[发明专利]一种非隔离动态双模切换的Buck/Buck-Boost换流电路拓扑及其控制系统

说明书

本发明涉及一种换流电路拓扑结构，涉及电源技术领域，温度控制技术领域，具体涉及一种非隔离动态双模切换的Buck/Buck‑Boost换流电路拓扑及其控制系统。该换流拓扑包括电源，与所述电源相连接的开关管，所述开关管通过电感和第二开关相连接，所述开关管的通断受到与其连接的开关驱动模块的控制；第四开关、电容和制冷片TEC并联后跨接在所述第二开关的另一端和电源负极之间；第一开关与二极管的阳极相连接后跨接在电源负极与所述电感的CA端之间；第三开关跨接于所述二极管的阳极与第四开关之间。本发明能够根据温度反馈信号动态地在Buck和Buck‑Boost结构之间切换，从而实现输出电压电流方向的切换，使得TEC工作在加热或制冷模式下。

技术领域

本发明涉及一种换流电路拓扑结构，涉及电源技术领域，温度控制技术领域，具体涉及一种非隔离动态双模切换的Buck/Buck-Boost换流电路拓扑及其控制系统。

背景技术

在半导体器件研究、半导体激光器研发应用、以及生物医疗科学、天文观测设备、激光陀螺、精密仪器校准等众多领域中，精密可调恒温控制系统都是必不可少的技术支撑条件之一。

目前精密可调恒温控制多采用对TEC(半导体制冷片)的驱动控制实现，驱动控制的电路拓扑主要有双模(加热和制冷双模式)线性H桥换流拓扑和单模(制冷)Buck降压换流拓扑。

如图1所示，双模线性H桥换流拓扑的主要结构是由三极管Q2～Q5组成的H桥构成，其工作原理是利用TEC制冷片通电时一面制冷的同时另一面发热的特点，采用H桥功率管交替导通技术切换通过TEC的电流方向，从而选择加热或制冷模式，进行控制负载温度。双模线性H桥换流拓扑温控精度较高，但功率转换效率很低，因此只能输出较小的制冷量和加热量，对于大功率热负荷或者中大功率激光器而言，其温控功率和效率均无法满足要求。

如图2所示，单模Buck降压换流拓扑主要是由开关管Q6、电感L2、电容C2和二极管D2构成，其基本原理是采用Buck开关换流拓扑，根据温度信号变化，输出电功率驱动TEC，TEC在电功率的驱动下具有将热量从冷面抽运到热面的特性，从而将目标发热量抽运到散热器上。当TEC抽运热量与被控器件发热量达成动态平衡时，被控器件的温度就保持在恒定设定值上，由于控制精度与被控器件发热量相关，控制负载温度的稳定性精确度就很难保证。此外，当实际温度低于设定温度时，单模Buck降压换流拓扑只会停止制冷，此时实际温度低于设定温度，无法自行调整到设定温度值，这是当前单模制冷非线性Buck降压换流拓扑的主要缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非隔离动态双模切换Buck/Buck-Boost换流拓扑及其控制系统，该电路拓扑能够根据温度反馈信号动态地在Buck和Buck-Boost结构之间切换，从而实现输出电压电流方向的切换，使得TEC被驱动，工作在加热或制冷模式下。

为了达到上述技术目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种非隔离动态双模切换Buck/Buck-Boost换流拓扑，其特征在于，该换流拓扑包括电源，与所述电源相连接的开关管，所述开关管通过电感和第二开关相连接，所述开关管的通断受到与其连接的开关驱动模块的控制；第四开关、电容和制冷片TEC并联后跨接在所述第二开关的另一端和电源负极之间；第一开关与二极管的阳极相连接后跨接在电源负极与所述电感的CA端之间；第三开关跨接于所述二极管的阳极与第四开关之间。

进一步，所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的通断受到与其连接的换向驱动模块的控制。

进一步，所述开关管为三极管或者MOS管中的一种。

进一步，所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关为三极管、MOS管、IGBT、或者继电器中的一种或者多种。

一种基于非隔离动态双模切换Buck/Buck-Boost换流拓扑的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括