專利名稱：模塊化高效dc/dc變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及模塊化高效DC/DC變換器。
背景技術(shù)：
在軍事船舶上要求一律使用直流電源，而船舶上的直流電源一般提供的電壓都較低，如220V，而要想利用逆變技術(shù)將直流電轉(zhuǎn)化為380V的三相交流電來驅(qū)動電力推進電機，至少得需要570V的直流電壓，而直流電源升壓難且負載能耗利用率低，因此直流電源的升壓和穩(wěn)壓就成為了一項重要的研究課題。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服上述不足問題，提供一種模塊化高效DC/DC變換器。本實用新型為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:模塊化高效DC/DC變換器，主要由主電路、采樣電路、控制電路、驅(qū)動電路組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，且所述采樣電路、控制電路、驅(qū)動電路均與輔助電源電路連接，所述主電路由依次連接的開關(guān)變化模塊、高頻高壓器、整流部分、輸出濾波模塊構(gòu)成，所述采樣電路為采樣輸出模塊，所述控制電路由依次連接的比較放大模塊、誤差變大模塊構(gòu)成，所述驅(qū)動電路由依次連接的驅(qū)動控制模塊、驅(qū)動電路模塊構(gòu)成，其中所述輸出濾波模塊的輸出端連接采樣輸出模塊，所述采樣輸出模塊輸出端連接比較放大模塊，所述誤差放大模塊輸出端連接驅(qū)動控制模塊，所述驅(qū)動電路模塊輸出端連接開關(guān)變換模塊。本實用新型的特點是:通過一系列的電路模塊，采用閉環(huán)控制，有效地解決了直流電源串并聯(lián)時電壓、電流不均勻的問題，有效的實現(xiàn)了 DC/DC電源模塊化，提供大功率的直流電源電功率輸出 。

圖1是本實用新型的原理圖；圖2是本實用新型的主電路原理圖；圖3是本實用新型的主電路電路圖；圖4是UC3907電流環(huán)電路圖。
具體實施方式
本實用新型為模塊化高效DC/DC變換器，主要由主電路、采樣電路、控制電路、驅(qū)動電路組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以對輸出電壓進行自動調(diào)整，控制電路改變驅(qū)動電路的驅(qū)動信號，達到穩(wěn)壓的目的，主電路在直流電路增加變流環(huán)節(jié)，因此是間接直流變流電路。所述采樣電路、控制電路、驅(qū)動電路均與輔助電源電路連接，所述主電路由依次連接的開關(guān)變化模塊、高頻高壓器、整流部分、輸出濾波模塊構(gòu)成，所述采樣電路為采樣輸出模塊，所述控制電路由依次連接的比較放大模塊、誤差變大模塊構(gòu)成，所述驅(qū)動電路由依次連接的驅(qū)動控制模塊、驅(qū)動電路模塊構(gòu)成，所述控制電路模塊以SG3525為核心，精確控制驅(qū)動電路，改變驅(qū)動電路的驅(qū)動信號，其中所述輸出濾波模塊的輸出端連接采樣輸出模塊，所述采樣輸出模塊輸出端連接比較放大模塊，所述誤差放大模塊輸出端連接驅(qū)動控制模塊，所述驅(qū)動電路模塊輸出端連接開關(guān)變換模塊。主電路的整體設(shè)計采用隔離式全橋開關(guān)電源的設(shè)計方案，以減少開關(guān)管開通與關(guān)閉時的能耗，提高電源的效率、高頻變壓器可以正負工作，不需要輔助的復(fù)位電路、輸出紋波頻率是開關(guān)頻率的兩倍，所需電感量小、線性輸出控制特性、電路平衡對稱；在逆變過程中采用全橋拓撲結(jié)構(gòu)，全橋變換不僅能實現(xiàn)升壓DC/DC變換，而且相對于半橋變換器，全橋變換器初級施加的是幅值為半橋變化的兩倍，但其晶體管承受的關(guān)斷電壓卻與半橋變換器相同，等于最大輸入直流電壓。所以在晶體管承受相同峰值電流和電壓的條件下，全橋變換器輸出的功率是半橋變換器的兩倍；整流過程應(yīng)用全波整流方案；輸出濾波手段應(yīng)用LC濾波，輸入/輸出低頻濾波電容CO是電解電容，主要是濾除低頻波，平滑直流輸出電壓，減小其脈動；對于高頻干擾信號則采用無極性電容；主電路的控制元件選用IGBT，IGBT的驅(qū)動芯片使用M57962L，控制電路采用集成芯片SG3525產(chǎn)生開關(guān)管的驅(qū)動信號，這樣應(yīng)用范圍更廣，設(shè)計模塊化高效DC-DC變換器中要求實現(xiàn)多個開關(guān)電源模塊并聯(lián)，在模塊化中要求各個開關(guān)電源模塊均流，使各個開關(guān)電源模塊能夠穩(wěn)定輸出，UC3907是一種性能比較好的均流芯片，能完成均流任務(wù)。主電路 的工作原理是:直流電壓Vill經(jīng)過Q1-Q4組成的全橋開關(guān)斬波變換電路，在高頻變壓器初級得到高頻交流方波電壓，經(jīng)變壓器升壓，再全波整流變換成直流方波，最后通過電感L、電容C組成的濾波器，在R上得到平直的直流電壓，全橋直流變換器由輸入濾波、全橋逆變器、高頻變壓器和輸出整流、濾波電路組成，也屬于直流-交流-直流變換器；其穩(wěn)壓原理是:假如輸入電壓Uin增大，則通過采樣電路中電壓傳感器、電流傳感器將輸出電壓的變化(增大)，被放大的采樣信號通過光耦把變化和誤差信號傳送到SG3525，采樣和基準電壓相比較，通過比較放大器輸出控制信號去控制輸出脈沖占空比q的變化(減小)，結(jié)果可使輸出電壓保持穩(wěn)定。反之，當輸入電壓Uin減小時，PWM控制器輸出脈沖占空比q也自動變化(增大)，輸出電壓仍能穩(wěn)定；完成單個模塊穩(wěn)定后，利用均流芯片UC3907實現(xiàn)電路的模塊化。其工作原理是:各模塊電流和模塊的最大電流(主模塊電流)相比較，相應(yīng)調(diào)整參考電壓以校正模塊輸出電流的不均衡度，從而調(diào)整模塊向主模塊靠攏，最終實現(xiàn)各模塊均流，達到模塊化。利用Altium Designer模擬出的本實用新型的主電路,其中開關(guān)變換電路主要由絕緣柵雙極型晶體管IGBT、RC放電電路組成；高頻變壓器電路由一個工作頻率為20KHz的升壓變壓器和一個隔直電容組成；整流電路部分采用橋式整流的設(shè)計方案，由四個快速恢復(fù)二極管構(gòu)成和與之并聯(lián)的RC放電電路構(gòu)成，實現(xiàn)將逆變產(chǎn)生的斬波方波電流變換為直流電流；輸出濾波電路采用LC濾波電路的設(shè)計方案；其電路的工作原理是:直流電壓Vin經(jīng)SQ1-Q4組成的全橋開關(guān)斬波變換電路，在高頻變壓器初級得到高頻交流方波電壓，經(jīng)變壓器升壓，再全波整流變換成直流方波，最后通過電感L、電容C組成的濾波器，在R上得到平直的直流電壓。全橋直流變換器由輸入濾波、全橋逆變器、高頻變壓器和輸出整流、濾波電路組成，也屬于直流-交流-直流變換器；當控制信號\為高電平時，開關(guān)管Q1ZQ4導(dǎo)通，開關(guān)管Q2/Q3截止，在高頻變壓器原邊產(chǎn)生正的(假定)半周期方波；當控制信號\為低電平時，開關(guān)管Q1Ai4截止，開關(guān)管Q2/Q3導(dǎo)通，在高頻變壓器原邊產(chǎn)生負的(假定)半周期方波，這樣一正一負，相間交替，實現(xiàn)了將直流電流逆變?yōu)榫匦畏讲ǖ墓δ埽黄浞€(wěn)壓原理是:假如輸入電壓Uin增大，則通過采樣電路中電壓傳感器、電流傳感器將輸出電壓的變化(增大)，被放大的采樣信號通過光耦把變化和誤差信號傳送到SG3525，采樣和基準電壓相比較，通過比較放大器輸出控制信號去控制輸出脈沖占空比q的變化(減小)，結(jié)果可使輸出電壓保持穩(wěn)定。反之，當輸入電壓Uin減小時，PWM控制器輸出脈沖占空比q也自動變化(增大)，輸出電壓仍能穩(wěn)定；該電路采用以SG3525芯片為核心的控制電路，SG3525脈寬調(diào)制控制器，不僅具有可調(diào)整的死區(qū)時間控制功能，而且還具有可編式軟起動，脈沖控制封鎖保護等功能，控制電路的作用主要是提供給主電路兩路頻率為20kHz相位相差180°的PWM波，通過SG3525死區(qū)時間設(shè)置可以實現(xiàn)對電路的保護作用；UC3907均流芯片能完成均流任務(wù)，電壓環(huán)和均流環(huán)的工作過程為:電流采樣信號由2腳和3腳差動輸入到電流放大器，電流放大器的輸出，一方面經(jīng)過緩沖放大器連接到均流母線15腳，另一方面與均流信號一起，經(jīng)過調(diào)整放大器生成環(huán)流信號，還可以通過16腳輸出主模塊狀態(tài)指示信號，當從模塊電壓小于主模塊電壓時，調(diào)整放大器同相輸入端的電壓高于反向輸入端電壓而輸出正電壓，使電壓誤差放大器的實際基準電壓升高，于是模塊的輸出電壓升高，使輸出電流增大，縮小與主模塊電流的差值，這樣就實現(xiàn)了均流；同時，需要給采樣電路、控制電路等提供獨立的輔助電源，采樣電路和控制電路等電路需要的輔助電源電路是+15V、-15V、+5V、-9V，所以主要應(yīng)用三端集成穩(wěn)壓器。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu) 思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.模塊化高效DC/DC變換器，其特征在于:主要由主電路、采樣電路、控制電路、驅(qū)動電路組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，且所述采樣電路、控制電路、驅(qū)動電路均與輔助電源電路連接，所述主電路由依次連接的開關(guān)變化模塊、高頻高壓器、整流部分、輸出濾波模塊構(gòu)成，所述采樣電路為采樣輸出模塊，所述控制電路由依次連接的比較放大模塊、誤差變大模塊構(gòu)成，所述驅(qū)動電路由依次連接的驅(qū)動控制模塊、驅(qū)動電路模塊構(gòu)成，其中所述輸出濾波模塊的輸出端連接采樣輸出模塊，所述采樣輸出模塊輸出端連接比較放大模塊，所述誤差放大模塊輸出端連接驅(qū)動控制模塊， 所述驅(qū)動電路模塊輸出端連接開關(guān)變換模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種模塊化高效DC/DC變換器，主要由主電路、采樣電路、控制電路、驅(qū)動電路組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，且所述采樣電路、控制電路、驅(qū)動電路均與輔助電源電路連接。本實用新型的特點是通過一系列的電路模塊，采用閉環(huán)控制，有效地解決了直流電源串并聯(lián)時電壓、電流不均勻的問題，有效的實現(xiàn)了DC/DC電源模塊化，提供大功率的直流電源電功率輸出。
文檔編號H02M3/335GK203104294SQ20132003587
公開日2013年7月31日 申請日期2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月24日
發(fā)明者李炯, 余宏平, 肖德健 申請人:大連海事大學(xué)