CN104539149A - 一种基于buck-boost的顶部补偿电路及其顶部补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于BUCK-BOOST的顶部补偿电路，包括外接第二外接电源U2的顶补模块，放电开关V3与负载R1串联且二者串联后并联在由顶补模块与主储能电容C3串联组成的串联端上，主储能电容C3与放电开关V3均接第一外接电源U1，顶补模块与负载R1共用一个公共端COM，所述的顶补模块由电容C1、电容C2、第一开关V1、第二开关V2和电感L1组成。本发明还公开了一种基于BUCK-BOOST的顶部补偿电路的顶部补偿方法。本发明可以根据调节外部提供补偿电源和BUCK补偿开关的导通占空比的大小，对负载脉冲顶部降落进行补偿，从而降低对负载的损害；通过在一定时间内让BOOST开关工作于PWM模式，使补偿电容两端电压回零，保护开关管V1、V2、V3因电流或电压过大而击穿，进而增加了电路的可靠性。

Description

一种基于BUCK-BOOST的顶部补偿电路及其顶部补偿方法

技术领域

本发明涉及调制器技术领域，尤其是一种基于BUCK-BOOST的顶部补偿电路及其实现方法。

背景技术

近十几年来，调制器实用技术已经广泛应用于诸多重要的领域和行业，如应用于雷达、光通信、大功率激光器阵列驱动以及超声探测等。但传统的调制器电路，其电路图如图1所示，用多个MARX电路串联叠加，输出脉冲电压的顶部降落也愈发严重，其输出的脉冲电压波形图如图2所示，顶部降落是脉冲电压的顶部最高电平和脉冲电压的顶部最低电平之差。

随着真空电子管等负载的发展，对调制器等输出脉冲电压的顶部降落要求越来越高，这使得传统的电路无法满足需要。因此，如何减小调制器的输出脉冲电压的顶部降落或者使输出脉冲电压无顶部降落，并保证电路的可靠性是现在亟待需要解决的问题。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种能够补偿调制器输出脉冲电压的顶部降落、减小输出脉冲电压的顶部降落的基于BUCK-BOOST的顶部补偿电路。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于BUCK-BOOST的顶部补偿电路，包括外接第二外接电源U2的顶补模块，放电开关V3与负载R1串联且二者串联后并联在由顶补模块与主储能电容C3串联组成的串联端上，主储能电容C3与放电开关V3均接第一外接电源U1，顶补模块与负载R1共用一个公共端COM；所述的顶补模块由电容C1、电容C2、第一开关V1、第二开关V2和电感L1组成，电容C1、电容C2、电感L1、第一开关V1、第二开关V2的反向并联二极管组成用于将电容C1上的储能转移到电容C2和负载R1上的BUCK电路，电容C1、电容C2、电感L1、第二开关V2、第一开关V1的反向并联二极管组成用于将电容C2的储能反向转移到电容C1上的BOOST电路。

所述的第一开关V1、第二开关V2、放电开关V3均采用IGBT管，电容C1的一端分别与第二外接电源U2、第一开关V1的发射极相连，第一开关V1的收集极分别与电感L1的一端、第二开关V2的发射极相连，电感L1的另一端分别与电容C2、主储能电容C3相连，放电开关V3的发射极与主储能电容C3相连后接第一外接电源U1，放电开关V3的收集极与负载R1串联，电容C1、第二开关V2的收集极、电容C2、负载R1共用一个公共端COM，第一开关V1、第二开关V2、放电开关V3的栅极均与外接的驱动电路的驱动信号输出端相连。

所述的第一开关V1、第二开关V2、放电开关V3均采用MOS管，电容C1的一端分别与第二外接电源U2、第一开关V1的源极相连，第一开关V1的漏极分别与电感L1的一端、第二开关V2的源极相连，电感L1的另一端分别与电容C2、主储能电容C3相连，放电开关V3的源极与主储能电容C3相连后接第一外接电源U1，放电开关V3的漏极与负载R1串联，电容C1、第二开关V2的漏极、电容C2、负载R1共用一个公共端COM，第一开关V1、第二开关V2、放电开关V3的栅极均与外接的驱动电路的驱动信号输出端相连。

本发明的另一目的在于提供一种基于BUCK-BOOST的顶部补偿电路的顶部补偿方法，该方法包括下列顺序的步骤：

（1）第一开关V1、第二开关V2均采用PWM模式，在需要顶补时，BUCK电路工作于PWM模式，外接的驱动电路输出驱动信号按一定频率控制第一开关V1的导通或关断，将电容C1上的储能转移到电容C2和负载R1上，随着第一开关V1栅极上接收到驱动信号脉宽的加大，第一开关V1的导通占空比逐渐加大，电容C2两端电压逐渐加大以满足顶补所需电压；

（2）当一次脉冲结束后，为保持下一次脉冲工作启始时电压幅度不变，在一定时间内BOOST电路工作于PWM模式，电容C2上的储能反向转移到电容C1上，使得电容C2两端的电压回零，以保证电路的可靠性。

由上述技术方案可知，本发明可以根据调节外部提供补偿电源即第二外接电源U2和BUCK补偿开关即第一开关V1的导通占空比的大小，对负载脉冲顶部降落进行补偿，从而降低对负载的损害；通过在一定时间内让BOOST开关即第二开关V2工作于PWM模式，使补偿电容即电容C2两端电压回零，以保护第一开关V1、第二开关V2、放电开关V3因电流或电压过大而击穿，进而增加了电路的可靠性。

附图说明

图1为传统的调制器电路的电路图；

图2为传统的调制器电路的输出波形图；

图3为本发明的电路原理图；

图4为本发明中顶补模块的输出波形图；

图5为本发明的时序及负载输出波形图。

具体实施方式

一种基于BUCK-BOOST的顶部补偿电路，包括外接第二外接电源U2的顶补模块1，放电开关V3与负载R1串联且二者串联后并联在由顶补模块1与主储能电容C3串联组成的串联端上，主储能电容C3与放电开关V3均接第一外接电源U1，顶补模块1与负载R1共用一个公共端COM；所述的顶补模块1由电容C1、电容C2、第一开关V1、第二开关V2和电感L1组成，电容C1、电容C2、电感L1、第一开关V1、第二开关V2的反向并联二极管组成用于将电容C1上的储能转移到电容C2和负载R1上的BUCK电路，电容C1、电容C2、电感L1、第二开关V2、第一开关V1的反向并联二极管组成用于将电容C2的储能反向转移到电容C1上的BOOST电路，如图3、4所示。

如图3、4所示，所述的第一开关V1、第二开关V2、放电开关V3均采用IGBT管，电容C1的一端分别与第二外接电源U2、第一开关V1的发射极相连，第一开关V1的收集极分别与电感L1的一端、第二开关V2的发射极相连，电感L1的另一端分别与电容C2、主储能电容C3相连，放电开关V3的发射极与主储能电容C3相连后接第一外接电源U1，放电开关V3的收集极与负载R1串联，电容C1、第二开关V2的收集极、电容C2、负载R1共用一个公共端COM，第一开关V1、第二开关V2、放电开关V3的栅极均与外接的驱动电路的驱动信号输出端相连。

如图4所示，所述的第一开关V1、第二开关V2、放电开关V3均采用MOS管，电容C1的一端分别与第二外接电源U2、第一开关V1的源极相连，第一开关V1的漏极分别与电感L1的一端、第二开关V2的源极相连，电感L1的另一端分别与电容C2、主储能电容C3相连，放电开关V3的源极与主储能电容C3相连后接第一外接电源U1，放电开关V3的漏极与负载R1串联，电容C1、第二开关V2的漏极、电容C2、负载R1共用一个公共端COM，第一开关V1、第二开关V2、放电开关V3的栅极均与外接的驱动电路的驱动信号输出端相连。由于第一开关V1、第二开关V2均采用内部带反向并联二极管的绝缘栅双极型晶体管IGBT或内部带反向并联二极管的金属-氧化层-半导体场效应管MOSFET，从而减小的电路的体积、保护各开关管并提高电路的可靠性。

在工作时，首先，第一开关V1、第二开关V2均采用PWM模式，在需要顶补时，BUCK电路工作于PWM模式，外接的驱动电路输出驱动信号按一定频率控制第一开关V1的导通或关断，将电容C1上的储能转移到电容C2和负载R1上，随着第一开关V1栅极上接收到驱动信号脉宽的加大，第一开关V1的导通占空比逐渐加大，电容C2两端电压逐渐加大以满足顶补所需电压；接着，当一次脉冲结束后，为保持下一次脉冲工作启始时电压幅度不变，在一定时间内BOOST电路工作于PWM模式，电容C2上的储能反向转移到电容C1上，使得电容C2两端的电压回零，以保证电路的可靠性。

设给主储能电容C3供电的第一外接电源电压为U1，送入顶补模块1的第二外接电源电压为U2，则在单个周期T内（T=t3-t1），本发明的具体电路工作有三种状态，具体工作时序及负载输出波形如图5所示。

在t0～t1时刻，各驱动信号分别使放电开关V3完全导通、第一开关V1按照一定频率导通关断、第二开关V2完全关断，此时由电容C1、第一开关V1、第二开关V2的反向并联二极管、电感L1、电容C2组成的BUCK电路工作于PWM模式，驱动信号按一定频率控制第一开关V1导通，把电容C1上的储能转移到电容C2和负载R1上，根据BUCK驱动信号脉宽的加大，第一开关V1的导通占空比逐渐加大，电容C2两端电压逐渐加大以满足顶补所需电压，在t0～t1时刻补偿电容C2输出电压波形如图4所示，负载R1两端电压为U1。

在t1～t2时刻，放电开关V3、第一开关V1关断、第二开关V2按照一定频率和占空比导通,此时电容C1、第二开关V2、第一开关V1的反向并联护二极管、电感L1、电容C2组成的BOOST电路工作于PWM模式，在一定时间内，电容C2上的储能反向转移到电容C1上，使电容C2两端电压回零，使负载R1两端电压也归零。

在t2～t3时刻，放电开关V3、第一开关V1关断、第二开关V2完全导通，此时主储能电容C3充电，负载R1两端电压归零。

综合以上所述，本发明根据调节外部提供补偿电源和BUCK补偿开关的导通占空比的大小，对负载脉冲顶部进行补偿，从而降低对负载的损害；通过在一定时间内让BOOST开关工作于PWM模式，使补偿电容两端电压回零，以保护开关管因电流或电压过大而击穿，进而增加了电路的可靠性。

Claims (4)

1.一种基于BUCK-BOOST的顶部补偿电路，其特征在于：包括外接第二外接电源U2的顶补模块，放电开关V3与负载R1串联且二者串联后并联在由顶补模块与主储能电容C3串联组成的串联端上，主储能电容C3与放电开关V3均接第一外接电源U1，顶补模块与负载R1共用一个公共端COM；所述的顶补模块由电容C1、电容C2、第一开关V1、第二开关V2和电感L1组成，电容C1、电容C2、电感L1、第一开关V1、第二开关V2的反向并联二极管组成用于将电容C1上的储能转移到电容C2和负载R1上的BUCK电路，电容C1、电容C2、电感L1、第二开关V2、第一开关V1的反向并联二极管组成用于将电容C2的储能反向转移到电容C1上的BOOST电路。

2.根据权利要求1所述的基于BUCK-BOOST的顶部补偿电路，其特征在于：所述的第一开关V1、第二开关V2、放电开关V3均采用IGBT管，电容C1的一端分别与第二外接电源U2、第一开关V1的发射极相连，第一开关V1的收集极分别与电感L1的一端、第二开关V2的发射极相连，电感L1的另一端分别与电容C2、主储能电容C3相连，放电开关V3的发射极与主储能电容C3相连后接第一外接电源U1，放电开关V3的收集极与负载R1串联，电容C1、第二开关V2的收集极、电容C2、负载R1共用一个公共端COM，第一开关V1、第二开关V2、放电开关V3的栅极均与外接的驱动电路的驱动信号输出端相连。

3.根据权利要求1所述的基于BUCK-BOOST的顶部补偿电路，其特征在于：所述的第一开关V1、第二开关V2、放电开关V3均采用MOS管，电容C1的一端分别与第二外接电源U2、第一开关V1的源极相连，第一开关V1的漏极分别与电感L1的一端、第二开关V2的源极相连，电感L1的另一端分别与电容C2、主储能电容C3相连，放电开关V3的源极与主储能电容C3相连后接第一外接电源U1，放电开关V3的漏极与负载R1串联，电容C1、第二开关V2的漏极、电容C2、负载R1共用一个公共端COM，第一开关V1、第二开关V2、放电开关V3的栅极均与外接的驱动电路的驱动信号输出端相连。

4.一种基于BUCK-BOOST的顶部补偿电路的顶部补偿方法，该方法包括下列顺序的步骤：

（1）第一开关V1、第二开关V2均采用PWM模式，在需要顶补时，BUCK电路工作于PWM模式，外接的驱动电路输出驱动信号按一定频率控制第一开关V1的导通或关断，将电容C1上的储能转移到电容C2和负载R1上，随着第一开关V1栅极上接收到驱动信号脉宽的加大，第一开关V1的导通占空比逐渐加大，电容C2两端电压逐渐加大以满足顶补所需电压；

（2）当一次脉冲结束后，为保持下一次脉冲工作启始时电压幅度不变，在一定时间内BOOST电路工作于PWM模式，电容C2上的储能反向转移到电容C1上，使得电容C2两端的电压回零，以保证电路的可靠性。