专利名称：四象限直流稳压电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直流电子负载装置和一种直流稳压电源装置。尤其是一种由变压器、电路板、显示表头、控制面板、机箱等组成的具有模拟恒电压负载、恒电流负载、恒功率负载、纯电阻负载等功能的电路装置和一种由变压器、电路板、显示表头、控制面板、机箱等组成的具有输出稳定的直流电压、稳定的直流电流等功能的电路装置。
背景技术：
目前市面上出售的直流电子负载，主要由变压器、电路板、显示表头、控制面板、机箱等组成。其输出端只能模拟恒电流负载、恒功率负载、纯电阻负载等，不能输出稳定的电压或电流，不具有直流稳压电源的功能；输出端吸收的电能转化为热能散发掉，不能将其回馈至电网。
目前市面上出售的直流稳压电源，主要由变压器、电路板、显示表头、控制面板、机箱等组成。其输出电压、输出电流都是单方向的，输出电压、输出电流运行在第一象限，属于单象限输出特性；当带一个有倒灌电流的负载时，不能吸收倒灌入的电流。在这样的情况下，稳压电源就失去了稳压功能。这给实际使用带来了诸多不便。
发明内容本发明的任务是提供一种既具有直流稳压电源功能又具有直流电子负载功能的电路装置。其输出电流、输出电压可以运行在I、II、III、IV象限，输出端能带任何类型的负载，包括倒灌电流的负载，且能将输出端吸收的能量回馈至电网。
为解决上述任务，本发明采用的思路及技术方案是这样的在电路主回路上设一条正向输出电压调整回路和一条反向输出电压调整回路，及相应的输出电流、输出电压检测、控制电路，使得该电路装置既可以输出正电流也可以吸收倒灌入的电流，既可以输出正电压也可以输出负电压，输出电压、输出电流可以运行在I、II、III、IV象限。在电路的主回路上再设一个可控整流桥，及相应的检测、反馈、移相触发等电路，使得从输出端吸收的电能可以通过可控整流桥回馈至电网。
具有上述功能的电路装置，既具有直流稳压电源的功能又具有直流电子负载的功能，完全可以代替现有的直流稳压电源和直流电子负载，而且输出端的性能指标比现有技术有了实质性的提高，输出端的功能比现有技术有了实质性的增加。
当该装置作为一台直流稳压电源使用时，其输出端能带任何类型的负载，包括倒灌电流的负载，输出电流、输出电压可以运行在I、II、III、IV象限(图4、图5)，且能将输出端吸收的能量回馈至电网。
当该装置作为一台直流电子负载使用时，其输出端能模拟恒电流恒电压负载(图4、图5)、恒电阻负载(图6)等，输出电流、输出电压可以运行在I、II、III、IV象限，且能将输出端吸收的能量回馈至电网。
如取消直流电子负载的功能，该装置便是一台纯粹的高性能直流稳压电源；如取消直流稳压电源的功能，该装置便是一台纯粹的高性能直流电子负载。
(四)
图1为本发明第一个实施例工作原理图。该实施例说明了能量回馈电网的实现方式及四象限输出特性的实现方式。
图2为本发明第二个实施例的电路主回路原理图。
图3为本发明第三个实施例的电路主回路原理图。
图4、图5为本发明第一个实施例在恒压恒流模式运行时输出电压对输出电流的关系曲线图。
图6为本发明第一个实施例在模拟正电阻模式运行时输出电压对输出电流的关系曲线图。
具体实施方式
图1为本发明的一个实施例工作原理图。
如图1所示，负载(2)、电流检测电阻(3)、电压调整单元(4)、电容(21)等构成正向输出电压调整回路。负载(2)、电流检测电阻(3)、电压调整单元(5)、电容(22)等构成反向输出电压调整回路。给定输出电压由电位器R3设定。正向给定输出电流由电位器R2设定。反向给定输出电流由电位器R2与比例器(12)共同作用来设定。负载(2)由电池组V1、电阻RL组成。
220V交流市电经变压隔离后输入可控整流桥(1)，经整流滤波在输入电容(21)、输入电容(22)上产生一个不稳压的直流电压。
当功能选择开关(18)指向CC、CV模式时，本发明为一台直流稳压电源(具有直流电子负载的恒流、恒压负载模拟功能)。
如给定的输出电压比电池组V1的电压高时，输出电流IOUT为正，驱动单元(6)将电压调整单元(4)开通，正向输出电压调整回路开始工作。输出电压经过比例器(10)后与给定电压比较，再经过比例积分器(16)输出一个大小为VF的电压反馈信号；输出电流在电流检测电阻RI(3)上产生一个电压降，此电压信号与电流给定信号比较后经过比例积分器(14)输出一个大小为IF的电流反馈信号。VF与IF相加，控制驱动单元(6)，使得输出电压或输出电流稳定。稳压电源工作在I、IV象限(如图4、图5所示)。
如给定的输出电压比电池组V1的电压低时，输出电流IOUT为负，这个电流称为倒灌电流，这时的负载称为倒灌电流负载。在这种情况下，驱动单元(6)将电压调整单元(5)开通，使得反向输出电压调整回路开始工作。输出电压经过比例器(10)后与给定电压比较，经过比例积分器(16)输出一个大小为VF的电压反馈信号；输出电流在电流检测电阻RI(3)上产生一个电压降，此电压信号经过一个比例器(12)再与电流给定信号比较，再经过比例积分器(15)输出一个大小为IF的电流反馈信号。VF与IF相加，控制驱动单元(6)，使得输出电压或输出电流稳定。稳压电源工作在II、III象限(如图4、图5所示)。
如输出电压给定限制在零以上，这种稳压电源便具有I、II象限的输出特性。如输出电压给定可正可负，这种稳压电源便具有四象限的输出特性。
输出电容C4与稳压电源的输出端并联，用于滤除高频谐波。
当功能选择开关(18)指向CR模式时，本发明为一台直流电子负载。此时输出端可以连接一个直流电源，输出端的电压经过电位器R1分压后与经过比例器(11)的电流反馈信号比较，再经过比例积分器(17)输出一个大小为VR的信号，VR与IF相加后控制驱动单元(6)，使得输出电流与输入端的电压成线性关系(如图6)。调节电位器R1的分压比可以改变输出端的电压与电流的比值，此电压与电流的比值即为直流电子负载所模拟的电阻阻值。
如有需要，可以很方便地增加模拟恒功率负载的功能，也可以很方便地增加模拟负电阻的功能。
R1、R2、R3安装在机箱正面的控制面板上。控制面板上还有一组显示表头，用于指示输出电压、输出电流。
为了提高整个系统的效率，使用了可控整流桥(1)，可控硅触发单元(7)。可控硅触发单元(7)根据调整单元(4)与调整单元(5)上的电压降调整可控整流桥(1)的触发角，使得调整单元上的电压降始终保持在一个合适的数值范围内。当系统运行在带倒灌电流负载的稳压电源模式或运行在直流电子负载模式时，从输入端吸收的电能便可以通过可控整流桥(1)回馈至电网。
VT大于0时，比例积分器(8)被封锁，比例积分器(9)起作用。VT小于0时，比例积分器(9)被封锁，比例积分器(8)起作用。
图2为本发明的另一个实施例工作原理图。
如图所示，负载(2)、电流检测电阻RI(3)、电压调整单元(4)、电容(23)、开关(19)等构成正向输出电压调整回路。负载(2)、电流检测电阻RI(3)、电压调整单元(5)、电容(23)、开关(20)等构成反向输出电压调整回路。
工作原理与第一个实施例基本相同，这里不再重复。
图3为本发明的另一个实施例工作原理图。
如图所示，负载(2)、电流检测电阻RI(3)、电压调整单元(4)、电容(24)等构成正向输出电压调整回路。负载(2)、电流检测电阻RI(3)、电压调整单元(5)、二极管D6等构成反向输出电压调整回路。
在本实施例中，反向输出电压调整回路没有包括一个电压源，因而不能主动输出一个负电压。其余部分工作原理与第一个实施例基本相同，这里不再重复。
在图1、图2与图3中，电压调整单元(4)与(5)由双极型三极管构成，也可以由场效应晶体管或IGBT等构成。反馈控制电路由运算放大器、电阻电容等构成，也可以选用单片机来控制。图2中的开关(19)、开关(20)可以由继电器的触点构成，也可以选用半导体功率元件构成。
本发明特别适用于电池充放电测试，为方便使用，还增加了一个定时器。该定时器可以自动控制和记录电池的充电时间及电池的放电时间。下面以一个12V4.5Ah的镍铬电池为例，具体说明定时器的功能及用法。
充电时，将功能选择开关(18)拨到CC、CV模式，将输出电压调到15V以上，充电电流(即输出电流)设定为1A，定时时间设定为7小时；接上电池，即开始充电。当充电时间满7小时，自动停止充电。
放电时，功能选择开关(18)继续保持CC、CV模式，断开电池，将输出电压调到10V，放电电流(即输出电流)设定到需要的值，接通电池，同时启动定时器；电池放电开始。当电池的端电压降到10V时，稳压电源从恒流状态进入恒压状态，定时器停止计时。此时定时器的读数就是电池的放电时间。
图4、图5为本发明第一个实施例在恒压恒流模式运行时输出电压对输出电流的关系曲线图。具体的运行方式是这样的1.给定的输出电压为C(C＞0)，给定的最大正向输出电流为A(A＞0)，给定的最大反向输出电流为-B(B＞0)。如图4。
当稳压电源的输出端带一个吸收电流的负载时，正向输出电压调整回路开始工作。此时，如输出电流小于A，那么输出电压是稳定的，其数值为C；加大负载，使输出电流等于A，继续加大负载，输出电流不再增加，其值恒定为A，输出电压不稳压，其值小于C。
当稳压电源的输出端带一个倒灌电流的负载时，反向输出电压调整回路开始工作。此时，如输出电流大于-B，那么输出电压是稳定的，其数值为C；加大负载，使输出电流等于-B，继续加大负载，输出电流不再减小，其值恒定为-B，输出电压不稳压，其值大于C。
2.给定的输出电压为-C(C＞0)，给定的最大正向输出电流为A(A＞0)，给定的最大反向输出电流为-B(B＞0)。如图5。
当稳压电源的输出端带一个吸收电流的负载时，反向输出电压调整回路开始工作。此时，如输出电流大于-B，那么输出电压是稳定的，其数值为-C；加大负载，使输出电流等于-B，继续加大负载，输出电流不再减小，其值恒定为-B，输出电压不稳压，其值大于-C。
当稳压电源的输出端带一个倒灌电流的负载时，正向输出电压调整回路开始工作。此时，如输出电流小于A，那么输出电压是稳定的，其数值为-C；加大负载，使输出电流等于A，继续加大负载，输出电流不再增加，其值恒定为A，输出电压不稳压，其值小于-C。
具有上述功能的电路装置，既是一台直流稳压电源又是一台直流电子负载，在带有倒灌电流的负载时，尤其在电池充放电实验时，可发挥出极大的优越性。
权利要求
1.一种直流稳压电源装置和/或一种直流电子负载装置，由变压器、电路板、显示表头、控制面板、机箱等组成。输出端可以输出稳定的直流电压、稳定的直流电流，和/或输出端可以模拟恒电压负载、恒电流负载、纯电阻负载等。其特征在于还有至少一组可控整流桥，使得输出端吸收的能量可以回馈至电网。
2.一种直流稳压电源装置和/或一种直流电子负载装置，由变压器、电路板、显示表头、控制面板、机箱等组成。输出端可以输出稳定的直流电压、稳定的直流电流，和/或输出端可以模拟恒电压负载、恒电流负载、纯电阻负载等。其特征在于还有至少一条正向输出调整回路和至少一条反向输出调整回路，使得输出电流、输出电压可以运行在I和/或II和/或III和/或IV象限。
3.根据权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于还有一个定时器，定时器可以控制电路装置的输出，定时器可以记录输出端从一种状态到另一种状态的时间。
全文摘要
本发明公开了一种既具有直流稳压电源功能又具有直流电子负载功能的电路装置，即一种四象限直流稳压电源。现有的直流稳压电源，其输出电流是单方向的，当带一个有倒灌电流的负载时，不能吸收倒灌入的电流；现有的直流电子负载不具备直流稳压电源的功能，且从输出端吸收的电能不能回馈至电网。本发明提出了直流稳压电源四象限运行的概念，其主要特征为主回路部分除有正向输出电压调整回路外，还增加了反向输出电压调整回路，使得稳压电源具有吸收倒灌入的电流的能力；还增加了一个可控整流桥，使得从输出端吸收的电能能回馈至电网。具有上述功能的电路装置，既是一台直流稳压电源又是一台直流电子负载，且具有显著的节能效果。
文档编号G05F1/10GK1417657SQ0114322
公开日2003年5月14日 申请日期2001年12月11日 优先权日2001年11月10日
发明者陈家正, 罗晓苑 申请人:陈家正