CN108832812A - 一种快速恒压恒流转换装置及其启动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速恒压恒流转换装置及其启动控制方法，其控制模块通过控制开关管Q1导通的占空比以控制流经所述滤波电抗器L1的电流I1大小和通过控制开关管Q2导通的占空比以控制直流输出接口两端电压Uo大小，设流经滤波电抗器L2电流为Ib，则直流输出接口输出电流Io＝I1‑Ib，如此，当开关管Q2截止后，流经所述滤波电抗器L1的电流I1直接从直流输出接口输出，即直流输出接口输出电流Io只需要经过很小的波动就能提高到I1以进行恒流输出，此时，直流输出接口两端电压Uo由输出电流I1和用电设备特性决定，是被动的，在直流输出接口快速调节到I1恒流输出的过程中，直流输出接口两端电压Uo也只需要经过很小的波动就能稳定下来。

Description

一种快速恒压恒流转换装置及其启动控制方法

技术领域

本发明涉及一种快速恒压恒流转换装置及其启动控制方法。

背景技术

传统的恒流恒压转换电路，输出电压和输出电流由两个PID调节环 路独立完成，在负载突变时刻t1前，电压调节环起作用，但由于这时 电流给定值比电流反馈值大，电流调节环处于放开状态，当t1时刻到 达，电压调节环退出工作，电流调节环开始介入工作，但电流从一个 值跳至另一个值的动态过程，这处动态过程通常是如图3所示的过阻 尼振荡或如图4所示的欠阻尼振荡，其输出经过较长时间才能稳定。

因此，如何克服上述存在的缺陷，已成为本领域技术人员亟待解 决的重要课题。

发明内容

本发明克服了上述技术的不足，提供了一种快速恒压恒流转换装 置及其启动控制方法。

为实现上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种快速恒压恒流转换装置，包括有控制模块1、直流输入接口2、 用于外接用电设备的直流输出接口3、以及连接在所述直流输入接口2 与直流输出接口3之间的受控恒压恒流转换模块4，所述受控恒压恒 流转换模块4包括有开关管Q1、续流二极管D1、滤波电抗器L1、开 关管Q2、续流二极管D2、以及滤波电抗器L2，所述开关管Q1一端与 所述直流输入接口2正极连接端、续流二极管D2负极相连接，所述开 关管Q1另一端与所述续流二极管D1负极、滤波电抗器L1一端相连接， 所述续流二极管D1正极与所述直流输入接口2负极连接端、开关管 Q2一连接端、直流输出接口3负极连接端相连接，所述滤波电抗器L1 另一端与所述滤波电抗器L2一端、直流输出接口3正极连接端相连接， 所述滤波电抗器L2另一端与所述续流二极管D2正极、开关管Q2另一 连接端相连接，所述开关管Q1的PWM控制信号输入端、开关管Q2的 PWM控制信号输入端分别与所述控制模块1电连接，所述装置还包括 有用于检测流经所述滤波电抗器L1的电流I1大小的电流检测模块5 和用于检测所述直流输出接口3两端电压Uo大小的电压检测模块6， 所述电流检测模块5电流检测信号输出端、电压检测模块6电压检测 信号输出端分别与所述控制模块1电连接。

如上所述的一种快速恒压恒流转换装置，所述直流输出接口3之 间还并联有滤波电容C1。

如上所述，本案还保护一种快速恒压恒流转换装置的启动控制方 法，包括有如下步骤：

步骤A、在控制模块1中设定好电流比较值I和电压比较值V，其 中，电流比较值I在用电设备的额定工作电流范围，电压比较值V在 用电设备的额定工作电压范围，将直流输出接口3连接好用电设备和 直流输入接口2接通电源后，控制模块1通过电流检测模块5实时检 测流经所述滤波电抗器L1的电流I1大小和通过电压检测模块6实时 检测所述直流输出接口3两端电压Uo大小；

步骤B、控制模块1控制所述开关管Q1导通的占空比以使得流经 所述滤波电抗器L1的电流I1向电流比较值I靠拢，控制模块1控制 开关管Q2导通的占空比以使得直流输出接口3两端电压Uo向电压比 较值V靠拢，当电流I1稳定和电压Uo稳定后，控制模块1不再输出 PWM信号控制开关管Q2导通。

如上所述的一种快速恒压恒流转换装置的启动控制方法，在步骤 B中，控制模块1控制所述开关管Q1导通的占空比以使得流经所述滤 波电抗器L1的电流I1向电流比较值I靠拢的具体过程如下：当电流 检测模块5检测到的电流I1小于电流比较值I时，控制模块1提高所 述开关管Q1导通的占空比，当电流检测模块5检测到的电流I1等于 电流比较值I时，控制模块1维持所述开关管Q1导通的占空比，当电 流检测模块5检测到的电流I1大于电流比较值I时，控制模块1减小 所述开关管Q1导通的占空比。

如上所述的一种快速恒压恒流转换装置的启动控制方法，在步骤 B中，控制模块1控制开关管Q2导通的占空比以使得直流输出接口3 两端电压Uo向电压比较值V靠拢的具体过程如下：当电压检测模块6 检测到所述直流输出接口3两端电压Uo大于电压比较值V时，控制模 块1提高所述开关管Q2导通的占空比，当电压检测模块6检测到所述 直流输出接口3两端电压Uo等于电压比较值V时，控制模块1维持所 述开关管Q2导通的占空比，当电压检测模块6检测到所述直流输出接 口3两端电压Uo小于电压比较值V时，控制模块1减小所述开关管 Q2导通的占空比。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本案结构简单易实现，能够进行快速恒压恒流转换，控制模块 通过控制开关管Q1导通的占空比以控制流经所述滤波电抗器L1的电 流I1大小和通过控制开关管Q2导通的占空比以控制直流输出接口两 端电压Uo大小，设流经滤波电抗器L2电流为Ib，则直流输出接口输 出电流Io＝I1-Ib，如此，当开关管Q2截止后，流经所述滤波电抗器 L1的电流I1直接从直流输出接口输出，即直流输出接口输出电流Io 只需要经过很小的波动就能提高到I1以进行恒流输出，其转换快捷， 避免了传统电路中转换速度和转换精度难以兼顾的矛盾，其具有突出 的实质性特点和显著的进步，此时，直流输出接口两端电压Uo由输出 电流I1和用电设备特性决定，是被动的，在直流输出接口快速调节到 I1恒流输出的过程中，直流输出接口两端电压Uo也只需要经过很小 的波动就能稳定下来，其具有突出的实质性特点和显著的进步。

2、本案快速恒压恒流转换装置的启动控制方法，控制模块通过控 制所述开关管Q1导通的占空比以使得电流检测模块检测到的电流I1 提高到电流比较值I，设流经滤波电抗器L2电流为Ib，则直流输出接 口输出电流Io＝I1-Ib，如此，当开关管Q2截止后，流经所述滤波电 抗器L1的电流I1直接从直流输出接口输出，即直流输出接口输出电 流Io只需要经过很小的波动就能提高到I1以进行恒流输出，其转换 快捷，具有突出的实质性特点和显著的进步，此时，直流输出接口两 端电压Uo由输出电流I1和用电设备特性决定，是被动的，在直流输 出接口快速调节到I1恒流输出的过程中，直流输出接口两端电压Uo 也只需要经过很小的波动就能稳定下来，其具有突出的实质性特点和 显著的进步；另，启动时，在控制模块通过控制所述开关管Q1导通的 占空比以将流经所述滤波电抗器L1的电流I1提高到电流比较值I时， 用电设备还没有启动完成，这时用电设备接近空载状态，直流输出接 口两端电压Uo会超过电压比较值V，本案通过控制模块输出PWM信号 控制开关管Q2导通的占空比以使得电压检测模块检测到所述直流输 出接口两端电压Uo降低并向电压比较值V靠拢，有利于平稳所述直流 输出接口两端电压Uo，也便于在开关管Q2截止后，直流输出接口两端电压Uo只需要经过很小的波动就能稳定下来，其具有突出的实质性 特点和显著的进步。

附图说明

图1是本案快速恒压恒流转换装置的电路结构图。

图2是本装置的恒压转恒流过程示意图。

图3是传统电路恒压转恒流过程示意图之一。

图4是传统电路恒压转恒流过程示意图之二。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说 明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1所示，一种快速恒压恒流转换装置，包括有控制模块1、 直流输入接口2、用于外接用电设备的直流输出接口3、以及连接在所 述直流输入接口2与直流输出接口3之间的受控恒压恒流转换模块4， 所述受控恒压恒流转换模块4包括有开关管Q1、续流二极管D1、滤波 电抗器L1、开关管Q2、续流二极管D2、以及滤波电抗器L2，所述开 关管Q1一端与所述直流输入接口2正极连接端、续流二极管D2负极 相连接，所述开关管Q1另一端与所述续流二极管D1负极、滤波电抗 器L1一端相连接，所述续流二极管D1正极与所述直流输入接口2负 极连接端、开关管Q2一连接端、直流输出接口3负极连接端相连接， 所述滤波电抗器L1另一端与所述滤波电抗器L2一端、直流输出接口 3正极连接端相连接，所述滤波电抗器L2另一端与所述续流二极管D2 正极、开关管Q2另一连接端相连接，所述开关管Q1的PWM控制信号 输入端、开关管Q2的PWM控制信号输入端分别与所述控制模块1电连 接，所述装置还包括有用于检测流经所述滤波电抗器L1的电流I1大 小的电流检测模块5和用于检测所述直流输出接口3两端电压Uo大小 的电压检测模块6，所述电流检测模块5电流检测信号输出端、电压 检测模块6电压检测信号输出端分别与所述控制模块1电连接。

如上所述，本案结构简单易实现，能够进行快速恒压恒流转换， 控制模块1通过控制开关管Q1导通的占空比以控制流经所述滤波电抗 器L1的电流I1大小和通过控制开关管Q2导通的占空比以控制直流输 出接口3两端电压Uo大小，设流经滤波电抗器L2电流为Ib，则直流 输出接口3输出电流Io＝I1-Ib，如此，当开关管Q2截止后，流经所 述滤波电抗器L1的电流I1直接从直流输出接口3输出，即直流输出 接口3输出电流Io只需要经过很小的波动就能提高到I1以进行恒流 输出，其转换快捷，避免了传统电路中转换速度和转换精度难以兼顾 的矛盾，其具有突出的实质性特点和显著的进步，此时，直流输出接 口3两端电压Uo由输出电流I1和用电设备特性决定，是被动的，在 直流输出接口3快速调节到I1恒流输出的过程中，直流输出接口3两 端电压Uo也只需要经过很小的波动就能稳定下来，其具有突出的实质 性特点和显著的进步。

如上所述，本案快速恒压恒流转换装置适用于真空辉光放电、陶 瓷放电管焊接等用电设备。

如上所述，具体实施时，所述直流输出接口3之间还并联有滤波 电容C1。

如上所述，本案还公开了一种快速恒压恒流转换装置的启动控制 方法，包括有如下步骤：

步骤A、在控制模块1中设定好电流比较值I和电压比较值V，其 中，电流比较值I在用电设备的额定工作电流范围，电压比较值V在 用电设备的额定工作电压范围，将直流输出接口3连接好用电设备和 直流输入接口2接通电源后，控制模块1通过电流检测模块5实时检 测流经所述滤波电抗器L1的电流I1大小和通过电压检测模块6实时 检测所述直流输出接口3两端电压Uo大小；

步骤B、控制模块1控制所述开关管Q1导通的占空比以使得流经 所述滤波电抗器L1的电流I1向电流比较值I靠拢，控制模块1控制 开关管Q2导通的占空比以使得直流输出接口3两端电压Uo向电压比 较值V靠拢，当电流I1稳定和电压Uo稳定后，控制模块1不再输出 PWM信号控制开关管Q2导通。

如上所述，如图2所示，本案快速恒压恒流转换装置的启动控制 方法，控制模块1通过控制所述开关管Q1导通的占空比以使得电流检 测模块5检测到的电流I1提高到电流比较值I，设流经滤波电抗器L2 电流为Ib，则直流输出接口3输出电流Io＝I1-Ib，如此，当开关管 Q2截止后，流经所述滤波电抗器L1的电流I1直接从直流输出接口3 输出，即直流输出接口3输出电流Io只需要经过很小的波动就能提高 到I1以进行恒流输出，其转换快捷，具有突出的实质性特点和显著的 进步，此时，直流输出接口3两端电压Uo由输出电流I1和用电设备 特性决定，是被动的，在直流输出接口3快速调节到I1恒流输出的过 程中，直流输出接口3两端电压Uo也只需要经过很小的波动就能稳定 下来，其具有突出的实质性特点和显著的进步；另，启动时，在控制 模块1通过控制所述开关管Q1导通的占空比以将流经所述滤波电抗器 L1的电流I1提高到电流比较值I时，用电设备还没有启动完成，这 时用电设备接近空载状态，直流输出接口3两端电压Uo会超过电压比 较值V，本案通过控制模块1输出PWM信号控制开关管Q2导通的占空 比以使得电压检测模块6检测到所述直流输出接口3两端电压Uo降低 并向电压比较值V靠拢，有利于平稳所述直流输出接口3两端电压Uo， 也便于在开关管Q2截止后，直流输出接口3两端电压Uo只需要经过 很小的波动就能稳定下来，其具有突出的实质性特点和显著的进步。

如上所述，具体实施时，在步骤B中，控制模块1控制所述开关 管Q1导通的占空比以使得流经所述滤波电抗器L1的电流I1向电流比 较值I靠拢的具体过程如下：当电流检测模块5检测到的电流I1小于 电流比较值I时，控制模块1提高所述开关管Q1导通的占空比，当电 流检测模块5检测到的电流I1等于电流比较值I时，控制模块1维持 所述开关管Q1导通的占空比，当电流检测模块5检测到的电流I1大 于电流比较值I时，控制模块1减小所述开关管Q1导通的占空比。

如上所述，具体实施时，在步骤B中，控制模块1控制开关管Q2 导通的占空比以使得直流输出接口3两端电压Uo向电压比较值V靠拢 的具体过程如下：当电压检测模块6检测到所述直流输出接口3两端 电压Uo大于电压比较值V时，控制模块1提高所述开关管Q2导通的 占空比，当电压检测模块6检测到所述直流输出接口3两端电压Uo等 于电压比较值V时，控制模块1维持所述开关管Q2导通的占空比，当 电压检测模块6检测到所述直流输出接口3两端电压Uo小于电压比较 值V时，控制模块1减小所述开关管Q2导通的占空比。

如上所述，以本案快速恒压恒流转换装置向真空辉光放电设备供 电为例，在本案快速恒压恒流转换装置的启动控制方法中，设定电流 比较值I为3A和电压比较值V为300V。如图2所示，在时间t1前， 控制模块1调节开关管Q1导通的占空比，使得电流检测模块5检测到 流经所述滤波电抗器L1的电流I1等于3A，这时真空放电电极是接近 空载状态，直流输出接口3输出电流很小，所以直流输出接口3两端 电压Uo会超过300V。当直流输出接口3两端电压Uo超过300V时， 控制模块1调节开关管Q2导通的占空比，产生一定的吸收电流Ib，使得直流输出接口3两端电压Uo等于300V，这时直流输出接口3输 出电流Io＝I1-Ib。在直流输出接口3两端电压Uo等于300V时，充 入一定的氩气，电极开始放电，也就是t1时刻出现，终端等效负载电 阻徒然变小，电压下降。由于开关管Q2是用来调节一个吸收电流Ib 使目标电压向300V电压靠拢，当直流输出接口3两端电压Uo小于300V 时，关闭开关管Q2，这时Ib＝0，在t1时刻出现后的恒压恒流过渡期， 直流输出接口3输出电流Io只需要经过很小的波动就能提高到3A以 进行恒流输出，其避免传统电路中转换速度和转换精度难以兼顾的矛 盾，此时，直流输出接口3两端电压Uo由输出电流I1和用电设备特 性决定，是被动的，在直流输出接口3快速调节到I1恒流输出的过程 中，直流输出接口3两端电压Uo也只需要经过很小的波动就能稳定下 来，其具有突出的实质性特点和显著的进步。

如上所述，本案保护的是一种快速恒压恒流转换装置及其启动控 制方法，一切与本案相同或相近的技术方案都应示为落入本案的保护 范围内。

Claims (5)

1.一种快速恒压恒流转换装置，其特征在于包括有控制模块(1)、直流输入接口(2)、用于外接用电设备的直流输出接口(3)、以及连接在所述直流输入接口(2)与直流输出接口(3)之间的受控恒压恒流转换模块(4)，所述受控恒压恒流转换模块(4)包括有开关管Q1、续流二极管D1、滤波电抗器L1、开关管Q2、续流二极管D2、以及滤波电抗器L2，所述开关管Q1一端与所述直流输入接口(2)正极连接端、续流二极管D2负极相连接，所述开关管Q1另一端与所述续流二极管D1负极、滤波电抗器L1一端相连接，所述续流二极管D1正极与所述直流输入接口(2)负极连接端、开关管Q2一连接端、直流输出接口(3)负极连接端相连接，所述滤波电抗器L1另一端与所述滤波电抗器L2一端、直流输出接口(3)正极连接端相连接，所述滤波电抗器L2另一端与所述续流二极管D2正极、开关管Q2另一连接端相连接，所述开关管Q1的PWM控制信号输入端、开关管Q2的PWM控制信号输入端分别与所述控制模块(1)电连接，所述装置还包括有用于检测流经所述滤波电抗器L1的电流I1大小的电流检测模块(5)和用于检测所述直流输出接口(3)两端电压Uo大小的电压检测模块(6)，所述电流检测模块(5)电流检测信号输出端、电压检测模块(6)电压检测信号输出端分别与所述控制模块(1)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种快速恒压恒流转换装置，其特征在于所述直流输出接口(3)之间还并联有滤波电容C1。

3.一种快速恒压恒流转换装置的启动控制方法，其特征在于包括有如下步骤：

步骤A、在控制模块(1)中设定好电流比较值I和电压比较值V，其中，电流比较值I在用电设备的额定工作电流范围，电压比较值V在用电设备的额定工作电压范围，将直流输出接口(3)连接好用电设备和直流输入接口(2)接通电源后，控制模块(1)通过电流检测模块(5)实时检测流经所述滤波电抗器L1的电流I1大小和通过电压检测模块(6)实时检测所述直流输出接口(3)两端电压Uo大小；

步骤B、控制模块(1)控制所述开关管Q1导通的占空比以使得流经所述滤波电抗器L1的电流I1向电流比较值I靠拢，控制模块(1)控制开关管Q2导通的占空比以使得直流输出接口(3)两端电压Uo向电压比较值V靠拢，当电流I1稳定和电压Uo稳定后，控制模块(1)不再输出PWM信号控制开关管Q2导通。

4.根据权利要求3所述的一种快速恒压恒流转换装置的启动控制方法，其特征在于在步骤B中，控制模块(1)控制所述开关管Q1导通的占空比以使得流经所述滤波电抗器L1的电流I1向电流比较值I靠拢的具体过程如下：当电流检测模块(5)检测到的电流I1小于电流比较值I时，控制模块(1)提高所述开关管Q1导通的占空比，当电流检测模块(5)检测到的电流I1等于电流比较值I时，控制模块(1)维持所述开关管Q1导通的占空比，当电流检测模块(5)检测到的电流I1大于电流比较值I时，控制模块(1)减小所述开关管Q1导通的占空比。

5.根据权利要求3所述的一种快速恒压恒流转换装置的启动控制方法，其特征在于在步骤B中，控制模块(1)控制开关管Q2导通的占空比以使得直流输出接口(3)两端电压Uo向电压比较值V靠拢的具体过程如下：当电压检测模块(6)检测到所述直流输出接口(3)两端电压Uo大于电压比较值V时，控制模块(1)提高所述开关管Q2导通的占空比，当电压检测模块(6)检测到所述直流输出接口(3)两端电压Uo等于电压比较值V时，控制模块(1)维持所述开关管Q2导通的占空比，当电压检测模块(6)检测到所述直流输出接口(3)两端电压Uo小于电压比较值V时，控制模块(1)减小所述开关管Q2导通的占空比。