[發明專利]一種模擬數字混合式多相交錯并聯功率變換器

有效

• 申請號: 201810619654.0
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN108768174B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 張東來;王正;劉明雨
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學深圳研究生院
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 胡吉科

本發明提出了一種模擬數字混合式多相交錯并聯功率變換器，由峰值電流控制芯片與傳統boost變換器構成電壓源模塊，再利用多相交錯并聯的結構顯著減少輸入輸出的電流紋波。各個模塊統一由數字控制芯片DSP控制，模擬、數字部分通過差分電路進行連接并且消除共模噪聲。本發明采用了模擬數字混合的控制，數字化使變換器具備了實現復雜控制算法的能力，另外能夠實時通信，動態改變模塊數量，實現多重保護；模擬峰值電流的檢測精度高，響應快，抗干擾能力強。另外采用模塊化電源設計，其結構已經高度集成化。相對而言，工作條件相同的情況下，其工作性能明顯優于其它純模擬系統或純數字系統。

技術領域

本發明屬于功率變換器技術領域，特別涉及一種模擬數字混合式多相交錯并聯功率變換器。

背景技術

傳統的高動態響應開關變換器主要采用電流環和電壓環的雙環控制方式的多路交錯并聯結構，以提高動態響應速度，保持電壓控制精度并且減少電壓電流紋波。

電壓型控制是電壓型輸出功率變換器中最常用的控制方式，能夠消除輸出電壓的靜差保持高精度，但其對負載的擾動不能立即做出反應，動態響應速度不夠理想。而電流型控制可分為平均電流控制、峰值電流控制和谷值電流控制，峰值電流型控制應用最為廣泛。峰值電流控制是一種固定時鐘開啟、峰值電流關斷的控制方法，該控制方法可提高變換器對輸入電壓變化的響應速度和對負載電流變化的響應速度，同時易于實現對變換器的過流保護。多路交錯并聯技術，能夠通過錯相的方式，抵消各路的電流中的諧波成分，減少輸出電壓紋波和輸出電容的需求。

隨著信息技術的快速發展，電源系統數字化也成為發展趨勢，以完成通信，遙測遙控，復雜控制方式或多重保護邏輯。且隨著變換器開關管的增多，開關模態和調制方式的復雜，和模塊串并聯式重構的需求，數字控制更易于實現且實現更為優異的控制效果。

傳統的基于模擬IC控制器架構的多相交錯并聯功率變換器，電源器件多，穩定性差，設無法實現復雜的控制算法，無法實現復雜的相數的在線調整，無法實現復雜的保護電路。而純數字結構的多相交錯并聯功率變換器，較難完成高精度快速響應的峰值電流閉環，若采用平均電流檢測則電路成本較高，而且多路電流檢測遠程測試的抗干擾能力差。

模擬數字混合式多相交錯并聯功率變換器可以應用于有高動態響應需求的電子設備供電電源中，包括且不限于手持電子設備，LED照明、工控設備、通訊設備、通信基站設備、數碼產品和儀器類等領域，電動汽車充放電系統，航天器電源等，并且在這些領域都有著不可忽視的作用。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷或不足，本發明所要解決的技術問題是：提供一種模擬數字混合式多相交錯并聯功率變換器。

為了實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種模擬數字混合式多相交錯并聯功率變換器，包括n個峰值電流控制的boost變換器模塊，所述boost變換器模塊由峰值電流控制芯片與傳統boost變換器構成，各boost變換器模塊多相交錯并聯，各boost變換器模塊統一由數字控制芯片DSP控制。

作為本發明的進一步改進，所述boost變換器模塊包括主功率電路和峰值電路控制芯片，所述主功率電路采用傳統boost拓撲，峰值電流控制由控制芯片UC3843實現，UC3843由外部PWM提供時鐘同步，電流峰值受DA信號控制。

作為本發明的進一步改進，所述主功率電路包括開關管、電感L₁、二極管D₁與輸出電容C_OUT，R_S為采樣電阻，R_S檢測開關管導通時的電流；UC3843的輸出作為開關管的驅動信號，R_S采樣到的電壓值反饋給UC3843形成閉環控制。

作為本發明的進一步改進，DA信號、PWM信號均由DSP給出，其中PWM信號用于為UC3843提供時鐘；所述變換器的輸出電壓經由A/D轉換器送入DSP進行環路運算。