一种三态直直变换器及其控制方法

成果介绍

科技计划：

成果形式：新技术

合作方式：技术转让

参与活动：驻苏高校院所苏北五市产学研合作对接活动第七届中国江苏产学研合作大会

专利情况：正在申请 ,其中:发明专利 0 项
已授权专利,其中:发明专利 1 项

成果简介

成果概况

目前，在传统不控整流电路中，因为电网输入电流所存在谐波，对电力系统产生严重的污染，影响电力系统的稳定、高效运行。为了减小整流负载对电力系统产生的谐波污染，提高电力系统传输的电能质量，需要在整流电路后采用带功率因数校正的变换电路，或者直接采用具有功率因数调整的全控整流电路。但不论如何，不控整流电路因其结构简单、工作可靠、构成成本低廉而深受公众的喜爱，使用也十分广泛。功率因数校正广泛使用的变换电路主要以Boost升压变换电路为主，兼而有两管Back-Boost变换电路实现输入电路的功率因数校正。其中，平均电流控制的Boost变换器因其具有良好的稳定性能以及对噪声的不敏感，已经成为功率因数校正的首选结构。在功率因数校正控制过程中，电流的控制方式有电流连续模式（CCM）、电流断续模式（DCM）、伪连续导电模式（PCCM）。与DCM变换器相比，PCCM变换器有较大的带载能力，优于CCM和DCM的动态响应速度。因此，伪连续导电模式得到大家的关注。

创新要点

1、借助于两只开关管、两只二极管、储能电感及滤波电容构成三态直直变换器。本发明借助于两只开关管、两只二极管、储能电感及滤波电容构成三态直直变换器，实现输入电压的上升、下降变换，电压的输出极性与输入电压极性相反。借助于两只开关管的开通、关断，变换器电路有三个工作模态，分别是电感电流线性上升、电感电流线性下降、电感电流惯性续流3个模态。 2、输入开关管导通，变换器进入电感电流线性上升模态。本发明中，输入开关管导通，输入电源施加在电感的两端，在输入电源电压激励下，储能电感的电流线性增长。输出负载电压由输出端电容电压维持，向负载供电。在本模态中，控制储能电感惯性维持的开关管不论是处于导通还是关断状态，该变换器储能电感电流线性增长的工作状态不变。 3、输入开关管关断，变换器进入电感电流线性下降模态。本发明中，输入开关管关断，控制储能电感惯性维持的开关管关断，储能电感中电能通过两个二极管续流，向负载供电，同时给输出滤波电容充电。随着电感向负载释放能量，电感电流按线性规律下降。 4、输入开关管关断，控制储能电感惯性维持的开关管导通，变换器进入电感电流惯性续流（维持）模态。本发明中，输入开关管关断，控制储能电感惯性维持的开关管导通，电感电流通过该导通的开关管及二极管续流，因回路阻抗很小，电感电流惯性维持。输出负载电压由输出滤波电容电压维持，向负载供电。 5、分析了变换器电路输入、输出之间的关系。本发明中，根据变换电路两开关状态的组合，经过数学分析获得变换电路输入电压、输出电压之间的关系，得出该变换器电路具有升、降压特性，整个变换器具有直流变压器的性质。 6、分析了变换器惯性维持电流的正弦变化工作情况，获得该变换器的应用领域。本发明中，若控制变换器惯性维持电流及输入电压在半个工频周期内按照正弦规律变化，电感电流亦按照正弦半波规律变化。因此，该变换电路除可应用到一般的直/直变换控制系统中实施直流/直流变换，还可以应用到带功率因数校正的直/直变换电路中。 7、给出了该变换器的控制方法。根据变换器电路的工作原理，给出了变换器的电压、电流控制方法。

主要技术指标

本发明提出一种直/直变换电路，该变换电路由两只开关管、两只二极管、储能电感及滤波电容构成。根据开关管的开通、关断组合，构成变换器电路的四种工作组合。本发明根据电路工作模式，分析了变换器电路输入输出之间的关系根据变换器电路工作原理，电路的控制是这样进行的。变换器设定的输出电压和实际输出电压的偏差值，经过电压调节器输出控制电压，该控制电压与三角波信号比较得到VT1的控制信号，该信号的宽度取决于设定输出电压与实际输出电压的偏差程度。VT1控制信号经过驱动电路给VT1以驱动。变换器控制电流设定值与电感电流经过滞环比较器输出VT2的控制信号，经过驱动电路给以VT2驱动。比较器设置滞环，目的是提高电路工作可靠性。VT2驱动信息需要和VT1工作周期同步，保证两开关管协调控制。为实现VT2与VT1控制的周期同步，使用VT1的驱动信号作为VT2控制信号的开门信号，当VT1处于关断情况下才开放VT2的驱动信号。在每个开关周期内，只要VT1一开通，VT2便关断，续流过程结束，电感电流在输入电源电压作用下上升。VT2的再次开通，是电感电流低于设定电流的时刻，此时电感电流续流过程开始。倘若设定的下限电流在半个工频周期内按照正弦规律变化，输入电压也按照正弦规律变化，每个控制周期内，电感电流达到的峰值亦按正弦规律变化，电感电流的平均值自然也按正弦规律变化。则在实际控制过程中，将参考电流设置为正弦半波，其控制的最终结果是，工频半周期内，电感电流亦按照正弦半波规律变化。因此，该变换电路除可应用到一般的直/直变换控制系统中，实施直流到直流的变换，还可以应用到带功率因数校正的直/直变换电路中。

其他说明

本发明因为惯性模态的存在，变换器电路具有更大的灵活性，可以实现输入电压、电流的独立控制，获得变换器伪连续导电模式，取得优越的动态响应。设定惯性模态续流电流按正弦规律变化，可获得电感电流的正弦变化规律。因此，该变换电路除可应用到一般的直/直变换控制系统中，实施直流到直流的变换，还可以应用到带功率因数校正的直/直变换电路中。

完成人信息

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