[發明專利]一種提升電感負載電流動態響應速度的電路及控制方法

有效

• 申請號: 202111542310.2
• 申請日: 2021-12-16
• 公開（公告）號: CN114337260B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 王平;武超;李劍;羅辭勇;李錫濤;李倩文;梁家祺;王慧悅;閻鑫龍;陳靖翰;曾靜雅;沈悅
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155;H02M3/156;H02M3/158
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 廖曦

1.一種提升電感負載電流動態響應速度的電路，其特征在于，該電路包括半橋式電容充放電電路、電感負載、開關管Q3～Q4和二極管D1～D3；所述半橋式電容充放電電路包括開關管Q1～Q2，以及儲能電容C1、穩壓TVS二極管、電感L2和續流二極管D4；所述電感負載等效為串聯的電阻R1和電感L1；

所述開關管Q1、開關管Q2和電感L2依次串聯；所述續流二極管D4并聯在電感L2兩端，且正極接地；所述二極管D1、開關管Q3、電感負載、開關管Q4依次串聯；所述二極管D3并聯在電感負載和開關管Q4的兩端，且正極接地；所述儲能電容C1和穩壓TVS二極管并聯，一端與開關管Q1和開關管Q2的連接點連接，另一端與二極管D2負極，以及二極管D1和開關管Q3的連接點連接；所述二極管D2正極與電感負載和開關管Q4的連接點連接；所述開關管Q1的一端和二極管D1的正極均連接至電源正極；

該電路由開關管Q3～Q4實現對電感負載電流的開關控制；由二極管D1～D3配合開關管實現對電感負載電流方向的控制。

2.根據權利要求1所述的一種提升電感負載電流動態響應速度的電路，其特征在于，在電感負載電流需要快速上升時，開關管Q1、Q2處于互補循環導通的狀態；開關管Q3、Q4都導通；在電感負載電流達到穩態時，開關管Q1、Q2處于關閉狀態；開關管Q3處于導通狀態，根據恒流設定值調節開關管Q4的占空比；在電感負載電流需要快速下降時，開關管Q1、Q2、Q3、Q4全部處于關閉狀態；當下降電流達到設定值時，開關管Q3處于導通狀態，根據恒流設定值調節開關管Q4的占空比。

3.根據權利要求1或2所述的一種提升電感負載電流動態響應速度的電路，其特征在于，該電路的控制方法具體包括以下步驟：

S1：在電感負載電流上升過程中，打開開關管Q3、Q4，然后控制開關管Q2打開，給儲能電容C1充電；儲能電容C1電壓上升到一定電壓后，開關管Q2關斷，開關管Q1打開，儲能電容C1放電，此時電源和儲能電容C1同時給電感負載充電；以儲能電容C1為能量轉換媒介，通過開關管Q1、Q2在上述過程的快速循環，提高電感負載端的等效電壓，從而提升電感負載電流的上升速度，使得電感負載電流能夠以較快速度上升到接近目標值的范圍內；

S2：在電感負載電流上升到接近目標值的范圍內，開關管Q1、Q2斷開，開關管Q3導通；通過PI算法調節開關管Q4的占空比，從而對電感負載電流進行恒流控制；

S3：當電感負載電流需要快速下降時，開關管Q1～Q4全部斷開；電感負載的電流通過二極管D2、儲能電容C1、開關管Q1的寄生二極管和二極管D3組成的回路進行能量的快速釋放，同時給儲能電容C1和電源進行充電，穩壓TVS二極管對儲能電容C1兩端進行限壓保護，使得電感負載電流快速下降到目標值范圍內。

4.根據權利要求3所述的一種提升電感負載電流動態響應速度的電路，其特征在于，步驟S1中，儲能電容C1充放電的動態響應過程，由下述線性二階常微分方程的特征根法描述：

其中，R是儲能電容C1充電過程的回路電阻值，L是限制儲能電容C1充電電流的電感L2的電感值，C是儲能電容C1的電容值；由上述參數計算出常微分方程的特征根p₁，p₂；A₁，A₂是與電路初值有關的參量，由電路的零狀態決定；u_c是儲能電容C1電壓值，t是時間變量。