状态I S1导通,S2截至,C1被Vs充电,C2向负载放电; 状态II S1截至,S2导通,C1向C2和负载放电,补充的储能。 本文在基本开关电容变换器工作原理的基础上,提出了适用于桥式电路,可以为高端驱动电路中自举电容充电的开关电容变换器,电路拓扑结构如图3所示。 图3中Vs为直流电源,为低端开关管的驱动电路供电,同时通过开关电容网络给高端驱动电路中的自举电容充电。C1为源电容,C2、C3、C4为负载电容,Si( i 等于1,2,…,8)为MOSFET开关管,Di (i等于1,2,…,6)的作用是为防止Si 关断期间MOSFET的体内寄生反向二极管导通,标号A和B 表示该端口彼此连接在一起,SP1、SP2 和SP3分别接高端驱动电路中的自举电容。 图3所示开关电容变换器共有四个工作状态:状态I 开关S1、S2导通,其它开关管都关断, 电源Vs给电容C1充电; 状态II 开关S3、S4导通,其它开关管都关断,电容C1向C2放电,补充C2的储能; 状态III 开关S5、S6导通,其它开关管都关断,电容C1向C3放电,补充C3的储能; 状态IV 开关S7、S8导通,其它开关管都关断,电容C1向C4放电,补充C4的储能。 四个工作状态的工作逻辑,即四组开关管的导通顺序如图4所示。 3 控制方法 采用DIONICS 公司生产的光伏MOSFET 驱动芯片来驱动开关电容变换器中8 个MOSFET 开关管,其驱动电路如图5所示。
脉冲信号由单片机产生,通过单片机I/O 口输出4组时序如图6所示的脉冲信号波形来控制4 组开关管的通断,使开关电容变换器按上面分析的4个工作状态和时序进行工作。 4 仿真和实验结果 采用PSPICE 软件对主电路进行仿真,用PROTEUS软件对单片机进行仿真。 仿真参数为:独立电压源Vs =18V,开关管Si通态电阻Ron=6 Ω,电容C1=C2=C3=C4=10 µF,S1,S2的开关周期为T=72 µs , ton=24 µs , 开关管S3,S4,S5,S6,S7,S8的周期为T=216 µs,ton=24 µs。单片机I/O口输出波形及电容上的电流和电压波形如图8、图9 所示。 S5、S6 与S7、S8 的控制信号波形与图7 中S3、S4的控制信号波形相同,仅导通时间不同,各自的导通顺序和图6中分析完全一样。 实验中单片机型号为ATTiny26,通过编程输出四组控制信号,8 个MOSFET 开关管都采用 BS107A, 光伏驱动芯片采用DIONICS 的DIG-11-8-30-DD,实验参数和仿真参数相同。实验波形如图10、图11所示。 (责任编辑:admin) |