CN112448587B - 基于隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器的控制电路 - Google Patents

基于隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器的控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器的控制电路，包含输出电流采样电路、输出电压采样电路、双闭环PI调节电路、移相控制电路、滞回比较电路、模拟通道数据选择电路以及若干驱动电路。本发明提供的基于隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器的控制电路，能够自行判断隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器的工作状态，控制变换器在桥内移相模式和桥间移相模式之间进行柔性切换，从而实现变换器的宽范围升压。

Description

基于隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器的控制电路
技术领域
本发明属于空间霍尔电推进供电***控制技术领域，具体涉及一种基于隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器的控制电路。
背景技术
航天器电推进***具有操控灵活、定位精准、高效率、长寿命等优势，在轨道卫星、深空探测等领域具有广泛的应用前景。电源处理单元是航天器电推进***稳定、可靠工作的基础，航天器电推进器电离负载的特殊特性要求其电源能够提供宽范围(300V～1500V)电压输出。为了保证航天器电推进***的安全性和可靠性，其电源需要采用能够适应极宽电压增益范围且在整个范围内均能实现高效率的隔离变换器。以全桥电路为基础进行改进的高效宽增益范围隔离变换器的研究已经相当广泛，但是相应控制策略的研究较为滞后，尤其是双重移相控制策略的研究几乎没有。
发明内容
为了实现隔离式高压柔性直流组合变换器的宽电压增益范围输出，提升变换器的性能，本发明提出了一种基于隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器的控制电路。
本发明提供的一种基于隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器的控制电路，包含：
输出电压采样电路，其输入信号为所述变换器的输出电压Uo，输出信号为U'o；
输出电流采样电路，其输入信号为所述变换器的输出电流Io，输出信号为I'o；
双闭环PI调节电路，其输入信号为所述输出电压采样电路的输出信号U'o和所述输出电流采样电路的输出信号I'o，输出控制信号为Vctr；
移相控制电路，其输入端与所述双闭环PI调节电路的输出端连接，其输出端输出若干个占空比固定相位可调的方波信号；
滞回比较电路，其输入端与所述双闭环PI调节电路的输出端连接，其输出端输出信号为Px；
模拟通道数据选择电路，其输入端与所述移相控制电路的输出端和所述滞回比较电路的输出端连接，其输出端输出若干方波信号；
若干驱动电路，设置的驱动电路数量与所述模拟通道数据选择电路输出的方波信号数量相对应；
每个驱动电路，其输入端输入所述模拟通道数据选择电路输出的一个方波信号，输出端输出对应的驱动信号，用以驱动隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器中对应的开关管。
优选地，所述移相控制电路的输出端输出4个方波信号，分别为OUTA、OUTB、OUTC和OUTD。
优选地，所述模拟通道数据选择电路的输出端输出8个方波信号，分别为OUT1、OUT2、OUT3、OUT4、OUT5、OUT6、OUT7和OUT8。
优选地，设置8个驱动电路，分别为驱动电路1、驱动电路2、驱动电路3、驱动电路4、驱动电路5、驱动电路6、驱动电路7和驱动电路8，输出的对应驱动信号依次分别为Q1a、Q1b、Q1c、Q1d、Q2a、Q2b、Q2c、Q2d。
优选地，所述移相控制电路输出的方波信号为脉冲宽度调制，其中OUTA和OUTB互补，OUTC和OUTD互补；
OUTA和OUTC的初始相位差为0，OUTA和OUTC的相位差随着所述移相控制电路的输入控制信号Vctr的增大而变大；
OUTB和OUTD的初始相位差为0，OUTB和OUTD的相位差随着所述移相控制电路的输入控制信号Vctr的增大而变大。
优选地，所述滞回比较电路具有内部基准V1和V2，且V1＞V2；
所述滞回比较电路输入的控制信号Vctr：Vctr＞V1时，Px输出高电平；
所述滞回比较电路输入的控制信号Vctr：Vctr＜V2时，Px输出低电平；
所述滞回比较电路输入的控制信号Vctr：V2≤Vctr≤V1时，Px保持上一次的输出状态不变。
优选地，所述模拟通道数据选择电路具有工作模式1和工作模式2；
在工作模式1下，所述模拟通道数据选择电路的输出信号OU1和OU5等于其输入信号OUTA，输出信号OU2和OU6等于其输入信号OUTB，输出信号OU3和OU7等于其输入信号OUTC，输出信号OU4和OU8等于其输入信号OUTD；
在工作模式2下，所述模拟通道数据选择电路的输出信号OU1和OU4等于其输入信号OUTA，输出信号OU2和OU3等于其输入信号OUTB，输出信号OU5和OU8等于其输入信号OUTC，输出信号OU6和OU7等于其输入信号OUTD。
优选地，当输入信号Px为低电平时，所述模拟通道数据选择电路在工作模式1，其输出信号通过驱动电路使得所述变换器工作在桥内移相模式；
当输入信号Px为高电平时，所述模拟通道数据选择电路在工作模式2，其输出信号通过驱动电路使得所述变换器工作在桥间移相模式。
与现有技术相比，本发明提供的基于隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器的控制电路，能够自行判断所述变换器的工作状态，控制所述变换器在桥内移相模式和桥间移相模式之间进行柔性切换，实现变换器的宽范围升压。
附图说明
图1为本发明所述隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器原边模型图；
图2为本发明所述隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器副边模型图；
图3为本发明所述基于隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器的控制电路结构示意图；
图4为本发明所述工作模式1下的主要波形图；
图5为本发明所述工作模式2下的主要波形图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明较佳的具体实施例对本发明作进一步介绍。
本发明所述变换器由两个变压器：T1和T2隔离成原边和副边，图1为本发明所述隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器原边模型图，图2为本发明所述隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器副边模型图。如图1所示，所述原边由逆变电路1和逆变电路2并联组成，其中，所述逆变电路1包含MOS管S1a、S1b、S1c、S1d，逆变电路2包含MOS管S2a、S2b、S2c、S2d。如图2所示，所述副边由6只整流二极管(Dy1、Dy2、Dy3、Dy4、Dy5、Dy6)和LC滤波器(Lo、Co)形成，Ro为所述变换器的负载。
图3为本发明所述基于隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器的控制电路结构示意图。如图3所示，本发明所述控制电路包含：输出电压采样电路、输出电流采样电路、双闭环PI调节电路、移相控制电路、滞回比较电路、模拟通道数据选择电路和若干驱动电路。所述输出电压采样电路，其输入信号为所述变换器的输出电压Uo，输出信号U'o。所述输出电流采样电路，其输入信号为所述变换器的输出电流Io，输出信号I'o。所述双闭环PI调节电路，其输入端接所述输出电压采样电路和输出电流采样电路，并输入所述输出电压采样电路的输出信号U'o和所述输出电流采样电路的输出信号I'o；所述双闭环PI调节电路的输出控制信号为Vctr。所述移相控制电路，其输入端与所述双闭环PI调节电路的输出端连接，其输出4个占空比固定相位可调的方波信号OUTA、OUTB、OUTC和OUTD。所述滞回比较电路，其输入端与所述双闭环PI调节电路的输出端连接，其输出信号为Px。所述模拟通道数据选择电路，其输入端与所述移相控制电路的输出端和所述滞回比较电路的输出端连接，其输出8个方波信号：OUT1、OUT2、OUT3、OUT4、OUT5、OUT6、OUT7和OUT8。所述驱动电路，设置的数量与所述模拟通道数据选择电路输出的方波信号数量相对应。本发明实施例中所述驱动电路共有8个，分别为：驱动电路1、驱动电路2、驱动电路3、驱动电路4、驱动电路5、驱动电路6、驱动电路7和驱动电路8，每个驱动电路的输入端与所述模拟通道数据选择电路的输出端连接，输入所述模拟通道数据选择电路输出的一个方波信号，输出端输出对应的驱动信号：Q1a、Q1b、Q1c、Q1d、Q2a、Q2b、Q2c、Q2d，用以驱动隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器中对应的开关管。
所述双闭环PI调节电路通过调节输出电压采样值U'o和输出电流采样值I'o，输出控制信号Vctr；所述变换器的输出电压Uo越大，所述双闭环PI调节电路输出的控制信号Vctr越大。
所述移相控制电路输出的PWM信号(脉冲宽度调制)：OUTA、OUTB、OUTC、OUTD是占空比固定相位可调的方波信号，其中OUTA和OUTB互补，OUTC和OUTD互补；OUTA和OUTC的初始相位差为0，OUTA和OUTC的相位差随着输入控制信号Vctr的增大而变大；OUTB和OUTD的相位差亦然，即OUTB和OUTD的初始相位差为0，OUTB和OUTD的相位差随着输入控制信号Vctr的增大而变大。
所述滞回比较电路具有两个内部基准V1和V2，其中V1＞V2。所述滞回比较电路输入的控制信号Vctr＞V1时，Px输出高电平；所述滞回比较电路输入的控制信号Vctr＜V2时，Px输出低电平；所述滞回比较电路输入的控制信号Vctr：V2≤Vctr≤V1时，Px保持上一次的输出状态不变。通过信号Px可以实现所述变换器在不同模式之间的柔性切换。
所述模拟通道数据选择电路具有两种工作模式，工作模式1和工作模式2。在工作模式1下，所述模拟通道数据选择电路的输出信号OU1和OU5等于其输入信号OUTA，输出信号OU2和OU6等于其输入信号OUTB，输出信号OU3和OU7等于其输入信号OUTC，输出信号OU4和OU8等于其输入信号OUTD；在工作模式2下，所述模拟通道数据选择电路的输出信号OU1和OU4等于其输入信号OUTA，输出信号OU2和OU3等于其输入信号OUTB，输出信号OU5和OU8等于其输入信号OUTC，输出信号OU6和OU7等于其输入信号OUTD。
当输入信号Px是低电平时，所述模拟通道数据选择电路在工作模式1，其输出信号通过驱动电路使得变换器工作在桥内移相模式；当输入信号Px是高电平时，所述模拟通道数据选择电路在工作模式2，其输出信号通过驱动电路使得变换器工作在桥间移相模式。
当工作在桥内移相模式时，所述变换器原边的两个逆变电路各自工作在独立的移相控制下，同时逆变电路1和逆变电路2的相位差180°，即变压器T1和T2原边波形互补，使得变压器副边T1B和T2B工作在并联状态，此时，整流后的高电平电压为nUin，n为变压器T1和T2副边与原边的变比，Uin为变换器的输入电压。
当工作在桥间移相模式时，所述变换器原边的两个逆变电路均工作在最大占空比模式，两个逆变电路之间存在相位差，在相位差范围内，副边绕组T1B和T2B串联工作，其余情况并联工作，此时，整流后的高电平电压为2nUin，n为变压器T1和T2副边与原边的变比，Uin为变换器的输入电压。桥间移相模式下，变换器的升压比提高了一倍。
图4为本发明所述工作模式1下的主要波形图，其中，OUTA、OUTB、OUTC、OUTD是所述移相控制电路的输出波形图，T1B和T2B分别是所述变压器T1和T2的副边电压波形图，Z点电压是整流桥后的电压波形。
图5为本发明所述工作模式2下的主要波形图，其中，OUTA、OUTB、OUTC、OUTD是所述移相控制电路的输出波形图，T1B和T2B分别是所述变压器T1和T2的副边电压波形图，Z点电压是整流桥后的电压波形。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种基于隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器的控制电路，其特征在于，包含：
输出电压采样电路，其输入信号为所述变换器的输出电压Uo，输出信号为U'o；
输出电流采样电路，其输入信号为所述变换器的输出电流Io，输出信号为I'o；
双闭环PI调节电路，其输入信号为所述输出电压采样电路的输出信号U'o和所述输出电流采样电路的输出信号I'o，输出控制信号为Vctr；
移相控制电路，其输入端与所述双闭环PI调节电路的输出端连接，其输出端输出若干个占空比固定相位可调的方波信号；
滞回比较电路，其输入端与所述双闭环PI调节电路的输出端连接，其输出端输出信号为Px；
模拟通道数据选择电路，其输入端与所述移相控制电路的输出端和所述滞回比较电路的输出端连接，其输出端输出若干方波信号；
若干驱动电路，设置的驱动电路数量与所述模拟通道数据选择电路输出的方波信号数量相对应；
每个驱动电路，其输入端输入所述模拟通道数据选择电路输出的一个方波信号，输出端输出对应的驱动信号，用以驱动隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器中对应的开关管；
其中，
当输入信号Px为低电平时，所述模拟通道数据选择电路在工作模式1，其输出信号通过驱动电路使得所述变换器工作在桥内移相模式；
当输入信号Px为高电平时，所述模拟通道数据选择电路在工作模式2，其输出信号通过驱动电路使得所述变换器工作在桥间移相模式。
2.如权利要求1所述基于隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器的控制电路，其特征在于，
所述移相控制电路的输出端输出4个方波信号，分别为OUTA、OUTB、OUTC和OUTD。
3.如权利要求1所述基于隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器的控制电路，其特征在于，
所述模拟通道数据选择电路的输出端输出8个方波信号，分别为OUT1、OUT2、OUT3、OUT4、OUT5、OUT6、OUT7和OUT8。
4.如权利要求1所述基于隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器的控制电路，其特征在于，
设置有8个驱动电路，分别为驱动电路1、驱动电路2、驱动电路3、驱动电路4、驱动电路5、驱动电路6、驱动电路7和驱动电路8，输出的对应驱动信号依次分别为Q1a、Q1b、Q1c、Q1d、Q2a、Q2b、Q2c、Q2d。
5.如权利要求1所述基于隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器的控制电路，其特征在于，
所述移相控制电路输出的方波信号为脉冲宽度调制，其中OUTA和OUTB互补，OUTC和OUTD互补；
OUTA和OUTC的初始相位差为0，OUTA和OUTC的相位差随着所述移相控制电路的输入控制信号Vctr的增大而变大；
OUTB和OUTD的初始相位差为0，OUTB和OUTD的相位差随着所述移相控制电路的输入控制信号Vctr的增大而变大。
6.如权利要求1所述基于隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器的控制电路，其特征在于，
所述滞回比较电路具有内部基准V1和V2，且V1＞V2；
所述滞回比较电路输入的控制信号Vctr：Vctr＞V1时，Px输出高电平；
所述滞回比较电路输入的控制信号Vctr：Vctr＜V2时，Px输出低电平；
所述滞回比较电路输入的控制信号Vctr：V2≤Vctr≤V1时，Px保持上一次的输出状态不变。
7.如权利要求1所述基于隔离式宽范围高压柔性直流组合变换器的控制电路，其特征在于，
所述模拟通道数据选择电路具有工作模式1和工作模式2；
在工作模式1下，所述模拟通道数据选择电路的输出信号OU1和OU5等于其输入信号OUTA，输出信号OU2和OU6等于其输入信号OUTB，输出信号OU3和OU7等于其输入信号OUTC，输出信号OU4和OU8等于其输入信号OUTD；
在工作模式2下，所述模拟通道数据选择电路的输出信号OU1和OU4等于其输入信号OUTA，输出信号OU2和OU3等于其输入信号OUTB，输出信号OU5和OU8等于其输入信号OUTC，输出信号OU6和OU7等于其输入信号OUTD。
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