CN114520598A - 一种恒流转恒压变换拓扑***及其控制方法 - Google Patents

一种恒流转恒压变换拓扑***及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种恒流转恒压变换拓扑***及其控制方法，包括分流计电路、第一滤波电路、逆变电路、谐振电路、高频变压器、整流电路、第二滤波电路、电压电流采集电路、控制器电路、驱动电路。分流计电路与输入电流源相连，实现电流源转电压源变换，同时在前端产生较高的电压。第一滤波电路与分流计输出相连，LLC谐振电路与第一滤波电路相连，首先通过逆变电路逆变为高频交流，再通过谐振电路、变压器隔离及整流电路整流滤波后为负载进行供电。本发明可实现恒流向恒压变换，可经受较宽的输入和负载变化。同时后级LLC谐振变换器的开关管可实现ZVS开通，次级的整流二极管也为ZVS开关，能够到达较高的效率。

Description

一种恒流转恒压变换拓扑***及其控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子和电力自动化设备技术领域，尤其涉及一种恒流转恒压变换拓扑***及其控制方法。
背景技术
了解海洋是发展海洋战略、建设海洋强国的前提，有必要建立海底观测网络以探寻海洋资源、确保海洋安全。供电***是海底通讯与观测网络等设备正常工作的重要保障。需要对水下高可靠的供电技术进行深入研究，实现水下用电设备的安全可靠运行。对于当前海底供电方式，直流恒流供电具有较高的传输效率、良好的抗海水短路故障能力，非常适合海底观测网的供电应用，是未来的发展方向。
目前，由于电子设备都是恒压型供电，需要恒流转恒压变换模块，将电缆输入的恒定电流转换为设备所需的恒定电压。当前恒流转恒压变换解决方案主要存在以下问题：
(1)通过推挽变压器进行恒流转恒压变换，可以实现恒流向恒压变换，输出电压纹波较小，但是实际转化率较低，损耗较大，无法实现高效率。
(2)通过谐振型恒流转恒压变换器进行恒流转恒压变换，然而谐振变换器的增益特性对开关频率变化不敏感，需要较宽的频率调节范围，限制了其在水下恒流转恒压变换中的应用。
因此，需要一种效率较高，且有较好的动态响应性能以及稳定性的恒流转恒压变换拓扑***及其控制方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种恒流转恒压变换拓扑***及其控制方法，一种恒流转恒压变换拓扑***，包括：输入电流源，分流计电路、第一滤波电路、逆变电路、谐振电路、高频变压器、整流电路、第二滤波电路、电压电流采集电路、控制器和驱动电路；
输入电流源的输出端连接分流计电路的第一输入端，分流计电路的输出端与第一滤波电路输入端相连，第一滤波电路输出端与逆变电路输入端相连，逆变电路输出端与谐振电路输入端相连，谐振电路输出端与高频变压器输入端相连，高频变压器输出端与整流电路输入端相连，整流电路的输出端与第二滤波电路输入端相连，第二滤波电路的反馈端与电压电流采集电路的输入端相连，电压电流采集电路的输出端连接控制器的输入端，控制器的输出端连接驱动电路的输入端，驱动电路的输出端与分流计电路第二输入端相连；
该恒流转恒压变换拓扑***首先通过逆变电路逆变为高频交流，然后再通过谐振电路、高频变压器隔离，采用整流电路和第二滤波电路进行整流滤波后为负载端进行供电，电压电流采样电路通过对负载端输出电压及电流进行采样，采样信号经过控制器反馈调节分流计电路开关管占空比，使该恒流转恒压变换拓扑***的输出电压达到预定值。
进一步地，所述分流计电路包含一个开关管Q1和一个二极管D0，其中开关管Q1的管脚1连接在输入电流源的正极，开关管Q1的管脚2连接在输入电流源的负极，二极管D0的正极分别连接开关管Q1的正极和输入电流源的正极，第一滤波电路为直流滤波电容C0，连接在分流计电路的两端，其中滤波电容C0的正极连接二极管D0的负极，滤波电容C0的负极分别连接输入电流源的负极和开关管Q1的管脚2，分流计电路用于将输入电流源的电源值转换为电压值，并产生较高的输出电压。
进一步地，所述第一滤波电路为一个直流滤波电容C0，逆变电路包括有开关管S1和开关管S2，开关管S1的管脚2与开关管S2的管脚1相连后再连接在第一滤波电路的两端，其中开关管S1的管脚1连接在直流滤波电容C0的正极，开关管S2的管脚2连接在直流滤波电容C0的负极，第一滤波电路用于滤除分流计电路输出的电压中的谐波，为逆变电路提供稳定的直流输出电压。
进一步地，所述逆变电路采用半桥逆变电路或者全桥逆变电路，该逆变电路用于将直流电压逆变为方波电压，来实现直流电压转交流电压的逆变；
当所述逆变电路采用半桥逆变电路时，该逆变电路包含两个相同的开关管S1、S2，开关管S1、S2的管脚1和管脚2之间分别连接一组并联的二极管和缓冲电容，其中二极管的阳极连接对应开关管的管脚2，阴极连接对应开关管的管脚1，开关管S1的管脚2与开关管S2的管脚1相连后再连接谐振电路的输入端，开关管S1的管脚1和开关管S2的管脚2用于连接第一滤波电路的输出端，其中开关管S1的管脚1连接第一滤波电路中直流滤波电容C0的正极，开关管S2的管脚2连接第一滤波电路中直流滤波电容C0的负极，开关管S1、S2选用的类型均为MOSFET、BJT以及IGBT中的一种；
当所述逆变电路为全桥逆变电路时，逆变电路包含开关管S1、S2、S3、S4，开关管S1、S2、S3、S4的管脚1和管脚2之间分别连接一组并联的二极管和缓冲电容，其中二极管的阳极连接对应开关管的管脚2，阴极连接对应开关管的管脚1，开关管S1的管脚2与开关管S3的管脚1相连，开关管S2的管脚2与开关管S4的管脚1相连，然后连接至谐振电路的输入端；开关管S1的管脚1与S2的管脚1相连后连接至第一滤波电路中直流滤波电容C0的正极，开关管S3的管脚2与S4的管脚2相连后连接至第一滤波电路中直流滤波电容C0的负极，开关管S1、S2、S3、S4选用的类型均为MOSFET、BJT以及IGBT中的一种。
进一步地，所述谐振电路包括LLC谐振电路，该LLC谐振电路包含一个谐振电感Lr、一个励磁电感Lm和一个谐振电容Cr，谐振电感Lr的一端连接在开关管S1的管脚2，另一端连接在高频变压器的原边一端，励磁电感Lm并联在高频变压器的两端，谐振电容Cr一端连接在开关管S2的管脚2，另一端连接在高频变压器的原边一端。
进一步地，所述高频变压器为高频隔离变压器，高频隔离变压器的副边为一个或者两个中心抽头，高频隔离变压器原边的一端连接谐振电感Lr和励磁电感Lm，原边的另一端连接至励磁电感Lm的另一端和谐振电容Cr的一端，在逆变电路输出方波电压的激励下，谐振电路的谐振电感Lr、励磁电感Lm、谐振电容Cr产生近似正弦的高频谐振电流，通过高频隔离变压器原边传输到其副边。
进一步地，所述整流电路采用全波整流电路、桥式整流电路或者同步整流电路，该整流电路用于将高频变压器输出的交流电压整流为直流电压；
当所述整流电路采用全波整流电路时，该整流电路包括两个整流二极管D1和D2，其中二极管D1的一端连接高频变压器的副边上端，二极管D2的一端连接高频变压器的副边下端，二极管D1和二极管D2的另一端均连接第二滤波电路的输入端；
当所述整流电路采用桥式整流电路时，该整流电路包括四个整流二极管D1、D2、D3和D4，其中二极管D1的下端与D3的上端相连后连接至高频变压器的副边上端，二极管D2的下端与D4的上端相连后连接至高频变压器的副边下端；二极管D1的上端与二极管D2的上端相连二极管D3的下端与二极管D4的下端相连后均连接至第二滤波电路的输入端。
进一步地，所述第二滤波电路为一个直流滤波电容C1，直流滤波电容C1并联在整流电路的输出端，其中直流滤波电容C1的一端连接在整流二极管D1的一端，直流滤波电容C1的另一端连接在高频变压器的中心抽头的输出端，第二滤波电路用于滤除整流电路输出电压中的谐波，为负载提供稳定的直流输出电压。
一种恒流转恒压变换控制方法，基于所述的一种恒流转恒压变换拓扑***实现，包含如下步骤：
S1：采集第二滤波电路后的输出电压值Vout和输出电流值iout；
S2：计算得出输出电压误差值eu＝Vout *-Vout，将电压误差值eu送入控制器中的电压环PI控制器，计算得出反馈电流参考值i*＝Kp1eu+Ki1×(∫eudt+C1)，其中Kp1和Ki1分别为输出电压比例系数和输出电压积分系数，t为时间，C1为积分常数；
S3：将采集的输出电流值iout和电压环PI控制器计算的反馈电流参考值i*做比较，计算得出输出电流误差值ei＝i*-iout，将输出电流误差值ei送入控制器中的电流环PI控制器，计算得出分流计占空比指令D＝Kp2ei+Ki2×(∫eidt+C2)，其中Kp2和Ki2分别为输出电流比例系数和输出电流积分系数，t为时间，C2为积分常数；
S4：根据占空比D的大小，生成固定开关频率的PWM驱动信号，用以控制分流计电路中的开关管Q1；
S5：逆变电路采用恒频、恒宽开环控制，开关频率等于谐振频率
Figure BDA0003515494390000041
的PWM驱动信号，用以控制逆变电路中的开关管，使其产生高频交流电压信号；其中，Cr为谐振电容，Lr为谐振电感；
S6：将PWM信号送给相应的开关管，使电路完成恒流向恒压转换。
进一步地，所述输出电压比例系数Kp1、输出电压积分系数Ki1、输出电流比例系数Kp2、输出电流积分系数Ki2的确定过程为：
(1)将Kp1、Ki1初始值取为0，先调节电流内环，给定电流反馈值I*为常数；
(2)计算电流环PI控制器参数，先调试Kp2，查看此时恒流转恒压变换拓扑***的输出电流波形是否振荡，若是，则降低Kp1直至波形振荡消除，然后转到过程(3)；否则，则转到过程(2)继续调试Kp1；
(3)固定Kp2值，调试Ki2，查看此时恒流转恒压变换拓扑***的输出电流波形是否波动，若是，则降低Ki1直至波形振荡消除；若否，则转到过程(3)继续调试Ki1；
(4)将确定的Kp1和Ki1的最终值作为输出电流比例系数Kp1和输出电流积分系数Ki1；
(5)此时再调节电压外环PI控制器，取电流反馈值I*＝Kp1eu+Ki1×(∫eudt+C0)，Ki1初始值取为0；
(6)先调试Kp1，查看此时恒流转恒压变换拓扑***的输出电压波形是否振荡，若是，则降低Kp1直至波形振荡消除，然后转到过程(7)；否则，则转到步骤S6继续调试Kp2；
(7)固定Kp1值，调试Ki1，查看此时恒流转恒压变换拓扑***的输出电压波形是否波动，若是，则降低Ki2直至波形振荡消除；若否，则转到过程(6)继续调试Ki1；
(8)根据上述操作，最终得到输出电压比例系数Kp1、输出电压积分系数Ki1、输出电流比例系数Kp2、输出电流积分系数Ki2。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：该恒流转恒压变换拓扑***能够将恒定电流源转化为设定电压值，实现了恒流向恒压变换，通过分流计电路和LLC电路级联，LLC谐振变换器的开关管可实现ZVS开通，并且变换器次级的整流二极管也为ZVS开关，因此该恒流转恒压变换器能够到达较高的效率。另外该恒流转恒压变换器可以经受更宽的输入和负载变化，拓宽了其应用范围。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的恒流转恒压变换拓扑***的结构图。
图2是本发明实施例中当逆变电路采用半桥逆变电路及整流电路为全波整流电路时的恒流转恒压变换拓扑***的具体电路图。
图3是本发明实施例当逆变电路采用半桥逆变电路及整流电路为全波整流电路时的恒流转恒压变换拓扑***与控制方法的具体电路图。
图4是本发明实施例当逆变电路采用全桥逆变电路及整流电路为桥式整流电路时的恒流转恒压变换拓扑***的具体电路图。
图5是本发明实施例当逆变电路采用全桥逆变电路及整流电路为桥式整流电路时的恒流转恒压变换拓扑***与控制方法的具体电路图。
图6是本发明实施例的一种恒流转恒压变换控制方法的控制器原理图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明的实施例提供了一种恒流转恒压变换拓扑***及其控制方法，可将恒流源转变为可调的恒压源，图1-图6分别为本发明的一种恒流转恒压变换拓扑***的原理图以及实施例的电路图。
如图1所示，图1为一种恒流转恒压变换拓扑***，其包括输入电流源1、分流计电路2、第一滤波电路3、逆变电路4、谐振电路5、高频变压器6、整流电路7、第二滤波电路8、电压电流采集电路901、控制器101、驱动电路111；
输入电流源1的输出端连接分流计电路2的输入端，分流计电路2的输出端与第一滤波电路3输入端相连；第一滤波电路3输出端与逆变电路4输入端相连；逆变电路4输出端与谐振电路5输入端相连；谐振电路5输出端与高频变压器6输入端相连；高频变压器6输出端与整流电路7输入端相连；整流电路7的输出端与第二滤波电路8输入端相连；第二滤波电路8的反馈端与电压电流采集电路901的输入端相连；电压电流采集电路901的输出端连接至控制器101的输入端；控制器101的输出端连接着驱动电路111的输入端；驱动电路111的输出端与分流计电路2输入端相连。
所述的分流计电路2包含一个开关管Q1和一个二极管D0，其中开关管Q1的管脚1连接在输入电流源的正极，开关管Q1的管脚2连接在输入电流源的负极，二极管D0的正极连接开关管Q1的正极和输入电流源的正极，第一滤波电路3滤波电容C0连接在分流计电路2的两端，其中滤波电容C0的正极连接二极管D0的负极，滤波电容C0的负极分别连接在输入电流源的负极和开关管Q1的管脚2，分流计电路2用于将输入电流源转换为电压值，实现电流源转电压源变换，并产生较高的输出电压。输入电流源1的电流I为1A，额定功率为500W。
所述的第一滤波电路3为一个直流滤波电容C0，逆变电路4开关管S1的管脚2与开关管S2的管脚1相连后再连接在第一滤波电路3的两端，其中开关管S1的管脚1连接在滤波电容C0的正极，开关管S2的管脚2连接在滤波电容C0的负极，第一滤波电路4用于滤除分流计电路输出的电压中的谐波，为逆变电路5提供稳定的直流输出电压。
所述的逆变电路4采用半桥逆变电路或者全桥逆变电路。
当所述逆变电路4采用半桥逆变电路时，如图2-3所示，该逆变电路4包含两个相同的开关管S1、S2,各个开关管S1、S2的管脚1和管脚2之间分别连接一组并联的二极管和缓冲电容，其中二极管的阳极连接对应开关管的管脚2，阴极连接对应开关管的管脚1，开关管S1的管脚2与开关管S2的管脚1相连后再连接谐振电路5的输入端，开关管S1的管脚1和开关管S2的管脚2分别连接第一滤波电路3的输出端，其中开关管S1的管脚1连接第一滤波电路3滤波电容C0的正极，开关管S2的管脚2连接第一滤波电路3滤波电容C0的负极，逆变电路4用于将直流电压逆变为方波电压，实现直流电压转交流电压的逆变，开关管S1、S2选用的类型包括MOSFET、BJT以及IGBT。
当所述逆变电路4为全桥逆变电路时，如图3-4所示，逆变电路4包含两个相同的开关管S1、S2、S3、S4，开关管S1、S2、S3、S4的管脚1和管脚2之间分别连接一组并联的二极管和缓冲电容，其中二极管的阳极连接对应开关管的管脚2，阴极连接对应开关管的管脚1。开关管S1的管脚2与开关管S3的管脚1相连后再连接谐振电路5的输入一端，开关管S2的管脚2与开关管S4的管脚1相连后再连接谐振电路5的输入另一端。开关管S1的管脚1与S2的管脚1相连后连接至第一滤波电路3中直流滤波电容C0的正极，开关管S3的管脚2与S4的管脚2相连后连接至第一滤波电路3中直流滤波电容C0的负极，逆变电路4用于将直流电压逆变为方波电压，来实现直流电压转交流电压的逆变，开关管S1、S2、S3、S4选用的类型均为MOSFET、BJT以及IGBT中的一种。
所述的谐振电路6为采用包含电感和电容组成的LLC谐振电路，谐振电感Lr＝93μH，谐振电容Cr＝22nF，励磁电感Lm＝480μH，谐振电感与谐振电容的串联谐振频率
Figure BDA0003515494390000081
谐振电感与励磁电感串联的等效电感与谐振电容的串联谐振频率fr2＝45kHz；谐振电感的一端连接在开关管S1的管脚2，另一端连接在高频变压器6的原边一端，励磁电感Lm并联在高频变压器6的两端，谐振电容Cr一端连接在开关管S2的管脚2，另一端连接在高频变压器6的原边一端。
所述的高频变压器6为高频隔离变压器，变比为300：375；高频隔离变压器原边的一端连接谐振电感Lr和励磁电感Lm，原边的另一端连接至励磁电感Lm的另一端和谐振电容Cr的一端，在逆变电路3输出方波电压的激励下，谐振电路6的谐振电感Lr、励磁电感Lm、谐振电容Cr产生近似正弦的高频谐振电流，通过高频隔离变压器原边传输到其副边。
所述的整流电路7采用全波整流电路、桥式整流电路或者同步整流电路，该整流电路7用于将高频变压器6输出的交流电压整流为直流电压。
当该整流电路7为全波整流电路时，如图2-3所示，其包含两个整流二极管D1和D2，组成全波整流电路，其中二极管D1的一端用于连接高频变压器6的副边上端，另一端用于连接第二滤波电路8的输入侧一端，二极管D2的一端用于连接高频变压器6的副边下端，另一端用于连接第二滤波电路8的输入侧另一端。
当所述整流电路7采用桥式整流电路时，如图4-5所示，该整流电路7包括四个相同的整流二极管D1、D2、D3和D4，其中二极管D1的下端与D3的上端相连后连接至高频变压器6的副边上端，二极管D2的下端与D4的上端相连后连接至高频变压器6的副边下端。二极管D1的上端与二极管D2的上端相连后连接至第二滤波电路8的输入侧一端，极管D3的下端与二极管D4的下端相连后连接至第二滤波电路8的输入侧另一端。
所述的第二滤波电路8为一个直流滤波电容C2,直流滤波电容C2并联在整流电路7的输出端，其中直流滤波电容C2的一端连接在整流二极管D1的一端，直流滤波电容C2的另一端连接在高频变压器中心抽头的输出端，第二滤波电路8用于滤除整流电路7输出电压中的谐波，为负载提供稳定的直流输出电压。第二滤波电路8的反馈端连接至电压电流采集电路的输入端，电压电流采集电路的输出端连接至控制器的输入端，控制器的输出端连接至驱动电路的输入端，驱动电路的输出端连接至分流计电路2的输入端。
请参考图6，一种恒流转恒压变换控制方法，基于一种恒流转恒压变换拓扑***实现，包含如下步骤：
S1：采集第二滤波电路8后的输出电压值Vout和输出电流值iout；
S2：计算得出输出电压误差值eu＝Vout *-Vout。将电压误差值送入控制器101中的电压环PI控制器，计算得出反馈电流参考值i*＝Kp1eu+Ki1×(∫eudt+C)。其中Kp1和Ki1分别为输出电压比例系数和输出电压积分系数，t为时间，C为积分常数；
S3：将采集的输出电流值iout和电压环PI控制器计算的反馈电流参考值i*做比较，计算得出输出电流误差值ei＝i*-iout。将输出电流误差值ei送入控制器101中的电流环PI控制器，计算得出分流计占空比指令D＝Kp2ei+Ki2×(∫eidt+C)，其中Kp2和Ki2分别为输出电流比例系数和输出电流积分系数，t为时间，C为积分常数；
S4：根据占空比D的大小，如图3或5中所示的驱动电路111生成开关频率为20Khz的PWM驱动信号，用以控制分流计电路2中的开关管Q1；
S5：逆变电路4采用恒频、恒宽开环控制，开关频率等于谐振频率
Figure BDA0003515494390000091
的PWM驱动信号，用以控制逆变电路4中的开关管，使其产生高频交流电压信号；
S6：将PWM驱动信号送给相应的开关管，使电路完成恒流向恒压转换。
所述输出电压比例系数Kp1、输出电压积分系数Ki1、输出电流比例系数Kp2、输出电流积分系数Ki2的确定过程为：
(1)将Kp1、Ki1初始值取为0，先调节电流内环，给定电流反馈值i*为常数；
(2)计算电流环PI控制器参数，先调试Kp2，查看此时所述恒流转恒压变换控制***的输出电流波形是否振荡，是则降低Kp1直至波形振荡消除，转过程(3)；否则，则转过程(2)继续调试Kp1；
(3)固定Kp2值，调试Ki2，查看此时输出电流波形是否波动，是则降低Ki1直至波形振荡消除；否则，则转过程(3)继续调试Ki1；
(4)将Kp1和Ki1的最终值作为输出电流比例系数Kp1和输出电流积分系数Ki1。
(5)此时再调节电压外环PI控制器，取电流反馈值i*＝Kp1eu+Ki1×(∫eudt+C0)。将Ki1初始值取为0。
(6)先调试Kp1，查看此时所述恒流转恒压变换控制***的输出电压波形是否振荡，是则降低Kp1直至波形振荡消除，转过程(7)；否则，则转过程(6)继续调试Kp2；
(7)固定Kp1值，调试Ki1，查看此时输出电压波形是否波动，是则降低Ki2直至波形振荡消除；否则，则转过程(6)继续调试Ki1；
(8)最终得到输出电压比例系数Kp1、输出电压积分系数Ki1、输出电流比例系数Kp2、输出电流积分系数Ki2。
本发明的有益效果是：该恒流转恒压变换拓扑***能够将恒定电流源转化为设定电压值，实现了恒流向恒压变换，通过分流计电路和LLC电路级联，LLC谐振变换器的开关管可实现ZVS开通，并且变换器次级的整流二极管也为ZVS开关，因此该恒流转恒压变换器能够到达较高的效率。另外该恒流转恒压变换器可以经受更宽的输入和负载变化，拓宽了其应用范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种恒流转恒压变换拓扑***，其特征在于：包括：输入电流源(1)，分流计电路(2)、第一滤波电路(3)、逆变电路(4)、谐振电路(5)、高频变压器(6)、整流电路(7)、第二滤波电路(8)、电压电流采集电路(901)、控制器(101)和驱动电路(111)；
输入电流源(1)的输出端连接分流计电路(2)的第一输入端，分流计电路(2)的输出端与第一滤波电路(3)输入端相连，第一滤波电路(3)输出端与逆变电路(4)输入端相连，逆变电路(4)输出端与谐振电路(5)输入端相连，谐振电路(5)输出端与高频变压器(6)输入端相连，高频变压器(6)输出端与整流电路(7)输入端相连，整流电路(7)的输出端与第二滤波电路(8)输入端相连，第二滤波电路(8)的反馈端与电压电流采集电路(901)的输入端相连，电压电流采集电路(901)的输出端连接控制器(101)的输入端，控制器(101)的输出端连接驱动电路(111)的输入端，驱动电路(111)的输出端与分流计电路(2)第二输入端相连；
该恒流转恒压变换拓扑***首先通过逆变电路逆变为高频交流，然后再通过谐振电路(5)、高频变压器(6)隔离，采用整流电路(7)和第二滤波电路(8)进行整流滤波后为负载端进行供电，电压电流采样电路(901)通过对负载端输出电压及电流进行采样，采样信号经过控制器(101)反馈调节分流计电路(2)开关管占空比，使该恒流转恒压变换拓扑***的输出电压达到预定值。
2.如权利要求1所述的一种恒流转恒压变换拓扑***，其特征在于：所述分流计电路(2)包含一个开关管Q1和一个二极管D0，其中开关管Q1的管脚1连接在输入电流源(1)的正极，开关管Q1的管脚2连接在输入电流源(1)的负极，二极管D0的正极分别连接开关管Q1的正极和输入电流源(1)的正极，第一滤波电路(3)为直流滤波电容C0，连接在分流计电路(2)的输出端，其中滤波电容C0的正极连接二极管D0的负极，滤波电容C0的负极分别连接输入电流源(1)的负极和开关管Q1的管脚2，分流计电路(2)用于将输入电流源(1)的电源值转换为电压值，并产生较高的输出电压。
3.如权利要求1所述的一种恒流转恒压变换拓扑***，其特征在于：所述第一滤波电路(3)为一个直流滤波电容C0，逆变电路(4)包括有开关管S1和开关管S2，开关管S1的管脚2与开关管S2的管脚1相连后再连接在第一滤波电路(3)的输出端，其中开关管S1的管脚1连接在直流滤波电容C0的正极，开关管S2的管脚2连接在直流滤波电容C0的负极，第一滤波电路(3)用于滤除分流计电路(2)输出的电压中的谐波，为逆变电路(5)提供稳定的直流输出电压。
4.如权利要求1所述的一种恒流转恒压变换拓扑***，其特征在于：所述逆变电路(4)采用半桥逆变电路或者全桥逆变电路，该逆变电路(4)用于将直流电压逆变为方波电压，来实现直流电压转交流电压的逆变；
当所述逆变电路(4)采用半桥逆变电路时，该逆变电路(4)包含两个相同的开关管S1、S2，开关管S1、S2的管脚1和管脚2之间分别连接一组并联的二极管和缓冲电容，其中二极管的阳极连接对应开关管的管脚2，阴极连接对应开关管的管脚1，开关管S1的管脚2与开关管S2的管脚1相连后再连接谐振电路(5)的输入端，开关管S1的管脚1和开关管S2的管脚2用于连接第一滤波电路(3)的输出端，其中开关管S1的管脚1连接第一滤波电路(3)中直流滤波电容C0的正极，开关管S2的管脚2连接第一滤波电路(3)中直流滤波电容C0的负极，开关管S1、S2选用的类型均为MOSFET、BJT以及IGBT中的一种；
当所述逆变电路(4)为全桥逆变电路时，逆变电路(4)包含开关管S1、S2、S3、S4，开关管S1、S2、S3、S4的管脚1和管脚2之间分别连接一组并联的二极管和缓冲电容，其中二极管的阳极连接对应开关管的管脚2，阴极连接对应开关管的管脚1，开关管S1的管脚2与开关管S3的管脚1相连，开关管S2的管脚2与开关管S4的管脚1相连，然后连接至谐振电路(5)的输入端；开关管S1的管脚1与S2的管脚1相连后连接至第一滤波电路(3)中直流滤波电容C0的正极，开关管S3的管脚2与S4的管脚2相连后连接至第一滤波电路(3)中直流滤波电容C0的负极，开关管S1、S2、S3、S4选用的类型均为MOSFET、BJT以及IGBT中的一种。
5.如权利要求1所述的一种恒流转恒压变换拓扑***，其特征在于：所述谐振电路(6)包括LLC谐振电路，该LLC谐振电路包含一个谐振电感Lr、一个励磁电感Lm和一个谐振电容Cr，谐振电感Lr的一端连接在开关管S1的管脚2，另一端连接在高频变压器(6)的原边一端，励磁电感Lm并联在高频变压器(6)的两端，谐振电容Cr一端连接在开关管S2的管脚2，另一端连接在高频变压器(6)的原边一端。
6.如权利要求1所述的一种恒流转恒压变换拓扑***，其特征在于：所述高频变压器(6)为高频隔离变压器，高频隔离变压器的副边为一个或者两个中心抽头，高频隔离变压器原边的一端连接谐振电感Lr和励磁电感Lm，原边的另一端连接至励磁电感Lm的另一端和谐振电容Cr的一端，在逆变电路(4)输出方波电压的激励下，谐振电路(5)的谐振电感Lr、励磁电感Lm、谐振电容Cr产生近似正弦的高频谐振电流，通过高频隔离变压器原边传输到其副边。
7.如权利要求1所述的一种恒流转恒压变换拓扑***，其特征在于：所述整流电路(7)采用全波整流电路、桥式整流电路或者同步整流电路，该整流电路(7)用于将高频变压器(6)输出的交流电压整流为直流电压；
当所述整流电路(7)采用全波整流电路时，该整流电路(7)包括两个整流二极管D1和D2，其中二极管D1的一端连接高频变压器(6)的副边上端，二极管D2的一端连接高频变压器(6)的副边下端，二极管D1和二极管D2的另一端均连接第二滤波电路(8)的输入端；
当所述整流电路(7)采用桥式整流电路时，该整流电路(7)包括四个整流二极管D1、D2、D3和D4，其中二极管D1的下端与D3的上端相连后连接至高频变压器(6)的副边上端，二极管D2的下端与D4的上端相连后连接至高频变压器(6)的副边下端；二极管D1的上端与二极管D2的上端相连二极管D3的下端与二极管D4的下端相连后均连接至第二滤波电路(8)的输入端。
8.如权利要求7所述的一种恒流转恒压变换拓扑***，其特征在于：所述第二滤波电路(8)为一个直流滤波电容C1，直流滤波电容C1并联在整流电路(7)的输出端，其中直流滤波电容C1的一端连接在整流二极管D1的一端，直流滤波电容C1的另一端连接在高频变压器(6)的中心抽头的输出端，第二滤波电路(8)用于滤除整流电路(7)输出电压中的谐波，为负载提供稳定的直流输出电压。
9.一种恒流转恒压变换控制方法，基于权利要求1-8任一项所述的一种恒流转恒压变换拓扑***实现，其特征在于，包含如下步骤：
S1：采集第二滤波电路(8)后的输出电压值Vout和输出电流值iout；
S2：计算得出输出电压误差值eu＝Vout *-Vout，将电压误差值eu送入控制器(101)中的电压环PI控制器，计算得出反馈电流参考值i*＝Kp1eu+Ki1×(∫eudt+C1)，其中Kp1和Ki1分别为输出电压比例系数和输出电压积分系数，t为时间，C1为积分常数；
S3：将采集的输出电流值iout和电压环PI控制器计算的反馈电流参考值i*做比较，计算得出输出电流误差值ei＝i*-iout，将输出电流误差值ei送入控制器(101)中的电流环PI控制器，计算得出分流计占空比指令D＝Kp2ei+Ki2×(∫eidt+C2)，其中Kp2和Ki2分别为输出电流比例系数和输出电流积分系数，t为时间，C2为积分常数；
S4：根据占空比D的大小，生成固定开关频率的PWM驱动信号，用以控制分流计电路(2)中的开关管Q1；
S5：逆变电路(4)采用恒频、恒宽开环控制，开关频率等于谐振频率
Figure FDA0003515494380000041
的PWM驱动信号，用以控制逆变电路(4)中的开关管，使其产生高频交流电压信号；其中，Cr为谐振电容，Lr为谐振电感；
S6：将PWM信号送给相应的开关管，使电路完成恒流向恒压转换。
10.如权利要求9所述的一种恒流转恒压变换控制方法，其特征在于，所述输出电压比例系数Kp1、输出电压积分系数Ki1、输出电流比例系数Kp2、输出电流积分系数Ki2的确定过程为：
(1)将Kp1、Ki1初始值取为0，先调节电流内环，给定电流反馈值I*为常数；
(2)计算电流环PI控制器参数，先调试Kp2，查看此时恒流转恒压变换拓扑***的输出电流波形是否振荡，若是，则降低Kp1直至波形振荡消除，然后转到过程(3)；否则，则转到过程(2)继续调试Kp1；
(3)固定Kp2值，调试Ki2，查看此时恒流转恒压变换拓扑***的输出电流波形是否波动，若是，则降低Ki1直至波形振荡消除；若否，则转到过程(3)继续调试Ki1；
(4)将确定的Kp1和Ki1的最终值作为输出电流比例系数Kp1和输出电流积分系数Ki1；
(5)此时再调节电压外环PI控制器，取电流反馈值I*＝Kp1eu+Ki1×(∫eudt+C0)，Ki1初始值取为0；
(6)先调试Kp1，查看此时恒流转恒压变换拓扑***的输出电压波形是否振荡，若是，则降低Kp1直至波形振荡消除，然后转到过程(7)；否则，则转到步骤S6继续调试Kp2；
(7)固定Kp1值，调试Ki1，查看此时恒流转恒压变换拓扑***的输出电压波形是否波动，若是，则降低Ki2直至波形振荡消除；若否，则转到过程(6)继续调试Ki1；
(8)根据上述操作，最终得到输出电压比例系数Kp1、输出电压积分系数Ki1、输出电流比例系数Kp2、输出电流积分系数Ki2。
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