一種高降壓比的快響應(yīng)直流變換器系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高降壓比的快響應(yīng)直流變換器系統(tǒng)，包括主電路、滯環(huán)比較器、電阻R1和電阻R2、電容C、反饋系數(shù)調(diào)整電阻Rf、控制電阻R；本發(fā)明主電路拓?fù)淅弥虚g電感和輸出側(cè)電感分壓特性，較好地實(shí)現(xiàn)高降壓比轉(zhuǎn)換，并利用鉗位電容作用實(shí)現(xiàn)電路軟開關(guān)動(dòng)作。利用控制電路中滯環(huán)控制器實(shí)現(xiàn)在新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的快速瞬態(tài)響應(yīng)特性，通過設(shè)計(jì)不同的輸出電壓的反饋支路，同時(shí)結(jié)合滯環(huán)比較器的工作特點(diǎn)，有效調(diào)節(jié)控制信號(hào)的脈沖寬度，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。
【專利說明】
-種高降壓比的快響應(yīng)直流變換器系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種高降壓比的快響應(yīng)直流變換器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前直流變換器在電池儲(chǔ)能、分布式光伏發(fā)電、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。 隨著太陽能光伏發(fā)電等輸出電壓較低的新能源電力的廣泛應(yīng)用，大功率和高增益變換器的 研究成為電力研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。實(shí)現(xiàn)DC/DC變換器的高增益和高可靠性W及對負(fù)荷調(diào) 整的快速響應(yīng)特性為直流變換器努力追求的方向。
[0003] 傳統(tǒng)直流變換器輸出電壓可W表示為V〇 = Vind/N，式中，Vo主要取決變壓器應(yīng)數(shù)比 N和占空比d。為了減少在高降壓比下的低占空比的影響，一般將N的比率增大。然而，更高的 應(yīng)數(shù)比將使變壓器設(shè)計(jì)復(fù)雜化，變壓器的寄生參數(shù)的設(shè)置，包括繞組電容，二次電阻和漏電 感等增加了設(shè)計(jì)難度。
[0004] 關(guān)于控制電路方面，傳統(tǒng)型PWM電壓控制方法由于其滿足穩(wěn)定性和控制精度的基 本要求，而廣泛的應(yīng)用于直流變換器中。但是，運(yùn)種控制方法在輸入電壓和負(fù)載發(fā)生突變 時(shí)，由于控制電路中電壓誤差放大器的補(bǔ)償電路帶來的延時(shí)滯后，不僅造成了其瞬態(tài)響應(yīng) 慢，降低了其動(dòng)態(tài)特性。并且，電壓誤差放大器的補(bǔ)償電路在設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)較為復(fù)雜。W上 運(yùn)些問題給設(shè)計(jì)者帶來了很多困難，且延長了設(shè)計(jì)周期、消耗了大量人力物力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種高降壓比的快響應(yīng) 直流變換器系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] -種高降壓比的快響應(yīng)直流變換器系統(tǒng)，包括主電路、滯環(huán)比較器、電阻Ri和電阻 R2、電容C、反饋系數(shù)調(diào)整電阻Rf、控制電阻R;
[000引主電路包括輸入電壓Vin、整流二極管化1、整流二極管化2、中間電感^、開關(guān)Si、開 關(guān)S2、整流二極管Di、整流二極管02、輸出濾波電感L2、濾波電容Co和負(fù)載電阻Ro。開關(guān)Si導(dǎo) 通時(shí)，中間電感^通過Vin充電，中間電感^的電流Ii線性增加，同時(shí)整流二極管化正向偏置 導(dǎo)通，L2通過電阻Ro放電，輸出濾波電感L2電流12線性減小。隨著Ii增加12減小，當(dāng)l2 = Ii時(shí)， 整流二極管化反向偏置關(guān)斷，1^1和12同時(shí)開始充電并逐步充至最大值。開關(guān)Si關(guān)斷時(shí),1^1正向 放電，給Csl充電，同時(shí)Cs2放電。當(dāng)Cs2放電為零時(shí)，S2的寄生二極管導(dǎo)通，開關(guān)S2零電壓導(dǎo)通， ^放電，Ii線性減小，整流二極管化正向偏置，L2通過電阻Ro放電，12線性減小。當(dāng)12 = Ii時(shí)， 中間電感1^1反向放電，Cs流電，Csl放電。當(dāng)Csl放電為零時(shí)，開關(guān)Si寄生二極管導(dǎo)通，L2通過電 阻Ro放電，12線性減小;至此主電路完整的工作周期完成，并進(jìn)入下一個(gè)工作周期；
[0009] 主電路的輸出電壓V。通過反饋調(diào)整電阻Rf和控制電阻R相連共同對電容C進(jìn)行充電 和放電，電容C兩端的電壓Vf作為滯環(huán)比較器的負(fù)極輸入端，滯環(huán)比較器輸出端Vu通過電阻 R沸Ri與參考電壓化ef相連，電阻Ri和電阻R2連接點(diǎn)作為滯環(huán)比較器的正極輸入端；
[0010] 滯環(huán)比較器的輸出電平Vu經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路化ivers進(jìn)行信號(hào)放大，實(shí)現(xiàn)主電路中開 關(guān)Si和S2在Vu為高電平時(shí)導(dǎo)通，Vu為低電平時(shí)關(guān)斷；當(dāng)電容C兩端的電壓Vf大于電壓Vr時(shí)，滯 環(huán)比較器輸出電壓為高電平，Si和S2導(dǎo)通，反之當(dāng)電容C兩端的電壓Vf小于電壓Vr時(shí)，滯環(huán)比 較器輸出電壓為高電平，Si和S2關(guān)斷；在Si和S2開通時(shí)，根據(jù)整流二極管化的操作，它可W分 為兩個(gè)階段;在第一階段，因?yàn)镮i<I。，二極管化正向偏壓導(dǎo)通;Li通過Vin充電并使電流Ii迅 速上升，L2繼續(xù)放電并使電流I。漸落，直到Ii = I。;在第二階段，因?yàn)槎O管化是反向偏置關(guān) 閉，Li和L2串聯(lián)并同時(shí)進(jìn)入充電模式。
[0011] Vd可W通過式
十算，式中，Vs是變壓器T二次側(cè)的電壓，Vd是通過 二極管化的電壓，n = Li/L2;因?yàn)長2的充電電壓是降低的，放電時(shí)間是增大的，所W高降壓轉(zhuǎn) 換得W實(shí)現(xiàn)。
[0012] 本發(fā)明主電路拓?fù)淅弥虚g電感和輸出側(cè)電感分壓特性，較好地實(shí)現(xiàn)高降壓比轉(zhuǎn) 換，并利用錯(cuò)位電容作用實(shí)現(xiàn)電路軟開關(guān)動(dòng)作。利用控制電路中滯環(huán)控制器實(shí)現(xiàn)在新型拓 撲結(jié)構(gòu)下的快速瞬態(tài)響應(yīng)特性，通過設(shè)計(jì)不同的輸出電壓的反饋支路，同時(shí)結(jié)合滯環(huán)比較 器的工作特點(diǎn)，有效調(diào)節(jié)控制信號(hào)的脈沖寬度，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定?？刂齐娐分兄恍枰?個(gè)滯環(huán)比較器和反饋系數(shù)調(diào)節(jié)電阻，控制電路的器件數(shù)量大大減少，成本和體積均得到了 較大改善。而且，由于沒有使用誤差放大器，在消除了補(bǔ)償電路帶來的相位延遲問題的同 時(shí)，有效提高了控制電路的動(dòng)態(tài)特性。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明新型變換器系統(tǒng)主電路拓?fù)洌?br>[0014] 圖2為本發(fā)明工作原理波形圖（con:傳統(tǒng)的直流變換器，pro:本發(fā)明的直流變換 器)；
[0015] 圖3為本發(fā)明和傳統(tǒng)直流變換器占空比比較圖；
[0016] 圖4為本發(fā)明直流變換器占空比和輸出電壓的關(guān)系；
[0017] 圖5為本發(fā)明高降壓比滯環(huán)控制直流變換器系統(tǒng)；
[0018] 圖6為本發(fā)明負(fù)載電流1〇躍降一倍時(shí)瞬態(tài)響應(yīng)曲線；
[0019] 圖7為本發(fā)明負(fù)載電流1〇躍升一倍時(shí)瞬態(tài)響應(yīng)曲線；
【具體實(shí)施方式】
[0020] W下結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0021] 參考圖1、5,高降壓比的快響應(yīng)直流變換器系統(tǒng)，包括主電路、滯環(huán)比較器、電阻Ri 和電阻R2、電容C、反饋系數(shù)調(diào)整電阻Rf、控制電阻R;
[0022] 主電路包括輸入電壓Vin、整流二極管化1、整流二極管化2、中間電感^、開關(guān)Si、開 關(guān)S2、整流二極管Di、整流二極管〇2、輸出濾波電感L2、濾波電容Co和負(fù)載電阻Ro。開關(guān)Si導(dǎo) 通時(shí)，中間電感^通過Vin充電，中間電感^的電流Ii線性增加，同時(shí)整流二極管化正向偏置 導(dǎo)通，L通過電阻Ro放電，輸出濾波電感L2電流12線性減小。隨著Ii增加12減小，當(dāng)l2 = Ii時(shí)， 整流二極管化反向偏置關(guān)斷，Li和L2同時(shí)開始充電并逐步充至最大值。開關(guān)Si關(guān)斷時(shí)，Li正向 放電，給Csl充電，同時(shí)Cs2放電。當(dāng)Cs2放電為零時(shí)，S2的寄生二極管導(dǎo)通，開關(guān)S2零電壓導(dǎo)通， b放電，Ii線性減小，整流二極管化正向偏置，L2通過電阻Ro放電，12線性減小。當(dāng)12 = Ii時(shí)， 中間電感^反向放電，Cs流電，Csl放電。當(dāng)Csl放電為零時(shí)，開關(guān)Si寄生二極管導(dǎo)通，L通過電 阻Ro放電，12線性減小。至此主電路完整的工作周期完成，并進(jìn)入下一個(gè)工作周期。
[0023] 主電路的輸出電壓V。通過反饋調(diào)整電阻Rf和控制電阻R相連共同對電容C進(jìn)行充電 和放電，電容C兩端的電壓Vf作為滯環(huán)比較器的負(fù)極輸入端，滯環(huán)比較器輸出端Vu通過電阻 R沸化與參考電壓化ef相連，電阻化和電阻R2連接點(diǎn)作為滯環(huán)比較器的正極輸入端。
[0024] 滯環(huán)比較器的輸出電平Vu經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路化ivers進(jìn)行信號(hào)放大，實(shí)現(xiàn)主電路中開 關(guān)Si和S2在Vu為高電平時(shí)導(dǎo)通，Vu為低電平時(shí)關(guān)斷。當(dāng)電容C兩端的電壓Vf大于電壓Vr時(shí)，滯 環(huán)比較器輸出電壓為高電平，Si和S2導(dǎo)通，反之當(dāng)電容C兩端的電壓Vf小于電壓Vr時(shí)，滯環(huán)比 較器輸出電壓為高電平，Si和S2關(guān)斷。在Si和S2開通時(shí)，根據(jù)整流二極管化的操作，它可W分 為兩個(gè)階段。在第一階段，因?yàn)镮i<I。，二極管化正向偏壓導(dǎo)通。Li通過Vin充電并使電流Ii迅 速上升，L2繼續(xù)放電并使電流I。漸落，直到Ii = I。。在第二階段，因?yàn)槎O管化是反向偏置關(guān) 閉，Li和L2串聯(lián)并同時(shí)進(jìn)入充電模式。
[0025] Vd可W通過支
-計(jì)算，式中，Vs是變壓器T二次側(cè)的電壓，Vd是通過 二極管化的電壓，n = Li/L2。因?yàn)長2的充電電壓是降低的，放電時(shí)間是增大的，所W高降壓轉(zhuǎn) 換得W實(shí)現(xiàn)。
[0026] 本發(fā)明的變換器與傳統(tǒng)的變新型換器的工作原理波形如圖2所示。Iin是主電路輸 入電流，Ii和I。分別流經(jīng)電感^和12的電流，d為變換器的占空比。
[0027] 實(shí)際占空比d'通過等式(1)來計(jì)算，
[0033] 在相同的占空比d下，對比（2)(3)式并計(jì)算，提出的變換電路比傳統(tǒng)的變換電路有 較低的輸出電壓。
[0034] 圖3可W看出占空比化ro(新型)數(shù)值為5%，遠(yuǎn)小于常規(guī)80%占空比化on(常規(guī)）。
[0035] 圖4中可W看出相同占空比下，本電路可實(shí)現(xiàn)更低輸出電壓，遠(yuǎn)小于常規(guī)設(shè)計(jì)。
[0036] 將滯環(huán)比較器輸出電壓經(jīng)過控制電阻R與電容C相連，輸出電壓經(jīng)反饋調(diào)整電阻Rf 和電容C相連，進(jìn)而共同實(shí)現(xiàn)對電容C充放電速率的控制，同時(shí)滯環(huán)比較器輸出電壓經(jīng)電阻 R2和Ri與參考電壓化ef相連。通過滯環(huán)比較器輸出電壓可W使得闊值電壓發(fā)生變化，通過電 壓化ef使得闊值電壓發(fā)生改變?？梢娫谔岢龅男滦涂刂品椒ㄖ校瑢τ绊慥f變化的兩個(gè)因素， 通過利用輸出的快速動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)和響應(yīng)得W實(shí)現(xiàn)。被檢測的電容電壓Vf決定了功率開關(guān)管的 關(guān)斷和導(dǎo)通時(shí)間。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，電壓Vf的上升和下降斜率與滯環(huán)比較器輸出電壓W 及闊值電壓相關(guān)，因此，每一個(gè)開關(guān)周期的大小會(huì)因?yàn)闇h(huán)比較器輸出電壓變化而變化。與 傳統(tǒng)型PWM電壓控制方法進(jìn)行比較，當(dāng)負(fù)載電流改變時(shí)，輸出端通過調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了電壓反饋控 審IJ，具有了輸出電壓的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間短，超調(diào)量小，波動(dòng)小，穩(wěn)定性高，誤差可控的特點(diǎn)，從 而滿足了較好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能指標(biāo)。
[0037] 圖6圖7中Vo、Vol分別為高降壓比拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下滯環(huán)控制與傳統(tǒng)PWM控制輸出結(jié)果圖， 從中可看出，在輸入電壓400V、輸出電壓為1.5V情況下，本控制系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)特性優(yōu)于傳統(tǒng) 控制，實(shí)現(xiàn)了高降壓比與快速瞬態(tài)響應(yīng)。
[0038] 應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可W根據(jù)上述說明加 W改進(jìn)或變換， 而所有運(yùn)些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高降壓比的快響應(yīng)直流變換器系統(tǒng)，其特征在于，包括主電路、滯環(huán)比較器、電 阻心和電阻R2、電容C、反饋系數(shù)調(diào)整電阻Rf、控制電阻R; 主電路包括輸入電壓Vin、整流二極管Dsi、整流二極管Ds2、中間電感Li、開關(guān)Si、開關(guān)S2、 整流二極管Di、整流二極管D2、輸出濾波電感L2、濾波電容Co和負(fù)載電阻Ro;開關(guān)51導(dǎo)通時(shí)， 中間電感Li通過V in充電，中間電感Li的電流Ιι線性增加，同時(shí)整流二極管D2正向偏置導(dǎo)通， L2通過電阻Ro放電，輸出濾波電感L2電流12線性減??；隨著I!增加12減小，當(dāng)I 2 = I.，整流 二極管D2反向偏置關(guān)斷，LjPL2同時(shí)開始充電并逐步充至最大值;開關(guān)Si關(guān)斷時(shí)正向放 電，給C si充電，同時(shí)Cs2放電；當(dāng)Cs2放電為零時(shí)，S2的寄生二極管導(dǎo)通，開關(guān)S 2零電壓導(dǎo)通，Li 放電，Ιι線性減小，整流二極管D2正向偏置，L2通過電阻Ro放電，I2線性減?。划?dāng)12 = Ιι時(shí)，中 間電感Li反向放電，Cs2充電，Csi放電；當(dāng)Csi放電為零時(shí)，開關(guān)Si寄生二極管導(dǎo)通，L 2通過電阻 Ro放電，12線性減小;至此主電路完整的工作周期完成，并進(jìn)入下一個(gè)工作周期； 主電路的輸出電壓V。通過反饋調(diào)整電阻Rf和控制電阻R相連共同對電容C進(jìn)行充電和放 電，電容C兩端的電壓Vf作為滯環(huán)比較器的負(fù)極輸入端，滯環(huán)比較器輸出端Vu通過電阻辦和 R!與參考電壓Vref相連，電阻R!和電阻R2連接點(diǎn)作為滯環(huán)比較器的正極輸入端； 滯環(huán)比較器的輸出電平Vu經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路Drivers進(jìn)行信號(hào)放大，實(shí)現(xiàn)主電路中開關(guān)&和 &在Vu為高電平時(shí)導(dǎo)通，Vu為低電平時(shí)關(guān)斷；當(dāng)電容C兩端的電壓Vf大于電壓V R時(shí)，滯環(huán)比較 器輸出電壓為高電平，SjPS2導(dǎo)通，反之當(dāng)電容C兩端的電壓Vf小于電壓V R時(shí)，滯環(huán)比較器輸 出電壓為高電平，SjPS2關(guān)斷;在SjPS2開通時(shí)，根據(jù)整流二極管D 2的操作，它可以分為兩個(gè) 階段;在第一階段，因?yàn)镮KI。，二極管D2正向偏壓導(dǎo)通山通過V in充電并使電流迅速上升， L2繼續(xù)放電并使電流I。漸落，直到= 在第二階段，因?yàn)槎O管D 2是反向偏置關(guān)閉，"和 L2串聯(lián)并同時(shí)進(jìn)入充電模式； Vd可以通過式計(jì)算，式中，Vs是變壓器T二次側(cè)的電壓，Vd是通過二極 管〇2的電壓，n = U/L2;因?yàn)長2的充電電壓是降低的，放電時(shí)間是增大的，所以高降壓轉(zhuǎn)換得 以實(shí)現(xiàn)。
【文檔編號(hào)】H02M3/335GK106059316SQ201610601992
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月28日 公開號(hào)201610601992.2, CN 106059316 A, CN 106059316A, CN 201610601992, CN-A-106059316, CN106059316 A, CN106059316A, CN201610601992, CN201610601992.2
【發(fā)明人】劉永曉, 田野, 王兆軍, 程法民, 宋王強(qiáng), 任敬剛, 董強(qiáng), 常希田, 崔彬, 李金泉, 李愛清, 于春明, 姜風(fēng)水, 張福軍, 米蘭輝, 李建偉
【申請人】國網(wǎng)山東省電力公司東營供電公司, 國家電網(wǎng)公司