一种应用于智能机器人的随动DC-DC变换器拓扑制造技术

本发明专利技术属于电学技术领域，涉及一种应用于智能机器人的随动DC‑DC变换器拓扑，在半桥LLC的拓扑上调整L和C的位置并引入无功电流使得开关管全程工作在软开关状态。开关管Q1的导通占空比理论上为0‑99.9％，有效的解决了LLC电路调节范围窄的问题；引入独立电流回路的无功电流，使得原边开关管Q1、Q2以及副边二极管D3、D4全范围软开关，解决了移相全桥电路滞后臂非全程软开关的问题；电路简单，原理清晰，对所有器件的参数精度不敏感，特别的对变压器T1的漏感、电感L1、L2的电感值不敏感，降低了生产时对硬件参数一致性的要求，减小了随动电源的体积，完全满足了智能机器人的随动DC‑DC的特性要求。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于智能机器人的随动DC-DC变换器拓扑
本专利技术属于电学
，具体的涉及一种应用于智能机器人的随动DC-DC变换器拓扑。
技术介绍
智能机器人是21世纪的主要发展对象，它的用途十分广泛，然而智能机器人的工况非常恶劣，特别功能强大的外墙清洗机器人需要工作在高温、高湿的环境；而且，对其内部的电子控制部分的体积也有非常大的限制，特别使得对电源部分的功率密度要求十分苛刻。智能机器人的随动DC-DC主要是安装在机器人内部，为内部控制设备提供电源；通过外部随动电缆引入不稳定的高压直流电，在通过电源将其转换成低压直流电供智能机器人内部的电子设备使用，所以对随动电源的体积、重量和效率有非常高的要求，必须满足放得下、拿得起、温度低的特新要求。尽管DC-DC在数十年的发展中逐渐发展出了许多拓扑结构，在国内外众多学者和工程师的努力下，一系列的软开关技术也得以诞生和发展，极大的改变了电源的转换效率。传统的如正激、反激、推挽、半、全桥硬开关、移相全桥、LLC等；其中，正激、反激、推挽均属于硬开关，其效率、体积和重量都限制了在智能机器人场合的使用；移相全桥与LLC拓扑虽属于软开关
，但这两种拓扑都有相应的缺陷亟需改进；比如移相全桥拓扑不是全范围的软开关，在重载和轻载时存在明显的硬开关损耗，需要增大散热器，这样就无法满足智能机器人要体积小的需求；LLC虽然全程软开关，但是却存在工作范围窄，无法适应宽范围的要求，难以满足智能机器人工作环境多变的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有移相全桥和LLC拓扑软开关技术的缺点，提出了一种新的应用于智能机器人的随动DC-DC变换器拓扑，在半桥LLC电路的拓扑上通过调整L和C的位置，使得采用尽可能少的元器件实现了全程软开关，使得DC-DC效率大大的提高，同时减少了体积和EMI滤波器。为了实现上述目的，本专利技术所述一种应用于智能机器人的随动DC-DC变换器拓扑的主体结构包括输入支撑电容C2、连接电感L1、变压器T1、开关管Q1以及附带的寄生二极管D1、开关管Q2以及寄生二极管D2、直流支撑电容C1、副边整流二极管D3、D4、滤波电感L2和输出滤波电容C3；开关管Q1和开关管Q2的栅极驱动波形为一对带有死区时间的互补的PWM信号。第一阶段：开关管Q1导通，输入电压施加在变压器T1的原边，电感L1开始蓄能，变压器T1副边绕组同名端感应为负电流，迫使二极管D4导通，能量通过滤波电感L2向负载供电，同时给C3充电，同时L2开始蓄能。第二阶段：开关管Q1截止，系统进入死区时间段，开关管Q2尚未导通，处在变压器原边的电感L1通过开关管Q2的寄生二极管D2续流，迫使D2导通，并为开关管Q2导通做准备，同时电感L1向直流支撑电容C1释放能量，使得直流支撑电容C1的电压逐渐升高；变压器T1的磁芯主磁通受楞次定律约束，副边绕组立即感应出同名端为正的电流，迫使二极管D4截止、D3导通，同时处在变压器副边的滤波电感L2开始释放能量维持D3导通，滤波电感L2和输出滤波电容C3同时为负载供电；由于D4的截止和D3的导通均为续流自发进行的，所以D4为软关断、D3为软开通。第三阶段：死区时间完毕后，开关管Q2的驱动信号驱动开关管Q2导通，由于在上一个流程中二极管D2已经正向导通，此时开关管Q2导通为零电压开通，没有损耗；开关管Q2导通后，二极管D2的导通条件被破坏，二极管D2自发截止；由于开关管Q2的导通，直流支撑电容C1储存的能量开始通过开关管Q2向变压器T1的原边进行放电，输入支撑电容C2吸收尚未传输到变压器副边的多余的能量，同时L1开始反向蓄能；变压器T1的磁芯主磁通受楞次定律约束，副边立即感应出同名端为正的电流，继续流经二极管D3，能量通过滤波电感L2为负载供电，同时为滤波电容C3充电，同时滤波电感L2继续蓄能；由于在上一个阶段二极管D3已经导通且二极管D4已经截止，所有本次切换D4没有反向恢复。第四阶段：开关管Q2截止，系统又进入了死区时间，Q1尚未导通，处在变压器原边的电感L1开始反向释放能量，并通过开关管Q1的寄生二极管D1续流，迫使二极管D1导通，并为开关管Q1导通做准备；变压器T1的磁芯主磁通受楞次定律约束，副边感应出同名端为负的电流，迫使二极管D3截止、D4导通，同时处在变压器T1副边的电感L2又开始释放能量，继续维持二极管D4导通，滤波电感L2和滤波电容C3又重新共同向负载供电；由于D3的截止和D4的导通均为续流自发进行的，所以D3为软关断、D4为软开通。接下来的流程又回到了第一个阶段重新开始导通开关管Q1，由于在上一个循环的最后一个阶段，D1已经导通，所以此时开关管Q1导通为零电压开通，没有损耗，一个新的循环开始。本专利技术实现新软开关隔离型DC-DC变换器的控制过程包括以下步骤：(1)当输出电压高于设定的值时，减小开关管Q1的导通时间，对应的增加Q2的导通时间；(2)当输出电压低于设定值时，增加开关管Q1的导通时间，对应的减小Q2的导通时间。本专利技术与现有技术相比，开关管Q1和开关管Q2的导通占空比理论上为0-99.99％，对应传输增益为0-无穷大，有效的解决了LLC电路调节范围窄的问题；通过引入无功电流且无功电流回路相对独立，使得原边开关管Q1和开关管Q2以及副边整流二极管D3、D4全范围软开关，有效的解决了移相全桥电路滞后臂非全程软开关的问题；电路简单，原理清晰，对所有器件的参数精度不敏感，特别的对变压器T1的漏感、L1和L2的电感值不敏感，大大的降低生产时对硬件参数的要求。附图说明图1是本专利技术所述一种应用于智能机器人的随动DC-DC变换器拓扑原理图。图2是本专利技术所述一种应用于智能机器人的随动DC-DC变换器的控制步骤分解图。图中黑色粗线部分表示当前时刻电流流经的路径；灰色细线部分表示当前电流没有流经的路径。图3是本专利技术所述一种应用于智能机器人的随动DC-DC变换器的工作波形图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步的详细说明。实施案例：本实施案例所述一种应用于智能机器人的随动DC-DC变换器的主体结构包括电容C2，连接电感L1，变压器T1，开关管Q1以及附带的寄生二极管D1，开关管Q2以及寄生二极管D2，直流支撑电容C1，副边整流二极管D3、D4，滤波电感L2和输出滤波电容C3；开关管Q1和开关管Q2的栅极驱动波形为一对带有死区时间的互补的PWM信号；开关管Q1和开关管Q2以及相应的寄生二极管D1、D2组成半桥结构；其中，Q2的源极和Q1的漏极相连，Q1的源极与输入源的负输入端相连；C1的两极分别连接Q2的漏极和输入源的负输入端；变压器T1的原边线圈与L1电感并联，其中的一端连接到Q1与Q2的连接点，另一端连接到输入源的正输入端；C2并联在输入源电路的正输入端和负输入端之间；变压器T1的副边双绕组通过D3、D4组成全波整流电路；电感L2串联在整流器正输出端到负载正极之间；整流器负输出端直接跟负载的负极相连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于智能机器人的随动DC-DC变换器拓扑，其特征在于：开关管Q1和开关管Q2以及相应的寄生二极管D1、D2组成半桥结构；其中，开关管Q2的源极和开关管Q1的漏极相连，开关管Q1的源极与输入源的负输入端相连；电容器C1的两极分别连接开关管Q2的漏极和输入源的负输入端；变压器T1的原边线圈与电感L1并联，变压器T1原边绕组的一端连接到开关管Q1与开关管Q2的连接点，另一端连接到输入源的正输入端；电容器C2并联在输入源电路的正输入端和负输入端之间；变压器T1的副边双绕组连接到由二极管D3、二极管D4组成全波整流电路；电感L2串联在前述整流电路正输出端与负载正极之间；前述整流电路负输出端直接跟负载的负极相连；电容器C3与负载并联，为DC-DC变换器提供最低限度的滤波。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于智能机器人的随动DC-DC变换器拓扑，其特征在于：开关管Q1和开关管Q2以及相应的寄生二极管D1、D2组成半桥结构；其中，开关管Q2的源极和开关管Q1的漏极相连，开关管Q1的源极与输入源的负输入端相连；电容器C1的两极分别连接开关管Q2的漏极和输入源的负输入端；变压器T1的原边线圈与电感L1并联，变压器T1原边绕组的一端连...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：长沙航熙智能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：湖南;43