[发明专利]电流控制型直流变换器

说明书

本发明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输出的直流变换器，包括含有变压器、半导体功率开关驱动电路及电流传感器在内的变换主电路和控制电源。半导体功率开关可以是功率晶体管GTR、功率场效管P-MOS、可关断晶闸管GTO、绝缘门极双极晶体管IGBT及MOS控制晶闸管MCT中的任何一种。输入直流电源亦可来自交流电源整流后的输出。

现有的开关动作式直流变换器，采用定频调宽（PWM）或定宽调频（PFM）技术（如《电焊机》1991年第3期和1992年第2期上所载），其实质只是提供一个可控电压源，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，截止控制直流变换器针对此作了重大性能改进，但需将电流特性区分为两个区段。本发明的目的，是提供一种以电流瞬值控制为基础的直流变换器，电流特性区不再分区段，即可作可控电流源用，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。

本发明是以如下方式完成的：当V_I2＜V_A及T_b＞T_bn时，控制电路使相应的半导体功率开关由截止转向导通;当条件A成立或T_a＞T_am时，控制电路使相应的半导体功率开关由导通转向截止。

下面结合附图对本发明进一步详细说明。

图1为电路方框图;

图2为变换主电路图;

图3为控制电路第一部分的原理结构图;

图4为图3a-图3h的工作特征一览图;

图5为控制电路第二部分的原理结构图;

图6为控制电路第三部分的原理结构图。

参见图1：01为变换主电路（图2）;02为控制电路，由其第一部分（图3）、其第二部分（图5）和其第三部分（图6）共同组成;03为控制电源，V₊与V_-分别为对公共地的正与负控制电源电压。图1中其它符号含义则见下面对图2的说明。

参见图2：图中11-14为半导体功率开关，15及16分别为进线滤波电感及滤波电容，17为霍尔电流传感器（器件常数为K₁）或其它电气隔离的电流传感器，18为分流器电阻电流传感器（器件常数为K₂），19为输出平波电感，21-26为半导体功率开关驱动电路（如UAA4002型用于GTR、EXB840型用于IGBT），28-33为整流器，34为输出端电容，V₁为跨于16两端的直流电压，V₂为输出电压，X为电压信号输出端，I₁为输入电流，I₂为输出电流，I_O为输出平均电流，△I为I₂的电流脉动量，K₁I₁与K₂I₂分别为17与18的输出正电压信号（对公共地）。在图2a中：变压器20的原级绕组匝数为N₁，次级绕组匝数为2×N₂和检测绕组匝数为2×N₃，检测绕组的输出端为X₁（V_S）的Y₁（-V_S），图中绕组端的黑点代表极性，±V_S为检测绕组内的感应电势，｜V_S｜＝N₃V₁/N₁。参见图2a中的波形图，当G₁为“1”时，通过21及23使相应的11及13导通，I₁与I₂均上升，经Ta时间后G₁变为“0”，相应的11及13截止，I₁为零和I₂下降，再经T_b时间后，G₂变为“1”，通过22及24使相应的12及14导通，I₁与I₂又上升，经过Ta时间后G₂变为“0”，相应的12及14截止，I₁为零和I₂下降，再经过T_b时间后G₁又为“1”，如此波形重复出现，G₁与G₂波形在时间上相差180电度。在图2b中，变压器27的原级绕组匝数为N₁，次级绕组匝数为N₂和检测绕组匝数为2×N₃，其检测绕组输出情况与图2a的相同。参见图2b中的波形图，当G为“1”时，通过25及26使相应的11及13导通，I₁与I₂均上升，经过T_b时间后G变为“0”，相应的11及13截止，I₁为零和I₂下降，再经过T_b时间后，G又变为“1”，如此重复。图2a桥式主电路的控制方法同样适用于半桥式主电路和变压器中点抽头式主电路;图2b双管单端式主电路的控制方法同样也适用于单管单端式主电路。