CN112782448B - 一种电流源输入的变换装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电流源输入的变换装置，包括依次连接的电流源、辅助启动装置、升压电路、移相全桥电路及控制装置，辅助启动装置包括常闭继电器、辅助开关管、限流电阻、辅助电源及软起电路。本申请能够将输入电流源转换为稳定的电压源，然后再通过后级的移相全桥电路将稳定的电压源转换为另一个稳定的电流源输出，实现输出负载从空载到满载的变化范围，提高了电路的负载调整率。通过软起电路可以提前帮助升压电路建立环路稳定，减小了输入电流源上的电压突变，可以保持输入电流源稳定工作，减轻了对输入电流源的性能要求。

Description

一种电流源输入的变换装置

技术领域

本申请涉及恒流供电系统领域，特别涉及一种电流源输入的变换装置。

背景技术

随着科技的发展及对海洋权益的日益重视，海洋观测网和海底远程通信网络引起了更广泛的关注，海洋观测网和海洋远程通信网络对于我国的经济发展、海洋发展、国防军事发展都是至关重要的。由于这些网络都是在水下，而且包含许多用电设备，连接关系复杂，不能像陆地上方便的组建供电网络，水下这些用电设备利用所处的自然环境无法获得电能，必须通过远程岸上设备为其远程供电。

目前，海底远程供电系统主要分为远程恒压供电系统和远程恒流供电系统，而恒流供电系统相较于恒压供电系统有着更多的优势。为降低供电损耗，恒流供电系统一般采用高压、小电流的恒流源供电，恒流供电系统可分为单端供电系统和双端供电系统，无论哪种供电系统都是由岸基恒流源、连接电缆、恒流/恒流节点电源、恒流/恒压节点电源和用电设备组成，岸基恒流源的正极串联每个恒流/恒流节点电源，最后通过海洋接地，再通过海水实现和岸基恒流源的地相连。现有恒流/恒流节点电源中，恒流源输入变换器通常采用单级电路结构，可以实现恒流源输入，恒流源输出，在变压器原副边实现电气的隔离，但是这种方案对于恒流源输入变换器的负载有最小负载要求，不可空载工作，负载的调整率较低，输入电容上的电压波动较大，对恒流源的要求较高。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种电流源输入的变换装置，能够将输入电流源转换为稳定的电压源，然后再通过后级的移相全桥电路将稳定的电压源转换为另一个稳定的电流源输出，实现输出负载从空载到满载的变化范围，提高了电路的负载调整率，减轻了对输入电流源的性能要求。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种电流源输入的变换装置，包括依次连接的电流源、辅助启动装置、升压电路、移相全桥电路及控制装置，所述辅助启动装置包括常闭继电器、辅助开关管、限流电阻、辅助电源及软起电路，其中：

所述辅助电源的输入端与所述电流源的第一端连接，所述辅助开关管和所述限流电阻串联后与所述常闭继电器并联，所述常闭继电器和所述辅助开关管的公共端与所述辅助电源的输出端及所述升压电路连接，所述常闭继电器和所述限流电阻的公共端与所述电流源的第二端及所述升压电路连接；

所述辅助电源，用于为所述控制装置供电；

所述控制装置，用于获取所述辅助电源的输入电流信号及所述辅助电源的输出电压信号，当所述辅助电源的输入电流信号和所述辅助电源的输出电压信号均满足各自对应的预设条件，通过所述软起电路驱动所述升压电路启动，等待预设时间后控制所述常闭继电器和所述辅助开关管断开，使所述升压电路的输出端的电压信号跟随所述软起电路的软起电压信号上升，当所述升压电路稳定输出后，控制所述移相全桥电路工作。

优选的，所述升压电路包括输入滤波电容、输入滤波电感、滤波电容、升压电感、第一开关管、整流二极管及第一输出滤波电容，其中：

所述输入滤波电容的第一端分别与所述输入滤波电感的第一端及所述常闭继电器的第一端连接，所述输入滤波电感的第二端分别与所述滤波电容的第一端及所述升压电感的第一端连接，所述升压电感的第二端分别与所述第一开关管的第一端及所述整流二极管的阳极连接，所述整流二极管的阴极分别与所述第一输出滤波电容的第一端及所述移相全桥电路的输入端连接，所述输入滤波电容的第二端、所述常闭继电器的第二端、所述滤波电容的第二端、所述第一开关管的第二端及所述第一输出滤波电容的第二端相连后接地。

优选的，所述移相全桥电路包括第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、谐振电容、谐振电感、变压器、整流模块、第二输出滤波电容、第三输出滤波电容、输出滤波电感、电流采样电阻及负载，其中：

所述第二开关管的第一端和所述第三开关管的第一端连接后作为所述移相全桥电路的输入端，所述第二开关管的第二端分别与所述第四开关管的第一端及所述变压器的原边的第二端连接，所述第三开关管的第二端与所述第五开关管的第一端连接，所述第三开关管通过所述谐振电容和所述谐振电感与所述变压器的原边的第一端连接，所述第四开关管的第二端和所述第五开关管的第二端均接地，所述变压器的副边的两端分别与所述整流模块的两个输入端连接，所述整流模块的第一输出端分别与所述第二输出滤波电容及所述输出滤波电感连接，所述输出滤波电感的第二端分别与所述负载的第一端及所述第三输出滤波电容的第一端连接，所述整流模块的第二输出端与所述第二输出滤波电容的第二端、所述第三输出电容的第二端及所述电流采样电阻的第一端连接，所述电流采样电阻的第二端和所述负载的第二端连接。

优选的，所述控制装置包括：

第一控制模块，用于获取所述辅助电源的输入电流信号及所述辅助电源的输出电压信号，当所述辅助电源的输入电流信号和所述辅助电源的输出电压信号均满足各自对应的预设条件，生成第一使能信号，并在等待第一预设时间后控制所述常闭继电器和所述辅助开关管断开；

第二控制模块，用于当接收到所述第一使能信号控制所述软起电路工作，以使所述升压电路启动，并控制所述升压电路的输出端的电压信号跟随所述软起电路的软起电压信号上升，直至所述升压电路的输出端的电压信号稳定在第一基准电压值；

第三控制模块，用于当所述升压电路稳定输出，并在等待第二预设时间后，控制所述移相全桥电路工作。

优选的，所述第一控制模块还用于：

获取保护信号；

相应的，所述当所述辅助电源的输入电流信号和所述辅助电源的输出电压信号均满足各自对应的预设条件，通过所述软起电路驱动所述升压电路启动的过程包括为：

当所述辅助电源的输入电流信号、所述辅助电源的输出电压信号、所述保护信号均满足各自对应的预设条件，通过所述软起电路驱动所述升压电路启动。

优选的，所述第一控制模块包括第一比较器、第二比较器、第一与门、第二与门、第一延时电路、第三与门及第一非门，其中：

所述第一比较器的同相输入端接入所述辅助电源的输入电流信号对应的电压信号，所述第一比较器的反相输入端接入第二基准电压信号，所述第二比较器的同相输入端接入所述辅助电源的输出电压信号，所述第二比较器的反相输入端接入第三基准电压信号，所述第一比较器的输出端和所述第二比较器的输出端分别与所述第一与门的第一输入端及第二输入端连接，所述第一与门的输出端与所述第二与门的第一输入端连接，所述第二与门的第二输入端接入所述保护信号，所述第二与门的输出端分别与所述软起电路的使能端及所述第一延时电路的输入端连接，所述第一延时电路的输出端与所述第三与门的第一输入端连接，所述第三与门的第二输入端接入所述保护信号，所述第三与门的输出端分别与所述常闭继电器的控制端及所述第一非门的输入端连接，所述第一非门的输出端与所述辅助开关管的控制端连接。

优选的，所述第二控制模块包括第一误差放大器、第三比较器、第一PI调节器、第一触发器、第一时钟电路，其中：

所述第一误差放大器的反相输入端接入中间电压信号，所述第一误差放大器的同相输入端接入所述第一基准电压信号或所述软起电压信号，所述第一PI调节器的第一端与所述第一误差放大器的反相输入端连接，所述第一PI调节器的第二端分别与所述第一误差放大器的输出端及所述第三比较器的反相输入端连接，所述第三比较器的同相输入端接入锯齿波信号，所述第三比较器的输出端与所述第一触发器的复位端连接，所述第一时钟电路的输出端与所述第一触发器的置位端连接，所述第一触发器的第一输出端与所述第一开关管的驱动端连接，其中，所述中间电压信号为所述升压电路的输出端对应的电压信号。

优选的，所述控制装置还包括：

第四控制模块，用于判断所述升压电路是否稳定输出，若是，生成第二使能信号，以便所述第三控制模块根据所述第二使能信号控制所述移相全桥电路工作；所述第四控制模块，还用于当所述升压电路异常或所述移相全桥电路异常，生成异常处理信号，以便所述第三控制模块根据所述异常处理信号控制所述移相全桥电路停止工作；

所述第四控制模块包括第四比较器、第二延时电路，其中：

所述第四比较器的同相输入端接入所述升压电路的输出端的电压信号，所述第四比较器的反相输入端接入第四基准电压信号，所述第四比较器的输出端与所述第二延时电路的输入端连接，所述第二延时电路的输出端输出所述第二使能信号。

优选的，所述第三控制模块具体用于：

获取所述移相全桥电路的输入电流信号、输出电流信号及输出电压信号；

当所述升压电路稳定输出后，根据所述移相全桥电路的输入电流信号、输出电流信号及输出电压信号得到移相角信号；

根据所述移相角信号控制所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管及所述第五开关管导通/关断；

所述第三控制模块还用于：

根据所述移相全桥电路的输出电流信号及其输出电压信号控制所述移相全桥电路为恒流输出模式或恒压输出模式；

所述第三控制模块还用于：

对所述移相全桥电路的输入电流信号进行逐周期限流。

优选的，所述第三控制模块包括第二误差放大器、第三误差放大器、第二PI调节器、第三PI调节器、第三二极管、第四二极管、第一上拉电阻、第二上拉电阻、第一下拉电阻、光耦，第五比较器、逐周期限流单元、第一或门、第二触发器、第二时钟电路、第一单稳态多谐振荡器、第二单稳态多谐振荡器、第三单稳态多谐振荡器、第四单稳态多谐振荡器、第二非门、第三非门、第四与门、第五与门、第六与门及第七与门，其中：

所述第二误差放大器的反相输入端接入所述移相全桥电路的输出电流信号，所述第二误差放大器的同相输入端接入基准电流信号，所述第二PI调节器的第一端与所述第二误差放大器的反相输入端连接，所述第二PI调节器的第二端分别与所述第二误差放大器的输出端及所述第三二极管的阴极连接，所述第三误差放大器的反相输入端接入所述移相全桥电路的输出电压信号，所述第三误差放大器的同相输入端接入第五基准电压信号，所述第三PI调节器的第一端与所述第三误差放大器的反相输入端连接，所述第三PI调节器的第二端与所述第三误差放大器的输出端及所述第四二极管的阴极连接，所述第四二极管的阳极分别与所述第三二极管的阳极及所述光耦的第一端连接，所述光耦的第二端通过所述第一上拉电阻与所述辅助电源的第一线圈连接，所述光耦的第三端通过所述第二上拉电阻与所述辅助电源的第二线圈连接，所述光耦的第四端分别与所述第一下拉电阻的第一端及所述第五比较器的反相输入端连接，所述第一下拉电阻的第二端接地，所述第五比较器的同相输入端接入所述移相全桥电路的输入电流信号，所述第五比较器的输出端与所述第一或门的第一输入端连接，所述逐周期限流单元的第一端接入所述移相全桥电路的输入电流信号，所述逐周期限流单元的第二端与所述第一或门的第二输入端连接，所述第一或门的输出端与所述第二触发器的复位端连接，所述第二时钟电路的输出端与所述第二触发器的置位端连接，所述第二时钟电路的使能端接入所述第二使能信号，所述第二触发器的输出端分别与所述第一单稳态多谐振荡器的输入端及所述第二单稳态多谐振荡器的输入端连接，所述第一单稳态多谐振荡器的输出端与所述第三单稳态多谐振荡器的输入端及所述第四与门的第一输入端连接，所述第一单稳态多谐振荡器的输出端通过所述第二非门与所述第五与门的第一输入端连接，所述第三单稳态多谐振荡器的输出端分别与所述第四与门的第二输入端及所述第五与门的第二输入端连接，所述第二单稳态多谐振荡器的输出端分别与所述第四单稳态多谐振荡器的输入端及所述第六与门的第一输入端连接，所述第二单稳态多谐振荡器的输出端通过所述第三非门与所述第七与门的第一输入端连接，所述第四单稳态多谐振荡器的输出端分别与所述第六与门的第二输入端及所述第七与门的第二输入端连接，所述第四与门的输出端与所述第二开关管的驱动端连接，所述第五与门的输出端与所述第四开关管的驱动端连接，所述第六与门的输出端与所述第五开关管的驱动端连接，所述第七与门的输出端与所述第三开关管的驱动端连接。

优选的，所述控制装置还包括第五控制模块，所述第五控制模块包括第六比较器、第七比较器、第二或门及第四非门，其中：

所述第六比较器的同相输入端接入所述升压电路的输入端的电压信号，所述第六比较器的反相输入端接入第六基准电压信号，所述第六比较器的输出端与所述第二或门的第一输入端连接，所述第七比较器的同相输入端接入所述升压电路的输出端的电压信号，所述第七比较器的反相输入端接入所述第七基准电压信号，所述第七比较器的输出端与所述第二或门的第二输入端连接，所述第二或门的输出端与所述第四非门的输入端连接，所述第四非门的输出端输出所述保护信号。

本申请提供了一种电流源输入的变换装置，包括依次连接的电流源、辅助启动装置、升压电路、移相全桥电路及控制装置，辅助启动装置包括常闭继电器、辅助开关管、限流电阻、辅助电源及软起电路，其中：辅助电源的输入端与电流源的第一端连接，辅助开关管和限流电阻串联后与常闭继电器并联，常闭继电器和辅助开关管的公共端与辅助电源的输出端及升压电路连接，常闭继电器和限流电阻的公共端与电流源的第二端及升压电路连接；辅助电源，用于为控制装置供电；控制装置，用于获取辅助电源的输入电流信号及辅助电源的输出电压信号，当辅助电源的输入电流信号和辅助电源的输出电压信号均满足各自对应的预设条件，通过软起电路驱动升压电路启动，等待预设时间后控制常闭继电器和辅助开关管断开，使升压电路的输出端的电压信号跟随软起电路的软起电压信号上升，当升压电路稳定输出后，控制移相全桥电路工作。

可见，在实际应用中，采用本申请的方案，在电流源和升压电路之间设置了辅助启动装置，控制装置根据辅助电源的输入电流信号和辅助电源的输出电压信号来控制软起电路工作，软起电路工作后，升压电路的输出端的电压也跟随软起电压缓慢上升，当软起电路工作结束时，升压电路的输出端的电压可以稳定在预设电压值，通过前级的升压电路将输入电流源转换为稳定的电压源，然后再通过后级的移相全桥电路将稳定的电压源转换为另一个稳定的电流源输出，实现输出负载从空载到满载的变化范围，提高了电路的负载调整率。通过软起电路可以提前帮助升压电路建立环路稳定，减小了输入电流源上的电压突变程度，可以保持输入电流源稳定工作，减轻了对输入电流源的性能要求。此外，辅助启动装置中选择常闭继电器和开关管进行控制，当电路刚启动或故障时，常闭继电器是闭合的，可以为电流源提供电流的通路，又因为开关管的开关速度比继电器的开关速度快，在每次继电器动作时，开关管会有更快的动作，保证常闭继电器不受损坏，采用该电路结构即可以方便在高压大电流环境下直流继电器的选型还可以加快响应速度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请所提供的一种电流源输入的变换装置的结构示意图；

图2为本申请所提供的一种第一控制模块的结构示意图；

图3为本申请所提供的一种第二控制模块的结构示意图；

图4为本申请所提供的一种第四控制模块的结构示意图；

图5为本申请所提供的一种第三控制模块的结构示意图；

图6为本申请所提供的一种第五控制模块的结构示意图；

图7为本申请所提供的一种电路稳定运行的关键点波形图；

图8为本申请所提供的一种启动过程的关键点波形图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种电流源输入的变换装置，能够将输入电流源转换为稳定的电压源，然后再通过后级的移相全桥电路将稳定的电压源转换为另一个稳定的电流源输出，实现输出负载从空载到满载的变化范围，提高了电路的负载调整率，减轻了对输入电流源的性能要求。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参照图1，图1为本申请所提供的一种电流源输入的变换装置的结构示意图，该电流源输入的变换装置包括：

依次连接的电流源I_s、辅助启动装置、升压电路、移相全桥电路及控制装置，辅助启动装置包括常闭继电器K₁、辅助开关管Q₁、限流电阻R_q、辅助电源11及软起电路，其中：

辅助电源11的输入端与电流源I_s的第一端连接，辅助开关管Q₁和限流电阻R_q串联后与常闭继电器K₁并联，常闭继电器K₁和辅助开关管Q₁的公共端与辅助电源11的输出端及升压电路连接，常闭继电器K₁和限流电阻R_q的公共端与电流源I_s的第二端及升压电路连接；

辅助电源11，用于为控制装置供电；

控制装置，用于获取辅助电源11的输入电流信号及辅助电源11的输出电压信号，当辅助电源11的输入电流信号和辅助电源11的输出电压信号均满足各自对应的预设条件，通过软起电路驱动升压电路启动，等待预设时间后控制常闭继电器K₁和辅助开关管Q₁断开，使升压电路的输出端的电压信号跟随软起电路的软起电压信号上升，当升压电路稳定输出后，控制移相全桥电路工作。

具体的，本实施例中的电流源输入的变换装置采用两级电路结构，前级电路采用类似Boost升压电路结构，实现将输入电流源转换为稳定的恒压源，后级电路采用移相全桥电路结构，实现将恒压源转换为电流源输出，同时实现变压器T原副边的电气隔离。本实施例中的电流源输入的变换装置包括依次连接的电流源I_s、辅助启动装置、升压电路、移相全桥电路及控制装置，辅助启动装置包括常闭继电器K₁、辅助开关管Q₁、限流电阻R_q、辅助电源11及软起电路。升压电路包括输入滤波电容C_in、输入滤波电感L_f、滤波电容C_f、升压电感L₁、第一开关管S₁、整流二极管D₀及第一输出滤波电容C₁，移相全桥电路包括第二开关管S₂、第三开关管S₃、第四开关管S₄、第五开关管S₅、谐振电容C_r、谐振电感L_r、变压器T、整流模块、第二输出滤波电容C₂、第三输出滤波电容C₃、输出滤波电感L₂及负载R_L，其具体的连接关系参照图1所示，本实施例中的电流源I_s具体指变换装置的输入电流源，整流模块具体可以采用由四个二极管D₁、D₂、D₃、D₄构成的全桥不控整流模块。

作为一种优选的实施例，控制装置包括：

第一控制模块，用于获取辅助电源11的输入电流信号及辅助电源11的输出电压信号，当辅助电源11的输入电流信号和辅助电源11的输出电压信号均满足各自对应的预设条件，生成第一使能信号，并在等待第一预设时间后控制常闭继电器K₁和辅助开关管Q₁断开；

第二控制模块，用于当接收到第一使能信号控制软起电路工作，以使升压电路启动，并控制升压电路的输出端的电压信号跟随软起电路的软起电压信号上升，直至升压电路的输出端的电压信号稳定在第一基准电压值；

第三控制模块，用于当升压电路稳定输出，并在等待第二预设时间后，控制移相全桥电路工作。

作为一种优选的实施例，第一控制模块还用于：

获取保护信号；

相应的，当辅助电源11的输入电流信号和辅助电源11的输出电压信号均满足各自对应的预设条件，通过软起电路驱动升压电路启动的过程包括为：

当辅助电源11的输入电流信号、辅助电源11的输出电压信号、保护信号均满足各自对应的预设条件，通过软起电路驱动升压电路启动。

具体的，本实施例中，在电流源I_s后接一个隔离式电流互感器，即第一电流互感器H₁，用于检测输入电流的变化，第一电流互感器H₁二次侧的电流信号I_in用于判断输入电流的大小，并用于输入电流的欠流保护，第一电流互感器H₁后面串接辅助电源11，辅助电源11的两个独立绕组，绕组1和绕组2将产生两个稳压的电压信号VCC和VDD，分别给变换装置原边和副边的控制电路供电，辅助电源11后面再串接一个常闭继电器K₁、一个辅助开关管Q₁和限流电阻R_q，其中，辅助开关管Q₁具体可以选用NMOS管，常闭继电器K₁和辅助开关管Q₁并联。常闭继电器K₁由g_k信号控制，辅助开关管Q₁由g_q信号控制，g_k信号和g_q信号是相互取反的逻辑，常闭继电器K₁和辅助开关管Q₁的闭合信号或断开信号是一致的。

可以理解的是，场效应管的开关速度比继电器的开关速度快，这样在每次常闭继电器K₁闭合时，辅助开关管Q₁会更快地动作，把较大的闭合电流优先导通，并由限流电阻R_q来限制流过的最大电流，保护辅助开关管Q₁不会因为电流过大而损坏，当常闭继电器K₁闭合时继电器触点不会因为闭合电流过大而损坏，采用这样的电路结构，既可以方便直流继电器的选型还可以加快响应速度。

参照图2所示，第一控制模块包括第一比较器comp1、第二比较器comp2、第一与门AND1、第二与门AND2、第一延时电路21、第三与门AND3及第一非门NOT1，其中：第一比较器comp1的同相输入端接入辅助电源11的输入电流信号对应的电压信号，第一比较器comp1的反相输入端接入第二基准电压信号V_ref2，第二比较器comp2的同相输入端接入辅助电源11的输出电压信号VCC，第二比较器comp2的反相输入端接入第三基准电压信号V_ref3，第一比较器comp1的输出端与第一与门AND1的第一输入端连接，第二比较器comp2的输出端与第一与门AND1的第二输入端连接，第一与门AND1的输出端与第二与门AND2的第一输入端连接，第二与门AND2的第二输入端接入保护信号g_b，第二与门AND2的输出端分别与软起电路的使能端及第一延时电路21的输入端连接，第一延时电路21的输出端与第三与门AND3的第一输入端连接，第三与门AND3的第二输入端接入保护信号g_b，第三与门AND3的输出端分别与常闭继电器K₁的控制端及第一非门NOT1的输入端连接，第一非门NOT1的输出端与辅助开关管Q₁的控制端连接。作为一种优选的实施例，第一延时电路21中还包括第一二极管D₁₁。

参照图3所示，第二控制模块包括第一误差放大器EA1、第三比较器comp3、第一PI调节器22、第一触发器RS1、第一触发器23，其中：第一误差放大器EA1的反相输入端接入中间电压信号，第一误差放大器EA1的同相输入端接入第一基准电压信号V_ref1或软起电压信号，第一PI调节器22的第一端与第一误差放大器EA1的反相输入端连接，第一PI调节器22的第二端分别与第一误差放大器EA1的输出端及第三比较器comp3的反相输入端连接，第三比较器comp3的同相输入端接入锯齿波信号，第三比较器comp3的输出端与第一触发器RS1的复位端连接，第一触发器23的输出端与第一触发器RS1的置位端连接，第一触发器RS1的第一输出端与第一开关管S₁的驱动端连接，其中，中间电压信号为升压电路的输出端对应的电压信号。

可以理解的是，当电流源I_s还没接通或故障时，常闭继电器K₁闭合，电流回路闭合，为电流源I_s提供电流的通路。当电流源I_s接通时，首先辅助电源11会启动工作，此时，输入电流信号I_in和第二基准电压信号V_ref2通过第一比较器comp1做比较，当I_in达到启动运行电流阀值后，第一比较器comp1输出高电平，再判断辅助电源11是否正常工作，将辅助电源11的输出电压VCC和第三基准电压信号V_ref3通过第二比较器comp2作比较，如果辅助电源11已经正常稳定工作，第二比较器comp2输出高电平，将第一比较器comp1和第二比较器comp2的输出做与逻辑计算，只有当电流源I_s的输入电流信号达到启动运行电流阀值且辅助电源11已经正常工作的时候，第一与门AND1才会输出高电平，其他情况下第一与门AND1都是输出低电平，在将第一与门AND1的输出和保护信号gb通过第二与门AND2取与逻辑，当触发保护的时候保护信号gb为低电平，没有触发保护的时候保护信号gb为高电平，只有当第一与门AND1输出为高电平且没有触发保护的时候，第二与门AND2才输出高电平，此时，第一使能信号EN1为高电平。

作为一种优选的实施例，本申请所提供的一种电流源输入的变换装置还包括采样电阻R_b1和R_b2，通过采样电阻R_b1和R_b2采集中间电压信号V_{F_bo}，得到升压电路的输出端对应的电压信号V_{F_bo}，通过第一误差放大器EA1对V_{F_bo}和第一基准电压信号V_ref1进行比较，通过PI补偿后得到误差信号V_ea，将软起电路输出的软起电压信号和第一基准电压信号V_ref1中电压较低的信号连通到第一误差放大器EA1的同相输入端，软起电路受第一使能信号EN1控制，当EN1为低电平时，软起电路不工作，软起电压信号为零，当EN1为高电平时，软起电路开始工作，升压电路开始发波，在通过第一延时电路21做一个小的时间延迟后，将第二与门AND2输出的信号和保护信号g_b通过第三与门AND3做一个与逻辑后，将常闭继电器K₁的控制信号g_k变为高电平，使常闭继电器K₁触点断开，通过非门将g_k信号取反得到辅助开关管Q₁的驱动信号g_q，由于辅助开关管Q₁的开关速度远大于常闭继电器K₁的开关速度，辅助开关管Q₁断开后，常闭继电器K₁紧跟着也断开，常闭继电器K₁和辅助开关管Q₁断开后，升压电路开始工作，第一误差放大器EA1的同相输入端的电压开始缓慢的上升，中间电压VB也跟随着缓慢的上升。当软起电路工作结束时，EA1的同相输入端的电压变为第一基准电压信号V_ref1，中间电压保持稳定，这样软起电路可以提前帮助升压电路建立环路稳定，避免了输入电流源的电压突变，减轻了对输入电流源的性能要求。

进一步的，误差信号V_ea再和锯齿波信号通过第三比较器comp3相比较产生复位信号V_comp1，连接到第一触发器RS1的复位端，第一触发器RS1的置位端连接固定频率方波信号发生电路，即第一时钟电路23，在第一触发器RS1的反相输出端得到驱动信号g₁，用来控制第一开关管S₁的导通或关断，当升压电压过高时，V_{F_bo}将增大，V_ea将减小，V_comp1将增大，g1的占空比将增大，升压电压将降低，从而形成闭合的负反馈，当升压电压降低时相反。

作为一种优选的实施例，控制装置还包括第四控制模块，用于判断升压电路是否稳定输出，若是，生成第二使能信号，以便第三控制模块根据第二使能信号控制移相全桥电路工作；第四控制模块，还用于当升压电路异常或移相全桥电路异常，生成异常处理信号，以便第三控制模块根据异常处理信号控制移相全桥电路停止工作。

具体的，参照图4所示，第四控制模块包括第四比较器comp4、第二延时电路24，其中第四比较器comp4的同相输入端接入升压电路的输出端的电压信号，第四比较器comp4的反相输入端接入第四基准电压信号，第四比较器comp4的输出端与第二延时电路24的输入端连接，第二延时电路24的输出端输出第二使能信号。相应的，第二延时电路24中还包括第二二极管D₁₂。

具体的，参照图1所示，本申请所提供的一种电流源输入的变换装置还包括分压电阻R₃和R₄，用于采集升压电路的输出端的电压信号V_{b_bo}，以便将升压电路的输出端的电压信号V_{b_bo}和第四基准电压信号V_ref4通过第四比较器comp4进行比较，当判定升压电路的输出已经稳定后，通过延时电路2做一个小的延时后，把第二使能信号EN2变为高电平，使能第二时钟电路28，此时，后级移相全桥电路开始工作。相应的，如果前级电路或者后级电路出现故障，导致电压信号V_{b_bo}低于第四基准电压信号V_ref4，第四比较器comp4的输出将变为低电平，第二使能信号EN2将通过第二二极管D₁₂直接拉为低电平，使后级移相全桥电路停止工作，当下次电压信号V_{b_bo}恢复至高于第四基准电压信号V_ref4后，后级移相全桥电路又再一次重新启动。

具体的，后级移相全桥电路对应的第三控制模块采用的是峰值电流模式的移相全桥控制方式，在前级升压电路的输出端和后级移相全桥电路的输入端设置第二电流互感器H₂，第二电流互感器H₂具体可以为高频电流互感器，其采用的是高端采样，得到移相全桥电路的输入电流信号I_CS，I_CS将用于移相全桥电路的控制和逐周期限流，通过逐周期限流单元27实现后级电路的过流和短路保护。相应的，参照图1所示，本申请所提供的一种电流源输入变换器还包括电流采样电阻R_s，分压电阻R_b3、R_b4，其中，电流采样电阻R_s用于采集移相全桥电路的输出端的电流信号I_out后得到I_sen，分压电阻R_b3、R_b4用于采集移相全桥电路的输出端的电压信号得到V_{F_out}。

参照图5所示，第三控制模块包括第二误差放大器EA2、第三误差放大器EA3、第二PI调节器25、第三PI调节器26、第三二极管D₁₃、第四二极管D₁₄、第一上拉电阻R_C1、第二上拉电阻R_C2、第一下拉电阻R_C3、光耦U₁，第五比较器comp5、逐周期限流单元27、第一或门OR1、第二触发器RS2、第二时钟电路28、第一单稳态多谐振荡器M1、第二单稳态多谐振荡器M2、第三单稳态多谐振荡器M3、第四单稳态多谐振荡器M4、第二非门NOT2、第三非门NOT3、第四与门AND4、第五与门AND5、第六与门AND6及第七与门AND7。

具体的，第二误差放大器EA2的反相输入端和同相输入端分别接入I_sen和基准电流信号I_ref，经第二误差放大器EA2相比较后通过第二PI调节器25进行PI补偿得到误差信号V_re1，第三误差放大器EA3的反相输入端和同相输入端分别接入移相全桥电路的输出端的电压信号V_{F_out}和第五基准电压信号V_ref5，通过第三误差放大器EA3相比较后通过第三PI调节器26进行PI补偿后得到误差信号V_re2。

第三二极管D₁₃和第四二极管D₁₄可以实现输出的恒流恒压功能。具体的，当V_re1比V_re2电压低时，第三二极管D₁₃导通，此时输出为恒流输出模式，反之，第四二极管D₁₄导通，此时输出为恒压输出模式，从而实现输出的恒流限压或是输出的恒压限流功能。通过光耦U₁将误差信号V_re1或V_re2从变换装置的副边传递到变换装置的原边，最后得到误差信号V_comp2，将V_comp2和I_CS通过第五比较器comp5进行比较，I_CS通过逐周期限流后和第五比较器comp5的输出信号通过第一或门OR1取或，第一或门OR1的输出连接到第二触发器RS2的复位端，第二触发器RS2的置位端连接固定频率的方波发生电路，即第二时钟电路28，第二时钟电路28受第二使能信号EN2的控制，当第二使能信号EN2为高电平时，第二时钟电路28开始发波，当第二使能信号EN2为低电平时，第二时钟电路28不发出波形。第二触发器RS2的同相输出端产生移相角信号V_g，在通过第一单稳态多谐振荡器M1和第二单稳态多谐振荡器M2捕捉到移相角的上升沿和下降沿，得到移相角的宽度，然后通过第三单稳态多谐振荡器M3、第二非门NOT2和第四与门AND4、第五与门AND5得到两路互补的驱动信号g2和g4，分别驱动超前臂的S₂和S₄，同理，通过第四单稳态多谐振荡器M4、第三非门NOT3、第六与门AND6、第七与门AND7产生滞后臂的两路互补驱动信号g3和g5，分别驱动滞后臂的S₃和S₅。

进一步的，控制装置还包括第五控制模块，参照图6所示，第五控制模块包括第六比较器comp6、第七比较器comp7、第二或门OR2及第四非门NOT4，其中第六比较器comp6的同相输入端接入升压电路的输入端的电压信号V_{b_in}，第六比较器comp6的反相输入端接入第六基准电压信号V_ref6，第六比较器comp6的输出端与第二或门OR2的第一输入端连接，第七比较器comp7的同相输入端接入升压电路的输出端的电压信号V_{b_bo}，第七比较器comp7的反相输入端接入第七基准电压信号V_ref7，第七比较器comp7的输出端与第二或门OR2的第二输入端连接，第二或门OR2的输出端与第四非门NOT4的输入端连接，第四非门NOT4的输出端输出保护信号g_b。

具体的，V_{b_bo}信号还用于升压电路的过压保护，将V_{b_bo}和第七基准电压信号V_ref7通过第七比较器comp7相比较，判断中间电压是否过压，再通过R₁和R₂分压后采集升压电路的输入端的电压信号V_{b_in}，将V_{b_in}和第六基准电压信号V_ref6通过第六比较器comp6进行比较，判断升压电路的输入端是否过压，再将第六比较器comp6和第七比较器comp7的输出信号通过第二或门OR2取或逻辑，只要有一个有过压现象，第二或门OR2将输出高电平，在通过第四非门NOT4取反后得到保护信号g_b，电路正常工作时，第二或门OR2输出为低电平，g_b为高电平，当有过压产生时，g_b变为低电平，使g_k信号立刻变为低电平，g_q为高电平，辅助开关管Q₁立刻导通，将大电流优先导通，紧跟着常闭继电器K₁闭合，第一使能信号EN1变为低电平，前级升压电路停止工作，常闭继电器K₁闭合后中间电压和输入电压都将降低，解除过压保护，前级升压电路将重新启动，如果前级电路和后级电路都正常工作，但是辅助电源11发生了故障或者输入电流低于了启动阀值，此时第一与门AND1的输出将变为低电平，第一使能信号EN1将变为低电平，前级电路停止工作，由于第一二极管D₁₁的存在，g_k也立刻变为低电平，g_q变为高电平，常闭继电器K₁和辅助开关管Q₁将闭合，等辅助电源11恢复正常后或者输入电流恢复后将重新开始启动。

参照图7所示，图7为电路稳定运行的关键点波形图，电路工作在稳态时，输出电流和中间点电压保持稳定无震荡，谐振腔电流为正弦波，谐振腔电流较小，两桥臂中间点电压为梯形波，可以看出两个桥臂的开关管均为零电压开通(ZVS)，减小了开关损耗，提高了后级电路的效率。参照图8所示，图8为启动过程的关键点波形图，当电路开始启动时，前级升压电路开始工作，当中间电压达到后级启动电压时(380V)时，后级电路开始启动工作，输出电流开始缓慢上升，当达到设定值时(1.5A)，电路逐渐进入稳定工作状态。

综上所述，本申请可以将输入电流源转换为稳定的恒压源，再将恒压源转换为稳定的电流源输出，当输入电流源变化时，保持输出电流源的稳定工作，并实现原副边的电气隔离，可用于较大功率的电流源的分支，可以实现输出负载R_L从空载到满载的变化范围，可以提高电路的负载R_L调整率，前级电路的软起功能可以帮助前级电路提前建立稳定的环路，减小了输入电流源上的电压剧烈跳动，降低了对输入电流源的性能要求，且电路具有输入过压保护、输入欠流保护、输入开路保护、中间点电压过压保护、输出过压保护、输出过流和短路保护功能，以及完善的启动时序电路和重启电路。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种电流源输入的变换装置，其特征在于，包括依次连接的电流源、辅助启动装置、升压电路、移相全桥电路及控制装置，所述辅助启动装置包括常闭继电器、辅助开关管、限流电阻、辅助电源及软起电路，其中：

所述辅助电源的输入端与所述电流源的第一端连接，所述辅助开关管和所述限流电阻串联后与所述常闭继电器并联，所述常闭继电器和所述辅助开关管的公共端与所述辅助电源的输出端及所述升压电路连接，所述常闭继电器和所述限流电阻的公共端与所述电流源的第二端及所述升压电路连接；

所述辅助电源，用于为所述控制装置供电；

所述控制装置，用于获取所述辅助电源的输入电流信号及所述辅助电源的输出电压信号，当所述辅助电源的输入电流信号和所述辅助电源的输出电压信号均满足各自对应的预设条件，通过所述软起电路驱动所述升压电路启动，等待预设时间后控制所述常闭继电器和所述辅助开关管断开，使所述升压电路的输出端的电压信号跟随所述软起电路的软起电压信号上升，当所述升压电路稳定输出后，控制所述移相全桥电路工作。

2.根据权利要求1所述的电流源输入的变换装置，其特征在于，所述升压电路包括输入滤波电容、输入滤波电感、滤波电容、升压电感、第一开关管、整流二极管及第一输出滤波电容，其中：

所述输入滤波电容的第一端分别与所述输入滤波电感的第一端及所述常闭继电器的第一端连接，所述输入滤波电感的第二端分别与所述滤波电容的第一端及所述升压电感的第一端连接，所述升压电感的第二端分别与所述第一开关管的第一端及所述整流二极管的阳极连接，所述整流二极管的阴极分别与所述第一输出滤波电容的第一端及所述移相全桥电路的输入端连接，所述输入滤波电容的第二端、所述常闭继电器的第二端、所述滤波电容的第二端、所述第一开关管的第二端及所述第一输出滤波电容的第二端相连后接地。

3.根据权利要求2所述的电流源输入的变换装置，其特征在于，所述移相全桥电路包括第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、谐振电容、谐振电感、变压器、整流模块、第二输出滤波电容、第三输出滤波电容、输出滤波电感、电流采样电阻及负载，其中：

所述第二开关管的第一端和所述第三开关管的第一端连接后作为所述移相全桥电路的输入端，所述第二开关管的第二端分别与所述第四开关管的第一端及所述变压器的原边的第二端连接，所述第三开关管的第二端与所述第五开关管的第一端连接，所述第三开关管通过所述谐振电容和所述谐振电感与所述变压器的原边的第一端连接，所述第四开关管的第二端和所述第五开关管的第二端均接地，所述变压器的副边的两端分别与所述整流模块的两个输入端连接，所述整流模块的第一输出端分别与所述第二输出滤波电容及所述输出滤波电感连接，所述输出滤波电感的第二端分别与所述负载的第一端及所述第三输出滤波电容的第一端连接，所述整流模块的第二输出端与所述第二输出滤波电容的第二端、所述第三输出电容的第二端及所述电流采样电阻的第一端连接，所述电流采样电阻的第二端和所述负载的第二端连接。

4.根据权利要求3所述的电流源输入的变换装置，其特征在于，所述控制装置包括：

第一控制模块，用于获取所述辅助电源的输入电流信号及所述辅助电源的输出电压信号，当所述辅助电源的输入电流信号和所述辅助电源的输出电压信号均满足各自对应的预设条件，生成第一使能信号，并在等待第一预设时间后控制所述常闭继电器和所述辅助开关管断开；

第二控制模块，用于当接收到所述第一使能信号控制所述软起电路工作，以使所述升压电路启动，并控制所述升压电路的输出端的电压信号跟随所述软起电路的软起电压信号上升，直至所述升压电路的输出端的电压信号稳定在第一基准电压值；

第三控制模块，用于当所述升压电路稳定输出，并在等待第二预设时间后，控制所述移相全桥电路工作。

5.根据权利要求4所述的电流源输入的变换装置，其特征在于，所述第一控制模块还用于：

获取保护信号；

相应的，所述当所述辅助电源的输入电流信号和所述辅助电源的输出电压信号均满足各自对应的预设条件，通过所述软起电路驱动所述升压电路启动的过程包括为：

当所述辅助电源的输入电流信号、所述辅助电源的输出电压信号、所述保护信号均满足各自对应的预设条件，通过所述软起电路驱动所述升压电路启动。

6.根据权利要求5所述的电流源输入的变换装置，其特征在于，所述第一控制模块包括第一比较器、第二比较器、第一与门、第二与门、第一延时电路、第三与门及第一非门，其中：

所述第一比较器的同相输入端接入所述辅助电源的输入电流信号对应的电压信号，所述第一比较器的反相输入端接入第二基准电压信号，所述第二比较器的同相输入端接入所述辅助电源的输出电压信号，所述第二比较器的反相输入端接入第三基准电压信号，所述第一比较器的输出端和所述第二比较器的输出端分别与所述第一与门的第一输入端及第二输入端连接，所述第一与门的输出端与所述第二与门的第一输入端连接，所述第二与门的第二输入端接入所述保护信号，所述第二与门的输出端分别与所述软起电路的使能端及所述第一延时电路的输入端连接，所述第一延时电路的输出端与所述第三与门的第一输入端连接，所述第三与门的第二输入端接入所述保护信号，所述第三与门的输出端分别与所述常闭继电器的控制端及所述第一非门的输入端连接，所述第一非门的输出端与所述辅助开关管的控制端连接。

7.根据权利要求6所述的电流源输入的变换装置，其特征在于，所述第二控制模块包括第一误差放大器、第三比较器、第一PI调节器、第一触发器、第一时钟电路，其中：

所述第一误差放大器的反相输入端接入中间电压信号，所述第一误差放大器的同相输入端接入所述第一基准电压信号或所述软起电压信号，所述第一PI调节器的第一端与所述第一误差放大器的反相输入端连接，所述第一PI调节器的第二端分别与所述第一误差放大器的输出端及所述第三比较器的反相输入端连接，所述第三比较器的同相输入端接入锯齿波信号，所述第三比较器的输出端与所述第一触发器的复位端连接，所述第一时钟电路的输出端与所述第一触发器的置位端连接，所述第一触发器的第一输出端与所述第一开关管的驱动端连接，其中，所述中间电压信号为所述升压电路的输出端对应的电压信号。

8.根据权利要求4所述的电流源输入的变换装置，其特征在于，所述控制装置还包括：

第四控制模块，用于判断所述升压电路是否稳定输出，若是，生成第二使能信号，以便所述第三控制模块根据所述第二使能信号控制所述移相全桥电路工作；所述第四控制模块，还用于当所述升压电路异常或所述移相全桥电路异常，生成异常处理信号，以便所述第三控制模块根据所述异常处理信号控制所述移相全桥电路停止工作；

所述第四控制模块包括第四比较器、第二延时电路，其中：

所述第四比较器的同相输入端接入所述升压电路的输出端的电压信号，所述第四比较器的反相输入端接入第四基准电压信号，所述第四比较器的输出端与所述第二延时电路的输入端连接，所述第二延时电路的输出端输出所述第二使能信号。

9.根据权利要求8所述的电流源输入的变换装置，其特征在于，所述第三控制模块具体用于：

获取所述移相全桥电路的输入电流信号、输出电流信号及输出电压信号；

当所述升压电路稳定输出后，根据所述移相全桥电路的输入电流信号、输出电流信号及输出电压信号得到移相角信号；

根据所述移相角信号控制所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管及所述第五开关管导通/关断；

所述第三控制模块还用于：

根据所述移相全桥电路的输出电流信号及其输出电压信号控制所述移相全桥电路为恒流输出模式或恒压输出模式；

所述第三控制模块还用于：

对所述移相全桥电路的输入电流信号进行逐周期限流。

10.根据权利要求9所述的电流源输入的变换装置，其特征在于，所述第三控制模块包括第二误差放大器、第三误差放大器、第二PI调节器、第三PI调节器、第三二极管、第四二极管、第一上拉电阻、第二上拉电阻、第一下拉电阻、光耦，第五比较器、逐周期限流单元、第一或门、第二触发器、第二时钟电路、第一单稳态多谐振荡器、第二单稳态多谐振荡器、第三单稳态多谐振荡器、第四单稳态多谐振荡器、第二非门、第三非门、第四与门、第五与门、第六与门及第七与门，其中：

所述第二误差放大器的反相输入端接入所述移相全桥电路的输出电流信号，所述第二误差放大器的同相输入端接入基准电流信号，所述第二PI调节器的第一端与所述第二误差放大器的反相输入端连接，所述第二PI调节器的第二端分别与所述第二误差放大器的输出端及所述第三二极管的阴极连接，所述第三误差放大器的反相输入端接入所述移相全桥电路的输出电压信号，所述第三误差放大器的同相输入端接入第五基准电压信号，所述第三PI调节器的第一端与所述第三误差放大器的反相输入端连接，所述第三PI调节器的第二端与所述第三误差放大器的输出端及所述第四二极管的阴极连接，所述第四二极管的阳极分别与所述第三二极管的阳极及所述光耦的第一端连接，所述光耦的第二端通过所述第一上拉电阻与所述辅助电源的第一线圈连接，所述光耦的第三端通过所述第二上拉电阻与所述辅助电源的第二线圈连接，所述光耦的第四端分别与所述第一下拉电阻的第一端及所述第五比较器的反相输入端连接，所述第一下拉电阻的第二端接地，所述第五比较器的同相输入端接入所述移相全桥电路的输入电流信号，所述第五比较器的输出端与所述第一或门的第一输入端连接，所述逐周期限流单元的第一端接入所述移相全桥电路的输入电流信号，所述逐周期限流单元的第二端与所述第一或门的第二输入端连接，所述第一或门的输出端与所述第二触发器的复位端连接，所述第二时钟电路的输出端与所述第二触发器的置位端连接，所述第二时钟电路的使能端接入所述第二使能信号，所述第二触发器的输出端分别与所述第一单稳态多谐振荡器的输入端及所述第二单稳态多谐振荡器的输入端连接，所述第一单稳态多谐振荡器的输出端与所述第三单稳态多谐振荡器的输入端及所述第四与门的第一输入端连接，所述第一单稳态多谐振荡器的输出端通过所述第二非门与所述第五与门的第一输入端连接，所述第三单稳态多谐振荡器的输出端分别与所述第四与门的第二输入端及所述第五与门的第二输入端连接，所述第二单稳态多谐振荡器的输出端分别与所述第四单稳态多谐振荡器的输入端及所述第六与门的第一输入端连接，所述第二单稳态多谐振荡器的输出端通过所述第三非门与所述第七与门的第一输入端连接，所述第四单稳态多谐振荡器的输出端分别与所述第六与门的第二输入端及所述第七与门的第二输入端连接，所述第四与门的输出端与所述第二开关管的驱动端连接，所述第五与门的输出端与所述第四开关管的驱动端连接，所述第六与门的输出端与所述第五开关管的驱动端连接，所述第七与门的输出端与所述第三开关管的驱动端连接。

11.根据权利要求5所述的电流源输入的变换装置，其特征在于，所述控制装置还包括第五控制模块，所述第五控制模块包括第六比较器、第七比较器、第二或门及第四非门，其中：

所述第六比较器的同相输入端接入所述升压电路的输入端的电压信号，所述第六比较器的反相输入端接入第六基准电压信号，所述第六比较器的输出端与所述第二或门的第一输入端连接，所述第七比较器的同相输入端接入所述升压电路的输出端的电压信号，所述第七比较器的反相输入端接入第七基准电压信号，所述第七比较器的输出端与所述第二或门的第二输入端连接，所述第二或门的输出端与所述第四非门的输入端连接，所述第四非门的输出端输出所述保护信号。

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