1 引言

　　随着电力电子技术的发展，各种电力电子装置应运而生，并且得到了广泛的运用。电子负载是测试电源装置的一种电力电子装置，是微机测控技术、电力电子技术和自动控制技术的综合运用。采用双PWM变换器作为电子负载的主电路拓扑，在整个工作过程中两侧PWM变换器工作状态不同，尤其是在电子负载装置开机投入测试时的初始时刻，整流侧和逆变侧会出现较大的过冲电流，会对被测电源和电子负载装置造成损坏。为避免这个问题，必须研究电子负载的启动问题，以保护被测电源和电子负载装置。

　　2 电子负载启动原理

　　2.1 整体工作原理分析

　　电子负载主电路拓扑见图1-2所示。

　　假设电子负载被测电源电压为 ，其中，f1为us1的频率;电网电压为 ，其中，f2=50Hz为us2的频率;直流母线电压为Udc;PWM整流侧滤波电感为L1;PWM逆变侧滤波电感为L2。

　　PWM变换器正常工作的必要条件是直流侧的电压一定要大于交流侧电压的峰值。而电子负载初始投入测试(启动)时，由于中间环节的直流侧电容电压从初始时刻为零开始缓慢上升到稳态，所以初始时刻PWM变换器没有工作在PWM整流状态，而是工作在二极管整流状态，从而引起初始时刻出现过冲电流;直到直流侧电压大于被测电源峰值时，PWM整流器才开始正常工作。初始时刻的过冲电流会对被测电源和电子负载装置造成损坏，是不允许的。类似的问题也会出现在PWM逆变器一侧，同样需要引起注意。

　　为解决上述问题，增加图4-1的启动电路，即在PWM整流侧和被测电源连接处串联开关S1，在PWM逆变侧和电网连接处串联电阻R，并在电阻两端并联开关S2。　

　　当包含被测电源的电子负载上电启动时，主要包括以下三个阶段：

　　第一阶段：被测电源投入测试时，初始时刻开关S1、S2断开，由逆变侧的电网电压给直流侧电容充电，此时逆变侧PWM变换器工作于二极管整流状态，在逆变侧串联电阻R，起限流的作用，解决了逆变侧初始时刻电流过冲的问题。

　　第二阶段：对直流母线电压和被测电源电压进行实时的检测，当直流母线电压大于被测电源电压峰值时，闭合开关S1，进入第2阶段。此时整流侧PWM变换器开始正常工作，解决了初始时刻整流侧电流过冲的问题。在此阶段两侧PWM变换器同时向直流母线充电。

　　第三阶段：当直流母线电压大于被测电网电压峰值时，闭合开关S2，进入第3阶段。逆变侧PWM变换器工作于就绪等待状态，直流母线电压由PWM整流侧充电继续上升。当直流母线电压达到额定稳态值后，逆变侧开始工作于PWM逆变状态，启动结束。此后，两侧都进入正常工作状态。

　　2.2各阶段工作原理

　　此阶段的瞬时功率平衡关系为，逆变侧交流功率ps2减去电阻R上的损耗后，等于直流侧功率pd(4)

　　当希望限制启动时的最大电流为Is2max时，可以求得启动电阻为(5)

　　第三阶段：PWM逆变器处于就绪等待状态。这一阶段中只有整流侧为直流电容充电，功率平衡关系为(7)

　　直到直流电压达到额定值，启动结束，电子负载处于稳定工作状态，功率平衡关系为整流侧交流功率ps1减去逆变侧交流功率ps2等于直流侧功率，即(8)

　　由于稳态时直流侧平均功率为零，固有(9)

　　3 仿真结果

　　根据以上所述电子负载的主电路及启动策略，在MATLAB/SimulinK平台中搭建仿真模型，系统参数设计如下：L1=L2=16mH，Cd=2200uF，Udc=600V，开关频率fc1=fc2=25kHz，电网电压us2=311sin314t。

　　仿真运行参数：被测电源电压us1=220sin314t，模拟负载Z=50Ω。

　　未加启动环节时系统的启动过程波形如图4-3所示，图(a)为被测电源电压us1与电流is1波形，图(b)为电网电压us2与输出电流is2波形，从图中可以看出，无论是整流侧还是逆变侧，初始时刻的电流都非常大，这在工程实际中是不允许的。图中电流波形均被放大20倍。　

　　根据理论分析可得，启动环节的参数设计如下：由式5可得限流电阻的阻值R≥15.55Ω;由式3可得开关的S1闭合时间t1，t1≥0.05;当 时，选择闭合开关S2的时间t2。

　　选择启动环节的仿真参数：R=16Ω，t1=0.06s，t2=0.23s，仿真结果如图4-4所示，(a)图表示被测电源在初始时刻t=0~0.06s没有投入到测试过程，在t=0.06s时，此时直流侧电压大于被测电源电压峰值(Udc>220V),被测电源投入测试。(b)、(c)图表示从初始时刻开始由电网电压给直流侧电容充电，直流侧电压上升，在t=0.23s时刻直流侧电压达到稳态时，逆变侧以单位功率因数将直流侧能量回馈到电网。图中电流波形均被放大了20倍。　　

[url= http://www.whtlhgdq.com/]串联谐振[/url]          串联谐振

[url= http://www.whtlhgdq.com/]直流电阻测试仪[/url]   直流电阻测试仪