交错串-并联正激变换器研究

交错串-并联正激变换器研究

交错串－并联正激变换器研究

Study of Stagger Series-Parallel Connected Forward Converters

杨双景，方　宇，邢岩　　

南京航空航天大学　　南京　　２１００１６

摘　要：本文分析了交错控制输入串联－输出并联组合式双管正激变换器输入端不均压现象及其起因。在此基础上提出

了新的控制策略。仅用一个交错ＰＷＭ控制芯片和一个电压调节器，就可以同时实现对该组合式变换器的交错ＰＷＭ、输出稳压和输入均压的综合控制，无需额外的同步电路和均压控制器。１ｋＷ样机的实验结果验证了该方法的有效性和可行性。

功率变换器，控制，交错控制，均压叙　词：

中图分类号：TM4 文献标识码

：B 文章编号：1606-7517(2013)08-4-132

1 引言

许多高压输入场合，如输入为三相交流场合，考虑

其输入电压变化范围时，其整流后的输出电压可以达到５４０－６５０Ｖｄｃ如果采用功率因数校正（ＰＦＣ）技术，其输出电

压将达到７６０－８００Ｖｄｃ，这对ＤＣ－ＤＣ变换器的开关器件电压定额提出了更高的要求，可以采用多电平变换器，但是

随着电平数的增加，箝位二极管和飞跨电容的数量也相应的增加、并且飞跨电容电压的检测和控制增加了系统控制

的复杂性。多个模块输入串联是解决上述问题的有效方法。输入串联双管正激变换器，其开关管电压应力为输入电压的一半，同时上下两模块采用交错控制，使变换器等效输入、输出频率加倍，输出滤波器体积减小。但如果串联输入端电压不均等，将造成两串联模块输入功率不均衡，甚至一侧电压过高，导致器件损坏系统崩溃。因此，必须给电路施加适当的控制，使其输入端功率均衡以及均压［１］。

多模块交错串联的输入均压控制已有一些研究，文献［２］中采用磁集成技术将两个变压器绕在同一个磁芯上，使得变压器原边电压相等。文献［３］中两模块采用相同的占空比信号，使得输入电压高的模块抽取更大的电流，输入电压下降，从而使两模块均压。文献［４－６］用两个输入均压环来校正各自电流内环的给定值来实现均压。

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2 输入电压均压的稳定性分析

换器采用峰值电流控制。

输入串联－输出并联双管正激变换器如图１所示，变

图１中两路双管正激变换器均有各自的开关管、变压

器及输出整流二极管，文献［７］分析了电感电流连续时，这些元器件参数的不一致将造成两输入模块占空比不一致，从而导致两输入电容平均电流不相等使得输入电压不均等；并且输入电压不均程度与参数差异有关。本文分析表明，电压

图１　　输入串联输出并联双管正激变换器

磁性元件与电源·2013.08

交错串-并联正激变换器研究

不均衡程度与参数偏差并无对应关系，即使两模块参数值完全一致，输入电压的等分也是不稳定平衡，分析如下：

假设图１输入串联输出并联双管正激变换器模块１和模块２参数完全匹配，并且两输入模块占空比相等d１＝d２＝d。两串联模块平均输入电流分别为：

　　　　IＰ１＝Iｉｎ－IＣ１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１ａ）　　　　IＰ２＝Iｉｎ－IＣ２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１ｂ）

稳态时两输入电容平均输入电流IＣ１＝IＣ２＝０，则两模块增大ΔuＣ，模块１的占空比d１减小，其平均输入电流IＰ１减小。使uＣ１上升，形成正反馈；分压电容C１平均电流IＣ１＝Iｉｎ－IＰ１＞０，

对于模块２，uＣ２减小，模块２的占空比d２增大，IＰ２增加，分压电容C２的平均电流IＣ２＝Iｉｎ－IＰ２＞０，导致uＣ２下降，也是一个正反馈。

可见，即使两串联模块参数完全一致，输入端电压的等分也是一种不稳定平衡，不能实现自动均压。因此，必须给电路施加适当的控制，使其输入端功率均衡以及均压。

平均输入电流IＰ１＝IＰ２＝Iｉｎ，两模块向负载提供的功率相等。由于参数完全匹配，两输入模块损耗也相等，则两模块输3 输入均压控制

入功率相等，输入电压自动均压uＣ１＝uＣ２＝Uｉｎ／２。

本文提出的均压控制方法基于峰值电流控制策略和交假设电路进入稳定工作状态且占空比d１＝d２＝d，此时有错ＰＷＭ控制芯片技术。其基本思想是，通过采样输入端一扰动使得模块１的输入电压uＣ１增大ΔuＣ，则模块１的串联分压电容电压的偏差，分时叠加于两交错串联模块原原边采样电流上升如图２所示，上升量：

边的电流采样信号、直接调节其占空比，使输入电压高的　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）

模块其占空比变大，负载从相应的输入电容抽取更多的电荷，其电压下降；使输入电压低的模块占空比变小，负载

其中，n为变压器副原边匝比；T为开关周期；N为电流采从对应的输入电容抽取较少的电荷，其电压上升；实现输样系数。

入端串联模块的功率均衡及均压。

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