本发明涉及电力电子变换技术，具体涉及一种宽输出动态范围的直流电流/电流变换电路。
背景技术：
现有日常直流供电系统，通常采用恒压供电方式，电能变换方式也是采用电压/电压转换或电压/电流转换。随着科学技术的发展和新型供电技术领域的拓展，特别是在未来水下信息系统和网络中，恒流供电制式将显示其独特的优势。在这类供电系统中，不可避免要用到把某一电流值转换为其他值的电流（电流/电流）的变换装置。这就要求设计一种直流电流/电流变换电路来完成这一功能，但是现有直流电流/电流变换电路的输出电流范围不可调节，因此如何实现宽输出动态范围调节，已经成为一项亟待解决的关键技术问题。
基于上述需求，申请号为201410009977.x的中国专利文献公开了一种基于pwm调制的恒流恒压变换器，该恒流恒压变换器具有直流电流/电压变换功能，也具有电流变换功能。但是，该技术方案存在下述缺点：①该技术方案电路设计的模型限制了其输出电流只能小于输入电流；②该专利的电路模型中没有本发明电路模型中的c和l；③该技术方案中，开关与输出输入电流是并联关系。此外，申请号为201410009981.6的中国专利文献公开了一种隔离型高频开关恒流变换器，也是具有直流电流/电流变换功能，但是，该技术方案存在下述缺点：①该技术方案的电流变化不能由pwm的脉冲宽度调节，它的脉冲宽度是固定的；②该技术方案中输出电流与输入电流比由变压器确定，不具有反馈控制功能；③该技术方案的电路模型较复杂。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种宽输出动态范围的直流电流/电流变换电路，本发明针对恒流供电方式的输入电流，可通过调节电子开关的占空比来调节输出电流与输入电流的比值，设置不同的占空比可输出不同的电流值（理论上可以是任意值），能够实现电流/电流转换功能，且输出电流可大于、等于或小于输入电流，固定占空比或对输出电流取样并通过反馈电路调节占空比可使输出电流稳定在某一值，具有简单实用、效率较高、稳定可靠的优点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明提供一种宽输出动态范围的直流电流/电流变换电路，包括正极母线、负极母线以及依次并联在正极母线和负极母线之间的输入端接入电容ci、储能及转换电感l、输出储能及滤波电容co，所述正极母线上位于输入端接入电容ci、储能及转换电感l两者的连接点之间串接有电子开关q，所述正极母线上位于储能及转换电感l、输出储能及滤波电容co两者的连接点之间串接有续流及隔离二极管dt，所述正极母线和负极母线两者靠输入端接入电容ci的一侧作为直流电流/电流变换电路的输入端、靠输出储能及滤波电容co的一侧作为直流电流/电流变换电路的输出端。
优选地，所述电子开关q为双极型晶体管、或场效应管、或igbt。
优选地，还包括脉冲宽度调制电路pwm，所述电子开关q的控制端与脉冲宽度调制电路pwm的输出端相连。
本发明宽输出动态范围的直流电流/电流变换电路具有下述优点：本发明包括脉冲宽度调制电路pwm、正极母线、负极母线以及依次并联在正极母线和负极母线之间的输入端接入电容ci、储能及转换电感l、输出储能及滤波电容co，正极母线上位于输入端接入电容ci、储能及转换电感l两者的连接点之间串接有电子开关q，电子开关q的控制端与脉冲宽度调制电路pwm的输出端相连，正极母线上位于储能及转换电感l、输出储能及滤波电容co两者的连接点之间串接有续流及隔离二极管dt，针对恒流供电方式的输入电流，可通过调节电子开关q的占空比来调节输出电流与输入电流的比值，设置不同的占空比可输出不同的电流值（理论上可以是任意值），能够实现电流/电流转换功能，且输出电流可大于、等于或小于输入电流，固定占空比或对输出电流取样并通过反馈电路调节占空比可使输出电流稳定在某一值，具有简单实用、效率较高、稳定可靠的优点。
附图说明
图1为本发明实施例一的基本拓扑结构示意图。
图2为本发明实施例一的主要参数波形示意图。
具体实施方式
实施例一：
如图1所示，本实施例的宽输出动态范围的直流电流/电流变换电路包括脉冲宽度调制电路pwm、正极母线、负极母线以及依次并联在正极母线和负极母线之间的输入端接入电容ci、储能及转换电感l、输出储能及滤波电容co，所述正极母线上位于输入端接入电容ci、储能及转换电感l两者的连接点之间串接有电子开关q，所述电子开关q的控制端与脉冲宽度调制电路pwm的输出端相连，所述正极母线上位于储能及转换电感l、输出储能及滤波电容co两者的连接点之间串接有续流及隔离二极管dt，所述正极母线和负极母线两者靠输入端接入电容ci的一侧作为直流电流/电流变换电路的输入端、靠输出储能及滤波电容co的一侧作为直流电流/电流变换电路的输出端。
输入端接入电容ci是宽输出动态范围的直流电流/电流变换电路的核心器件，输入端接入电容ci具有储能作用和能量转换功能，在电子开关q断开期间，输入电流向输入端接入电容ci充电，输入端接入电容ci将电能存储起来；在电子开关q闭合期间，输入端接入电容ci放电，将电能转换至储能及转换电感l。储能及转换电感l具有储能作用和能量转换功能，在电子开关q闭合期间，储能及转换电感l将来自输入端接入电容ci和输入电源的电能存储起来；在电子开关q断开期间，由储能及转换电感l向输出储能及滤波电容co和负载rl放电，将电能转换至输出储能及滤波电容co和负载rl。续流及隔离二极管dt是续流二极管，同时具有隔离作用，在电子开关q闭合期间，续流及隔离二极管dt上电压为－（vo+vi），续流及隔离二极管dt截止；在电子开关q断开期间，续流及隔离二极管dt导通，为储能及转换电感l放电提供通路。输出储能及滤波电容co同时具有输出储能及滤波作用，在电子开关q断开期间，输出储能及滤波电容co吸收来自储能及转换电感l的电能；在电子开关q闭合期间，输出储能及滤波电容co向负载rl释放电能。rl是负载。电子开关q是由pwm脉冲信号控制的电子开关，通常当控制脉冲为高电平时，电子开关q导通；低电平时，电子开关q截止（断开）。脉冲宽度调制电路pwm根据vref和vf的相对值输出占空比为d的脉冲信号，其中vref是基准电压，vf是比较电压。图1中除电子开关q为开关模型以外，其余部件均为普通元器件，在实际应用中电子开关q的开关模型可以根据需要采用双极型晶体管、或场效应管、或igbt；脉冲宽度调制电路pwm则可以使用各种pwm集成电路来实现。
图2所示为图1电路中相关节点的波形示意图，其中：ii为输入电流，vi为输入电压，vg为加到电子开关q控制极的控制电压，iq为流过储能及转换电感l的电流，vl为储能及转换电感l两端的电压，vd为续流及隔离二极管dt的电压，io为输出电流，vo为输出电压。电子开关q由一定频率（周期为t）的脉冲来控制，在脉冲高电平时段（ton）开关闭合。在脉冲低电平时段（toff）开关关断，输出电流io与输入电流ii的关系如式（1）所示；
io=(toff/ton)/ii（1）
式（1）中，io表示电子开关q的输出电流，toff表示脉冲低电平时段，ton表示脉冲高电平时段，ii表示电子开关q的输入电流。
若设占空比为d=ton/t，其中t表示周期，ton表示脉冲高电平时段，则（1）式可变换为如下式（2）所示形式：
io=((1-d)/d)/ii（2）
从式（1）和式（2）两式可以看出，只要调节控制脉冲的占空比d，就可改变输出输入电流的比值。如果输入电流ii为恒流，那么输出也是不同值的恒流。只要设置不同的占空比d，就可输出不同的恒流值。理论上，占空比d在0~1之间取值时，输出电流可以是任意值。实际当中d的取值在0.1~0.9[io≈（0.1~10）ii]之间时有较为精确的变换值。实验证明，该电路在额定工作功率的条件下转换效率可达90%以上。例如：假设输入恒流源电流的输入电流ii为1a，要使该变换器输出2a，则知toff/ton=22，从而可以推导出占空比d=33%，即只要调节vf，使脉冲宽度调制电路pwm输出脉冲的占空比d为0.33即可。同理，要想输出0.5a的电流，可调节vf，使占空比d为0.67即可。
和申请号为201410009977.x的中国专利文献公开了一种基于pwm调制的恒流恒压变换器相比，本实施例电路的输出电流既可以小于输入电流也可以大于输入电流，电子开关q是串联在输入和输出之间，而且增加了输入端接入电容ci、储能及转换电感l、输出储能及滤波电容co。和申请号为201410009981.6的中国专利文献公开了一种隔离型高频开关恒流变换器相比，本实施例电路的电流变化可以由pwm的脉冲宽度调节、脉冲宽度可调，而且不需要变压器且具有反馈控制功能，电路结构更简单、设备成本更低。
综上所述，本实施例的宽输出动态范围的直流电流/电流变换电路针对恒流供电方式的输入电流，可通过调节电子开关q的占空比来调节输出电流与输入电流的比值，设置不同的占空比可输出不同的电流值（理论上可以是任意值），能够实现电流/电流转换功能，且输出电流可大于、等于或小于输入电流，固定占空比或对输出电流取样并通过反馈电路调节占空比可使输出电流稳定在某一值，具有简单实用、效率较高、稳定可靠的优点。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，其主要区别为：本实施例中，本实施例的宽输出动态范围的直流电流/电流变换电路不包含集成的脉冲宽度调制电路pwm，电子开关q的控制端与外部的pwm输出设备的输出端相连。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。