[发明专利]具有高输入电压动态范围的稳压电源系统

说明书

本发明涉及具有高输入电压动态范围的稳压电源系统。

更具体地，本发明涉及包括共享电感降压/升压变压器和包括至少两个可控半导体开关构件的电源系统，其中一个可控半导体开关构件与变压器的降压功能相关联而另一个可控半导体开关构件与所述变压器的升压功能相关联。

已知这样的电源系统可以具有三种工作模式，即：降压模式、升压模式和降压/升压模式。

因此这三种工作模式需要使用三种不同实施的控制逻辑以及在这些不同控制逻辑之间的开关。

在现有技术中，可例如监控电源系统的输入和输出之间的电压差并且然后选择最合适的控制法则。这使得可以获得用于降低或提高电压或获得最优输出的期望操作。

该解决方案已经在商业电源系统诸如线性科技(LINEARTECHNOLOGY)LTC3780控制器中实施了。

然后，其具有一些缺点。

因为事实上存在三种工作模式，所有也存在三种实施的控制逻辑。在工作期间，系统大多数时间仅工作于三种模式之一中，如果在其它两种模式之一中控制发生故障，则该故障可能被隐藏。因此存在在标称工作模式中未检测到的、但是能够引起系统在某些转换事件中不可用的潜在故障的可能性。

然而，该系统例如可以在航空应用中实施，在航空应用中可见这样的缺点可能导致严重的问题。

此外，从一种控制模式转换到另一种控制模式的逻辑是基于与磁滞回线的比较进行的。这导致若干缺点，即：转换区域中的工作模式取决于输入电压的行进方向，如果比较的磁滞回线不足够大则存在不稳定的风险，以及工作模式的不连续性风险在转换阶段对输出电压具有影响。

因此本发明的目的是解决这些问题。

为此，本发明涉及一种具有高输入电压动态范围的稳压电源系统，具有共享电感降压/升压变压器并具有至少两个可控半导体开关构件，一个可控半导体开关构件与变压器的降压功能相关联，另一个与变压器的升压功能相关联，其特征在于，使用随系统的输入电压而变的控制装置连续驱动可控半导体开关构件中的一个，可控半导体开关构件中的另一个被与输出电压相关的随动装置连续驱动，可控半导体开关构件的控制装置和随动装置在稳压电压系统的所有工作模式中都起作用。

根据本发明的其它方面，该电源系统包括一个或更多个下列特征：

-由随系统的输入电压而变的控制装置驱动的可控半导体开关构件是与变压器的降压功能相关联的开关构件，

-由随系统的输入电压而变的控制装置驱动的可控半导体开关构件是与系统的升压功能相关联的开关构件，

-随系统的输入电压而变的控制装置使用仿射函数用于控制对应的构件，

-与另一构件的输入电压相关的随动装置使用与设定点有关的随动函数，

-随动装置包括从包括P校正器、PI校正器或PID校正器的组中选择的模拟校正器或数字校正器，

-半导体开关构件的控制装置在电压模式或电流模式下使用控制装置，

-半导体开关构件的控制装置使用正限流装置和/或负限流装置，

-半导体开关构件的控制装置使用可以独立或不独立、不同频率或相同频率、同相或异相的装置。

-控制装置通过脉冲跳变或突发模式使用控制装置。

使用以下作为示例提供并参照附图进行的描述可以更好地理解本发明，其中：

-图1是示出在现有技术的电源系统的组成中包括的变压器的一个实施例的总图，

-图2-8示出该系统在降压模式中的操作，

-图9-15示出该系统在升压模式中的操作，

-图16-21示出该系统在降压/升压模式中的操作，

-图22示出该结构的输出，

-图23示出现有技术的电源系统中实施的不同工作模式之间的转换，

-图24示出根据本发明的电源系统的第一实施例的总图，

-图25示出根据本发明的电源系统的替代实施例的总图，

-图26示出根据本发明的电源系统的应用示例的总图，

-图27示出根据本发明的电源系统的输入和输出命令的关系的总图，以及

-图28和29示出根据本发明的电源系统的其它可能替代方式。

图1事实上示出已知的电源系统(例如在附图中总体由标记1表示的具有高输入电压动态范围的稳压直流电源系统)的实施例。

该电源系统例如可应用于航空领域。该电源系统因此包括共享电感L降压/升压变压器，变压器总体由标记2表示以及共享电感L总体由标记3表示。