一種無(wú)右半平面零點(diǎn)兩相交錯(cuò)磁集成boost 變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及直流-直流變換器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種兩相交錯(cuò)磁集成boost變 換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)多相交錯(cuò)并聯(lián)boost工作在CCM模式時(shí)，控制-輸出的傳遞函數(shù)包含一個(gè)右 半平面零點(diǎn)。這種非最小相位系統(tǒng)的控制環(huán)路穿越頻率需低于右半平面零點(diǎn)所在的頻率以 確保環(huán)路有足夠的相角裕度，因此這種變換器的動(dòng)態(tài)特性較差。此外，據(jù)統(tǒng)計(jì)磁材的成本一 般占DC-DC變換器的30~40%，重量則一般占整體的20~30 %左右，多相中各相的濾波 電感也限制了變換器功率密度進(jìn)一步的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種無(wú)右半平面零點(diǎn)兩相交錯(cuò)磁集成 boost變換器，在較寬占空比工作范圍內(nèi)均可滿足最小相位系統(tǒng)，大大提高變換器的動(dòng)態(tài)響 應(yīng)速度，同時(shí)，變換器的功率密度也實(shí)現(xiàn)了大幅提高。
[0004] 本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0005] -種兩相交錯(cuò)磁集成boost變換器，所述變換器包括電感La、Lb、L。、L d，開(kāi)關(guān)管Si、 S2，電容Q、C2;其中，電感1^的異名端和電感L b的異名端相連，電感L。的同名端和電感L d的同名端相連，電感La的同名端和電感L。的異名端相連，電感L b的同名端和電感L d的異名 端相連，開(kāi)關(guān)管Si的一端的電感La的異名端相連，S i的另一端接地，開(kāi)關(guān)管S2的一端的電 感L。的同名端相連，S 2的另一端接地，電容C i的一端的電感L b的異名端相連，C滿另一端 接地，電容C2的一端的電感Ld的異名端相連，C2的另一端接地，電感L a的同名端作為變換 器的輸入端，電感Lb的同名端作為變換器的輸出端；所述開(kāi)關(guān)管SpS2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相互交錯(cuò) 180°，所述電感匕山山及"共用同一磁芯。
[0006] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述變換器滿足下述關(guān)系式：
[0008] 其中，D代表所述開(kāi)關(guān)管開(kāi)通的占空比，4為L(zhǎng) 3與L澗耦合系數(shù)，k 2為與L澗耦 合系數(shù)，ka(：為L(zhǎng) 3與L d禹合系數(shù)，L L a= L…L2= L b= L d。
[0009] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在電感匕和L b之間連接有二極管D p Di的正極接電感 La的異名端，D i的負(fù)極接電感L b的異名端；在電感L。和L d之間連接有二極管D 2, D2的正極 接電感La的同名端，D i的負(fù)極接電感Lb的同名端。
[0010] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在變換器的輸出端并聯(lián)有電容C。，C。的一端接變換器 的輸出端，(；的另一端接地。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出了一種兩相交錯(cuò)磁集成boost變換器，并給出 了變換器移除右半平面零點(diǎn)的條件。當(dāng)參數(shù)設(shè)計(jì)合理時(shí)，本發(fā)明的變換器可以在較寬占空 比工作范圍內(nèi)均可滿足最小相位系統(tǒng)，大大提高變換器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。除上述優(yōu)點(diǎn)外，輸 出濾波電感均集成在同一磁芯上，變換器的功率密度也實(shí)現(xiàn)了大幅提高。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的兩相交錯(cuò)磁集成boost變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0013] 圖2是4與0之間的關(guān)系曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0015] 本發(fā)明的兩相交錯(cuò)反相親合電感磁集成boost變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如附圖1所示， 電感匕的異名端和電感Lb的異名端相連，電感L。的同名端和電感1^的同名端相連，電感La的同名端和電感L。的異名端相連，電感Lb的同名端和電感1^的異名端相連，開(kāi)關(guān)管Si的一 端的電感匕的異名端相連，Si的另一端接地，開(kāi)關(guān)管32的一端的電感L。的同名端相連，S2的另一端接地，電容Q的一端的電感L b的異名端相連，C i的另一端接地，電容C 2的一端的 電感Ld的異名端相連，C 2的另一端接地，電感L 3的同名端作為變換器的輸入端，電感L屈 同名端作為變換器的輸出端。
[0016] 在電感匕和Lb之間連接有二極管D pDi的正極接電感La的異名端，D i的負(fù)極接電 感Lb的異名端。在電感1^和1^之間連接有二極管D2, D2的正極接電感La的同名端， 負(fù)極接電感Lb的同名端。在變換器的輸出端并聯(lián)有電容C。。
[0017] 開(kāi)關(guān)管SpS2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相互交錯(cuò)180°。電感1^、1^、1^及1^共用同一磁芯，1^ 與Lb、L。反相耦合，與L ,正向耦合。當(dāng)變換器正常工作傳遞功率時(shí)，電感L a、L。中的直流磁 通方向相反，可相互抵消；Lb、Ld兩電感中的直流磁通同理，因此這種變換器的磁材利用率 較高；此外，本發(fā)明的變換器可解決傳統(tǒng)升壓變換器右半平面零點(diǎn)的問(wèn)題，將零點(diǎn)移至左半 平面。
[0018] 變換器可能存在四種工作模式：I. Si導(dǎo)通，S 2關(guān)斷；II. S i關(guān)斷，S 2導(dǎo)通；III. S 1導(dǎo) 通，S2導(dǎo)通；IV. Si關(guān)斷，s2關(guān)斷。
[0019] 14導(dǎo)通，S2關(guān)斷
[0020] 開(kāi)關(guān)管Si開(kāi)通時(shí)，輸入電壓Vin為電感La充電，電流線性增大。電容q中儲(chǔ)存 的能量通過(guò)電感Lb流向輸出側(cè)，電流Ub線性減小。此時(shí)，開(kāi)關(guān)管S 2處于關(guān)斷狀態(tài)，功率由 輸入側(cè)通過(guò)二極管D2直接流向輸出側(cè)。
[0021] II. Si關(guān)斷，S2導(dǎo)通
[0022] 此工作模式與I相仿，S# S 2的通斷狀態(tài)互換。
[0023] III. Si導(dǎo)通，S2導(dǎo)通
[0024] 開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓Vin為電感La、L。充電。電容中儲(chǔ)存的能量 通過(guò)電感Lb、Ld流向輸出側(cè)，電流Ub、均線性減小。
[0025] IV. Si關(guān)斷，S2關(guān)斷
[0026] 開(kāi)關(guān)管Si、&均關(guān)斷時(shí)，二極管D p D2導(dǎo)通，電容C p C2充電，功率直接由輸入側(cè)流 向輸出側(cè)。
[0027] 本發(fā)明的變換器中各電感的電流可用自感、互感以及電感電壓的矩陣方程表示：
[0029] 設(shè)定變換器中各電感間La= Lf LpLe Ld= L2，各電感之間的互感Mab= 1^ =
將式（1)中的逆矩陣定義為X，即有：
[0031]其中：
[0039] 由兩相交錯(cuò)磁集成boost變換器中開(kāi)關(guān)管開(kāi)通關(guān)斷狀態(tài)，建立變換器的平 均狀態(tài)方程，線性化后得到的結(jié)果如下：

[0047] 其中，D代表開(kāi)關(guān)管開(kāi)通的占空比。由上述小信號(hào)模型，可得到變換器控制-輸出 傳遞函數(shù)Gv_d(s)的表達(dá)式為：
[0052] 即本發(fā)明提出的變換器只要滿足下述關(guān)系式，即可確保零點(diǎn)位置位于左半平面：
[0054] 其中，4為1^與Lb(同為、與Ld)間耦合系數(shù)，k 2為與Ld(同為L(zhǎng)。與Lb)間耦合 系數(shù)，ka。為L(zhǎng)AL。親合系數(shù)。由上述分析可知，當(dāng)本發(fā)明的變換器滿足式（5)的關(guān)系時(shí)即 為最小相位系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)特性相比非最小相位系統(tǒng)將有較大提高。
[0055] 附圖2表示以為自變量時(shí)，零點(diǎn)位于左半平面的占空比D取值范圍，其中用α 表示電感量1^與"間的比例，由附圖2可知，當(dāng)參數(shù)設(shè)計(jì)合理時(shí)，本發(fā)明的變換器可以在較 寬占空比工作范圍內(nèi)均可滿足最小相位系統(tǒng)，大大提高變換器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。
[0056] 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種兩相交錯(cuò)磁集成boost變換器，其特征在于：所述變換器包括電感La、Lb、I^、Ld， 開(kāi)關(guān)管SpS2，電容CpCy其中，電感1^的異名端和電感Lb的異名端相連，電感L。的同名端 和電感Ld的同名端相連，電感L3的同名端和電感L。的異名端相連，電感Lb的同名端和電感 Ld的異名端相連，開(kāi)關(guān)管Si的一端的電感La的異名端相連，Si的另一端接地，開(kāi)關(guān)管S2的 一端的電感L。的同名端相連，S2的另一端接地，電容q的一端的電感Lb的異名端相連，Ci 的另一端接地，電容C2的一端的電感Ld的異名端相連，C2的另一端接地，電感1^的同名端 作為變換器的輸入端，電感Lb的同名端作為變換器的輸出端；所述開(kāi)關(guān)管SpS；；的驅(qū)動(dòng)信號(hào) 相互交錯(cuò)180°，所述電感La、Lb、L。及L,共用同一磁芯。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器，其特征在于：所述變換器滿足：其中，D代表所述開(kāi)關(guān)管開(kāi)通的占空比，匕為L(zhǎng)3與L,間耦合系數(shù)，k2為與L澗耦合系 數(shù)，ka。為L(zhǎng)3與L。親合系數(shù)，LLa=L。、L2=Lb=Ld。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器，其特征在于：在電感L3和Lb之間連接有二極管Dρ Di的正極接電感La的異名端，Di的負(fù)極接電感Lb的異名端；在電感I^PLd之間連接有二 極管D2，D2的正極接電感La的同名端，Di的負(fù)極接電感Lb的同名端。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器，其特征在于：在變換器的輸出端并聯(lián)有電容Cμ(；的 一端接變換器的輸出端，(；的另一端接地。
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種兩相交錯(cuò)磁集成boost變換器，電感La、Lb及電感Lc、Ld分別構(gòu)成兩相，關(guān)開(kāi)管S1、S2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相互交錯(cuò)180？，電感La、Lb、Lc及Ld共用同一磁芯，La與Lb、Lc反相耦合，與Ld正向耦合。本發(fā)明還給出了變換器移除右半平面零點(diǎn)的條件。當(dāng)參數(shù)設(shè)計(jì)合理時(shí)，本發(fā)明的變換器可以在較寬占空比工作范圍內(nèi)均可滿足最小相位系統(tǒng)，大大提高變換器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。除上述優(yōu)點(diǎn)外，輸出濾波電感均集成在同一磁芯上，變換器的功率密度也實(shí)現(xiàn)了大幅提高。
【IPC分類】H02M3/155
【公開(kāi)號(hào)】CN105262336
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510752719
【發(fā)明人】張東來(lái), 劉賀
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院
【公開(kāi)日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年11月6日