具有恒功率特性的DC／DC变换器的研究
在此以恒功率切换至恒流模式为例，仿真波形如图4a所示。可见，在切换瞬间输出电流存在一个很大的过冲，这个过冲是由于在负载电阻切换瞬间，输出电容上电压维持不变，放电产生一个较大的电流。由于系统控制环路存在一定延迟，电感电流在切换瞬间几乎维持不变，之后电感电流才会出现一个较大的过冲，这样就会导致变换器瞬时输出功率变大，此时对变换器的功率器件也会有一个较大的冲击，易损坏器件，对于功率器件的选择要求变高。在实际应用中，在切换瞬间，变换器向前级索取的瞬时功率会很大，可能对前级也会造成一定冲击。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/175766.htm
为解决上述问题，可采用减小输出滤波电容大小的方法，将输出滤波电容从2 000μF减小到100μF后的仿真波形如图4b所示。可见负载电流的过冲从图4a中335．2 A减小至155 A，效果明显。图4c为采用使负载电阻切换的阶跃不太大，即电阻间变化尽量小的方法时的仿真波形。
图4a中负载电阻从0．5 Ω变至0．1 Ω，电流过冲最大为335．2 A，图4c中电阻从0．35 Ω变至0．2 Ω时，电流过冲减小至112．4 A，效果明显。
3 实验结果
为验证以上分析，研制了一台实验样机。两相交错并联Buck输入电压73 V，开关频率50 kHz，输出限压40 V，输出限流76 A，输出功率限制2．4 kW。图5a为两路交错并联Buck电路上管的驱动信号ugV1，ugV2和输出电感电流波形iL1，iL2，可见两路驱动交错180°，输出电感电流稍有误差，可实现均流效果；图5b示出电路从恒流切换到恒功率的Iref、输出电压Uo和输出电流Io的阶跃波形；图5c示出电路从恒功率工作模式切换到恒流的Iref，Uo，Io的阶跃波形。相对于图5b，此工作模式切换较平缓，而且动态的响应速度也较快。
由于电路从恒压(恒流)模式切换到恒流(恒压)模式与上述两个工作模式切换类似，这里不再赘述。图5d示出电路工作从恒功率切换到恒压工作模式的Iref，Uo，Io的阶跃波形。可见，Uo在工作模式切换的瞬间会有电压过冲，而系统在切换后正常工作一段时间后，电压和电流会跌落一点；图5e示出电路从恒压切换到恒功率工作模式的Iref，Uo，Io的阶跃波形；图5f给出了不同输出负载电阻下的效率曲线。
可见，Io在模式切换瞬间会有一个明显的过冲，由于电压环响应速度比功率环快很多，故在恒压切换到恒功率的过程中会出现一些振荡。两相交错并联Buck电路在不同输出负载电阻情况下，最高效率可达97．2％。
4 结论
此处提出一种具有恒功率特性的输出宽范围连续可调的控制策略，采用两相交错并联Buck拓扑结构解决了传统单级式变换器在低压大电流输出场合应用时控制实现困难的问题。同时，在负载电阻变换时，输出功率和电压能有效限制在设定的最大值，实现了系统限功率、限压、恒流的功能。
评论