一种输出自动均压的DC-DC变换电路

本发明涉及电力电子变换，具体涉及一种输出自动均压的dc-dc变换电路。

背景技术：

1、近年来，社会经济及科学技术飞速发展，工业领域中对于大功率直流电源的应用非常广泛。在难熔金属冶炼、x射线电源、分析仪器、静电除尘等领域，需要将较低的输入电压变换为较高的电压输出。由于输出电压较大，如果使用单模块直流电源，器件将承受较大的电压应力，并且单模块直流电源的可靠性较低。而两台模块化电源输入并联、输出串联（ipos）的dc-dc变换器可以降低输入侧器件的电流应力以及输出侧器件的电压应力，在低压输入高压输出的场合具有显著优势。对于ipos系统，输入并联、输出串联保证了各模块的输入电压和输出电流相同，因此只需要实现各模块的输入均流或输出均压就可以实现功率的均衡。然而，各模块的器件参数的差异性可能会严重影响各模块的功率均衡，通过反馈调节控制系统可以实现强制输出的均压。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种输出自动均压的dc-dc变换电路，实现强制输出的均压。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、一种输出自动均压的dc-dc变换电路，包括控制模块、驱动模块、功率放大模块、均压输出模块和采样模块；

4、所述功率放大模块包括结构一致的第一功率放大电路和第二功率放大电路，用于对输入并联输出串联的两个模块化电源进行功率放大，并通过驱动信号进行电压调节；

5、所述均压输出模块用于两路功率放大电路输出电压的整流并自动求和叠加后输出电压vout+和vout－；

6、所述控制模块包括脉宽调制信号发生电路、结构一致的第一脉宽调节电路和第二脉宽调节电路，脉宽信号发生电路用于将采样模块输出的采样信号com_v和com_a转换为数字信号并产生四路脉宽调制信号pwm1、pwm2、pwm3和pwm4，其中脉宽调制信号pwm1、pwm2输入到第一脉宽调节电路，脉宽调制信号pwm3和pwm4输入到第二脉宽调节电路，所述第一脉宽调节电路和第二脉宽调节电路确保输入的两路脉宽信号频率保持相同，相位差保证180度，且不会相互干扰，然后输出控制信号vg1、vg2、vg3和vg4；

7、所述驱动模块包括结构一致的第一驱动电路和第二驱动电路，所述第一驱动电路用于将控制信号vg1、vg2的驱动能力放大和脉宽信号移相，并输出驱动信号hvin01、hvin02、hvin03和hvin04，所述第二驱动电路用于将控制信号vg3、vg4的驱动能力放大和脉宽信号移相，并输出驱动信号hvin05、hvin06、hvin07和hvin08；

8、所述采样模块包括电压采样电路和电流采样电路，电压采样电路用于对输出电压vout+和vout－采样，输出电压采样信号com_v_out反馈给所述控制模块，电流采样电路用于对输出电流采样，输出电流采样信号com_a_out反馈给所述控制模块。

9、进一步地，所述的第一功率放大电路采用全桥dc-dc变换器结构，包括开关管q1、开关管q2、开关管q3、开关管q4、谐振电容c4、谐振电感l2、电容c5和变压器l1，所述开关管q1、开关管q2、开关管q3、开关管q4是四个带有体二极管的mos管，分别形成四个桥臂，谐振电容c4的一端连接在串联的开关管q1和开关管q3的公共连接点，另一端与谐振电感l2串联后连接变压器l1的初级线圈的一端，变压器l1的初级线圈的另一端连接在串联的开关管q2和开关管q4的公共连接点，电容c5并联在变压器l1的初级线圈的两端；

10、所述的第二功率放大电路采用全桥dc-dc变换器结构，包括开关管q5、开关管q6、开关管q7、开关管q8、谐振电容c13、谐振电感l5、电容c15和变压器l4，所述开关管q5、开关管q6、开关管q7、开关管q8是四个带有体二极管的mos管，分别形成四个桥臂，谐振电容c13的一端连接在串联的开关管q5和开关管q7的公共连接点，另一端与谐振电感l5串联后连接变压器l4的初级线圈的一端，变压器l4的初级线圈的另一端连接在串联的开关管q6和开关管q8的公共连接点，电容c15并联在变压器l4的初级线圈的两端。

11、进一步地，所述的均压输出模块包括八个交错相连的二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、二极管d6、二极管d8、二极管d9，以及滤波电容c9和滤波电容c14，二极管d1的阳极与二极管d3的阴极相连且连接变压器l1的次级线圈的一端，二极管d2的阳极与二极管d4的阴极相连且连接变压器l1的次级线圈的另一端，二极管d2的阴极与二极管d4的阳极相连，二极管d6的阳极与二极管d9的阴极相连且连接变压器l4次级线圈的一端，二极管d5的阳极与二极管d8的阴极相连且连接变压器l4的次级线圈的另一端，二极管d5的阴极与二极管d8的阳极相连且连接二极管d4的阳极，二极管d1的阴极与二极管d6的阴极相连并输出均压电压vout＋，二极管d3的阳极与d9的阳极相连并输出均压电压vout－，滤波电容c9并联在二极管d1的阴极和二极管d4的阳极两端，滤波电容c14并联在二极管d5的阴极和二极管d9的阳极两端。

12、进一步地，所述的第一驱动电路又包括两个结构一致的子电路，所述子电路包括mos驱动器ic2、电阻r26、电阻r29、电阻r24、电阻r25、电阻r28、电阻r30、电阻r33、电阻r34，控制信号vg1连接电阻r26，电阻r26的另一端与电阻r29相连并连接mos驱动器ic2的in+端，电阻r29的另一端接地，mos驱动器ic2的osr端连接电阻r28和电阻r33的一端，mos驱动器ic2的osn端连接电阻r24和电阻r30的一端，电阻r24和电阻r28的另一端连接且输出驱动信号hvin01，电阻r30和电阻r33的另一端连接且输出hvin02，所述驱动信号hvin01连接所述开关管q1的栅极，驱动信号hvin02连接所述开关管q3的栅极。

13、进一步地，所述的第一脉宽调节电路包括脉宽信号交叉异步互锁控制器ic1、电阻r27、电阻r31、电阻r32、电阻r35、电阻r36、电容c19、电容c20、电容c21、二极管d10，所述二极管d10阳极接使能信号，二极管d10的阴极连接所述控制器ic1的en端，电容c19和电阻r27并联后一端连接所述控制器ic1的en端且另一端接地，电阻r31与电容c20并联后一端连接到所述控制器ic1的ll端且另一端接地，电阻r32与电容c21并联后一端连接到所述控制器ic1的rcp端且另一端接地，脉宽调制信号pwm1通过电阻r35连接到所述控制器ic1的vd2端，pwm2通过电阻r36连接到所述控制器ic1的vd1端，控制信号vg1和vg2分别从所述控制器ic1的vg1端口和vg2端口输出。

14、进一步地，所述脉宽调制信号发生电路包括可编程脉冲控制芯片ic6和电容c25，可编程脉冲控制芯片ic6输出四路脉宽调制信号。

15、进一步地，所述的电压采样电路包括电阻r3、电阻r4、电阻r13、第一运算放大器u1b和第二运算放大器u1a；

16、输出电压vout＋和vout－加载在串联的电阻r3、电阻r4和电阻r13的两端，电阻r4和电阻r13的公共连接点与所述可编程脉冲控制芯片ic6的bat端相连，电阻r11的一端连接在电阻r4和电阻r13之间另一端接地，电阻r12与电阻r11并联后与电阻r9串联连接到第一运算放大器u1b的同相输入端；

17、电阻r1与电容c1均并联在第二运算放大器u1a的反向输入端和输出端，第二运算放大器u1a的反向输入端还连接有电阻r2，第二运算放大器u1a的输出端还连接有电阻r6，电阻r6的另一端输出电压采样信号com_v_out。

18、进一步地，所述的电流采样电路包括电感l3、第一运算放大器u2b和第二运算放大器u2a；

19、第一运算放大器u2b的同相输入端连接有串联的电感l3和二极管d7、并联的电阻r22与电阻r23以及串联的电阻r20，其余电路结构与电压采样电路一致。

20、进一步地，还包括与可编程脉冲控制芯片串口相连的触摸显示屏。

21、进一步地，所述的脉宽调制信号发生电路输出两路使能信号sr1-en和sr2-en，分别连接到第一脉宽调节电路和第二脉宽调节电路的使能端。

22、本发明的有益效果是：

23、1）本发明为一种适用于两台模块化电源的输入并联输出串联自动均压的dc-dc变换电路，可以实现强制输出的均压，避免了庞杂的均压计算，降低成本并减少了计算时间。

24、2）通过pwm信号控制功率放大模块中开关管的导通时间来进行电压调节，使得在均压输出时可以不用考虑各模块功率均衡，避免了模块间输出电压不均产生环流的问题。

25、3）输出自动均压的dc-dc变换电路均衡了电源开关管、变压器和输出滤波电容的电压电流应力，延长了单台电源的使用寿命，从而提高了变换器的工作性能和可靠性。