采用耦合电感的Buck/Boost集成型三端口直流变换器

发布时间：2021-01-17 11:12

　　新能源联合供电系统中,多端口直流变换器可代替原有多个分立变换器,以简化系统结构、降低成本。针对大电流应用场合,提出一种采用耦合电感的Buck/Boost集成型三端口直流变换器,通过电感交错并联使桥臂结构一致,同时实现电流扩容与纹波抑制,将两电感反向耦合,进一步改善变换器性能。文中给出其拓扑结构与控制策略,讨论其工作原理,重点分析了电感电流脉动、开关管软开关实现范围及开关管电流有效值与耦合系数的关系,并通过一台1kW的原理样机进行了实验验证。 

【文章来源】：电力系统自动化. 2014,38(03)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

图１采用耦合电感的Ｂｕｃｋ／Ｂｏｏｓｔ集成型ＴＰＣ电路拓扑Ｆｉｇ．１Ｂｕｃｋ／ＢｏｏｓｔｉｎｔｅｇｒａｔｅｄＴＰＣｗｉｔｈｃｏｕｐｌｅｄｉｎｄｕｃｔｏｒｓ

到耦合电感的三角形等效电路模型，见图３（ｂ）。图３耦合电感等效电路模型Ｆｉｇ．３Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｍｏｄｅｌｓｏｆｃｏｕｐｌｅｄｉｎｄｕｃｔｏｒｓ为方便分析，令Ｌｂ１＝Ｌｂ２＝Ｌｂ，将互感系数Ｍ用耦合系数来表示，即Ｍ＝ｋＬｂ，则三角形等效电路模型中电感值计算公式如下：Ｌ１１＝Ｌ２２＝（１－ｋ）Ｌｂ（１）Ｌ１２＝ｋ－１（）ｋＬｂ（２）由于变换器在４种模式下工作原理类似，且Ｄ＜０．５与Ｄ＞０．５时分析过程相同，因此本文只针对模式１下Ｄ＜０．５的情况进行分析。此时，耦合电感三角形等效电路的主要波形如图４所示，图中Ｔｓ为驱动信号的周期。图４耦合电感三角形等效电路的主要波形Ｆｉｇ．４ＫｅｙｗａｖｅｆｏｒｍｓｏｆｃｏｕｐｌｅｄｉｎｄｕｃｔｏｒｓｗｉｔｈΔ－ｔｙｐｅｍｏｄｅｌ结合图３（ｂ）和图４，推导出Ｄ＜０．５时电感电流脉动与耦合系数ｋ、自感Ｌｂ之间的关系如下：ΔｉＬｂ１＝ΔｉＬｂ２＝Ｖ１１＋ｋ－Ｖ（）２ＤＴｓ（１－ｋ）Ｌｂ（３）由式（３）可知，当１－ｋ与Ｌｂ的乘积为常数时，ｋ越大，单个电感的电流脉动越校Ｄ＞０．５时结论相同。为突出耦合电感优势，对单个电感、两电感并联不耦合、两电感并联耦合３种拓扑下的２号端口电流脉动进行比较，各个拓扑中２号端口电流脉动分别为：Δｉ（１）２＝Ｖ１－Ｖ２Ｌ（１）ｂＤＴｓ（４）Δｉ（２）２＝Ｖ１－２Ｖ２Ｌ（２）ｂＤＴｓ

ｔｍｏｄｅｌｓｏｆｃｏｕｐｌｅｄｉｎｄｕｃｔｏｒｓ为方便分析，令Ｌｂ１＝Ｌｂ２＝Ｌｂ，将互感系数Ｍ用耦合系数来表示，即Ｍ＝ｋＬｂ，则三角形等效电路模型中电感值计算公式如下：Ｌ１１＝Ｌ２２＝（１－ｋ）Ｌｂ（１）Ｌ１２＝ｋ－１（）ｋＬｂ（２）由于变换器在４种模式下工作原理类似，且Ｄ＜０．５与Ｄ＞０．５时分析过程相同，因此本文只针对模式１下Ｄ＜０．５的情况进行分析。此时，耦合电感三角形等效电路的主要波形如图４所示，图中Ｔｓ为驱动信号的周期。图４耦合电感三角形等效电路的主要波形Ｆｉｇ．４ＫｅｙｗａｖｅｆｏｒｍｓｏｆｃｏｕｐｌｅｄｉｎｄｕｃｔｏｒｓｗｉｔｈΔ－ｔｙｐｅｍｏｄｅｌ结合图３（ｂ）和图４，推导出Ｄ＜０．５时电感电流脉动与耦合系数ｋ、自感Ｌｂ之间的关系如下：ΔｉＬｂ１＝ΔｉＬｂ２＝Ｖ１１＋ｋ－Ｖ（）２ＤＴｓ（１－ｋ）Ｌｂ（３）由式（３）可知，当１－ｋ与Ｌｂ的乘积为常数时，ｋ越大，单个电感的电流脉动越校Ｄ＞０．５时结论相同。为突出耦合电感优势，对单个电感、两电感并联不耦合、两电感并联耦合３种拓扑下的２号端口电流脉动进行比较，各个拓扑中２号端口电流脉动分别为：Δｉ（１）２＝Ｖ１－Ｖ２Ｌ（１）ｂＤＴｓ（４）Δｉ（２）２＝Ｖ１－２Ｖ２Ｌ（２）ｂＤＴｓ（５）Δｉ（３）２＝Ｖ１－２Ｖ２（１－ｋ）Ｌ（３）ｂＤＴｓ（６）式中：上标（１

【参考文献】：
期刊论文
[1]采用耦合电感的交错并联电流临界连续Boost PFC变换器[J]. 杨飞,阮新波,杨洋,季清,叶志红.  电工技术学报. 2013(01)



本文编号：2982766