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CN108832811A - 一种宽电压输入的恒流输出变换器 - Google Patents

一种宽电压输入的恒流输出变换器 Download PDF

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CN108832811A
CN108832811A CN201810719632.1A CN201810719632A CN108832811A CN 108832811 A CN108832811 A CN 108832811A CN 201810719632 A CN201810719632 A CN 201810719632A CN 108832811 A CN108832811 A CN 108832811A
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CN
China
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inductor
capacitor
filter
inductance
load
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Application number
CN201810719632.1A
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English (en)
Inventor
肖文勋
胡建雨
张波
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South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
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Publication date
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
    • H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

本发明提供一种宽电压输入的恒流输出变换器，包括直流输入电源，第一电感、开关管、续流二极管、第一电容、滤波电容、滤波电感、第二电感和负载。其主要特征在于：所述的直流输入电源的正极与第一电感一端连接。第一电感的另外一端与开关管的漏极和电容的一端连接。电容的另一端与续流二极管的阳极、负载的一端和滤波电容的一端连接。负载的另一端与滤波电感的一端连接。滤波电感的另一端与滤波电容的另一端、第二电感的一端连接。第二电感的另一端与续流二极管的阴极、开关管的源极和直流输入电源的负极连接。通过控制开关管的导通与关断，本发明电路能够在很宽的输入电压范围内输出恒定的直流电流，并且具有快速的响应速度。

Description

一种宽电压输入的恒流输出变换器
技术领域
本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种宽电压输入的恒流输出变换器。
背景技术
恒流源在工业领域的应用非常广阔，可用作大功率LED驱动，蓄电池充电等。传统的Boost恒流输出或者Buck恒流输出变换器只能在较窄的输入电压下正常工作，无法在宽电压范围内工作。并且Buck或者Boost变换器实现恒流输出，其本质依然是通过改变输出电压的大小来改变输出电流，响应速度较慢。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种宽电压输入的恒流输出变换器，并且具有快速的响应速度。
本发明的目的至少通过如下技术方案实现。
本发明电路中具体包括直流输入电源Vin，第一电感、开关管、续流二极管、第一电容、滤波电容、滤波电感、第二电感和负载。
本发明电路具体的连接方式为：直流输入电源Vin的正极与第一电感一端连接。第一电感的另外一端与开关管的漏极和电容的一端连接。电容的另一端与续流二极管的阳极、负载的一端和滤波电容的一端连接。负载的另一端与滤波电感的一端连接。滤波电感的另一端与滤波电容的另一端、第二电感的一端连接。第二电感的另一端与续流二极管的阴极、开关管的源极和直流输入电源的负极连接。
与现有技术相比，本发明电路具有的优势为：相比于传统Boost或者Buck恒流输出变换器，本发明电路能够在很宽的输入电压范围内输出恒定的直流电流，并且具有快速的响应速度。
附图说明
图1为一种宽电压输入的恒流输出变换器结构图。
图2为一个开关周期主要元件的电压电流波形图。
图3a～3b为一个开关周期T内电路模态图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方案进行具体说明，但本发明的实施不限于此，需指出的是以下若有未特别详细说明之符号或过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。
本实例的基本拓扑结构和各主要元件电压电流参考方向如图1所示。
一种宽电压输入的恒流输出变换器，包括直流输入电源、第一电感L1、开关管S、续流二极管VD1、第一电容C1、滤波电容Cf、滤波电感Lf、第二电感L2和负载。所述的直流输入电源的正极与第一电感L1一端连接；第一电感L1的另外一端与开关管S的漏极和电容C1的一端连接；电容C1的另一端与续流二极管VD1的阳极、负载的一端和滤波电容Cf的一端连接；负载的另一端与滤波电感Lf的一端连接；滤波电感Lf的另一端与滤波电容Cf的另一端、第二电感L2的一端连接；第二电感L2的另一端与续流二极管VD1的阴极、开关管S的源极和直流输入电源Vin的负极连接。
为了分析方便，电路结构中的器件均视为理想器件。开关管S的驱动信号、第一电感L1电流IL1、第二电感L2电流IL2、电容C1两端电压、负载电流IO波形图如图2所示。
在t0～t1阶段，电路在此阶段的模态图如图3a所示，开关管S的驱动电压Vg从低电平变为高电平，开关管S导通，直流输入电源Vin给第一电感L1充电，同时第一电容C1通过开关管S给第二电感L2充电和负载供电。
在t1～t2阶段，电路在此阶段的模态图如图3b所示，开关管S的驱动电压Vg从高电平变为低电平，开关管S关断，续流二极管VD1导通，直流输入电压Vin和第一电感L1一起给第一电容C1充电，第二电感L2给负载供电。
为了减小第二电感L2的体积，加入LC滤波电路，滤除高频电流纹波从而在负载上可以得到恒定的直流电流。
本发明电路输出电流大小分析如下。
由电感的伏秒平衡原理，第一电感L1在开关导通时两端电压为Vin，第一电感L1在开关关断时两端电压为VC1-Vin，由此可得式(1)和(2)。
VinD＝(VC1-Vin)(1-D) (1)
经过滤波后负载上的电流恒定，认为负载上的电压恒定为VO，第二电感L2在开关导通时两端电压为VC1-VO，第二电感L2在开关导通时两端电压为VO，由此可得式(3)～(5)。
VO＝IOR (3)
(VC1-VO)D＝VO(1-D) (4)
由式(2)和(5)可得负载上的电流大小为
在输入电压和负载R固定的情况下，由式(6)可知调整占空比D大小即可调节输出电流大小，且调节范围很宽理论上可以从零到无穷大，并且能够在宽电压范围内输出恒流。由于直接控制第二电感L2上的电流，电流环的响应速度要远远快于电压环，因此本发明电路能够保证很快的电流响应速度。

Claims (3)

1.一种宽电压输入的恒流输出变换器，其特征在于包括直流输入电源、第一电感(L1)、开关管(S)、续流二极管(VD1)、第一电容(C1)、滤波电容(Cf)、滤波电感(Lf)、第二电感(L2)和负载。
2.根据权利1要求所述的一种宽电压输入的恒流输出变换器，其主要特征在于：所述的直流输入电源的正极与第一电感(L1)一端连接；第一电感(L1)的另外一端与开关管(S)的漏极和电容(C1)的一端连接；电容(C1)的另一端与续流二极管(VD1)的阳极、负载的一端和滤波电容(Cf)的一端连接；负载的另一端与滤波电感(Lf)的一端连接；滤波电感(Lf)的另一端与滤波电容(Cf)的另一端、第二电感(L2)的一端连接；第二电感(L2)的另一端与续流二极管(VD1)的阴极、开关管(S)的源极和直流输入电源Vin的负极连接。
3.根据权利1要求所述的一种宽电压输入的恒流输出变换器，其主要特征输出电流Vin为输入电压，D为占空比，R为负载。
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