超宽输入电压范围dc-dc电源反激变换器控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种工业电源领域的技术运用，尤其涉及一种超宽输入电压范围DC-DC电源反激变换器控制方法。
【背景技术】
[0002]现在光伏发电系统的输入电压范围一般为150V-1000V，而传统的DC-DC电源变换器，利用固定频率模式来控制输入电压比例为1:3，即120V-385V，无法满足光伏发电系统的输入电压比例为1:6.6，即150V-1000V，由于输入电压不同，变压器输入电流的线性变化率不同，因此主功率开关管的导通时间和关断时间也不一样，在高电压输入时，功率管的导通时间很短，功率管瞬时流过的峰值电流很大，在功率管关闭时，可能发生饱和状态。结果是可能导致功率管的电流不是线性打开，效率降低，可靠性降低。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种超宽输入电压范围DC-DC电源反激变换器控制方法，利用压控振荡频率控制方法，来满足光伏发电系统超宽输入电压范围，当输入电压变化时，变压器反馈绕组的电压也变化，使IC的振荡频率也变化，从而实现光伏发电系统超宽输入电压范围。
[0004]本发明的技术解决方案是:一种超宽输入电压范围DC-DC电源反激变换器控制方法，利用压控振荡频率控制方法，即在振荡电路中采用压控元器件来控制频率，也就是改变开关管的导通时间和频率，来实现光伏发电系统超宽输入电压范围。
[0005]本发明去除基准电压对定时电阻的控制，引入一可变电压给定时电阻和误差放大器，电压转换器设置在误差放大器后与压控振荡器之间，用一个简单的3.3V稳压管放在误差放大器后来接受整个的输出电压的变化，当输入电压低，输出满载时，开关管的占空比将超过50%，压控振荡器的输入电压将达到7V，启动时定时电容和定时电阻，他们决定最大工作频率，本发明中启动时定时电容选220PF、定时电阻选27K，它们的振荡频率最大为140KHZ,当变压器反馈绕组的输入电压大于3.3V时，压控振荡器开始振荡，该振荡器可产生锯齿波，其振荡频率由电阻和电容决定，当反馈绕组的电压变大时，压控振荡器的频率由140KHZ 降为 75KHZ。
[0006]压控振荡器是在振荡电路中采用压控元器件来控制频率，如直流电压作为压控控制电压，压控振荡器可制成频率调节方便的信号源；压控元器件一般都是用变容二极管，它的电容量受到输入电压VIN的控制，VIN变化时，即引起振荡频率(f)变化，因此压控振荡器事实上就是一种电压到频率的变换器，它的特性瞬时频率fv与控制电压Vc之间时线性关系，在线性范围内，这一线性曲线可以用以下方程式表示:fv(t) = fo+kvvc (t),式中，kv是特性曲线斜率，它表示单位控制电压所引起的角频率变化的大小。
[0007]所述反激变换器由变压器、功率开关管、输出整流管、输出滤波电路、电压反馈电路、振荡电路组成。
[0008]反激变换器工作有两种模式，即不连续模式、连续模式；在轻载时反激变换器工作在不连续模式；在重载时反激变换器工作在连续模式；不连续模式是变压器完全释放能量，连续模式是变压器不完全释放能量；其满足条件为:L ^ V*TON/2IT为不连续模式，L
<V*TON/2IT为连续模式；其一次侧电感电流均按VIN/LP线性变化；在连续模式下，主功率元器件和变压器的利用率都会提高，电流在一次侧线圈和二次侧线圈都是连续的，且输出滤波电容的纹波电流很大。
[0009]本发明的有益效果是:本发明控制简单，减少成本，减少体积，能够有效解决市场上用两级电路来实现的问题，可用单级电路直接变换成输出电压。
【附图说明】
[0010]图1为本发明反激式变换器框图；
[0011]图2为本发明系统流程图；
[0012]图3为本发明工作原理示意图；
[0013]图4为本发明特性瞬时频率与控制电压关系曲线图。
【具体实施方式】
[0014]以下结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步的详细说明。
[0015]如图1、图2、图3、图4所示，图1为本发明反激式变换器框图；图2为本发明系统流程图；图3为本发明工作原理示意图；图4为本发明特性瞬时频率与控制电压关系曲线图。
[0016]超宽输入电压范围DC-DC电源反激变换器控制方法，利用压控振荡频率控制方法，即在振荡电路中采用压控元器件来控制频率，也就是改变开关管的导通时间和频率，来实现光伏发电系统超宽输入电压范围。
[0017]如图3，本发明去除基准电压对定时电阻的控制，引入一可变电压给定时电阻和误差放大器，电压转换器设置在误差放大器后与压控振荡器之间，用一个简单的3.3V稳压管放在误差放大器后来接受整个的输出电压的变化，当输入电压低，输出满载时，开关管的占空比将超过50%，压控振荡器的输入电压将达到7V，C7是启动时定时电容，RlO是定时电阻，他们决定最大工作频率，本发明中启动时定时电容选220PF、定时电阻选27K，它们的振荡频率最大为140KHZ，当变压器反馈绕组的输入电压大于3.3V时，压控振荡器开始振荡，该振荡器可产生锯齿波，其振荡频率由于IC2845的第4脚相连的电阻和电容决定，当反馈绕组的电压变大时，压控振荡器的频率由140KHZ降为75KHZ。
[0018]压控振荡器是在振荡电路中采用压控元器件来控制频率，如直流电压作为压控控制电压，压控振荡器可制成频率调节方便的信号源；压控元件一般都是用变容二极管，它的电容量受到输入电压VIN的控制，VIN变化时，即引起振荡频率(f)变化，因此压控振荡器事实上就是一种电压到频率的变换器，它的特性瞬时频率fv与控制电压Vc之间的关系曲线图如图4所示，图中，中心频率fo时在没有外加控制电压时的固有频率在一定范围内，fv与vc之间时线性关系，在线性范围内，这一线性曲线可以用以下方程式表示:fv(t)=fo+kvvc (t),式中，kv是特性曲线斜率，它表示单位控制电压所引起的角频率变化的大小。
[0019]所述反激变换器由变压器、功率开关管、输出整流管、输出滤波电路、电压反馈电路、振荡电路组成。
[0020]反激变换器工作有两种模式，即不连续模式、连续模式；在轻载时反激变换器工作在不连续模式；在重载时反激变换器工作在连续模式；不连续模式是变压器完全释放能量，连续模式是变压器不完全释放能量；其满足条件为:L ^ V*TON/2IT为不连续模式，L
<V*TON/2IT为连续模式；其一次侧电感电流均按VIN/LP线性变化；在连续模式下，主功率元器件和变压器的利用率都会提高，电流在一次侧线圈和二次侧线圈都是连续的，且输出滤波电容的纹波电流很大。
[0021]实际案例:
[0022]1:输出功率:17W
[0023]2:输出电压:+5V@lA MAX
[0024]+12VilA MAX
[0025]3:输入电压:150VDC—1000VDC
[0026]4:最大输入电压:1000VDC
[0027]相关计算:
[0028]PO = 5V*1A+12V*1A = 17W
[0029]Iav (max) = PO/ n Vin = 17W/0.8*150V = 0.14A
[0030]Ipk = 5.5PO/VIN = 5.5*17W/150VDC = 0.62A
[0031]LP = D*VIN/Ipk*f = 0.5*150VDC/0.62A*140KHZ = 0.86mH
[0032]Bmax = 3500GS/2*2V2= 1300GS
[0033]Ig = 0.4 it *LP*Ipk2*1000000000/Ae*Bmax2= 0.4*3.14*0.86mH*0.62A*0.62A*1000000000/0.6cm2*1300GS2= 0.046cm
[0034]Np = 1000 LP/100mHl/2 = 93TS
[0035]NSl = (VOI+VF)* (1-Dmax)*NP/Dmax*VIN = (12V+1V)*0.5*93TS/0.5*150V = 8TS
[0036]NS2 = (V02+VF)*(1-Dmax)*NP/Dmax*VIN = (5V+0.5V)*0.5*93TS/0.5*150V =4TS。
[0037]本发明控制简单，减少成本，减少体积，能够有效解决市场上用两级电路来实现的问题，可用单级电路直接变换成输出电压。
[0038]虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，但同样在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种超宽输入电压范围DC-DC电源反激变换器控制方法，其特征在于:利用压控振荡频率控制方法，即在振荡电路中采用压控元器件来控制频率，改变开关管的导通时间和频率，实现光伏发电系统超宽输入电压范围。
2.根据权利要求1所述的超宽输入电压范围DC-DC电源反激变换器控制方法，其特征在于:去除基准电压对定时电阻的控制，引入一可变电压给定时电阻和误差放大器，电压转换器设置在误差放大器后与压控振荡器之间，用一个简单的3.3V稳压管放在误差放大器后来接受整个的输出电压的变化，当输入电压低、输出满载时，开关管的占空比将超过50%，压控振荡器的输入电压将达到7V，启动时定时电容和定时电阻决定最大工作频率，振荡频率最大为140KHZ，当变压器反馈绕组的输入电压大于3.3V时，压控振荡器开始振荡，振荡器可产生锯齿波，其振荡频率由电阻和电容决定；当反馈绕组的电压变大时，压控振荡器的频率降低。
3.根据权利要求1所述的超宽输入电压范围DC-DC电源反激变换器控制方法，其特征在于:所述压控元器件为变容二极管，其电容量受到输入电压VIN的控制，VIN变化时，即引起振荡频率(f)变化。
4.根据权利要求1所述的超宽输入电压范围DC-DC电源反激变换器控制方法，其特征在于:特性瞬时频率fv与控制电压Vc成时线性关系，可表示为:fv(t) = fo+kvvc (t)，所述kv是特性曲线斜率，表示单位控制电压所引起的角频率变化的大小；所述启动时定时电容选220PF ;所述定时电阻选27K。
5.根据权利要求1所述的超宽输入电压范围DC-DC电源反激变换器控制方法，其特征在于:反激变换器由变压器、功率开关管、输出整流管、输出滤波电路、电压反馈电路、振荡电路组成；反激变换器工作有两种模式，即不连续模式、连续模式；在轻载时反激变换器工作在不连续模式；在重载时反激变换器工作在连续模式；不连续模式是变压器完全释放能量，连续模式是变压器不完全释放能量；其满足条件为:L ^ V*T0N/2IT为不连续模式，L< V*T0N/2IT为连续模式；其一次侧电感电流均按VIN/LP线性变化；在连续模式下，主功率元器件和变压器的利用率都会提高，电流在一次侧线圈和二次侧线圈都是连续的，且输出滤波电容的纹波电流很大。
【专利摘要】本发明公开了一种超宽输入电压范围DC-DC电源反激变换器控制方法，主要利用压控振荡频率控制方法，来满足光伏发电系统超宽输入电压范围，当输入电压变化时，变压器反馈绕组的电压也变化，使IC的振荡频率也变化，从而实现光伏发电系统超宽输入电压范围。本发明控制简单，减少成本，减少体积，能够有效解决市场上用两级电路来实现的问题，可用单级电路直接变换成输出电压。
【IPC分类】H02M3-335
【公开号】CN104617776
【申请号】CN201410506195
【发明人】张海波, 何昌平, 孙邦伍, 王兆明
【申请人】南京冠亚电源设备有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年9月26日