[发明专利]开关型电压源与线性电流源结合的太阳阵模拟器

说明书

技术领域

本发明涉及太阳阵模拟器，尤其涉及开关型电压源与线性电流源结合的太阳阵模拟器。

背景技术

太阳阵模拟器一般分为三个基本环节，功率级设计，控制系统以及基准发生技术。功率级设计架构主要分为两种构架，分别为线性功率级架构和开关功率级架构。在中小功率等级条件下，一般采用线性功率级架构来实现，线性功率级实现方案即为采用功率晶体管，控制其工作于线性可变电阻区，从而实现恒流输出的特性。并且采用多路线性电流源并联的方式以提高其处理功率的能力，其处理功率的能力取决于热控设计，从而决定了太阳阵模拟器的体积和重量。采用线性功率级架构方案的太阳阵模拟器电源输出质量高，动态性能优良，主要适用于航天，军事等对太阳阵模拟器测试设备性能要求较高的场合。

在大功率的应用场合一般采用开关功率级方案，开关型PV源模拟器为了实现I-V功率曲线输出功能，需要工作于降压模式，不同的开关功率级光伏源模拟器开关型拓扑可以是单相DC-DC Buck变换器，三相AC-DC电压源以及电流源整流器，半桥和全桥DC-DC变换器，以及LLC谐振DC-DC变换器，还有其他功率级拓扑如带电流门限的直流可编程功率电源，带可变电阻器的直流功率电源或是可控开关电阻以及有源功率负载。采用开关方案作为太阳阵模拟器功率级实现构架可以处理较高的功率，适用于一般光伏工业测试场合以及对太阳阵模拟器动态性能要求不高的场合。

总结以上两种实现太阳阵模拟器的两种实现构架方案，线性功率级方案的太阳阵模拟器具有优良的动态特性，模拟器输出的电压电流模拟精度较高，但是受到功率的限制，并且效率低，产生大量的热，体积庞大，所以很难应用于大功率场合。

开关功率级方案虽然效率高，可实现大功率处理的能力，但是相对于线性功率级方案的输出电压电流纹波较大，供电质量一般；并且动态性能较差，不适用于大功率以及高动态特性需求的场合。

发明内容

本发明的目的是提供一种开关型电压源与线性电流源结合的太阳阵模拟器，提高模拟精度，提高效率，提高供电质量，降低线性功率单元的热耗，提高太阳阵模拟器的动态特性，减小太阳阵模拟器的整机体积大小和重量。

本发明的技术方案是开关型电压源与线性电流源结合的太阳阵模拟器，包括：

压控电压源，连接压控电流源，实时根据所述压控电流源输出端口的电压变化而变化；

压控电流源，输出端口连接负载；

电压采样单元，连接所述压控电流源的输出端，采集所述输出端的输出电压，输出电压采样信号；

模数转换器，连接所述电压采样单元，将所述电压采样信号转换为电压数字信号并输出；

数字控制器，连接所述模数转换器，将所述电压数字信号处理后，分别输出压控电压源输出端的电压数字基准值和压控电流源输出端的电流数字基准值；

第二数模转换器，连接所述数字控制器和压控电压源，将所述电压数字基准值转换为电压模拟基准值，并将所述电压模拟基准值发送到所述压控电压源中；以及

第一数模转换器，连接所述数字控制器和压控电流源，将所述电流数字基准值转换为电流模拟基准值，并将所述电流模拟基准值发送到所述压控电流源中；

其中，所述压控电压源为开关型电压源，所述压控电流源为线性电流源，所述数字控制器包括：

第一运算器，分别连接所述模数转换器、存储器和第一数模转换器和，将接收到的电压数字信号对应存储器中的I-V数据表格，查到压控电流源输出端的电流数字基准值；

存储器，存储有I-V数据表格；以及

第二运算器，连接所述模数转换器和第二数模转换器，接收所述电压数字信号，计算后输出压控电压源输出端的电压数字基准值。

本发明提出母线连续跟踪方案的开关与线性功率级方案相结合的功率构架，以线性电流源作为太阳阵模拟器的输出端口，并采用高动态性能开关型电压源来实时跟踪线性电流源输出端口的电压变化而变化，将开关型电压源的输出作为线性电流源工作的母线电压，并且该母线电压实时连续跟踪模拟器对外输出端的电压变化而变化，保持在高于模拟器输出端电压的一个固定的电压偏置量，从而控制线性电流源的功率消耗，解决了线性功率单元的热耗问题。该方案既可以保证整机太阳阵模拟器具备较高的动态特性，输出较高的电压电流质量，I-V曲线模拟精度高；同时解决了线性功率单元的热耗问题，提高了整机效率。可具备大功率处理能力，减小了大功率应用场合下的太阳阵模拟器的整机体积大小和重量。

进一步地，所述压控电压源包括：

电源U_in，给所述压控电流源和所述负载供电；