能馈型电子负载的设计

浅析能馈型交流电子负载的设计应用摘要：能馈型交流电子负载是一种高精度、高稳定性和高可靠性的负载，广泛用于电子设备测试、电源研究等领域。

本文介绍了能馈型交流电子负载的基本原理及其在设计应用中的注意事项，包括负载的性能要求、控制回路的设计和负载的散热设计等方面。

关键词：能馈型交流电子负载；负载；控制回路；散热设计正文：能馈型交流电子负载是一种利用功率电子器件实现定电流、定电压、定功率等功能的电子负载。

它可以模拟各种真实工况，对电源进行有效的测试和验证，具有高精度、高稳定性和高可靠性等优点。

在设计能馈型交流电子负载时，首先需要考虑负载的性能要求，包括承受功率、负载和输入参数范围、响应时间等。

其次，需要设计控制回路，实现精准的电流、电压、功率调节，提高负载的稳定性和精度。

控制回路主要由比例-积分-微分控制器和电流、电压传感器组成，并结合负载的特性进行优化。

此外，还需要设计保护措施，保障负载和被测设备的安全性。

另外，由于能馈型交流电子负载在工作过程中会产生大量的热量，因此散热设计也至关重要。

通常采用散热片或风扇进行散热，同时考虑风道设计和电路板布局等因素，以保证散热效果和稳定性。

综上所述，能馈型交流电子负载在设计和应用中需要考虑负载的性能要求、控制回路设计、保护措施和散热设计等方面，以充分发挥其优势完成各种测试和研究工作。

能馈型交流电子负载具有广泛的应用，包括电源研究、电源测试、光伏发电、风力发电等领域。

在电源研究中，能够利用能馈型交流电子负载对电源进行电流、电压、功率等参数的测试和验证，以评估其性能和稳定性。

在风力、光伏发电等领域，能够利用能馈型交流电子负载实现电网电压、电流调节和发电机控制等功能。

在能馈型交流电子负载的应用中，还需要了解其特殊的功能，例如快速切换、万兆测量、数字监控、瞬时电流测量、电子开关等。

这些功能对精密仪器测试和电源研究非常有用。

同时，应用能馈型交流电子负载还需要考虑负载的准确性、精度和稳定性等因素。

能馈式电子负载中交错并联Boost电路的设计赵国强;马皓【摘要】为满足服务器电源测试用能馈式电子负载对第一级DC/DC低压大电流输入、低输入电流纹波和高效率的要求,第一级DC/DC采用交错并联Boost电路.分析了该电路的工作原理,给出了电路中各主要元器件的选取原则.针对电子负载恒流输入需求,给出了基于dsPIC33FJ16GS504的输入电流恒流控制环路设计思路和方法.利用DSP实现了快速运算,达到精确设定输入电流大小的目的.最后,制作了一台12 V/100 A输入,48 V输出的1.2 kW实验样机.实验结果验证了该电路在低压大电流输入情况下的可行性,电路工作稳定,满足了能馈式电子负载的要求.%In order to satisfy the requirements of low voltage and large current, low input current ripple, and high efficiency in energy-feedback electronic load for server power supply test, an interleaved Boost converter was employed in first stage DC/DC. The operation principle of the circuit was analyzed and the selecting method of main components was presented. In accordance with the demand of constant input current in electronic load, design of constant current control loop based on dsPIC33FJ16GS504 was introduced. Accurate set of input current was achieved by means of high-speed calculation with DSP. Finally a 1. 2 kW prototype was built with input 12 V/100 A and output 48 V. The results validate the feasibility of the proposed converter with input of low-voltage and large-current, show that the circuit can work in stable state and meet the requirements of energy feedback electronic load system.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2011(028)010【总页数】4页(P1269-1272)【关键词】服务器电源;交错并联;能馈式电子负载【作者】赵国强;马皓【作者单位】浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TM13随着信息产业的快速发展和数字化革命的不断深入，服务器电源的输出电流越来越大。

单相能馈型交流电子负载的研究李照;师延飞【摘要】针对能馈型交流电子负载传统控制方法精度低、动态响应慢、模拟效果差等问题,将重复+P控制用于负载模拟侧电流控制器的设计.首先介绍了能馈型交流电子负载的原理及结构;其次对系统整体控制方案进行了设计,模拟变换器采用单电流环控制,并网变换器采用电流内环和加入二次陷波器的电压外环双闭环控制,可使能馈型交流电子负载准确模拟真实负载,并使能量单位功率因数回馈电网,达到节能的效果;最后通过仿真实验,验证了理论的正确性.【期刊名称】《通信电源技术》【年(卷),期】2017(034)001【总页数】4页(P50-52,55)【关键词】交流电子负载;重复+P控制;模拟变换器;并网变换器【作者】李照;师延飞【作者单位】日照市第一中学日照市重点实验室,山东日照276800;日照市第一中学日照市重点实验室,山东日照276800【正文语种】中文能馈型交流电子负载是一种考核电源设备性能的新型电力电子节能装置，可模拟阻性负载及任意功率因数的感性和容性负载，并可使能量单位功率因数回馈电网。

基于实验自动化、节能减排和减少开支的要求，开发能准确模拟各种负载特性并具有能量回馈功能的交流电子负载，具有重要的现实意义和经济效益[1]。

在控制方法的选择上面，滞环控制虽然控制简单，动态响应快，但开关频率不固定，导致滤波器设计困难；传统PI控制虽参数容易整定，动态响应较快，但存在稳态误差；重复控制虽然能增强系统鲁棒性能，消除稳态误差，但动态性能较差。

本文采用重复+P控制用于负载模拟侧电流控制器的设计，实现动态响应快、鲁棒性强及稳态精度高的功能，可以快速、准确地模拟真实负载特性，并使能量单位功率因数回馈电网[2,3]。

图1为单相能馈型交流电子负载的主电路拓扑结构。

模拟变换器包括由IGBT开关管VT1～VT4构成的PWM整流桥、滤波电抗器L1和交流侧等效电阻 R1。

并网变换器包括由IGBT开关管VT5～VT8构成的PWM逆变桥、滤波电抗器L2和交流侧等效电阻R2。

IDI7101能馈型交流电子负载概述交流电源在研发生产过程中或产品出厂前都需要进行负载试验以检验电源的电气性能和输出能力。

交流电子负载是指能模拟真实负载某些特性的电子设备,它不仅可模拟不同数值的电阻、电感、电容及它们的组合,而且对于非线性负载的某些特性也可模拟。

电子负载通过控制输入电流达到模拟各种负载的目的,具有调节方便、通用性强、精度高、稳定性好等优点,是电源试验测试用负载的发展方向。

交流电源在研发生产过程中或产品出厂前都需要进行负载试验以检验电源的电气性能和输出能力。

目前，电源试验和性能检测一般都是通过无源负载进行的。

无源负载包括阻性负载、感性负载、容性负载以及阻感容混合负载等。

无源负载在电源试验中，有功电能均通过阻性负载消耗，能耗大、发热量大、稳定性差，并且还存在负载调节不便等缺点。

交流电子负载是指能模拟真实负载某些特性的电子设备，它不仅可模拟不同数值的电阻、电感、电容及它们的组合，而且对于非线性负载的某些特性也可模拟。

电子负载通过控制输入电流达到模拟各种负载的目的，具有调节方便、通用性强、精度高、稳定性好等优点，是电源试验测试用负载的发展方向。

交流电子负载又分为能量消耗型和能量回馈型两类，由于输入电流受控，两者均具有电子负载模拟功能强、控制精度高的优点。

但能量消耗型电子负载从电源吸收的有功电能仍须通过电阻消耗，而能量回馈电网型电子负载与它的区别在于：一方面，它从被试电源吸收的电能可最大量的为被试电源循环使用，损耗仅仅是变流器的开关损耗和线路损耗，从而最大限度地节约了电能；另一方面，由于所采用的PWM变流器工作在开关状态，与一般工作在放大状态的电子负载相比它可很容易地实现大功率应用的要求，因而具有更广阔的应用领域。

青岛仪迪电子公司研发的能馈型电子负载IDI7101主要应用于110V、220V电力电源老化测试及总体测试。

设备自动适应220V和110V电力电源的老化。

高频PWM技术，能够将老化测试过程中92%以上电能循环利用，节能高效、安全稳定。

基于STM32的能量反馈型电子负载设计雷新颖;王成;苏力【摘要】In order to the energy-feedback-type electronic load can continuous and steady run,it is controlled by STM32 SCM,using the hysteresis control and digital PID control.The result shows that the electronic load can work in resistive state,inductive state or capacitive state,at the same time the output current has the same frequency and phase with the Grid voltage,the power factor is 1.When the input current phase of the system leads or lags the input voltages phase with 90°,the inverter will work in weak rectifying state.The system work at dynamical balance state,the start-up must go gently.In short,the system can continuous and steady run under the STM32 MCU control,the effect of PID algorithm to stable the voltage value of the large capacitance for energy storage is good.%为了使能量反馈型电子负载,能够连续稳定运行,采用STM32单片机对能量反馈型电子负载进行控制,使用滞环控制法和数字PID算法对系统进行控制.结果表明实现电子负载在阻性、感性和容性状态运行的同时,可以使输出电流与电网电压同频同相,逆变功率因数为1.当系统输入电流相位滞后或超前输入电压相位90°时,逆变级处于微弱的整流状态.工作时,系统处于动态平衡状态,启动要平缓.总之,在STM32单片机控制下系统可以连续稳定运行;PID算法对稳定储能大电容上的电压,效果良好.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2017(025)021【总页数】4页(P19-22)【关键词】电子负载;STM32;滞环控制法;数字PID【作者】雷新颖;王成;苏力【作者单位】西安航空学院电子工程学院,陕西西安710077;西安航空学院电子工程学院,陕西西安710077;西安航空学院电子工程学院,陕西西安710077【正文语种】中文【中图分类】TN99为了使UPS能够满足不同情况的应用，对其进行老化或性能测试的实验中需要使用不同性质的负载。

能馈式智能电子负载的研究林舜臣【摘要】根据能馈式智能电子负载能够实现电能的再生利用的特点，本文结合PID控制及数字锁相环技术，设计出一种新型的能馈式智能电子负载系统，并用MATLAB搭建系统进行仿真。

仿真结果表明，装置运行稳定，放电电流纹波较小；能够实现电能的再生利用，具有非常好的应用前景。

【期刊名称】《四川建材》【年(卷),期】2011(037)006【总页数】2页(P134-135)【关键词】能馈式;软锁相;PID【作者】林舜臣【作者单位】中国建筑西南设计研究院有限公司,四川成都610041【正文语种】中文【中图分类】TN4010 前言随着国民经济的发展，人们对能源的要求及试验自动化的要求越来越高，一方面工业交通等场合需要越来越大的功率试验手段，由于能源的紧缺使得能耗的费用也越来越高，基于节约能源减少开支和试验自动化的要求，本文提出了能馈式智能电子负载，它是一种用于各种直流电源调节的新型电力电子装置。

同时能够将直流电能逆变为交流并入电网，实现电能的再生利用。

与普通电阻负载相比，它的工作方式是利用电力电子变换技术在完成测试功率实验的前提下，将待试设备的输出能量循环再生利用，节约了能源;另一方面又不产生大量的热量，避免了试验场所环境温度升高的问题，而且不需要使用体积庞大的电阻箱及冷却设备，节约了安装空间。

电阻负载在功率较高时不得不采用有级调节，使用时受到很大限制，而电子负载可在使用时可以实现无级调节。

另外由于采用馈能工作方式，因此试验场所不必配备较大的电源容量。

对于不同电压等级的直流设备，有两种实现方案:①直流电通过DC/DC变换后得到直流电，再逆变为交流;②直流电直接逆变为交流电，然后通过变压器实现电能的再生利用，如图1所示。

图1 电子负载实现方案1 能馈式智能电子负载的工作原理1.1 系统的主电路系统框图电子负载主电路采用三相PWM整流电路。

交流侧的工频变压器为pwm变换器与工业电网提供合理的阻抗匹配，可实现二者间的电气隔离。

一种基于直流母线控制的能馈型的电子负载针对能馈型电子负载在电磁炉老化中的应用，本文提出一种应用于能量回馈型电子负载直流母线电压控制方法。

基于电子负载吸收能量、直流母线电容存储能量和逆变交流输出能量守恒分析，在该分析的基础上得到一个快速的直流母线电压控制器，可以采用更小的直流母线电容，降低系统的体积和成本，最后应用上述方案设计2kW电子负载实验样机。

标签：电磁炉老化；电子负载；直流母线1 引言目前电源和家电等产品在工廠生产过程中，须经老化工序测试合格才能出厂。

产品老化测试的方法有多种多样，有用实际使用的负载测试，也有用模拟等效负载来测试。

针对能馈型电子负载在电磁炉老化中的应用，本文提出一种应用于能量回馈型电子负载直流母线电压控制方法。

本项目源自广东省省级科技计划项目——新一代能量回馈式电磁炉老化测试生产线（2015B020238015）。

2 系统电路拓扑结构为了模拟电磁炉老化测试，可将耦合线圈放置在电磁炉加热面上，通过无线输电的原理把电磁炉的磁场能量耦合到线圈，把能量传递到电子负载的输入，然后回馈到电网，实现能量循环利用。

当电子负载把电磁炉作为负载时，其输入端耦合的能量形式为交流电源。

因此，该电子负载属于交流电子负载，且具有能量回馈功能。

电子负载主电路采用两级AC/DC/AC变换结构，其功率电路拓扑可分为4部分。

图1所示为两级能量回馈电子负载的电路，前级DC/DC变换器采用的是BOOST升压变换器，通过采用适当的控制方式调节流过输入电感L1的电流，从而模拟各种负载特性，考核待测交流电源的动态和稳态特性。

直流母线电容作为功率解耦部件，能稳定前级负载模拟器输出的直流电压，并将稳定的直流电压作为逆变模块的输入。

逆变模块通过控制流过L4的电流，将前级负载模拟变换器吸收的有功功率通过回馈电网。

3 控制策略3.1 前级BOOST模块为了能够实现电磁炉实现无水老化，模拟锅具负载，耦合线圈需平稳的从电磁能获取功率，否则电磁炉将不能正常工作而关机，因此引入BOOST模块对接收的功率进行控制。

能量回馈式可编程电子负载概述各种电源类产品：如稳压电源、UPS、消防应急电源、直流电源、充电器、发电机等，出厂前均需要进行负载老化与试验。

传统的方法是采用电阻进行能耗放电，这一方面会消耗大量的电能，另一方面会大大增加输配电设备的容量，同时释放的热量会增加空调的负担。

在电源老化、测试过程中通常采用特定的非线性负载，如三线制整流器、四线制整流器等，同时其功率因数也有特定要求。

在有源电力滤波器及无功补偿设备的检验、测试、老化过程中，不仅有上述要求，同时还需可设定的三相有功不平衡、无功功率，谐波次数、幅值、相位可编程特性。

华天HTFPL系列能量回馈式可编程电子负载由负载模拟单元、能量回馈单元和可编程人机界面组成，可模拟多种类型的负载，具有精度高、编程灵活、安全可靠、高效节能、维护简单、扩容方便等优点。

系统构成整机采用模组结构，采用交直交的背靠背双向可调逆变技术，由多个负载、回馈对并联构成，负载单元四线制接入电网、回馈单元三线制接入电网，二者的直流母线正负分别相连。

人机界面通过RS485总线集中监控管理负载单元、回馈单元，模拟小电流负载时，可运行一个负载回馈对，模拟大电流负载时，可运行多个负载回馈对。

每个负载回馈对又可以单独调节输出电流的大小，以达到精确输出的要求。

常见的负载类型已经预存于每个负载单元的控制模块中，通过人机界面可以一键加载。

人机界面具有编程功能，可以自定义任意电流波形，同时，预存了多种负载模版，编程既简单又快速。

负载阶跃时，由光纤信号同步各负载单元，同步特性好。

系统构成框图工作原理人机界面与负载单元的控制器通信，指定其加载某种预存的负载电流波形数据，或者下发编程的电流波形数据，控制器中的高速数字信号处理器（DSP）对数据进行处理，得到指令电流，并通过电流跟踪控制电路和驱动电路，以脉宽调制（PWM）信号形式向负载电流发生电路送出驱动脉冲，驱动IGBT或IPM功率模块，生成负载电流，实现各种负载类型的模拟。

光伏发电系统实验用能馈型模拟负载日期:汇报人：•引言•能馈型模拟负载的原理及特点•实验系统的设计与实现•实验结果与分析•能馈型模拟负载的优化与改进建议目•结论与展望录CHAPTER引言01光伏发电系统在可再生能源领域的重要性实验用能馈型模拟负载在光伏发电系统实验中的关键作用背景介绍研究目的研究意义研究目的与意义实验负载的应用场景光伏电池板性能测试CHAPTER能馈型模拟负载的原理及特点02能馈型模拟负载的原理能馈型模拟负载的特点030201能馈型模拟负载在光伏发电系统实验中的作用能量回馈实验结果准确性模拟实际负载CHAPTER实验系统的设计与实现03实验系统的总体设计基于光伏发电系统的实验平台01实现新能源转化与电能质量监测02考虑系统的稳定性和可靠性0303实现光伏发电模块的控制系统光伏发电模块的设计与实现01选择合适的光伏电池板02设计合理的DC/DC变换器1能馈型模拟负载模块的设计与实现23根据实验需求选择合适的负载设备，确保能够模拟实际用电设备的各种负荷特性。

选择合适的负载设备通过控制单元实现对负载设备的控制，包括负载功率、负载类型等参数的设置与监测。

设计负载控制单元通过反馈电路实现对负载设备消耗电能的监测，同时要将反馈电能输送到DC/DC变换器进行再次利用。

实现电能反馈与监测控制系统模块的设计与实现CHAPTER实验结果与分析04实验结果光伏发电系统在晴朗天气下的发电量较高，接近理论输出值。

在不同天气条件下，光伏发电系统的输出功率存在明显差异。

实验中还观察到光伏发电系统在早晨和傍晚的发电量较低，这与太阳光强度和角度有关。

结果分析实验结果表明，光伏发电系统在晴朗天气下能够实现较高的发电量，验证了光伏发电系统的有效性。

不同天气条件下，光伏发电系统的输出功率产生波动，说明天气状况对光伏发电系统的输出有重要影响。

早晨和傍晚的发电量较低，进一步说明了太阳光强度和角度对光伏发电系统输出的影响。

能馈型模拟负载对实验结果的影响CHAPTER能馈型模拟负载的优化与改进建议05提高模拟负载的精度和稳定性精确控制模拟负载的功率和电流采用高精度传感器和测量仪表引入自动校准和标定功能优化控制算法以提高效率优化控制逻辑和流程优化控制逻辑和流程，减少不必要的能耗和损失，提高模拟负载的效率。

模块化能馈型直流模拟负载单元设计薛家祥;罗海松;贺天鹏【摘要】针对能量回馈电网型(能馈型)直流负载多样化的负载测试需求,提出基于交错并联Boost的模拟负载单元模块化设计方案,设计电流均值跟踪和电流峰值保护两者兼备的信号调理电路,研究基于逐个周期电流峰值限制的负载模拟双环控制策略.通过建立单个模拟负载模块电流控制的小信号模型,得到模拟负载模块输入电流的传递函数,并基于小信号模型设计PI调节器,改善模拟负载模块的性能.仿真与实验结果表明:模拟负载模块在启动后12 ms即可进入稳定工作状态,并且能在0.21μs内完成过流保护动作,恒流模式下负载模拟相对误差绝对值为3.602%.与目前市场产品相比,该方案动态响应快,精度高,更加稳定安全.%In order to meet the various testing demands of energy feedback grid type DC electronic load, a modular design scheme of simulated load unit based on parallel boost was proposed, a signal conditioning circuit was designed to realize both mean current tracking and peak current protection, the load simulation double-loop control strategy based on the by-cycle peak current limit was studied. The transfer function of the input current in the simulated load module was obtained by establishing a current controlling small-signal model of the single simulated load module. The PI regulator was designed based on the small-signal model to improve the performance of the simulated load module. Simulated and experimental results indicated that simulated load module can enter a steady state after 12 ms since the start and can accomplish overcurrent protective action within 0.21 μs, the absolute relative error of load simulation in constant current mode was3.602%. Compared with the current commercial products, this design has a faster dynamic response, higher precision, and it is much more stable and safer.【期刊名称】《中国测试》【年(卷),期】2017(043)010【总页数】6页(P86-91)【关键词】能量回馈;负载模拟;控制策略;小信号模型【作者】薛家祥;罗海松;贺天鹏【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州 510640;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州 510640;贵州民族大学工程训练中心,贵州贵阳550025【正文语种】中文能馈型电子负载已经成为开关电源、储能电池、不间断电源（UPS)、新能源汽车动力电池出厂前老化试验提高能源利用率，节省试验成本的重要途径之一。