一種應(yīng)用于交錯并聯(lián)DC／DC變換器的陣列式集成磁件

作者：時間：2013-07-05 來源：網(wǎng)絡(luò)

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本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/174988.htm

隨著大功率負(fù)載需求和分布式電源系統(tǒng)的發(fā)展，開關(guān)電源并聯(lián)技術(shù)的重要性日益增加。并聯(lián)系統(tǒng)中，每個變換器單元只分擔(dān)系統(tǒng)總電流的一部分，僅處理較小功率，降低了開關(guān)管的應(yīng)力;還可以應(yīng)用冗余技術(shù)，提高系統(tǒng)可靠性。但由于其控制信號是同步的，所以總的電流紋波是各單元電流紋波同步疊加，這使得變換器總的輸入輸出電流紋波很大，給輸入輸出濾波器的設(shè)計(jì)帶來了麻煩。

交錯運(yùn)行技術(shù)與并聯(lián)運(yùn)行技術(shù)在應(yīng)用范圍和主電路結(jié)構(gòu)上基本是一致的，只是并聯(lián)運(yùn)行技術(shù)的控制信號是同步的，而交錯運(yùn)行的控制信號是交錯的。所謂交錯是指并聯(lián)各單元的工作信號頻率一致，而相角相互錯開一定的角度φ。φ和變換器的并聯(lián)單元個數(shù)n有關(guān)系，一般φ=2π/n。所以此類技術(shù)應(yīng)用于開關(guān)變換器中，設(shè)計(jì)重點(diǎn)就是控制電路的實(shí)現(xiàn)，不僅要實(shí)現(xiàn)均流控制，還要使并聯(lián)單元控制信號相角相差跡使紋波達(dá)到最小值。交錯運(yùn)行變換器不但具有并聯(lián)運(yùn)行變換器的優(yōu)點(diǎn)，還能克服它的缺點(diǎn)，具有自身獨(dú)特的優(yōu)勢，能夠減小輸入輸出紋波。

在開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域中，開關(guān)電源的發(fā)展趨勢之一是集成化，近年來人們對集成磁技術(shù)的研究越來越重視。磁集成技術(shù)是減小磁件體積和損耗以及提高變換器動態(tài)性能的重要研究方向。在DC/DC變換器中，為了存儲和傳遞直流功率，其磁件中一般都流過較大的直流偏置電流，在磁件磁芯中產(chǎn)生較大的直流偏磁，為了防止直流偏磁引起磁芯飽和，一般采用低磁導(dǎo)率的材料或者具有集中氣隙及分布?xì)庀兜母叽艑?dǎo)率的材料，但這會使磁芯的利用率降低，同時限制了磁件體積的減小。

1 陣列式集成磁件在交錯并聯(lián)DC/DC變換器中的應(yīng)用

交錯并聯(lián)拓?fù)渚哂幸种戚敵鲭娏骷y波，降低輸出濾波器容量和擴(kuò)大系統(tǒng)輸出功率的顯著優(yōu)點(diǎn)，通過減小每個并聯(lián)之路上的電感，可以顯著提高動態(tài)特性。

圖1是利用陣列式集成磁件構(gòu)成的雙通道交錯并聯(lián)Buck變換器的拓?fù)?，電感L1和L2反向耦合，L1=L2=L。該變換器中開關(guān)管S1和S2導(dǎo)通觸發(fā)脈沖相差T/2，D相等，在一個開關(guān)周期內(nèi)共有4個工作模態(tài)。圖2為陣列式集成電感的結(jié)構(gòu)示意圖，磁路由1#、2#、3#、4#四個磁芯構(gòu)成;四個繞組N1、N1′和N2、N2′成十字結(jié)構(gòu)，分別繞在相鄰兩個磁芯的磁柱上，并且有N1=N1′=N2=N2′。N1和N1′繞組連接構(gòu)成電感L1的繞組ab;N2和N2′繞組連接構(gòu)成電感L2的繞組cd。