一种多相同步整流BUCK拓扑电路制造技术

本发明专利技术公开了一种多相同步整流BUCK拓扑电路，包括主控单元和输出滤波电容，每相电路包括电容储能单元、充电功率单元、同步整流单元、驱动电路、续流二极管和电感储能单元；主控单元分别连接各相电路的驱动电路，每相电路的驱动电路与同步整流单元、充电功率单元连接；各相的输入端并联在一起，输出端也并联在一起并连接输出滤波电容。采用了本发明专利技术的技术方案，每相BUCK电路单独控制，均流调节自动进行，因而选件较为简单；小电流情况下仍然具有较高的转换效率；同时，一相故障其它各相不受影响，工作状态也更加稳定可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光伏电池
，尤其涉及一种多相同步整流BUCK拓扑电路。技术背景现有技术中，通常控制器的电路设计倾向于一体化，电流都通过一路特定的电路流通。这种电路设计在小电流流过时是比较合理的，电流较小容易控制，承受较小发热量的功率管也容易在市场上寻到。但是随着控制器的额定电流增大，这种单一的一路电路设计就显现出了很多的弊端，如图1所示，当控制器额定电流较大时，如果还采用这种方案，必然会导致如下的问题首先，功率管Ql的选择会存在一定的障碍。大电流的功率晶体管不容易找到，一般控制器采用场效应晶体管(MOSFET)作为功率开关调节电路电压与电流，大功率的不容易找到则只能采用多个MOSFET并联共同承担电路电流，容易导致均流不一致，驱动损耗也会相应增大。充电时电流是一定的，这个期间只要有其它的MOSFET出现故障，则剩余的 MOSFET必须承受这种变化，直接导致了剩余MOSFET平均承担的电流加大，其性能必然受到影响，如果超出其额定值将继续损坏。一天中的日照峰值时间仅为1 2个小时左右，大部分时间控制器需要在充电电流较小时给蓄电池充电。当充电电流逐渐减小时，为了防止电路电流断流，要求MOSFET处于高频工作状态，这样一来其开关损耗会增大，将大大影响电路的转换效率。其次，电感Ll的选择也会存在一定的障碍。电感为了储存大能量进行续流，其体积尺寸及重量将相应增大。当充电电流较小时，其涡流损耗比会很大，导致小电流充电时效率会很低。而且如此大体积和重量的电感将会影响控制器的结构设计，控制器的外形可能会取决于电感的位置和尺寸，受到了一定的限制从而影响外形的美观。同理，输出滤波电容E2和续流二极管Dl的选择也会受到影响，流过大电流时，续流二极管也会存在能量损耗和散热问题。电路输出后纹波电流会很大，输出滤波电容也会相应选取更大容量更大体积的，其滤波时电容本身会消耗相当一部分能量，而且可能会影响滤波效果且增加了成本。功率管的脉宽调节需要高频调制，为了产生高频率的脉冲，对 CPU的要求也更高，成本会相应加大，而且CPU可能会长时间处于高频工作状态，功耗会增大。因此，现有的常规BUCK电路各个部件都有比较大的能量损耗，整个电路的转换效率必然降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种多相同步整流BUCK拓扑电路，能够完成光伏电池最大功率点跟踪，同时能够有效地提高跟踪后电路的转换效率。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案一种多相同步整流BUCK拓扑电路，包括主控单元和输出滤波电容，每相电路包括电容储能单元、充电功率单元、同步整流单元、驱动电路、续流二极管和电感储能单元；主控单元分别连接各相电路的驱动电路，每相电路的驱动电路与同步整流单元、充电功率单元连接；各相的输入端并联在一起，输出端也并联在一起并连接输出滤波电容。所述同步整流单元为两个功率晶体管反方向串联连接。采用了本专利技术的技术方案，每相BUCK电路单独控制，均流调节自动进行，因而选件较为简单。各电路间隔并交替运行，每相BUCK电路叠加后的总输出更加平滑，纹波电流很小，使蓄电池更加平稳的吸收能量。小电流情况下仍然具有较高的转换效率。同时，一相故障其它各相不受影响，工作状态也更加稳定可靠。附图说明图1是现有技术中常规BUCK电路的电路图2是本专利技术具体实施方式中多相同步整流BUCK拓扑电路结构框图3为本专利技术具体实施方式中基于FLCC控制算法的多相同步整流BUCK拓扑电路图。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。如图2所示，为本专利技术实施例提供的多相同步整流BUCK拓扑电路结构框图，其中包括电容储能单元、充电功率单元、同步整流单元、续流二极管、电感储能单元和输出滤波电容，还包括主控单元和驱动电路。主控单元分别连接各相驱动电路，每相的驱动电路与同步整流单元、充电功率单元连接；同步整流单元为两个功率晶体管反方向串联连接，各相的输入端并联在一起，输出端也并联在一起并通过电容滤波。这里，每相电路均有自己的电容储能单元、充电功率单元、同步整流单元、续流二极管、电感储能单元和驱动电路，各相电路共用一个主控单元和一个输出滤波电容。因而， 有多少相的电路，就有多少个电容储能单元、充电功率单元、同步整流单元、续流二极管、电感储能单元和驱动电路。本专利技术实施例为多相BUCK拓扑电路并联，一个主控单元统一管理各电路，一个滤波电容进行输出滤波。采用了多相同步整流电路，使功率分散化。有效降低功耗同时极大的提高了产品内部的功率器件的可控性从而极大的提高了产品的可靠性。而且，通过多相同步整流BUCK拓扑电路的应用主控单元可以自动进行均流调节，各相之间互不影响，输出也更为平滑，追踪效率和转换效率有了质的提升。对于每一相电路工作时，当主控单元发出驱动充电功率单元信号时，驱动电路会打开充电功率单元，充电功率单元MOSFET处于导通状态，此时同步整流单元处于截止状态。电容储能单元释放能量，电感储能单元存储能量，经过输出电容滤波后，给蓄电池充电。 当主控单元发出驱动同步整流单元信号时，驱动电路会打开同步整流单元，同步整流单元 MOSFET处于导通状态，此时充电功率单元处于截止状态，电感储能单元由同步整流单元构成续流回路。同步整流单元关断时会存在死区时间，续流二极管在电路中的作用就是在死区时间进行续流，加快同步整流单元MOSFET的关断速度。多相BUCK拓扑电路并联，充电时各电路间隔并交替运行。即前一相电路启动后，下一相电路会有一定的时间间隔(但不是等待前一相停止才启动，是前一相启动后的某一时刻开始启动)，其它各相均按照此规律循环运行。每相都有独立的电容储能单元、驱动电路、充电功率单元、同步整流单元、续流二极管、电感储能单元。但是主控单元只有一个，滤波电容也只有一个。如图3所示，为本专利技术具体实施方式中应用于光伏电池最大功率点跟踪控制器上的基于FLCC控制算法的多相同步整流BUCK拓扑电路图，包括电容储能单元1、主控单元2、 充电功率单元3、驱动电路4、同步整流单元5、续流二极管6、电感储能单元7和输出滤波电容8。图3中，E1、E2、E3为电容储能单元，Q11、Q21、Q31为充电功率单元，Q12与Q13、Q22 与Q23、Q32与Q33为同步整流单元，D1、D2、D3为续流二极管，Li、L2、L3为电感储能单元， E4为滤波电容。该电路包括3个电容储能单元、3个充电功率单元、3个同步整流单元、3个续流二极管、3个电感储能单元和1个输出滤波电容，还包括1个主控单元和3个驱动电路。主控单元分别连接3个驱动电路。每相的驱动电路与同步整流单元、充电功率单元连接；同步整流单元为两个功率晶体管反方向串联连接。各相的输入端并联在一起，输出端也并联在一起并通过电容滤波。特别需要指出的是，图3中仅以三相同步整流为例，画出了三相同步整流BUCK拓扑电路，以方便说明，实际应用中，本专利技术实施提供的方案，可以应用于多相同步整流的方案中。以下利用第一相BUCK电路的工作过程为例，来说明本专利技术实施提供的方案的工作原理。同步整流单元MOSFET Q12与MOSFET Q13为反向串联连接。这样同步整流单元导通后相当于短接了续流二极管D1，导通后的同步整流单元MOSFET内阻极小，大大降低了能量损耗。当主控单元发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙本新，张永岐，
申请(专利权)人：北京汇能精电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：