基于续流二极管实现双向恒压控制驱动脉冲电路的设计

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。
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,但考虑到单片机或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。


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