交错并联推挽变换器工作模式分析及设计
合集下载
- 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)。
Ｔ ａ Ｎａ ｒｎ Ｌ ｏＪｅ ｉｎ Ｍｉ ｎ Ｙｕｏ ｇ ｕ ｉ
（ ．Ｃｌｇ ｎｏｍ ｔ ｎＥ ｇ ｅｒ ｇ Ｚ ｅａｇＵ ｉｒｔ ｏ Ｔｃｎｌ ｙ ， ａｇｈｕＺ ｅａｇ３０ ２ ， ｈｎ ； １ ｏｅｅｏ ｆｒａｉ ｎｎｅｎ ， ｈ ｉｎ ｎｖ ｓｙｆ ｅ ｏ ｇ Ｈ ｎｚｏ ｈｊ ｎ １０ ３ Ｃ ｉａ ｌ ｆＩ ｏ ｉ ｊ ｅ ｉ ｈ ｏ ｉ ２ ｏｅｅ Ｅ ｅｔｃｌ ｎｎｅｎ ， ｈｊ ｎ ｎｖｒｔ Ｈ ｎｚｏ ｈ ｉ ｇ３０２ Ｃ ｉａ ．Ｃｌｇ ｎｃ ａ ｇ ｅｒ ｇ Ｚ ｅａｇＵ ｉ ｓｙ ， ａｇｈｕＺ ｅａ １０７， ｈｎ ） ｌ ｏ ｆ ￣ Ｅ ｉ ｉ ｅｉ ｊｎ
变流技术
Ｃｏ ｖ ｒ ｒ ｅ ｈ ｉｕ ｓ ｎ ｅｔ ｃ ｎｑ ｅ ｅＴ
《 电气 自动化｝０１ ２１ 年第 ３ 卷 第 ６期 ３
交错 并联 推挽 变 换 器 工 作模 式分 析 及 设 计
田密。 南余荣。 罗劫
（． １ 浙江工业大学 信息 工程 学院 ， 浙江 摘
杭州 ３ ０ ２ ；． １０ ３ ２ 浙江大学 电气 工程学院 。 浙江
出滤波 电感 的电流纹波有一定 的相位差 ， 减小了输出电流纹波 的 幅值 ， 并且输 出电流纹波频率 也是功 率管开 关频率 的 ４倍 ， 而 从 可减 小输 出滤波 器 的体 积 和重量 ； 分散 了功率 器件 的功率 损 ③ 耗…， 从而 降低 了功率 管的 电流应 力和热 应力 ， 提高 了系统 的功 率密度和效率等 。 本文详细分析 了该组合变换器 的工作模式 ， 给出了同步 电路 的实现方法 ， 然后建立了基于峰值电流模式控制的变换器小信 号 模型 。采用峰值 电流模式 控制可 以解决推挽 变换 器存在 的磁通 不平衡 问题 。通过建立 电流环路小信号模型 ， 分析了峰值 电流 控 制模式变换器加斜率补偿 的原 因 ， 并给出了斜率补偿方案 。通 过 建立 电压环路小信号模型 ， 给出了电压环补偿 函数 实验结果证 明了分析方法 和系统参数设计 的正确性 。
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｇ ｏ ｅ ｅ ｓ ｙ Ｉｔｒｅｖｎ Ｐ ｓ —ｕｌｃｎ ｅ ｅ Ｏ ｅａｉｇｍｏ ｅ Ｃ ｍ ｉｅ ｏ ｖｒｅ ｙ ｒ ｓ Ｈｉｈ ｐ ｗ ｒｄ ｎ ｉ ｎｅｌａｉｇ ｔ ｕｈ ｐ ｌ ｏ ｖ ｒ ｒ ｐ ｒｔ ｄ ｏ ｎ ｄ ｃｎ ｅｔｒ ｔ ｎ ｂ
杭州 ３ ０ ２ ） １０ ７
要 ：针对某 电源高功率密度 、 低输出纹波 的要求 ， 提出一种交错并联式推挽变换器 。该变换器是一种并一 并型组合变换器 ， 由共用 输 出滤波 电容的两个推挽变换器交错并联组成 。由于采用交错并联技术 ， 组合变换器具有开关管 电流应力小 、 导通损耗低 、 输 出电流纹波低 以及输入输 出滤波器体积小重量轻 等特点 。详细分析了组合变换器的工作模 式 ， 并给 出了设计 方法。实验结果
Ａｂ ｔ ａ ｔ： ｏ ｅ ｎｅ ｌａ ｉ ｇ ｐ ｓ － ｕｌｃ ｎ ｅ ｅ ａ ｒ ｓ ｎ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｈ ｅ ｎ ｓｏ ｉ ｈ ｐ ｗｅ ｅ ｓｔ ｎ ｏ ｕｐ ｔｔ ｐ ｅ ｉ ｏ ｒ ｓｒ ｃ Ａ ｎ ｖ ｌ ｔｒｅ ｖ ｎ ｕ ｈ ｐ ｌ ｏ ｖ ｒ ｒｗ ｓ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ ｔ ｅ ｅ ｄ ｍａ ｄ ｆｈ ｇ ｏ ｒｄ ｎ ｉ ａ ｄ ｌｗ ｏ ｔ ｕ ｐ ｌ ｎ ａ ｐ ｗｅ ｉ ｔ ｔ ｙ ｉ ｓ ｐ ｌ ．Ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｅ ａ ａａｌ ｌｃ ｎ ｅ ｔ ｄ ｃ ｎ ｅ ｅ ，ｗｈ ｃ ｓ ｍａ ｅ ｕ ｆｔ ｕ ｈ ｐ ｌ ｃ ｎ ｅｔ ｒ ｈ ｔｕ ｅ ｔｅ ｓ ｍｅ ｆ ｔｒ ｕ ｐｙ ｈ ｏ ｖ ｒ ｒｗ ｓ ａ ｐ ｒ ｌ ｏ ｎ ｃ ｅ ｏ ｖ ｒ ｒ ｔ ｅ ｔ ｉ ｈ ｗａ ｄ ｐ ｏ ｗｏ ｐ ｓ — ｕ ｌ ｏ ｖ ｒ ｓ ｔ ａ ｓ ｈ ａ ｌ ｅ ｉｅ ｃ ｐ ｃｔｒ ｈ ｅ ｃ ｍｂ ｎ ｄ ｃ ｎ ｅ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｔ ｇ ｓ ｓ ｃ ｓ ｌｗ ｃ ｒｅ ｔ ｓｒｓ ｎ ｏ ｄ ｃｉ ｇ ｌｓ ｅ ｆ ｐ ｗｅ ｗｉ ｈ ｓ ｏ ａ ａ ｉ ．Ｔ ｏ ｉ ｅ ｏ ｖ ｒ ｒｈ ｄ ｍａ ｙ ａ ｖ ｎ ａ ｅ ｕ ｈ ａ ｏ ｕ ｒ ｎ ｔ ｓ ａ ｄ ｃ ｎ ｕ ｔ ｏ ｓ ｓ ｏ ｏ ｒ ｓ ｔ ｅ 。ｌ ｗ ｏ ｔ ｅ ｎ ｃ ｏ ｔｕ ｕ ｒ ｎ ｐ ｌ 。ｓ ｌ ｖ ｌ ｍｅ ｏ ｐ ｔａ ｄ ｏ ｔｕ ｌ ｒ ｎ Ｏ ｏ ．Ｔ ｉ ａ ｅ ｎ ｙ ｅ ｄ ｓ ｏ ｅ ｃ ｍｂ ｎ ｄ ｃ ｎ ｅ ｅ ｎ ｕ ｐ ｔ ｒｅ ｔ ｐ ｅ ｍａｌ ｏｕ ｆｉ ｕ ｎ ｕ ｐ ｔｆ ｔ ｓ ａ ｄ Ｓ ｎ ｃ ｉ ｔ ｎ ｉｅ ｈ ｓｐ ｐ ｒａ ａ ｚ ｄ ｍｏ ｅ ｆｔ ｏ ｉ ｅ ｏ ｖ ｒ ｒｉ ｌ ｈ ｔ ｄ ｔｉ ａ ｄ ｇ ｖ ｈ ｅ ｉｎ ｍｅｈ ｄ ｅａ ｌ ｎ ａ ｅ ｔ ｅ ｄ ｓ ｔ ｏ ．Ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ｅ ｕ ｔ ｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｖ ｉ ｉ ｆａ ａｙ ｉ ｎ ｅ ｉ ｔ ｏ ． ｇ ｈ ｘ ｅｉ ｍｅ ｔ ｓ ｌｓ ｒ ｖ ｈ ａ ｄ ｔ ｏ ｎ ｓｓａ ｄ ｄ ｓｇ ｍｅｈ ｄ ｒ ｌ ｙ ｌ ｎ
Ｏ 引 言
推挽变换器是最传 统的拓扑 结构之 一 ， 元件 利用率 高 ， 磁 开
关管 电流应力小 ， 导通损耗低 ， 合于低 输入 电压场合 。交错 并 适
器 ，Ｄｌ和
Ｄ 以 及 Ｄ ２ ３
和 Ｄ 分 别
联式推挽变换器不仅具有传 统推挽变换器 的优点 ， 而且有如下 特 点 ： 输入 电流 的脉动频率是实 际功率管开关频率 的 ４倍 ， ① 减少 了输入滤波器 的体积和重量 ； 由于两模块 的交错并联 ， ② 使两输
证 明了分析方法和系统参数设计 的正确性。
关键 词 ：高功率密度 交错并联 推挽变换器 工作模式 组合变换器 ［ 中图分类 号］Ｔ ４ ［ Ｍ ６ ２ １ ）６—０２ ０ ０ ９— ３
・
Ｍｏ ｅ Ａｎ ｌｓｓ Ａｎ ｓｇ ｆＩｔ ｒ ａ ｉｇ Ｐｕ ｈ－ ｌＣｏ ｖ ｒ ｒ ｄ ａｙ ｉ ｄ Ｄｅ ｉｎ ｏ ｎｅ ｌ ｖｎ ｓ ・ ｌ ｎ ｅ ｔ ｅ Ｐｕ ｅ
（ ．Ｃｌｇ ｎｏｍ ｔ ｎＥ ｇ ｅｒ ｇ Ｚ ｅａｇＵ ｉｒｔ ｏ Ｔｃｎｌ ｙ ， ａｇｈｕＺ ｅａｇ３０ ２ ， ｈｎ ； １ ｏｅｅｏ ｆｒａｉ ｎｎｅｎ ， ｈ ｉｎ ｎｖ ｓｙｆ ｅ ｏ ｇ Ｈ ｎｚｏ ｈｊ ｎ １０ ３ Ｃ ｉａ ｌ ｆＩ ｏ ｉ ｊ ｅ ｉ ｈ ｏ ｉ ２ ｏｅｅ Ｅ ｅｔｃｌ ｎｎｅｎ ， ｈｊ ｎ ｎｖｒｔ Ｈ ｎｚｏ ｈ ｉ ｇ３０２ Ｃ ｉａ ．Ｃｌｇ ｎｃ ａ ｇ ｅｒ ｇ Ｚ ｅａｇＵ ｉ ｓｙ ， ａｇｈｕＺ ｅａ １０７， ｈｎ ） ｌ ｏ ｆ ￣ Ｅ ｉ ｉ ｅｉ ｊｎ
变流技术
Ｃｏ ｖ ｒ ｒ ｅ ｈ ｉｕ ｓ ｎ ｅｔ ｃ ｎｑ ｅ ｅＴ
《 电气 自动化｝０１ ２１ 年第 ３ 卷 第 ６期 ３
交错 并联 推挽 变 换 器 工 作模 式分 析 及 设 计
田密。 南余荣。 罗劫
（． １ 浙江工业大学 信息 工程 学院 ， 浙江 摘
杭州 ３ ０ ２ ；． １０ ３ ２ 浙江大学 电气 工程学院 。 浙江
出滤波 电感 的电流纹波有一定 的相位差 ， 减小了输出电流纹波 的 幅值 ， 并且输 出电流纹波频率 也是功 率管开 关频率 的 ４倍 ， 而 从 可减 小输 出滤波 器 的体 积 和重量 ； 分散 了功率 器件 的功率 损 ③ 耗…， 从而 降低 了功率 管的 电流应 力和热 应力 ， 提高 了系统 的功 率密度和效率等 。 本文详细分析 了该组合变换器 的工作模式 ， 给出了同步 电路 的实现方法 ， 然后建立了基于峰值电流模式控制的变换器小信 号 模型 。采用峰值 电流模式 控制可 以解决推挽 变换 器存在 的磁通 不平衡 问题 。通过建立 电流环路小信号模型 ， 分析了峰值 电流 控 制模式变换器加斜率补偿 的原 因 ， 并给出了斜率补偿方案 。通 过 建立 电压环路小信号模型 ， 给出了电压环补偿 函数 实验结果证 明了分析方法 和系统参数设计 的正确性 。
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｇ ｏ ｅ ｅ ｓ ｙ Ｉｔｒｅｖｎ Ｐ ｓ —ｕｌｃｎ ｅ ｅ Ｏ ｅａｉｇｍｏ ｅ Ｃ ｍ ｉｅ ｏ ｖｒｅ ｙ ｒ ｓ Ｈｉｈ ｐ ｗ ｒｄ ｎ ｉ ｎｅｌａｉｇ ｔ ｕｈ ｐ ｌ ｏ ｖ ｒ ｒ ｐ ｒｔ ｄ ｏ ｎ ｄ ｃｎ ｅｔｒ ｔ ｎ ｂ
杭州 ３ ０ ２ ） １０ ７
要 ：针对某 电源高功率密度 、 低输出纹波 的要求 ， 提出一种交错并联式推挽变换器 。该变换器是一种并一 并型组合变换器 ， 由共用 输 出滤波 电容的两个推挽变换器交错并联组成 。由于采用交错并联技术 ， 组合变换器具有开关管 电流应力小 、 导通损耗低 、 输 出电流纹波低 以及输入输 出滤波器体积小重量轻 等特点 。详细分析了组合变换器的工作模 式 ， 并给 出了设计 方法。实验结果
Ａｂ ｔ ａ ｔ： ｏ ｅ ｎｅ ｌａ ｉ ｇ ｐ ｓ － ｕｌｃ ｎ ｅ ｅ ａ ｒ ｓ ｎ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｈ ｅ ｎ ｓｏ ｉ ｈ ｐ ｗｅ ｅ ｓｔ ｎ ｏ ｕｐ ｔｔ ｐ ｅ ｉ ｏ ｒ ｓｒ ｃ Ａ ｎ ｖ ｌ ｔｒｅ ｖ ｎ ｕ ｈ ｐ ｌ ｏ ｖ ｒ ｒｗ ｓ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ ｔ ｅ ｅ ｄ ｍａ ｄ ｆｈ ｇ ｏ ｒｄ ｎ ｉ ａ ｄ ｌｗ ｏ ｔ ｕ ｐ ｌ ｎ ａ ｐ ｗｅ ｉ ｔ ｔ ｙ ｉ ｓ ｐ ｌ ．Ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｅ ａ ａａｌ ｌｃ ｎ ｅ ｔ ｄ ｃ ｎ ｅ ｅ ，ｗｈ ｃ ｓ ｍａ ｅ ｕ ｆｔ ｕ ｈ ｐ ｌ ｃ ｎ ｅｔ ｒ ｈ ｔｕ ｅ ｔｅ ｓ ｍｅ ｆ ｔｒ ｕ ｐｙ ｈ ｏ ｖ ｒ ｒｗ ｓ ａ ｐ ｒ ｌ ｏ ｎ ｃ ｅ ｏ ｖ ｒ ｒ ｔ ｅ ｔ ｉ ｈ ｗａ ｄ ｐ ｏ ｗｏ ｐ ｓ — ｕ ｌ ｏ ｖ ｒ ｓ ｔ ａ ｓ ｈ ａ ｌ ｅ ｉｅ ｃ ｐ ｃｔｒ ｈ ｅ ｃ ｍｂ ｎ ｄ ｃ ｎ ｅ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｔ ｇ ｓ ｓ ｃ ｓ ｌｗ ｃ ｒｅ ｔ ｓｒｓ ｎ ｏ ｄ ｃｉ ｇ ｌｓ ｅ ｆ ｐ ｗｅ ｗｉ ｈ ｓ ｏ ａ ａ ｉ ．Ｔ ｏ ｉ ｅ ｏ ｖ ｒ ｒｈ ｄ ｍａ ｙ ａ ｖ ｎ ａ ｅ ｕ ｈ ａ ｏ ｕ ｒ ｎ ｔ ｓ ａ ｄ ｃ ｎ ｕ ｔ ｏ ｓ ｓ ｏ ｏ ｒ ｓ ｔ ｅ 。ｌ ｗ ｏ ｔ ｅ ｎ ｃ ｏ ｔｕ ｕ ｒ ｎ ｐ ｌ 。ｓ ｌ ｖ ｌ ｍｅ ｏ ｐ ｔａ ｄ ｏ ｔｕ ｌ ｒ ｎ Ｏ ｏ ．Ｔ ｉ ａ ｅ ｎ ｙ ｅ ｄ ｓ ｏ ｅ ｃ ｍｂ ｎ ｄ ｃ ｎ ｅ ｅ ｎ ｕ ｐ ｔ ｒｅ ｔ ｐ ｅ ｍａｌ ｏｕ ｆｉ ｕ ｎ ｕ ｐ ｔｆ ｔ ｓ ａ ｄ Ｓ ｎ ｃ ｉ ｔ ｎ ｉｅ ｈ ｓｐ ｐ ｒａ ａ ｚ ｄ ｍｏ ｅ ｆｔ ｏ ｉ ｅ ｏ ｖ ｒ ｒｉ ｌ ｈ ｔ ｄ ｔｉ ａ ｄ ｇ ｖ ｈ ｅ ｉｎ ｍｅｈ ｄ ｅａ ｌ ｎ ａ ｅ ｔ ｅ ｄ ｓ ｔ ｏ ．Ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ｅ ｕ ｔ ｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｖ ｉ ｉ ｆａ ａｙ ｉ ｎ ｅ ｉ ｔ ｏ ． ｇ ｈ ｘ ｅｉ ｍｅ ｔ ｓ ｌｓ ｒ ｖ ｈ ａ ｄ ｔ ｏ ｎ ｓｓａ ｄ ｄ ｓｇ ｍｅｈ ｄ ｒ ｌ ｙ ｌ ｎ
Ｏ 引 言
推挽变换器是最传 统的拓扑 结构之 一 ， 元件 利用率 高 ， 磁 开
关管 电流应力小 ， 导通损耗低 ， 合于低 输入 电压场合 。交错 并 适
器 ，Ｄｌ和
Ｄ 以 及 Ｄ ２ ３
和 Ｄ 分 别
联式推挽变换器不仅具有传 统推挽变换器 的优点 ， 而且有如下 特 点 ： 输入 电流 的脉动频率是实 际功率管开关频率 的 ４倍 ， ① 减少 了输入滤波器 的体积和重量 ； 由于两模块 的交错并联 ， ② 使两输
证 明了分析方法和系统参数设计 的正确性。
关键 词 ：高功率密度 交错并联 推挽变换器 工作模式 组合变换器 ［ 中图分类 号］Ｔ ４ ［ Ｍ ６ ２ １ ）６—０２ ０ ０ ９— ３
・
Ｍｏ ｅ Ａｎ ｌｓｓ Ａｎ ｓｇ ｆＩｔ ｒ ａ ｉｇ Ｐｕ ｈ－ ｌＣｏ ｖ ｒ ｒ ｄ ａｙ ｉ ｄ Ｄｅ ｉｎ ｏ ｎｅ ｌ ｖｎ ｓ ・ ｌ ｎ ｅ ｔ ｅ Ｐｕ ｅ