六重交錯并聯(lián)雙向DC/DC變換器設計

2 仿真分析

　　在MATLAB/Simulink環(huán)境下搭建仿真模型，設定直流輸入電壓Ui=1000V，輸出電流I=500A，輸出電壓U₀=400~950V，每個(gè)開(kāi)關(guān)管的頻率f=2.5kHz，電容C₁=280μF，C₂=4700μF，電感L₁~L₆=2mH，六個(gè)變換器的開(kāi)關(guān)管驅動(dòng)信號在時(shí)間上分別相差1/6個(gè)開(kāi)關(guān)周期，六相交錯并聯(lián)DC/DC變換器的等效開(kāi)關(guān)頻率將是單相變換器開(kāi)關(guān)頻率的6倍，紋波電壓為ΔU₀，紋波電流為ΔI₀。

　　圖7給出了輸出電壓Uo分別為400 V、500 V、600 V時(shí)的紋波電壓，可以看出，三種情況下的紋波電壓最大值和最小值之差不超過(guò)0.5 V，說(shuō)明所述六重交錯并聯(lián)變換器方案的輸出電壓非常平穩。

　　圖8給出了每相變換器的電感電流?？梢钥闯隽鶄€(gè)電流波形形狀幾乎相同，平均值均為500A，只是相位分別相差1/6個(gè)開(kāi)關(guān)周期。根據圖8波形，不難算出流過(guò)每個(gè)電感的輸出電流的最大紋波值：

(6)

　　可見(jiàn)，單相時(shí)的電流波動(dòng)情況比較大。

　　采用六重交錯并聯(lián)技術(shù)對DC/DC變換器進(jìn)行的電流波形仿真結果如圖9所示，輸出電流設定值為500A，上方波形圖為單相變換器的電感電流，與圖8中波形完全一樣，示波器中只顯示其中一相電流，其最大電流紋波值為ΔI=66A，下方波形圖為總的輸出電流，大小為流過(guò)6個(gè)電感電流的總和，從圖中可以計算出其最大電流紋波值為：

(7)

　　明顯小于單相變換器的電流紋波值，證明了交錯并聯(lián)技術(shù)在減小電流紋波時(shí)的實(shí)用性。

　　這是由于每相電感電流之間都存在著(zhù)一定的相位差，在保證輸出目標電壓的情況下，當疊加到總的電感電流時(shí)，交錯運行的并聯(lián)各模塊的輸出電流紋波幅值互相抵消，總的電流波動(dòng)就會(huì )變小，最大電流紋波減小，而且輸出總電流的紋波的頻率是每相電感電流紋波的頻率的6倍，從而當滿(mǎn)足設備要求時(shí)，可以適當的降低每個(gè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率，提高變換器的效率。

3 實(shí)驗分析

　　對所述方案做實(shí)驗驗證。搭建試驗平臺，輸入直流母線(xiàn)電壓為901V，輸出電壓給定值為400V，負載電流100A，實(shí)驗結果如圖10、11所示，穩態(tài)波動(dòng)都很小。

　　與仿真結果相比，實(shí)驗電壓紋波稍大，電流紋波較小，都在誤差允許的范圍內，證明了六重交錯并聯(lián)對減小DC/DC變換器紋波值，提高電壓和電流精度的實(shí)用性。

4 結論

　　本文分析了六重交錯并聯(lián)技術(shù)在DC/DC變換器紋波抑制中所起的作用，可以獲得更大的輸出電流，降低輸出電壓和電流的紋波。通過(guò)控制六個(gè)變換器的開(kāi)關(guān)管的驅動(dòng)信號，使其在時(shí)間上各自相差1/6開(kāi)關(guān)周期，流過(guò)每個(gè)電感的電流都存在一定的相位差，當疊加到總的輸出電流時(shí)，交錯運行的并聯(lián)各模塊的輸出電流紋波幅值互相抵消，使總電流波動(dòng)減小，電流紋波變小，提高了電壓和電流精度。用交錯并聯(lián)技術(shù)大大減小了流過(guò)每個(gè)電感的電流，降低了開(kāi)關(guān)損耗，電感和電容的取值也減小，功率密度變大。最后通過(guò)MATLAB仿真得到的波形及實(shí)驗波形分析驗證了結論的正確性。

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　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第4期第66頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。