基于耦合电感的三相交错并联升压变换器及其控制方法技术

基于耦合电感的三相交错并联升压变换器，包括三相升压电路和三绕组耦合电感，所述三相升压电路包括三个并联的升压子电路，所述三绕组耦合电感包括三个互相耦合的调节电感，所述调节电感与所述升压子电路对应电性连接。本发明专利技术将耦合电感与三相DC/DCBoost电路相结合，充分利用耦合电感的寄生参数，实现了主开关ZVS与被动均流；与传统三相交错变换器相比，本发明专利技术以最少的元件数目实现了开关管ZVS，大大减轻了电磁干扰(EMI)等问题，节约了成本；解决了三相并联变换器的电流分配不均问题，有效降低了器件电流应力，使其非常适用于大功率LED驱动场合。动场合。动场合。

【技术实现步骤摘要】
基于耦合电感的三相交错并联升压变换器及其控制方法


[0001]本专利技术涉及升压DC/DC变换器领域，具体的说是基于耦合电感的三相交错并联升压变换器及其控制方法。

技术介绍

[0002]硅功率器件往往有以下特点：相同工艺技术下额定电流越大半导体晶体面积越大，寄生电容越大，耐压值越低，开关速度越慢。正是这样的物理特性决定了开关管中那些兼具高耐压值，大电流值和高开关速度的型号往往都需要采用极其先进的半导体技术、工艺去生产制造，同时良品率还不高。因此，这些器件在市场上的价格也十分昂贵，难以推广。
[0003]面对大功率的应用场景，特别是要求变换器能够处理更大的功率流时，即使采用价格昂贵的碳化硅开关管，单管变换器也很难满足要求。为此，通过并联变换器的方式分散功率流组合软开关技术进一步降低单开关损耗成为大功率变换器领域的研究热点。
[0004]并联变换器面对的首要问题就是均流，这是由大多数电源自身是电压源的特性决定的，即两个电压不相同的电压源不能直接并联。为了解决变换器之间的均流问题，最简单的方式就是在变换器中引入电流闭环，使之在一定程度上具备有电流源的特性，即电流源是可以并联的，这种通过添加电流闭环的方式实现均流的方法被称为主动均流。主动均流具有均流效果良好，不受限于拓扑的类型，适用性广的优点，缺点是该方法需要引入电流传感器，并设计额外的控制器，成本较高。另一种实现均流的方式称为被动均流，即依靠变换器自身的工作特性实现电流或功率流在相与相间的均匀分配。被动均流中，采用交错并联结构的变换器可以通过结合交错控制的方式，具有良好的均流效果。
[0005]软开关技术则是指变换器在开通、关断瞬间，应用主动或被动吸收电路减小电压电流交叠；或者通过谐振特性使开关管的电压电流之间产生相位差，消除电压电流的交叠的技术。它不仅可以解决硬开关带来的开关损耗问题，体二极管的反向恢复问题，而且还能解决硬开关带来的EMI问题，是变换器高频化的重要技术。
[0006]在非隔离型交错并联升压变换器研究领域，浙江大学的何湘宁教授团队提出了一种新型有源交错并联Boost软开关电路结构,该电路通过添加辅助吸收支路实现主开关管的 ZCS(零电流开关)开通和ZVS(零电压开关)关断。我国台湾地区学者Yao
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ChingHsieh提出的两相交错并联型Buck
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Boost变换器结构虽然与其相比存在一些的区别，但是设计思路都属于将同向耦合电感应用在基本变换器拓扑上。不同的是Yao
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ChingHsieh在相似结构的基础上改进了其控制策略并实现了主开关管的ZVS开通，相较于ZCS适用于IGBT等电流拖尾损耗占比较大的器件，ZVS技术则更适合于应用在以MOSFET器件上，MOSFET的关断损耗是远小于开通损耗的，因此ZVS的实现对MOSFET型变换器意义更大。
[0007]但是目前，同上述两种技术相似的各类现有技术，尚存在结构复杂，以及变换器整体效率较低的问题。

技术实现思路

[0008]为了解决现有技术中的不足，本专利技术提供于一种耦合电感的三相交错并联升压变换器及其控制方法。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用的具体方案为：基于耦合电感的三相交错并联升压变换器，包括三相升压电路和三绕组耦合电感，所述三相升压电路包括三个并联的升压子电路，所述三绕组耦合电感包括三个互相耦合的调节电感，所述调节电感与所述升压子电路对应电性连接。
[0010]优选的，所述升压子电路设置为Boost电路。
[0011]优选的，所述升压子电路包括电性连接的主开关和整流二极管，所述调节电感的一端连接在所述主开关和所述整流二极管之间，所述调节电感的另外一端接地。
[0012]优选的，所述主开关设置为MOSFET开关管，所述主开关的漏极用于连接输入电源的正极，所述主开关的源极与所述整流二极管的阴极电性连接，所述整流二极管的阳极与所述输出滤波电容电性连接。
[0013]优选的，所述变换器还包括输出滤波电容。
[0014]优选的，三个所述调节电感同向耦合。
[0015]优选的，三个所述调节电感的自感相等。
[0016]基于耦合电感的三相交错并联升压变换器的控制方法，
[0017]确定第一预设占空比和第二预设占空比；
[0018]当所述变换器按照额定负载运行时将所述变换器的实际占空比设置为所述第一预设占空比，并且基于所述第一预设占空比对所述升降压子电路进行控制；
[0019]当所述变换器按照额定负载的半值运行时将所述变换器的实际占空比设置为所述第二预设占空比，并且基于所述第二预设占空比对所述升降压子电路进行控制。
[0020]优选的，所述方法包括如下步骤：
[0021]S1、设定所述变换器的最低工作频率；
[0022]S2、将所述变换器的实际占空比设置为所述第一预设占空比，并且实时监测所述变换器的输出电压；
[0023]S3、当所述输出电压的稳定性达到设定阈值时使所述变换器继续运行，否则调整所述变换器的实际工作频率；
[0024]S4、当所述变换器的实际工作频率小于所述最低工作频率时使所述变换器继续运行，否则将所述变换器的实际占空比设置为第二预设占空比，并且使所述变换器继续运行。
[0025]本专利技术将耦合电感与三相DC/DC Boost电路相结合，充分利用耦合电感的寄生参数，实现了主开关ZVS与被动均流；与传统三相交错变换器相比，本专利技术以最少的元件数目实现了开关管ZVS，大大减轻了电磁干扰(EMI)等问题，节约了成本；解决了三相并联变换器的电流分配不均问题，有效降低了器件电流应力，使其非常适用于大功率LED驱动场合；对比已有的基于耦合电感的两相交错并联结构，三相并联不仅将工作模态的软开关最小占空比限制由需要>50％拓展到只需要>33％，电流应力由原有的1/2进一步分散为1/3，输出电流纹波频率则提升了3/2，而且拓展了以占空比作为额外的控制变量，提出了适应本专利技术的控制方法，提高了变换器的整体效率。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1为基于耦合电感的软开关三相交错并联升压变换器拓扑。
[0028]图2为基于耦合电感的软开关三相交错并联升压变换器解耦等效电路。
[0029]图3为三绕组耦合电感的解耦等效过程说明图。
[0030]图4为基于耦合电感的软开关三相交错并联升压变换器在不考虑Coss下的工作模式 1(D＝0.33)的时域波形。
[0031]图5为基于耦合电感的软开关三相交错并联升压变换器在不考虑Coss下的工作模式 1(D＝0.33)的工作模态图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于耦合电感的三相交错并联升压变换器，其特征在于：包括三相升压电路和三绕组耦合电感，所述三相升压电路包括三个并联的升压子电路，所述三绕组耦合电感包括三个互相耦合的调节电感，所述调节电感与所述升压子电路对应电性连接。2.如权利要求1所述的基于耦合电感的三相交错并联升压变换器，其特征在于：所述升压子电路设置为Boost电路。3.如权利要求2所述的基于耦合电感的三相交错并联升压变换器，其特征在于：所述升压子电路包括电性连接的主开关和整流二极管，所述调节电感的一端连接在所述主开关和所述整流二极管之间，所述调节电感的另外一端接地。4.如权利要求3所述的基于耦合电感的三相交错并联升压变换器，其特征在于：所述主开关设置为MOSFET开关管，所述主开关的漏极用于连接输入电源的正极，所述主开关的源极与所述整流二极管的阴极电性连接，所述整流二极管的阳极与所述输出滤波电容电性连接。5.如权利要求2所述的基于耦合电感的三相交错并联升压变换器，其特征在于：所述变换器还包括输出滤波电容。6.如权利要求1所述的基于耦合电感的三相交错并联升压变换器，其特征在于：三个所述调...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈嘉哲，谢龙杰，李彩生，李雪，陈安，
申请(专利权)人：珠海市浪辰智能设备有限责任公司，
类型：发明
国别省市：