具有恒功率特性的DC／DC變換器的研究
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在此以恒功率切換至恒流模式為例，仿真波形如圖4a所示。可見(jiàn)，在切換瞬間輸出電流存在一個(gè)很大的過(guò)沖，這個(gè)過(guò)沖是由于在負(fù)載電阻切換瞬間，輸出電容上電壓維持不變，放電產(chǎn)生一個(gè)較大的電流。由于系統(tǒng)控制環(huán)路存在一定延遲，電感電流在切換瞬間幾乎維持不變，之后電感電流才會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較大的過(guò)沖，這樣就會(huì)導(dǎo)致變換器瞬時(shí)輸出功率變大，此時(shí)對(duì)變換器的功率器件也會(huì)有一個(gè)較大的沖擊，易損壞器件，對(duì)于功率器件的選擇要求變高。在實(shí)際應(yīng)用中，在切換瞬間，變換器向前級(jí)索取的瞬時(shí)功率會(huì)很大，可能對(duì)前級(jí)也會(huì)造成一定沖擊。本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/175766.htm
為解決上述問(wèn)題，可采用減小輸出濾波電容大小的方法，將輸出濾波電容從2 000μF減小到100μF后的仿真波形如圖4b所示?？梢?jiàn)負(fù)載電流的過(guò)沖從圖4a中335．2 A減小至155 A，效果明顯。圖4c為采用使負(fù)載電阻切換的階躍不太大，即電阻間變化盡量小的方法時(shí)的仿真波形。
圖4a中負(fù)載電阻從0．5 Ω變至0．1 Ω，電流過(guò)沖最大為335．2 A，圖4c中電阻從0．35 Ω變至0．2 Ω時(shí)，電流過(guò)沖減小至112．4 A，效果明顯。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
為驗(yàn)證以上分析，研制了一臺(tái)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。兩相交錯(cuò)并聯(lián)Buck輸入電壓73 V，開(kāi)關(guān)頻率50 kHz，輸出限壓40 V，輸出限流76 A，輸出功率限制2．4 kW。圖5a為兩路交錯(cuò)并聯(lián)Buck電路上管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)ugV1，ugV2和輸出電感電流波形iL1，iL2，可見(jiàn)兩路驅(qū)動(dòng)交錯(cuò)180°，輸出電感電流稍有誤差，可實(shí)現(xiàn)均流效果；圖5b示出電路從恒流切換到恒功率的Iref、輸出電壓Uo和輸出電流Io的階躍波形；圖5c示出電路從恒功率工作模式切換到恒流的Iref，Uo，Io的階躍波形。相對(duì)于圖5b，此工作模式切換較平緩，而且動(dòng)態(tài)的響應(yīng)速度也較快。
由于電路從恒壓(恒流)模式切換到恒流(恒壓)模式與上述兩個(gè)工作模式切換類似，這里不再贅述。圖5d示出電路工作從恒功率切換到恒壓工作模式的Iref，Uo，Io的階躍波形。可見(jiàn)，Uo在工作模式切換的瞬間會(huì)有電壓過(guò)沖，而系統(tǒng)在切換后正常工作一段時(shí)間后，電壓和電流會(huì)跌落一點(diǎn)；圖5e示出電路從恒壓切換到恒功率工作模式的Iref，Uo，Io的階躍波形；圖5f給出了不同輸出負(fù)載電阻下的效率曲線。
可見(jiàn)，Io在模式切換瞬間會(huì)有一個(gè)明顯的過(guò)沖，由于電壓環(huán)響應(yīng)速度比功率環(huán)快很多，故在恒壓切換到恒功率的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一些振蕩。兩相交錯(cuò)并聯(lián)Buck電路在不同輸出負(fù)載電阻情況下，最高效率可達(dá)97．2％。
4 結(jié)論
此處提出一種具有恒功率特性的輸出寬范圍連續(xù)可調(diào)的控制策略，采用兩相交錯(cuò)并聯(lián)Buck拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)解決了傳統(tǒng)單級(jí)式變換器在低壓大電流輸出場(chǎng)合應(yīng)用時(shí)控制實(shí)現(xiàn)困難的問(wèn)題。同時(shí)，在負(fù)載電阻變換時(shí)，輸出功率和電壓能有效限制在設(shè)定的最大值，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)限功率、限壓、恒流的功能。
評(píng)論