两相交错并联Boost变换器的研究与仿真
交错并联式BOOST电路的Pspice仿真分析
异 步 调 制 为 载 波 信 号 与 调 制 信 号 不 同步 的 调 制 方 式 ， 在 不变的情况下 ， 变化 时 ， 波 比 Ｎ 由此 发 生 变 化 。 信 号 波 的 载 在 半 周 期 内 ，ＷＭ 的 脉 冲 个 数 不 固 定 ， 位 也 不 同 ， 负 半 周 Ｐ 相 正
的脉冲不对称 。 交 错 并 联 拓 扑 结 构 通 过 异 步 驱 动 每 个 并 联 的 变 换 器 的
Ａｎａ ｙ ｉ ｆｉ ｅ ｌａ ｉ ｇ ｐａ ａ ｌ ｌＢＯＯＳＴ ｉｃ ｉ ａ ｅ ｐｉｅ ｌ ｓｓｏ ｎｔ ｒｅ ｖ ｎ ｒ ｌｅ ｃ ｒ ｕ ｔｂ ｓ ｄ Ｐｓ ｃ
Ｈ Ｕ Ｃ ｏ ｇ， ＨＡ ＧＪ ｎｊｎ Ｏ ｈｎ Ｚ Ｎ ｉ － 。 ａ ｕ
（． ｉ帆 Ｕ ｉ ｒｉ ｃ ｎｅａｄＴ ｃｎ ｌ ｙ Ｘｉ ７ ０ ５ ， ｈｎ ； １Ｘ ’ ｎｖ ｓｙｏ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ， ’ １０ ４ Ｃ ｉａ ｅ ｔ ｆＳ ｅ ｏ 肌
叶分析等 。 交 错 并 联 Ｂ Ｏ Ｔ电路 的 Ｐ ｐｃ 型 如 图 ３所示 。 Ｏ Ｓ ｓｉ ｅ模
控 制 信 号 来 实 现 ， 以减 少 输 出 电压 的 纹 波 。 可
２１ 拓 扑 结 构 图 ． 交 错 并 联 ＢＯＯＳ Ｔ拓 扑 ， 图 ２所 示 。 如
２２ Ｐ ＰＩ 仿 真 ． Ｓ ＣＥ
Ｐｐｃ ｓｉ ｅ是 一 种 功 能 强 大 的模 拟 电 路 和 数 字 电 路 混 合 仿 真
交 错 并 联 Ｂ Ｏ Ｔ拓 扑 公 用 一 个 电 源 ，输 出 电 容 也 为 ～ Ｏ Ｓ
图 ３ 交错 并 联 Ｂ ｏｔ 路 的 Ｐ ｐｃ 模 型 ｏｓ 电 ｓ ｉｅ
Ｆ ｇ Ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｄ ａ ａ ｏ ｅ ｉ ｔｒｅ ｖ ｎ ｒ ａｌ ｌｂ ｏ ｔｔ ｐ ｌ ｇ ｓ ｉｅ ｍｏ ｅ ｉ ．３ ｔ ｔ ｒ ｉ ｇ ｍ ｆｔ ｎ ｅ ｌ ａ ｉ ｇ ｐａ ｌｅ ｏ ｓ ｏ ｏｏ ｙ ｐ ｐ ｃ ｄ １ ｕ ｒ ｈ
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电路的PI-模型预测控制方法研究
交错并联ＢＯＯＳＴ电路的ＰＩ－模型预测控制方法研究作者：綦慧匡凯来源：《电气传动自动化》2019年第02期摘要：在新能源工业中双向DC/DC变换器的作用举足轻重。
基于两相交错并联BOOST 拓扑，分别从目标电压跟随、电流纹波、响应速度等角度，采用传统PI控制器与模型预测控制算法相结合的方法，对BOOST模式下DC/DC变换器输出电压超调量与稳态误差、系统调节时间等方面的性能展开研究。
实验结果充分验证了设计方案的可行性和有效性。
关键词：双向DC/DC变换器; 交错并联BOOST拓扑; PI控制器; 模型預测控制中图分类号： TK514; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码： AResearch on PI-model Predictive Control Method for Interleaved Parallel BOOST CircuitQi Hui， Kuang Kai（Department of Information Engineering， Beijing University of Technology， Beijing 100124， China）Abstract： The role of bi-directional DC/DC converters in the new energy industry is important. Around the two-phase interleaved parallel BOOST topology， the combination of traditional PI controller and model predictive control algorithm is used to control DC/DC converter in BOOSTmode from the perspective of target voltage following， current ripple and response speed， theperformance of output voltage overshoot and steady state error， system adjustment time and so on are studied. The experimental results fully verify the feasibility and effectiveness of the design.Key words： Bi-directional DC/DC converter;Interleaved parallel BOOST topology;PI controller;Model predictive control1; 引言如何合理利用可再生能源已经成为当今分布式电源领域的主要研究方向。
交错并联+Boost+PFC+电路研究
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.
交错并联式BOOST电路的Pspice仿真分析
交错并联式BOOST电路的Pspice仿真分析摘要：文中研究基于Pspice 软件的交错并联BOOST 变换器的拓扑结构，并对其建立仿真模型，进而延伸到N 个相同的BOOST 拓扑结构的并联，从中分析了此种拓扑结构的优点，进而得出此种拓扑结构适于在功率因数校正电路中应用的结论。
关键词：交错并联；BOOST 拓扑；Pspice 仿真；PWM 随着电力电子行业的发展，电路设计的复杂程度越来越高，仿真作为一种便利的设计手段被广泛的应用于电路设计、分析和验证中，包括用于电路设计中的一系列仿真软件如MATLAB 中的Simulink 及其Pspice 等软件，这些软件可以对电路中的信号进行仿真，让设计人员了解电路的工作特性，设计人员可以通过仿真来预测和验证电路设计的准确性，具有时效性强的优点，对于科学研究工作具有十分有用的价值。
笔者在基于Pspice 仿真软件的基础上对BOOST 变换器的并联交错技术进行仿真分析，通过搭建Pspice 模型分析了并联交错BOOST 变换器的优点，即输出纹波很小适用于带载要求纹波小的设备，如应用于计算机的CPU 等。
1 DC-DC 变换器DC-DC 变换器的基本拓扑结构非为BUCK 变换器、BOOST 变换器和BUCK-BOOST 变换器。
由于DC-DC 变换器中，输入端和输出端共地，所以也称为三端开关变换器。
开关变换器同三端线性调节器有很多相同点，例如输入电压不能调节，但是输出电压可以调节，在效率要求较高的情况下可以替代线性调节器，开关变化器在输入跟输出之间使用的是扼流圈而不是变压器。
BOOST 电路是升压电路，升压电感完成升压，并通过电容保持电压值。
其结构图如图1 所示。
，其中N 为并联的变换器的个数，本课题中N 为2，交错并联BOOST 拓扑中的PWM 信号的一种时序图如图4 所示。
由图4 的驱动波形分析扑结构的工作状态：状态1 当两个管子都为高电平。
交错并联Boost PFC电路的研究
交错并联Boost PFC电路的研究郭超;韦力【摘要】The single-phase interleaved parallel Boost PFC circuit is adopted to improve the power grade and efficiency.The discrete inductor is used as a boost inductor. The operation experiment and simulation of interleaved parallel Boost PFC circuit were conducted uner the intermittent mode of inductance current. The interleaved parallel Boost circuit is capable of reducing the inductance capability and EMI filter size. The simulation and experimental results prove that the PFC circuit can realize good correction effect with small input current ripple and switching stress.%提出了一种单相并联交错Boost PFC电路,升压电感采用分立式电感.详细论述电感电流断续模式下的Boost PFC交错并联电路,减小单个电感容量和前级EMI滤波器尺寸,提高PFC 电路的功率等级和效率.仿真与实验结果表明,该PFC电路具有良好的校正效果,较小的输入电流纹波,较低的开关应力.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2011(034)010【总页数】3页(P133-135)【关键词】电力电子;交错并联;分立电感器;功率因数校正【作者】郭超;韦力【作者单位】西安科技大学,陕西西安710054;西安科技大学,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】TN710-34Boost变换器由于其升压电路简单，效率高，工作性能稳定等优点被广泛的应用为PFC电路中。
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。
双向交错并联DCDC变流器设计与仿真讲解
课题10：双向交错并联DC/DC变流器设计与仿真主要性能指标要求：输入线电压10V-15V，交流输出功率400W，输出电压48V，电压控制稳态精度为3%，输出电压纹波峰峰值为100mv。
具体内容：要求学生在深入学习和分析双向交错并联DC/DC变换器的组成和工作原理基础上，完成主电路和驱动保护电路的硬件设计与元件选型，并在MATLAB SIMULINK平台上，完成控制系统仿真。
摘要本设计是在双线交错并联DC/DC电路结构图的基础上进行主电路和驱动电路，保护电路的硬件设计，并通过对电路参数的计算进行元件选型，并在simulink上完成控制系统的仿真。
【关键词】DC/DC变换器，驱动电路PWM控制，保护电路第一章原理分析1.1双向交错并联DC/DC变换器工作模式分析Boost工作模式该模式下电路的等效电路图如下图所示：该电路的作用把低压端储存的能量通过Boost电路变换成电压较高、稳定的直流电源。
此时S3和S4工作，Csuper（Vin）放电。
由于变换器在启动时功率较大，而超级电容的电压又较低，故其放电电流较大，进而两路电感电流之和在变换器工作于Boost模式时一直处于连续工作状态。
而且，当变换器工作在最大功率下时，每一路的电感电流也工作在连续状态。
为了简化分析，对变换器工作于最大功率时，作出如下假设：（1）两路开关导通占空比相等，即D3=D4=D，相位差相差180度；（2）两路电感相等，即L1=L2=L;（3）电路已经进入稳态，各个开关周期内电流相等。
根据开关管S3、S4占空比D的情况，Boost模式又可以分为3种状态：D<0.5，D=0.5和D>0.5。
当D<0.5时，由于开关管的导通时间较短，存在两路的续流二极管同时导通的情况，该状态下个阶段电路的主要波形如图2所示。
图2 Boost模式D<0.5时电路主要工作波形在阶段一中，开关管S3开通，电感L1储存能量；开关管S4关断，D2续流，电感L2释放能量，此阶段有：在阶段二中，开关管S3关断，D1续流，电感L1释放能量；开关管S4关断，D2续流，电感L2释放能量，此阶段有：阶段三和阶段四重复阶段一和阶段二的过程，根据图2和伏秒前平衡原理，可以分别求得电感电流的纹波△iL1、△IL2和超级电容的纹波△isc以及电压增益Ay:当占空比D=0.5时，电路只有两个阶段，开关管S3和S4轮流导通，该状态下的电路阶段过程和各阶段的主要工作波形如图3所示。
单相双重并联交错BOOST PFC功率开关的驱动技术
２ 并联交错 Ｂ Ｏ Ｔ Ｃ Ｏ Ｓ Ｐ 驱动技术 Ｆ
双重并联交错结构单相Ｂ Ｏ ＰＣ Ｏ Ｓ Ｆ 功率电路的典型拓扑见 Ｔ 图１ ． 其中电感Ｌ、 １ 二极管 Ｄ 和功率开关 Ｔ 构成一重， Ｌ， １ Ｉ 电感 ２ 二极管Ｄ 和功率开关 Ｔ 构成一重， ２ ２ 二者是并联结构。经过分 析， 在双重并联 ＢＯＴ Ｏ Ｓ Ｐ℃中，１两只功率开关有三种驱动方 Ｆ （）
ｅｄｇ ｈｎｅ ｄｖｇ ｐ ｓｓｆｄ ｉ ａ Ｌｑ ｎ －ｖｅｄｖｇＰｎｐｓ ｅ ｅ ｉ ｃ ｕｓ ｔｉ ａ ａ ｌｉ ｓｃ ｉｄ ｉ ， ｅｈｅｄｖｇ － ｕ ｃｄｉｄ ｉ ． ｃｌ ｏｔ ｔ ｄｖｇ ｉａ ｓｄｄ ｎ ｕｎ ｙ ｒ ｚ ｒ ｎ ｈ －ｉ ｒ ｎ ｎ ｅ ｅ ｙｉ ｎｏ ｉ ａ ｔ ｉ ｄ ｄ ｒ ｎ ｒ ｉｅ ｆ ｈ ｒｎ ｉ ｔ ｒ ｕｅ ｎ － ｉ ｉ ｈ ｒ ｉ ｒ ｅ ｃ ｅ ｄ ｐｍｎｄ ｅ ｏ Ｂ ＯＴ ｃ ｔｌｒ ８Ａ１９１ ａ ｐｌ ｗ ｔｍｄａｒ ５５ ａｄ ｇ ｃｃｉ ｓｅｉｌ Ｔｏ ｓ ｌ ｅｅ ｂ ｄ Ｏ Ｓ ＰＣ ｒ ｅＬ９１／ ８Ｂ ｕｅ ｈ ｕｔ Ｓ３２Ａ ａ ｃ ｕ ｒｐ ｔｅ ． ｂｏ ｅ ｔ ａ ｎ ｓ Ｆ ｏｏ Ａ ｎ ４ ｎ ｓ ｉ ｏ ｌｏ Ｇ ｄ ｄ ｎ ｌｉ ｉ ｔ ｃｖｙ ｗ ｏｔ ｏ ｒ ｅ ｉｕｔｓ ｉｔ ｅｐｉｅｓ ｓ ａｔ ｉｕｏａ ｃ ｐｄ ｃｒ ｅｉｌａｏ Ｅｐｉｅａｒｕｓ ｅｋｏｎ ｔ ｎ ｃｒｕ ｄ ｈ ｘ ｒ ｎ ｅ ｅ ｒｅ ｎ ｃｒ ｏ ｌ ｉ ｕｏｒｐ ｔｅ ｌ ． ｅｍｎｌ ｌ ｒｋｓ ｗ ｔｔ ｄ ｏ ｓ ｎ ｅｍ ｔ ｒ ｐ ａｄ ｔ ｎ ｕ ｅ ｎ ｔ ｅ ｃｖｙ ｘ ｒ ｔ ｅ ｔ ａ ｅ ｅ ｅ ｄ ｄ ｄ ｓ ｓ ｓ ｎ ｈ ｈ ａ ｅ ｔ ｅ ｉ ｃｃｉ ｒｓ ｐ ａｄ ｉｅ ｂｎｉ ａｏ ｂｔ ＰＣ ｃ ａ ｌ ｅｉｕｃｒｎｒｐ ． ｎ ｌｉ ｃ ｐｄ ｈ ｄｖ ｇ ｕ ａ ｉ ｌ ｎ ｆｓｌ ｒｇｇ ｕ ｅｅ Ｆ ｅｅｓ ｏ ｒ ｔ ｅ ｌ Ｗ ｅ ｅｐｙｇ ｌ ｉ ｅ ｉ ｒ ｒ ｎ ｉ ｔ ｍ ｅ ｅ ｂ ， ｎ ｂ ｔ ｒ ｆ ｔ ｎ ｗ ｎ ｕ ｔ ｉ ｅ ｈ ｍ ｏｎ ｏ ｅ ｎ ｒ ｅ ａ ｉ ｄ ｐ ｒ ｐ ｕ －
新型交错并联boost变换器的研究
进 而 解 决 升 压 型 交 错 并 联 boost 变 换 拓 扑 中 二 极 管
低成组一致性的要求，电池成组采用多节单体锂电池
[1]
并联成组的方式 ，这种方式虽然解决了电池容量问
题，但是电池包输出电压较低，不能满足电压平台相
匹配的要求，需要将电池包电压先进行升压。
收稿日期：2019-07-31
第 28 卷
Vol.28
第6期
No.6
电子设计工程
Electronic Design Engineering
2020 年 3 月
Mar. 2020
新型交错并联 boost 变换器的研究
周万鹏 1，杨 艳 1，朱智富 2
（1. 青岛大学 电气工程学院，山东 青岛 266071；
2. 青岛大学 物理科学学院，山东 青岛 266071）
Abstract：Based on the solution of the interleaved parallel Boost switching circuit，the switching tube is
turned off and has loss，the reverse recovery of the diode generates the turn⁃off loss，and there is a current
摘要：基于解决交错并联 Boost 电路开关管开、关断具有损耗，二极管反向恢复产生损耗，且两支路
存在均流问题，一旦不均流会导致某一支路开关电流应力加大的目的。采用一种带耦合电感的软
开关交错并联 Boost 电路的方法，通过实验数据及开关管电压电流波形图、二极管电流波形图得出
该电路不仅能解决二极管反向恢复和实现开关管零电压开通的结论，这使得变换18GGX105012）
交错并联临界连续Boost PFC 变换器移相控制策略稳定性分析
ISlave
t
3TM1 2
3TM2 TM1 − 2 2
3TM3 TM2 − 2 2
3TM4 TM3 − 2 2
3TM5 TM4 − 2 2
图 1 移相开通信号
中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会
IMaster
假设输出电压 uac 和输出电压 U dc 保持不变，下一个开
关周期
TM1
TM2
TM3
TM4
TM5
3TM4 TM3 − 2 2
3TM5 TM4 − 2 2
TM6
t
∆I1 = 1， 误差信号不会放大。 然而 I Sl
3TM2 TM1 − 2 2
Turn off Turn off
输入电流增大，输入功率增大，而由于电压环的调节作 用 ， 开 通 时 间 Ton 就 会 减 小 ， 从 而 几 个 周 期 后 ，
t
3TM3 TM2 − 2 2
TS1
TS2
TS3
TS4
TS5
图 2 移相关断信号
∆I n < 1 。实验也证明采用这种移相控制方法，从相 ∆I 0
电感电流工作稳定且移相 180°。
利用 FPGA 实现上述两种移相控制方案，并且利用 电路中的耦合电感实现了 Boost 电路的二极管零反向恢 4 复损耗。实验发现，采用图 1 移相开通法，两相的电感 电流工作稳定，且得到的总输入电流的纹波很小。采用 这种控制方法即可以保证从相电感电流工作于 CRM 图 2 移相关断法，当输入电压较低时，两相电感电流工 模式又能满足移相的要求，但实际上从相电感电流工作 作稳定，但当输入电压上升到一定的幅值时，就会出现 不稳定。 次谐波振荡现象。于是，分别对这两种控制方法进行了 稳定性分析，并得出结论。 如图 4， 理想的从相电流应该是零电流开通， 在 180 ° 控制 信号处 关 断 并 且从 相 开 通 时间 等 于 主 相 开 通 时 间。假如在某一时刻有一个扰动 ∆Ton ，如图 4 所示。实 线是从相电流理想波形，虚线是扰动后电感电流变化的 这种控制方法的缺点是从相的电感电流可能工作在 曲线。 DCM 或者 CCM 状态。但无论是实验还是仿真，CCM 或者 DCM 现象都不严重。如图 3-3，理想的从相电流应 在 180°移相控制信号处零电流开通并且从相开通时间 等于主相开通时间。假设某一时刻从相电感电流工作在 CCM 状态，相对于理想的电流波形有个 ∆I 0 ，如图 3 所 示。
交错并联BoostPFC电路的应用研究
定稿日期：2009-09-01作者简介：赵相瑜（1974-），男，四川蓬溪人，硕士，研究方向为电子技术。
1引言Boost 型功率因数校正（PFC ）变换器的升压电路具有结构简单，效率高，输入电流纹波和器件导通损耗都很小以及工作性能稳定等优点，因此广泛应用于各种电子设备PFC 电路中[1-2]。
但Boost PFC 电路的单位功率因数不能由电压跟随控制方法得到，一般情况下需要采用电流、电压双闭环反馈控制；另外，根据电感电流连续与否，工作模式分为电感电流连续工作模式（CCM ）和电感电流断续工作模式（DCM ）。
CCM 下的Boost PFC 电路具有导通损耗小，输入电流纹波小等优点，但是电感电流连续状态下输出整流二极管会产生很高的反向恢复损耗；DCM 下的Boost PFC 电路开关损耗小，输出整流二极管不会产生反向恢复损耗[3]，但输入电流的纹波很大，前级EMI 滤波器的设计尺寸也增大，这增加了电路的体积和成本，同时因为流过开关管的电流较大，开关具有很高的通态损耗，降低了PFC 电路的效率，此外，Boost 变换器工作在固定频率，输入电流波形还可能产生畸变。
针对以上不足，采用两个工作在DCM 下的Boost PFC 电路交错并联运行，同时为了减小电感的体积和成本，采用了一种新颖的耦合电感绕线方式。
通过仿真和实验验证了该交错并联电路的有效性和可靠性。
2交错并联Boost PFC 电路图1a 示出交错Boost 变换器并联电路，两开关SW 1，SW 2的导通占空比相等，SW 2滞后SW 1二分之一个开关周期导通。
由图1b 所示的交错并联电流波形可见，虽然单个Boost 变换器的电感电流i L 1和i L 2是断续的，但PFC 电路的输入电流i in 变成了连续的，故其输入电流纹波减小，频率提高了两倍，从而降低了输入电流的高频谐波含量，减小了前级EMI 滤波器的尺寸，而且输入电流的平均值接近其峰值，进而提高了PFC 变换器的功率等级。
一种新颖的升压型电压调整器两相交错并联耦合电感BOOST变换概要
第２６卷第９期２００６年５月文章编号：０２５８—８０１３（２００６）０９—００９４—０５中国电机工程学报ＰｒｏｃｅｅｄｉＩｌｇｓ、，ｂ１．２６Ｎｏ．９Ｍａｙ２００６＠２００６Ｃｌｌｉｎ．Ｓｏｃ．五０ｒＥｌｅｃ．ＥｎｇｏｆｍｅＣＳ髓文献标识码：Ａ中图分类号：ＴＭ６２４学科分类号：４７０．４０一种新颖的升压型电压调整器一两相交错并联耦合电感ＢＯＯＳＴ变换器胡庆波，瞿博，吕征宇（浙江大学电力电子国家专业实验室，浙江省杭州市３１００２７）ＡＮｏＶｅｌＳｔｅｐ－ｕｐＶ】王Ｍ——Ｔｗｏ—ｐｈａｓｅＨＵＩｎｔｅｒｌｅａＶｅｄＣｏｕｐｌｅｄ－ｂｏｏｓｔＣｏｎＶｅｒｔｅｒＺｈｅｎｇ—ｙｕＱｉｎｇ－ｂｏ，ＱＵＢｏ，ＬＵ（ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＬａｂｏｍｔｏｒｙｏｆＰｏｗｅｒＥｌｅｃ仃ｏｎｉｃｓ，ＺｈｅｊｍｇＵＩｌｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｚｈｅｊｉ柚ｇＰｍｖｉｎｃｅ，Ｈ柚ｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｌｌｉｎａ）ｉｓｌｏｎｇｅｒｓｏＡＢｓｌ’Ｉ认Ｃ１ｊ’１１ｌｅＡｓｆｏｒｎａｔＩｌｒａｌｌｉｆｅＯｆｂａｎｅｒｙｃｅｌｌｔｈ柚ｌｏｗ．关键词：升压型电压调整器，交错并联，耦合电感，有源钳位ｂａｔｔｅｒｙｇｒｏｕｐｕｓｅｄｉｎｓｅｒｉｅｓ，ｂｕｔｂａｔｔｅｒｙｃｅＵｖ０１ｔａｇｅｉｓｍｉｓｐｒｏｂｌｅｍ，ｔｌｌｉｓｐａｐｅｒｉｎ廿ｏｄｕｃｅｓｔｗｏ—ｐｈａｓｅｉｎｔｅｄｅａＶｅｄｃａｎａｓｔｅｐ—ｕｐｃｉｒｃｌｌｉｔ，ｎａｍｅｄｃｏｕｐｌｅｄ—ＢｏｏｓｔｃｏｎＶｅｎｅｒ，ａｎｄ０引言随着蓄电池的大量使用，蓄电池的使用寿命越ｄｉｆ托ｒｅｎｔｏｕｔｐｕｔＶｏｌｔａｇｅｏｆｂｅａｃｑｕｉｒｅｄｂｙｃｈ柚ｇｉｎｇｔＩｌｍｓｉｓｒａｔｉｏａｃｏ叩ｌｅｄｉｎｄｕｃｔｏｒ．Ｔｈｏ—ｐｈａｓｅｌａ唱ｅｄｕｔｙｃｙｃｌｅｂｅｃａＩＩｓｅｃａｎｂｏｏｓｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒｏｐｅｒａｔｅｓａｔＶｏｌｔａｇｅｇａｉｎ来越得到人们的关注。
目前，蓄电池在使用过程中通常采用串联的工作方式，这种方式下串联组内蓄电池均以同样大小的电流进行充放电。
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。
双向交错并联DCDC变流器设计与仿真讲解
课题10：双向交错并联DC/DC变流器设计与仿真主要性能指标要求：输入线电压10V-15V，交流输出功率400W，输出电压48V，电压控制稳态精度为3%，输出电压纹波峰峰值为100mv。
具体内容：要求学生在深入学习和分析双向交错并联DC/DC变换器的组成和工作原理基础上，完成主电路和驱动保护电路的硬件设计与元件选型，并在MATLAB SIMULINK平台上，完成控制系统仿真。
摘要本设计是在双线交错并联DC/DC电路结构图的基础上进行主电路和驱动电路，保护电路的硬件设计，并通过对电路参数的计算进行元件选型，并在simulink上完成控制系统的仿真。
【关键词】DC/DC变换器，驱动电路PWM控制，保护电路第一章原理分析1.1双向交错并联DC/DC变换器工作模式分析Boost工作模式该模式下电路的等效电路图如下图所示：该电路的作用把低压端储存的能量通过Boost电路变换成电压较高、稳定的直流电源。
此时S3和S4工作，Csuper（Vin）放电。
由于变换器在启动时功率较大，而超级电容的电压又较低，故其放电电流较大，进而两路电感电流之和在变换器工作于Boost模式时一直处于连续工作状态。
而且，当变换器工作在最大功率下时，每一路的电感电流也工作在连续状态。
为了简化分析，对变换器工作于最大功率时，作出如下假设：（1）两路开关导通占空比相等，即D3=D4=D，相位差相差180度；（2）两路电感相等，即L1=L2=L;（3）电路已经进入稳态，各个开关周期内电流相等。
根据开关管S3、S4占空比D的情况，Boost模式又可以分为3种状态：D<0.5，D=0.5和D>0.5。
当D<0.5时，由于开关管的导通时间较短，存在两路的续流二极管同时导通的情况，该状态下个阶段电路的主要波形如图2所示。
图2 Boost模式D<0.5时电路主要工作波形在阶段一中，开关管S3开通，电感L1储存能量；开关管S4关断，D2续流，电感L2释放能量，此阶段有：在阶段二中，开关管S3关断，D1续流，电感L1释放能量；开关管S4关断，D2续流，电感L2释放能量，此阶段有：阶段三和阶段四重复阶段一和阶段二的过程，根据图2和伏秒前平衡原理，可以分别求得电感电流的纹波△iL1、△IL2和超级电容的纹波△isc以及电压增益Ay:当占空比D=0.5时，电路只有两个阶段，开关管S3和S4轮流导通，该状态下的电路阶段过程和各阶段的主要工作波形如图3所示。
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。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2. 基本原理
2.1. 交错并联技术原理
交错并联技术已经广泛的应用于多个工程领域，在电力电子领域，也成功应用于变换器方面。以两 相交错并联 Boost 电路为例，两条支路并联运行，其控制信号为频率相同，相位相差 180 度的两个 PWM 信号，使两支路交错相通。采用交错并联技术可提高变换器功率容量和可靠性，减小开关管电流应力[2] [3]。交错并联技术的应用不仅使得整个系统有并联运行的优点，还具有降低开关损耗和输出电压、输出 电流纹波等优点。
载波
Figure3. Control block diagram of double closed-loop controlled two-phase boost converter 图 3. 双闭环两相 Boost 变换器控制原理框图
3.2. 数字电流滞环控制
数字电流滞环控制方法，即根据输入电压、输出电压、输出电流的采样信息和输出电压偏差反馈增 益，得出公式并计算出所需的平均电感电流值，并根据需要将电流控制在该平均电感电流的一个滞环宽 度内[5] [6]。图 4 为数字电流滞环控制原理框图。 流 io ( t ) ，计算出变换器负载电阻 R ( t ) 在连续导电模式下，由数字控制器采集输入电压 vi ( t ) 、输出电压 vo ( t ) 、电感电流 iL1 ( t ) 、输出 电
收稿日期：2017年3月7日；录用日期：2017年3月24日；发布日期：2017年3月28日
文章引用: 陈嘉怡, 牛萍娟, 高圣伟. 两相交错并联 Boost 变换器的研究与仿真[J]. 电气工程, 2017, 5(1): 42-51. https:///10.12677/jee.2017.51006
45
陈嘉怡 等
Vi
两相Boost 变换器
iL
Vi Io IL+±ΔI
Vo
PWM
S-R触发器
数字控制器
Figure 4. Control block diagram of digital hysteresis current controlled two-phase boost converter 图 4. 数字电流滞环两相 Boost 变换器控制原理框图
L1
dil1 = Vin dt
L2
dil 2 = Vin dt
C
du c V = − o dt R
(1)
阶段 2，开关管 S1 关断 S2 继续导通，电感 L1 通过二极管 D1 形成续流回路并进行能量释放，电感 L2 继续储存能量；
L1
dil1 di du V = Vin − Vo L2 l 2 = Vin C c = iL1 − o R dt dt dt
Open Access
1. 引言
Boost 电路是基本的电路拓扑结构之一，由于其拓扑结构简洁、效率高、容易控制等特点，广泛用于 功率因数校正电路、光伏发电系统、电动汽车等多个领域。随着电力电子技术的快速发展，对变换器功 率等级和电路器件的要求逐步提高。在高电源的应用中，单个变换器的使用已经无法满足要求，并且导 致输出电压和输出电流中存在较高的纹波，因此需要更大的电感和滤波电容[1]。为了解决这一问题，通 常采用多个变换器并联运行的方式。在多个变换器并联运行方式下采用交错并联技术，不仅可以满足较 高的功率等级的要求，而且减小了开关应力，降低输出电压、输出电流纹波，提高了变换器的功率密度。 针对交错并联 Boost 变换器，分别采用 PI 控制和数字电流滞环控制的方法。对两种控制方法在系统 性能上的改进作进一步的理论分析与对比。 最后通过 MATLAB 搭建电路仿真模型，用仿真结果来验证理论分析的正确性。
th th th
Received: Mar. 7 , 2017; accepted: Mar. 24 , 2017; published: Mar. 28 , 2017
Abstract
This paper introduces the basic principle and unique advantages of interleaving technology, and analyzes the efficacy of the two-phase interleaved boost converter in detail. In the control part of the circuit, a PI control strategy and digital hysteresis current control strategy are respectively adopted for the sake of comparison. Via MATLAB simulation, interleaving technology is shown to possess a number of important advantages compared to other methods, such as high frequency output voltage ripple with lower switching frequency, reducing current flowing through the switch tube, reducing switching loss, decreasing output voltage ripple, and output current ripple. Compared to the PI control method, the digital hysteresis current control method makes the performance of whole circuit is improved.
iL2
iL2 S1 S2
(c) 阶段 3
(d) 阶段 4
Figure 2. Working process of two-phase interleaved boost circuit 图 2. 两相交错并联 Boost 电路工作过程
Vi
两相Boost 变换器
PWM
Io + Vo + VE
PI
-
PI
2.2. 交错并联 Boost 变换器工作原理
图 1 为两相交错并联 Boost 变换器。电路工作在电感电流连续模式(Continuous Conduction Mode)下， 开关管 S1、S2 工作，它们的占空比相等且相位相差 180 度，电感 L1 、 L2 相等，二极管 D1、D2 为续流二 极管。分析该电路的工作过程，作如下假设： 1) 电路中的开关元器件均为理想元件；
L1
dil1 = Vin − Vo dt
L2
dil 2 = Vin − Vo dt
C
duc V = iL1 + iL2 − o dt R
(4)
3. 控制方法
3.1. PI 控制
经典的 PID 控制策略已广泛应用于各种电路的闭环控制中，其具有算法简单、鲁棒性好和可靠性高 等优点[4]。本文采用 PI 控制，将比例控制规律和积分控制规律相给合，不但能够实现对闭环控制系统的 快速响应，而且同时具有消除系统稳态误差的特点。 针对交错并联 Boost 变换器建立电压电流双闭环控制系统，控制原理框图如图 3 所示。实时检测输 出电压，将其值和给定电压进行比较作为电压外环控制，通过外环控制得到期望的电流值，该值和输出 电流进行比较作为电流内环控制，最终通过两个双闭环控制系统产生控制信号，来实现交错并联 Boost 变换器开关管的开通与关断，进而实现输出电流和输出电压值趋于稳态值。
关键词
交错并联，PI控制，数字电流滞环控制，仿真
Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
R (t ห้องสมุดไป่ตู้ =
vo ( t ) io ( t )
(5)
设定期望的输出电压为 VE，由期望输出电压除以负载电阻，得出输出电流 I o ( t )
Io (t ) =
* * 则理想的电感电流 I L (t ) 、 I L (t ) 1 2
VE R (t )
(6)
* * I= I= L1 ( t ) L2 ( t )
43
陈嘉怡 等
L1
D1
D2
+ L2 C R Vo S1 S2
Vin
Figure 1. The two-phase interleaved boost converter 图 1. 两相交错并联 Boost 变换器
2) 电路中的电感、电容均为理想元件。 研究电路在一个开关周期内的工作状态，即 CCM 模式下的电路工作过程可以分为 4 个阶段，如图 2 所示。 阶段 1，开关管 S1、S2 导通，此时电感 L1 、 L2 储存能量；
陈嘉怡 等
摘
要
本文介绍了交错并联技术的基本原理及其优点，详细分析两相交错并联Boost变换器基本原理，分别采 用PI控制和数字电流滞环控制方法，简单叙述了两种控制方法的原理并进行优缺点的分析与对比。使用 MATLAB仿真，结果显示采用交错并联技术能在很大程度上减小流过开关管的电流，降低开关损耗和输 出电压、输出电流纹波；相对于PI控制，采用数字电流滞环的控制方法使得整个电路的性能得到提升。