具有恒功率特性的DC／DC變換器的研究

摘要：針對輸出寬范圍連續可調的恒功率電源，提出一種具有恒功率特性DC／DC變換器的控制策略。該變換器采用多相交錯并聯(lián)的Buck電路。分析了該變換器的基本原理、恒功率控制策略及恒功率切換對系統的影響。通過(guò)對系統輸出濾波電容大小的優(yōu)化設計及對負載電阻切換幅值的綜合考慮，消除了恒功率切換對系統的不良影響，提高了系統可靠性。最后采用該拓撲結構試制了一臺73 V輸入，輸出限壓40 V，輸出限流76 A，輸出功率限制2．4 kW的工程樣機，并給出了實(shí)驗結果。
關(guān)鍵詞：變換器；低壓大電流；恒功率；輸出寬范圍

1 引言
多相交錯并聯(lián)技術(shù)常用在輸出電壓較低、電流較大的DC／DC變換器中。而輸出寬范圍連續可調的恒功率電源是開(kāi)關(guān)電源諸多應用領(lǐng)域中的一種特殊應用，它具有輸出電壓可調范圍寬、穩態(tài)工作點(diǎn)變化范圍大及恒功率輸出功能等特點(diǎn)。但此類(lèi)開(kāi)關(guān)電源存在占空比變換范圍大、設備利用率低、體積大、成本高和效率低等問(wèn)題，限制了其在工程領(lǐng)域中的應用。目前，寬范圍恒功率電源的實(shí)現方法有采用線(xiàn)性電源及線(xiàn)性電源與開(kāi)關(guān)電源組合的方式。傳統線(xiàn)性穩壓電源雖有調壓范圍寬、穩定性好、控制線(xiàn)路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但受調整管功耗等因素限制，難以做到大電流寬范圍電壓輸出，要使輸出電壓能夠寬范圍調節，必須使用多檔開(kāi)關(guān)或轉換變壓器抽頭的方式，導致其體積較大、效率偏低；而線(xiàn)性電源與開(kāi)關(guān)電源相組合的方式，雖然保證了穩壓精度，一定程度上提高了系統效率，但輸出電壓在較寬范圍內變化時(shí)，仍不能保證系統在全輸出電壓范圍內的高效率。

2 變換器的結構與控制策略
2．1 變換器結構選擇
在設計開(kāi)關(guān)電源電路時(shí)，選擇原則是在滿(mǎn)足設計指標的前提下，力求經(jīng)濟、簡(jiǎn)單。這里采用的結構拓撲為兩相交錯并聯(lián)的Buck電路，如圖1所示。

2．2 控制策略
輸出寬范圍恒功率電源是指輸出電壓及電流都可在較寬的范圍內連續調節，且在工作區內變換器可工作在恒功率模式，即輸出電壓大時(shí)負載電流小，負載電流大時(shí)輸出電壓小，其輸出特性如圖2a所示。該類(lèi)變換器的輸出電流在0～Iomax間連續調節，而最大輸出電壓限制在Uomax，最大輸出功率限制在Pomax。例如輸出電流給定為I1，而負載從R1增大到R2時(shí)，系統的工作點(diǎn)將從A切換到B，此時(shí)輸出電流也將被限制在I2。

結合圖2b可知，變換器存在3個(gè)工作區間：恒壓、恒流及恒功率工作區間，相對應3種控制策略。