具有恒功率特性的DC／DC變換器的研究
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在此以恒功率切換至恒流模式為例，仿真波形如圖4a所示。可見，在切換瞬間輸出電流存在一個很大的過沖，這個過沖是由于在負載電阻切換瞬間，輸出電容上電壓維持不變，放電產生一個較大的電流。由于系統控制環路存在一定延遲，電感電流在切換瞬間幾乎維持不變，之后電感電流才會出現一個較大的過沖，這樣就會導致變換器瞬時輸出功率變大，此時對變換器的功率器件也會有一個較大的沖擊，易損壞器件，對于功率器件的選擇要求變高。在實際應用中，在切換瞬間，變換器向前級索取的瞬時功率會很大，可能對前級也會造成一定沖擊。本文引用地址：http://www.104case.com/article/175766.htm
為解決上述問題，可采用減小輸出濾波電容大小的方法，將輸出濾波電容從2 000μF減小到100μF后的仿真波形如圖4b所示。可見負載電流的過沖從圖4a中335．2 A減小至155 A，效果明顯。圖4c為采用使負載電阻切換的階躍不太大，即電阻間變化盡量小的方法時的仿真波形。
圖4a中負載電阻從0．5 Ω變至0．1 Ω，電流過沖最大為335．2 A，圖4c中電阻從0．35 Ω變至0．2 Ω時，電流過沖減小至112．4 A，效果明顯。
3 實驗結果
為驗證以上分析，研制了一臺實驗樣機。兩相交錯并聯Buck輸入電壓73 V，開關頻率50 kHz，輸出限壓40 V，輸出限流76 A，輸出功率限制2．4 kW。圖5a為兩路交錯并聯Buck電路上管的驅動信號ugV1，ugV2和輸出電感電流波形iL1，iL2，可見兩路驅動交錯180°，輸出電感電流稍有誤差，可實現均流效果；圖5b示出電路從恒流切換到恒功率的Iref、輸出電壓Uo和輸出電流Io的階躍波形；圖5c示出電路從恒功率工作模式切換到恒流的Iref，Uo，Io的階躍波形。相對于圖5b，此工作模式切換較平緩，而且動態的響應速度也較快。
由于電路從恒壓(恒流)模式切換到恒流(恒壓)模式與上述兩個工作模式切換類似，這里不再贅述。圖5d示出電路工作從恒功率切換到恒壓工作模式的Iref，Uo，Io的階躍波形。可見，Uo在工作模式切換的瞬間會有電壓過沖，而系統在切換后正常工作一段時間后，電壓和電流會跌落一點；圖5e示出電路從恒壓切換到恒功率工作模式的Iref，Uo，Io的階躍波形；圖5f給出了不同輸出負載電阻下的效率曲線。
可見，Io在模式切換瞬間會有一個明顯的過沖，由于電壓環響應速度比功率環快很多，故在恒壓切換到恒功率的過程中會出現一些振蕩。兩相交錯并聯Buck電路在不同輸出負載電阻情況下，最高效率可達97．2％。
4 結論
此處提出一種具有恒功率特性的輸出寬范圍連續可調的控制策略，采用兩相交錯并聯Buck拓撲結構解決了傳統單級式變換器在低壓大電流輸出場合應用時控制實現困難的問題。同時，在負載電阻變換時，輸出功率和電壓能有效限制在設定的最大值，實現了系統限功率、限壓、恒流的功能。
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