截止控制直流变换器制造技术

截止控制直流变换器是一种籍助半导体功率开关将直流输入变换为另一种电压或电流下直流动率输出的电源变换装置，实行截止时间与峰值电流的瞬时控制。在其电流外特性区，则是一个无振荡超调的高速反应的且不受电源电压波动影响的可控电源源；在其电压外特性区，则又是一个频响快稳压性能良好的可控电压源。其输出性能能良好地满足以电流特性为主要工作特征的用电负载诸如电焊接负载的需求，还特别适于多台并联以构成十千瓦级以上的大功率装置。（*该技术在2010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截止控制直流变换器，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。半导体功率开关可以是功率晶体管、功率场效管、可关断晶闸管、绝缘门极双极晶体管及带强制关断设施的晶闸管等中的任何一种。现有的开关动作式直流变换器，如日刊《电子技术》1989年3月号“开关电源专集”及日刊《电气计算》1990年2月号藤原纪六著文“溶接 使用すると”(焊接逆变器的应用)所载，都是以控制输出电压为基本出发点而采用了定频脉宽调制(PWM)技术，其实质是提供一个可控电压源，而其控制固有特性不能良好地满足以电流特性为主要工作特征的用电负载的需求。本专利技术的目的，是提供一种以控制输出电流为基本出发点的截止控制直流变换器，既可作可控电流源用，又可作可控电压源用，特别是能良好地满足以电流特性为主要工作特征的用电负载的需求。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，设有控制电路。电流特性区的下电流特性区段的控制是，在半导体功率开关导通期间，当其所流过的电流I上升到I＊PA值时使半导体功率开关截止，经过截止时间t＊EA后再使其导通，电流特性区的上电流特性区段的控制是，在半导体功率开关导通期间，当其所流过的电流I上升到I＊PB值时使半导体功率开关截止，经过截止时间t＊EB后再使其导通。电压特性区的控制则有两种不同的方式。一种方式为，电压特性区的前电压特性区段的控制是，在半导体功率开关导通期间，当其所流过的电流I上升到I＊PC时使半导体功率开关截止，经过截止时间t＊EB后再使其导通;电压特性区的后电压特性区段的控制是，在半导体功率开关导通期间，当其所流过的电流I上升到I＊PC值时使半导体功率开关截止，经过截止时间t＊EC后再使其导通。另一种方式为，电压特性区的前电压特性区段的控制是，在半导体功率开关导通期间，当其所流过的电流I上升到I＊PC值时使半导体功率开关截止，经过截止时间t＊EB后再使其导通;电压特性区的后电压特性区段的控制是，在半导体功率开关导通期间，当其所流过的电流I上升到I＊PC值时使半导体功率开关截止，经过截止时间t＊EA或t＊EB(二者交替使用)后再使其导通。与现有技术相比，本专利技术的优点是(1)在输出外特性的电流特性区，由于采用了瞬值电流控制，输出电流能在无振荡超调情况下高速地跟踪电流指令值的急剧变化，其电流大小不受输入电源电压及负载上电压变化的影响，而成为一个颇为理想的可控电流源;(2)在输出外特性的电压特性区，由于采用了误差电压控制一个电流源的措施，从而提了频率的响应，改善了稳压性能;(3)由于对半导体功率开关的峰值电流实行了确切的逐个控制，使得整个直流变换器中各个器件不必设计有较大的裕量就能保证工作可靠，同时使制造成本降低;(4)由于对应每一个输出电压值，都有一个确定的电流回差，从而消除了分谐波振荡现象;(5)由于当主电路中变压器的磁化电流增大时，会自动地使相应的半导体功率开关的导通时间减少，从而有效地抑制了变压器的偏磁现象;(6)输出外特性的形状构成，十分灵活，可以多种多样，如陡降式与减流式，也能方便地构成恒流加外拖式、缓降式以及L形等外特性;(7)能输出频率及占空比均可自由改变的矩形电流脉冲波形，也能方便地输出三角波或梯形波电流时间波形，还可以用以控制输出电流的升降速率，即实现所谓“电子电抗器”的功能;(8)由于具备了准确和快速的电流控制特性，使得多台直流变换器在输出侧并联运行的组成十分简单而且均流可靠。这样可采用标准单元积木式结构的方法来组成从小功率到大功率不同容量档次的系列产品，既降低了生产成本，又能灵活地适应市场多变的需求，另外还使单元分卸携带式超轻便产品的制造成为现实。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为工作原理说明图;图3为截止时间电路结构原理图;图4为第一、第二及第三实施例的电路结构原理图;图5为第四、第五及第六实施例的电路结构原理图;图6为第七、第八及第九实施例的电路结构原理图;图7为第十实施例的电路结构原理图;图8为本专利技术应用的其它带变压器的正激型直流功率变换主电路图。参见图1，CC为控制电源，ZF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及检测流经半导体功率开关电流用的电流传感器，截止时间电路SE则与电流指令电路SI一起组成控制电路，SE可以是SE1或SE2或SE3等不同电路结构中的一个，SI可以是SI1或SI2或SI3等不同电路结构中的一个，QL为用电负载，CL为QL上所并联电容。V+与V-分别为控制电源输出的对公共地的正电压与负电压，K1I＊0为电流指令值，K1I为ZF中电流传感器的输出信号，V2为ZF输出端口XY上的电压，G1与G2为SE输往ZF中半导体功率开关驱动电路的驱动信号，VS为电压信号并仅在SE为SE2时采用，SE的V2信号输入仅在SE为SE1或SE2时采用。CS2为检测输出电流用的电流传感器(分流器电阻或霍尔直流电流传感器)，CS2及其输往SE的K2I2信号仅在SE为SE3时采用。参见图2，图2a为ZF的电路原理结构图，GS1～GS4为半导体功率开关驱动电路，用以接受G1～G2驱动信号使相应的半导体功率开关导通或截止;CS1电流传感器(交流电流互感器或霍尔交流电流传感器)用以检测流经半导体功率开关的电流，其变换常数为K1，CS1的输出经过电流传感器附件FD全波整流后得到输出为K1I;图2a的其余部份则构成带变压器的正激型直流功率变换主电路，此处为全桥式，它由进线滤波电感L0、进线滤波电容C0、半导体功率开关S1～S4、抑制过电压用二极管D1～D4、初级绕组匝数为N1及次级绕组匝数为N2×2(中点抽头式)的变压器T1、输出整流二极管D5～D6及输出电感L2所组成，其输出端口用X及Y标记。V1为直流输入电源电压，V2为输出端口上的输出电压，VS为电压信号，I为流经半导体功率开关即流经变压器初级绕组的电流，I2为输出电流。图中绕组端“·”符号为绕组的极性标记。半导体功率开关驱动电路为现有技术，如对于功率晶体管可参见《国外电力电子技术》1989年第4期载“采用UAA4002构成的开关晶体管最佳基极驱动和保护电路”一文，又如对于功率场效管，可参见《国外电力电子技术》1989年第1期载“开关型功率MOSFET的高速驱动器”一文等等。为了说明方便，采用I＝(N2/N1)I2、V＝(N1/N2)V2及L＝(N1/N2)2L2诸式将变压器次级参数转化到初级侧。图2b为电流I的波形图，当S1及S3(或S2及S4)导通时(如图中阴影面积所示)，I由谷值电流Ir上升到峰值电流IP，其导通时间为tG;当S1及S3(或S2及S4)截止时，I由IP下降到Ir，其截止时间为tE。现命电流回差为△I＝(IP-Ir)/2(即在tE时间内，电流I变化了2△I)、均值电流I0＝(IP+Ir)/2及工作频率为f，则由电路基本理论(可参见人民邮电出版社1985年出版《晶体管开关稳压电源》一书)可得IP＝I0+△I＝Ir+2△I (1)式;tE= (2L△IN2)/(N1本文档来自技高网...

【技术保护点】
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截止控制直流变换器，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，设有控制电路；电流特性区的下电流特性区段的控制是，在半导体功率开关导通期间，当其所流过的电流Ｉ上升到＊＊＊值时使半导体功率开关截止，经过截止时间＊＊＊后再使其导通；电流特性区的上电流特性区段的控制是，在半导体功率开关导通期间，当其所流过的电流Ｉ上升到＊＊＊值时使半导体功率开关截止，经过截止时间＊＊＊后再使其导通。

【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]