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基于续流二极管实现双向恒压控制驱动脉冲电路的设计

2020年07月10日 11:25 次阅读

在需要单向升降压且能量可以双向活动的场合,很有应用价值,如应用于混合动力电动汽车时,辅以三相可控全桥电路,可以实现蓄电池的充放电。采用一般的二极管续流,其导通电阻较大,应用在大电流场合时,损耗很大。

用导通电阻非常小的MOS管代替二极管,可以解决损耗题目,但同时对驱动电路提出了更高的要求。

同步整流技术是近几年研究的热门,主要应用于低压大电流领域,其目的是为了解决续流管的导通损耗题目。此外,对Buck电路应用同步整流技术,用MOS管驱动电路代替二极管后,电路从拓扑上整合了Buck和Boost两种变换器,为实现双向DC/DC变换提供了可能。

本文是在Buck同步整流的基础上,充分利用电路从拓扑上整合了Buck和Boost两种变换器的特点,提出了双向DC/DC变换,而并针对双向恒压控制和恒流控制两种不同的控制方式,分析了对驱动电路的要求,并给出了各自驱动脉冲的实现方法。

根据下面的分析,给出了双向恒压控制的控制驱动脉冲实现电路。当电路工作于反向Boost升压电路时,SR作为主开关管,当SR导通时,Sw关断,电感L储能;当SR关断时,Sw导通续流,电感L释能给输出负载供电。

基于续流二极管实现双向恒压控制驱动脉冲电路的设计

1、参数设计

双向同步整流电路拓扑如图1所示。详细算式如下。当电路工作于正向Buck时,Sw作为主开关管,当Sw导通时,Sw关断,电感L储能;当Sw关断时,SR导通续流,电感L释能给输出负载供电。

当电路工作在正向Buck模式;相反,当K=0时,,SR=DB,电路工作在反向Boost模式。

电路拓扑

当采用恒压型控制时,Buck和Boost电路各自的被控电压随主开关管的占空比D的变换逻辑恰好相反,因此,为了实现双向直流变换,还须增加一个控制脚,以切换两种工作模式下主开关管的定义,实现方法是交换两路控制脉冲,用逻辑电路来实现,逻辑表达式为:

双向恒压控制的驱动设计

双向直流变换电路的工作原理同传统的Buck及Boost变换器类似,当主开关管导通时,续流管关断,当主开关管关断时,续流管导通工作。

单向驱动脉冲的要求

2、驱动电路设计

为电感电流。所以两管驱动脉动应互补,同时为了防止共通,发生短路而烧毁器件,必需设置死区。

结语

最后,需要指出的是,采用数字控制,系统更简朴,控制更灵活,抗干扰特性强,系统维护也利便,但考虑到单片机DSP,数字信号处理器本钱相对较高,故以上双向同步整流变换控制的分析设计采用硬件电路实现。

△lmin为Buck和Boost电路电流纹波要求的较小值;

△Vg为Boost电路输出电压纹波要求;

△Vo为Buck电路输出电压纹波要求;

△Q为对应输出电压纹波的电荷增量;

D为Sw管的占空比:

Vo为Boost电路输入电压;

式中:Vg为Buck电路输入电压;

设置电感L是为了按捺电流脉动,因此其设计依据是电流纹波要求。电容C1主要是为了在Boost电路Sw关断时,维持输出电压恒定,而电容C2主要是为了按捺Buck输出电压脉动,其设计依据是电压纹波要求,因此两个电容的参数设计并不一致。实验结果与理论分析吻合。

责任编辑:gt

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