[發明專利]基于耦合電感的三相交錯并聯升降壓變換器及其控制方法

在審

• 申請號: 202211052043.5
• 申請日: 2022-08-31
• 公開（公告）號: CN115765454A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 陳嘉哲;李雪;謝龍杰;林丹銳;李彩生;謝少鵬
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學;珠海市浪辰智能設備有限責任公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M1/00;H02M1/44;H05B45/3725;H05B45/36
• 代理公司: 佛山市君創知識產權代理事務所(普通合伙) 44675
• 代理人: 張燕玲

基于耦合電感的三相交錯并聯升降壓變換器，包括三相升降壓電路，所述三相升降壓電路包括三個并聯的升降壓子電路，所述升降壓子電路電性連接有調節電感，三個所述調節電感相互耦合。本發明將耦合電感與三相DC/DCBuck?Boost電路相結合，充分利用耦合電感的寄生參數實現了主開關ZVS與被動均流；與傳統三相交錯變換器相比，本發明以最少的元件數目，實現了開關管ZVS，大大減輕了電磁干擾(EMI)等問題，節約了成本；本發明解決了三相并聯變換器的電流分配不均問題，有效降低了器件電流應力。

技術領域

本發明涉及升降壓變換器領域，具體的說是基于耦合電感的三相交錯并聯升降壓變換器及其控制方法。

背景技術

隨著電力電子技術的發展，變換器設計趨近小型化、高頻化。從變換器所采用的半導體器件上來看，可控硅到IGBT再到MOSFET，以及近年來的寬禁帶器件，器件的開關速度大幅提高。另一方面，為了降低器件封裝帶來的寄生電感影響到器件上升時間，TD-SON、D2PAK、PQFN等表面貼裝型封裝的器件逐漸取代直插式封裝器件成為高功率變換器設計的首選。

然而，一方面工作頻率的提高加劇了開關損耗占比，另一方面表貼封裝器件自身具有較高的熱阻系數，而且大多數情況下僅依靠PCB板散熱，開關損耗難以耗散。這些都導致了此類器件發熱嚴重，通常需要在應用中采取并聯降額使用，或采用高成本的主動散熱方案。

在軟開關技術的促使下，變換器的工作頻率得以進一步提升。目前已有很多軟開關拓撲，包括主動吸收電路、諧振型拓撲、準諧振電路以及移相全橋等形式。其中諧振的方式往往采用頻率控制，且需要隔離變壓器，同時器件應力大；而主動吸收電路雖然效率高，但是電路結構復雜、高成本，更適用于大功率場合；移相全橋變換器效率普遍集中在92％左右，而且至少需要4個開關構成全橋。

綜合以上分析，在一些對成本敏感的應用領域，如LED驅動器，尚無一種合適的軟開關拓撲可以平衡效率，體積與成本三者的矛盾。

ZVS(零電壓開關)交錯并聯型變換器是一個良好的候選拓撲，原因在于交錯并聯可以在分散器件的功率，相比直接并聯又具有被動均流特性。此外，交錯并聯還能減小輸出電壓電流紋波，作為LED驅動拓撲，較小的電流紋波有助于延長LED的使用壽命。

在非隔離型三相交錯并聯磁集成變換器領域，遼寧工程技術大學的楊玉崗教授課題組對其中的Boost等拓撲進行了模態分析，穩態分析以及安全性評估，給出了效率優化的設計方法，但是其分析方法均建立在不考慮MOSFET輸出寄生電容的假設之上，所提出的分析內容并未提及ZVS內容，同時所提出的控制策略也不能實現變換器主開關ZVS。

發明內容

為了解決現有技術中的不足，本發明提供一種基于耦合電感的三相交錯并聯升降壓變換器及其控制方法。

為了實現上述目的，本發明采用的具體方案為：基于耦合電感的三相交錯并聯升降壓變換器，包括三相升降壓電路，所述三相升降壓電路包括三個并聯的升降壓子電路，所述升降壓子電路電性連接有調節電感，三個所述調節電感相互耦合。

優選的，所述升降壓子電路包括電性連接的主開關和整流二極管，所述調節電感的一端連接在所述主開關和所述整流二極管之間，所述調節電感的另外一端接地。

優選的，所述變換器還包括輸出濾波電容。

優選的，所述主開關設置為MOSFET開關管，所述主開關的漏極用于連接輸入電源的正極，所述主開關的源極與所述整流二極管的陰極電性連接，所述整流二極管的陽極與所述輸出濾波電容電性連接。

優選的，三個所述調節電感同向耦合。

優選的，三個所述調節電感的自感相等。

基于耦合電感的三相交錯并聯升降壓變換器的控制方法，

確定第一預設占空比和第二預設占空比；