【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子变换器；尤其涉及一种应用于dc/dc变换器的动态电感。
技术介绍
1、开关电源由于体积小、效率高和高稳定性，因而在便携电子设备、工业控制、航空和石油与天然气的开发等诸多领域都得到了广泛的应用。而磁性元件作为开关电源中重要部分，对开关电源的稳定、性能起到至关重要的作用，因此对磁性元件的设计一直是开关电源领域关注的热点。
2、传统的电感在完成绕制后，电感的匝数、磁芯的有效截面积等都是确定的，在dc/dc变换器中不能改变电感感量的大小。这会导致在变换器负载低时效率较低，而在满载时有可能进入磁性材料的饱和区，导致变换器的输入电流的迅速增大和输出电压的突然降低，危害变换器的稳定。
3、通过对电感在磁滞回线上静态工作点的动态调整，可以使其工作在磁导率大且远离饱和区的位置，这样可以提高变换器在低载下的效率和在满载情况下避免进入饱和状态。微电子技术的发展使mcu具有越来越强大的性能，为电感的动态控制提供了强大计算能力，为此专利研究电感实时控制方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供了一种应用于dc/dc变换器的动态电感。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术涉及一种应用于dc/dc变换器的动态电感，包括：dc/dc变换器、动态电感控制回路、采样电路、mcu；
4、所述dc/dc变换器的电感l1上引入第二个绕组n2，成为动态电感；采样电路与所述dc/dc变换器的电感l1串联，动态电感控制回路
5、本专利技术通过控制流过加设在电感l1上引入辅助绕组n2的电流而控制电感在磁滞回线上的工作点；
6、首先分析动态电感的理论基础，典型铁磁材料的磁滞回线如图2所示，可以看出磁滞回线大概以双指数的形式变化，在dc/dc变换器工作的工程中磁芯周期性的被磁化和去磁，定义磁滞回线上开始磁化点为电感的工作点。
7、电感的计算公式(1)为：
8、
9、其式(1)中，n为电感的匝数，ae为磁芯的有效截面积，le为磁路的长度，μ为磁芯的相对磁导率；从磁滞回线可以看出，在改变电感在磁滞回线上工作点时，可以电感量进行动态调整。
10、在磁滞回线上电感工作点附近有：
11、
12、式(2)中，μ为磁芯的相对磁导率，δb为磁通摆幅，δh为磁场强度幅度；
13、由图2可以看出，磁滞回上斜率较大的点比较适合作为电感的静态工作点，而磁动势和磁场强度的关系为调整工作点提供了基础。
14、f＝n×i＝h×le (3)
15、式(3)中f为磁动势，le为磁路的长度(从磁芯数据手册中得到)，n为电感的匝数，h为磁场强度，i为电感电流；
16、通过上式(3)计算磁场强度h和电感电流i的关系为：
17、
18、为了调整电感在磁滞回线上的工作点，在单绕组电感上引入辅助绕组n2；
19、将电感在磁滞回线上的设定工作点记作为(hqb,bqb)，当前工作点记为(hqc,bqc)，将当前工作点调整到理想刚工作点需要辅助绕组n2中注入的电流为：
20、
21、i2为辅助绕组n2中的电流，n2为辅助绕组n2的匝数，如图3所示。
22、为了计算电感的工作点，还需要对流过电感的电流进行采样，所述采样电路由电感电流采样电路、动态电感控制回路电流采样电路和输出电压采样电路构成。所述采样电路可以采集流过电感电流的波形，而mcu可以计算电感在磁滞回线上的工作点，相应的动态电感控制算法计算动态电感在磁滞回线上的偏移量，而相应的偏移量通过电感工作点控制回路实现，为了实现精确控制，对电流控制回路中的电流也要进行采样。
23、优选地，所述电感电流采样电路由变压器、二极管、电容和分压电阻网络构成。所述电感电流采样电路不仅用来采样流过电感的电流，也可以用来采样电感工作点控制回路中的电流。变压器的匝比为1:n，将变压器二次侧的电流变为电感电流的1/n，以降低采样电路的损耗；其中，二极管d3可以避免在分压网络中产生负电压，保护mcu的通用输入输出接口；电容c2起到滤波的作用，滤除高频干扰；通过调整分压网络中电阻r1和r2的值来使采样网络的输出电压达到mcu的通用输入输出接口所接受的范围。
24、通过变压器的变比和分压网络的配合将电流转换为适合mcu的adc能够接受的电压范围。
25、所述输出电压采样电路来采样输出电压，根据变换器输出电压是否达到稳定值而判断变换器是否进入稳定工作状态。输出电压采样电路的结构如图5所示，通过电阻网络r3和r4的分压将输出电压等比例缩小到mcu的通用输入输出接口接受电压范围；后面串联跟随器以消除后面电路的负载效应，输出端电阻ro可以限制注入到mcu端口的电流。
26、优选地，所述输出电压采样电路先将分压网络降低到adc能够接受的电压，再经过电压跟随器消除负载效应后接入mcu的adc。
27、动态调整电感在磁滞回线上工作点，磁滞回线上斜率最大的地方就是电感适合的工作点，根据变换器电感电流的波形(电流和电感匝数的乘积就是磁动势)和mcu中预存的磁滞回线，可以计算出变换器当前工况下电感在磁滞回线上工作点。进而算出当前工作点与理想工作点之间的磁动势差，磁动势的差可以通过调节电感工作点控制回路中的电流来实现。
28、优选地，所述动态电感控制回路由辅助绕组n2、直流电压源vctr和mos管q2构成。
29、根据mos管的转移特性可知在漏极和源极两端电压一定时，漏极电流由mos管的栅极和源极之间电压vgs决定，通过调整vgs就可以控制沟道的电阻。可以将mos管的转移特性曲线经过拟合为相应的函数后存储在mcu的内存中。
30、改变mos管q2栅极和源极之间电压vgs可以调整其导通电阻，进而控制动态电感控制回路的电流ictr，从而控制磁滞回线上的电感工作点，以实现电感动态调节。
31、当前工作点与理想工作点之间的磁动势差除以辅助绕组n2的匝数就可以得到电感工作点控制回路中的电流。控制回路中的mos管q2本质上是电压控制的电阻，根据mos管的转移特性可知在漏极和源极两端电压一定时，漏极电流由mos管的栅极和源极之间电压vgs决定。
32、优选地，所述动态电感的工作点控制算法具体为：所述mcu根据当前工作点与理想工作点之间的磁动势差计算得到相应的电感工作点控制回路电路。在dc/dc变换器启动过程中电感在磁滞回线上的工作点会发生明显波动时，不适合启动动态电感控制算法。
33、利用存储的mos管转移特性曲线得到vgs，通过mcu通用输出接口(gpio)的模拟输出经过放大后驱动mos管。为了保证控制效果，mcu根据对回路电流采样结果进行反馈控制。如果采样得到的回路电流小于设定值时，增大vgs，并继续采样，直到设定值为止。相反回路电流大于设定值时，减小vgs，相应程本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种应用于DC/DC变换器的动态电感，其特征在于，包括：DC/DC变换器、动态电感控制回路、采样电路、MCU；
2.如权利要求1所述的应用于DC/DC变换器的动态电感，其特征在于，所述采样电路由电感电流采样电路、动态电感控制回路电流采样电路和输出电压采样电路构成。
3.如权利要求2所述的应用于DC/DC变换器的动态电感，其特征在于，所述电感电流采样电路由变压器、二极管、电容和分压电阻网络构成。
4.如权利要求2所述的应用于DC/DC变换器的动态电感，其特征在于，所述输出电压采样电路先将分压网络降低到MCU接口适合的电压，再经过电压跟随器消除负载效应后接入MCU通用输入输出接口，进行模拟到数字的转换。
5.如权利要求1所述的应用于DC/DC变换器的动态电感，其特征在于，所述动态电感控制回路由辅助绕组n2、直流电压源VCTR和MOS管Q2构成。
6.如权利要求1所述的应用于DC/DC变换器的动态电感，其特征在于，所述动态电感的工作点控制算法具体为：所述MCU根据当前工作点与目标工作点之间的磁动势差计算得到相应的电感工作点
7.如权利要求1所述的应用于DC/DC变换器的动态电感，其特征在于，所述MCU用于执行动态电感控制回路的控制算法。
8.如权利要求7所述的应用于DC/DC变换器的动态电感，其特征在于，所述MCU的控制算法具体步骤为：在启动控制算法前，先要对DC/DC变换器的输出电压进行采样，判断DC/DC变换器是否进入稳态；MCU根据电感电流采样电路得到电流AD转换的结果和存储磁滞回线，计算得到当前工作点；根据存储的设定工作点，得到补偿的磁场强度；再计算得到动态电感控制回路中的电流。
9.如权利要求1所述的应用于DC/DC变换器的动态电感，其特征在于，所述电感L1上的绕组n1与引入辅助绕组n2的匝比等于电感电流的幅值ILmax和电感工作点控制回路中的电流幅值Ictrmax的比值。
10.如权利要求1所述的应用于DC/DC变换器的动态电感，其特征在于，所述辅助绕组n2的匝数由绕组n1匝数决定，即绕组n2和绕组n1的匝比为原始电感电流有效值与辅助绕组电流幅值之比；绕组n1的匝数由DC/DC变换器电流纹波确定；根据计算的匝比，确定绕组n2的匝数，线径由绕组电流的绕组电流的有效值决定。
...【技术特征摘要】
1.一种应用于dc/dc变换器的动态电感，其特征在于，包括：dc/dc变换器、动态电感控制回路、采样电路、mcu；
2.如权利要求1所述的应用于dc/dc变换器的动态电感，其特征在于，所述采样电路由电感电流采样电路、动态电感控制回路电流采样电路和输出电压采样电路构成。
3.如权利要求2所述的应用于dc/dc变换器的动态电感，其特征在于，所述电感电流采样电路由变压器、二极管、电容和分压电阻网络构成。
4.如权利要求2所述的应用于dc/dc变换器的动态电感，其特征在于，所述输出电压采样电路先将分压网络降低到mcu接口适合的电压，再经过电压跟随器消除负载效应后接入mcu通用输入输出接口，进行模拟到数字的转换。
5.如权利要求1所述的应用于dc/dc变换器的动态电感，其特征在于，所述动态电感控制回路由辅助绕组n2、直流电压源vctr和mos管q2构成。
6.如权利要求1所述的应用于dc/dc变换器的动态电感，其特征在于，所述动态电感的工作点控制算法具体为：所述mcu根据当前工作点与目标工作点之间的磁动势差计算得到相应的电感工作点控制回路电路。
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