一種電感逐相耦合的交錯並聯直流降壓變換器的製造方法
2023-07-08 06:20:06
一種電感逐相耦合的交錯並聯直流降壓變換器的製造方法
【專利摘要】本發明的電感逐相耦合的交錯並聯直流降壓變換器，包括2n個功率開關管和一個濾波電容，一個具有n個繞組的耦合電感。所述耦合電感繞組是第1相電感繞組與第2相電感繞組耦合，第2相電感繞組與第3相電感繞組耦合，第n-1相電感繞組與第n相電感繞組耦合，第n相電感繞組與第1相電感繞組耦合；且除第1和第n相繞組外，第m相繞組只和第m-1相繞組與第m+1繞組耦合，而與其他相數繞組不耦合，第1相繞組只和第2相繞組與第n相繞組耦合，第n相繞組只和第1相繞組與第n-1相繞組耦合。利用陣列式磁芯實現n相耦合電感繞組的逐相耦合。通過設計電感耦合係數與控制主開關管的導通時刻，降低所述變換器的輸出電流紋波與提高動態響應。
【專利說明】一種電感逐相耦合的交錯並聯直流降壓變換器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種直流一直流變換器，具體說是一種電感逐相耦合的交錯並聯直流降壓變換器。
【背景技術】
[0002]目前應用於CPU供電的電壓調整模塊，普遍採用交錯並聯Buck變換器作為電路構架滿足動態響應和效率要求。電感作為變換器中的關鍵部件嚴重影響變換器的效率和動態性能，同時制約變換器的小型化。交錯並聯直流降壓變換器中各相電感逐相耦合是一種全新的電路拓撲結構，有利於減小輸出電流紋波，提聞電路動態響應，同時增加多相交錯並聯控制的單相佔空係數，有利於增加並聯相數，使交錯並聯變換器輸出電流紋波更小。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是為了適應多相電壓調整模塊的低電壓、大電流、小紋波和高動態響應的需要，採用磁集成技術降低電壓調整模塊輸出電流紋波，提高動態響應，克服多相電壓調整模塊隨著相數增加，單相控制佔空係數減小，在高頻控制下，變換器不穩定的缺點。特別提供了一種電感逐相耦合的交錯並聯直流降壓變換器作為多相電壓調整模塊。
[0004]本發明提供了一種電感逐相耦合的交錯並聯直流降壓變換器，其特徵在於n相交錯並聯直流降壓變換器包括2n個功率開關管和一個濾波電容，一個具有n個繞組的耦合電感，耦合電感的繞組是第I相電感繞組與第2相電感繞組耦合，第2相電感繞組與第3相電感繞組耦合，以此類推，第n-1相電感繞組與第n相電感繞組耦合，第n相電感繞組與第I相電感繞組耦合；且第m (l〈m〈n)相繞組只和第m_l相繞組與第m+1繞組耦合，而與其他相數繞組不耦合，第I相繞組只和第2相繞組與第n相繞組耦合，第n相繞組只和第I相繞組與第n-1相繞組耦合。在第I相中，第I開關管的漏極連接第2開關管的源極和第I相耦合電感繞組的同名端；在第2相中，第3開關管的漏極連接第4開關管的源極和第2相耦合電感繞組的異名端；在第3相中，第5開關管的漏極連接第6開關管的源極和第3相耦合電感繞組的同名端；在第m相中，第2m-l開關管的漏極連接第2m開關管的源極和第m相電感繞組的同名端或異名端(m為奇數時為同名端，m為偶數時為異名端)。每相電感繞組的另一個端子連接在一起後再與濾波電容的一個端子連接。
[0005]根據交錯並聯直流降壓變換器的輸出電流紋波要求與輸出動態響應要求確定耦合電感耦合度大小與控制佔空係數大小。
[0006]控制主開關管(VT1、VT3……VT2n_l)導通分為相鄰相沒有共同導通時刻與有共同導通時刻兩種情況。具體選擇方式根據輸入輸出電壓大小、電流紋波要求、控制頻率及變換器相數綜合確定。
[0007]逐相耦合電感採用陣列式磁集成技術，利用陣列式磁芯實現n相電感繞組的逐相耦合。
[0008]本發明的有益效果為:通過交錯並聯技術和陣列式磁集成技術減小交錯並聯直流降壓變換器輸出電流紋波，提高動態響應，增加因佔空係數減小導致的控制穩定性，利用陣列式磁芯降低磁性器件熱損耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]附圖1是一種電感逐相耦合的交錯並聯直流降壓變換器。
[0010]附圖2是控制開關管導通為相鄰相沒有共同導通時刻的時序圖。
[0011]附圖3為控制開關管導通為相鄰相有共同導通時刻的時序圖。
[0012]附圖4為本發明電感逐相耦合的交錯並聯直流降壓變換器的一個實施實例的逐相耦合電感結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖和實施實例對本發明作進一步的描述，但本發明保護範圍不限於下述實施實例。
[0014]圖1示出了本發明的一種電感逐相耦合的交錯並聯直流降壓變換器，η相交錯並聯直流降壓變換器包括2η個功率開關管VT1、VT2……VT2n，一個濾波電容C，一個具有η個繞組L1、L2……Ln的耦合電感，耦合電感的繞組是LI繞組與L2繞組耦合，L2繞組與L3繞組耦合，以此類推，Ln-1繞組與Ln繞組耦合，Ln繞組與LI繞組耦合；且Lm (l<m<n)繞組只和Lm-1繞組、Lm+1繞組耦合，而與其他相數不耦合，LI繞組只和L2繞組、Ln繞組耦合，Ln繞組只和LI繞組、Ln-1繞組耦合。在第I相中，開關管VTl的漏極連接開關管VT2的源極和LI繞組的同名端；在第2相中，開關管VT3的漏極連接開關管VT4的源極和L2繞組的異名端；在第3相中，開關 管VT5的漏極連接開關管VT6的源極和L3繞組的同名端；在第m相中，開關管VT2m-l的漏極連接開關管VT2m的源極和Lm的同名端或異名端(m為奇數時
為同名端，mn為偶數時為異名端)。L1、L2......Ln繞組的另一個端子連接在一起後與濾波電
容的一個端子連接。
[0015]VTl, VT2……VTn開關管所加控制時序脈衝如圖2與圖3示，在低頻率或相數不高於4相的變換器施加圖2控制時序；在高頻率或相數高於4相，或高頻率及相數高於3相的變換器施加圖2控制時序。
[0016]圖4實施實例的逐相耦合電感結構使用環形磁芯，每相電感繞組纏繞在3個環形磁芯上，401為耦合磁芯，402為漏感調節磁芯。
【權利要求】
1.一種電感逐相耦合的交錯並聯直流降壓變換器，其特徵在於η相交錯並聯直流降壓變換器包括2η個功率開關管(VT1、VT2……VT2n)和一個濾波電容(C)，一個具有η個繞組(L1、L2……Ln)的耦合電感，耦合電感的繞組是第I相電感繞組(LI)與第2相電感繞組(L2)耦合，第2相電感繞組(L2)與第3相電感繞組(L3)耦合，以此類推，第η_1相電感繞組(L3)與第η相電感繞組(Ln)耦合，第η相電感繞組(Ln)與第I相電感繞組(LI)耦合；且第m (l<m<n)相繞組(Lm)只和第m_l相繞組(Lm-1)與第m+1繞組(Lm+1)耦合，而與其他相數繞組不耦合，第I相繞組(LI)只和第2相繞組(L2)與第η相繞組(Ln)耦合，第η相繞組(Ln)只和第I相繞組(LI)與第η-1相繞組(Ln-1)耦合；在第I相中，第I開關管(VTl)的漏極連接第2開關管(VT2)的源極和第I相耦合電感繞組(LI)的同名端，在第2相中，第3開關管(VT3)的漏極連接第4開關管(VT4)的源極和第2相耦合電感繞組(L2)的異名端，在第3相中，第5開關管(VT5)的漏極連接第6開關管(VT6)的源極和第3相耦合電感繞組(L3)的同名端，在第m相中，第2m-l開關管(VT2m_l)的漏極連接第2m開關管(VT2m)的源極和第m相電感繞組(Lm)的同名端或異名端(m為奇數時為同名端，m為偶數時為異名端);每相電感繞組(L1、L2……Ln)的另一個端子連接在一起後再與濾波電容(C)的一個端子連接。
2.根據權利I要求所述變換器，其控制主開關管(VT1、VT3……VT2n-l)導通包括相鄰相沒有共同導通時刻與有共同導通時刻兩種情況。
3.根據權利I要求所述變換器，其耦合電感結構為陣列式多磁芯磁集成，包括使用各種磁性材料、各種形狀磁芯，繞組多磁芯共繞與分繞。
【文檔編號】H02M1/14GK103607118SQ201310529057
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月1日 優先權日:2013年11月1日
【發明者】李洪珠, 榮德生 申請人:遼寧工程技術大學