因此，根据输出特性，在小功率阶段是一段恒压过程，如果电压突然电压突降了一定的值Vdroop，则认为是负载功率过大，超过了充电桩的最大功率，这时进入到功率最大跟踪的模式中，并形成功率跟踪模式标志。在本实施例中，预设值Vdroop设置为Vdroop＝(12+Vdc×0.025)V，Vdc是充电桩的额定电压，当下降了Vdroop时就强行进入到功率跟踪模式中。
[0049] 在一实施例中，采用电流扰动的方法来进行最大功率点跟踪。控制单元150在电子负载进入最大功率跟踪模式后每预设周期执行如图6所示的步骤。在本实施例中，预设周期为20ms，在其他的实施例中，预设周期也可以根据需要设置。图6包括以下步骤：
[0050] 步骤S310，获取当前时刻的采样功率作为第二功率。
[0051] 第二功率P1可以通过功率采样单元来获得。电子负载中还可以设置有存储设备来存储每次采集到的采样功率。
[0052] 步骤S320，获取上一周期的采样功率作为第一功率。
[0053] 上一周期的采样功率可以直接从存储设备中进行读取。当无法读取到上一周期的采样功率时，将第一功率设置为0，也即第一功率P0的默认值为0。
[0054] 步骤S330，判断第二功率是否大于第一功率。
[0055] 第二功率P1大于第一功率P0时表示功率随时间而增大，则执行步骤S340，反之执行步骤S370。
[0056] 步骤S340，判断电流扰动方向是否为正。
[0057] 在一实施例中，电流扰动方向Idir的值为0或者1。当电流扰动方向为正时，Idir为0，电流扰动方向为负时，Idir为1。判断电流扰动方向为正还是为负，实际上就是判断Idir是否等于0的一个过程。当Idir等于0时，表示电流扰动方向为正，则执行步骤S350，否则执行步骤S360。
[0058] 步骤S350，将最大功率电流设置值增加电流扰动步长，将电流扰动方向设置为正。
[0059] 由于第二功率P1大于第一功率P0，且电流扰动方向为正，此时继续增大最大功率电流设置值Imppset以确定出最大功率点，同时将电流扰动方向设置为正。最大功率电流设置值Imppset作为老化测试模式下的电流参考值Iset。
[0060] 步骤S360，将最大功率电流设置值减去电流扰动步长，将电流扰动方向设置为负。
[0061] 步骤S370，判断电流扰动方向是否为正。
[0062] 当Idir等于0时，表示电流扰动方向为正，则执行步骤S380，否则执行步骤S390。
[0063] 步骤S380，将最大功率电流设置值减去电流扰动步长，将电流扰动方向设置为负。
[0064] 步骤S390，将最大功率电流设置值增加电流扰动步长，将电流扰动方向设置为正。
[0065] 通过上述方法，电子负载会在进入功率最大跟踪模式后，记录当前电流下对应的功率值，通过扰动电流(此时为正向扰动)，扰动后在记录功率值，通过比较这两个功率的大小，当功率时增大时，则继续增大电流，当功率减小时则减小电流，不断的通过电流的调节来寻找最大功率值。当扰动电流为负向扰动时，则需要做相反的处理，也即减小电流来寻找最大功率值，使得待测电源设备的功率最大输出，达到最优的老化工况。在这个调节过程中，电流和电压都不会将其限定在额定值或者目标恒定值。
[0066] 在一实施例中，控制单元在对各参数的参考值进行调整的过程中并不会对某个参数进行突升或者突降，而是会以一定的调节速率来进行调节。参数的调节速率可以根据需要进行设定，例如可以将电压更新速率为100V/s，也即每0.1V/ms，所以每经过1ms，电压给定值Vset就改变0.1V。可以以相同的方法来设置电流参考值和功率参考值。调节速率可以由用户手动设置，也可以由系统默认设置。
[0067] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0068] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
