CN105048807B - 一种升压斩波电路及其均流控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种升压斩波电路及其均流控制方法，利用均流电流比较电路接收均流信号与BOOST主电路的电流反馈信号输出第一误差信号，再将第一误差信号与给定电压信号构成的叠加信号、BOOST主电路的电压反馈信号连接至电压比较电路得到第二误差信号，从而改变PWM控制器输出驱动方波的占空比，经驱动电路控制功率管的开通与关断，实现输出跟踪给定，达到电压可调及并联均流的目的，解决现有升压斩波电路输出电压固定不可调及不能并联工作的问题，且实现了为提高模块容量可以并联均流使用。
Description
技术领域
本发明属于电源控制技术领域，具体涉及一种升压斩波电路及其均流控制方法。
背景技术
随着煤、石油、天然气等不可再生能源的逐渐枯竭和环境污染的日益严重，人类受到能源和环境的巨大挑战，清洁的可再生能源的发展和应用也越来越多的受到世界各国科学家和工程师的关注。太阳能作为取之不尽用之不竭的清洁能源，受到了人们更多的关注。一般情况下，太阳能电池板发出的直流电电压等级比较低，要想不经过升压环节而直接经逆变环节并网是不能实现的。同时，燃料电池由于具有清洁、无污染、高功率密度的优点而成为具有吸引力的新能源之一。由于燃料电池输出电压较低，为得到高的电压增益，通常采用Boost变换器获得所需的电压等级。
此外，蓄电池作为直流系统的核心部分，其可靠性直接决定了直流系统供电的可靠性。目前有些变电站需要12VDC蓄电池直接供电，其供电电压标称为220VDC或者110VDC，但是要求电压在一定范围内是可以调节的，同时为了提供大的供电电流及模块冗余性，将模块进行并联让其均流工作。
现在有一种Boost-APFC电路，如图1所示，乘法器连接输入电流控制单元和输出电压控制单元，输出正弦信号，当输出电压偏离期望值，如输出电压跌落时，电压控制环节的输出电压增加，使乘法器的输出也相应增加，从而使输入电流有效值也相应增加，以提供足够的能量。其工作原理为：将平均电路法应用于功率因数调节，以输入整流电压和输出电压误差放大信号的乘积为电流基准，并且电流环调节输入电流平均值，使与输入整流电压同相位，接近正弦波形。输入电流信号被直接检测，与基准电流比较后，其高频分量的变化通过电流控制单元(即电流误差放大器)被平均化处理。放大后的平均电流误差与锯齿波斜坡比较后，给开关驱动信号，并决定了其应有的占空比。该电路是利用BOOST电路实现高功率因数，使输入电流跟随输入电压，并获得期望的输出电压。
但是目前市场上采用的APFC升压电路，一般为TI公司的UC3845，ST公司的L4981AD等，或者其它占空比可以达到90％以上的PWM控制器，例如TI公司的UC3843。在升压斩波电路中，PWM控制器的给定信号在芯片内部，为固定的不可调的电压信号，只留有误差信号输入引脚，因此只能使主回路的输出固定在某一电压值，不能进行调节；另外该电路只提供了输入电流的控制，没有考虑到多子模块并联时各子模块之间电流的控制，不能保证各模块的均流并联使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种升压斩波电路，能够实现输出电压可以在一定范围内调节，并且为了提高模块容量可以并联均流使用，同时提供一种均流控制方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种升压斩波电路，包括BOOST主电路及其功率开关管的控制单元，BOOST主电路的控制单元包括均流电流比较电路、电压比较电路、PWM控制器及驱动单元；
均流电流比较电路，用于根据接收的均流信号与BOOST主电路的电流反馈信号输出第一误差信号；
电压比较电路，用于接收第一误差信号与给定电压信号构成的叠加信号、BOOST主电路的电压反馈信号，并输出第二误差信号；
PWM控制器，用于接收第二误差信号并输出驱动方波信号；
驱动单元，用于对驱动方波信号进行转换处理后控制BOOST主电路的功率开关管。
所述均流电流比较电路包括运放U11B，U11B的同相输入端用于与均流信号连接，其反相输入端用于与电流反馈信号连接，该运放的输出端用于输出第一误差信号。
所述电压比较电路包括U10B，U10B的同相输入端用于与第一误差信号和给定电压信号构成的叠加信号连接，其反相输出端用于与电压反馈信号连接，该运放的输出端用于输出第二误差信号。
所述驱动单元包括驱动逻辑转换电路和驱动电路，所述驱动逻辑转换电路由逻辑门电路或者与门、或门电路构成。
所述BOOST主电路包括电感L1、功率开关管Q1、功率二极管D1及电容E1，所述功率开关管Q1两端并联有由电容C10和电阻R10串联构成的关断吸收电路。
所述功率开关管Q1两端并联有由二极管D11、电阻R12、电阻R13、电容C12构成的关断能量反馈电路。
所述功率二极管D1两端并联有由电容C10和电阻R10串联构成的关断尖峰吸收回路。
一种升压斩波电路的均流控制方法，利用电流均流环将均流信号与BOOST主电路的电流反馈信号进行PI调节得到第一误差信号，再利用电压环对第一误差信号与给定电压信号构成的叠加信号、BOOST主电路的电压反馈信号进行PI调节得到第二误差信号，根据第二误差信号对BOOST主电路进行PWM控制实现并联模块之间的均流。
所述电流反馈信号是通过对BOOST主电路负母线与地之间的电流进行采样得到的。
本发明的升压斩波电路及其均流控制方法利用均流电流比较电路接收均流信号与BOOST主电路的电流反馈信号输出第一误差信号，再将第一误差信号与给定电压信号构成的叠加信号、BOOST主电路的电压反馈信号连接至电压比较电路得到第二误差信号，从而改变PWM控制器输出驱动方波的占空比，经驱动电路控制功率管的开通与关断，实现输出跟踪给定，达到电压可调及并联均流的目的，解决现有升压斩波电路输出电压固定不可调及不能并联工作的问题，且实现了为提高模块容量可以并联均流使用。
附图说明
图1为现有Boost-APFC电路示意图；
图2为本发明升压斩波电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
如图2所示为本发明升压斩波电路实施例的电路图，由图可知，其包括BOOST主电路及其功率开关管的控制单元，BOOST主电路的控制单元包括均流电流比较电路、电压比较电路、PWM控制器及驱动单元；BOOST主电路中设有电压反馈信号采样电路和电流反馈信号的采样电路，均流电流比较电路用于根据接收的均流信号与电流反馈信号输出第一误差信号；电压比较电路用于接收第一误差信号与给定电压信号构成的叠加信号、电压反馈信号，并输出第二误差信号；PWM控制器用于接收第二误差信号并输出驱动方波信号；驱动单元用于对驱动方波信号进行转换处理后控制BOOST主电路的功率开关管。
本实施例的BOOST主电路由电感L1、功率开关管Q1、功率二极管D1及电容E1组成，功率开关管Q1的DS两端并联有电容C10和电阻R10组成的关断吸收电路及二极管D11、电阻R12、电阻R13、电容C12组成的关断能量反馈电路；功率二极管D1的两端并联有由电容C11与电阻R11组成的关断尖峰吸收回路；电感L1和功率二极管D1的串联电路两端并联有二极管D10，D10可以防止开机浪涌造成的功率管损坏，同时在输入电压低时给母线提供电压，辅助电源的工作。BOOST主电路的主电路输出端设有由电阻R20、电阻R21和电阻R22构成的串联分压电路进行输出电压的分压，得到电压反馈信号VF；该主电路的负母线与地之间设有用于采样电流反馈信号的采样电阻RX，RX两端并联有滤波电容CX，通过采样电阻RX得到电流反馈信号IF-。
均流电流比较电路包括高精度、高噪声抑制比的运放U11B，并联模块的均流信号CS经电阻R26和电容C23的滤波，通过电阻R27连接到U11B的同相输入端；电流反馈信号IF-经调理变为IF后通过电阻R28连接到运放U11B的反相输入端；两者信号经均流电流比较电路的PI调节后得到第一误差信号err1；err1经电阻R25连接到电压比较电路运放U10B的同相输入端，同时电压给定信号VG经电阻R24也连接到运放U10B的同相输入端，即err1与给定信号VG进行叠加；反馈信号VF经电阻R23连接到运放U10B的反相输入端；两者的信号通过PI调节后得到第二误差信号err2，PI参数由电阻R30、电容C21和电容C22决定。这里所述的并联模块的均流信号CS是指多个模块(升压斩波电路)并联构成的功率单元中每个升压斩波电路需要达到的平均电流值，比如5个模块(升压斩波电路)构成的功率单元若要达到10A的电流输出能力，则每个升压斩波电路需要达到的平均电流值为2A，即并联模块的均流信号值CS为2A。
本实施例的PWM控制器U4采用UCC3895，第二误差信号err2连接到该PWM控制器的误差信号端EAP(第20输入引脚)，电阻RT(第8引脚)和电容CT(第7引脚)提供UCC3895的开关频率，其输出驱动方波信号经电阻R41～R44得到对应的输出信号DRA～DRD。
驱动单元包括驱动逻辑转换电路和驱动电路，驱动逻辑转换电路由逻辑门电路或者与门、或门电路构成。如图2所示，DRA、DRD分别接与门U1的1、2脚，DRB、DRC分别接与门U2的1、2脚，与门U1、U2的输出分别接或门U3的输入管脚，U3的输出得到PWM信号，形成的PWM空载占空比可以达到96％。PWM信号通过驱动电路(图中未示出)得到信号PWM1以控制功率开关管Q1的开通与关断。
本发明还提供了一种升压斩波电路的均流控制方法，该方法是利用电流均流环将均流信号与BOOST主电路的电流反馈信号进行PI调节得到第一误差信号，再利用电压环对第一误差信号与给定电压信号构成的叠加信号、BOOST主电路的电压反馈信号进行PI调节得到第二误差信号，根据第二误差信号对BOOST主电路进行PWM控制实现并联模块之间的均流。这里的电流反馈信号是通过对BOOST主电路负母线与地之间的电流进行采样得到的。
本发明的工作原理和过程如下：当并联的模块数发生变化时，均流信号CS发生变化，经电流均流环和电压环的PI调节得到误差信号err2，该信号进入UCC3895的20脚，从而改动驱动信号的占空比，再通过驱动单元进行信号处理后控制功率开关管Q1的开通与关断，从而改变驱动信号，使并联的各模块之间实现均流。
另外，当主电路的输出电压发生变化时，会造成电压采样信号VF发生变化，经电压环(电压比较电路)的PI调节得到误差信号err2，进而改变驱动信号，通过该驱动信号控制功率开关管Q1的开通与关断，使输出跟踪给定。
以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种升压斩波电路，其特征在于：包括BOOST主电路及其功率开关管的控制单元，BOOST主电路的控制单元包括均流电流比较电路、电压比较电路、PWM控制器及驱动单元；
均流电流比较电路，用于根据接收的均流信号与BOOST主电路的电流反馈信号输出第一误差信号；
电压比较电路，用于接收第一误差信号与给定电压信号构成的叠加信号、BOOST主电路的电压反馈信号，并输出第二误差信号；
PWM控制器，用于接收第二误差信号并输出驱动方波信号；
驱动单元，用于对驱动方波信号进行转换处理后控制BOOST主电路的功率开关管；
所述均流信号是指各个升压斩波电路并联构成的功率单元中每个升压斩波电路需要达到的平均电流值；
所述驱动单元包括驱动逻辑转换电路和驱动电路，所述驱动逻辑转换电路包括第一与门电路、第二与门电路和第一或门电路，所述PWM控制器的DRA管脚、DRD管脚分别与第一与门电路的1、2脚连接，所述PWM控制器的DRB管脚、DRC管脚分别与第二与门电路的1、2脚连接，所述第一与门电路与所述第二与门电路的输出端分别与第一或门电路的输入管脚连接，所述第一或门电路的输出端输出PWM信号；所述PWM控制器为UCC3895。
2.根据权利要求1所述的升压斩波电路，其特征在于：所述均流电流比较电路包括运放U11B，U11B的同相输入端用于与均流信号连接，其反相输入端用于与电流反馈信号连接，该运放的输出端用于输出第一误差信号。
3.根据权利要求1所述的升压斩波电路，其特征在于：所述电压比较电路包括运放U10B，U10B的同相输入端用于与第一误差信号和给定电压信号构成的叠加信号连接，其反相输出端用于与电压反馈信号连接，该运放的输出端用于输出第二误差信号。
4.根据权利要求1所述的升压斩波电路，其特征在于：所述BOOST主电路包括电感L1、功率开关管Q1、功率二极管D1及电容E1，所述功率开关管Q1两端并联有由电容C10和电阻R10串联构成的关断吸收电路。
5.根据权利要求4所述的升压斩波电路，其特征在于：所述功率开关管Q1两端并联有由二极管D11、电阻R12、电阻R13、电容C12构成的关断能量反馈电路。
6.根据权利要求4所述的升压斩波电路，其特征在于：所述功率二极管D1两端并联有由电容C10和电阻R10串联构成的关断尖峰吸收回路。
7.一种应用于权利要求1所述升压斩波电路的均流控制方法，其特征在于：利用电流均流环将均流信号与BOOST主电路的电流反馈信号进行PI调节得到第一误差信号，再利用电压环对第一误差信号与给定电压信号构成的叠加信号、BOOST主电路的电压反馈信号进行PI调节得到第二误差信号，根据第二误差信号对BOOST主电路进行PWM控制实现并联模块之间的均流。
8.根据权利要求7所述的均流控制方法，其特征在于：所述电流反馈信号是通过对BOOST主电路负母线与地之间的电流进行采样得到的。
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