一种PWM控制的隔离式谐振变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种PWM控制的隔离式谐振变换器，属于空间电能变换技术技术领域，包括：与直流电源连接的Buck变换器；控制Buck变换器工作状态的Buck变换器驱动电路；与负载连接的谐振变换器；控制谐振变换器工作状态的谐振变换器驱动电路；反馈控制环路；反馈控制环路接收谐振变换器输出的电流信号I

【技术实现步骤摘要】
一种PWM控制的隔离式谐振变换器


[0001]本专利技术属于空间电能变换技术
，具体涉及一种PWM控制的隔离式谐振变换器。

技术介绍

[0002]谐振变换器因其效率高、功率密度高和软开关范围广等优点，在民用领域如充电桩、车载和通信等领域均取得了广泛的应用。谐振变换器一般采用变频控制(pulse frequency modulation，简称PFM)来实现稳压稳流的闭环控制。
[0003]采用PFM控制的谐振变换器具有以下四个劣势：第一、PFM控制可能会导致工作范围频率过宽甚至是无法实现稳压稳流的需求；第二、PFM控制对磁性元件也提出了一定的挑战，无法做到全工作范围的效率最优；第三、变换器开关频率范围宽造成反馈控制环路难以设计；第四、加大产品抑制电磁干扰(electromagnetic interference简称EMI)的滤波器的设计难度。
[0004]在航天领域，无相应变频控制驱动的解决方案。在民用领域，半导体厂商均有相应谐振变换器控制芯片与数字信号处理器实现PFM控制的方案，并且得到了广泛的应用。但是在航天领域，因其工作环境的特殊性，至今尚无相应的产品。因此，如何采用PWM实现的隔离式谐振变换器闭环输出是一个关键的问题。
[0005]通过两级变换器实现稳压稳流等需求的隔离电源已经得到了广泛的应用，但是现有的两级功率中控制环路的实现均完全独立。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术存在的不足，综合考虑到能够谐振变换器各种的优点和空间应用的特殊需求，提出了一种PWM控制的隔离式谐振变换器，即PWM两级拓扑级联结构的隔离式谐振变换器。级联拓扑前级为Buck变换器，后级为隔离谐振变换器。前级为Buck后级为隔离谐振变换器的级联结构避免空间领域无法选择高压MOS管的困局。
[0007]PWM，即采用脉宽调制(pulse width modulation)；
[0008]本专利技术的目的是提供一种PWM控制的隔离式谐振变换器，包括：
[0009]与直流电源连接的Buck变换器；
[0010]控制所述Buck变换器工作状态的Buck变换器驱动电路；
[0011]与负载连接的谐振变换器；
[0012]控制所述谐振变换器工作状态的谐振变换器驱动电路；
[0013]反馈控制环路；其中：
[0014]所述反馈控制环路接收谐振变换器输出的电流信号I
out
和电压信号V
out
；通过闭环反馈控制直流源连接的Buck变换器的占空比，实现闭环控制。
[0015]优选地，所述Buck变换器包括第五功率MOS管、第六功率MOS管、第二滤波电感、第五功率二极管和第三滤波电容；直流电源的正极端子分别与所述第五功率MOS管的漏极、第
六功率MOS管的漏极连接，所述第五功率MOS管的源极、第六功率MOS管的源极分别与第五功率二极管的阴极连接，直流电源的负极端子与第五功率二极管的阳极连接，第五功率二极管的阳极通过第三滤波电容、第二滤波电感与第五功率二极管的阴极连接.
[0016]优选地，所述Buck变换器驱动电路包括与反馈控制环路进行数据交互的PWM驱动芯片、变压器隔离驱动电路；所述变压器隔离驱动电路的输出端子分别与第五功率MOS管的栅极、第六功率MOS管的栅极连接。
[0017]优选地，所述谐振变换器包括第一功率MOS管、第二功率MOS管、第三功率MOS管、第四功率MOS管、第一谐振电感、第一谐振电容、第一功率二极管、第二功率二极管、第三功率二极管、第四功率二极管、第二滤波电容和变压器；其中：所述第一功率MOS管的漏极和第三功率MOS管的漏极连接，所述第一功率MOS管的源极和第二功率MOS管的源极连接，所述第三功率MOS管的源极和第四功率MOS管的源极连接，所述所述第二功率MOS管的栅极和第四功率MOS管的栅极连接，所述第一功率MOS管的源极通过第一谐振电感与变压器的原侧第一端子连接，所述第三功率MOS管的源极通过第一谐振电容与变压器的原侧第二端子连接，所述变压器副侧的第一端子分别与第一功率二极管的阳极、第二功率二极管的阴极连接，所述变压器副侧的第二端子分别与第三功率二极管的阳极、第四功率二极管的阴极连接，所述第一功率二极管的阴极通过第二滤波电容与第二功率二极管的阳极连接，所述第三功率二极管的阴极通过第二滤波电容与第四功率二极管的阳极连接。
[0018]优选地，所述谐振变换器驱动电路包括与反馈控制环路进行数据交互的PWM驱动芯片、变压器隔离驱动电路。
[0019]本申请的有益效果是：
[0020]本专利技术提出的隔离式谐振变换器直接将后级输出的电压电流信号用于前级变换器的控制环路，简化了控制环路。
[0021]本专利技术具有效率高，控制方式简单，反馈环路简单、磁性元件涉及简单、软开关范围宽和适合空间环境应用等优点。
[0022]1.开关频率固定，降低了反馈控制环路的设计难度。
[0023]2.本专利技术降低了变压器与电感等磁性元件的设计难度。
[0024]3.本专利技术在宽输入电压，宽输出电压和宽负载变换范围的情况下，均可以实现软开关。
[0025]4.本专利技术降低变换器EMI滤波器的设计难度。
[0026]5.本专利技术提出的变换器适合航天领域需求高压电源场合，如电推进电源处理单元和行波管电源。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0028]图1为本专利技术优选实施例的电路框图；
[0029]图2为本专利技术优选实施例中功率部分原理框图；
[0030]图3是本专利技术中前级中Buck变换器及其驱动电路的原理框图；
[0031]图4是PWM控制的谐振隔离式变换器中谐振变换器及其驱动电路的原理框图；
[0032]图5是本专利技术中变换器中控制环路的原理框图。
具体实施方式
[0033]为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0034]需要说明的是，本专利技术列举的电路图中电阻、二极管、功率管等元器件，也可以是等效电阻、二极管、功率管组合网络，但以本专利技术电路图最为简洁。
[0035]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0036]请参阅图2，一种PWM控制的隔离式谐振变换器，将两级变换器级联，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PWM控制的隔离式谐振变换器，其特征在于，至少包括：与直流电源连接的Buck变换器；控制所述Buck变换器工作状态的Buck变换器驱动电路；与负载连接的谐振变换器；控制所述谐振变换器工作状态的谐振变换器驱动电路；反馈控制环路；其中：所述反馈控制环路接收谐振变换器输出的电流信号I
out
和电压信号V
out
，通过闭环反馈控制直流源连接的Buck变换器的占空比，实现闭环控制。2.根据权利要求1所述的PWM控制的隔离式谐振变换器，其特征在于：所述Buck变换器包括第五功率MOS管、第六功率MOS管、第二滤波电感、第五功率二极管和第三滤波电容；直流电源的正极端子分别与所述第五功率MOS管的漏极、第六功率MOS管的漏极连接，所述第五功率MOS管的源极、第六功率MOS管的源极分别与第五功率二极管的阴极连接，直流电源的负极端子与第五功率二极管的阳极连接，第五功率二极管的阳极通过第三滤波电容、第二滤波电感与第五功率二极管的阴极连接。3.根据权利要求2所述的PWM控制的隔离式谐振变换器，其特征在于：所述Buck变换器驱动电路包括与反馈控制环路进行数据交互的PWM驱动芯片、变压器隔离驱动电路；所述变压器隔离驱动电路的输出端子分别与第五功率MOS管的栅极、第六功率MO...

【专利技术属性】
技术研发人员：代磊，张泰峰，张明，王超，熊智杰，苏天宇，
申请(专利权)人：中电科能源有限公司，
类型：发明
国别省市：