一種無右半平面零點兩相交錯磁集成boost 變換器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及直流-直流變換器技術領域，尤其涉及一種兩相交錯磁集成boost變 換器。
【背景技術】
[0002] 傳統(tǒng)多相交錯并聯(lián)boost工作在CCM模式時，控制-輸出的傳遞函數(shù)包含一個右 半平面零點。這種非最小相位系統(tǒng)的控制環(huán)路穿越頻率需低于右半平面零點所在的頻率以 確保環(huán)路有足夠的相角裕度，因此這種變換器的動態(tài)特性較差。此外，據(jù)統(tǒng)計磁材的成本一 般占DC-DC變換器的30~40%，重量則一般占整體的20~30 %左右，多相中各相的濾波 電感也限制了變換器功率密度進一步的提高。

【發(fā)明內容】

[0003] 為了解決現(xiàn)有技術中的問題，本發(fā)明提出了一種無右半平面零點兩相交錯磁集成 boost變換器，在較寬占空比工作范圍內均可滿足最小相位系統(tǒng)，大大提高變換器的動態(tài)響 應速度，同時，變換器的功率密度也實現(xiàn)了大幅提高。
[0004] 本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：
[0005] -種兩相交錯磁集成boost變換器，所述變換器包括電感La、Lb、L。、L d，開關管Si、 S2，電容Q、C2;其中，電感1^的異名端和電感L b的異名端相連，電感L。的同名端和電感L d的同名端相連，電感La的同名端和電感L。的異名端相連，電感L b的同名端和電感L d的異名 端相連，開關管Si的一端的電感La的異名端相連，S i的另一端接地，開關管S2的一端的電 感L。的同名端相連，S 2的另一端接地，電容C i的一端的電感L b的異名端相連，C滿另一端 接地，電容C2的一端的電感Ld的異名端相連，C2的另一端接地，電感L a的同名端作為變換 器的輸入端，電感Lb的同名端作為變換器的輸出端；所述開關管SpS2的驅動信號相互交錯 180°，所述電感匕山山及"共用同一磁芯。
[0006] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述變換器滿足下述關系式：
[0008] 其中，D代表所述開關管開通的占空比，4為L 3與L澗耦合系數(shù)，k 2為與L澗耦 合系數(shù)，ka(：為L 3與L d禹合系數(shù)，L L a= L…L2= L b= L d。
[0009] 作為本發(fā)明的進一步改進，在電感匕和L b之間連接有二極管D p Di的正極接電感 La的異名端，D i的負極接電感L b的異名端；在電感L。和L d之間連接有二極管D 2, D2的正極 接電感La的同名端，D i的負極接電感Lb的同名端。
[0010] 作為本發(fā)明的進一步改進，在變換器的輸出端并聯(lián)有電容C。，C。的一端接變換器 的輸出端，(；的另一端接地。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出了一種兩相交錯磁集成boost變換器，并給出 了變換器移除右半平面零點的條件。當參數(shù)設計合理時，本發(fā)明的變換器可以在較寬占空 比工作范圍內均可滿足最小相位系統(tǒng)，大大提高變換器的動態(tài)響應速度。除上述優(yōu)點外，輸 出濾波電感均集成在同一磁芯上，變換器的功率密度也實現(xiàn)了大幅提高。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的兩相交錯磁集成boost變換器的拓撲結構圖；
[0013] 圖2是4與0之間的關系曲線圖。
【具體實施方式】
[0014] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0015] 本發(fā)明的兩相交錯反相親合電感磁集成boost變換器的拓撲結構如附圖1所示， 電感匕的異名端和電感Lb的異名端相連，電感L。的同名端和電感1^的同名端相連，電感La的同名端和電感L。的異名端相連，電感Lb的同名端和電感1^的異名端相連，開關管Si的一 端的電感匕的異名端相連，Si的另一端接地，開關管32的一端的電感L。的同名端相連，S2的另一端接地，電容Q的一端的電感L b的異名端相連，C i的另一端接地，電容C 2的一端的 電感Ld的異名端相連，C 2的另一端接地，電感L 3的同名端作為變換器的輸入端，電感L屈 同名端作為變換器的輸出端。
[0016] 在電感匕和Lb之間連接有二極管D pDi的正極接電感La的異名端，D i的負極接電 感Lb的異名端。在電感1^和1^之間連接有二極管D2, D2的正極接電感La的同名端， 負極接電感Lb的同名端。在變換器的輸出端并聯(lián)有電容C。。
[0017] 開關管SpS2的驅動信號相互交錯180°。電感1^、1^、1^及1^共用同一磁芯，1^ 與Lb、L。反相耦合，與L ,正向耦合。當變換器正常工作傳遞功率時，電感L a、L。中的直流磁 通方向相反，可相互抵消；Lb、Ld兩電感中的直流磁通同理，因此這種變換器的磁材利用率 較高；此外，本發(fā)明的變換器可解決傳統(tǒng)升壓變換器右半平面零點的問題，將零點移至左半 平面。
[0018] 變換器可能存在四種工作模式：I. Si導通，S 2關斷；II. S i關斷，S 2導通；III. S 1導 通，S2導通；IV. Si關斷，s2關斷。
[0019] 14導通，S2關斷
[0020] 開關管Si開通時，輸入電壓Vin為電感La充電，電流線性增大。電容q中儲存 的能量通過電感Lb流向輸出側，電流Ub線性減小。此時，開關管S 2處于關斷狀態(tài)，功率由 輸入側通過二極管D2直接流向輸出側。
[0021] II. Si關斷，S2導通
[0022] 此工作模式與I相仿，S# S 2的通斷狀態(tài)互換。
[0023] III. Si導通，S2導通
[0024] 開關管導通時，輸入電壓Vin為電感La、L。充電。電容中儲存的能量 通過電感Lb、Ld流向輸出側，電流Ub、均線性減小。
[0025] IV. Si關斷，S2關斷
[0026] 開關管Si、&均關斷時，二極管D p D2導通，電容C p C2充電，功率直接由輸入側流 向輸出側。
[0027] 本發(fā)明的變換器中各電感的電流可用自感、互感以及電感電壓的矩陣方程表示：
[0029] 設定變換器中各電感間La= Lf LpLe Ld= L2，各電感之間的互感Mab= 1^ =
將式（1)中的逆矩陣定義為X，即有：
[0031]其中：
[0039] 由兩相交錯磁集成boost變換器中開關管開通關斷狀態(tài)，建立變換器的平 均狀態(tài)方程，線性化后得到的結果如下：

[0047] 其中，D代表開關管開通的占空比。由上述小信號模型，可得到變換器控制-輸出 傳遞函數(shù)Gv_d(s)的表達式為：
[0052] 即本發(fā)明提出的變換器只要滿足下述關系式，即可確保零點位置位于左半平面：
[0054] 其中，4為1^與Lb(同為、與Ld)間耦合系數(shù)，k 2為與Ld(同為L。與Lb)間耦合 系數(shù)，ka。為LAL。親合系數(shù)。由上述分析可知，當本發(fā)明的變換器滿足式（5)的關系時即 為最小相位系統(tǒng)，動態(tài)特性相比非最小相位系統(tǒng)將有較大提高。
[0055] 附圖2表示以為自變量時，零點位于左半平面的占空比D取值范圍，其中用α 表示電感量1^與"間的比例，由附圖2可知，當參數(shù)設計合理時，本發(fā)明的變換器可以在較 寬占空比工作范圍內均可滿足最小相位系統(tǒng)，大大提高變換器的動態(tài)響應速度。
[0056] 以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在 不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的 保護范圍。
【主權項】
1. 一種兩相交錯磁集成boost變換器，其特征在于：所述變換器包括電感La、Lb、I^、Ld， 開關管SpS2，電容CpCy其中，電感1^的異名端和電感Lb的異名端相連，電感L。的同名端 和電感Ld的同名端相連，電感L3的同名端和電感L。的異名端相連，電感Lb的同名端和電感 Ld的異名端相連，開關管Si的一端的電感La的異名端相連，Si的另一端接地，開關管S2的 一端的電感L。的同名端相連，S2的另一端接地，電容q的一端的電感Lb的異名端相連，Ci 的另一端接地，電容C2的一端的電感Ld的異名端相連，C2的另一端接地，電感1^的同名端 作為變換器的輸入端，電感Lb的同名端作為變換器的輸出端；所述開關管SpS；；的驅動信號 相互交錯180°，所述電感La、Lb、L。及L,共用同一磁芯。2. 根據(jù)權利要求1所述的變換器，其特征在于：所述變換器滿足：其中，D代表所述開關管開通的占空比，匕為L3與L,間耦合系數(shù)，k2為與L澗耦合系 數(shù)，ka。為L3與L。親合系數(shù)，LLa=L。、L2=Lb=Ld。3. 根據(jù)權利要求1所述的變換器，其特征在于：在電感L3和Lb之間連接有二極管Dρ Di的正極接電感La的異名端，Di的負極接電感Lb的異名端；在電感I^PLd之間連接有二 極管D2，D2的正極接電感La的同名端，Di的負極接電感Lb的同名端。4. 根據(jù)權利要求1所述的變換器，其特征在于：在變換器的輸出端并聯(lián)有電容Cμ(；的 一端接變換器的輸出端，(；的另一端接地。
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種兩相交錯磁集成boost變換器，電感La、Lb及電感Lc、Ld分別構成兩相，關開管S1、S2的驅動信號相互交錯180？，電感La、Lb、Lc及Ld共用同一磁芯，La與Lb、Lc反相耦合，與Ld正向耦合。本發(fā)明還給出了變換器移除右半平面零點的條件。當參數(shù)設計合理時，本發(fā)明的變換器可以在較寬占空比工作范圍內均可滿足最小相位系統(tǒng)，大大提高變換器的動態(tài)響應速度。除上述優(yōu)點外，輸出濾波電感均集成在同一磁芯上，變換器的功率密度也實現(xiàn)了大幅提高。
【IPC分類】H02M3/155
【公開號】CN105262336
【申請?zhí)枴緾N201510752719
【發(fā)明人】張東來, 劉賀
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學深圳研究生院
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年11月6日