专利名称：基于总线架构的多输入通道电能回馈型电子负载的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及直流电能控制和转换技术领域，特别涉及一种用于电源老化检测 的电子负载。
背景技术：
在现代直流电源(如通信电源，计算机电源，电力电源，笔记本电源)的生产工 艺中，电源的满载老化检测是必不可少的工艺步骤。老化检测时，早期普遍采用且目前也有 使用的负载主要为电阻负载，该负载将直流电源输出的直流电能转换成热能消耗掉，因此 耗能大，同时由于发热存在火灾隐患，另外，由于电阻负载不能灵活改变阻值，在需要老化 检测不同功率或电压等级的电源时需要更换不同的电阻，在大批量老化时需要耗费大量人 力。另一种技术是通过耗能型电子负载吸收并消耗直流电能。该技术除了与电阻负载 有同样的耗能大的缺点外，还存在价格昂贵，输入通道少和体积大等缺点。近几年一种新的节能回馈型电子负载技术日益成熟。该技术通过对电源的输出电 能进行控制、转换，最终实现电能的再利用，有效地解决了电阻负载与耗能型电子负载大量 耗能的缺点，同时具有多输入通道、体积小、使用方便等优点。但现有的节能回馈型电子负 载在实现多输入通道设计时多采用一块PCB板上包含多个DC/DC转换电路与控制回路的方 式来实现，一旦多个输入通道中的一个通道出现故障或者控制回路出现故障，就需要更换 整个PCB板，所以这种设计的最大缺点是通道设计不能模块化，且输入通道数不易扩展，使 用和维护都很不方便。

实用新型内容为了解决上述矛盾，本实用新型提供了一种基于总线架构的多输入通道电能回馈 型电子负载，可实现一个MCU (Micro ControlIerUnit)总线控制板同时对多个相互独立的 DC/DC模块进行全数字化控制，且可将不同值的输入电能转换为统一的直流输出电能以便 于电能的再利用，还可方便地设定和显示该电子负载某部分及整体的工作状态。该电子负 载具有灵活多变、扩展性强、通道模块化、使用和维护方便等优点。本实用新型所采用的技术方案是—种基于总线架构的多输入通道电能回馈型电子负载，包括多个DC/DC模块和用 于控制所述各DC/DC模块的MCU总线控制回路，所述MCU总线控制回路和所述DC/DC模块 分别位于不同的PCB板上，所述DC/DC模块设有直流输入端、直流输出端和控制输入端，所 述DC/DC模块的控制输入端通过总线连接所述MCU总线控制回路的控制输出端。所述DC/DC模块的直流输出端并联至同一组直流母线上。所述DC/DC模块包括DC/DC变换电路和对所述DC/DC变换电路进行控制的PWM驱 动电路，所述DC/DC变换电路的直流输入端和直流输出端分别构成所述DC/DC模块的直流 输入端和直流输出端，所述PWM驱动电路的控制输入端构成所述DC/DC模块的控制输入端。[0010]本实用新型的有益技术效果为1、由于采用了总线架构，通过一个MCU总线控制板控制多个并联的DC/DC模块，由 此允许根据实际需要选择DC/DC模块的数量，具有超强的灵活性、适用性与扩展性；2、由于MCU总线控制板和DC/DC模块可以分别设置和更换，使得维护和更换简单， 并大大提高了可靠性；3、可促进DC/DC模块的标准化，从而极大地提高其生产效率，降低其生产成本；4、便于电子负载产品的升级；5、支持多个DC/DC模块并列运行，从而实现大电流容量的被测电源的老化检测；6、本实用新型的电压转换效率高达90%以上，用于老化检测时所消耗的电能与采 用电阻负载或耗能型电子负载相比，节能效果好。

图1为本实用新型用于DC/DC电源老化时的检测回路；图2为本实用新型用于直流电源老化时的检测回路；图3为本实用新型的工作原理框图；图4为本实用新型的结构原理图；图5为本实用新型的具有4输入通道的实施例的结构原理图。
具体实施方式
本实用新型要保护一种基于总线架构的多输入通道电能回馈型电子负载，如图1、 2所示，其包括多个DC/DC模块和用于控制所述各DC/DC模块的MCU总线控制回路，所述MCU 总线控制回路和所述DC/DC模块分别位于不同的PCB板上，图中的MCU总线控制板即为所 述MCU总线控制回路所在的PCB板，所述DC/DC模块设有直流输入端、直流输出端和控制输 入端，所述DC/DC模块的控制输入端通过总线连接所述MCU总线控制回路的控制输出端。所述MCU总线控制回路可以设有多个控制输出端，同时每个所述DC/DC模块的控 制输入端可以分别连接一个接口，每个所述接口对应一个所述控制输出端。用于连接相互 对应的控制输出端和控制输入端的多组独立导线构成导线束，形成本发明总线架构下的总 线线路，所述总线线路或其连同各个所述接口共同作为所述MCU与多个所述DC/DC模块之 间传送信息的公共通信干线，构成为本发明的总线。一个MCU总线控制回路实现同时对多个相互独立的所述DC/DC模块的分别控制。 所述DC/DC模块与MCU总线控制回路分设在不同的PCB板上以及二者间基于上述总线架构 相连接的设计，使得所述电子负载具有灵活多变、适用性强、扩展性强与使用维护简单等特 点。如在实际应用中可根据使用要求的不同，选择适合的DC/DC模块，只要保证各DC/DC模 块具有相同的控制接口(主要指接口硬件的相容和电气参数的匹配)即可，无需重新设计 研发整个电子负载。同样，如果随着现代控制技术与控制芯片的发展，需更升级MCU总线控 制回路时或增加被控制点数，只需更换MCU总线控制回路或增加DC/DC模块的数量，也无需 重新设计研发整个电子负载。而且，所述总线式架构使电子负载在维修、维护时变得简单、 快捷，如其中某一 DC/DC模块出现故障时，只需更换此DC/DC模块的标准品即可，无需更换 整个电子负载。[0025]所述DC/DC模块的直流输出端并联至同一组直流母线P、N上，使直流输出电能统 一为一个值，以便于电能的再利用。所述DC/DC模块包括DC/DC变换电路和对所述DC/DC变换电路进行控制的PWM驱 动电路，所述DC/DC变换电路的直流输入端和直流输出端分别构成所述DC/DC模块的直流 输入端和直流输出端，所述PWM驱动电路的控制输入端构成所述DC/DC模块的控制输入端。 所述DC/DC变换电路可以采用但不限于如下电路BUCK-B00ST电路、BOOST电路、BUCK电路 和Cuk电路。所述PWM驱动电路采用高频开关PWM芯片，优选采用DSPIC30F系列芯片，如 DSPIC30F2023。为了避免所述DC/DC变换电路的直流输出端出现开路或所述DC/DC变换电路的直 流输出端连接的其他电气设备(例如图1中的直流电源和图2中的DC/AC逆变器)出现故 障时造成所述直流母线的电压过高而烧毁器件，特别是烧毁DC/DC器件，所述PWM驱动电路 设有用于在所述DC/DC变换电路的直流输出端电压高于过压保护设定值时封锁所述PWM驱 动电路输出的驱动信号的过压保护电路。所谓封锁是指使所述PWM驱动电路的输出为零或 者使所述驱动信号在送入所述DC/DC变换电路时变成零。所述MCU总线控制回路设有16位的MCU，所述MCU的控制输出端构成所述MCU总 线控制回路的控制输出端。出于便于接线以及促进DC/DC模块化的需要，所述总线可以包括总线线路以及多 个分别用于连接所述多个DC/DC模块的模块控制接口。所述模块控制接口物理上可以设置 在所述DC/DC模块所在的PCB板上，也可以设置在所述MCU总线控制板上。所述模块控制接口优选设有用于采集所述DC/DC变换电路的直流输入端电压信 号的电压信号反馈线路、用于采集所述DC/DC变换电路的直流输入端电流信号的电流信号 反馈线路和用于采集所述DC/DC变换电路的直流输出端电压信号的输出电压信号反馈线 路和用于向所述PWM驱动电路输出控制信号的控制输出线路。所述MCU还设有A/D转换接 口电路，用于对上述各个反馈线路送来的电压、电流模拟信号进行模数转换。对于控制点多且控制功能复杂的应用，也可以采用多个MCU进行分组控制。各个所述DC/DC模块将其输入端的电流(或电压)信号经所述模块控制接口传送 给所述MCU，同时所述MCU根据待测电源的老化需求，经所述模块控制接口向各个所述DC/ DC模块发出电流大小(或电压大小)的信号指令，从而控制所述DC/DC模块的直流输入端 的电流大小(或电压大小)。可以利用所述MCU内置的控制程序实现对所述DC/DC模块的直流输入端电流和/ 或电压的闭环控制，使所述电子负载的可靠性和灵活性均得到提高。为了说明MCU的工作 过程，仅以恒流(或恒压)控制闭环为例，如图3所示，所述MCU的电流信号反馈线路和电 压信号反馈线路分别将采集的所述DC/DC模块的直流输入端的电流(或电压)信号送入所 述MCU的恒流(或恒压)控制的比较环节，并与所述MCU总线控制回路自给定信号输入端 接收的用户给定电流(或电压)信号进行比较，若反馈的电流(或电压)值大于给定电流 (或电压)值，则输出可减小所述PWM驱动电路输出的驱动信号占空比的控制信号，反之，则 输出可增大所述PWM驱动电路输出的驱动信号占空比的控制信号，即构成恒流(或恒压) 控制闭环。根据实际使用的需要可以只设置所述恒流控制闭环或恒压控制闭环中的一个，也可以是二者并存(如图1所示)，当恒流、恒压控制闭环同时存在时，须控制所述恒流控制闭 环工作时，所述恒压控制闭环停止工作，同样当所述恒压控制闭环工作时，所述恒流控制闭
环停止工作。当所述MCU总线控制回路接收的用户给定电流(或电压)信号是变化的，同样的 原理也可以实现动态控制，因此本实用新型不仅可用于恒流、恒压、恒阻、恒功率控制，还可 以用于变载控制。还可以利用所述MCU内置的控制程序实现对所述DC/DC模块的限压保护，如可以 利用所述MCU的输出电压信号反馈线路将采集的所述DC/DC变换电路的直流输出端电压信 号送入所述MCU的限压保护比较环节，并与给定的限压保护设定值进行比较，若采集的直 流输出端电压信号高于所述限压保护设定值，则限制所述MCU的输出，从而抑制所述DC/DC 模块的直流输出端电压的进一步上升。如图1所示，所述基于总线架构的多输入通道电能回馈型电子负载还可以包括直 流电源，所述直流电源的交流侧连接交流电网，所述直流电源的直流侧引出用于连接待测 DC/DC电源输入端的接线端子，所述DC/DC模块的直流输入端引出用于连接所述待测DC/DC 电源输出端的接线端子，所述直流母线接入所述直流电源的直流侧。输送到所述直流母线 上的电能可直接被送入所述待测DC/DC电源的输入侧进行再利用，从而实现节能目的。如图2所示，所述基于总线架构的多输入通道电能回馈型电子负载还可以包括 DC/AC逆变器，所述DC/AC逆变器的交流侧连接交流电网，所述DC/AC逆变器的交流侧引出 用于连接待测直流电源的输入端的接线端子，所述DC/DC模块的直流输入端引出用于连接 所述待测直流电源输出端的接线端子，所述直流母线接入所述DC/AC逆变器的直流侧。输 送到所述直流母线上的电能经所述DC/AC逆变器由直流电变换成交流电后回馈给电网，供 给所述待测直流电源再利用，从而实现节能目的。图1、2所示均为所述电子负载用于同时检测多个被测电源的情况，实际应用中还 可以使所述电子负载的多个DC/DC模块并列运行，利用多个并联支路上的DC/DC模块进行 分流，实现对一个大电流容量的电源进行老化检测，此时要求所述电子负载具有恒流控制 功能。前述各种组织结构形式的所述电子负载都可以设有上位机，所述上位机设有可与 所述MCU总线控制回路进行通信的通信接口。所述上位机是指各种可与所述MCU进行通 信，并能接收用户人工输入的给定信号并传递给所述MCU的装置，实际应用中可以使用计 算机或工控机或能实现同种功能的其他监控单元。使用上位机可使用户设定更为便利、便 捷。另外，可充分利用所述上位机的显示、存储、计算等方面的强大功能，结合与所述MCU总 线控制回路之间的通信功能，将所述DC/DC模块或者所述电子负载，甚至整个老化测试装 置的工作状态友好且全面地呈现给用户，还可以在上位机中留存测试数据，也可以进一步 利用所述上位机中的专用软件对测试数据进行实时的分析和处理。本实用新型的电压转换效率高达90%以上，其转换后的电能，经逆变模块逆变回 送电网，大大降低了电源老化检测时的能耗。以开关电源额定功率输出时的效率、本实用新 型的效率以及逆变模块的效率分布为90%、93%和90%举例，采用本实用新型进行老化检 测时，消耗的电能功率为开关电源额定功率的24. 67%，而如采用电阻负载或耗能型电子负 载，则消耗的电能功率为100%额定功率。相比之下采用本实用新型可节能72.9%，效益非
6常可观。本实用新型的电子负载具有多输入通道，由于采用总线式架构，因此扩展能力强， 其结构原理如图4所示，通过所述模块控制接口，所述MCU从所述DC/DC模块接收所述DC/ DC变换电路的直流输出端电压信号、直流输入端电压信号和/或直流输入端电流信号，然 后向所述DC/DC模块输出用于控制所述PWM驱动电路的所述控制信号。多输入通道使该电子负载可同时针对多个待测电源作老化测试，当然也不排除所 述DC/DC模块为一个的电子负载，结合工业应用实际，常用的可以是如图5所示的具有4输 入通道的电子负载，最多可同时测试4个各自独立的待测电源。
权利要求一种基于总线架构的多输入通道电能回馈型电子负载，其特征在于其包括多个DC/DC模块和用于控制所述各DC/DC模块的MCU总线控制回路，所述MCU总线控制回路和所述DC/DC模块分别位于不同的PCB板上，所述DC/DC模块设有直流输入端、直流输出端和控制输入端，所述DC/DC模块的控制输入端通过总线连接所述MCU总线控制回路的控制输出端。
2.根据权利要求1所述的基于总线架构的多输入通道电能回馈型电子负载，其特征在 于所述DC/DC模块的直流输出端并联至同一组直流母线上。
3.根据权利要求2所述的基于总线架构的多输入通道电能回馈型电子负载，其特征在 于所述DC/DC模块包括DC/DC变换电路和对所述DC/DC变换电路进行控制的PWM驱动电路， 所述DC/DC变换电路的直流输入端和直流输出端分别构成所述DC/DC模块的直流输入端和 直流输出端，所述PWM驱动电路的控制输入端构成所述DC/DC模块的控制输入端。
4.根据权利要求3所述的基于总线架构的多输入通道电能回馈型电子负载，其特征在 于所述PWM驱动电路设有用于在所述DC/DC变换电路的直流输出端电压高于过压保护设定 值时封锁所述PWM驱动电路输出的驱动信号的过压保护电路。
5.根据权利要求4所述的基于总线架构的多输入通道电能回馈型电子负载，其特征在 于所述MCU总线控制回路设有MCU，所述MCU的控制输出端构成所述MCU总线控制回路的控 制输出端。
6.根据权利要求5所述的基于总线架构的多输入通道电能回馈型电子负载，其特征在 于所述总线包括总线线路以及多个分别用于连接所述多个DC/DC模块的模块控制接口。
7.根据权利要求6所述的基于总线架构的多输入通道电能回馈型电子负载，其特征在 于所述模块控制接口设有用于采集所述DC/DC变换电路的直流输入端电压信号的电压信 号反馈线路、用于采集所述DC/DC变换电路的直流输入端电流信号的电流信号反馈线路和 用于采集所述DC/DC变换电路的直流输出端电压信号的输出电压信号反馈线路和用于向 所述PWM驱动电路输出控制信号的控制输出线路。
8.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的基于总线架构的多输入通道电能回馈型 电子负载，其特征在于其还包括直流电源，所述直流电源的交流侧连接交流电网，所述直流 电源的直流侧引出用于连接待测DC/DC电源输入端的接线端子，所述DC/DC模块的直流输 入端引出用于连接所述待测DC/DC电源输出端的接线端子，所述直流母线接入所述直流电 源的直流侧。
9.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的基于总线架构的多输入通道电能回馈型 电子负载，其特征在于其还包括DC/AC逆变器，所述DC/AC逆变器的交流侧连接交流电网， 所述DC/AC逆变器的交流侧引出用于连接待测直流电源的输入端的接线端子，所述DC/DC 模块的直流输入端引出用于连接所述待测直流电源输出端的接线端子，所述直流母线接入 所述DC/AC逆变器的直流侧。
10.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的基于总线架构的多输入通道电能回馈型 电子负载，其特征在于其还包括上位机，所述上位机设有可与所述MCU总线控制回路进行 通信的通信接口。
专利摘要本实用新型涉及一种基于总线架构的多输入通道电能回馈型电子负载，其包括多个DC/DC模块和用于控制所述各DC/DC模块的MCU总线控制回路，所述MCU总线控制回路和所述DC/DC模块分别位于不同的PCB板上，所述DC/DC模块设有直流输入端、直流输出端和控制输入端，所述DC/DC模块的控制输入端通过总线连接所述MCU总线控制回路的控制输出端，所述DC/DC模块的直流输出端并联至同一组直流母线上，以便于电能的再利用。所述电子负载还包括上位机，其上设有可与所述MCU总线控制回路进行通信的通信接口。本实用新型具有多通道输入、扩展性强、通道模块化以及使用和维护方便等优点，主要可以用于直流电源的检测。
文档编号G01R1/00GK201707352SQ201020194128
公开日2011年1月12日 申请日期2010年5月13日 优先权日2010年5月13日
发明者帅凯, 李红欢, 梁庆平 申请人:北京索英电气技术有限公司