[发明专利]截止控制直流变换器

说明书

本发明涉及一种开关动作式电源变换设备，进一步是指一种借助半导体功率开关将直流输入功率变换为另一种电压或电流下直流输出的截止控制直流变换器，包括带变压器的正激型直流功率变换主电路、半导体功率开关驱动电路、电流传感器及控制电源。半导体功率开关可以是功率晶体管、功率场效管、可关断晶闸管、绝缘门极双极晶体管及带强制关断设施的晶闸管等中的任何一种。

现有的开关动作式直流变换器，如日刊《电子技术》1989年3月号“开关电源专集”及日刊《电气计算》1990年2月号藤原纪六著文“溶接イソバタ使用する”（焊接逆变器的应用）所载，都是以控制输出电压为基本出发点而采用了定频脉宽调制（PWM）技术，其实质是提供一个可控电压源，而其控制固有特性不能良好地满足以电流特性为主要工作特征的用电负载的需求。

本发明的目的，是提供一种以控制输出电流为基本出发点的截止控制直流变换器，既可作可控电流源用，又可作可控电压源用，特别是能良好地满足以电流特性为主要工作特征的用电负载的需求。

本发明是以如下方式完成的：输出外特性的控制分为电流特性区控制及电压特性区控制，设有控制电路。电流特性区的下电流特性区段的控制是，在半导体功率开关导通期间，当其所流过的电流I上升到I^＊_PA值时使半导体功率开关截止，经过截止时间t^＊_BA后再使其导通;电流特性区的上电流特性区段的控制是，在半导体功率开关导通期间，当其所流过的电流I上升到I^＊_PB值时使半导体功率开关截止，经过截止时间t^＊_EB后再使其导通。电压特性区的控制则有两种不同的方式。一种方式为，电压特性区的前电压特性区段的控制是，在半导体功率开关导通期间，当其所流过的电流I上升到I^＊_PC时使半导体功率开关截止，经过截止时间t^＊_EB后再使其导通;电压特性区的后电压特性区段的控制是，在半导体功率开关导通期间，当其所流过的电流I上升到I^＊_PC值时使半导体功率开关截止，经过截止时间t^＊_EC后再使其导通。另一种方式为，电压特性区的前电压特性区段的控制是，在半导体功率开关导通期间，当其所流过的电流I上升到I^＊_PC值时使半导体功率开关截止，经过截止时间t^＊_EC后再使其导通;电压特性区的后电压特性区段的控制是，在半导体功率开关导通期间，当其所流过的电流I上升到I^＊_PC值时使半导体功率开关截止，经过截止时间t_EA或t^＊_EB（二者交替使用）后再使其导通。

与现有技术相比，本发明的优点是：

（1）在输出外特性的电流特性区，由于采用了瞬值电流控制，输出电流能在无振荡超调情况下高速地跟踪电流指令值的急剧变化，其电流大小不受输入电源电压及负载上电压变化的影响，而成为一个颇为理想的可控电流源;

（2）在输出外特性的电压特性区，由于采用了误差电压控制一个电流源的措施，从而提了频率的响应，改善了稳压性能;

（3）由于对半导体功率开关的峰值电流实行了确切的逐个控制，使得整个直流变换器中各个器件不必设计有较大的裕量就能保证工作可靠，同时使制造成本降低;

（4）由于对应每一个输出电压值，都有一个确定的电流回差，从而消除了分谐波振荡现象;

（5）由于当主电路中变压器的磁化电流增大时，会自动地使相应的半导体功率开关的导通时间减少，从而有效地抑制了变压器的偏磁现象;

（6）输出外特性的形状构成，十分灵活，可以多种多样，如陡降式与减流式，也能方便地构成恒流加外拖式、缓降式以及L形等外特性;

（7）能输出频率及占空比均可自由改变的矩形电流脉冲波形，也能方便地输出三角波或梯形波电流时间波形，还可以用以控制输出电流的升降速率，即实现所谓“电子电抗器”的功能;

（8）由于具备了准确和快速的电流控制特性，使得多台直流变换器在输出侧并联运行的组成十分简单而且均流可靠。这样可采用标准单元积木式结构的方法来组成从小功率到大功率不同容量档次的系列产品，既降低了生产成本，又能灵活地适应市场多变的需求，另外还使单元分卸携带式超轻便产品的制造成为现实。