一种恒流励磁变换电路制造技术

本发明专利技术公开了一种恒流励磁变换电路，连接外部直流电Vi及外部负载，包括：功率开关管S、第一电感L1、第二电感L2、续流二极管D、谐振电容Cr；其中，功率开关管S的集电极连接外部直流电Vi的正极，发射极连接第一电感L1的一端；第一电感L1的另一端连接第二电感L2的一端及谐振电容Cr的一端，第一电感L1与第二电感L2为互感元件，同名端位于同一侧；第二电感L2的另一端连接续流二极管D的负极；续流二极管D的正极连接外部直流电Vi的负极及谐振电容Cr的另一端；谐振电容Cr的两端连接外部负载；通过调节功率开关管S的导通或关断，实现续流二极管D的软导通或软关断，使恒流励磁变换电路处于不同的工作模态，以保证外部负载工作。

Constant current excitation conversion circuit

The invention discloses a constant current excitation converter circuit is connected with the external DC Vi and external load, including: the power switch S, the first second inductance L1, inductance L2, diode D, resonant capacitor Cr; the power switch tube S cathode collector connected external DC Vi, launch end pole connected to the first inductor L1; one end of the first inductor L1 is connected with the other end of the end of second inductance L2 and resonant capacitor Cr, the first L1 and second L2 inductance inductance inductance element, isonym end located on the same side; second inductor L2 is connected with the other end of the diode D continued negative flow; the other end of the cathode and the resonant capacitor Cr continued positive flow of the diode D is connected with an external DC power Vi; two resonant capacitor Cr external connection load; S is turned on or off by adjusting the power switch, to achieve continued soft turn-on or soft switching diode D The constant current excitation converter circuit is in different working modes, so as to ensure the external load operation.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电动汽车绕线转子电机恒流励磁变换器、软开关、Buck电路等
，具体地，本专利技术提出了一种恒流励磁变换电路。
技术介绍
现今，随着石油、天然气等不可再生的化石燃料的日益减少，混合动力型电动汽车以及纯电力型电动汽车相关方面的研究已经成为近些年研究的热点。电动汽车的传动系统经常采用感应电机或永磁同步电机。通常，为了使传动系统具有较高的效率，电机往往需要大量的稀土元素，这无疑增加了成本，降低了市场竞争能力。永磁同步电机同样在安全性上也存在一定问题。例如，当电机中的绕线部分发生短路时，永磁励磁将不可避免的导致较大的短路电流以及刹车转矩。此外，在高速和有限的逆变电压条件下，电机将产生额外的功率(I2R)损耗，这将导致系统的效率下降。因此，为了综合考虑成本，性能以及变换效率等问题，电励磁绕线转子同步机具有较大的研究和应用价值。在现有的研究成果中，传统的电动汽车的用电励磁变换器包括Buck-Boost变换器、Buck变换器等，它们具有电路结构简单，成本较低，技术成熟等优点。但是，传统的电励磁变换器存在功率密度低，变换损耗较大等问题。为解决电励磁变换器变换损耗较大的问题，许多电路的拓扑引入了软开关技术，来降低电路中开关器件的开关损耗，以提高效率，但并未解决电路结构复杂，体积较大等问题。通常，根据在软开关电路的开关器件开通或关断前，器件的电压以及电流关系将软开关电路分为零电压开关模式和零电流开关模式。零电压开关模式是在开关器件开通之前，迫使开关器件两端的电压下降至零，从而消除开关器件导通期间，两端电压和流过电流之间的重合部分，实现零损耗开通。零电流开关模式则是在开关器件关断之前，迫使流过开关器件的电流下降至零，同样
消除了开关器件电压和电流的重合部分，实现了软开关。然而，由于零电流模式在完全消除关断损耗的同时，很多还具有限制或者消除开通损耗的能力，使其往往被应用在高变换效率、高功率密度开关场合；零电压软开关模式往往不能消除开关器件的关断损耗，因此具有有限的变换效率。因此，对于电动汽车电机用电励磁变换器来说，零电流开关技术有望被广泛的采用。目前，具有零电流软开关功能的电路拓扑多采用引入由谐振电感和谐振电容构成的LC谐振电路，以电路谐振的方式来实现软开关。但是，这些零电流软开关电路通常存在着一些问题，包括：1、额外引入功率开关器件，使得功率损耗器件增多，成本上升，控制策略复杂；2、不能同时实现开关器件或二极管开通以及关断的软开关功能，效率提高有限；3、开关器件及二极管电流/电压应力较大，对器件耐压/耐流能力要求较高；4、应用功率等级较小，不适用于大功率应用；5、输出纹波较大，需要体积较大的滤波器件。
技术实现思路
为克服上述问题，本专利技术提出了一种适用于电动汽车绕线转子电机恒流励磁用软开关Buck变换电路，该电路具有体积小、成本低、具有较高效率、输出电流无尖刺脉冲、能同时实现开关器件及二极管的软开关的功能。为达到上述目的，本专利技术提出了一种恒流励磁变换电路，连接外部直流电Vi及外部负载，包括：功率开关管S、第一电感L1、第二电感L2、续流二极管D、谐振电容Cr；其中，功率开关管S的集电极连接外部直流电Vi的正极，发射极连接第一电感L1的一端；第一电感L1的另一端连接第二电感L2的一端及谐振电容Cr的一端，第一电感L1与第二电感L2为互感元件，同名端位于同一侧；第二电感L2的另一端连接续流二极管D的负极；续流二极管D的正极连接外部直流电Vi的负极及谐振电容Cr的另一端；谐振电容Cr的两端连接外部负载；通过调节功率开关管S的导通或关断，实现续流二极管D的软导通或软关断，使所述恒流励磁变换电路处于不同的工作模态，以保证外部负载工作。进一步的，所述不同的工作模态包括：四种不同的工作模态，所述四个不同的工作模态为一个开关周期。进一步的，在每一个开关周期中，四种不同的工作模态包括：功率开关管S关断
并且续流二极管D处于关断的工作模态、功率开关管S关断并且续流二极管D处于导通的工作模态、功率开关管S导通并且续流二极管D处于导通的工作模态、功率开关管S导通并且续流二极管D处于关断的工作模态。进一步的，在功率开关管S关断并且续流二极管D处于关断的工作模态中，第一电感L1中的电流IL1和第二电感L2中的电流IL2在本模态中保持为零，所述恒流励磁变换电路中不存在电路谐振；谐振电容Cr向外部负载充电，谐振电容Cr的两端电压UC持续下降，当降至零时，本模态结束。进一步的，在功率开关管S关断并且续流二极管D处于导通的工作模态中，第二电感L2与谐振电容Cr进行谐振；第二电感L2中的电流IL2从零开始上升，谐振电容Cr的两端电压UC从零开始下降至反向最大值后，再从该反向最大值上升，当调节功率开关管S导通时，本模态结束。进一步的，在功率开关管S导通并且续流二极管D处于导通的工作模态中，第一电感L1、第二电感L2与谐振电容Cr共同进行谐振；第一电感L1中的电流IL1从零开始上升，第二电感L2中的电流IL2开始下降，当电流IL2下降至零时，本模态结束。进一步的，在功率开关管S导通并且续流二极管D处于关断的工作模态中，第一电感L1与谐振电容Cr进行谐振；第一电感L1中的电流IL1开始下降。当电流IL1下降至零时，本模态结束。本专利技术的恒流励磁变换电路具有成本低、体积小、效率高、功率器件软开关等特点，适用于需控制成本且对变换效率要求较高的情况下使用。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的限定。在附图中：图1为本专利技术一实施例的恒流励磁变换电路的结构示意图。图2为本专利技术一实施例的外部负载的等效结构示意图。图3A-3G为本专利技术恒流励磁变换电路的不同工作模态的原理波形图。图4A-4D为本专利技术恒流励磁变换电路的不同工作模态的等效电路图。图5为本专利技术一实施例的恒流励磁变换电路控制原理的示意框图。图6A-6H为本专利技术一具体实施例的仿真实验结果图。具体实施方式以下配合图式及本专利技术的较佳实施例，进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段。图1为本专利技术一实施例的恒流励磁变换电路的结构示意图。如图1所示，恒流励磁变换电路100连接外部直流电Vi及外部负载200，包括：功率开关管S、第一电感L1、第二电感L2、续流二极管D、谐振电容Cr；其中，功率开关管S的集电极连接外部直流电Vi的正极，发射极连接第一电感L1的一端；第一电感L1的另一端连接第二电感L2的一端及谐振电容Cr的一端，第一电感L1与第二电感L2为互感元件，同名端位于同一侧，第一电感L1与第二电感L2之间构成的耦合电感，耦合电感的互感为M。第二电感L2的另一端连接续流二极管D的负极；续流二极管D的正极连接外部直流电Vi的负极及谐振电容Cr的另一端；谐振电容Cr的两端连接外部负载；在每一个开关周期中，通过调节功率开关管S的导通或关断，实现续流二极管D的软导通或软关断，使恒流励磁变换电路处于不同的工作模态，以保证外部负载工作。可选地，如图2所示，其中示意性地示出了外部负载200的一种等效结构示意图，其中，外部负载200可为一套电机，电机的输出线和电机转子的等效电路包括等效寄生电感Ceq，等效转子电阻Req，等效导线电感Lline本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种恒流励磁变换电路，连接外部直流电Vi及外部负载，其特征在于，包括：功率开关管S、第一电感L1、第二电感L2、续流二极管D、谐振电容Cr；其中，功率开关管S的集电极连接外部直流电Vi的正极，发射极连接第一电感L1的一端；第一电感L1的另一端连接第二电感L2的一端及谐振电容Cr的一端，第一电感L1与第二电感L2为互感元件，同名端位于同一侧；第二电感L2的另一端连接续流二极管D的负极；续流二极管D的正极连接外部直流电Vi的负极及谐振电容Cr的另一端；谐振电容Cr的两端连接外部负载；通过调节功率开关管S的导通或关断，实现续流二极管D的软导通或软关断，使所述恒流励磁变换电路处于不同的工作模态，以保证外部负载工作。

【技术特征摘要】
1.一种恒流励磁变换电路，连接外部直流电Vi及外部负载，其特征在于，包括：功率开关管S、第一电感L1、第二电感L2、续流二极管D、谐振电容Cr；其中，功率开关管S的集电极连接外部直流电Vi的正极，发射极连接第一电感L1的一端；第一电感L1的另一端连接第二电感L2的一端及谐振电容Cr的一端，第一电感L1与第二电感L2为互感元件，同名端位于同一侧；第二电感L2的另一端连接续流二极管D的负极；续流二极管D的正极连接外部直流电Vi的负极及谐振电容Cr的另一端；谐振电容Cr的两端连接外部负载；通过调节功率开关管S的导通或关断，实现续流二极管D的软导通或软关断，使所述恒流励磁变换电路处于不同的工作模态，以保证外部负载工作。2.根据权利要求1所述的恒流励磁变换电路，其特征在于，所述不同的工作模态，包括：四种不同的工作模态，所述四个不同的工作模态为一个开关周期。3.根据权利要求2所述的恒流励磁变换电路，其特征在于，在每一个开关周期中，四种不同的工作模态包括：功率开关管S关断并且续流二极管D处于关断的工作模态、功率开关管S关断并且续流二极管D处于导通的工作模态、功率开关管S导通并且续流二极管D处于导通的工作模态、功率开关管S导通并且续流二极管D处于关断的工作模态。4.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王议锋，王成山，车延博，张轶强，
申请(专利权)人：乐金电子研发中心上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31