一种有源箝位直流变换器及其控制方法技术

一种有源箝位直流变换器，开关管Q1与体二极管D1及反并结电容C1，开关管Qc与体二极管Dc并联，开关管Q1源极端与输入电源负极相连，开关管Q1漏极端与开关管Qc源极端相连，变压器Tr有原边N1和副边N2，变压器Tr原边N1的同名端与电容Cc共同连接到输入电源正极，变压器Tr原边N1的异名端与电感Lr相连，开关管Qc漏极端与电容Cc相连，变压器Tr副边N2同名端与二极管D2阳极相连，二极管D5阴极与滤波电容Co相连，变压器Tr异名端与输出端相连，输出滤波电容Co与负载电阻Ro并联在输出端。本发明专利技术其输出滤波电路只保留一个电容滤波，一方面减少了磁性元件的使用，使得滤波电路的体积减小，另一方面解决了整流二极管的寄生振荡、反向恢复的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种有源箝位直流变换器及其控制方法
本专利技术涉及电力电子变换器控制方法领域，特别是涉及一种有源箝位直流变换器及其控制方法。
技术介绍
有源箝位正激变换器电路简洁，具有良好的磁恢复特性，在中小功率场合，尤其在低压大电流DC-DC模块电源中应用非常广泛。但是传统有源箝位正激变换器存在输出整流二极管反向恢复、电压振荡等缺点，而且由于滤波单元采用大电感与电容结合的电路，使得变换器的体积普遍较大，占用空间大。
技术实现思路
为了解决上述存在的问题，本专利技术提供一种有源箝位直流变换器及其控制方法，其输出滤波电路只保留一个电容滤波，一方面减少了磁性元件的使用，使得滤波电路的体积减小，另一方面解决了整流二极管的寄生振荡、反向恢复的问题，同时提出一种新型控制方案，该控制方案可以结合不同的优化目标，有针对性地调节控制方式，使变换器工作更为高效，为达此目的，本专利技术提供一种有源箝位直流变换器，包括变压器Tr，开关管Q1、开关管Qc、二极管D2、电感Lr、电容Cc、电容Co和负载电阻Ro，所述开关管Q1与体二极管D1及反并结电容C1，所述开关管Qc与体二极管Dc并联，所述开关管Q1源极端与输入电源负极相连，所述开关管Q1漏极端与开关管Qc源极端相连，所述变压器Tr有原边N1和副边N2，所述变压器Tr原边N1的同名端与电容Cc共同连接到输入电源正极，所述变压器Tr原边N1的异名端与电感Lr相连，所述开关管Qc漏极端与电容Cc相连，所述变压器Tr副边N2同名端与二极管D2阳极相连，所述二极管D5阴极与滤波电容Co相连，所述变压器Tr异名端与输出端相连，所述输出滤波电容Co与负载电阻Ro并联在输出端。本专利技术的进一步改进，所述开关管Q1和开关管Qc均为MOS管，本专利技术开关管主要使用MOS管。本专利技术的进一步改进，所述变压器Tr原边N1的电感Lr为外加电感或由变压器Tr漏感提供，本专利技术电感可以使用外加电感也可以使用变压器漏感。本专利技术提供一种有源箝位直流变换器的控制方法，其特征在于：过电压传感器采样变换器输出电压Vof，与参考电压Vref经过减法器产生误差信号Voe，再通过误差放大电路产生输出信号Voe’，作为比较器的一个输入信号，三角载波发生器产生输出信号Vc，作为比较器的另一个输入信号，通过比较器产生PWM信号，通过分段选择器对该信号进行判断，为开关管Q1提供驱动信号uQ1，开关管Q1驱动信号经过反相器取反，并通过移相调节器调节之后给以开关管Qc合适的驱动信号uQc。本专利技术的进一步改进，所述的分段选择器工作方式为：通过控制方式选择器对该信号进行判断，当占空比大小在最小占空比Dmin和最大占空比Dmax之间时，保持开关频率不变，通过恒频脉宽调制器调节占空比D的大小得出调制信号；当占空比大小小于最小占空比Dmin或者大于最大占空比Dmax时，通过变频调制器调节开关频率fs的大小得出调制信号，最后通过或门电路对上述产生的两种调制信号进行选择，为开关管Q1提供驱动信号uQ1，本专利技术分段选择器工作方式可以采用以上工作方式进行。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术电路结构比传统的变换器结构减少了一个大电感和一个二极管，减少了元器件，特别是磁性元件的使用，减小了变换器的体积、重量；2、本专利技术从根本上解决了输出整流二极管反向恢复、寄生振荡的问题；3、新型控制方案可以针对不同的优化目标，调整控制策略，使变换器工作更为高效。附图说明图1为有源箝位直流变换器的电路图；图1中符号名称：变压器Tr（原边N1、副边N2），开关管Q1、Qc（D1、Dc分别为体二极管，C1为反并结电容），二极管D2，电感Lr（可由变压器漏感提供），电容Cc、Co，负载电阻Ro；图2为有源箝位直流变换器的工作模态；图2a-图2f对应六个不同工作模态；图3为有源箝位直流变换器控制方案的示意图一；图4为有源箝位直流变换器控制方案的示意图二。图3和4中符号名称：1、电压传感器；2、误差放大电路；3、三角载波发生器；4、比较器；5、分段选择器；51、控制方式选择器；52、恒频脉宽调制器；53、变频调制器；54、或门电路；6、反相器；7、移相调节器。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述：本专利技术提供一种有源箝位直流变换器及其控制方法，其输出滤波电路只保留一个电容滤波，一方面减少了磁性元件的使用，使得滤波电路的体积减小，另一方面解决了整流二极管的寄生振荡、反向恢复的问题，同时提出一种新型控制方案，该控制方案可以结合不同的优化目标，有针对性地调节控制方式，使变换器工作更为高效。本专利技术提供一种有源箝位直流变换器，其有源箝位直流变换器电路拓扑如图1所示，包括变压器Tr（原边N1、副边N2），开关管Q1、Qc（D1、Dc分别为体二极管，C1为反并结电容），二极管D2，电感Lr（可由变压器漏感提供），电容Cc、Co，负载电阻Ro。所述开关管可为MOS管。开关管Q1源极端与输入电源负极相连，漏极端与开关管Qc源极端相连。变压器原边同名端与电容Cc共同连接到输入电源正极，异名端与电感Lr相连。开关管Qc漏极端与电容Cc相连，组成有源箝位电路。变压器副边同名端与二极管D2阳极相连，二极管D5阴极与滤波电容Co相连，变压器异名端与输出端相连。输出滤波电容Co与负载电阻Ro并联在输出端。所述MOS管可由IGBT、三极管替换，替换原则如下：所述MOS管的漏极对应三极管、IGBT的集电极，所述MOS管的源极对应三极管、IGBT的发射极。所述变换器原边电感Lr可以是外加电感，也可由变压器漏感提供。该变换器在一个周期内的工作模态如图2所示。本专利技术提供一种新型的PWM加变频的分段优化组合控制方法，通过电压传感器1采样变换器输出电压Vof，与参考电压Vref经过减法器产生误差信号Voe，再通过误差放大电路2产生输出信号Voe’，作为比较器4的一个输入信号。三角载波发生器3产生输出信号Vc，作为比较器4的另一个输入信号。通过比较器4产生PWM信号。通过分段选择器5对该信号进行判断，为开关管Q1提供驱动信号uQ1。开关管Q1驱动信号经过反相器6取反，并通过移相调节器7调节之后给以开关管Qc合适的驱动信号uQc。其示意图如图3所示。分段选择器5工作方式为：通过控制方式选择器51对该信号进行判断，当占空比大小在最小占空比Dmin和最大占空比Dmax之间时，保持开关频率不变，通过恒频脉宽调制器52调节占空比D的大小得出调制信号；当占空比大小小于最小占空比Dmin或者大于最大占空比Dmax时，通过变频调制器53调节开关频率fs的大小得出调制信号。最后通过或门电路54对上述产生的两种调制信号进行选择，为开关管Q1提供驱动信号uQ1。其示意图如图4所示。以上所述，仅是本专利技术的较佳实施例而已，并非是对本专利技术作任何其他形式的限制，而依据本专利技术的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本专利技术所要求保护的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有源箝位直流变换器，包括变压器Tr，开关管Q1、开关管Qc、二极管D2、电感Lr、电容Cc、电容Co和负载电阻Ro，其特征在于：所述开关管Q1与体二极管D1及反并结电容C1，所述开关管Qc与体二极管Dc并联，所述开关管Q1源极端与输入电源负极相连，所述开关管Q1漏极端与开关管Qc源极端相连，所述变压器Tr有原边N1和副边N2，所述变压器Tr原边N1的同名端与电容Cc共同连接到输入电源正极，所述变压器Tr原边N1的异名端与电感Lr相连，所述开关管Qc漏极端与电容Cc相连，所述变压器Tr副边N2同名端与二极管D2阳极相连，所述二极管D5阴极与滤波电容Co相连，所述变压器Tr异名端与输出端相连，所述输出滤波电容Co与负载电阻Ro并联在输出端。

【技术特征摘要】
1.一种有源箝位直流变换器，包括变压器Tr，开关管Q1、开关管Qc、二极管D2、电感Lr、电容Cc、电容Co和负载电阻Ro，其特征在于：所述开关管Q1与体二极管D1及反并结电容C1，所述开关管Qc与体二极管Dc并联，所述开关管Q1源极端与输入电源负极相连，所述开关管Q1漏极端与开关管Qc源极端相连，所述变压器Tr有原边N1和副边N2，所述变压器Tr原边N1的同名端与电容Cc共同连接到输入电源正极，所述变压器Tr原边N1的异名端与电感Lr相连，所述开关管Qc漏极端与电容Cc相连，所述变压器Tr副边N2同名端与二极管D2阳极相连，所述二极管D5阴极与滤波电容Co相连，所述变压器Tr异名端与输出端相连，所述输出滤波电容Co与负载电阻Ro并联在输出端。2.根据权利要求1所述的一种有源箝位直流变换器，其特征在于：所述开关管Q1和开关管Qc均为MOS管。3.根据权利要求1所述的一种有源箝位直流变换器，其特征在于：所述变压器Tr原边N1的电感Lr为外加电感或由变压器Tr漏感提供。4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种有源箝位直流变换器的控制方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵国树，杨忠，司海飞，孙罡，唐玉娟，
申请(专利权)人：金陵科技学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32