[实用新型]一种应用于智能机器人的随动DC-DC变换器拓扑

说明书

本发明属于电学技术领域，涉及一种应用于智能机器人的随动DC‑DC变换器拓扑，在半桥LLC的拓扑上调整L和C的位置并引入无功电流使得开关管全程工作在软开关状态。开关管Q1的导通占空比理论上为0‑99.9％，有效的解决了LLC电路调节范围窄的问题；引入独立电流回路的无功电流，使得原边开关管Q1、Q2以及副边二极管D3、D4全范围软开关，解决了移相全桥电路滞后臂非全程软开关的问题；电路简单，原理清晰，对所有器件的参数精度不敏感，特别的对变压器T1的漏感、电感L1、L2的电感值不敏感，降低了生产时对硬件参数一致性的要求，减小了随动电源的体积，完全满足了智能机器人的随动DC‑DC的特性要求。

技术领域

本发明属于电学技术领域，具体的涉及一种应用于智能机器人的随动DC-DC变换器拓扑。

背景技术

智能机器人是21世纪的主要发展对象，它的用途十分广泛，然而智能机器人的工况非常恶劣，特别功能强大的外墙清洗机器人需要工作在高温、高湿的环境；而且，对其内部的电子控制部分的体积也有非常大的限制，特别使得对电源部分的功率密度要求十分苛刻。智能机器人的随动DC-DC主要是安装在机器人内部，为内部控制设备提供电源；通过外部随动电缆引入不稳定的高压直流电，在通过电源将其转换成低压直流电供智能机器人内部的电子设备使用，所以对随动电源的体积、重量和效率有非常高的要求，必须满足放得下、拿得起、温度低的特新要求。

尽管DC-DC在数十年的发展中逐渐发展出了许多拓扑结构，在国内外众多学者和工程师的努力下，一系列的软开关技术也得以诞生和发展，极大的改变了电源的转换效率。传统的如正激、反激、推挽、半、全桥硬开关、移相全桥、LLC等；其中，正激、反激、推挽均属于硬开关，其效率、体积和重量都限制了在智能机器人场合的使用；移相全桥与LLC拓扑虽属于软开关技术领域，但这两种拓扑都有相应的缺陷亟需改进；比如移相全桥拓扑不是全范围的软开关，在重载和轻载时存在明显的硬开关损耗，需要增大散热器，这样就无法满足智能机器人要体积小的需求；LLC虽然全程软开关，但是却存在工作范围窄，无法适应宽范围的要求，难以满足智能机器人工作环境多变的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有移相全桥和LLC拓扑软开关技术的缺点，提出了一种新的应用于智能机器人的随动DC-DC变换器拓扑，在半桥LLC电路的拓扑上通过调整L和C的位置，使得采用尽可能少的元器件实现了全程软开关，使得DC-DC效率大大的提高，同时减少了体积和EMI滤波器。

为了实现上述目的，本发明所述一种应用于智能机器人的随动DC-DC变换器拓扑的主体结构包括输入支撑电容C2、连接电感L1、变压器T1、开关管Q1以及附带的寄生二极管D1、开关管Q2以及寄生二极管D2、直流支撑电容C1、副边整流二极管D3、D4、滤波电感L2和输出滤波电容C3；开关管Q1和开关管Q2的栅极驱动波形为一对带有死区时间的互补的PWM信号。

第一阶段：开关管Q1导通，输入电压施加在变压器T1的原边，电感L1开始蓄能，变压器T1副边绕组同名端感应为负电流，迫使二极管D4导通，能量通过滤波电感L2向负载供电，同时给C3充电，同时L2开始蓄能。

第二阶段：开关管Q1截止，系统进入死区时间段，开关管Q2尚未导通，处在变压器原边的电感L1通过开关管Q2的寄生二极管D2续流，迫使D2导通，并为开关管Q2导通做准备，同时电感L1向直流支撑电容C1释放能量，使得直流支撑电容C1的电压逐渐升高；变压器T1的磁芯主磁通受楞次定律约束，副边绕组立即感应出同名端为正的电流，迫使二极管D4截止、D3导通，同时处在变压器副边的滤波电感L2开始释放能量维持D3导通，滤波电感L2和输出滤波电容C3同时为负载供电；由于D4的截止和D3的导通均为续流自发进行的，所以D4为软关断、D3为软开通。