几种开关电容网络及其对DC_DC变换器的改善
软开关双向DCDC变换器的研究
软开关双向DCDC变换器的研究一、本文概述随着电力电子技术的快速发展，DC/DC变换器在各种电源管理系统中扮演着越来越重要的角色。
特别是在电动车、可再生能源系统、数据中心以及航空航天等领域，DC/DC变换器的性能优化和效率提升成为了研究的热点。
传统的DC/DC变换器在开关切换过程中存在较大的开关损耗和电磁干扰，影响了其整体效率和稳定性。
因此，研究和开发新型的DC/DC变换器技术，特别是具有软开关特性的双向DC/DC变换器，对于提高电源系统的效率和可靠性具有重要的理论价值和实际应用意义。
本文旨在深入研究软开关双向DC/DC变换器的基本原理、拓扑结构、控制策略及其在实际应用中的性能表现。
文章首先介绍了DC/DC变换器的基本概念和分类，分析了传统DC/DC变换器存在的问题和挑战。
然后，重点阐述了软开关技术的原理及其在双向DC/DC变换器中的应用，包括软开关的实现方式、拓扑结构的选择以及相应的控制策略。
本文还将对软开关双向DC/DC变换器的性能评估方法进行探讨，包括效率、稳定性、动态响应等指标的分析和比较。
本文将通过仿真和实验验证，对所研究的软开关双向DC/DC变换器的性能进行验证和评估。
通过对比分析不同拓扑结构和控制策略下的实验结果，为软开关双向DC/DC变换器的优化设计和实际应用提供有益的参考和指导。
本文的研究成果将为电力电子技术的发展和电源系统的性能提升提供新的思路和解决方案。
二、软开关双向DCDC变换器的基本原理软开关双向DC-DC变换器是一种新型的电力转换装置，它结合了软开关技术和双向DC-DC变换器的优点，旨在提高转换效率、减小开关损耗和降低电磁干扰。
其基本原理主要涉及到软开关技术的运用以及双向DC-DC变换器的工作模式。
软开关技术通过在开关管电压或电流波形上引入零电压或零电流区间，实现了开关管的零电压开通（ZVT）或零电流关断（ZCS），从而极大地减小了开关损耗。
在软开关双向DC-DC变换器中，通过采用谐振电路、辅助开关或变压器等元件，实现了开关管的软开通和软关断，从而提高了变换器的效率。
开关电容变换器组成原理及发展趋势
开关电容变换器组成原理及发展趋势丘东元张波(华南理工大学电力学院, 广东省广州市 510641)Composing Principle and Development of Switched Capacitor ConvertersQiu Dongyuan, Zhang Bo(College of Electric Engineering, South China University of Technology, Guangzhou, 510641)ABSTRACT: Switched capacitor (SC) converters do not require any inductor or transformer, only use capacitors as energy storage components. With the advantages of small size, lightweight, high efficiency and high power density, SC converters are more popular in power electronic system. This paper divided the existed SC converters into several kinds. Based on the concept of basic SC cell, the composing principles of each kind of SC converters have been proposed. Next, the main control methods and new applications of SC converters are introduced.KEYWORDS: Switched capacitor (SC) converter, step-up, step-down, inverting摘要：开关电容变换器不含磁性元件，仅以电容作为储能元件，有体积小，重量轻，效率高和功率密度大等优点，在电力电子电路中的应用越来越广泛。
隔离型高增益有源开关电容DC-DC变换器
隔离型高增益有源开关电容DC-DC变换器：电力系统的微型“变形金刚”在现代电力系统的复杂舞台上，隔离型高增益有源开关电容DC-DC变换器如同一位微型的“变形金刚”，以其独特的结构和功能，为电能的高效转换和安全传输扮演着关键角色。
这种变换器的设计理念，就像是一场精心编排的交响乐，每个部分都精确地协同工作，以实现最佳的性能表现。
首先，让我们来揭开这位“变形金刚”的面纱。
它的心脏是由多个电容器组成的阵列，这些电容器通过精密的控制逻辑进行快速切换，就像一支训练有素的舞蹈队伍，在指挥家的棒下有序地变换队形。
这种切换不仅保证了电能的连续流动，还实现了电压的倍增，从而满足了特定应用对高电压的需求。
然而，这位“变形金刚”的真正魅力在于它的隔离功能。
它采用了高频变压器技术，这就好比是在电能的河流中建立了一座坚固的水坝，有效地将输入端与输出端隔离开来。
这种隔离不仅保护了系统免受潜在的电气噪声影响，还确保了用户设备的安全，避免了可能的电流泄露风险。
在实际应用中，这种变换器的效率和稳定性是衡量其性能的关键指标。
它能够在极短的时间内响应负载的变化，就像是一位反应敏捷的运动员，在比赛中迅速做出调整以应对对手的挑战。
而且，由于其内部结构的优化设计，即使在极端的工作条件下，也能保持出色的热稳定性和长期可靠性。
然而，尽管这位“变形金刚”拥有诸多令人赞叹的特性，它的设计和制造过程却充满了挑战。
工程师们必须精确计算每个部件的参数，确保它们能够无缝协作，同时还要考虑到成本效益比，以确保最终产品的市场竞争力。
这是一个需要深厚专业知识和丰富经验的领域，每一位参与者都是这场科技盛宴的重要嘉宾。
总的来说，隔离型高增益有源开关电容DC-DC变换器是电力电子领域的一颗璀璨明珠。
它以其卓越的性能、灵活的应用和可靠的安全保障，成为了现代电力系统不可或缺的组成部分。
随着技术的不断进步和创新，我们有理由相信，这位微型的“变形金刚”将继续在电力转换的舞台上扮演着越来越重要的角色，为人类社会的可持续发展贡献自己的力量。
改进的单级功率因数校正ACDC变换器的拓扑综述
图2
典型的单级隔离式 boost PFC 电路
众所周知，电流断续模式（DCM）的 Boost 变换器，在固定占空比下电流自动跟随输入 电压，因此，PFC 级工作在 DCM 下可以得到较高的功率因数。但是，输入和输出电感电流 的峰值较高，增加了有源开关的电流应力和开关损耗；变换器的效率低；另外电路需要一个 更大的 EMI 滤波器。如果要求减小开关器件的电压、电流应力，那就需要 PFC 级工作在电 流连续模式（CCM）下，同时可以提高整个变换器的效率并减小 EMI。如在图 2 的 a 和 b 之间加一电感 L1，可以使 PFC 级工作在 CCM 下。对于 DC/DC 变换器而言，为了提高变 换器的效率，一般工作在 CCM 下，因此，占空比不随负载变化。当负载变轻时，输出功率 减小，而 PFC 级输入功率同重载时一样，则充入储能电容的容量大于从储能电容抽走的能 量，导致储能电容电压上升。为了保持输出电压一致，电压反馈环调节输出电压，使占空比 减小，输入能量也相应减小，这个动态过程要到输入和输出功率平衡后才停止。负载减小带 来的后果是直流总线电压明显上升，也就是电容电压明显上升，甚至达到上千伏。 降低电容电压通常有两种方法：一种方法就是采用变频控制[4]，可以使电容电压低于 450V，但是频率变化范围可能高达十倍，不利于磁性元件的优化设计；另一种就是采用变 压器绕组实现负反馈。如果 PFC 级和 DC/DC 变换器都工作在 CCM 下，输出功率减小时， 虽然占空比不变，但输入功率也会相应减小，抑制了储能电容电压的增加，的效率是最高 的，PF 值有所降低，但是，很难找到一种拓扑完全工作在 CCM 下，设计上也相对复杂。 串联单级 PFC 变换器的功率流图如图 3 所示，从图中可以看出，功率由输入传送到输出， 经过了两次变换，效率低。
DC—DC开关功率型变换器电路分析和调试
Ｌ Ｔ ＝
（ ８ ）
ｃ
考虑到式 （ ３ ） ，有：
。 ＝ ＝ ＝
（ ３ ）
由图２ 及公 式 （ ３ ） 可 知 ，电感 电流平 均值 的 表达式为 ：
（ ４ ）
由式 （ ９ ） 知电容的选择计算值 为：
ｃ △ ８
（ ９ ） 姆 如如 （ １ ０ ）
…
…
…
…
…
…
…
．
…
…
…
皇王研究． ． Ｉ
ＤＣ—ＤＣ开 关 功 率 型 变 换 器 电 路 分 析 和 调 试
深圳威迈斯 电源有 限公 司 杨学锋
【 摘要 】通常Ｄｃ — Ｄ ｃ变换 电路所 需元件较 多，电路较复 杂。本文对ＤＣ Ｄ ｃ 开关 型功率变换器 电路进行 了分析探讨 ，为 实际Ｄｃ — ＤＣ 开关变换器 的设计 和调试 提供 了新的思
由临界条件 ， 。＝Ｉ 可 以得：
＝ 丁 １ － Ｄ尺
（ ５ ）
－
—
—
—
—
：
图２ Ｂ ｕ ｃ ｋ 型开 关变换 器电感 电流工作
在临界状态下的波形
ｊ
｛ 臂 ｔ ４ ０ 。 ” …
…
～… ～
一 一 … ～ …
１
… … … …
１ 掊 ５
路。
【 关键词 】Ｄ Ｃ — Ｄ Ｃ 开 关；功率 型变换器 ；基本 电路
１ ． 电感量 的选择 在Ｂ ｕ ｃ ｋ 型开 关变换 器 中，流过储 能 电感Ｌ 的 电流效 能发生突 变，该 电流近似 线性上 升和 线性 下降，而且 电感量越大 电流的变化起伏 越 平滑 ，电感量越小 则 电流变化 起伏越 陡峭。当 电感量 小到一定值 时，就会发 生在功率开 关管 截止 瞬 间， 电感 Ｌ 中储存 的能量 也刚 好释放 完 毕 ，此时储 能 电感Ｌ 的 电感 量就 称为 临界 电感 量Ｌ 。如果当储能 电感Ｌ 的 电感量 小于Ｌ 时，就 会发生功 率开关管 尚未处于关 断状态时 ，储 能 电感Ｌ 中的电流 已变 为零 ，于是 电感Ｌ 上 的电压 也变为零 ，开关管及储 能 电感上 的 电压就会 发 生 台阶式突变 ，作为稳 压电源在有 负载时绝少 允许 出现这种 情况 ，因为这种情况将 会 引起 电 源稳 压特性 的明显恶化 ，甚至会产 生附加 的振 荡。对负载 来说 ，也不 允许有这种 情况发生 ， 因为 这种情 况会使 负载 电路 出现 间断性供 电， 最后 引起负 载电路丢失信 息或工作 不正常 。所 以在 开关 电源 的设计 中，电感量 的选 择是一个 重要 的设计 参量 。在实 际电感量 的设计 中，只 要计 算 出电感电流 临界连续时 的电感量 ，当实 际电感大于此 电感量时 ， 电感 电流 工作在 电感 电流连续 模 式 （ Ｃ Ｃ Ｍ ） ，相反 ，工作 在断续 模 式 （ Ｄ Ｃ Ｍ ） 。下面 以Ｂ ｕ ｃ ｋ 型开关变 换器 为例 来讨 论 电感 电流 临 界连 续模式 时 电感量 的计算 。 图１ 为Ｂ ｕ ｃ ｋ 型开 关变换器的主 电路拓扑 。
DC-DC变换基本电路和控制方法综述
文章编号：DC-DC变换基本电路和控制方法综述作者（江南大学物联网工程学院，江苏省无锡市 214122）摘要：近20年来，随着科学技术日新月异的发展，特别是功率开关器件的发展，DC-DC变换的拓扑结构和控制技术取得了很大的成就。
本文主要是对当前DC-DC变换电路——隔离型和非隔离型、两端口和多端口、单向变换和双向变换和控制方法——软开关、移相PWM、同步整流、多电平技术的发展与现状进行综述，并讨论了DC-DC变换器未来发展趋势。
关键词：基本电路;控制方法；隔离型；双向；同步整流中图分类号：文献标识码：1引言DC-DC变换器是将不可调的直流电压转变为可调或固定的直流电压，是一个用开关调节方式控制电能的变换电路，这种技术被广泛应用于各种开关电源、直流调速、燃料电池、太阳能供电和分布式电源系统中。
上个世纪，随着功率开关器件的发展，变换器拓扑和变换技术已经取得了很大的成就，并且已经发展到一个相当高的水平。
在DC-DC变换器演化过程中，离不开各种直流变换技术，各种新技术的产生和发展很大程度上影响了变换器拓扑的演化。
高功率密度、高效率、高性能、高可靠性以及低成本、小体积是DC-DC变换器的发展方向，各种变换技术也都围绕着提高变换器性能而相继被提出。
本文围绕着DC-DC变换的基本电路——隔离型和非隔离型、单端口和多端口、单向变换和双向变换以及控制方法——软开关、同步整流、移相PWM技术、多电平技术的发展和现状进行综述，并展望直流变换器未来的发展趋势。
2隔离型和非隔离型主要电路2.1非隔离型主要电路DC-DC非隔离型主要电路包括BUCK、BOOST、BUCK-BOOST、CUK等电路。
2.1.1降压型BUCK电路降压型BUCK电路如下图2.1所示。
工作原理为：当开关晶体管导通时，二极管关断，输入端直流电源Vi将功率传送到负载，图2.1降压型BUCK电路拓扑并使电感储能；当开关晶体管关断时，二极管导通，续流，电感向负载释放能量。
谐振串联型开关电容DC／DC变换器
1 引言开关电容直流变换器是以电容为储能元件的功率变换器，其体积小、重量轻、效率高且易于集成。
但硬开关控制方式的开关电容变换器存在开关电流大、EMI问题严重等缺点。
谐振型开关电容直流变换器对于开关损耗、EMI和电流应力等性能有所改善，但同时存在一个问题：对于升压式电路，电容充电时，该电容不能同时向负载放电，只能由输出电容向负载供电，变换器输出电流占空比就会较小，势必导致工作电流峰值变大，使阻性损耗变大。
采用双相的电路结构可使电流占空比增大一倍，但功率器件数量也相应增加一倍。
根据向串联电容逐个充电能升压的原理，参考文献，在此提出一种谐振串联型开关电容DC／DC变换器，电路在对谐振电容充电的同时，能以恒流方式向负载放电，可增大工作电流占空比，从而减小谐振峰值电流，降低阻性损耗，提高变换效率。
2 主电路图1示出谐振型2倍压主电路拓扑结构，Cs，L1为低压端EMI滤波元件，C3，L3为高压端EMI滤波元件。
谐振电容C1，C2与C3间用L3相连。
电路工作波形如图2所示，工作分4个模态：模态I VT1，VD1导通，VT2，VD2关断，电源电流通过L1，L2，VT1，VD1向C1谐振充电，同时电源和C2串联向负载供电，即图2波形T2时段；模态II VT1仍然导通，VT2，VD2继续关断，由于VD1的反向阻断，VT1无电流，电路为C1，C2串联向负载放电，即图2波形t3～t4时段；模态III VT1，VD1关断，VT2，VD2导通，电源向C2充电，同时与C1串联向负载供电，类同模态I；模态IV 类同模态II。
模态II至模态IV，历经总时间为T3。
简言之，电源轮流向电容充电，电容串联升压输出。
若T2=T3，则模态II和IV时间为零，则输入充电电流时间占空比为100％。
由于谐振型电路工作要基于电路的参数，当电路LC谐振参数确定后，T2通常不能改变。
则调压方式只能是改变模态II和IV的时间，也即调频方式。
当T2=T3时，为开关频率上限fh=1／(2T2)，调节输出电压时，只能在fh上限频率处向下调节。
DCDC变换器的发展及应用
DC/DC变换器的发展与应用周志敏(莱芜钢铁集团公司动力部,山东莱芜271104）摘要：介绍电压调整模块(VRM)技术、软开关技术和高频磁技术在DC/DC变换器中的应用,分析DC/DC变换器发展的关键技术，并探讨其发展的趋势.关键词：电压调整模块；软开关;高频磁技术1引言直流-直流变换器（DC/DC）变换器广泛应用于远程及数据通讯、计算机、办公自动化设备、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济的各行各业。
按额定功率的大小来划分，DC/DC可分为750W以上、750W~1W和1W以下3大类。
进入20世纪90年代，DC/DC变换器在低功率范围内的增长率大幅度提高，其中6W～25WDC/DC变换器的增长率最高,这是因为它们大量用于直流测量和测试设备、计算机显示系统、计算机和军事通讯系统。
由于微处理器的高速化，DC/DC 变换器由低功率向中功率方向发展是必然的趋势，所以251W～750W的DC/DC变换器的增长率也是较快的，这主要是它用于服务性的医疗和实验设备、工业控制设备、远程通讯设备、多路通信及发送设备，DC/DC变换器在远程和数字通讯领域有着广阔的应用前景。
DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压，这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁、列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制具有加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果.用直流斩波器代替变阻器可节约20％～30%的电能。
直流斩波器不仅能起到调压的作用（开关电源),同时还能起到有效抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
DC/DC变换器现已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右，功率密度为0。
31W/cm3～1。
22W/cm3。
随着大规模集成电路的发展，要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构。
目前，已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块，功率密度有较大幅度的提高。
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○理论探讨 ○几种开关电容网络及其对DC -DC 变换器的改善国家自然科学基金资助项目。
收到稿件。
刘 健 陈治明 严百平(西安理工大学 710048) 摘 要 提出三种开关电容网络,包括串并电容组合结构、极性反转开关电容网络和推挽开关电容网络,并讨论了它们的性质。
将这三种开关电容网络和传统DC -DC 变换器相结合,提出了一系列新的变换器拓扑结构。
理论分析和实验结果表明,上述措施有助于提高具有悬殊电压变比的DC -DC 变换器的性能。
关键词 开关电容网络 DC -DC 变换器1 引言传统DC -DC 变换器中(如buck 、boost 和cuk 等),在进行较大电压变比的升压变换或较悬殊电压变比的降压变换时,必须令功率开关工作在很大或很小的导通比下,这影响了变换器的效率,也使变换器的动态特性降低[1]。
本文研究了将几种特殊的开关电容(SC )网络与传统的开关DC -DC 变换器相结合,利用SC 网络对电压进行预变换,借以改善传统的变换器性能的方法,提出一系列新的拓扑结构,如SC buck 变换器,SC boost 变换器以及SC cuk 变换器等。
2 几种开关电容网络SC 网络是仅含有电容器和功率开关的电路单元,功率开关一般分作交替导通的两组。
能够直接用于开关DC -DC 变换器来改善其性能的SC 网络有以下三种,如图1所示。
2.1 串并电容组合结构(Series -parallel capacitor group ,简写为SP ) 图1a 为典型的串并电容组合结构(SP ),一般情况下构成SP 的各个电容器取值均相等。
我们定义一个SP 中所含独立电容的个数为该SP 的阶(order ),用n 表示。
这样图1a 所示为二阶SP 。
SP 具有这样的特点:当外部给它充电时(即开关S 1导通,S 2断开时),组成SP 的各个电容C 1i 相互串联;而当SP 放电时(即S 2导通,S 1断开时),组成SP 的各个电容C 1i 相互并联。
因此,假如对SP 的充电状态的持续时间和放电状态的持续时间分别大于其充电状态时间常数和放电状态时间常数的话,则在稳态下n 阶SP 可以看作一个n ∶1的降压器,即图1 三种开关电容网络(a )二阶SP (b )R SC 网络(c )二阶Pus h -Pull SC 网络第5期电工技术杂志1999年9月V2=V1/n(1)因此采用SP代替传统DC-DC变换器中的单个电容器,能起到预降压变换的作用。
2.2 反转极性SC网络(Reversed SC Network,简写为RSC) 极性反转开关电容网络(RSC)可以获得负的电压变换关系,其结构如图1b所示。
当S1导通, S2断开时,V1通过V1对电容C1充电,极性如图所示;而当S2导通,S1断开时,电容C1通过V2放电,从而达到极性反转的目的。
因此,假如对电容C1的充电状态的持续时间和放电状态的持续时间分别大于其充电状态时间常数和放电状态时间常数的话,则在稳态下有V2=-V1(2)如果用上节讨论的SP代替单独的电容C1,则可构成极性反转的串并电容组合结构开关电容网络(简写为RSP-SC),在稳态下有V2=-V1/n(3)因此采用RSC代替DC-DC变换器中的单个电容器,能起到电压反转变换的作用;采用RSP-SC 代替DC-DC变换器中的单个电容器,既能起到电压反转变换的作用,还能实现降压预变换。
2.3 推挽SC网络(Push-Pull SC Network,简写为Push-Pull SC) 推挽开关电容网络(Push-Pull SC)的组成如图1c所示。
图中C1、C2……C i既可以是单独的电容,也可以采用SP构成,C M i称作中间电容,采用固定电容器构成。
在S1导通,S2截止时(称为状态Ⅰ),V1经S1和V1对C1充电,中间电容C M i也经二极管对C i+1充电;在S2导通,S1截止时(称为状态Ⅱ),V1与C i串联后经S2和二极管对中间电容C M i充电,从而实现升压作用。
我们称Push-Pull SC中,在S1导通,S2截止时,相互串联产生升压效果的SP的个数,为该Push-Pull SC的级数,则图1c为推挽二级开关电容网络。
一般地,推挽m级开关电容网络,具有m 个中间电容。
设C i1为构成SP C i的各个电容的取值,根据文献[2]在稳态下有V2 V1=Q S/Q L=1+∑mi=1 ∏ij=1n j∏mi=1n i(4)可见采用Push-Pull SC代替DC-DC变换器中的单个电容器,一般能起到升压预变换的作用。
3 基于开关电容网络的传统DC-DC变换器图2示出了几种典型的基于SC网络的DC-DC变换器。
图2 基于开关电容网络的DC-DC变换器(a)SP-SC buck变换器 (b)SP-SC cuk变换器(c)R SC boost变换器 (d)推挽SC buck变换器参考文献[3]并结合上节的讨论,可以得出基于SC网络的DC-DC变换的稳态特性如表所示。
4 实验研究图3a和b分别为一个二阶SP-SC buck DC-DC变换器和一个二阶SP-SC Cuk DC-DC变换器的实验结果,它们的电路组成分别如图2a、b所示。
在SP-SC buck变换器中,S1采用P型MOSFETIRF540,S2采用N型MOSFET IRF9530,这样方便了驱动电路设计,二极管采用SR150,L为32μH,11第5期刘 健等 几种开关电容网络及其对DC DC变换器的改善表1 连续导电模式(CC M )下,基于开关电容网络的传统DC -DC 变换器的稳态特性变 换 器 类 型M =V 0/V S开关导通比buck 原型buckD D =M SP -buck D 2/N D 2=NM R SC buck -D 2D 2=-M boost 原型Pus h -Pull buc k(m +1)D 2D 2=M /(m +1)boost1/(1-D )D 1=1-1/M SP -boos t 1/[N (1-D 1)]D 1=1-1/(MN )R SC -boost -1/(1-D 1)D 1=1+1/MPush -Pull boost(m +1)/(1-D 3)D 3=1-(m +1)/M cuk 原型cuk D /(1-D )D =M /(1+M )SP -cukD /[N (1-D )]D =MN /(1+MN )注:D 为相应开关的导通比,K =2L /(R L T S ),K e =2(L 1/L 2)/(R L T )。
图 3(a )SP -SC buck D C -D C 变换器的实验结果(V S =18V ,R L =10Ψ)(b )SP -SC Cuk D C -DC 变换器的实验结果(V S =48.8V ,R L =10Ψ)SP 中的电容器为片状钽电容,容值均为33μF ,ESR =0.1Ψ,输出电容容值为100μF ,E SR =0.06Ψ,开关频率为60kHz 。
在SP -SC cuk 变换器中,S 采用N 型MOSFET ,R on =0.085Ψ,L 1为360μH ,等效串联电阻为0.48Ψ,L 2为128μH ,等效串联电阻为0.2Ψ,SP 中的电容器均为片状钽电容,容值均为47μF ,ESR =0.1Ψ,输出电容也为多个片状钽电容的并联,总容值为100μF ,E SR =0.06Ψ,开关频率为100kHz 。
由实验结果可见,采用二阶串并电容组合结构后,buck 变换器在实现18～3V 的悬殊电压变换时,也能工作在较大的导通比;cuk 变换器在实现-48.8～5V 的悬殊电压变换时,S 开关的导通比也比较满意,并且实验结果和理论分析基本一致,两者的差异主要是理论分析时未考虑变换器的效率造成的。
5 结论将开关电容网络与传统的开关DC -DC 变换器相结合,利用开关电容网络对电压进行预变换,能够改善传统的变换器的性能。
采用SP -SC 网络与传统的开关DC -DC 变换器相结合,可以使之在进行悬殊电压变比的降压变换时,能够工作在合适的导通比范围,从而能够进一步提高工作频率和动态响应速度,甚至提高转换效率。
采用Push -Pull SC 网络与传统的开关DC -DC 变换器相结合,可以使之在进行较高电压变比的升压变换时,能够工作在合适的导通比范围,从而能够提高动态响应速度和转换效率。
采用反极性SC 网络与传统的开关DC -DC 变换器相结合,可以使之能够进行极性反转电压变换。
参考文献1 Middelbrook R D .Transformerless DC -to -DC converters withlarge conversion ratios .IEEE trans .on Power Electronics ,1998,3(4):484～4872 刘健.开关电容功率变换器.西安:陕西科学技术出版社,1998(下转第30页)图4 单片机对外部电路控制信号的光耦隔离图5 核心模块与外界隔离示意图会影响到硬件系统的正常工作,还常常使系统的软件运行发生混乱。
因此系统的抗干扰问题不能完全靠硬件去解决,软件的抗干扰设计也是一项重要措施。
系统受到干扰时,可能使单片机内部特殊功能寄存器(SFR )值改变,使程序状态混乱;如果改变的是程序指针PC 值,则会使程序进入死循环或将数据区中的数据破坏。
如果是被测信号受到干扰,则会造成测量值失真。
对于程序运行失常的软件,对策是及时发现,及时引导程序指针指向正确位置,或系统复位重新开始运行。
我们采用了如下措施。
(1)设置监视跟踪定时器(W DT ) 利用CPU 内部的WDT 可以实现系统定时复位。
在程序正常运行时,每隔一段时间对EDT 清零。
一旦程序运行不正常,没有及时给WDT 送清零信号,则在W DT 计数溢出时(12MHz 系统时钟下,大约16ms )自动将系统复位。
(2)设置软件陷阱 当程序进入非程序区,只要在非程序区设置拦截措施,使程序进入陷阱,然后强迫程序回到初始状态。
如单片机的RST 指令对应字节码为0FFH ,如果在不用的程序存储区预先写入0FFH ,则当程序因干扰而“飞”到该区域执行代码时,就相当于执行了一条RST 指令,从而达到系统复位的目的。
实际上,新的EPROM 芯片在没写入任何内容前,各字节内容均为0FFH 。
被测信号的干扰可以采用“软件滤波”的方法解决。
常用的有:①算术平均值法。
②比较取舍法。
③中值法。
④一阶递推数字滤波法。
我们在实际设计中采用的是算数平均值法。
由于我们在系统设计中采用了上述行之有效的抗干扰措施,使得该系统在恶劣环境中得以正常的工作。
Anti -interference Design ofEmbedded Processor Measuring and C ontrol S ystem for Electric VehiclesH an Xiaodong Du Yu(Tsinghua Vniversity 100084 China )Abstract Embedded processor (Single -chip processor )system is widely used in the areas of ind ustry control ,measuring and instru -ments ,etc .In recent years ,this technology is applied to Electric Vehicles (E Vs ).Due to the severe workin g environment of EVs ,anti -interference problem of E mbedded processor system is standin g out to be more and more i mportant .This article mainl y discusses some principles of anti -interference design for embedded processor system as well as provides some measures to this problem .Keywords E mbedded process or Electric Vehicle interference(上接第12页)3 蔡宣三,龚绍文.高频功率电子学.北京:科学出版社,1993Several Switched -capacitor Networks and their Improvements to DC -DC ConvertersLiu Jian Chen Zhiming Yan Baiping(Xi an University of Technology 710048 China )Abstract Three s witched -capacitor (SC )networks are presented including series -parallel capacitor set ,reversed -SC network and push -pull SC net work ,the performances of them are dis -cussed .Combining the SC networks with tradational DC -DC convert -ers ,we form several new topologies .Experiment and anal ysed re -sults show that the behaviour of a DC -DC converter with large volt -age ratio can be improved .Keywords s witched -capacitor net work DC -DC converter。