[發明專利]具有線性輸出和PWM輸出的混合式功率變換器

有效

• 申請號: 200910072385.1
• 申請日: 2009-06-26
• 公開（公告）號: CN101582679A
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發明（設計）人: 寇寶泉;劉日忠;劉奉海
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02P27/08
• 分類號: H02P27/08
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 張果瑞

技術領域

本發明涉及一種具有線性輸出和PWM輸出的混合式功率變換器，屬于電機控制領域。

背景技術

在伺服驅動系統中，為了提高系統的響應特性與效率，通常都采用PWM功率變換電路(放大器)；而在要求極高的定位精度以及平滑運行的場合，由于由PWM斬波引起的電流脈動以及為防止橋臂短路而設定的死區時間引起的不穩定現象，有時得不到所需要的性能，這時，只好犧牲系統效率，采用損耗大的線性放大器。另外，在音響放大器中，從簡化控制電路以及重視音質的角度出發，一般都采用線性放大器，但在大型的擴音裝置中，也有時采用PWM型放大器(D級放大器)。

圖7為傳統的伺服驅動用PWM型功率變換電路的結構(單相)及輸出波形，由于功率器件工作于開關狀態，所以該變換電路的效率高，但是從圖8所示的輸出波形可以看出，其含有脈動成分，所以，難以實現高精度控制，同時，為防止器件關斷延遲引起上、下橋臂直通而設定的死區時間有時會引起不穩定現象。

圖9為應用于小容量、高精度領域的線性放大器的電路構成，輸出波形如圖10所示，輸出由于不存在脈動電流及死區時間，因此適合于高精度化，可是由于電源電壓與輸出電壓之間的電壓差施加于功率器件上，所以該電壓與電流的乘積變成損耗，造成器件發熱。特別是在低輸出電壓、大輸出電流時，損耗會變大。為發揮二者的長處，可以把二者并列設計到一個系統中，根據運行條件的不同，進行二者之間的切換，但是因切換時刻難以確定，該方法實現困難。也可以不改變圖9所示的電路，在需要大功率輸出時，使功率器件工作于PWM開關狀態，但是在要求高精度的低速以及靜止狀態，損耗并不能減少，目前的功率變換器無法兼顧二者的優點，把線性輸出的功率變換器和PWM輸出的功率變換器有效的結合在一起，使其能滿足不同的場合需求。

發明內容

本發明的目的是為了解決目前的功率變換器無法把線性輸出的功率變換器和PWM輸出的功率變換器有效的結合在一起，使其能滿足不同的場合需求的問題，提供了具有線性輸出和PWM輸出的混合式功率變換器。

本發明提供第一種方案為：具有線性輸出和PWM輸出的混合式功率變換器包括線性放大器、第一可控開關、第二可控開關、第一二極管D1和第二二極管D2，

線性放大器包括第三可控開關、第四可控開關和運算放大器，第三可控開關的正極端為線性放大器的正極端，第三可控開關的負極端與第四可控開關的正極端相連，第四可控開關的負極端為線性放大器的負極端，第三可控開關的控制端與第四可控開關的控制端同時與運算放大器的輸出端相連，

第一可控開關的正極端為高壓直流電源正極接入端，第一可控開關的負極端連接線性放大器的正極端，第一可控開關的負極端同時還與第一二極管D1的負極端相連，第一二極管D1的正極端為低壓直流電源正極接入端，線性放大器的負極端連接第二可控開關的正極端，線性放大器的負極端同時還與第二二極管D2的正極端相連，第二二極管D2的負極端為低壓直流電源負極接入端，第二可控開關的負極端為高壓直流電源負極接入端，

第三可控開關的負極端與第四可控開關的正極端的連接點引出線作為具有線性輸出和PWM輸出的混合式功率變換器的輸出端。

本發明提供的第二個技術方案為：具有線性輸出和PWM輸出的混合式功率變換器包括兩個單相功率變換器，兩個單相功率變換器的高壓直流電源正極接入端連接在一起，兩個單相功率變換器的低壓直流電源正極接入端連接在一起，兩個單相功率變換器的低壓直流電源負極接入端連接在一起，兩個單相功率變換器的高壓直流電源負極接入端連接在一起，兩個單相功率變換器的輸出端作為具有線性輸出和PWM輸出的混合式功率變換器的兩個輸出端，

單相功率變換器包括線性放大器、第一可控開關、第二可控開關、第一二極管D1和第二二極管D2，

線性放大器包括第三可控開關、第四可控開關和運算放大器，第三可控開關的正極端為線性放大器的正極端，第三可控開關的負極端與第四可控開關的正極端相連，第四可控開關的負極端為線性放大器的負極端，第三可控開關的控制端與第四可控開關的控制端同時與運算放大器的輸出端相連，

第一可控開關的正極端為高壓直流電源正極接入端，第一可控開關的負極端連接線性放大器的正極端，第一可控開關的負極端同時還與第一二極管D1的負極端相連，第一二極管D1的正極端為低壓直流電源正極接入端，線性放大器的負極端連接第二可控開關的正極端，線性放大器的負極端同時還與第二二極管D2的正極端相連，第二二極管D2的負極端為低壓直流電源負極接入端，第二可控開關的負極端為高壓直流電源負極接入端，