【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及dc-dc變換器，具體涉及一種開(kāi)關(guān)線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)的dc-dc變換器及其控制方法。
技術(shù)介紹
1、開(kāi)關(guān)線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)不僅具有線性變換器輸出精度高、響應(yīng)速度快的特性，還保留了開(kāi)關(guān)變換器高效率、高功率密度的優(yōu)勢(shì)。隨著新能源市場(chǎng)的發(fā)展，蓄電池的充放電測(cè)試、電機(jī)測(cè)試、光伏儲(chǔ)能逆變器測(cè)試等行業(yè)對(duì)電力電子變換器的效率、體積、輸出精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度等指標(biāo)提出了更高的要求。開(kāi)關(guān)變換器中電力電子器件工作在“開(kāi)關(guān)”狀態(tài)，雖然具有高效率和高功率密度，但高速的開(kāi)關(guān)動(dòng)作會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的開(kāi)關(guān)噪聲，系統(tǒng)輸出紋波大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢。線性變換器中電力電子器件工作在“線性”狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)高精度和高響應(yīng)速度，但其發(fā)熱損耗大，降低變換器效率。由此可見(jiàn)，如何保證變換器高效率和高功率密度的同時(shí)，進(jìn)一步提高變換器的輸出性能，對(duì)開(kāi)關(guān)線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)變換器的設(shè)計(jì)提出了極大挑戰(zhàn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)目的是提供一種開(kāi)關(guān)線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)的dc-dc變換器，以提高變換器精度和響應(yīng)速度，降低線性放大器功率損耗，提升變換器整體效率。
2、本專利技術(shù)為實(shí)現(xiàn)上述目的，通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
3、一種開(kāi)關(guān)線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)的dc-dc變換器，包括開(kāi)關(guān)變換器、線性變換器和lc濾波電路，所述開(kāi)關(guān)變換器的輸出經(jīng)過(guò)lc濾波電路與線性變換器的輸入連接，線性變換器的輸出與負(fù)載連接；
4、開(kāi)關(guān)變換器包括半橋逆變電路、高頻變壓器和全波整流電路，半橋逆變電路與高頻變壓器原邊連接，全波整流電路與高頻變壓器副邊連接；
5、線性
6、進(jìn)一步的，半橋逆變電路為電壓型半橋逆變電路，包括兩個(gè)mos管t1、t2，用于將輸入的直流電逆變?yōu)楦哳l交流輸出；所述全波整流電路包括兩個(gè)二極管，所述高頻變壓器副邊帶中心抽頭；
7、每組線性放大電路的一端輸入均連接外環(huán)的輸出，另一端輸入分別連接電流采樣電阻后與負(fù)載連接。
8、進(jìn)一步的，開(kāi)關(guān)變換器通過(guò)開(kāi)關(guān)變換器控制電路控制，所述開(kāi)關(guān)變換器控制電路采用數(shù)字控制環(huán)路，數(shù)字控制環(huán)路中dsp的pwm輸出依次與驅(qū)動(dòng)電路、隔離變壓器連接，再輸入半橋逆變器的mos管柵極。
9、進(jìn)一步的，線性變換器通過(guò)線性變換器控制電路控制，所述線性變換器控制電路為模擬電路搭建的雙閉環(huán)控制環(huán)路，包括依次連接的外環(huán)調(diào)理電路、補(bǔ)償電路和內(nèi)環(huán)調(diào)理電路。
10、進(jìn)一步的，線性變換器輸出電壓與線性放大電路中mos管的飽和電壓之和作為開(kāi)關(guān)變換器電壓外環(huán)的給定，開(kāi)關(guān)變換器輸出電壓采樣作為數(shù)字控制環(huán)路的外環(huán)采樣輸入，開(kāi)關(guān)變換器電流采樣電阻的整流電流采樣值作為開(kāi)關(guān)變換器數(shù)字控制環(huán)路的內(nèi)環(huán)輸入。
11、進(jìn)一步的，外環(huán)調(diào)理電路包括外環(huán)電壓調(diào)理電路和外環(huán)電流調(diào)理電路，所述外環(huán)電壓調(diào)理電路和外環(huán)電流調(diào)理電路均分別包括集成運(yùn)算放大器，電壓給定和線性變換器輸出電壓采樣作為外環(huán)電壓調(diào)理電路的輸入，電流給定和輸出電流采樣作為外環(huán)電流調(diào)理電路的輸入，外環(huán)電壓調(diào)理電路和外環(huán)電流調(diào)理電路的輸出作為補(bǔ)償電路的輸入，補(bǔ)償電路的輸出、流經(jīng)每組線性放大電路中單個(gè)mos管的漏極電流采樣作為內(nèi)環(huán)調(diào)理電路的輸入，內(nèi)環(huán)調(diào)理電路輸出分別作為每組線性放大電路中單個(gè)mos管的驅(qū)動(dòng)。
12、一種開(kāi)關(guān)線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)的dc-dc變換器控制方法，基于上述開(kāi)關(guān)線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)的dc-dc變換器，半橋逆變電路將輸入的直流電逆變?yōu)楦哳l交流輸出到高頻變壓器的原邊繞組，高頻變壓器的二次繞組獲得交變電壓經(jīng)變壓器副邊帶中心抽頭的全波整流電路整流后，經(jīng)lc濾波輸出恒定電壓給線性變換器提供功率，線性變換器輸出端連接負(fù)載。
13、進(jìn)一步的，線性放大電路中的線性mos管均工作在恒流區(qū)邊界、漏源極兩端電壓位于飽和電壓臨界點(diǎn)。
14、進(jìn)一步的，線性變換器的控制采用模擬電路搭建雙閉環(huán)控制環(huán)路，線性變換器輸出電壓和電流采樣、電壓和電流給定作為外環(huán)的采樣輸入，經(jīng)過(guò)由外環(huán)調(diào)理電路和補(bǔ)償電路后作為內(nèi)環(huán)調(diào)理電路輸入，流經(jīng)線性變換器的單個(gè)線性mos管漏極電流通過(guò)采樣電阻轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)后給到內(nèi)環(huán)調(diào)理電路的采樣輸入，經(jīng)過(guò)內(nèi)環(huán)調(diào)理電路后利用運(yùn)放強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力直接給到線性mos柵極，通過(guò)調(diào)整內(nèi)外環(huán)調(diào)理電路和補(bǔ)償電路的比例系數(shù)，使得線性變換器中mos管漏源極兩端電壓剛好處于飽和電壓臨界點(diǎn)。
15、進(jìn)一步的，線性變換器輸出電壓采樣與線性mos管漏源兩端飽和電壓之和作為數(shù)字控制環(huán)路外環(huán)給定，與開(kāi)關(guān)變換器輸出電壓作差后輸入電壓環(huán)，電壓環(huán)輸出與整流電流采樣作差，輸出的pwm波通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路增強(qiáng)，并給到隔離變壓器，隔離變壓器輸出端連接半橋逆變電路中的mos管柵源極，通過(guò)控制pwm占空比大小控制開(kāi)關(guān)變換器輸出，以確保線性mos管始終位于恒流區(qū)邊界位置：
16、
17、其中，是開(kāi)關(guān)變換器輸出電壓，是輸入直流電壓，d是dsp輸出pwm的占空比，n是高頻變壓器匝數(shù)。
18、本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：
19、開(kāi)關(guān)變換器作為前級(jí)，其輸出為后級(jí)線性變換器提供功率，同時(shí)提高整個(gè)系統(tǒng)效率和功率密度。線性變換器作為后級(jí)，通過(guò)多組a類線性放大器并聯(lián)后串聯(lián)在主電路中，提高系統(tǒng)的輸出電流能力，為系統(tǒng)提供高精度和高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的輸出特性。開(kāi)關(guān)變換器作為前級(jí)供電模塊，進(jìn)行前級(jí)預(yù)調(diào)壓，以分壓的方式使線性放大電路中mos管漏源極兩端電壓處于飽和電壓臨界點(diǎn)，保證變換器正常工作的同時(shí)降低線性放大電路mos管的損耗。前級(jí)的開(kāi)關(guān)拓?fù)浣档途€性電流源兩端電壓，進(jìn)一步提高變換器效率，后級(jí)的線性拓?fù)溲a(bǔ)償了輸出電壓、電流上的紋波，并提高了變換器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，兩者協(xié)同工作，保證變換器的高效率、高精度輸出。
20、此外，為解決線性mos管的直流工作點(diǎn)因前級(jí)電壓變換而發(fā)生偏移的問(wèn)題，提出一種基于后級(jí)mos管漏源兩端管壓降的電壓控制策略。開(kāi)關(guān)變換器先輸出電壓，其值等于線性mos漏源極兩端飽和電壓，一段時(shí)間后，開(kāi)關(guān)變換器輸出電壓和整體變換器輸出電壓同步上升，達(dá)到給定值后維持穩(wěn)定，其壓差始終保持在線性mos漏源極兩端電壓飽和臨界點(diǎn)。
21、將變換器整體輸出電壓加線性mos漏源兩端飽和電壓作為開(kāi)關(guān)變換器數(shù)字環(huán)路的電壓環(huán)給定，對(duì)前級(jí)開(kāi)關(guān)變換器的輸出電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，該控制策略不僅保證了線性變換器的mos管工作在合適的直流工作點(diǎn)，使得變換器能夠正常工作，同時(shí)通過(guò)降低線性mos管兩端“多余”的電壓來(lái)提高變換器效率。該策略的核心在于讓線性mos管的直流工作點(diǎn)始終位于恒流區(qū)邊界位置，保證mos管兩端電壓維持在最低水平。需要注意的是，在具體應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際選用的mos管器件特性對(duì)漏源飽和電壓值進(jìn)行修改，進(jìn)而最大程度發(fā)揮該策略作用。
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1.一種開(kāi)關(guān)線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)的DC-DC變換器，其特征在于，包括開(kāi)關(guān)變換器、線性變換器和LC濾波電路，所述開(kāi)關(guān)變換器的輸出經(jīng)過(guò)LC濾波電路與線性變換器的輸入連接，線性變換器的輸出與負(fù)載連接；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述開(kāi)關(guān)線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)的DC-DC變換器，其特征在于，所述半橋逆變電路為電壓型半橋逆變電路，包括兩個(gè)MOS管T1、T2，用于將輸入的直流電逆變?yōu)楦哳l交流輸出；所述全波整流電路包括兩個(gè)二極管，所述高頻變壓器副邊帶中心抽頭；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述開(kāi)關(guān)線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)的DC-DC變換器，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)變換器通過(guò)開(kāi)關(guān)變換器控制電路控制，所述開(kāi)關(guān)變換器控制電路采用數(shù)字控制環(huán)路，數(shù)字控制環(huán)路中DSP的PWM輸出依次與驅(qū)動(dòng)電路、隔離變壓器連接，再輸入半橋逆變器的MOS管柵極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述開(kāi)關(guān)線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)的DC-DC變換器，其特征在于，所述線性變換器通過(guò)線性變換器控制電路控制，所述線性變換器控制電路為模擬電路搭建的雙閉環(huán)控制環(huán)路，包括依次連接的外環(huán)調(diào)理電路、補(bǔ)償電路和內(nèi)環(huán)調(diào)理電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述開(kāi)關(guān)線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)的DC-DC
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述開(kāi)關(guān)線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)的DC-DC變換器，其特征在于，所述外環(huán)調(diào)理電路包括外環(huán)電壓調(diào)理電路和外環(huán)電流調(diào)理電路，所述外環(huán)電壓調(diào)理電路和外環(huán)電流調(diào)理電路均分別包括集成運(yùn)算放大器，電壓給定和線性變換器輸出電壓采樣作為外環(huán)電壓調(diào)理電路的輸入，電流給定和輸出電流采樣作為外環(huán)電流調(diào)理電路的輸入，外環(huán)電壓調(diào)理電路和外環(huán)電流調(diào)理電路的輸出作為補(bǔ)償電路的輸入，補(bǔ)償電路的輸出、流經(jīng)每組線性放大電路中單個(gè)MOS管的漏極電流采樣作為內(nèi)環(huán)調(diào)理電路的輸入，內(nèi)環(huán)調(diào)理電路輸出分別作為每組線性放大電路中單個(gè)MOS管的驅(qū)動(dòng)。
7.一種開(kāi)關(guān)線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)的DC-DC變換器控制方法，基于權(quán)利要求1-6所述任一開(kāi)關(guān)線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)的DC-DC變換器，其特征在于，半橋逆變電路將輸入的直流電逆變?yōu)楦哳l交流輸出到高頻變壓器的原邊繞組，高頻變壓器的二次繞組獲得交變電壓經(jīng)變壓器副邊帶中心抽頭的全波整流電路整流后，經(jīng)LC濾波輸出恒定電壓給線性變換器提供功率，線性變換器輸出端連接負(fù)載。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述開(kāi)關(guān)線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)的DC-DC變換器控制方法，其特征在于，線性放大電路中的線性MOS管均工作在恒流區(qū)邊界、漏源極兩端電壓位于飽和電壓臨界點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述開(kāi)關(guān)線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)的DC-DC變換器控制方法，其特征在于，線性變換器的控制采用模擬電路搭建雙閉環(huán)控制環(huán)路，線性變換器輸出電壓和電流采樣、電壓和電流給定作為外環(huán)的采樣輸入，經(jīng)過(guò)由外環(huán)調(diào)理電路和補(bǔ)償電路后作為內(nèi)環(huán)調(diào)理電路輸入，流經(jīng)線性變換器的單個(gè)線性MOS管漏極電流通過(guò)采樣電阻轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)后給到內(nèi)環(huán)調(diào)理電路的采樣輸入，經(jīng)過(guò)內(nèi)環(huán)調(diào)理電路后利用運(yùn)放強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力直接給到線性MOS柵極，通過(guò)調(diào)整內(nèi)外環(huán)調(diào)理電路和補(bǔ)償電路的比例系數(shù)，使得線性變換器中MOS管漏源極兩端電壓剛好處于飽和電壓臨界點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述開(kāi)關(guān)線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)的DC-DC變換器控制方法，其特征在于，線性變換器輸出電壓采樣與線性MOS管漏源兩端飽和電壓之和作為數(shù)字控制環(huán)路外環(huán)給定，與開(kāi)關(guān)變換器輸出電壓作差后輸入電壓環(huán)，電壓環(huán)輸出與整流電流采樣作差，輸出的PWM波通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路增強(qiáng)，并給到隔離變壓器，隔離變壓器輸出端連接半橋逆變電路中的MOS管柵源極，通過(guò)控制PWM占空比大小控制開(kāi)關(guān)變換器輸出，以確保線性MOS管始終位于恒流區(qū)邊界位置：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種開(kāi)關(guān)線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)的dc-dc變換器，其特征在于，包括開(kāi)關(guān)變換器、線性變換器和lc濾波電路，所述開(kāi)關(guān)變換器的輸出經(jīng)過(guò)lc濾波電路與線性變換器的輸入連接，線性變換器的輸出與負(fù)載連接；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述開(kāi)關(guān)線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)的dc-dc變換器，其特征在于，所述半橋逆變電路為電壓型半橋逆變電路，包括兩個(gè)mos管t1、t2，用于將輸入的直流電逆變?yōu)楦哳l交流輸出；所述全波整流電路包括兩個(gè)二極管，所述高頻變壓器副邊帶中心抽頭；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述開(kāi)關(guān)線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)的dc-dc變換器，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)變換器通過(guò)開(kāi)關(guān)變換器控制電路控制，所述開(kāi)關(guān)變換器控制電路采用數(shù)字控制環(huán)路，數(shù)字控制環(huán)路中dsp的pwm輸出依次與驅(qū)動(dòng)電路、隔離變壓器連接，再輸入半橋逆變器的mos管柵極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述開(kāi)關(guān)線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)的dc-dc變換器，其特征在于，所述線性變換器通過(guò)線性變換器控制電路控制，所述線性變換器控制電路為模擬電路搭建的雙閉環(huán)控制環(huán)路，包括依次連接的外環(huán)調(diào)理電路、補(bǔ)償電路和內(nèi)環(huán)調(diào)理電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述開(kāi)關(guān)線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)的dc-dc變換器，其特征在于，線性變換器輸出電壓與線性放大電路中mos管的飽和電壓之和作為開(kāi)關(guān)變換器電壓外環(huán)的給定，開(kāi)關(guān)變換器輸出電壓采樣作為數(shù)字控制環(huán)路的外環(huán)采樣輸入，開(kāi)關(guān)變換器電流采樣電阻的整流電流采樣值作為開(kāi)關(guān)變換器數(shù)字控制環(huán)路的內(nèi)環(huán)輸入。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述開(kāi)關(guān)線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)的dc-dc變換器，其特征在于，所述外環(huán)調(diào)理電路包括外環(huán)電壓調(diào)理電路和外環(huán)電流調(diào)理電路，所述外環(huán)電壓調(diào)理電路和外環(huán)電流調(diào)理電路均分別包括集成運(yùn)算放大器，電壓給定和線性變換器輸出電壓采樣作為外環(huán)電壓調(diào)理電路的輸入，電流給定和輸出電流采樣作為外環(huán)電流調(diào)理電路的輸入，外環(huán)電壓調(diào)理電路和外環(huán)電流調(diào)理電路的輸出作為補(bǔ)償電路的輸入，補(bǔ)償電路的輸...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：董尊，白洪超，陳道磐，徐景煜，趙迎輝，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：山東艾諾智能儀器有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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