基于交错并联控制的Boost电路的优化方法

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高升压比交错并联Boost电路的分析

高升压比交错并联Boost电路的分析类别：电源技术阅读：869摘要：文章分析了传统BooST电路在实际应用中存在的问题，提出了一种改进型的交错并联Boost电路。

在电感电流连续模式下，根据占空比大于或小于0。

5的情况，详细分析电路的工作过程，推导了稳态情况下输出输入电压关系式，最后通过仿真验证了理论分析的正确性。

0 引言升压变换器是最常用的一种变换器，随着新能源的推广，由于太阳能、燃料电池、蓄电池等输入源具有输入电压较低的特性，升压变换器成为不可或缺的关键部件。

常用的非隔离Boost升压变换器，在高输出电压场合，由于寄生参数的影响不可能达到很高的输入输出电压比。

而另一种升压电路是隔离升压电路，例如正激、反激电路。

隔离升压电路中必须用到的变压器通常具有隔离、变压的功能，在那些不需要隔离或体积要求较小的应用场合，通过变压器升压就很难满足要求，另外变压器漏感引起的一系列问题，比如开关电压过冲，EMI等，常常对电源本身及周围设备带来安全隐患。

为了克服常用升压变换器在大功率、高输入输出变比等场合应用的限制，本文研究分析了一种新的电路拓扑结构及其工作方式，并对其进行了仿真验证。

1 工作原理下面分析Boost电路存在的不足，在理想情况下：M(D)=U0Uin= 11-D(1)根据式(1)，在一定的输入电压下，理论上可以产生任意高于输入电压的输出电压。

而实际情况中，由于电感、二极管、开关管都会产生一定的损耗，这些损耗可以等效为一个与电感串联的电阻RL，如图1所示：图 1 Boost等效电路图此时根据磁平衡原理：由式(2)、(3)可得：根据式(4)，在不同的RL/R 情况下，M(D)如图2所示。

由此可见，在实际电路中，Boost电路升压比有限制极限，输出电压一般能达到输入电压的4～5倍。

在大功率应用环境中，由于损耗严重，升压比反而更低。

为了克服上述非隔离升压电路的不足，本文研究的升压变换器如图3所示，它由交错并联Boost电路与电容串联组合而成。

交错并联+Boost+PFC+电路研究

本文首先介绍了功率因数校正技术的研究背景与发展现状进行，并对功率因数校正电路的拓扑、工作模式以及控制方法进行了深入分析。在传统单相 Boost PFC 电路的基础上，提出了交错并联 Boost PFC 电路，对其工作原理及电路特性进行了分析。另外对支路参数失配情况下，电路性能的变化进行了研究与仿真，为后续电路设计提供了参考依据。
最后，研制了基于 UC3854 的交错并联 Boost PFC 电路样机，采用平均电流控制模式，通过分频电路与驱动电路实现交错控制。设计了主电路、控制电路等的关键元件参数，利用 Saber 软件搭建了系统闭环仿真平台，通过软件仿真及样机实验验证了理论分析的正确性以及系统设计的可行性，证明该电路具有良好的功率因数校正效果。
Name
: Zhang Longge
(Signature)
Instructor BSTRACT
Due to the wide application of power electronic devices, power quality problems have caused widespread concern. Thus, one of the hotspots in the research fields to improve the impact on power quality effectively is using the power factor correction (PFC) technology in power electronic devices. The currently research of power factor correction technology focused on improving the power density and the efficiency and reducing the volume. Interleaving parallel technology can achieve power sharing through multiple converters in parallel. Using this technology can reduce the individual power requirements of the converter effectively, and enhance the overall power rating of the power supply. Due to the interleaved operation of each parallel converter, this technology can also improve the performance of the power supply effectively.

基于磁集成电感的交错并联boost变换器研究与设计

学位论文题目基于磁集成电感的交错并联boost变换器研究与设计英文Research and Design of Interleaved Boost题目based on Coupling Inductor摘要电力电子变换器在新能源发电中占据了重要的地位，对它也提出了越来越高的要求，逐步向着小型化、集成化、高效性、高功率密度等方向发展，磁集成技术就是在这样的背景下提出并发展起来的，是电力电子变换器的重要发展趋势。

本文对反向耦合的磁集成电感在10kW交错并联boost变换器中的应用进行了深入研究，包括其在降低稳态电流纹波及提高变换器瞬态响应上的贡献。

主要研究内容如下：基于课题要求设计了两相交错并联boost变换器系统结构。

在不同占空比下详细分析了其工作机理，计算其电感电流纹波及输入电流纹波。

根据电路分析进行了主电路参数设计，包括开关管选型及电感参数计算。

在分立电感的交错并联boost变换器基础上，对反向耦合磁集成电感交错并联boost变换器进行了研究分析。

通过研究其工作原理得出稳态等效电感模型，得到了电感电流纹波及输入电流纹波表达式，并根据开关网络法对该变换器进行了小信号建模，在MATLAB中仿真对比两种电感结构的系统阶跃响应，最后研究电感结构对其性能的影响及损耗分析，借助Maxwell 2D进行了电磁仿真辅助参数设计。

完成了磁集成电感交错并联boost样机设计与制作。

利用Maxwell 2D仿真进行电感参数设计，完成了满足参数要求的磁集成电感设计与制作，并进行自感、互感、耦合系数等的测量。

完成控制电路设计，包括电压电流采样电路及通讯电路，并进行软件总体设计。

最后，在saber中进行系统仿真，并在实验样机上进行了动静态及效率等的测试。

测试结果表明该结构相对于分立电感不论在稳态纹波还是瞬态响应速度方面性能都有了提升，并且磁件体积也大大变小，实现了设计目标。

关键词：功率密度，交错并联，磁集成电感，电流纹波，瞬态响应AbstractPower electronic converter occupies the important position in the new energy power generation, is higher and higher demands are proposed on it, step by step toward miniaturization, integration, development direction, such as high efficiency, high power density, magnetic integration technology is put forward in the background and development, is the important development trend of the power electronic converter.In this paper, the reverse coupling of magnetic integrated inductance in the application of 10 kw staggered parallel boost converter were studied, including its in reducing steady-state current ripple and improve the contribution of converter on the transient response.The main research content is as follows:Designed based on the requirement of subject two interleaved boost converter in parallel system structure.Under different duty cycles are analyzed in detail its working principle, calculation of the inductor current ripple and input current ripple.According to circuit analysis to design the main circuit parameters, including the selection of switch tube and inductance parameters are calculated.In discrete inductance staggered parallel boost converter, based on the integration of magnetic inductance staggered parallel boost converter are analyzed.Through study the working principle of the steady state equivalent inductance model, obtained the inductor current ripple and input current ripple expression, and according to the switch network to the small signal model of the converter, and analyzed two kinds of inductance step response of the system structure, finally to study the effect of inductance structure on its performance and loss analysis, electromagnetic simulation is carried out by using Maxwell 2 d auxiliary parameter design.Complete integration of magnetic inductance staggered parallel boost prototype design and ing Maxwell 2 d simulation inductance parameter design, completed the magnetic integrated inductance that could satisfy the requirement of parameter design and production, and a measure of the self inductance, mutualinductance, the coupling coefficient, plete control circuit design, including the voltage and current sampling circuit and communication circuit, and the overall design of software.Finally, the system simulation in the saber, and carrying out the dynamic and static in the experimental prototype and efficiency of testing, test results show that the structure relative to the discrete inductors both in steady state ripple and transient response speed performance have to ascend, and magnetic volume also decreases greatly, achieve the design goals.Key words: Power density, interleaving, coupling inductor, current ripple, transient response目录摘要 (I)Abstract (II)目录............................................................................................................................ I V 第1章绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.2 交错并联变换技术研究现状 (2)1.3 磁集成技术研究现状 (3)1.3.1 多路并联变换器中的磁集成技术 (4)1.3.2 集成磁件的构造技术及应用 (5)1.4 主要研究内容 (7)第2章交错并联boost系统结构与参数设计 (8)2.1 交错并联boost变换器系统结构设计 (8)2.2交错并联boost结构分析 (9)2.2.1 工作原理 (10)2.2.2 电流纹波分析 (14)2.3 交错并联boost主电路参数设计 (15)2.3.1 IGBT分析与选型 (15)2.3.2 电感参数设计 (17)2.4 本章小结 (18)第3章磁集成电感交错并联boost建模及电感性能研究 (19)3.1 磁集成电感交错并联boost结构分析 (19)3.1.1 工作原理 (20)3.1.2 稳态电感及电流纹波分析 (24)3.2 磁集成电感交错并联boost建模 (27)3.2.1 磁集成电感瞬态等效模型 (27)3.2.2 小信号建模 (29)3.3 磁集成电感结构对其性能影响的研究 (32)3.3.1 磁芯结构对磁集成电感性能影响 (32)3.3.2 气隙对磁集成电感性能影响 (36)3.4 磁集成电感损耗分析 (37)3.4.1 电感磁芯损耗 (37)3.4.2 电感绕组铜耗 (38)3.5 本章小结 (41)第4章磁集成电感交错并联boost样机设计 (42)4.1 磁集成电感设计与制作 (42)4.1.1 磁集成电感参数设计 (42)4.1.2 磁集成电感制作与测量 (44)4.2 控制电路设计 (45)4.2.1 采样电路设计 (46)4.2.2 通讯模块分析设计 (50)4.2.3 软件控制总体流程 (51)4.3 本章小结 (52)第5章系统仿真与实验分析 (53)5.1 系统仿真分析 (53)5.2 实验结果分析 (57)5.2.1 电感纹波测试与分析 (58)5.2.2 瞬态响应测试与分析 (59)5.2.3 效率测试 (60)5.3 本章小结 (60)第6章总结与展望 (61)6.1 全文总结 (61)6.2 展望 (62)致谢 (63)参考文献 (64)第1章绪论1.1 研究背景及意义我国目前仍然是发展中国家，经济发展过多得依赖于对不可再生能源的过度开采，环境污染问题已经影响了人们的正常生活及身体健康。

交错并联Boost_PFC电路的研究与设计

收稿日期:2022-06-15基金项目:苏州市职业大学研究性课程教改项目(S Z D Y K C 220707);苏州市职业大学青蓝工程资助项目;苏州市职业大学高级访问研修资助项目㊂作者简介:张波(1979 ),男,副教授,高级工程师,硕士,主要研究方向:电力电子技术㊂交错并联B o o s t P F C 电路的研究与设计张波,吕欣呈,马文杰,王宁(苏州市职业大学智慧能源装备与电能变换协同创新中心,江苏苏州 215104) 摘要:交错并联B o o s t 不仅能提高P F C 电路功率等级,还能减小电路纹波,降低E M I 滤波器设计难度㊂文章针对传统的B o o s t P F C 电路的不足,用交错并联B o o s t 替代传统的B o o s t 电路来提高功率等级㊁提高效率㊂分析比较了B o o s t P F C 电路控制方式,优选平均电流控制模式,研制的交错并联B o o s t P F C 电路,效率达98%以上,P F 值达0.98以上㊂关键词:交错并联;S i C 器件;平均电流控制;高效率中图分类号:T M 46 文献标识码:A 文章编号:1007 6921(2023)07 0118 03 市电经二极管整流和电容滤波是很多电器和电子设备初步获得直流电的常用方式㊂但这种方式电流非正弦化,畸变严重,导致线路中产生大量谐波,电路功率因数下降很多[1],会给电网带来不少危害,必须进行功率因数校正(P F C )㊂无源P F C 笨重体积大,且对电流谐波抑制效果不够好,因此有源功率因数校正(A P F C )技术得到了广泛的应用和研究㊂传统的B o o s t 电路实现P F C 有着不少优点,但也有一些不足㊂笔者从电路拓扑结构等方面入手,配合新颖的控制方式解决其不足之处㊂1 传统的B o o s t P F C有别于采用电感㊁电容等无源器件进行功率因数校正,采用可控半导体器件这类有源器件进行功率数校正称为有源功率因数校正㊂有源功率因数校正是在二极管整流电路和负载间加入D C /D C 变换器,采用相应的控制技术,强迫电流波形跟随正弦电压变化㊂有源功率因数校正极大地消除了电流畸变,从而获得很接近于1的功率因数[2],很大程度上减少了总谐波畸变(T H D )㊂从理论上来说,任何一种D C /D C 变换的拓扑如B u c k ㊁B o o s t ㊁C u k ㊁f l yb ac k 等等都能用于P F C 的主电路㊂B o o s t 电路具有很多优点:输入电流连续;输入电感位于电流前端,输入电流易于控制,有助于功率因数提高和E M I 滤波器的设计;升压变换,以在很宽的输入电压范围内工作;功率开关器件电压应力不超过输出电压,且易于驱动㊂因此常用B o o s t 电路实现电路的P F C ,如图1㊂P F C 电路从系统结构来看,分为单级式P F C 电路和两级式P F C 电路㊂两级式P F C 电路前级的D C /D C 电路主要实现P F C ,后级D C /D C 变换负责电路最终的输出电压㊁电流㊂单级式P F C 用一个D C /D C 变换电路既实现P F C ,也负责控制最终输出的电压电流㊂单级式P F C 控制过于复杂,未达到人们预期,实际中用得很少㊂图1 传统的B o o s t P F C 电路根据B o o s t 电路工作时电感电流是否连续,把B o o s t P F C 电路分为连续导电模式(C C M )和不连续导电模式(D C M )两种㊂D C M 方式会增加E M I 滤波器负担,电感和控制电路设计复杂,电压过零点时电流波形有较严重的畸变,只能在中小功率的情况下应用㊂C C M 模式下,根据电流控制方式的不同,又分为峰值电流控制㊁滞环电流控制和平均电流㊃811㊃2023年4月内蒙古科技与经济A pr i l 20237521I n n e r M o n g o l i a S c i e n c e T e c h n o l o g y &E c o n o m yN o .7T o t a l N o .521控制3种㊂3种控制方式都是双闭环控制,外环电压控制使输出电压稳定,内环是电流控制实现P F C ㊂以控制B o o s t 电路为例㊂3种控制方式前面部分的控制都一样㊂采样B o o s t P F C 电路的输出电压U o u t 得到的电压信号与基准电压U r e f 经误差放大信号得到V e a ,V e a 与采样的二极管整流电压信号(正弦半波)相乘后得到电流基准信号i r e f ㊂峰值电流控制采样开关管电流i s ,每个控制周期开始时开关管导通,i s 达到电流基准i r e f 时开关管关断,电流峰值包络线为正弦波;滞环电流控制采样电感电流i L ,电流基准i r e f 与i L 的差值i e 达到设定的滞环下限时开关管导通,达到设定的滞环上限时开关管断开,电感电流峰谷包络线都是正弦波;平均电流控制也采样电感电流i L ,电流误差放大器设计为P I 调节器,i r e f 与i L 通过此P I 调节器输出与频率固定的锯齿波比较得到控制开关管的P WM 信号㊂当i L >i r e f 时,反向积分,P I 调节器输出电压变小,P WM 信号占空比减少,反之占空比增加㊂开关动作时刻取决于积分(上一周期的)结果,所以称之为平均电流控制㊂峰值电流控制时,峰值与平均值误差较多,T H D 较大,占空比变化较大,占空比>0.5时会产生谐波振荡,须加入谐波补偿;滞环电流控制是变频控制,滤波器设计困难,滞环宽度对开关频率和系统性能影响大;平均电流控制效果好,是目前用得最多的P F C 控制方式[3]㊂2 交错并联B o o s t P F C 电路单个B o o s t 电路功率不够高,用多个B o o s t 电路并联的方式可提高其功率等级㊂常用的是两个B o o s t 交错并联实现P FC [2],如图2㊂电感L 1㊁开关管S 1㊁二极管D 1㊁电容C 构成B o o s t 电路1,电感L 2㊁开关管S 2㊁二极管D 2㊁电容C 构成B o o s t 电路2,两B o o s t 电路共用1电容C ㊂两B o o s t 电路参数一致,工作情况一样,只是两开关管S 1和S 2开通时刻互差半个周期㊂图2 交错并联B o o s t P F C如前所述,采用平均电流控制模式㊂电压采样㊁获得电流基准等都和传统的单通道B o o s t P F C 电路相同,交错并联B o o s t P F C 电路的两路B o o s t 电路控制时共用一个电流基准i r e f ,获取电流基准后各自控制是分别实现的㊂两B o o s t 电路控制部分都有各自的电流误差放大器㊁P WM 信号比较器㊂两B o o s t 电路使用相同的误差放大器和比较器㊂生成P WM 信号时采用同幅值,同频率但初相位相差180ʎ的锯齿波信号㊂B o o s t 电路1采样电感L 1的电流i L 1,使用B o o s t 电路1的电流误差放大器和P WM 信号比较器完成后续控制㊂B o o s t 电路2采样电感L 2的电流i L 2,使用B o o s t 电路2的电流误差放大器和P WM 信号比较器完成后续控制㊂控制框图如图3所示㊂由于锯齿波1和锯齿波2初相位相差180ʎ,所以脉宽调制信号P WM 1和P WM 2形状相同,每个周期的起始位置相差180ʎ㊂对称性的设计,两B o o s t 电路的电流都为输入电流的一半㊂电感的储能与电流的平方成正比,实现同样功率时,两路B o o s t 电路交错并联时单路电感体积是单独使用一个B o o s t 电路时电感体积的1/4[4]㊂假设占空D=0.5㊂并联交错的两B o o s t 电路一路开关管导通电感电流上升时另一路开关管断开电感电流下降,两电路参数一致时,理论上总输入电流(i L 1+i L 2)纹波电流为0㊂占空比>0.5时不会出现S 1和S 2同时断开的情况,占空比<0.5时不会出现S 1和S 2同时导通的情况㊂占空比偏离0.5的绝对值越多电流纹波越大,但总有两路B o o s t 电感电流纹波抵消的部分,总输入电流纹波比单个B o o s t 电路减少很多㊂并联交错时总输出电流频率是每路B o o s t 变换器的2倍㊂因此,同样情况下,可采用更小的输出电容C ,同时也降低了对输入E M I 滤波器的要求㊂图3 控制框图㊃911㊃张波,等㊃交错并联B o o s t P F C 电路的研究与设计2023年第7期3实验结果并联交错B o o s t P F C电路设计指标为:输入电压85V~265V,总功率4k W,功率因数ȡ0.96, T H D<5%,满载时本级效率ȡ98%㊂提高开关频率可减小电感电重量体积,但也会带来更大的开关损耗,设计时根据需要恰当取舍㊂此处开关频率设计为150k H z㊂功率半导体器件全都采用S i C器件㊂二极管采用耐压650V,额定电流16A的型号为D H16G65C6的二极管㊂S i C器件是新一代的宽禁带半导体器件,相比于S i器件有很多优点㊂MO S管选择导通电阻很小的型号为I MW65R027M1H的MO S管,其电压定额U D S= 650V,电流定额I D=59A,通态漏源间等效电阻R D S(o n)=60mΩ,开启电压U G S(t h)=4.5V㊂相比于S i材料器件,S i C器件有着更高的工作频率,可实现更高的耐压和更低的功率损耗㊂S i C器件目前市场化的主要就是二极管和MO S管㊂S i C MO S管的优越性能必须要有相应的驱动电路与之配合,通常不能照搬S i材料MO S管的驱动电路,否则其优越的性能就发挥不出来㊂Lȡ(1-D m a x)(2D m a x-1)U00.2i L m a xˑf s(1) Cȡ2P0ˑt h o l dU20-α2ˑU20(2)B o o s t电路电感L1(L2)和输出滤波电容C可分别按式(1)和式(2)选取㊂D m a x是B o o s t电路最大占空比,即输入电压最低时的占空比㊂i L m a x是单相电感电流最大峰值,取电感的纹波调整率为0.2,f s 是开关管工作频率,P0是电路总的输出功率,U0是输出电压㊂输入端掉电时输出电容能按原电压给负载供电的时间称为保持时间,记作t h o l d,一般在15 m s~50m s之间,这里t h o l d取20m s㊂α是输出电压保持系数,这里α取0.8㊂控制器以D S P芯片T M S320F28035为核心㊂图4是占空比为0.5时两MO S管漏源极上电压波形,两管子开通时刻相差半个周期㊂图5是占空比为0.4时两电感上电流i L1和i L2波形,从图中可以看出两电感电流i L1和i L2的变化量Δi L1与Δi L2可相互抵消相当大一部分,两电感电流之和即总和输入电流纹波减小很多,测试结果显示,满载时,输入电压在85V~265V范围内时均能实现功率因数校正,P F在0.973和0.987之间变化㊂输入电压为220V时,30%负载时P F值为9.961,P F值随着负载的增加而增加,满载时P F值为0.983㊂满载时,B o o s t P F C电路本级变换效率为98.29%,10%负载时其效率为94.05%,负载越大效率越高㊂图4两MO S管电压波形图5两电感电流i L1和i L2的波形4结束语采用参数一致的B o o s t电路交错并联工作,可极大地提高传统P F C电路的功率等级,减少纹波,减少电重量体积,而且实现功率因数效果很好㊂交错并联B o o s t P F C电路在功率较大的场合下有很高的应用和推广价值㊂[参考文献][1]杨文惠.配电网络最佳功率因数确定[J].内蒙古科技与经济,2016(20):90-91. [2]梁凯歌.车载充电机中的交错并联B o o s t P F C系统设计与优化[D].南京:南京理工大学,2018.[3]王晨阳,罗萍,周先立,等.用于峰值电流模B o o s t变换器的瞬态响应优化电路[J].微电子学,2020,50(6):794-798.[4]廖鸣宇.低电流启动交错并联B o o s t型P F C变换器及其控制技术研究[D].重庆:重庆理工大学,2020.㊃021㊃总第521期内蒙古科技与经济。

采用耦合电感的交错并联Boost

采用耦合电感的交错并联Boost一、本文概述本文将深入探讨一种创新的电力电子技术——采用耦合电感的交错并联Boost电路。

在现代电力电子系统中，Boost电路作为一种重要的电能转换装置，广泛应用于各种场景，如电池管理、可再生能源系统和电动汽车等。

传统的Boost电路在某些应用场合下存在效率低下、热损耗大等问题。

为了克服这些限制，研究人员提出了采用耦合电感的交错并联Boost电路。

耦合电感作为一种特殊的电气元件，在电力电子电路中具有独特的优势。

通过合理设计耦合电感，可以实现在相同体积下更高的电能转换效率，降低热损耗，并且具有更好的电磁兼容性。

而交错并联技术则能够进一步提高Boost电路的可靠性和稳定性，降低对单一元件的依赖。

本文将对采用耦合电感的交错并联Boost电路进行详细的理论分析和实验研究。

我们将从电路拓扑结构出发，介绍该电路的基本构成和工作原理。

通过数学建模和仿真分析，探究该电路在不同工作条件下的性能表现。

通过实验验证，评估该电路在实际应用中的效果，为相关领域的研究和应用提供有益的参考。

本文的研究不仅有助于推动电力电子技术的发展，也为解决现代电力系统中面临的挑战提供了新的思路和方法。

通过深入研究采用耦合电感的交错并联Boost电路，我们有望为未来的电力电子系统带来更高效、更可靠、更环保的解决方案。

二、耦合电感理论及其特性分析耦合电感，也称为变压器，是一种能够实现电能传输和电压变换的电感器件。

其工作原理基于法拉第电磁感应定律，当一次侧线圈中的电流发生变化时，会在其周围产生磁场，进而在二次侧线圈中产生感应电动势，实现电能的传输。

耦合电感的特性主要由其耦合系数、匝数比以及电感值等参数决定。

耦合系数是描述一次侧和二次侧线圈间磁场耦合程度的物理量，其值越接近1，表示耦合程度越高，能量传输效率也越高。

匝数比则是一次侧和二次侧线圈的匝数之比，它决定了电压的变换比例。

电感值则是描述电感器件对电流变化的阻碍程度，其大小会影响电流的变化速率以及磁场的强度。

单级交错并联Boost-LLC AC-DC变换器混合控制策略研究与优化设计

单级交错并联Boost-LLC AC-DC变换器混合控制策略研究与优化设计为有效抑制电力电子装置带来的谐波污染及解决能源短缺的危机,高功率因数、高效率、高功率密度AC-DC变换器正成为学术界研究热点。

相较于传统Boost PFC级联LLC谐振变换器的两级式AC-DC变换器方案,传统单级Boost-LLC AC-DC 变换器通过共用Boost PFC与半桥LLC谐振单元的开关管实现单级集成,具有成本低、控制简单、效率高等优点,特别适合于低功率场合。

与传统单级Boost-LLC AC-DC变换器相比,单级交错并联Boost-LLC AC-DC 变换器凭借其输入侧交错并联结构,降低了输入电流纹波,提高了单级变换器的功率等级。

然而,若采用传统PFM控制,其和传统单级Boost-LLC AC-DC变换器一样,存在如下问题:1)全球输入电压范围(85-265V<sub>ac</sub>)下Bus电压过高,因此通常仅被应用于85-135V<sub>ac</sub>的输入电压下;2)超宽的Bus电压范围,致使LLC谐振单元参数设计困难。

为此,本学位论文以实现单级交错并联Boost-LLC AC-DC变换器在全球输入电压下可靠高效运行为目标,从调制、控制及功率级参数优化设计入手,对该变换器进行深入研究和讨论,提出了基于输出电压反馈、Bus电压比例前馈和双补偿环路的三种PFM/PWM混合控制策略,并给出相应控制下的参数优化设计流程。

论文首先阐述了该变换器在PFM和PWM调制下的工作模态,并对组成该变换器的Boost PFC和LLC谐振单元的基本特性进行了分析,给出了变换器原边主开关管能实现软开关的约束条件。

接着详细介绍了三种控制策略的基本原理,并基于数字控制,给出了控制策略具体的实现算法及设计考虑。

为兼顾较高的功率因数和合理的Bus电压,基于Boost PFC和LLC谐振单元功率平衡的原则,结合不同的控制策略对变换器的参数进行了优化设计,并给出了详细的推导和计算过程。

基于平均电流控制的交错并联BoostPFC变换器设计

第７期唐淳淳等．基于平均电流控制的交错并联ＢｏｏｓｔＰＦＣ变换器设计
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基于平均电流控制的交错并联ＢｏｏｓｔＰＦＣ变换器设计
唐淳淳ａ余粟ｂ黄运ａ
（上海工程技术大学ａ．机械与汽车工程学院；ｂ．工程实训中心）
摘要提出了一种给工作在电流连续模式下（ＣＣＭ）的两路独立电流放大器提供共享电流参考，同时确保在两路ＰＷＭ输出上能匹配平均电流控制的双相交错并联ＢｏｏｓｔＰＦＣ变换器。通过对双相交错并联ＢｏｏｓｔＰＦＣ变换器在不同工作状态下的对比分析，该电路较传统单相Ｂｏｏｓｔ电路表现出更优越的功率因数校正（ＰＦＣ）和电流纹波抑制效果。最后设计并研制了一台３．２ｋＷ大功率的交错并联ＢｏｏｓｔＰＦＣ实验样机并进行测试实验，结果表明：该交错并联ＢｏｏｓｔＰＦＣ变换器在提高电源品质和纹波抑制方面具有明显的优势。关键词交错并联功率因数校正平均电流控制电流纹波中图分类号ＴＮ７１３文献标识码Ａ文章编号１０００３９３２（２０１９）０７０５５７０５
相交错并联ＢｏｏｓｔＰＦＣ变换器，同时增加了电压前馈校正来提升系统瞬态响应性能，最后通过制作的３．２ｋＷ大功率交错并联ＢｏｏｓｔＰＦＣ实验样机验证其有效性。１双相交错并联ＢｏｏｓｔＰＦＣ电路工作原理
双相交错并联ＢｏｏｓｔＰＦＣ变换器与单相升压变换器的电路组成结构基本相同，其每一相ＢｏｏｓｔＰＦＣ变换器的运行方式也与单相升压变换器基本相同，通过两路单独的电流放大器共享一个电流基准原则，同时在两路ＰＷＭ输出上分配平均电流来分别进行控制，以保持稳定低失真的正弦输入线电流。［４］当两相电流平衡时，两个功率级以－１８０°的相移交错工作，可以加快系统的瞬态响应，同时在交错并联电路的电感设计中，流经单个电感中的电流仅占总输入电流的一半，很大程度上控制了电感磁芯的面积，所以笔者将两个单相ＢｏｏｓｔＰＦＣ变换器交错并联在电路中，以满足降低电源电路对输入ＥＭＩ滤波器和输出滤波电容的容量要求［５］，从而用较小容量的电容替代，在节省电容成本的同时提升系统的动态响应性能。

交错并联boost电路参数

交错并联boost电路参数
交错并联Boost电路的参数主要包括输入电压、输出电压、开关频率、电感量、电容值等。

以下是对这些参数的简要说明：
1.输入电压：该电路的输入电压通常较高，可以根据实际应用选择适当的电压值。

2.输出电压：通过调整电路中的开关状态和元件参数，可以获得较高的输出电压。

具体输出电压值需要根据实际需求来确定。

3.开关频率：该电路的开关频率较高，一般需要在kHz级别甚至MHz级别。

开关频率的选择会影响电路的性能和效率。

4.电感量：电感量的大小直接影响到电路的储能能力和电流大小，需要根据实际需求进行选择。

5.电容量：电容值的大小会影响到输出电压的纹波和稳定性能，需要根据实际需求进行选择。

除此之外，还有一些其他参数，如元件的耐压值、额定电流等也需要根据实际需求进行选择。

同时，在选择元件时还需要考虑其热性能和可靠性，以确保整个电路的性能和稳定性。

高升压比交错并联Boost电路的分析

高升压比交错并联Boost电路的分析类别：阅读：869摘要：文章分析了传统BooST电路在实际应用中存在的问题，提出了一种改进型的交错并联Boost电路。

在电感电流连续模式下，根据占空比大于或小于0。

5的情况，详细分析电路的工作过程，推导了稳态情况下输出输入电压关系式，最后通过仿真验证了理论分析的正确性。

常用的非隔离Boost升压变换器，在高输出电压场合，由于寄生参数的影响不可能达到很高的输入输出电压比。

而另一种升压电路是隔离升压电路，例如正激、反激电路。

由此可见，在实际电路中，Boost电路升压比有限制极限，输出电压一般能达到输入电压的4～5倍。

在大功率应用环境中，由于损耗严重，升压比反而更低。

为了克服上述非隔离升压电路的不足，本文研究的升压变换器如图3所示，它由交错并联Boost电路与电容串联组合而成。

基于交错并联型boostpfc功率因数校正拓扑电路的研究

• 7•新能源电动汽车的迅速发展，对电动汽车充电问题的要求也越来越高，一方面要实现车载充电机的高频化和高效率，一方面由于能源危机和谐波污染要求车载充电机能够实现高功率因数和低污染，所以本论文研究车载充电机的前级采用交错并联BoostPFC 功率因数校正拓扑电路，提高车载充电机的功率因数。

由于传统能源的不断匮乏，生态环境日趋恶化，而电动汽车环保安全能持续发展等优势，电动汽车行业在国家政策大力扶持下得以迅速发展，电动汽车的续航问题不可忽视，如何提高充电机的功率效应，降低开关损耗、消除电磁干扰，是电力电子技术行业一直关注的问题。

根据车载充电机所处的空间和环境，要求车载充电必须具有功率密度高，体积小，效率高，还要有良好的电气隔离，有良好的功率因数PF 和低谐波分量。

本文车载充电机的结构采用两级变换器，交错BoostPFC 变换器具有功率因数校正与输出稳定的直流母线电压，电感体积小、输出纹波电流小、功率因数高、效率高、THD 小。

因此基于BoostPFC 功率因数校正拓扑对新能源电动汽车的发展具有重大意义。

图1 BoostPFC结构图1 进行BoostPFC技术的必要性交错BoostPFC 拓扑电路如图1所示，电路中的V AC 为输入电网电压，i AC 为输入电网电流。

交错BoostPFC 拓扑电路它有两个参数相同的BoostPFC 单元电路并联组成，其中包含滤波电路EMI ，不控桥式整流（VD1～VD4)，电感L1、L4，驱动信号相差1800的开关管VT1、VT2，续流二极管VD5、VD6和母线滤波电容C B 。

220V 交流电压输出稳定的直流电压是经不可控整流电路，但不可控整流二极管只在电网电压大于滤波电容两端的电压时电网才有电流产生，这样使电网电流产生崎变非常严重，会产生包含很多谐波分量的尖峰波，对电网电压造成严重的谐波污染和危害。

功率因数校正电路的作用是消除这样的电网电流尖峰，使输入电流成为正弦波且与输入电压同相位，得到一个比交流输入电压幅值略高的稳定直流电压。

基于交错并联Boost电路的光伏发电系统优化

设计应用技术Boost电路的光伏发电系统优化付雨鑫（辽宁工程技术大学，辽宁葫芦岛电路输出的电压和电流纹波较大，会影响发电系统的可靠性和稳定性，因此提电路的改进型光伏发电系统。

在MATLAB/Simulink电路可以有效减小电流和电压的纹波，证明其可以在并网光伏发电系统中发挥积极作用。

电路；光伏并网发电Optimization of Photovoltaic Power Generation System Based on Interleaved and ParallelBoost CircuitFU Yuxin(Liaoning Technical University, HuludaoAbstract: The output voltage and current ripple of single Boost circuit of photovoltaic power generation systemand stability of the powerphotovoltaic power generation system based on interleaved and parallel Boost circuit is proposed. The simulation model2 电路参数分析与计算2.1 交错并联Boost 电路的分析与计算交错并联Boost 升压电路的主要设计参数如表1所示。

表1 交错并联Boost 电路参数电路参数数值输入电压范围/V 14～44额定输入电压/V 16额定输出电压/V 32输出电流/A 4开关频率/kHz50确定参数数据后，将会对改拓扑图建立数学模型。

根据第1节可知，交错并联Boost 升压电路的拓扑如图1所示，为了简化分析需做以下假设：所有元器件均为理想器件；输入端为恒压源，电压值始终不变；无源器件均视为线性元件；不考虑开关管的结电容等影响，将其视为理想开关。

交错并联倍压Boost变换器轻载控制策略

交错并联倍压Boost变换器轻载控制策略沈国桥吴小田张龙龙徐德鸿（浙江大学电气工程学院，杭州310027）摘要：本文研究了交错并联倍压Boost变换器的轻载运行特性及其控制策略。

该类变换器在轻载运行条件下将工作于电流断续模式，开关占空比小，采用常规控制方法存在倍压电容电压下降问题，造成功率开关电压应力增加，从而限制了低耐压器件的应用。

本文分析了变换器在轻载运行条件下存在的问题，推导了维持正常运行状态的临界条件。

然后进一步提出了称为交替移相控制的一种新的PWM控制策略，使该变换器克服了轻载问题，维持正常工作所具有的高升压比、低电压应力等特性。

最后给出了仿真和实验验证结果。

　关键词：电力电子升压变换交错并联移相控制倍压电路　中图分类号：TM46A Novel Control Method for Light-loaded Multiphase Boost ConverterWith Switching CapacitorsSHEN Guoqiao WU Xiaotian ZHANG Longlong XU Dehong(College of Electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027) Abstract: In this paper, a method for improving the operation characteristics of the multiphase interleaved boost converter integrated with switched capacitors is presented. The light-load problem of this converter is investigated. The critical condition to maintain a desirable operation even at light load is derived as a guide to design the converter and its control. A novel PWM control method named Alternating Phase Shift (APS) is proposed to assure the good operation at light-load. Simulations and experimental results prove the theory and the proposed control method.Key words: Power electronic, Boost, Interleaving, Phase shift control, V oltage multiplier1引言高升压比DC-DC变换器广泛应用于电动汽车、通信电源、不间断电源及燃料电池发电等领域，其高直流增益通常由高频变压器、耦合电感和开关电容等方法来实现[1-5]。