專利名稱：大功率直流(dc/dc)變換方法及變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大功率直流電(DC/DC)的變換方法及其變換裝置。
目前生產(chǎn)上所用的大功率直流電源大都是從交流電網(wǎng)整流后得到，其電壓值與交流電源電壓值之間有嚴(yán)格的比例關(guān)系而不能任意改變。要想獲得任意的、電壓可調(diào)的大功率直流電，目前可采用的方法有可控整流、電動(dòng)發(fā)電機(jī)組、交流調(diào)壓整流、直流斬波變換等。這些方法的缺點(diǎn)是，有的所用裝置體積大、機(jī)身重、價(jià)格高;有的則對(duì)電網(wǎng)有嚴(yán)重的干擾。
鑒于以上情況，本發(fā)明提出了一種大功率直流(DC/DC)變換方法及依據(jù)這一方法而得到的裝置。其目的是為了方便地將一個(gè)大功率直流電源的電壓轉(zhuǎn)換為另一個(gè)電壓、或具有某種外特性(如恒壓、恒流等)的直流電源。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的大功率直流電變換方法是這樣實(shí)現(xiàn)的用一逆阻型可控硅接通直流電源，經(jīng)一電感器對(duì)一個(gè)電容器充電，當(dāng)此電容器充電至最大值時(shí)此可控硅自行關(guān)斷，因而將直流電源輸出的一定量電能貯存在此電容器上，然后用另一可控硅，經(jīng)另一電感器，將存貯在此電容器上的電能對(duì)負(fù)載和另一電容器放電，將從電源得來(lái)的電能轉(zhuǎn)送給負(fù)載及貯存在與負(fù)載并聯(lián)的另一電容器上，這樣以一定的頻率輪流控制電容器的充電與放電，就可實(shí)現(xiàn)直流電(DC/DC)變換并控制輸出電壓和電流的大小。
依據(jù)上述方法所發(fā)明的大功率直流(DC/DC)變換器是這樣實(shí)現(xiàn)的它包括一個(gè)由可控硅、電感器、電容器等組成的主電路和由比較器、方波振蕩器、或門、與非門、微分電路、驅(qū)動(dòng)器等組成的控制電路所構(gòu)成?？煽毓鑃CR1、電感器L1與電容器C1串聯(lián)構(gòu)成充電回路，同時(shí)電容器C1又與另一電感器L2、另一可控硅SCR2及負(fù)載連接，構(gòu)成另一回路，在負(fù)載兩端并有電容器C2，在電容器C1上可并聯(lián)放電續(xù)流二極管D;控制電路中，比較器的輸出經(jīng)或門4接到振蕩器5的使能端，振蕩器的輸出除經(jīng)或門4返回其使能端外，一路經(jīng)微分電路7和驅(qū)動(dòng)器8產(chǎn)生信號(hào)S1，另一路經(jīng)反相器6、微分電路9和驅(qū)動(dòng)器10產(chǎn)生信號(hào)S2，兩個(gè)信號(hào)都送往主電路2，控制主電路實(shí)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移。


圖1是本發(fā)明所提出的大功率直流(DC/DC)變換方法及變換器原理框圖;
圖2是依據(jù)本發(fā)明所提出的正極性大功率直流電變換器(DC/DC)的主電路原理圖;
圖3是依據(jù)本發(fā)明所提出的正極性大功率直流變換器(DC/DC)只用一個(gè)電感器時(shí)的主電路原理圖;
圖4是依據(jù)本發(fā)明所提出的大功率直流電變換器的控制電路原理圖;
圖5是依據(jù)本發(fā)明所提出的負(fù)極性大功率直流電變換器的主電路原理圖。
圖中，1-直流電源，2-電荷轉(zhuǎn)移電路(即主電路)，3-電壓比較器，4-或門，5-振蕩器，6-反相器，7-微分電路，8-驅(qū)動(dòng)器，9-微分電路，10-驅(qū)動(dòng)器。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明所提出的大功率直流電變換器的具體結(jié)構(gòu)及變換方法。
圖1中的2是電荷轉(zhuǎn)移電路，即本發(fā)明的主電路，它的一端與直流電源1連接，輸入電壓為U1，另一端輸出電壓U2供給負(fù)載，圖1中除1和2外的其余部分為本發(fā)明的控制部分。電壓比較器3的輸出經(jīng)或門4接到振蕩器5的使能端;振蕩器5的輸出除經(jīng)或門4返回其使能端外，一路經(jīng)微分電路7和驅(qū)動(dòng)器8產(chǎn)生信號(hào)S1，另一路經(jīng)反相器6、微分電路9和驅(qū)動(dòng)器10產(chǎn)生信號(hào)S2，所產(chǎn)生的信號(hào)S1和S2都送往電荷轉(zhuǎn)移電路2，控制主電路實(shí)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移。
依據(jù)本發(fā)明所提出的直流電變換器的主電路基本結(jié)構(gòu)如圖2(或圖3)所示，它由兩個(gè)逆阻型可控硅SCR1和SCR2，兩個(gè)(或一個(gè))電感器L1和L2(或L)，一個(gè)無(wú)極性電容器C1，一個(gè)電解電容器C2組成?？煽毓鑃CR1、電感器L1和電容器C1構(gòu)成一個(gè)充電回路，同時(shí)電容器C1與電感器L2，可控硅SCR2又構(gòu)成另一回路。主電路的工作過(guò)程如下用窄脈沖信號(hào)S1觸發(fā)可控硅SCR1，使U1通過(guò)可控硅SCR1，電感器L1對(duì)電容器C1充電，這時(shí)可控硅SCR2是截止的，U1的電流不能流向輸出端，所以在充電過(guò)程中從U1流出的電荷全部貯存在電容器C1上。由于電感器L1和電容器C1構(gòu)成的充電回路中無(wú)耗能元件，其Q值很高，所以產(chǎn)生的充電過(guò)程是振蕩性的，在充電的半周期時(shí)，電容器C1上的電壓UC1達(dá)到最大值，充電電流降至零，可控硅SCR1由于受到反向電壓的作用而自然關(guān)斷。在SCR1關(guān)斷后用信號(hào)S2觸發(fā)可控硅SCR2，在充電時(shí)存貯在電容器C1上的電荷通過(guò)電感器L2流向負(fù)載，多余部分對(duì)電容器C2充電而轉(zhuǎn)存在C2上，這就是電容器C1的放電過(guò)程，這個(gè)過(guò)程也是振蕩性的，并在此振蕩的半周期時(shí)放電電流降至零，可控硅SCR2自然關(guān)斷。這樣可控硅SCR1和SCR2先后輪流導(dǎo)通一次，就將電源U1的一定量能量轉(zhuǎn)換到輸出U2中，可控硅SCR1和SCR2輪流導(dǎo)通的頻率F就決定了輸出電壓和電流的大小。輸出電容器C2用以穩(wěn)定輸出電壓和電流。
主電路(圖2)中的可控硅SCR1與電感器L1的位置，可控硅SCR2與電感器L2的位置均可互換，不影響電路的性能。也可將兩個(gè)電感器L1與L2合并成一個(gè)電感器L，與電容器C1串聯(lián)，接在公共支路上(圖3)，這種電路可以節(jié)省一個(gè)電感器，但所用電感器的體積卻需要增大，且對(duì)可控硅的關(guān)斷性能有更高的要求。
圖2中與電容器C1并聯(lián)的續(xù)流二極管D也可以不用。在沒(méi)有二極管D時(shí)，當(dāng)電容器C1放電時(shí)會(huì)使C1反充電，而在放電完畢時(shí)使UC1為負(fù)值，這使電容器C1下一次充電時(shí)能充至更高的電壓，即每次充電從U1獲得更多的能量，在同一頻率F時(shí)用較小的電容C1可得到同樣的輸出，不過(guò)這時(shí)電容器C1和可控硅SCR1的耐壓也要增大。
圖4是依據(jù)本發(fā)明所提出的直流電變換器的控制電路圖，圖中的運(yùn)算放大器324作圖1中的比較器3，比較器的基準(zhǔn)端UB經(jīng)1/150的分壓與300V左右的輸入電壓U1相接，反饋端UF經(jīng)1/75的分壓與輸出電壓U2相連接，這樣的接法可使輸出電壓U2始終保持在U1/2上。調(diào)節(jié)U1與UB或U2與UF的分壓比，即可改變輸出電壓U2與輸入電壓U1的比值，如果基準(zhǔn)UB保持恒定，而使UF與輸出電壓U2或輸出電流I2成正比，則可得恒壓或恒流特性的輸出。圖4中的555構(gòu)成頻率為600Hz的方波振蕩器，其輸出的上升沿經(jīng)由244構(gòu)成的微分電路微分后產(chǎn)生窄脈沖，加到驅(qū)動(dòng)器8778的控制端，再經(jīng)脈沖變壓器隔離，產(chǎn)生開(kāi)通SCR1的信息S1;振蕩器輸出的下降沿用以產(chǎn)生開(kāi)通可控硅SCR2的信號(hào)S2，所以振蕩器一次振蕩就完成一定量電荷的轉(zhuǎn)移。振蕩器555的使能端經(jīng)或門與比較器的輸出連接，所以只有當(dāng)輸出電壓U2小于預(yù)定值時(shí)才會(huì)使振蕩器555產(chǎn)生振蕩，把一定量的電能從輸入轉(zhuǎn)向輸出。在變換器正常工作的條件下，電荷兩次轉(zhuǎn)移之間在電容器C2上存貯的能量可以維持輸出電壓或電流的波動(dòng)在所允許的范圍內(nèi)。
換接可控硅SCR1、SCR2及二極管D的陰陽(yáng)極，可構(gòu)成輸出為負(fù)電壓的大功率直流(DC/DC)變換器。圖5即為負(fù)電壓輸出的大功率直流變換器的主電路原理圖。
本發(fā)明所提供的大功率直流變換方法，可以方便地將一個(gè)大功率直流電源的電壓轉(zhuǎn)換為另一電壓，或轉(zhuǎn)換為具有某種外特性的直流電源，如恒壓，恒流等。用這種方法制成的大功率直流變換器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、元器件少、性能優(yōu)良、效率高、重量輕、價(jià)格低，可以完全不用變壓器、電抗器等笨重設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種大功率直流(DC/DC)變換方法，其特征在于用一逆阻型可控硅接通直流電源，經(jīng)電感器對(duì)一電容器充電，當(dāng)此電容器充電至最大值時(shí)此可控硅自行關(guān)斷，因而將直流電源輸出的一定量電能貯存在此電容器上，再用另一可控硅，經(jīng)另一電感器，將存貯在此電容器上的電能對(duì)負(fù)載和另一電容器放電，將從電源得來(lái)的電能轉(zhuǎn)送給負(fù)載及貯存在與負(fù)載并聯(lián)的另一電容器上，以一定的頻率輪流控制電容器的充電與放電，就可實(shí)現(xiàn)大功率直流(DC/DC)變換，并控制輸出電壓和電流的大小。
2.一種大功率直流(DC/DC)變換裝置，包括由可控硅、電感器、電容器等組成的變換器主電路和由比較器、方波振蕩器、或門、與非門、微分電路、驅(qū)動(dòng)器等組成的控制電路，其特征在于可控硅SCR1、電感器L1與電容器C1連接構(gòu)成充電回路，同時(shí)電容器C1又與電感器L2、可控硅SCR2、負(fù)載連接構(gòu)成放電回路，負(fù)載上并聯(lián)電容器C2;控制電路的比較器3的一個(gè)輸入端與基準(zhǔn)電壓UB連接，另一輸入端連接與輸出電壓U2(或輸出電流I2)成一定比例的反饋電壓Uf，比較器的輸出通過(guò)或門4連接方波振蕩器5的使能端，當(dāng)反饋電壓Uf小于UB時(shí)比較器輸出高電平使振蕩器產(chǎn)生方波;振蕩器的輸出，一路經(jīng)微分電路7和驅(qū)動(dòng)器8，將振蕩器輸出方波的上升沿轉(zhuǎn)換成觸發(fā)可控硅SCR1的信號(hào)S1;振蕩器輸出的另一路經(jīng)反相器6、微分電路9和驅(qū)動(dòng)器10，將振蕩器輸出方波的下降沿轉(zhuǎn)換成觸發(fā)可控硅SCR2的信號(hào)S2;另外，振蕩器的輸出還接到或門4的輸入端，以保證振蕩器每次都能輸出一個(gè)完整的方波，使兩個(gè)觸發(fā)信號(hào)S1和S2間有足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以免兩個(gè)可控硅SCR1和SCR2同時(shí)導(dǎo)通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大功率直流(DC/DC)變換裝置，其特征在于，主電路中的兩個(gè)電感器L1和L2可以合并為一個(gè)電感器L(圖3)，與電容器C1串聯(lián)，接在公共支路上。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種大功率直流(DC/DC)變換方法及變換裝置。它的主電路由兩個(gè)逆阻型可控硅、兩個(gè)電感器、兩個(gè)電容器等構(gòu)成充放電回路；控制電路由比較器、方波振蕩器、或門、與非門、微分電路、驅(qū)動(dòng)器等組成。比較器的輸出經(jīng)或門4接到振蕩器5的使能端，振蕩器的輸出除經(jīng)或門4返回其使能端外，一路經(jīng)微分電路7和驅(qū)動(dòng)器8產(chǎn)生信號(hào)S1，另一路經(jīng)反相器6、微分電路9和驅(qū)動(dòng)器10產(chǎn)生信號(hào)S2，兩個(gè)信號(hào)S1和S2都送往主電路2，控制主電路實(shí)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移。
文檔編號(hào)H02M3/135GK1102018SQ9311916
公開(kāi)日1995年4月26日 申請(qǐng)日期1993年10月16日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月16日
發(fā)明者邵鐘武, 張加勝 申請(qǐng)人:邵鐘武