【硕士论文】基于dsp控制的交流电子负载的研究.pdf

南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
各类交流电源在产品开发过程中都需要进行长时间的带载测试,以检验其
电气性能。传统使用电阻、电感和电容这类无源元件作为负载的测试方法存在
参数调节不方便、发热量大、耗能等诸多缺点。为克服传统测试方法的不足,
本文研究了一种带能量回馈功能的交流电子负载装置,采用交直交变换结构,
由具有公共直流母线的两级电压型 PWM 整流器组成。通过控制前级 PWM 整流
器的输入功率因数,在其输入端模拟不同阻抗特性的负载;后级 PWM 整流器工
作在并网逆变状态,将被测试电源发出的电能回馈至电网进行循环利用。
交流电子负载属于一种测试设备,需要实现用户交互、通讯、监控等功能,
因此采用了以 DSP 芯片为核心的数字控制方案。本文首先探讨了数字控制技术
对变换器性能的影响,重点讨论了当数字脉宽调制器精度不足时会引起输出产
生极限环振荡的问题。分析了极限环振荡产生的原因,并以 BUCK、BOOST 和
BUCK-BOOST 三种基本变换器的数字控制器设计为例,推导出了为避免极限环
振荡,数字脉宽调制器应满足的最小精度要求。在 MATLAB 中建立了数字控制
器的仿真模型,设计了一台数字控制 BUCK 变换器实验样机,仿真和实验结果
验证了理论分析的正确性。
根据处理电能方式的不同,交流电子负载可分为能量消耗型和能量回馈型
两大类。本文首先针对交流电源产品的功能性测试应用场合,提出了一种新的
能量消耗型交流电子负载结构和相应的控制方法。然后重点介绍了能量回馈型
交流电子负载的工作原理及其控制策略。分析了功率电路中主要元件参数的选
取方法。其中,对工作在任意功率因数情况下的单相 PWM 整流器中交流滤波电
感的取值作了重点讨论。在 Saber 软件中建立了系统的仿真模型,设计了一台以
TMS320F2812 DSP 芯片为控制核心的能量回馈型交流电子负载原理样机,仿真
和实验结果验证了系统方案的可行性和正确性。最后针对交流电子负载的并网
能量回馈功能,初步分析了一种基于正反馈思想的并网系统孤岛检测方法,并
进行了仿真验证。

关键词:交流电子负载,能量回馈,电压型 PWM 整流器,数字控制,极限环振
荡,孤岛检测
I
基于 DSP 控制的交流电子负载的研究

ABSTRACT
The burn-in test has been regarded as a feasible approach for quality certification
of new AC Source passive load bank is generally used, and significant
energy is the viewpoint of energy conservation, a load consumption-free
method is the development of power electronic technology, a new AC
Electronic Load by replacing the consumption load bank with a pulse width
modulation (PWM) converter is this new idea, the testing
power can be sent back to the utility system for reuse, and offers more flexibility,
enhanced reliability, less space and lower cost than an assortment of passive
architecture of AC Electronic Load studied in this thesis consists of two
power input stage where a voltage source PWM rectifier is used to imitate
the required load characteristic, such as R,RL and RC load output
stage is a PWM inverter which sends back the recycling energy to the utility.