路的输入电压，M是互感系数，Cli1Mt是输入电感1^的电流变化率， di2/dt是输出电感1^2的电流变化率； 很显然，加大Llrai和L 2rai的数值就能降低L :或L 2中的纹波电流，若电路中满足L L 2 =M，此时Cuk电路中输入纹波电流和输出纹波电流即可降为零，但是由于磁性器件因设计 和加工的原因，元件耦合系数K总是小于1 ;
的表达式变为
式中K是元件的耦合系数； 由式⑷可知，当nK = 1时，L1输入纹波电流为零纹波电流,当K = n时，1^2中的输出 纹波电流为微纹波甚至零纹波电流要求，使得输入输出电流平滑； 同理采用上述推导公式可以得出当开关管Vt关断，二极管V D导通时的L :和L 2电流变 化率diVdt di2/dt计算公式：
M是互感系数，U。是Cuk电路的输出电压； 无论对于开关管Vd导通，二极管V D截止或是开关管V T截止，二极管V D导通工作情况 下，对于U、L2、K以及LJP L2的电流变化率di /dt、di2/dt之间的关系均可以根据式（4) 进行核算，实现Cuk电路微纹波的要求； 步骤2)中还引入了逆导二极管，在Cuk电路的功率开关管旁边并联一个逆导二极管来 保护功率开关管，防止反向击穿。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中输出电压先经过采样、起动、过 流与过压保护、过温保护和噪声滤波电路，检测输出电压变化；PID控制反馈电路由三部分 组成：电流内环、电压外环和过流保护三部分； 输出电压经采样电路得到实际输出值，此电压可以作为PID调节器的实际值并和设定 值进行比较之后校正偏差，由PID控制电路输出控制信号送到PWM电路中调整脉宽，这也构 成常规的电压反馈，即电压外环； Cuk电路中开关管的发射极与霍尔电流传感器连接，霍尔电流传感器将按被测电流大 小，选择合适的变比将电流信号转移到输出并且转化成电压信号输出到PID控制电路中和 设定值相比较并进行校正，一旦检测到电压偏离设定值，电流检测比较器将使PWM锁存器 复位，栅极驱动信号将对功率开关管输出脉冲进行调节，在输出采样电压误差出现之前， PWM电路的脉冲输出就会有调节作用，前馈补偿电路所检测的是扰动本身，只要一出现市 电电网电压的变化，就会马上同步地进行检测和补偿，这样就可以将瞬态电压误差减到最 小，构成电流反馈内环； 这两个反馈最终转化成控制信号送到所述的PWM电路，构成了电压电流双闭环结构， 达到补偿稳定输出的效果； 过大的浪涌电流影响电路系统正常工作，对电路和器件造成很大的冲击，因此，必须设 计限流装置对其加限制，本发明中采用霍尔电流传感器进行过流检测，其工作原理为：当霍 尔电流传感器在负载输出端检测到的电流值大于设定值时，输出信号强制PWM信号为〇,从 而关断开关元件使电流不再上升，此法限流准确，能有效防止短路，易于实施过流保护； PWM电路是通过误差放大器产生一个控制信号，它作用于PWM比较器，与控制芯片内部 振荡器产生的幅值固定的锯齿波比较产生一个PWM信号，这路PWM信号再经过与时钟脉冲 的作用之后产生最终用来控制功率开关管的占空比可调的PWM信号，因此所述的PWM电路 自动调节的实现完全是靠反馈即误差放大器来实现，当负载电流减小或直流输入电压升高 时，都会引起输出电压的升高，这时系统的反馈电压增大，控制信号减小，使得输出的脉宽 变窄从而使得输出电压降低。
4. 一种采用微纹波Cuk式变换器的电子束焊机电源高压稳压装置，其特征在于，包括 升压整流滤波电路、Cuk主电路、控制电路、输出电路； 所述升压整流滤波电路的作用是获得平滑的高压电压； 所述Cuk主电路的作用是进行功率变换、调压，还能起到抑制电流脉动纹波的作用； 所述控制电路的作用是通过双闭环的反馈产生实际的电压电流值与设定值电压相比 较产生控制信号经过PWM电路，控制功率器件的占空比，达到稳定焊接束流的作用； 升压整流滤波电路的输出端与Cuk主电路的输入相连接，Cuk主电路的控制输入端与 控制电路的输出端相连接，Cuk主电路的控制输入端和控制电路的输出端相连接，Cuk主电 路的输出端与输出电路的输入端相连接，控制电路的输入端与输出电路的输出端相连接。
5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述Cuk主电路包括输入电感和输出电 感，电感之间相互耦合，输入电容和输出电容，输出二极管和功率开关三极管以及逆导二极 管，输入电感与输入电容和功率开关三极管、逆导二极管公共端相连接，输出电感的一端与 输入电容输出二极管的公共端相连接，另一端与输出电容相连接，输出电容为输出电路的 输出端，功率开关三极管的栅极为控制输入端，功率开关三极管的发射极为电流反馈端。
6. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的控制电路包括PWM电路、PID控制 电路、两个霍尔电流传感器电路，控制电路中PWM电路与PID控制电路相连接，PID控制电 路与两个霍尔电流传感器电路相连接，PWM电路的输出端为控制电路的输出端，PID控制电 路的输入端为控制电路的输入端，两个霍尔电流传感器电路的输出端分别为控制电路的 电流输入端和过流保护端，同时PID控制电路与设定值电路连接。
【专利摘要】本发明公开了一种采用微纹波Cuk式变换器的电子束焊机电源高压稳压方法及装置，包括如下步骤：1）三相交流电源经升压、整流、滤波后，获得高压电压；2）高压电压经过直流变换器，控制通断占空比来调整输出电压；3）输出电压通过PID和PWM电路，控制功率器件的占空比，可以调整输出电压的大小；4）在输出电容处获得所需要的电压，还包括升压整流滤波电路、uk主电路、控制电路、输出电路；在开关电源电路中引入Cuk电路，利用耦合电感的性质将Cuk电路的两个电感耦合，合理分配电感的耦合度，大幅度降低了电路纹波，加入前馈电路使输入端产生的波动直接从输入端获得调整，使得整个电源系统控制调节速度更高更稳定，并且结构简单，控制容易，成本低廉。
【IPC分类】H02M3-335, H02M1-14
【公开号】CN104821726
【申请号】CN201510153977
【发明人】莫金海, 乔艳平, 李威, 张晓媛, 王红
【申请人】桂林电子科技大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月2日