数控机床一种直流变换器拓扑研究.pdfVIP

文 章编 号 ：1672—0121(2014)04—0061—02 数控机床 一种直流变换器拓扑研 究 周 鹏 1,2，蒋 昌虎 1,2，钱 臣 1,2，洪辰浩 1,2 (1．当涂县市场监督检验所 ，安徽 当涂 243100； 2．安徽省机床及 刃模具产 品质量监督检验 中心 ，安徽 当涂 243100) 摘要 ：针对数控机床 电器系统应用场合 ，对一种直流变换器拓扑进行研究，该拓扑 以电感 、电容为储能元 件 ，应用 电感伏秒平衡 、电容充放 电平衡原理进 行理论分析 ，得到输入输 出电压数学关系 ，通过仿真软件验证 了理论分析 的正确性 。 关键词 ：机床 电器 ；直流变换器 ；数控机床 ；电源 中图分类号 ：TM502 文献标识码 ：A 1 研究背景 始 ，达到一个 峰值后 ，再 回到 0 。 随着我 国装备制造业 的快速发展 ，机床行业也 在连续导通模式下 ，Buck—Boost电路在每个开 面临转型升级 。与传统机床不 同，数控机床 内部芯片 关周期 内有两种工作状态 问，当 S。闭合 、52断开时 ， 众 多 ，包括传感器 、伺服 电机等 ，每种芯片要求 的电 为导通 (ON)，如 图2a所示 ；当 s。断开 、s：闭合时，为 压可 能不尽相 同。开关 电源作为一种功率变换模块 ， 断开 (OFF)，如 图 2b所示 。下面分别对这两种工作 可 以对输人 电源进行功率变换 ，精确得到芯片 需要 状态进 行 分析 。 的供 电电源 ，保证机床 正常 、平稳工作 。 (1)导通 。参考 图2a，输入 电压直接加载在 电感 DC—DC开关变换器最常见 的三种 电路拓扑形 两端 ，且 由于加载 的 电压通 常必须为定值 ，因此 电感 式为 ：降压 (Buck)、升压 (Boost)和 降压一升压 (Buck— 电流线性增加 ，而所有 的输 出负载 电流 由输 出电容 Boost)。其 中Buck—Boost变换器 因其幅度 既可 比输 C提供 。其 中，“开态 ”的时间设为 to．=d~T，d为控制 入 电压高 ，也可 比输入 电压低 ，且 电路结构简单而应 回路设定 的 占空 比，代表 了开关在 “开态 ”的时间 占 用广泛 。下面以 Buck—Boost为例进行理论说 明 ”【。 整个开关周期 的 比值 。如 图 2所示 。 2 Buck-Boost电路稳态 分 析 Buck—Boost电路 的输 出电压幅度可低于或高于 + 输入 电压 。如果将源 电压 的负端作为参考节点 ，则输 出电压 的极性与源 电压相反 。Buck—Boost电路原理 图如 图 1所示 ，其 中 S、S均 为理想开关 。Buck— Boost电路可 以在连续导通模 式 (CCM)和非连续 导 上 通模式 (DCM)下工作 。连续导通模式在稳态工作时 ， (b) 整个开关周期 内都有 电流连续通过 电感 ；而非连续 图2 Buck—Boost电路等效原理图 导通模式下 的电感 电流是不连续 的，即在开关周期 (2)断开 。参考 图 2b，由于 S 断开 ，电感 电流减 内的一部分 小 时 间 电感 电