自适应宽范围直流输入逆变电源设计与实现
发布时间：2022-01-03 01:40
基于高效稳定DC-DC开关电源集成芯片LT8705,对逆变电源进行了整体设计。其四开关Buck-Boost电路较好地克服了传统Buck-Boost电路损耗大和共模噪音大的缺点。为使该电源达到更好的工作性能,对Buck-Boost升降压区电路、电感电流检测电路等外围电路进行设计。同时,针对正弦波逆变电源系统,提出了一种可以实现高精度电压调节的比例积分微分（PID）控制方案。结合该逆变电源实际,利用Matlab进行仿真验证并使用硬件实现。对逆变电源进行实验测试,结果表明逆变电源具有宽范围、高效率、低功耗的特点。
【文章来源】：电源技术. 2020,44(11)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图３?四开关Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ电路??２．２电感电流检测电路设计??
龙洚歧本＿?ｍｉ??究与设计??外部宽范围??ＬＴ８７０５输入??直流电源??电源??？逆变电路??２２０?ＶＡＣ??图１?逆变电源整体实现框图??２输入电源设计??结合集成芯片ＬＴ８７０５的工作原理，设计得到输人电源的??工作电路，如图２所示。该电路主要分为输入ＥＭＩ电路、??Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ升降压区电路、电感电流检测电路、输出ＥＭ电??路、启动电路、电压检测电路、电流检测电路、顶端ＭＯＳ驱动??电麟??Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ升降压区??？馨??１??图２?输入电源设计方框图??２．１?Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ升降压区电路设计??开关电源集成芯片ＬＴ８７０５中采用了四开关Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ??电路ｒａ。简单地说，这一主控工作电路通过不同开关占空比大小??的变化使得完整的一个周期被划分为Ｂｕｃｋ和Ｂｏｏｓｔ两种工作??形态，从而实现工作模式的自适应切换。图３（ａ）给出了四个电??源开关与电感、Ｋ、和地之间的连接关系。考虑到这一工作??机理，设计Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ升降压区电路，如图３（ｂ）所示，在ＴＧ１??和ＢＧ２管脚均并联接人两个相同的金属－氧化物－半导体场??效应晶体管（Ｍ０ＳＦＥＴ），在ＢＧ１和ＴＧ２管脚上均接有一个??Ｍ０ＳＦＥＴ。对于大多数升压－降压型应用来说，考虑到功率耗??散，Ｍｌ和Ｍ３最高，而Ｍ２最低。采用两个Ｍ０ＳＦＥＴ并联的形??式可以降低每个器件中的功耗，主要是ＰＫ损耗和开关损耗。??除此之外，Ｍｌ和Ｍ３开关上的Ｎ型金属－氧化物－半导??体场效应晶体管＿〇Ｓ）栅极与各自的栅极驱动器之间増设２??Ｄ的电阻。因为寄生电感和电容的存在，低电容ＭＯＳＦＥＴ过快??地导通／关断
极电阻??可减缓开关速度，以最大限度地抑制振铃［５］。??Ｖ〇ＵＴ??ＴＧ１??Ｉ—１?＇—ｉ?［??ＭＨＭｔ?Ｍ４Ｈｎ｜－??ＳＷ１?＾Ｊ＾ＳＷ２?ｔ＂１??ＢＧ１?十?Ｍ２?Ｍ３ｒ＾？｜－??ｒｒ??：ｒｓｅｎｓｅ??ＴＧ２??ＢＧ２??（ａ）输出丌关简化示总同??图３?四开关Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ电路??２．２电感电流检测电路设计??电感Ｌ的工作稳定性极为重要，且对于内部逻辑控制模??块具有一定的监测保护作用Ｍ。出于此考虑，设计电感电流检??测电路，如图４所示，ＣＳＰ、ＣＳＮ管脚分别是该检测放大器的??正、负输人。基于ＬＴ８７０５的电感电流控制的工作模式，利用??ＣＳＮ和ＣＳＰ管脚在（即禺）电阻两端检测的电感电流，在??Ｂｕｃｋ形态观测该电流的最小值，在Ｂｏｏｓｔ形态观测该电流的??最大值。与此同时，为消除电感在开关占空比较大时所出现的??次谐波振荡，特殊的补偿机制应运而生。这大大提高了电感的??工作稳定性。??３??［??ｉ??＼??Ｋ??Ｃ２?Ｃ３??ＩｎＦ?Ｇ?ｌａＦ??＾?Ｙ??－１??／??ｉ?—??Ｖ??／－??１??ｉ?ｉ??图４?电感电流检测电路??从内部电路来看，通俗来讲，在Ｂｕｃｋ形态适当增加流经??电感的电流，在Ｂｏｏｓｔ形态适当降低流经电感的电流。这样一??来，尤其在开关占空比较大时，Ｂｕｃｋ和Ｂｏｏｓｔ两种工作形态下??的最大电感电流都能处于一个合理的阈值范围内。另外，ＳＷ??引脚进行转换时，在的两端很容易出现噪声干扰。这有??可能是因为ｉＷ阻值大、多选用容性的Ｍ０ＳＦＥＴ以及实际??电压略高。其上的ＲＣ网络能够有效降低ＣＳＮ和ＣＳＰ管脚
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于控制参数化方法的柔性关节机械臂的最优PID参数整定方法[J]. 吴昊,郭小龙,谭元,毛新涛. 空间控制技术与应用. 2019(01)
[2]基于不完全微分的模糊自适应PID算法速度优化控制系统设计[J]. 熊中刚,刘小雍,贺娟,邹江,许宁,李青. 西南大学学报(自然科学版). 2018(12)
[3]车载逆变电源设计[J]. 包广清,任士康. 电源技术. 2015(10)
[4]基于SPWM模块化逆变电源的研究与设计[J]. 杨照辉,陈红娟. 电源技术. 2014(07)
[5]基于LT8705的机载设备抗浪涌电源[J]. 王凯,韩力立. 电子世界. 2014(07)
[6]基于LT8705的高性能buck-boost模块电源的研制[J]. 李孝揆,方少乾. 微型机与应用. 2014(05)
[7]适合宽输入电压的单级升降压逆变器[J]. 董仙美,汤雨. 中国电机工程学报. 2013(06)
硕士论文
[1]四开关Buck-Boost变换器ZVS控制策略研究[D]. 周宗杰.浙江大学 2019
[2]动态可重构PID控制器的设计[D]. 林芳.西安电子科技大学 2010
本文编号：3565306
【文章来源】：电源技术. 2020,44(11)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图３?四开关Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ电路??２．２电感电流检测电路设计??
龙洚歧本＿?ｍｉ??究与设计??外部宽范围??ＬＴ８７０５输入??直流电源??电源??？逆变电路??２２０?ＶＡＣ??图１?逆变电源整体实现框图??２输入电源设计??结合集成芯片ＬＴ８７０５的工作原理，设计得到输人电源的??工作电路，如图２所示。该电路主要分为输入ＥＭＩ电路、??Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ升降压区电路、电感电流检测电路、输出ＥＭ电??路、启动电路、电压检测电路、电流检测电路、顶端ＭＯＳ驱动??电麟??Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ升降压区??？馨??１??图２?输入电源设计方框图??２．１?Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ升降压区电路设计??开关电源集成芯片ＬＴ８７０５中采用了四开关Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ??电路ｒａ。简单地说，这一主控工作电路通过不同开关占空比大小??的变化使得完整的一个周期被划分为Ｂｕｃｋ和Ｂｏｏｓｔ两种工作??形态，从而实现工作模式的自适应切换。图３（ａ）给出了四个电??源开关与电感、Ｋ、和地之间的连接关系。考虑到这一工作??机理，设计Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ升降压区电路，如图３（ｂ）所示，在ＴＧ１??和ＢＧ２管脚均并联接人两个相同的金属－氧化物－半导体场??效应晶体管（Ｍ０ＳＦＥＴ），在ＢＧ１和ＴＧ２管脚上均接有一个??Ｍ０ＳＦＥＴ。对于大多数升压－降压型应用来说，考虑到功率耗??散，Ｍｌ和Ｍ３最高，而Ｍ２最低。采用两个Ｍ０ＳＦＥＴ并联的形??式可以降低每个器件中的功耗，主要是ＰＫ损耗和开关损耗。??除此之外，Ｍｌ和Ｍ３开关上的Ｎ型金属－氧化物－半导??体场效应晶体管＿〇Ｓ）栅极与各自的栅极驱动器之间増设２??Ｄ的电阻。因为寄生电感和电容的存在，低电容ＭＯＳＦＥＴ过快??地导通／关断
极电阻??可减缓开关速度，以最大限度地抑制振铃［５］。??Ｖ〇ＵＴ??ＴＧ１??Ｉ—１?＇—ｉ?［??ＭＨＭｔ?Ｍ４Ｈｎ｜－??ＳＷ１?＾Ｊ＾ＳＷ２?ｔ＂１??ＢＧ１?十?Ｍ２?Ｍ３ｒ＾？｜－??ｒｒ??：ｒｓｅｎｓｅ??ＴＧ２??ＢＧ２??（ａ）输出丌关简化示总同??图３?四开关Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ电路??２．２电感电流检测电路设计??电感Ｌ的工作稳定性极为重要，且对于内部逻辑控制模??块具有一定的监测保护作用Ｍ。出于此考虑，设计电感电流检??测电路，如图４所示，ＣＳＰ、ＣＳＮ管脚分别是该检测放大器的??正、负输人。基于ＬＴ８７０５的电感电流控制的工作模式，利用??ＣＳＮ和ＣＳＰ管脚在（即禺）电阻两端检测的电感电流，在??Ｂｕｃｋ形态观测该电流的最小值，在Ｂｏｏｓｔ形态观测该电流的??最大值。与此同时，为消除电感在开关占空比较大时所出现的??次谐波振荡，特殊的补偿机制应运而生。这大大提高了电感的??工作稳定性。??３??［??ｉ??＼??Ｋ??Ｃ２?Ｃ３??ＩｎＦ?Ｇ?ｌａＦ??＾?Ｙ??－１??／??ｉ?—??Ｖ??／－??１??ｉ?ｉ??图４?电感电流检测电路??从内部电路来看，通俗来讲，在Ｂｕｃｋ形态适当增加流经??电感的电流，在Ｂｏｏｓｔ形态适当降低流经电感的电流。这样一??来，尤其在开关占空比较大时，Ｂｕｃｋ和Ｂｏｏｓｔ两种工作形态下??的最大电感电流都能处于一个合理的阈值范围内。另外，ＳＷ??引脚进行转换时，在的两端很容易出现噪声干扰。这有??可能是因为ｉＷ阻值大、多选用容性的Ｍ０ＳＦＥＴ以及实际??电压略高。其上的ＲＣ网络能够有效降低ＣＳＮ和ＣＳＰ管脚
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于控制参数化方法的柔性关节机械臂的最优PID参数整定方法[J]. 吴昊,郭小龙,谭元,毛新涛. 空间控制技术与应用. 2019(01)
[2]基于不完全微分的模糊自适应PID算法速度优化控制系统设计[J]. 熊中刚,刘小雍,贺娟,邹江,许宁,李青. 西南大学学报(自然科学版). 2018(12)
[3]车载逆变电源设计[J]. 包广清,任士康. 电源技术. 2015(10)
[4]基于SPWM模块化逆变电源的研究与设计[J]. 杨照辉,陈红娟. 电源技术. 2014(07)
[5]基于LT8705的机载设备抗浪涌电源[J]. 王凯,韩力立. 电子世界. 2014(07)
[6]基于LT8705的高性能buck-boost模块电源的研制[J]. 李孝揆,方少乾. 微型机与应用. 2014(05)
[7]适合宽输入电压的单级升降压逆变器[J]. 董仙美,汤雨. 中国电机工程学报. 2013(06)
硕士论文
[1]四开关Buck-Boost变换器ZVS控制策略研究[D]. 周宗杰.浙江大学 2019
[2]动态可重构PID控制器的设计[D]. 林芳.西安电子科技大学 2010
本文编号：3565306
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