CN102064689A - 二极管并联的自动均流技术 - Google Patents

Abstract

在大电流工作场合中，变换器中的二极管承受的电流大，开关频率高的时候，器件容易发生故障，因此常采用并联多个二极管达到扩大电流容量的目的。由于二极管的负温度特性，仅仅通过简单的并联方式还不能完全保证整个扩展后的电源系统稳定可靠地工作。存在一个二极管均流的问题，而解决方法的不同，对整个电源扩展系统的稳定性、可靠性都有很大的影响。本发明提出了一种应用于大电流变换器拓扑多个二极管并联情况下均流问题的解决方法，在各个并联二极管前串联一个二极管，并用带阻的感性连接线将串入二极管两端连接，从而达到自动均流的效果，解决了各个并联二极管电流不平衡的问题。其电路特征如下：主电路为变换器拓扑，多个二极管并联分流，主要特征为每个二极管前串联一个两端用带阻的感性导线连接的二极管来代替原本的一个二极管。

Description

二极管并联的自动均流技术 

技术领域

本发明涉及一种在大电流变换器拓扑多个二极管并联情况下实现自动均流的方法，属于功率变换中的中大功率直流技术。 

背景技术

目前，大电流大电压输出型的直流变换器被应用到通信电源、制碱冶金工业和航天电源系统等各个领域。为了提高变换器的效率和可靠性，针对大电流输出型直流变换器的拓扑均流问题的研究有很多。 

受半导体工艺和器件制造技术的限制，单个二极管的耐压和耐流水平已很难再有突破，因此如何在现有的器件容量等级上，进一步扩大电路的容量，成为了一个重要课题。在实际电路设计中，常常使用多个二极管并联分流的方法来实现电流容量的扩大。这同时带来个了并联支路的电流平衡即均流问题，这往往会影响电路的参数设计，也是在实验中器件经常损坏的一个重要原因，如何简单有效的解决均流问题是非常有实际意义的，也是目前研究的一个热点和大功率大电流下提高输出功率的技术点。 

原有的解决均流问题的方法都很复杂，对电路设计的要求增大，直接并联的方式导致电路安全性、稳定性有所降低。本专利提出一种大电流变换器拓扑中多个二极管并联的自动均流的方法，对原电路的改动不大，因此参数设计几乎没有影响，体积小，成本低，设计简单，适用于多种电路拓扑二极管并联分流情况下的均流问题的解决，提高了变换器的可靠性。 

发明内容

本发明旨在传统的变换器存在多个二极管并联分流时存在各分流支路电流不平衡的问题，提出一种大电流变换器拓扑中多个二极管并联的自动均流的方法，用以解决大功率高开关频率，大电流大电压输出场合的均流问题。 

该自动均流方法的特征在于：采用了两个二极管和一条带阻的感性连接线为一个组合的分流支路。组合结构如下：其中一个二极管为主二极管，其耐流符合分流后支路的最大电流值，辅助二极管两端用带阻的感性连接线相连，该n条联接线长度一样，安装方式也一样，完成主二极管动、静态时(开关的瞬间、导通时间)的均流。辅助二极管用于箝位主二极管关断时感性连接线引起的电压尖峰。 

本专利采用的是每个并联二极管前串联一个二极管，并用带阻的感性连接线将接入电路的二极管两端连接的组合。这种均流方法的优点是： 

(1)使得并联分流的各支路的电流平衡，非常好的达到均流的目的； 

(2)设计简单，易于移植到其他变化器拓扑的设计中； 

(3)元件少、成本低、可靠性高； 

附图说明

图1是本发明运用于BUCK电路的结构示意图。 

图1的主要符号名称：(1)U_i，U_o——分别为输入电压，输出电压。(2)S₁-S_n——分别为Buck电路的开关管。(3)D₁-D_n——分别为Buck电路的续流二极管。(4)D₁₁-D_1n——分别为实现自动均流的二极管。(5)L₁-L_n——分别为感性连接线。(6)L——为Buck电路的滤波电感(7)C——为Buck电路的输出电容。(n＞1) 

图2是本发明以5路并联为例的saber软件仿真结果波形。 

图2的主要符号名称：(1)i(short.short9)——流过D₁的电流。(2)i(short.short8)——流过D₂的电流。(3)i(short.short12)——流过D₃的电流。(4)i(short.short11)——流过D₄的电流。(5)i(short.short10)——流过D₅的电流。 

具体实施方式

如图1所示，主电路为BUCK电路，由于运用于大电流场合，在原BUCK电路拓扑的基础上分别采用了n个功率晶体开关管和n个续流二极管并联分流(n＞1)，且每个续流二极管由两个二极管串联而成，并用一根带阻的感性导线将前一个小规格二极管的阴极和阳极相连。BUCK电路拓扑包括开关管、二极管、输出滤波电感、输出滤波电容。 

具体主电路拓扑模块包含n个开关管、n个原边续流二极管、n个辅助二极管、n根带阻的感性连接线、一个输出滤波电感和一个输出滤波电容(n＞1)。其连接方式为：开关管采用n个并联的方式，利用相同的控制策略。开关管S₁的负极与二极管D₁₁的阴极相连，正极与输入直流电源U_i的正端输出端相连，二级管D₁的阳极与输入直流电源U_i的负输出端相连，二级管D₁的阴极和二极管D₁₁的阳极相连，二极管D₁₁的阴极和阳极由带阻的感性导线L₁相连。D₁和D₁₁为一路续流二极管支路，其他n-1路连接方式相同，并联作为续流二极管部分。L的两端分别与输出直流电压的正端和D₁₁的阴极相连，C连接在输出电压两端。 

电路工作情况：(1)当开关管开通时，电路正向导通，输入电压通过滤波电容和滤波电感加在输出端，给负载供电。(2)当开关管关闭时，电感中的电流不能突变，感应电势反号，迫使二极管导通，则有电感电流线性下降，与续流二极管组成导通支路，给负载供电。n个续流二极管中的电流都相等，实现了均流。 

如图2所示，是主电路有5个并联支路(n＝5)电路拓扑的仿真波形，分别为流过五个续流二极管的电流波形。从图中可以看出流过五个续流二极管的电流波形全部相同，到达了均流效果。 

Claims (1)

1.一种在大电流变换器拓扑多个二极管并联情况下实现自动均流的方法，主电路为变换器拓扑，多个二极管并联分流，主要特征为在每个并联二极管前串联一个二极管，并用带阻的感性连接线将接入电路的二极管两端连接，用该组合来代替原本的一个二极管。

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