六重交錯(cuò)并聯(lián)雙向DC/DC變換器設(shè)計(jì)

2 仿真分析

　　在MATLAB/Simulink環(huán)境下搭建仿真模型，設(shè)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)變換器的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)在時(shí)間上分別相差1/6個(gè)開關(guān)周期，六相交錯(cuò)并聯(lián)DC/DC變換器的等效開關(guān)頻率將是單相變換器開關(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0.5 V，說明所述六重交錯(cuò)并聯(lián)變換器方案的輸出電壓非常平穩(wěn)。

　　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)開關(guān)周期。根據(jù)圖8波形，不難算出流過每個(gè)電感的輸出電流的最大紋波值：

(6)

　　可見，單相時(shí)的電流波動(dòng)情況比較大。

　　采用六重交錯(cuò)并聯(lián)技術(shù)對(duì)DC/DC變換器進(jìn)行的電流波形仿真結(jié)果如圖9所示，輸出電流設(shè)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6個(gè)電感電流的總和，從圖中可以計(jì)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(cuò)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一定的相位差，在保證輸出目標(biāo)電壓的情況下，當(dāng)疊加到總的電感電流時(shí)，交錯(cuò)運(yùn)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(dāng)滿足設(shè)備要求時(shí)，可以適當(dāng)?shù)慕档兔總€(gè)開關(guān)管的開關(guān)頻率，提高變換器的效率。

3 實(shí)驗(yàn)分析

　　對(duì)所述方案做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。搭建試驗(yàn)平臺(tái)，輸入直流母線電壓為901V，輸出電壓給定值為400V，負(fù)載電流100A，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖10、11所示，穩(wěn)態(tài)波動(dòng)都很小。

　　與仿真結(jié)果相比，實(shí)驗(yàn)電壓紋波稍大，電流紋波較小，都在誤差允許的范圍內(nèi)，證明了六重交錯(cuò)并聯(lián)對(duì)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(jié)論

　　本文分析了六重交錯(cuò)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。通過控制六個(gè)變換器的開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使其在時(shí)間上各自相差1/6開關(guān)周期，流過每個(gè)電感的電流都存在一定的相位差，當(dāng)疊加到總的輸出電流時(shí)，交錯(cuò)運(yùn)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(cuò)并聯(lián)技術(shù)大大減小了流過每個(gè)電感的電流，降低了開關(guān)損耗，電感和電容的取值也減小，功率密度變大。最后通過MATLAB仿真得到的波形及實(shí)驗(yàn)波形分析驗(yàn)證了結(jié)論的正確性。

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