自然均流、均压的高频组合直流变换器研究

在现有的功率半导体工艺水平下,组合变换器是提高电源功率等级和功率密度的有效手段。现有的组合变换器主要是依靠均压、均流环的多环控制来实现均压和均流的。多环控制结构复杂,设计困难,控制环存在潜在的不稳定因素,制约了组合变换器可靠性的提高。 在某些特定的条件下,组合变换器可以通过改变连接方式、采用耦合电感等实现自然均压与均流。某些拓扑本身就具有自然均压与均流的特性,可以在不采用多环均压或均流控制的条件下实现组合变换器均压与均流。这种自然均流均压组合变换器控制环设计简单,依靠主电路本身的特性实现均压均流,系统可靠性高。 本文首先研究了输入串联输出并联(ISOP)组合变换器稳定工作的条件,指出了满足模块的输入均压就能实现输出自然均压,提出了一种采用相同移相角控制的ISOP移相全桥组合变换器。它能有效降低开关管电压应力,控制方法不需要外加均压环,控制简单可靠。针对实际模块参数不一致性,应用小信号模型分析了连续模式(CCM)下实现输入端电容自然均压的机理,并指出了影响输入电容均压的主要因素。仿真实验验证了理论分析的正确性。搭建了一台实验样机,实现了组合变换器的输入自然均压与输出自然均流。 本文接着研究了输入并联输出并联(IPOP)组合变换器,指出一般情况下两模块不能直接并联实现均流,提出了一种交叉整流的方式实现自然均流。交叉整流可以应用于半桥或全桥并联组合变换器,它可以抵消模块不一致造成的整流输出电压差异,利用半桥电容或全桥电路的隔直电容实现整流输出电压的自动调节,以此来实现输出滤波电感的自然均流。以半桥组合变换器为例,分析了交叉整流组合变换器的工作原理,利用小信号模型分析了电感电流。利用仿真实验验证了理论分析的正确性。搭建了实验样机,实现了并联半桥组合变换器的自然均流。