本发明涉及车载低压电子设备电气性能测试领域，具体涉及一种新型双极性线性电源及其控制方法。
背景技术：
1、车载低压（12v、24v供电）电气设备由蓄电池供电，受引擎启动、电路震颤、温度变化等因素影响，蓄电池供电电压会出现抖动。为确保车载电气设备正常工作，必须对其进行电源变动实验，而双极性电源常用于模拟电源变动。国际标准iso16750-2电气负荷部分以及国家标准gb/t 28046.2电气负荷部分规定了车载电气设备需要进行的电源变动测试，包括直流供电测试、叠加交流电压测试、脉冲电压测试、反向电压测试等，这要求双极性电源具备低输出纹波、任意波形输出能力以及至少200khz的交流输出能力。采用开关技术的双极性电源输出纹波较大，可能会影响测试结果，现有线性电源以单极性输出居多，且电流输出能力不强，无法满足整车电气设备的电源变动测试需求，往往需要分组测试，测试流程较为繁琐。
技术实现思路
1、本发明目的是提供一种新型双极性线性电源及其控制方法，能够为车载电气设备电源变动实验提供低噪声的输出，还能模拟各种情况下的电源变动波形。
2、本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
3、一种新型双极性线性电源，包括给定产生电路、pi控制器电路、驱动转换电路、线性功率放大电路、母线电压产生电路和输出电压电流采样电路，给定产生电路用于产生给定信号，给定产生电路输出端与pi控制器电路输入端连接，pi控制器电路用于产生驱动信号，pi控制器电路输出端与驱动转换电路输入端连接，驱动转换电路的输出端与线性功率放大电路输入端连接，母线电压产生电路输入端连接市电、输出端与线性功率放大电路连接，输出电压电流采样电路输入端与线性功率放大电路输出端out连接，输出电压电流采样电路输出端与pi控制器电路连接。
4、进一步的，母线电压产生电路包括功率因数校正电路、两个llc电路，市电进入功率因数校正电路得到直流电平，直流电平后接两个输出串联的llc电路，输出正负母线电压+vs和-vs，为线性功率放大电路部分供电。
5、进一步的，给定产生电路包括dsp、fpga、ram和多个dac；dsp外接ram， dsp与fpga内部的双口ram连接；
6、dac包括精调给定dac、直流给定dac、交流给定波形dac、双通道幅值调节dac，fpga分别与精调给定dac、直流给定dac、交流给定波形dac连接，双通道幅值调节dac输入端与交流给定波形dac、外部给定连接，精调给定dac输出端连接电阻r1、直流给定dac输出端连接电阻r2、双通道幅值调节dac输出端连接电阻r3和电阻r4、远程给定连接电阻r5后接入求和运算放大器的反相输入端，求和运算放大器的反相输入端和输出端之间串联电阻r6，同相输入端接地，运算放大器输出端输出总给定信号与pi控制器输入端连接。
7、进一步的，输出电压电流采样电路包括依次连接的第一级运放比例放大电路、交直流切换电路、第二级运放比例放大电路，第二级运放比例放大电路输出端连接双通道adc，双通道adc通过spi接口连接fpga，第一级运放比例放大电路的输出端还连接pi控制器电路；
8、第一级运放比例放大电路包括电压第一级运放比例放大电路和电流第一级运放比例放大电路，交直流切换电路包括电压交直流切换电路和电流交直流切换电路，第二级运放比例放大电路包括电压第二级运放比例放大电路和电流第二级运放比例放大电路，所述电压第一级运放比例放大电路、电压交直流切换电路、电压第二级运放比例放大电路依次连接，所述电流第一级运放比例放大电路、电流交直流切换电路、电流第二级运放比例放大电路依次连接，电压第二级运放比例放大电路和电流第二级运放比例放大电路输出端均连接双通道adc，电压第一级运放比例放大电路和电流第一级运放比例放大电路输出端均连接pi控制器电路；
9、输出电压电流采样电路还包括第一分压电阻、第二分压电阻、电流采样电阻，输出电压out与第一分压电阻上端连接，第一分压电阻下端分别与第二分压电阻上端、电压第一级运放比例放大电路输入端连接，第二分压电压电阻下端分别与输出负端子com、电流采样电阻上端连接，电流采样电阻下端连接母线中点0v，输出负端子com和母线中点分别连接电流第一级运放比例放大电路。
10、进一步的，pi控制器电路包括cv外环控制器和cc外环控制器，cv外环控制器包括运算放大器u6及其周边电路构成的积分器，cc外环控制器包括运算放大器u7及其周边电路构成的积分器、运算放大器u8及其周边电路构成的比例控制器，运算放大器u7的输出端与u8输入端连接。
11、进一步的，驱动转换电路包括依次连接的放大电路、推挽共射极放大电路、推挽射极跟随器、正负驱动转换电路，放大电路反相输入端与驱动信号连接，推挽共射极放大电路采用镜像电流源作为集电极电阻，推挽射极跟随器输出端与放大电路同相输入端之间串联电阻r16，正负驱动转换电路将驱动一分为二输出驱动+、驱动-两路驱动信号，分别作为上管mos和下管mos的驱动。
12、进一步的，线性功率放大电路包括多组并联且结构相同的mos对管电路，每个mos对管电路包括对称连接的上mos管电路、下mos管电路；
13、上mos管电路包括：上电流内环积分电路、上过流检测电路、上mos管、上母线电容c3，驱动转换电路的输出驱动+经过r17后分别与上电流内环积分电路、r19左端连接，r19右端连接上mos源极，上电流内环积分电路还分别与上过流检测电路、上mos管的栅极连接，上mos管的漏极与上母线电容c3上端连接，源极与上采样电阻r22上端连接， r22下端与上过流检测电路连接；
14、下mos管电路包括：下电流内环积分电路、下过流检测电路、下mos管、下母线电容c4，驱动转换电路的输出驱动-经过r18后分别与下电流内环积分电路、r26左端连接，r26右端连接下mos源极，下电流内环积分电路还分别与下过流检测电路、下mos管的栅极连接，下mos管的漏极与下母线电容c4下端连接，源极与下采样电阻r24下端连接， r24上端与下过流检测电路连接；
15、上母线电容c3下端与下母线电容c4上端连接于母线中点，电阻r22下端与电阻r24上端连接于mos对管电路中点，每组母线中点0v连接在一起后经过电流采样电阻后作为输出负端子com，每组mos对管电路的中点连接在一起作为输出正端子out。
16、一种新型双极性线性电源电路控制方法，基于上述新型双极性线性电源电路，其特征在于，给定产生电路产生总给定信号输入pi控制器电路，pi控制器电路根据输出电压电流采样电路输出的电压采样信号、电流采样信号和给定产生电路输出的总给定，经由cc外环控制器和cv外环控制器产生驱动信号，驱动转换电路对pi控制器输出的驱动信号进行电压放大、功率放大以及正负驱动转换，将驱动一分为二，驱动+和驱动-分别作为线性功率放大电路中上管mos和下管mos的驱动，母线电压产生电路输出正负母线电压+vs和-vs，为线性功率放大电路部分供电。
17、进一步的，给定产生电路中的dsp根据用户设置计算给定输出，外接ram存储用户自定义波形，用户采集车载蓄电池在各种环境下的输出电压变动波形，然后将实测波形通过上位机软件输入双极性电源，复现实际波形；
18、fpga驱动精调给定dac、直流给定dac、交流给定波形dac产生给定，其中直流给定和精调给定由单个dac直接输出产生，交流给定采用dds技术由fpga驱动并口交流给定波形dac产生固定幅度的交流波形，作为双通道幅值调节dac的参考电压，双通道幅值调节dac对交流波形的幅度进行调整，获得最终的交流给定，fpga驱动精调给定dac、直流给定dac、双通道幅值调节dac均采用spi接口通信，交流给定波形dac采用并口驱动，各个给定相加得到总的给定输出总给定。
19、进一步的，线性功率放大电路中，上采样电阻r22对上mos管电流进行采样，上mos管电流采样和驱动+ 经过电流内环积分电路，产生上mos管驱动，控制上mos管q23的导通程度，同时r22两端的电压作为上mos管过流保护电路的输入，当流过上mos管的电流过大时，r22两端电压增大，过流检测电路报警，关闭电流内环积分电路，使得上管mos q23的栅极驱动电压消失，q23阻抗增大，从而使得上mos管电流减小；
20、下采样电阻r24对下mos管电流进行采样，下mos管电流采样和驱动+ 经过下电流内环积分电路，产生下mos管驱动，控制下mos管q24的导通程度，同时r24两端的电压作为下mos管过流保护电路的输入，当流过下mos管的电流过大时，r24两端电压增大，过流检测电路报警，关闭电流内环积分电路，使得下mos管 q24的栅极驱动电压消失，q24阻抗增大，从而使得下mos管电流减小。
21、本发明的优点在于：
22、本发明为线性双极性电源，相比于开关双极性电源，本发明能为电源变动实验提供更低噪声的模拟供电输出；
23、本发明采用ram+dsp+fpga+dac的给定产生结构，能够获得灵活的任意波形输出输出能力；
24、本发明采用上下管电流内环加cc/cv外环的控制方式，配合驱动功率放大，可实现良好的高频输出特性，具备200khz的交流输出能力，完全满足电源变动实验的测试要求；
25、本发明采用多组mos对管并联的输出方式，可根据测试需求更改对管数量，获得充足的电流输出能力。
1.一种新型双极性线性电源，其特征在于，包括给定产生电路、pi控制器电路、驱动转换电路、线性功率放大电路、母线电压产生电路和输出电压电流采样电路，给定产生电路用于产生给定信号，给定产生电路输出端与pi控制器电路输入端连接，pi控制器电路用于产生驱动信号，pi控制器电路输出端与驱动转换电路输入端连接，驱动转换电路的输出端与线性功率放大电路输入端连接，母线电压产生电路输入端连接市电、输出端与线性功率放大电路连接，输出电压电流采样电路输入端与线性功率放大电路输出端out连接，输出电压电流采样电路输出端与pi控制器电路连接。
2.根据权利要求1所述新型双极性线性电源，其特征在于，所述母线电压产生电路包括功率因数校正电路、两个llc电路，市电进入功率因数校正电路得到直流电平，直流电平后接两个输出串联的llc电路，输出正负母线电压+vs和-vs，为线性功率放大电路部分供电。
3.根据权利要求1所述新型双极性线性电源，其特征在于，所述给定产生电路包括dsp、fpga、ram和多个dac；dsp外接ram， dsp与fpga内部的双口ram连接；
4.根据权利要求1所述新型双极性线性电源，其特征在于，所述输出电压电流采样电路包括依次连接的第一级运放比例放大电路、交直流切换电路、第二级运放比例放大电路，第二级运放比例放大电路输出端连接双通道adc，双通道adc通过spi接口连接fpga，第一级运放比例放大电路的输出端还连接pi控制器电路；
5.根据权利要求1所述新型双极性线性电源，其特征在于，所述pi控制器电路包括cv外环控制器和cc外环控制器，cv外环控制器包括运算放大器u6及其周边电路构成的积分器，cc外环控制器包括运算放大器u7及其周边电路构成的积分器、运算放大器u8及其周边电路构成的比例控制器，运算放大器u7的输出端与u8输入端连接。
6.根据权利要求1所述新型双极性线性电源，其特征在于，所述驱动转换电路包括依次连接的放大电路、推挽共射极放大电路、推挽射极跟随器、正负驱动转换电路，放大电路反相输入端与驱动信号连接，推挽共射极放大电路采用镜像电流源作为集电极电阻，推挽射极跟随器输出端与放大电路同相输入端之间串联电阻r16，正负驱动转换电路将驱动一分为二输出驱动+、驱动-两路驱动信号，分别作为上管mos和下管mos的驱动。
7.根据权利要求1所述新型双极性线性电源，其特征在于，所述线性功率放大电路包括多组并联且结构相同的mos对管电路，每个mos对管电路包括对称连接的上mos管电路、下mos管电路；
8.一种新型双极性线性电源电路控制方法，基于权利要求1所述新型双极性线性电源，其特征在于，给定产生电路产生总给定信号输入pi控制器电路，pi控制器电路根据输出电压电流采样电路输出的电压采样信号、电流采样信号和给定产生电路输出的总给定，经由cc外环控制器和cv外环控制器产生驱动信号，驱动转换电路对pi控制器输出的驱动信号进行电压放大、功率放大以及正负驱动转换，将驱动一分为二，驱动+和驱动-分别作为线性功率放大电路中上管mos和下管mos的驱动，母线电压产生电路输出正负母线电压+vs和-vs，为线性功率放大电路部分供电。
9.根据权利要求8所述新型双极性线性电源电路控制方法，其特征在于，给定产生电路中的dsp根据用户设置计算给定输出，外接ram存储用户自定义波形，用户采集车载蓄电池在各种环境下的输出电压变动波形，然后将实测波形通过上位机软件输入双极性电源，复现实际波形；
10.根据权利要求8所述新型双极性线性电源电路控制方法，其特征在于，线性功率放大电路中，上采样电阻r22对上mos管电流进行采样，上mos管电流采样和驱动+ 经过电流内环积分电路，产生上mos管驱动，控制上mos管q23的导通程度，同时r22两端的电压作为上mos管过流保护电路的输入，当流过上mos管的电流过大时，r22两端电压增大，过流检测电路报警，关闭电流内环积分电路，使得上管mos q23的栅极驱动电压消失，q23阻抗增大，从而使得上mos管电流减小；
