一种利用输入侧电容实现输出电压箝位的BUCK型直流电源电路制造技术

本发明专利技术属于直流恒压电源技术领域，具体涉及到以BUCK型电路为基本结构，在输入直流电压稳定的前提下，能够实现降压并且能够为负荷提供稳定直流电压的利用输入侧电容实现输出电压箝位的BUCK型直流电源电路。本发明专利技术由第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、单向可控开关、双向可控开关、电感、第一输入接线端子、第二输入接线端子、第一输出接线端子、第二输出接线端子构成。本发明专利技术将输出电压箝位在所允许的输出电压最小值附近，进而抑制住输出电压幅值的大幅度下降，缩短该动态过程的持续时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于直流恒压电源
，具体涉及到以BUCK型电路为基本结构，在输入直流电压稳定的前提下，能够实现降压并且能够为负荷提供稳定直流电压的利用输入侧电容实现输出电压箝位的BUCK型直流电源电路。
技术介绍
BUCK型电路由于结构简单、易于控制，因此经常被用作降压型的直流电源主电路(下文提到的直流电源，若无特殊说明，均指采用BUCK电路结构的直流电源)。这种直流电源在合理的控制策略(例如输出电压闭环的PI控制)的控制下，稳态运行过程中输出电压幅值稳定、精度高，但是当负载突变时，由于输出滤波电感和电容中所存储的能量无法满足突变后的负荷需求，必然会导致输出电压上升或下降，在控制器的控制作用下，经过一段时间的动态调节过程后，输出电压幅值才会重新稳定。动态调节过程所持续时间的长短、调解过程中电压幅值变化的大小和振荡次数与主电路的参数、负荷变化的大小、控制器的控制参数等诸多因素有关，这些问题的存在会对电源的输出电能品质带来不利影响，甚至会影响负荷的正常运行。针对如何消除这些不利影响进而提升直流电源输出电压动态品质这一问题，研究人员在硬件的拓扑结构和软件的控制策略等方面提出了很多种改进方案，但是从实用化的角度来看，目前还是缺乏有效的解决措施。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种采用BUCK型电路拓扑结构的直流电源，在输入直流电压稳定的前提下，负荷变化会导致输出电压发生波动，进而产生动态调节过程的利用输入侧电容实现输出电压箝位的BUCK型直流电源电路。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术所提出的利用输入侧电容实现输出电压箝位的BUCK型直流电源电路，其主要由电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、单向可控开关K1、双向可控开关K2、电感L1、输入接线端子A、输入接线端子B、输出接线端子C、输出接线端子D等元器件构成。具体连接关系为：输入接线端子A与外部输入电压的正极连接，输入接线端子B与外部输入电压的负极连接；电容C1的正极与输入接线端子A连接，电容C1的负极与输入接线端子B连接；电容C2的正极与输入接线端子A连接；电容C3的正极与电容C2的负极连接；电容C4的正极与电容C3的负极连接，电容C4的负极与输入接线端子B连接；电阻R1、电阻R2、电阻R3依次串联，同时电阻R1与电容C2并联，电阻R2与电容C3并联，电阻R3与电容C4并联；单向可控开关K1的电流流入端与输入接线端子A连接，单向可控开关K1的电流流出端与二极管D1的负极连接；二极管D1的正极在与输入接线端子B连接在一起的同时，也与输出接线端子D连接在一起；电感L1的一端与二极管D1的负极连接，电感L1的另一端与输出接线端子C连接；电容C5的正极与输出接线端子C连接，电容C5的负极与输出接线端子D连接；二极管D2的负极与电容C3的正极连接，为了便于后续说明，该连接点标注为E点，二极管D2的正极与二极管D3的负极连接；二极管D3的正极与与电容C4的正极连接，为了便于后续说明，该连接点标注为F点；双向可控开关K2的一端与二极管D2的正极连接，另一端与输出接线端子C连接。本专利技术的有益效果在于：本专利技术所提出的利用输入侧电容实现输出电压箝位的BUCK型直流电源电路与现有的BUCK型直流电源电路相比，具有以下优点：(1)当由于负荷突然增加导致输出电压下降时，如果电压幅值下降超过所允许的输出电压最小值(UN-ε)时，输入侧电容C4会迅速为输出电容C5充电，将输出电压箝位在所允许的输出电压最小值附近，进而抑制住输出电压幅值的大幅度下降，缩短该动态过程的持续时间。(2)当由于负荷突然减小导致输出电压上升时，如果电压幅值上升超过所允许的输出电压最大值(UN+ε)时，输出电容C5会迅速为输入侧电容C3和电容C4充电，将输出电压箝位在所允许的输出电压最大值附近，进而抑制住输出电压幅值的大幅度上升，缩短该动态过程的持续时间。(3)当电源电路启动运行时，电源控制器在向单向可控开关K1发出PWM驱动信号的同时，控制双向可控开关K2闭合(或导通)，电容C4通过二极管D3、双向可控开关K2向电容C5快速充电，可以使输出电压Uout迅速上升，进而可以有效缩短输出电压上升所持续的动态调节时间。附图说明图1利用输入侧电容实现输出电压箝位的BUCK型直流电源电路图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。本专利技术所提出的利用输入侧电容实现输出电压箝位的BUCK型直流电源电路，其输入接线端子A与外部输入电压的正极连接，输入接线端子B与外部输入电压的负极连接，输出接线端子C与负荷的正极连接，输出接线端子D与负荷的负极连接。电路中电阻R1、电阻R2、电阻R3阻值的大小可根据公式(1)来计算R2+R3R1+R2+R3Uin=UE=UN+ϵ-ΔUDR3R1+R2+R3Uin=UF=UN-ϵ+ΔUDUin2R1+R2+R3=PR---(1)]]>式中R1、R2、R3——分别为电阻R1、电阻R2、电阻R3阻值，单位为Ω；Uin——输入电压，即输入接线端子A和输入接线端子B之间的电压幅值，单位为V；UN——额定输出电压，即输出接线端子C和输出接线端子D之间电压的额定幅值，单位为V；ε——输出电压所允许的最大幅值误差，单位为V；ΔUD——二极管D2和二极管D3的正向导通管压降；UE——电路中E点相对输入接线端子B(或输出接线端子D，在电路中这两处等电位)的电压差值，单位为V；UF——电路中F点相对输入接线端子B的电压差值，单位为V；PR——电阻R1、电阻R2、电阻R3所消耗的总功率。在公式(1)所涉及的各个变量中，输入电压Uin、额定输出电压UN、最大幅值误差ε、电阻所消耗的总功率PR(与电源电路的效率有关)作为电路的基本设计指标，其大小都是已知的，二极管正向导通压降ΔUD作为二极管的基本特性也是已知的，因此可以计算出电阻R1、电阻R2、电阻R3的阻值，并且计算出UE和UF的大小。电路中电容C1、单向可控开关K1、二极管D1、电感L1、电容C5构成了现有的标准BUCK型降压电路(利用IGBT、MOSFET等电力电子器件来替代单向可控开关K1，即构成了现有的标准BUCK型降压电路)，其具体参数的大小、型号的选取、设计方法和工作原理与现有的BUCK型降压电路完全相同。本专利技术所提出的利用输入侧电容实现输出电压箝位的BUCK型直流电源电路在稳态运行(即输入电压Uin稳定、负荷大小不变)过程中，电源控制器利用现有的控制策略和控制算法产生PWM驱动信号来控制单向可控开关K1的导通和开断，可以使由电容C1、单向可控开关K1、二极管D1、电感L1、电容C5构成的标准BUCK电路的输出电压Uout等于额定电压UN，或二者的幅值误差在所允许的范围内波动，即UN-ε≤Uout≤UN+ε。在电源电路工作的过程中，双向可控开关K2始终处于闭合状态，稳态运行时由于UN-ε≤Uout≤UN+ε，二极管D2和二极管D3处于非导通状态，电容C5与电容C3和电容C4之间没有能量交换。假设在某一时刻电源电路的负荷突然增加(即负荷电流变大，负荷等效电阻变小)，负荷突然增加后，单向可控开关K1的开关状态还来不及调节时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用输入侧电容实现输出电压箝位的BUCK型直流电源电路，由第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、单向可控开关(K1)、双向可控开关(K2)、电感(L1)、第一输入接线端子(A)、第二输入接线端子(B)、第一输出接线端子(C)、第二输出接线端子(D)构成，其特征在于：第一输入接线端子(A)与外部输入电压的正极连接，第二输入接线端子(B)与外部输入电压的负极连接；第一电容(C1)的正极与第一输入接线端子(A)连接，第一电容(C1)的负极与第二输入接线端子(B)连接；第二电容(C2)的正极与第一输入接线端子(A)连接；第三电容(C3)的正极与第二电容(C2)的负极连接；第四电容(C4)的正极与第三电容(C3)的负极连接，第四电容(C4)的负极与第二输入接线端子(B)连接；第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)依次串联，同时第一电阻(R1)与第二电容(C2)并联，第二电阻(R2)与第三电容(C3)并联，第三电阻(R3)与第四电容(C4)并联；单向可控开关(K1)的电流流入端与第一输入接线端子(A)连接，单向可控开关(K1)的电流流出端与第一二极管(D1)的负极连接；第一二极管(D1)的正极在与第二输入接线端子(B)连接在一起的同时，也与第二输出接线端子(D)连接在一起；电感(L1)的一端与第一二极管(D1)的负极连接，电感(L1)的另一端与第一输出接线端子(C)连接；第五电容(C5)的正极与第一输出接线端子(C)连接，第五电容(C5)的负极与第二输出接线端子(D)连接；第二二极管(D2)的负极与第三电容(C3)的正极连接，第二二极管(D2)的正极与第三二极管(D3)的负极连接；第三二极管(D3)的正极与与第四电容(C4)的正极连接；双向可控开关(K2)的一端与第二二极管(D2)的正极连接，另一端与第一输出接线端子(C)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种利用输入侧电容实现输出电压箝位的BUCK型直流电源电路，由第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、单向可控开关(K1)、双向可控开关(K2)、电感(L1)、第一输入接线端子(A)、第二输入接线端子(B)、第一输出接线端子(C)、第二输出接线端子(D)构成，其特征在于：第一输入接线端子(A)与外部输入电压的正极连接，第二输入接线端子(B)与外部输入电压的负极连接；第一电容(C1)的正极与第一输入接线端子(A)连接，第一电容(C1)的负极与第二输入接线端子(B)连接；第二电容(C2)的正极与第一输入接线端子(A)连接；第三电容(C3)的正极与第二电容(C2)的负极连接；第四电容(C4)的正极与第三电容(C3)的负极连接，第四电容(C4)的负极与第二输入接线端子(B)连接；第一电阻(R1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，王珅，张茜，姚任畅零，张炜，白峻汀，王云鹏，宿小明，付兴利，王言畅，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23