1 引言

　　隨著電力電子技術的發展，各種電力電子裝置應運而生，并且得到了廣泛的運用。電子負載是測試電源裝置的一種電力電子裝置，是微機測控技術、電力電子技術和自動控制技術的綜合運用。采用雙PWM變換器作為電子負載的主電路拓撲，在整個工作過程中兩側PWM變換器工作狀態不同，尤其是在電子負載裝置開機投入測試時的初始時刻，整流側和逆變側會出現較大的過沖電流，會對被測電源和電子負載裝置造成損壞。為避免這個問題，必須研究電子負載的啟動問題，以保護被測電源和電子負載裝置。

　　2 電子負載啟動原理

　　2.1 整體工作原理分析

　　電子負載主電路拓撲見圖1-2所示。

　　假設電子負載被測電源電壓為 ，其中，f1為us1的頻率;電網電壓為 ，其中，f2=50Hz為us2的頻率;直流母線電壓為Udc;PWM整流側濾波電感為L1;PWM逆變側濾波電感為L2。

　　PWM變換器正常工作的必要條件是直流側的電壓一定要大于交流側電壓的峰值。而電子負載初始投入測試(啟動)時，由于中間環節的直流側電容電壓從初始時刻為零開始緩慢上升到穩態，所以初始時刻PWM變換器沒有工作在PWM整流狀態，而是工作在二極管整流狀態，從而引起初始時刻出現過沖電流;直到直流側電壓大于被測電源峰值時，PWM整流器才開始正常工作。初始時刻的過沖電流會對被測電源和電子負載裝置造成損壞，是不允許的。類似的問題也會出現在PWM逆變器一側，同樣需要引起注意。

　　為解決上述問題，增加圖4-1的啟動電路，即在PWM整流側和被測電源連接處串聯開關S1，在PWM逆變側和電網連接處串聯電阻R，并在電阻兩端并聯開關S2。　

　　當包含被測電源的電子負載上電啟動時，主要包括以下三個階段：

　　第一階段：被測電源投入測試時，初始時刻開關S1、S2斷開，由逆變側的電網電壓給直流側電容充電，此時逆變側PWM變換器工作于二極管整流狀態，在逆變側串聯電阻R，起限流的作用，解決了逆變側初始時刻電流過沖的問題。

　　第二階段：對直流母線電壓和被測電源電壓進行實時的檢測，當直流母線電壓大于被測電源電壓峰值時，閉合開關S1，進入第2階段。此時整流側PWM變換器開始正常工作，解決了初始時刻整流側電流過沖的問題。在此階段兩側PWM變換器同時向直流母線充電。

　　第三階段：當直流母線電壓大于被測電網電壓峰值時，閉合開關S2，進入第3階段。逆變側PWM變換器工作于就緒等待狀態，直流母線電壓由PWM整流側充電繼續上升。當直流母線電壓達到額定穩態值后，逆變側開始工作于PWM逆變狀態，啟動結束。此后，兩側都進入正常工作狀態。

　　2.2各階段工作原理

　　此階段的瞬時功率平衡關系為，逆變側交流功率ps2減去電阻R上的損耗后，等于直流側功率pd(4)

　　當希望限制啟動時的最大電流為Is2max時，可以求得啟動電阻為(5)

　　第三階段：PWM逆變器處于就緒等待狀態。這一階段中只有整流側為直流電容充電，功率平衡關系為(7)

　　直到直流電壓達到額定值，啟動結束，電子負載處于穩定工作狀態，功率平衡關系為整流側交流功率ps1減去逆變側交流功率ps2等于直流側功率，即(8)

　　由于穩態時直流側平均功率為零，固有(9)

　　3 仿真結果

　　根據以上所述電子負載的主電路及啟動策略，在MATLAB/SimulinK平臺中搭建仿真模型，系統參數設計如下：L1=L2=16mH，Cd=2200uF，Udc=600V，開關頻率fc1=fc2=25kHz，電網電壓us2=311sin314t。

　　仿真運行參數：被測電源電壓us1=220sin314t，模擬負載Z=50Ω。

　　未加啟動環節時系統的啟動過程波形如圖4-3所示，圖(a)為被測電源電壓us1與電流is1波形，圖(b)為電網電壓us2與輸出電流is2波形，從圖中可以看出，無論是整流側還是逆變側，初始時刻的電流都非常大，這在工程實際中是不允許的。圖中電流波形均被放大20倍。　

　　根據理論分析可得，啟動環節的參數設計如下：由式5可得限流電阻的阻值R≥15.55Ω;由式3可得開關的S1閉合時間t1，t1≥0.05;當 時，選擇閉合開關S2的時間t2。

　　選擇啟動環節的仿真參數：R=16Ω，t1=0.06s，t2=0.23s，仿真結果如圖4-4所示，(a)圖表示被測電源在初始時刻t=0~0.06s沒有投入到測試過程，在t=0.06s時，此時直流側電壓大于被測電源電壓峰值(Udc>220V),被測電源投入測試。(b)、(c)圖表示從初始時刻開始由電網電壓給直流側電容充電，直流側電壓上升，在t=0.23s時刻直流側電壓達到穩態時，逆變側以單位功率因數將直流側能量回饋到電網。圖中電流波形均被放大了20倍。　　

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