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具有恒功率特性的DC/DC变换器的研究

  控制策略及恒功率切换对系统的影响。通过对系统输出滤波电容大小的优化设计及对负载电阻切换幅值的综合考虑,消除了恒功率切换对系统的不良影响,提高了系统可靠性。最后采用该拓扑结构试制了一台73 V输入,输出限压40 V,输出限流76 A,输出功率限制2.4 kW的工程样机,并给出了实验结果。

  多相交错并联技术常用在输出电压较低、电流较大的DC/DC变换器中。而输出宽范围连续可调的恒功率电源是开关电源诸多应用领域中的一种特殊应用,它具有输出电压可调范围宽、稳态工作点变化范围大及恒功率输出功能等特点。但此类开关电源存在占空比变换范围大、设备利用率低、体积大、成本高和效率低等问题,限制了其在工程领域中的应用。目前,宽范围恒功率电源的实现方法有采用线性电源及线性电源与开关电源组合的方式。传统线性稳压电源虽有调压范围宽、稳定性好、控制线路简单等特点,但受调整管功耗等因素限制,难以做到大电流宽范围电压输出,要使输出电压能够宽范围调节,必须使用多档开关或转换变压器抽头的方式,导致其体积较大、效率偏低;而线性电源与开关电源相组合的方式,虽然保证了稳压精度,一定程度上提高了系统效率,但输出电压在较宽范围内变化时,仍不能保证系统在全输出电压范围内的高效率。

  在设计开关电源电路时,选择原则是在满足设计指标的前提下,力求经济、简单。这里采用的结构拓扑为两相交错并联的Buck电路,如图1所示。

  输出宽范围恒功率电源是指输出电压及电流都可在较宽的范围内连续调节,且在工作区内变换器可工作在恒功率模式,即输出电压大时负载电流小,负载电流大时输出电压小,其输出特性如图2a所示。该类变换器的输出电流在0~Iomax间连续调节,而最大输出电压限制在Uomax,最大输出功率限制在Pomax。例如输出电流给定为I1,而负载从R1增大到R2时,系统的工作点将从A切换到B,此时输出电流也将被限制在I2。

  结合图2b可知,变换器存在3个工作区间:恒压、恒流及恒功率工作区间,相对应3种控制策略。


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