[發(fā)明專利]控制脈沖功率輸出時輸入電流恒定的高效率電路

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• 申請日: 2022-07-22
• 公開（公告）號: CN115051567A
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發(fā)明（設計）人: 孫濤;王星星;張允浩;湯暉斌;陽良春;曹廣超;劉傳亮;姚文
• 申請（專利權）人: 上海杰瑞兆新信息科技有限公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M3/00;H02M3/335;H02M1/00;H02M1/088
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐

本發(fā)明公開了一種控制脈沖功率輸出時輸入電流恒定的高效率電路及其控制策略，所述電路包括直流電源，相串聯(lián)的交錯并聯(lián)Boost電路和LLC諧振電路；交錯并聯(lián)Boost電路的并聯(lián)兩支路驅動信號為180°互補且電感電流工作在帶部分負電流的臨界連續(xù)模式；LLC諧振電路原邊為半橋結構，副邊為全波整流，且原邊半橋上下開關管的驅動為固定的工作頻率。本發(fā)明電路可應用于諸如有源相控陣雷達、脈沖電化學廢水等輸出脈沖功率場合，其輸出負載為恒定幅值的脈沖功率，在帶脈沖功率時間內(nèi)儲能電容輸出電壓降低，在空載時間內(nèi)儲能電容輸出電壓上升，整個周期時間內(nèi)保持電路的輸入電流恒定，有利于供電直流電源的可靠性提升及提高整體變換效率。

技術領域

本發(fā)明屬于電力電子變換技術領域，涉及一種DC/DC變換電路，特別涉及一種用于脈沖功率輸出場合的具有低輸入電流波動高變換效率的電路結構及其控制測量。

背景技術

開關電源目前已廣泛應用在航空、航天、船舶、兵器等國防領域，新的應用需求伴隨著新技術不斷涌現(xiàn)，隨著有源相控陣雷達在國防領域中的廣泛使用，給其有源發(fā)射/接收組件(T/R組件)陣列供電電源的需求越來越大，且其多為低電壓供電，目前常見的供電壓值有8V、12V、28V、36V等級別。對T/R組件來說，其每隔一定時間發(fā)射電磁脈沖，此時需要消耗高功率，供電電源輸出為大脈沖電流；其在接收電磁波信號時僅需微弱功率，供電電源的輸出電流很小。對T/R組件的供電電源來說，其輸出為典型的脈沖負載：兩個脈沖間隔時間的倒數(shù)為負載脈沖電流頻率，脈沖功率持續(xù)時間與間隔時間的比值為工作占空比(D)，T/R組件的發(fā)射效率和散熱限制其工作占空比一般都不大于30％。T/R組件對供電脈沖電源一般有著以下要求：1)發(fā)射時，脈沖周期內(nèi)的輸出壓降足夠小，以保證有源雷達發(fā)射組件的正常工作；2)具有高功率密度，降低體積和重量，以匹配小型化的有源雷達T/R組件；3)輸入電流不隨脈沖負載電流劇烈變化，尤其是在太陽能電池及各種蓄電池應用場合。

傳統(tǒng)的T/R組件供電電源采用單極結構輸出側并聯(lián)大容量儲能電容的形式，為了減小輸入電流的脈動，電源帶寬通常設計得非常低以防止低頻脈沖輸出電流傳遞到輸入側，脈沖分量由輸出儲能電容提供；當脈沖重復頻率較低且脈寬較大時，為保證脈沖電流導致的輸出壓降足夠小，輸出電容的容值和體積非常大，降低了整體功率密度，并且輸入電流波形的波動范圍也難以降低。

為了解決上述功率密度低及輸入電流波動范圍大的問題，不少研究機構提出了兩級式電路結構，使用兩個獨立的閉環(huán)控：前級電路及其閉環(huán)控制實現(xiàn)降低輸入電流波動，同時將前級輸出電容作為儲能電容；后級電路及其閉環(huán)控制將前級的輸出電壓變換為T/R組件需要的穩(wěn)定低壓并提供瞬時脈沖功率。由于儲能電容放置在前后級中間，其電壓波動對最終輸出電壓無直接影響，儲能電容兩端的電壓可以在較大范圍內(nèi)波動，因而其容值和數(shù)量可大幅減小，從而提高功率密度。但兩級式電路結構目前仍存在以下問題：1)前級采用諸如半橋變換器、全橋變換等常見電路時，輸出電壓在較大范圍內(nèi)波動導致副邊整流電路的開關器件電壓應力高，導通損耗和開關損耗大，整體變化效率低；2)為了實現(xiàn)輸入電流控制，前級電路的控制帶寬低，帶載動態(tài)響應速度慢，為了保證動態(tài)響應時間內(nèi)穩(wěn)定工作，其輸出儲能電容難以實現(xiàn)最小化設計，有進一步降低功率密度的空間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述兩級式電路結構的前級及其閉環(huán)控制，解決其變化效率低和輸出動態(tài)特性差難以實現(xiàn)儲能電容優(yōu)化的問題，提供一種高效率電路及其控制策略，將輸入直流高壓變換為幅值隨脈沖負載變化的直流低壓，同時在輸出脈沖功率時抑制輸入電流脈動，高效率電路包括交錯并聯(lián)Boost升壓電路和定頻工作LLC諧振電路。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為：為了實現(xiàn)高效率變換，本發(fā)明采用以下技術方案：用于脈沖功率輸出的低輸入電流脈動高效率電路包括直流電源、交錯并聯(lián)Boost電路和LLC諧振電路，交錯并聯(lián)Boost電路與LLC諧振電路串聯(lián)，所述交錯并聯(lián)Boost電路的并聯(lián)兩支路驅動信號為180°互補且電感電流工作在臨界連續(xù)模式；所述LLC諧振電路原邊為半橋結構，副邊為全波整流，且原邊半橋上下開關管的驅動為固定的工作頻率。