增强型截控直流变换器制造技术

增强型截控直流变换器，是一种借助半导体功率开关将直流输入功率变换为另一种电压或电流输出的直流变换器，实行电流瞬值控制，既是一个无振荡超调的高速反应的且不受电源电压波动及负载变化影响的可控电流源，在其电压外特性区又是一个频响快的稳压源－－例如用作直流电气车辆的辅助电源。其输出性能能满足以电流特性为主要工作特征的用电负载诸如电焊接、等离子切割、电火花加工、快速充电、脉冲电镀、氙灯及弧光灯等负载的需求。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种开关动作式电源变换设备，进一步是指一种籍助半导体功率开关将直流输入功率变换为另一种电压或电流下直流输出的直流变换器，包括带变压器的正激型直流功率变换主电路、半导体功率开关驱动电路、电流传感器(以上总称为功率电路)及控制电源。半导体功率开关为自关断器件，如功率晶体管、功率场放管、绝缘门极双极型晶体管(IGBT)、可关断晶闸管及场控晶闸管(MCT)等等。输入直流电源亦可来自交流电源整流后的输出。在现有技术中，截止控制直流变换器(专利申请号90105590，5)既是一个高性能的可控直流电流源，又是一个优质的直流稳压电源，虽具有众多的控制方式，但其电路功能还有待进一步增强。本专利技术的目的，是在上述截止控制直流变换器技术方案基础上，进一步增强其电路功能，从而更好地满足不同的使用需要。本专利技术是以如下方式完成的输出外特性的控制分为电流特性区控制及电压特性区控制;电流特性区的下电流特性区段的控制是，当VP≥V＊P及条件A成立时或当tG＝tGm时控制电路使半导体功率开关由导通转向截止，当tE＝t＊EA时控制电路使半导体功率开关由截止转向导通;电流特性区的上电流特性区段的控制是，当VP≥V＊P及条件A成立时或当tG＝tGm时控制电路使半导体功率开关由导通转向截止，当tE＝t＊EB时控制电路使半导体功率开关由截止转向导通。下面结合附图对本专利技术进一步详细说明。附图说明图1为电路方框图;图2为功率电路(一)的结构原理图;图3为功率电路(二)的结构原理图;图4为功率电路(三)的结构原理图;图5为截止时间电路的结构原理图;图6为图5(a)～图5(h)的工作特征一览图;图7为电流指令电路的结构原理图;图8为110放电控制的变形电路(一);图9为110放电控制的变形电路(二)。参见图101为功率电路(图2或图3或图4)，02为截止时间电路(图5)，03为电流指令电路(图7)，02与03共同组成了控制电路。04为控制电源，其输出V+为对公共地的正值电压，并分别送往01～03。图1中其它符号的含义将在下面陆续加以说明。参见图2、图3及图4.11～14为半导体功率开关，15为输入滤波电容，16为输入滤波电感(或以一电阻代替)，17为电流传感器(如LEM型霍尔器件式、互感器式、分流器式等)，18为输出侧电容，19为输出滤波电感(其电感值为L2)，21～24为半导体功率开关驱动电路，28～33为整流器，Z1与Z2为直流输入端，X1(V2)及Y1为输出端和Y1接公共地，V1为跨于15两端的直流电压，I1为流经半导体功率开关及17的电流，V2为输出直流电压，I2为流经19的电流。作为一个例子，当17为互感器式时，其电路结构如图2(b)所示，50为电流互感器，“·”为绕组极性，51为二极管，52及53为电阻，54为电容(供除去电压尖峰毛刺用)，其对公共地的输出电压为K1I1，K1为传感器结构常数。半导体功率开关驱动电路为现有技术，随半导体功率开关类型而异，作为一个例子，当半导体功率开关为IGBT时，每个半导体功率开关驱动电路的结构如图2(C)所示，55为场效管，56为脉冲变压器，57～58为电阻，59～61为稳压管，当G1(或G2或G3)为“1”即高电平时，55导通经过56也使IGBT导通，当G1(或G2或G3)为“0”即低电平时，55截止导致IGBT也截止。在图2(C)中还示出了与IGBT并联在一起的阻容吸收电路，彼由二极管62、电阻63及电容64所组成。参见图2(a)20为变压器，其初级绕组匝数为N1，次级绕组匝数为2×N2，另有信号绕组匝数为2×N5，后者的中点接公共地，另有二个引出端X2(V5)及Y2(-V5)，V5及-V5为N5绕组内感生电压，｜V5｜＝N5V1/N1。图2(a)的工作波形如图2(d)所示，G1与G2信号在时间上错开180电度，当G1(G2)为“1”时，11与13(12与14)导通，其图示时间为tG，此期间内I1及I2均上升;当G1(G2)为“0”时，11与13(12与14)截止，在图示时间tE内I1为零及I2下降，I2的单边脉动量为△I，I2的平均值为I2。图2(a)的常用输出外特性如图2(e)所示，其中ab为下电流特性区段(V2≤V2b)，bc为上电流特性区段(V2＞V2b)，cd为电压特性区，与b点对应的V2为V2b和I2为I2b。图2(a)为全桥式电路，其控制方法同样也适用于半桥式电路及中点抽头电路。参见图3(a)27为变压器，其初级绕组匝数为N1，次级绕组匝数为N2信号绕组匝数为2×N5。图3(a)的工作波形如图3(b)所示，当G3为“1”时，11与13导通，在图示时间tG内，I1与I2均上升，当G3为“0”时，11与13截止，在图示时间tE内，I1为零及I2下降。参见图434为变压器，其初级绕组匝数为N1，次级绕组匝数为N2，回馈绕组匝数为N3，信号绕组匝数为2×N5。图4的工作波形与图3(b)相同。图3(a)与图4的常用输出外特性则与图2(e)相同。对于图5(b)，当VF为“1”时，通过87对107的充电电流使83暂时导通的一个时间为tGO，在tGO期间，70的输出被钳在“0”电平上，因此tG≥tGO;当VF为“0”时，107上的电荷通过116与117迅速释放而为下一次动作作好准备。对于图5(c)、图5(d)、图5(g)及图5(h)，106现在由Vs经85及114(或-Vs经86和115，此情况下Vs本身为负值)进行充电，故tGm值将随VS值的增加(减少)而减少(增加)，即是｜VS｜↑，tGm↓;｜VS｜↓，tGm↑。对于图5(e)～图5(h)，在-Vs(此时VS本身为负值)存在的tS时间内，71的输出为“1”通过124后使VG也为“1”。因此，t＊EB的下限值等于max，即是等于tEO及ts两值中的最大的一个值，图5(a)～图5(h)的工作特征一览见图6。参见图7图7由140～165及n10～n11所组成，140为可调基准电压器(如TL431型)，141为电压比较器(如LM339型)，142～143为晶体管，144～156为电阻，157～159为电位计，160～162为电容，163～165为稳压管，n10～n11为连结端子。通过157可调整V＊P1＝V＊P或V＊P2＝V＊P或V＊P3＝V＊P的大小，163用以制限V＊P1或V＊P2或V＊P3的最大值。在图7(a)中;V2经过阻容滤波和电阻分压后送到140的R端，如此电压特性区的控制为对输出电压实行闭环连续控制，148与161用以改善闭环控制的动态品质。在图7(b)中V2经过阻容滤波和电阻分压后送往以141为核心构成的滞后特性比较电路的同相输入端，当V2过高使141的输出端为“1”时，142导通，经W联线使图5中的75中止工作;当V2过低使141的输出端为“0”时，142截止，使图5中的75又恢复工作，如此电压特性区的控制为对输出电压实行闭环间歇控制。在图7(c)中此情况下，电压特性区的控制为对输出电压实行开环控制。另外当n10～n11连通时，则在电流特性区，当V2从零值起上升时V＊P将逐渐减少;当V2上升到使165齐纳击穿时起V2再继续上升时，V＊P即不再减少，即获得电流特性区内的恒流加外拖的输出外特性。任取图5(a)～图5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种借助半导体功率开关将直流输入功率变换为另一种电压或电流下直流输出的直流变换器，包括带变压器的正激型直流功率变换主电路、半导体功率开关驱动电路、电流传感器及控制电源，其特征在于，输出外特性的控制分为电流特性区控制及电压特性区控制；电流特性区的下电流特性区段的控制是，当Ｖ↓［Ｐ］≥Ｖ↓［Ｐ］↑［＊］及条件Ａ成立时或当ｔ↓［Ｇ］＝ｔ↓［Ｇｍ］时控制电路使半导体功率开关由导通转向截止，当ｔ↓［Ｅ］＝ｔ↓［ＥＡ］↑［＊］时控制电路使半导体功率开关由截止转向导通；电流特性区的上电流特性区段的控制是，当Ｖ↓［Ｐ］≥Ｖ↓［Ｐ］↑［＊］及条件Ａ成立时或当ｔ↓［Ｇ］＝ｔ↓［Ｇｍ］时控制电路使半导体功率开关由导通转向截止，当ｔ↓［Ｅ］＝ｔ↓［ＥＢ］↑［＊］时控制电路使半导体功率开关由截止转向导通。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢骥，卢伟白，
申请(专利权)人：卢骥，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]