能量回馈型直流电子负载的研究

摘要

负载作为电源测试的必需品，它的发展与应用变得日益复杂化，传统的静态负载已很难满足测试需求。线性电子负载凭借高动态响应的优势，虽然得到广泛使用，但也受到功率等级的限制，且能量消耗很大。开关型电子负载可以实现能量回馈，符合国家节能减排的要求，并且提升了测试负载的功率等级。本文根据线性电子负载和开关型电子负载的优缺点，采用线性负载与开关型负载协同工作的方式，使其优势互补，提高电子负载的动态响应速度，并可实现能量回馈，提高负载效率，对输入电流纹波进行一定程度的补偿缩小。
　　本文对功率MOSFET作为线性电子负载进行研究，分析其工作原理并设计了具有高带宽运算放大器的驱动电路，使线性负载具有较高的动态响应。分析MOSFET等效模型及运算放大器环路稳定性，设计线性负载的补偿网络，确保线性电子负载单元工作的可靠性。在此基础上介绍多路线性负载并联的方式，拓宽线性负载的功率等级。各并联支路采用相互独立的驱动电路，可近一步提高线性电子负载的动态响应速度。
　　本文选取Switching-Boost开关型电子负载进行研究，分析其工作原理并计算拓扑参数。并基于输入滤波器的作用，可减小输入电流纹波。介绍变换器小信号建模分析，并对输入电流进行闭环补偿网络设计，提高负载模拟精度。同时该变换器具有较宽的输入电压范围，还可以实现能量回馈。
　　论文介绍了线性电子负载与开关型电子负载协同工作机理，分析电流镜采样电路，并设计线性负载基准值给定电路。通过控制线性负载电流，在负载切换时刻将线性负载投入使用，以此提高电子负载的动态响应速度。并在电路达到稳态时，控制线性负载电流呈三角波的形式，补偿输入电流纹波。同时设计了母线电压采样电路和配电开关驱动电路，使电子负载工作于安全的电压范围内。

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第1章 绪 论

1.1本文背景及研究的目的和意义

1.2电子负载国内外研究现状

1.3本文的主要研究内容

第2章 能馈型直流电子负载理论基础

2.1引言

2.2线性直流电子负载工作原理

2.3开关型直流电子负载工作原理

2.4开关型负载与线性负载协同工作

2.5本章小结

第3章 线性恒流型电子负载分析与设计

3.1引言

3.2线性电子负载方案设计

3.3线性负载仿真与实验结果分析

3.4线性电子负载动态性能提升

3.5本章小结

第4章 开关型直流电子负载分析与设计

4.1引言

4.2开关型负载DC-DC变换器拓扑选取

4.3 Switching-Boost变换器拓扑闭环设计

4.4开关型负载仿真与实验结果分析

4.5本章小结

第5章 线性负载与开关型负载协同工作设计

5.1引言

5.2提高电子负载动态响应控制器设计

5.3减小电子负载输入电流纹波设计

5.4仿真与实验结果分析

5.5本章小结

结论

参考文献

附录 实验电路照片

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