CN202094798U - 一种交错串联dc/dc变换器均压控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种稳定性能高的交错串联DC/DC变换器均压控制电路。该交错串联DC/DC变换器均压控制电路包括输入直流电压、多个DC/DC模块、滤波电路、负载以及控制电路，DC/DC模块包括有开关电路，控制电路包括比较电路、信号处理电路、驱动电路，各DC/DC模块的输出电压信号输入比较电路后得到的压差信号经所述信号处理电路处理后输入驱动电路，驱动电路输出的驱动信号连接至所述开关电路中对应开关管的控制极，控制其中外管的导通和关断的时间来实现对输出电压的控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种交错串联DC/DC变换器均压控制电路。
背景技术
目前，高压输入高压小电流输出型的DC/DC变换器被广泛应用到电动汽车充电站、数据中心等多个领域。为了实现大电压的输出，一般采取交错串联的方式来实现，由于每个模块均分总的输出功率，从而使得单个模块设计和系统设计更为简单，整个系统的可靠性得到提高；然而，模块交错串联运行时，由于参数的差异性，使其输出的电压不可能完全一样，导致有些模块负荷过重，有些模块负荷过轻，使得整个系统的稳定性降低，因而使交错串联模块的输出电压实现均压是提高交错串联DC/DC变换器稳定性的一个必须解决的问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的问题是克服上述现有技术的缺陷，提供一种稳定性能高的交错串联DC/DC变换器均压控制电路。
本实用新型的技术方案是： 一种交错串联DC/DC变换器均压控制电路，包括输入直流电压、DC/DC模块、滤波电路、负载以及控制电路，所述DC/DC模块包括第一模块和第二模块，所述第一模块的输入端与第二模块的输入端并联连接所述输入直流电压，所述第一模块的输出端与第二模块的输出端串联后连接所述滤波电路和负载，所述第一模块和第二模块都包括有开关电路，所述控制电路对第一模块和第二模块内开关电路的控制信号错开一定角度，所述控制电路包括比较电路、信号处理电路、驱动电路，所述第一模块和第二模块两者的输出电压信号输入所述比较电路后得到的压差信号经所述信号处理电路处理后输入所述驱动电路，所述驱动电路输出的驱动信号连接至所述开关电路。
进一步，所述第一模块和第二模块为两个结构相同的三电平DC/DC模块。
作为一种具体实施例，所述三电平DC/DC模块为三电平半桥隔离型拓扑结构；所述第一模块内开关电路中的开关管S1、S4为外管，开关管S2、S3为内管，所述驱动电路的驱动信号连接所述外管的控制极。
作为另一种具体实施例，所述三电平DC/DC模块为三电平全桥隔离型拓扑结构；所述第一模块内开关电路中的开关管S11、S14、S15、S18为外管，开关管S12、S13、S16、S17为内管，所述驱动电路的驱动信号连接所述外管的控制极。
进一步，所述信号处理电路由DSP或者单片机控制芯片实现。
基于上述电路控制方法，其控制步骤包括：采样第一模块的输出电压U 1和第二模块的输出电压U 2输入比较电路进行比较，将其压差△U进行处理后，经驱动电路放大以控制开关电路中的外管导通和关断的时间，以调节各个模块的输出电压。
具体的，当U 2＞U 1时，驱动电路对第二模块内开关电路的外管进行控制，以减小外管的导通时间，从而降低第二模块的输出电压U 2；当U 2＜U 1时，驱动电路对第一模块内开关电路的外管进行控制，以减小外管的导通时间，从而降低第一模块的输出电压U 1。
本实用新型的有益效果是：本实用新型通过控制三电平电路外管的导通和关断的时间来实现对输出电压的控制，从而达到均压的目的，设计思路简单，且仅仅需要对三电平电路的外管进行控制就能够达到均压的效果，在硬件架构上不需要增加较多的外围电路，是一种稳定性好和可靠性高的均压控制电路。
附图说明
图1为本实用新型所采用的输入交错并联输出串联三电平DC/DC变换器方框示意图；
图2为采用图1的输入交错并联输出串联三电平DC/DC变换器均压控制方法的示意图；
图3为采用图2的方法应用于三电平半桥为拓扑模块的输入交错并联输出串联组合的交错串联三电平DC/DC变换器的示意图；
图4为针对图3的控制电路示意图；
图5为采用图2的方法应用于三电平全桥为拓扑模块的输入交错并联输出串联组合的交错串联三电平DC/DC变换器的示意图；
图6是针对图5的控制电路的示意图。
上述附图中的主要符号名称：U in表示输入的高压直流电源；U o表示输出的低压直流电源；C f为滤波电容；U 1为DC/DC模块1的输出电压；U 2为DC/DC模块2的输出电压；△U为U 2与U 1的差值；图3中，S1~S4为DC/DC模块1的开关管，S1和S4为外管，S2和S3为内管；S5~S8为DC/DC模块2的开关管，S5和S8为外管，S6和S7为内管；图4中，S11~S18为DC/DC模块1的开关管，S11、S14、S15和S18为外管，S12、S13、S16、S17为内管；S21~S28为DC/DC模块2的开关管，S21、S24、S25和S28为外管，S22、S23、S26、S27为内管。
具体实施方式
本实用新型采用两个结构相同的DC/DC模块通过输入交错并联输出串联的方式组合成交错串联DC/DC变换器，在不增加功率器件应力和功耗的前提下，得到更高的输出功率、更好的输出电压频谱和更小的输出电压纹波；在第一模块和第二模块（即附图中的DC/DC模块1和DC/DC模块2）的开关频率相同的基础上，采样两个DC/DC模块的输出电压U 1和U 2，将两者的差值△U通过信号处理后，再经过驱动电路放大对开关电路中的外管进行导通和关断时间的控制，以实现对DC/DC模块输出电压的调节，达到电压均压的目的，进而提高系统的可靠性和稳定性。可以理解，本实用新型也可以扩展为多个DC/DC模块。
下面结合附图及具体实施例作进一步详细说明。
图1为本实用新型所采用的隔离型三电平DC/DC变换器为拓扑模块的输入交错并联输出串联组合的交错串联三电平DC/DC变换器的方框图，图中的U in表示输入的高压直流电源，U o表示输出的低压直流电源，C f为滤波电容，U 1为DC/DC模块1的输出电压，U 2为DC/DC模块2的输出电压，采取如图1所示的2个DC/DC模块的输入交错并联输出串联的组合变换器即可将输入的高压直流电源变换为适合负载需要的直流电源。如图2所示，当变换器工作在正常负载时，将DC/DC模块1和DC/DC模块2的输出电压U 1和U 2进行比较，其差值△U通过信号处理后再经过驱动电路放大对三电平电路的外管的导通和关断时间进行控制，实现对模块输出电压的调节，达到均压的目的。当U 2>U 1时，△U为正，通过信号处理后再经驱动电路将信号放大后对DC/DC模块2的外管进行控制，以减小模块2外管的导通时间，从而降低DC/DC模块2的输出电压U 2，实现均压控制；当U 2<U 1时，△U为负，通过信号处理后再经驱动电路将信号放大后对DC/DC模块1的外管进行控制，以减小模块1外管的导通时间，从而降低DC/DC模块1的输出电压U 1，实现均压控制。由于两个模块的开关频率相同，两路输出电压的变化幅度相对较小，从而使得两模块的输出电压U 1和U 2变化较小，进而均压效果很好。
图3为采用图2的方法应用于三电平半桥为拓扑模块的输入交错并联输出串联组合的交错串联三电平DC/DC变换器的示意图，DC/DC模块1和DC/DC模块2结构相同均采用三电平半桥拓扑结构，两个DC/DC模块具有相同的频率并且错开90°的相位以实现交错串联。以其中的DC/DC模块1为例，它包括分压电路、箝位电路、开关电路、谐振电路、隔离变压器T1和整流电路，所述分压电路包括分压电容C1和分压电容C2，分压电容C1和分压电容C2串联后并联在输入直流电压两端成为的DC/DC模块1的输入端，所述箝位电路包括二极管D1和二极管D2，二极管D1的正极与二极管D2的负极连接并与分压电容C1和分压电容C2的串联点和地线相连接，所述开关电路由开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4串联而成，S1和S4为外管，S2和S3为内管；类似的S5~S8为DC/DC模块2的开关管，S5和S8为外管，S6和S7为内管。所述开关电路与分压电路并联，开关管S1与开关管S2的串联点连接二极管D1的负极，开关管S3与开关管S4的串联点连接二极管D2的正极，所述谐振电路包括谐振电容C11、谐振电容C12、谐振电感Ls1和励磁电感Lm1，谐振电容C11与谐振电容C12串联后与所述开关电路并联，谐振电感Ls1的一端连接开关管S2与开关管S3的串联点，谐振电感Ls1的另一端连接励磁电感Lm1的一端，励磁电感Lm1的另一端连接谐振电容C11与谐振电容C12的串联点，所述整流电路是由四个整流二极管D11、D12、D13、D14组成桥式整流电路，所述隔离变压器T1的初级与所述励磁电感Lm1并联，所述隔离变压器T1的次级连接桥式整流电路的交流输入端，该桥式整流电路的直流输出端连接滤波电容C f和负载R。
图4是图3的控制部分电路示意图，DC/DC模块1的输出电压U 1和DC/DC模块2的输出电压U 2的差值△U通过信号处理，经驱动电路将信号放大后对S1和S4或者S5和S8进行控制；当U 2>U 1时，△U为正，通过信号处理后再经驱动电路将信号放大后对DC/DC模块2的外管S5和S8进行控制，以减小模块2外管的导通时间，从而降低DC/DC模块2的输出电压U 2，实现均压控制；当U 2<U 1时，△U为负，通过信号处理后再经驱动电路将信号放大后对DC/DC模块1的外管S1和S4进行控制，以减小模块1外管的导通时间，从而降低DC/DC模块1的输出电压U 1，实现均压控制。
图5为采用图2的方法应用于三电平全桥为拓扑模块的输入交错并联输出串联组合的交错串联三电平DC/DC变换器的示意图；DC/DC模块1和DC/DC模块2采用三电平全桥拓扑结构，两个模块具有相同的频率并且错开90°的相位以实现交错串联，S11~S18为DC/DC模块1的开关管，其中S11、S14、S15和S18为外管，S12、S13、S16、S17为内管；S21~S28为DC/DC模块2的开关管，其中S21、S24、S25和S28为外管，S22、S23、S26、S27为内管；图6是图5的控制部分电路示意图，DC/DC模块1的输出电压U 1和DC/DC模块2的输出电压U 2的差值△U通过信号处理，经驱动电路放大后对S11、S14、S15和S18或者S21、S24、S25和S28进行控制；当U 2>U 1时，△U为正，通过信号处理后，经驱动电路放大对DC/DC模块2的外管S21、S24、S25和S28进行控制，以减小模块2外管的导通时间，从而降低DC/DC模块2的输出电压U 2，实现均压控制；当U 2<U 1时，△U为负，通过信号处理后，经驱动电路放大对DC/DC模块1的外管S11、S14、S15和S18进行控制，以减小模块1外管的导通时间，从而降低DC/DC模块1的输出电压U 1，实现均压控制。
Claims (7)
1.一种交错串联DC/DC变换器均压控制电路，包括输入直流电压、DC/DC模块、滤波电路、负载以及控制电路，所述DC/DC模块包括第一模块和第二模块，所述第一模块的输入端与第二模块的输入端并联连接所述输入直流电压，所述第一模块的输出端与第二模块的输出端串联后连接所述滤波电路和负载，所述第一模块和第二模块都包括有开关电路，所述控制电路对第一模块和第二模块内开关电路的控制信号错开一定角度，其特征在于：所述控制电路包括比较电路、信号处理电路、驱动电路，所述第一模块和第二模块两者的输出电压信号输入所述比较电路后得到的压差信号经所述信号处理电路处理后输入所述驱动电路，所述驱动电路输出的驱动信号连接至所述开关电路。
2.根据权利要求1所述的交错串联DC/DC变换器均压控制电路，其特征在于：所述第一模块和第二模块为两个结构相同的三电平DC/DC模块。
3.根据权利要求2所述的交错串联DC/DC变换器均压控制电路，其特征在于：所述三电平DC/DC模块为三电平半桥隔离型拓扑结构。
4.根据权利要求3所述的交错串联DC/DC变换器均压控制电路，其特征在于：所述第一模块内开关电路中的开关管（S1、S4）为外管，开关管（S2、S3）为内管，所述驱动电路的驱动信号连接所述外管的控制极。
5.根据权利要求2所述的交错串联DC/DC变换器均压控制电路，其特征在于：所述三电平DC/DC模块为三电平全桥隔离型拓扑结构。
6.根据权利要求5所述的交错串联DC/DC变换器均压控制电路，其特征在于：所述第一模块内开关电路中的开关管（S11、S14、S15、S18）为外管，开关管（S12、S13、S16、S17）为内管，所述驱动电路的驱动信号连接所述外管的控制极。
7.根据权利要求1至6任一项所述的交错串联DC/DC变换器均压控制电路，其特征在于：所述信号处理电路由DSP或者单片机控制芯片实现。
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