名称：源载一体机
设计背景：
现在新能源速度迅猛，储能逆变，户外电源，锂电池，性能源汽车等都是双向能源转换等应用场景，那么开发者对实验设备的功能需求也是提出更高的要求，目前主流的实验电源，负载都是分开，而且都是单向的，一台实验电源 价格不低，价格低的性能差，电阻负载及更加，一台1500W电子负载动则上万，很多工程师，工厂的老化环境使用电阻棒，这样就很多不便的点， 再者可选择的就是双向电源，双向源载一体机，这玩意那就是非常方便了。源载一体故名思就是将电源和负载合二为一，既可以当作实验电源使用，也可以当作负载使用，当然这里讲的源载一体机并不是说将一个负载合电源做在一个箱子里面就叫源载一体机，而是台源载一体机其实是双向可调电源，当负载应用时，是将电能转换后回馈到电网，实现高能效比，转换效率通常是达到90%以上，还有这种源载机的电压调节范围，电流调节范围是非常广的，那么对于开发工程师简直是做梦的想要的一台机器把，反正本人是做梦都想要的，但是不看不知道一看吓一跳，现在这种源再一体机的价格简直是不要太贵，而且功率都做的很大，一台15KW 的双向可调电源要6W+,所以真心用不起，所以秉着理工技术难的原则就是，买不起就自己造的原则，就默默的埋下了这颗种子。
其实这种机器确实存在很大的技术难点，虽然我做过可调电源，正弦波逆变器，但是要把这两玩意做成一个机器，那技术上就不是一回事，逆变器就不是简单的逆变器，要能并网双向，现在的储能逆变器确实很火，都是双向技术，但是想自己能玩转还是有一定技术门槛的，自己不擅长软件那就是很大的问题，再者要实现双向DC的隔离，再要实现电压电流的宽范围调节，都不是简单的事情。再者要实现友好的交互界面，不能就接一个电压电流表头把，那岂不是一个高大上的仪器看上去像一台电焊机？不行，那一定要有液晶屏。确实一台理想源载机要攻克的技术难点太多了，于是默默的放下了很长一段时间。
直到有一天 ，在某鱼上看到双向电源模块，价格很便宜，是做电池化成淘汰下拉的，当时也是很好奇，这东西能好吗，是不是做工很烂。 经过很长一段时间的思想斗争于是决定买两台回来测试一下，先看看这玩意里面究竟怎么做的，性能好不好。买回来后测试确实惊讶到我了，内部做工真的非常的漂亮，做工和通讯电源一样，器件用料扎实，排布工整，满满当当。当时是买的一个4000W，50V +84A-75A左右的参数，简直不要太完美。这种模块内部采用图腾柱整流，输出采用双向LLC结构，所以输出是不能调节的，美中不足啊，当做可调电源肯定是要电流，电压都要从0开始调节的。带大家看看拆机的照片：
我在想这个种电源做工品质绝对是OK，包括测试性能都是很好的，全新的价格据说是4000来块，那么在这个基础上增加一级双向调压，既可以实现可调电源的功能了，那也是可以的，既可以满足需求也可以快速实现开发。那么想到BUCK-BOOT 4开关变换结构，这个拓扑能够实现升降压，双向而且是宽范围，但是想玩转可不简单，目前市面上有4开关专用的驱动芯片但是都不满足我的需求，我的预期是要实现 降压、升压，正向，反向，全部的功能，因为该模块输出是50V ，如果只能实现降压那么显然是不够的。但是这个四开关做做可靠可不是简单的事情，因为本人对模拟电路有一定的经验，纯硬件正弦波逆变器曾经也是手搓过的，就在向这个4开关仔细像想一下应该也是可行的，在脑海里思考这个用纯硬件驱动四开关的方案~~后来就一发不可收拾的坚持做研究探索纯硬件的控制方案，需要实现升降压，双向调电流电压，短路保护，单周期限流等功能，知道这种保护没做好是直接炸机的。
初步设计的原理就是R1采集电感电流，做主电流控制，R4采集输出电流，对终入输出的电流进行精准的采集显示。
经过一段时间的技术技术可行性的评估，初步制定技术路线制定源载机的参数：
输入电压：AC220V±20%
输出电压：0-140V
输出电流：-100A到 +100A
输出功率：4000Wmax
馈能功率：3600W；（受双向AC/DC模块限制）
功能描述：
1、 电源模式 ： 当作实验电源使用，0-140V联系可调，0-100A连续可调。负电流设置为0 ，不能调节，可设定最大输出功率，超过设定功率，自动降低输出电流,电压
2、负载模式：可以0-140V范围内，0-100A电流恒流调节，超出设定功率，自动降低电流，电阻模式（根据电流，电压去计算电阻）
3、源载模式： 恒定设定电压，当外部源电压比设定电压高的时候，电流流入源载机，回电网，外部源电压低的情况，源载机对外输出电流，如果超出设定电流，自动进入CC恒流模式，此模式真正的双向调节。与电池特性一致，
4、电池测试：可编程对电池的充电截至电压，放电截至电压，充电电流，放电电流进行编程，记录放电AH,WH 周期时长。可以设定电池测试循环测次数。
还要一个很好的人机交互界面。
花了一点时间把PCB都搞了一下：
功率板：
功能：主要是4开关的主功率板，板上集成辅助开关电源为整个控制系统，驱动提供电源，供电范围是15-100V，
开关管采用的是HYG035N10，这个管子内阻非常低3.5mR/100V，速度很快，低压大电流非常推荐，功率管采用3并，共12个，电流采样采用的康铜电阻 2mR 4并，分为电感电流采集和输出电流采集，两路，均采用纳芯微的NSI1200隔离光耦进行隔离，输出电压和输出电压采用的电阻差分采集， 驱动光耦采用那芯微的NSI6801,驱动能力很强， 电感使用的华为拆机电感，90A/35uH，抗饱和能力很强。
主功率部分只有这么多东西，电路部分并不复杂，成功与否在于细节。
控制板：
控制板：采用纯硬件控制策略，一堆模拟电路和波形发生器组成，结合各种逻辑保护，和开关换向切换BOOST-BUCK 模式及双向，这里不做过多赘述，现在很多方案都是MCU实现，我这个方案玩一下强化模拟电路的设计能力而使用的，这里这块板MCU给一些基准信号，整个功率部分就能运行起来，基准信号使用电位器都能给。最开始调试就是没有上MCU板的。
MCU控制板：
MCU板上采用一个STM32103的单片机，驱动3.5寸裸屏， 采用外部ADC ADS1118 差分采集输出电压，电流，保证电流电压的精度。集成一个无线串口模块可以连接上位机进行波形显示。
最后看一下UI界面：花了一点时间手搓一个显示界面，由于本人单片机水平有限，显示这款总是卡顿不前，还在持续优化中
最后还有一块板：双向电子开关，该电子开关是防止输出电压比较高的情况下，短路输出端子造成打火，或者负载端突然短路，还有输出反接使用的，我们使用可调电压夹子短路时挺吓人，或者给电池充电的时候不小心接反可能都会把电源干挂，处于这些考虑我特意花了点时间设计下面这款电子开关，
该电子开关采用的8个150V MOS ，开通总内阻在1.5mR左右，使用时背面贴导热导散热器，保证大电流的流通。 设置4个TVS管方式尖峰击穿MOS ，最核心的就是短路保护，这个短路保护的值是可以调节的，此板已经调试完成，效果非常好，我将把电路图放出来，大家可以分析该电路的实现原理，有实际需求可以直接使用。
欢迎各大网友分析评论。
