一种低电应力单管控制升降压变换器制造技术

一种新的低电应力单管控制升降压变换器，包括输入电源vin、开关管S1、电感L1、电感L2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电容C1、电容C2、输出电阻负载R或恒功率负载P；输入电源vin、开关管S1串连，电感L1并联于输入电源vin、开关管S1的串联支路，电感L1一端连接二极管D1负极，另一端连接二极管D2负极、电容C2另一端，二极管D1正极接电容C1一端、电感L2一端，电容C1另一端接二极管D3负极、二极管D2正极，电感L2另一端接二极管D3正极、C2一端，输出电阻负载R或恒功率负载P并联于电容C2两端。

A new low stress single tube controlled buck converter

A new low electrical stress control tube buck converter, including input power VIN, switch S1, inductance L1, inductor L2, a diode D1, a diode D2, a diode D3 and a capacitor C1, a capacitor C2, output resistor load R or constant power load P; input power VIN, switch S1 in series with the that series branch inductance L1 parallel to the input power VIN, switch S1, inductance L1 is connected to one end of the diode D1 anode, the other end is connected with the cathode diode D2 and capacitor C2 diode D1 anode is connected with the other end, one end, inductance capacitance C1 L2 end, the other end is connected with C1 capacitance diode D3 negative electrode and cathode of the diode D2, inductance L2 the other end is connected with the cathode of the diode D3, C2 end, the output resistance load R or constant power load P in parallel across the capacitor C2.

【技术实现步骤摘要】
一种新的低电应力单管控制升降压变换器
本专利技术涉及开关功率变换器领域，适用于输出负电压且需要升降压变换的场合，尤其降压模式下需输出较低电压的场合，更适用于对元器件电应力要求较低的场合，适用于驱动开关功率变换器、固态功率放大器等在内的恒功率负载的场合，本专利技术是一种新的低电应力单管控制升降压变换器。
技术介绍
星载固放广泛应用于包含北斗导航卫星、尖兵系列卫星、遥感系列卫星等不同平台的卫星系统。固态放大器整机(SSPA)由固态放大器射频链、低频控制板、固放电源(EPC)三部分组成，其中固态功率放大器射频链的功能是利用微波功率场效应管对小功率的射频信号进行多级放大后作为下一级的输入；低频控制板主要对固态功率放大器射频链进行检波、分压、ALC控制等；固放电源作为星上与一次母线接口相连接的主要供配电设备，其功能是接受星上遥控指令信号，实现开关机控制，将较高的一次母线电压转换为固放射频链有源部件需要的二次电压并将二次电压按要求时序进行输出，提供固态放大器工作状态的遥测数据，并保证固态放大器在负载及母线发生异常状况时及时断电，保护固态放大器设备和一次母线。固放电源性能的优劣直接决定了固放整机性能的优劣，它的效率决定了整机效率的高低，它的大小决定了整机的大小和重量。相比于传统的线性稳压电源，开关功率变换器，也即DC-DC变换器以一种高效、高可靠和高经济效益的方式实现从电源到负载的电能转换，因而广泛应用于星载电源。Buck变换器、Boost变换器、Buck-boost变换器、Cuk变换器，Sepic变换器以及Zeta变换器是六类基本的变换器拓扑。对于固放电源而言，拓扑选择至关重要。不同的拓扑涉及不同的控制方式、器件选型、磁性元器件设计等关键内容。对于现有星载固放电源而言，已用到拓扑包括降压式、升压式、半桥式、全桥式、推挽式、正激、反激等，以及上述各拓扑的级联组合。但实际上，此类应用主要有两个问题，第一对于单级拓扑而言，母线范围大幅度范围变化时，工作点设计复杂，不易实现最优。而对于两级拓扑，前级拓扑或为升压或为降压，在母线最高端或最低端都面临占空比设计极限以及效率降低问题。而且当第二级拓扑响应速度很快时，其前级非隔离拓扑也面临着不同拓扑级联时的稳定性问题；第二，现在所有的开关功率变换器拓扑都是基于电阻负载而设计，但实际上开关功率变换器所驱动的负载类型不仅仅是电阻性负载，还包括恒功率负载等。随着分布式电源系统在航空航天、汽车系统等领域的广泛应用，恒功率负载在系统中的比例越来越大，学者LouganskiKP在文献1.“ModelingandanalysisofaDCpowerdistributionsystemin21stcenturyairlifters”(Blacksburg,VA:DepartmentofElectricalandComputerEngineering,VirginiaTech,1999.51～96.)、学者ChandrasekaranS在文献2."Subsystemdesigninaircraftpowerdistributionsystemsusingoptimization"(Blacksburg,VA:DepartmentofElectricalandComputerEngineering,VirginiaTech,2000.27～57.)表明在未来多电机高压直流配电系统中，75％的负载是恒功率负载。在小功率弹载武器的应用场合下，由于其弹径小，射程近(约几公里到十几公里)，输入均为直流母线，大多数系统的输入输出不要求隔离，同样，对于小卫星而言，情况类似。所有这些航天航空设备及武器设备的功率传输链路中，固态功率放大器或行波管功率放大器都是必不可少的功率放大设备。随着固态功率放大器性能的不断提升，响应速度的不断加快，在进入饱和区后的理想模型为恒功率负载，此种情况下，当上述拓扑驱动固态功率放大器时，同样会有负载级联稳定性问题。电阻负载，其电阻两端的电压和流过电阻的电流满足欧姆定律，即两者之间是一种线性关系。而恒功率负载的特点是该负载消耗的功率保持恒定，即恒功率负载两端电压与流过恒功率负载的电流之间的关系也是非线性的。因此，恒功率负载为非线性负载，不满足叠加定理等。现有的开关功率变换器的设计及分析都是针对电阻负载。通过查阅文献可以得到，开关功率变换器在驱动恒功率负载时面临的主要问题是不调节模式下电路本身就是不稳定的，而通过电压闭环及电流闭环，虽然一定程度上可以改善其不稳定性，但由于其约束条件极为苛刻，故在系统瞬态工作时，如启动、变负载、变母线时极易进入不稳定状态。学者GrigoreVlad,HatonenJari,KyyraJorma,SuntioTeuvo在文献3.“DynamicsofaBuckconverterwithaconstantpowerload”(29thAnnualIEEEPowerElectronicsSpecialistsConference(PESC),1998,1:72-78.)中通过理论分析和电路实验研究后得出当Buck变换器驱动恒功率负载且处于电压模式控制时，连续导电模式下系统将处于不稳定状态，不连续导电模式下可以稳定。而采用电流模式控制后即使是不连续导电模式电路都是不稳定的。此时，Buck变换器中功率开关管和二极管的电压和电流的应力将增大。学者LiYushan,VannorsdelKevinR.,ZirgerArtJ.,NorrisMark,MaksimovicDragan.在文献4.“CurrentmodecontrolforBoostconverterswithconstantpowerloads”(IEEETransactionsonCircuitandSystems-I:RegularPapers,2012,59(1):198-206.)、学者ByungchoChoi,BoH.Cho,Sung-SooHong.在文献5.“DynamicsandControlofDC-to-DCConvertersDrivingOtherConvertersDownstream.”(IEEETransactionsOnCircuitsAndSystems—I:FundamentalTheoryAndApplications,VOL.46,NO.10,OCTOBER1999,pp.1240-1248.)中表明：当Boost变换器的负载为恒功率负载时，得出的输出电压对占空比的传递函数包含有两个右半平面极点，这也就意味着开环控制下的Boost变换器已经处于低频振荡状态也即不稳定状态。这也就意味着开环控制下上述开关功率变换器在驱动恒功率负载等非线性负载时，将不能正常运行。同时为了实现更宽范围的输出，就必须使开关功率变换器工作在极限占空比的条件下，如此不仅降低了效率，使系统的瞬态响应变差，还提高了控制电路的要求。基于上述原因，探索新的拓扑具有重要意义。其中，即可以实现升压输出，又可以实现降压输出的升降压型电路应用非常广泛。除了现有的传统Buck-Boost升降压电路和Cuk、Zepic等升降压电路外，学者Patidar和Umarikar在文献6.“Astep-upPWMDC–D本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新的低电应力单管控制升降压变换器，其特征在于包括输入电源vin、开关管S1、电感L1、电感L2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电容C1、电容C2、输出电阻负载R或恒功率负载P；输入电源vin、开关管S1串连，电感L1并联于输入电源vin、开关管S1的串联支路，电感L1一端连接二极管D1负极，另一端连接二极管D2负极、电容C2另一端，二极管D1正极接电容C1一端、电感L2一端，电容C1另一端接二极管D3负极、二极管D2正极，电感L2另一端接二极管D3正极、C2一端，输出电阻负载R或恒功率负载P并联于电容C2两端。

【技术特征摘要】
1.一种新的低电应力单管控制升降压变换器，其特征在于包括输入电源vin、开关管S1、电感L1、电感L2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电容C1、电容C2、输出电阻负载R或恒功率负载P；输入电源vin、开关管S1串连，电感L1并联于输入电源vin、开关管S1的串联支路，电感L1一端连接二极管D1负极，另一端连接二极管D2负极、电容C2另一端，二极管D1正极接电容C1一端、电感L2一端，电容C1另一端接二极管D3负极、二极管D2正极，电感L2另一端接二极管D3正极、C2一端，输出电阻负...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晶，汪蕾，刘进军，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61