一种多相交错并联三电平制造技术

本发明专利技术公开了一种多相交错并联三电平

【技术实现步骤摘要】
一种多相交错并联三电平DC
‑
DC变换器的参数设计方法


[0001]本专利技术涉及非隔离三电平
DC
‑
DC
变换器设计领域，更具体地说是一种多相交错并联三电平
DC
‑
DC
变换器的参数设计方法
。

技术介绍

[0002]由于电动汽车的快速发展，大功率电池充电负荷也成为了电网系统面临的挑战，这催生了直流微电网及储能系统的需求
。
作为直流微电网及储能系统的核心组件，大功率
DC
‑
DC
变换器成为研究热点
。
通常，
DC
‑
DC
变换器分为非隔离型和隔离型
。
非隔离型
DC
‑
DC
变换器具有效率高
、
体积小
、
成本低的优势，使之在直流微电网及储能系统中得到了广泛应用
。
由于微电网及储能系统的功率等级较高，一般达到
MW
级别，这对非隔离
DC
‑
DC
变换器的功率密度
、
效率
、
成本等性能指标提出了更高的要求
。
由于交错并联技术可以减小输入输出电流纹波，扩展电流输出能力，从而增加
DC
‑
DC
变换器变换器的输出功率
。
多电平技术可以减小电感电流纹波和开关管的电压应力，减小无源器件的体积，从而提高
DC
‑
DC
变换器变换器的功率密度
。
因此交错并联和多电平技术无疑是增加非隔离
DC
‑
DC
变换器功率，实现高功率密度最有效的方式
。
[0003]传统的交错并联三电平
DC
‑
DC
变换器参数设计中，需要通过占空比分段解析，获取电感电流纹波和输出电流纹波的的分段表达式，且占空比的分段数量随着交错相数
n
的增多而增加，使设计步骤更加繁琐和复杂
。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种多相交错并联三电平
DC
‑
DC
变换器的参数设计方法，以期能突破采用复杂的占空比分段进行电流纹波分析的局限，从而能适用于
N
型交错控制方式下不同交错相数的变换器参数设计
。
[0005]本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案：
[0006]本专利技术一种多相交错并联三电平
DC
‑
DC
变换器的参数设计方法的特点在于，是按如下步骤进行：
[0007]步骤
1、
当多相交错并联三电平
DC
‑
DC
变换器的各相半桥主控开关导通时，利用叠加原理分析其导通时对电感电流的影响，从而得到电感电流纹波的表达式；
[0008]步骤
2、
基于多相交错并联三电平
DC
‑
DC
变换器的共模
、
差模等效电路模型，将电感电流分解为共模电流和差模电流，并利用叠加原理对差模等效电路模型进行处理，得到差模电流纹波的表达式；
[0009]步骤
3、
根据电感电流纹波和差模电流纹波得到输出电流纹波的表达式，并建立输出电流纹波的约束和输出电压纹波的约束，从而在两个约束下，利用输出电流纹波的表达式得到电感值和电容值，并作为多相交错并联三电平
DC
‑
DC
变换器的参数
。
[0010]本专利技术所述的多相交错并联三电平
DC
‑
DC
变换器的参数设计方法的特点也在于，所述步骤1包括：
[0011]步骤
1.1、
将多相交错并联三电平
DC
‑
DC
变换器内上部的第一相半桥所连电感记为
L
，并以高压直流母线侧的中点电位作为参考；在
Buck
工作模式下，上
、
下部各相半桥主控开关单独导通时，利用式
(1)
得到各相半桥的输出电压作用于电感
L
时产生的电感电流变化率；
[0012][0013]式
(1)
中，
n
为交错并联的相数，
L
为电感，
V
dc
为高压直流母线电压，
V
o
为变换器的输出电压；
k1为上部第一相半桥的主控开关单独导通作用下，电感
L
的电感电流变化率；
k2为上部除第一相半桥之外的其它任一相半桥的主控开关单独导通作用下，电感
L
的电感电流变化率；
k3为下部任一相半桥的主控开关单独导通作用下，电感
L
的电感电流变化率；
k4为上
、
下部
2n
相半桥的主控开关均不导通，在输出电压
V
o
作用下，电感
L
的电感电流变化率；
[0014]步骤
1.2、N
型交错控制方式下，上部第一相半桥的主控开关导通时，利用式
(2)
得到上
、
下部其它
2n
‑1相半桥的主控开关各自作用的占空比；
[0015][0016]式
(2)
中，
D
为各相半桥的主控开关的占空比，
i
为上部除第一相半桥之外的其它任一相半桥所处的相数，
j
为下部任一相半桥所处的相数，
ceil()
为向上取整函数；
D
i1
为上部第一相半桥的主控开关导通时，上部第
i
相半桥的主控开关导通的占空比；
D
j4
为上部第一相半桥的主控开关导通时，下部第
j
相半桥的主控开关导通的占空比；
[0017]步骤
1.3、
根据叠加原理，利用式
(3)
得到电感
L
的电感电流纹波表达式；
[0018][0019]式
(3)
中，
Δ
i
L
为电感
L
的电流纹波，
f
s
为开关频率
。
[0020]所述步骤2中的差模电流纹波表达式如式
(4)
所示：
[0021][0022]式
(4)
中，
Δ
i
L_dm
为电感
L
的差模电流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种多相交错并联三电平
DC
‑
DC
变换器的参数设计方法，其特征在于，是按如下步骤进行：步骤
1、
当多相交错并联三电平
DC
‑
DC
变换器的各相半桥主控开关导通时，利用叠加原理分析其导通时对电感电流的影响，从而得到电感电流纹波的表达式；步骤
2、
基于多相交错并联三电平
DC
‑
DC
变换器的共模
、
差模等效电路模型，将电感电流分解为共模电流和差模电流，并利用叠加原理对差模等效电路模型进行处理，得到差模电流纹波的表达式；步骤
3、
根据电感电流纹波和差模电流纹波得到输出电流纹波的表达式，并建立输出电流纹波的约束和输出电压纹波的约束，从而在两个约束下，利用输出电流纹波的表达式得到电感值和电容值，并作为多相交错并联三电平
DC
‑
DC
变换器的参数
。2.
根据权利要求1所述的多相交错并联三电平
DC
‑
DC
变换器的参数设计方法，其特征在于，所述步骤1包括：步骤
1.1、
将多相交错并联三电平
DC
‑
DC
变换器内上部的第一相半桥所连电感记为
L
，并以高压直流母线侧的中点电位作为参考；在
Buck
工作模式下，上
、
下部各相半桥主控开关单独导通时，利用式
(1)
得到各相半桥的输出电压作用于电感
L
时产生的电感电流变化率；式
(1)
中，
n
为交错并联的相数，
L
为电感，
V
dc
为高压直流母线电压，
V
o
为变换器的输出电压；
k1为上部第一相半桥的主控开关单独导通作用下，电感
L
的电感电流变化率；
k2为上部除第一相半桥之外的其它任一相半桥的主控开关单独导通作用下，电感
L
的电感电流变化率；
k3为下部任一相半桥的主控开关单独导通作用下，电感
L
的电感电流变化率；
k4为上
、
下部
2n
相半桥的主控开关均不导通，在输出电压
V
o
作用下，电感
L
的电感电流变化率；步骤
1.2、N
型交错控制方式下，上部第一相半桥的主控开关导通时，利用式
(2)
得到上
、
下部其它
2n
‑1相半桥的主控开关各自作用的占空比；式
(2)
中，
D
为各相半桥的主控开关的占空比，
i
为上部除第一相半桥之外的其它任一相半桥所处的相数，
j
为下部任一相半桥所处的相数，
ceil()
为向上取整函数；
D
i1
为上部第一相半桥的主控开关导通时，上部第
i
相半桥的主...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜燕，胡军龙，陈成，杨世友，陶骁，杨向真，苏建徽，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：