一种宽输入直流稳压控制拓扑电路及控制方法与流程

本发明涉及电力电子领域，具体是一种宽输入直流稳压控制拓扑电路及控制方法。

背景技术：

1、目前，电力用直流控制系统控制母线稳压采用硅链控制方法，利用多组串联硅二极管实现控制母线的稳压，存在的主要问题有：体积大、响应速度慢，且当输入电压低于控制母线电压时无法调节。同时，采用硅链控制稳压，能量消耗大，以5级硅链，输出电流20a为例，硅链稳压器年消耗的电能为：

2、

3、如果采用斩波电路，使开关管只工作于开关状态，可大大降低稳压器的功耗。常用的宽输入电压范围的斩波电路拓扑结构主要有buck-boost电路和cuk电路，但以上两种拓扑电路输出电压均为反极性输出，不能满足电力用直流屏控制母线需同极性电压输出的要求。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题就是克服以上的技术缺陷，提供一种具有结构简单、成本低，效率高，可靠性好，适用性广、能够实现同极性电压输出的宽输入直流稳压控制拓扑电路及控制方法。

2、为了解决上述问题，本发明的技术方案为：一种宽输入直流稳压控制拓扑电路及控制方法，其特征在于：所述电路在输入电压高于或低于输出电压时能够获得稳定的同极性直流输出电压；

3、所述电路包括直流输入单元、自稳定降压单元、滞环控制旁路单元、boost升压单元和直流输出单元；

4、所述自稳定降压单元连接于直流输入单元，所述滞环旁路控制单元并接于自稳定降压单元的充电开关管上，所述boost升压单元连接于自稳定降压单元输出，所述直流输出单元连接于boost升压单元输出，所述boost升压单元连接于负载。

5、进一步，所述输入电压高于输出电压，所述自稳定降压单元利用电路负反馈实现输入直流电源的降压，所述输出电压值由第一电阻和第二电阻的分压比确定。

6、进一步，所述降压充电开关管基极电压高于发射极电压时，所述开关管导通，所述电容进行充电并给boost升压单元供电；

7、作为优选地，所述电容电压充电到基极电压时，所述开关管截止，所述电容储能向boost升压单元提供电能。

8、进一步，所述输入电压低于输出电压的10％-20％时，所述滞环旁路控制单元的开关管闭合，所述输入电源直接向boost升压单元提供电能。

9、进一步，所述滞环旁路控制单元的开关管采用滞环控制，所述滞环环宽一般取10v-30v。

10、进一步，所述滞环旁路控制单元输出通过快恢复二极管与自稳定降压单元的分压电阻连接，对所述自稳定降压单元的开关管控制极进行钳位。

11、进一步，所述滞环旁路控制采用微处理器进行控制，通过采集直流输入电压，根据滞环控制算法输出滞环旁路控制单元的控制信号，经隔离放大后控制开关管的导通与截止。

12、进一步，所述自稳定降压单元的输出电压通过boost升压电路向负载提供稳定的同极性直流输出电压。

13、进一步，所述boost升压电路采样闭环pi控制技术，所述输入电压波动时仍能保持输出电压稳定；

14、作为优选地，所述boost升压电路开关管的控制信号由专用控制芯片或微处理器产生，经过放大后驱动boost升压电路开关管的导通与截止。

15、进一步，所述电路设有输入和输出保护电路。

16、本发明与现有的技术相比的优点在于：

17、(1)自稳定降压单元的充电开关管输出端连接稳压电容，当稳压电容电压低于分压电阻分压值时，充电开关管基极电压高于发射极电压，电源通过第一分压电阻和限流电阻对开关管基极充电，开关管自动导通。电源电能通过开关管一方面对稳压电容进行充电，一方面为boost升压单元提供电能，自稳定降压单元当充电开关管导通时，稳压电容的电压随着充电时间逐渐升高，当稳压电容电压接近于分压电阻分压值时，充电开关管截止。此时由稳压电容向boost升压单元提供电能；

18、(2)滞环旁路控制开关管与自稳定降压开关管并联，当电源电压较低时，滞环旁路控制开关管闭合时，电源经滞环旁路开关管给boost升压单元供电，自稳定降压单元开关管的c-e间加反向电压，被强制关断，滞环旁路控制开关管控制方式采用滞环控制，一般设置滞环环宽为20v，滞环控制信号由微处理器产生，经隔离放大后驱动滞环旁路控制开关管的导通与截止；

19、(3)若boost升压单元的输入电压为vi，开关管导通时间为ton，开关管的工作周期为t，则输出电压为vo：

20、

21、(4)直流输出单元包括过压保护电路，电压采样电路、电流采样电路。过压保护电路采样压敏电阻，电压采样电路利用分压电阻实现输出电压采样，电流采样电路利用串接的取样电阻实现输出电流采样，宽输入直流稳压控制电路采用32位arm微处理器作为主控制器，功能模块包括：辅助电源模块、输入电压采样模块、输入缓启动控制模块、输出电压采样模块、输出电流采样模块、滞环旁路控制模块、状态指示模块、干接点输出模块和通信模块。

技术特征：

1.一种宽输入直流稳压控制拓扑电路及控制方法，其特征在于：所述电路在输入电压高于或低于输出电压时均能获得稳定的同极性直流输出电压；

2.根据权利要求1所述的一种宽输入直流稳压控制拓扑电路及控制方法，其特征在于：所述输入电压高于输出电压，所述自稳定降压单元利用电路负反馈实现输入直流电源的降压，所述输出电压值由第一电阻和第二电阻的分压比确定。

3.根据权利要求1所述的一种宽输入直流稳压控制拓扑电路及控制方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的一种宽输入直流稳压控制拓扑电路及控制方法，其特征在于：所述输入电压低于输出电压的10％-20％时，所述滞环旁路控制单元的开关管闭合，所述输入电源直接向boost升压单元提供电能。

5.根据权利要求4所述的一种宽输入直流稳压控制拓扑电路及控制方法，其特征在于：所述滞环旁路控制单元滞环环宽一般取10v-30v。

6.根据权利要求4所述的一种宽输入直流稳压控制拓扑电路及控制方法，其特征在于：所述滞环旁路控制单元输出通过快恢复二极管与自稳定降压单元的分压电阻连接，对所述自稳定降压单元的开关管控制极进行钳位。

7.根据权利要求4所述的一种宽输入直流稳压控制拓扑电路及控制方法，其特征在于：所述滞环旁路控制采用微处理器进行控制，通过采集直流输入电压，根据滞环控制算法输出滞环控制信号，经隔离放大后控制开关管的导通与截止。

8.根据权利要求1所述的一种宽输入直流稳压控制拓扑电路及控制方法，其特征在于：所述自稳定降压单元的输出电压通过boost升压电路向负载提供稳定的同极性直流输出电压。

9.根据权利要求8所述的一种宽输入直流稳压控制拓扑电路及控制方法，其特征在于：所述boost升压电路采样闭环pi控制技术，所述输入电压波动时仍能保持输出电压稳定；

10.根据权利要求1所述的一种宽输入直流稳压控制拓扑电路及控制方法，其特征在于：所述电路上设有输入和输出保护电路。

技术总结
本发明公开了一种宽输入直流稳压控制拓扑电路及控制方法，其特征在于：所述电路在输入电压高于或低于输出电压时均能获得稳定的同极性直流输出电压，特别适用于电力用直流屏控制母线稳压；所述电路包括直流输入单元、自稳定降压单元、滞环控制旁路单元、Boost升压单元和直流输出单元；所述自稳定降压单元连接于直流输入单元，所述滞环旁路控制单元并接于自稳定降压单元的充电开关管上，所述Boost升压单元连接于自稳定降压单元输出，所述直流输出单元连接于Boost升压单元输出，所述Boost升压单元连接于负载。本发明与现有的技术相比的优点在于：本发明具有结构简单、成本低，效率高，可靠性好，适用性广、能够实现同极性电压输出。

技术研发人员：张刚,洪日华
受保护的技术使用者：河北银华电气有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12