CN103607118A - 一种电感逐相耦合的交错并联直流降压变换器 - Google Patents

Abstract

本发明的电感逐相耦合的交错并联直流降压变换器，包括2n个功率开关管和一个滤波电容，一个具有n个绕组的耦合电感。所述耦合电感绕组是第1相电感绕组与第2相电感绕组耦合，第2相电感绕组与第3相电感绕组耦合，第n-1相电感绕组与第n相电感绕组耦合，第n相电感绕组与第1相电感绕组耦合；且除第1和第n相绕组外，第m相绕组只和第m-1相绕组与第m+1绕组耦合，而与其他相数绕组不耦合，第1相绕组只和第2相绕组与第n相绕组耦合，第n相绕组只和第1相绕组与第n-1相绕组耦合。利用阵列式磁芯实现n相耦合电感绕组的逐相耦合。通过设计电感耦合系数与控制主开关管的导通时刻，降低所述变换器的输出电流纹波与提高动态响应。

Description

一种电感逐相耦合的交错并联直流降压变换器

技术领域

本发明涉及一种直流—直流变换器，具体说是一种电感逐相耦合的交错并联直流降压变换器。

背景技术

目前应用于CPU供电的电压调整模块，普遍采用交错并联Buck变换器作为电路构架满足动态响应和效率要求。电感作为变换器中的关键部件严重影响变换器的效率和动态性能，同时制约变换器的小型化。交错并联直流降压变换器中各相电感逐相耦合是一种全新的电路拓扑结构，有利于减小输出电流纹波，提高电路动态响应，同时增加多相交错并联控制的单相占空系数，有利于增加并联相数，使交错并联变换器输出电流纹波更小。

发明内容

本发明的目的是为了适应多相电压调整模块的低电压、大电流、小纹波和高动态响应的需要，采用磁集成技术降低电压调整模块输出电流纹波，提高动态响应，克服多相电压调整模块随着相数增加，单相控制占空系数减小，在高频控制下，变换器不稳定的缺点。特别提供了一种电感逐相耦合的交错并联直流降压变换器作为多相电压调整模块。

本发明提供了一种电感逐相耦合的交错并联直流降压变换器，其特征在于n相交错并联直流降压变换器包括2n个功率开关管和一个滤波电容，一个具有n个绕组的耦合电感，耦合电感的绕组是第1相电感绕组与第2相电感绕组耦合，第2相电感绕组与第3相电感绕组耦合，以此类推，第n-1相电感绕组与第n相电感绕组耦合，第n相电感绕组与第1相电感绕组耦合；且第m（1<m<n）相绕组只和第m-1相绕组与第m+1绕组耦合，而与其他相数绕组不耦合，第1相绕组只和第2相绕组与第n相绕组耦合，第n相绕组只和第1相绕组与第n-1相绕组耦合。在第1相中，第1开关管的漏极连接第2开关管的源极和第1相耦合电感绕组的同名端；在第2相中，第3开关管的漏极连接第4开关管的源极和第2相耦合电感绕组的异名端；在第3相中，第5开关管的漏极连接第6开关管的源极和第3相耦合电感绕组的同名端；在第m相中，第2m-1开关管的漏极连接第2m开关管的源极和第m相电感绕组的同名端或异名端（m为奇数时为同名端，m为偶数时为异名端）。每相电感绕组的另一个端子连接在一起后再与滤波电容的一个端子连接。

根据交错并联直流降压变换器的输出电流纹波要求与输出动态响应要求确定耦合电感耦合度大小与控制占空系数大小。

控制主开关管（VT1、VT3……VT2n-1）导通分为相邻相没有共同导通时刻与有共同导通时刻两种情况。具体选择方式根据输入输出电压大小、电流纹波要求、控制频率及变换器相数综合确定。

逐相耦合电感采用阵列式磁集成技术，利用阵列式磁芯实现n相电感绕组的逐相耦合。

本发明的有益效果为：通过交错并联技术和阵列式磁集成技术减小交错并联直流降压变换器输出电流纹波，提高动态响应，增加因占空系数减小导致的控制稳定性，利用阵列式磁芯降低磁性器件热损耗。

附图说明

附图1是一种电感逐相耦合的交错并联直流降压变换器。

附图2是控制开关管导通为相邻相没有共同导通时刻的时序图。

附图3为控制开关管导通为相邻相有共同导通时刻的时序图。

附图4为本发明电感逐相耦合的交错并联直流降压变换器的一个实施实例的逐相耦合电感结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施实例对本发明作进一步的描述，但本发明保护范围不限于下述实施实例。

图1示出了本发明的一种电感逐相耦合的交错并联直流降压变换器，n相交错并联直流降压变换器包括2n个功率开关管VT1、VT2……VT2n，一个滤波电容C，一个具有n个绕组L1、L2……Ln的耦合电感，耦合电感的绕组是L1绕组与L2绕组耦合，L2绕组与L3绕组耦合，以此类推，Ln-1绕组与Ln绕组耦合，Ln绕组与L1绕组耦合；且Lm（1<m<n）绕组只和Lm-1绕组、Lm+1绕组耦合，而与其他相数不耦合，L1绕组只和L2绕组、Ln绕组耦合，Ln绕组只和L1绕组、Ln-1绕组耦合。在第1相中，开关管VT1的漏极连接开关管VT2的源极和L1绕组的同名端；在第2相中，开关管VT3的漏极连接开关管VT4的源极和L2绕组的异名端；在第3相中，开关管VT5的漏极连接开关管VT6的源极和L3绕组的同名端；在第m相中，开关管VT2m-1的漏极连接开关管VT2m的源极和Lm的同名端或异名端（m为奇数时为同名端，mn为偶数时为异名端）。L1、L2……Ln绕组的另一个端子连接在一起后与滤波电容的一个端子连接。

VT1，VT2……VTn开关管所加控制时序脉冲如图2与图3示，在低频率或相数不高于4相的变换器施加图2控制时序；在高频率或相数高于4相，或高频率及相数高于3相的变换器施加图2控制时序。

图4实施实例的逐相耦合电感结构使用环形磁芯，每相电感绕组缠绕在3个环形磁芯上，401为耦合磁芯，402为漏感调节磁芯。

Claims (3)

1.一种电感逐相耦合的交错并联直流降压变换器，其特征在于n相交错并联直流降压变换器包括2n个功率开关管（VT1、VT2……VT2n）和一个滤波电容（C），一个具有n个绕组（L1、L2……Ln）的耦合电感，耦合电感的绕组是第1相电感绕组（L1）与第2相电感绕组（L2）耦合，第2相电感绕组（L2）与第3相电感绕组（L3）耦合，以此类推，第n-1相电感绕组（L3）与第n相电感绕组（Ln）耦合，第n相电感绕组（Ln）与第1相电感绕组（L1）耦合；且第m（1<m<n）相绕组（Lm）只和第m-1相绕组（Lm-1）与第m+1绕组（Lm+1）耦合，而与其他相数绕组不耦合，第1相绕组（L1）只和第2相绕组（L2）与第n相绕组（Ln）耦合，第n相绕组（Ln）只和第1相绕组（L1）与第n-1相绕组（Ln-1）耦合；在第1相中，第1开关管（VT1）的漏极连接第2开关管（VT2）的源极和第1相耦合电感绕组（L1）的同名端，在第2相中，第3开关管（VT3）的漏极连接第4开关管（VT4）的源极和第2相耦合电感绕组（L2）的异名端，在第3相中，第5开关管（VT5）的漏极连接第6开关管（VT6）的源极和第3相耦合电感绕组（L3）的同名端，在第m相中，第2m-1开关管（VT2m-1）的漏极连接第2m开关管（VT2m）的源极和第m相电感绕组（Lm）的同名端或异名端（m为奇数时为同名端，m为偶数时为异名端）；每相电感绕组（L1、L2……Ln）的另一个端子连接在一起后再与滤波电容（C）的一个端子连接。

2.根据权利1要求所述变换器，其控制主开关管（VT1、VT3……VT2n-1）导通包括相邻相没有共同导通时刻与有共同导通时刻两种情况。

3.根据权利1要求所述变换器，其耦合电感结构为阵列式多磁芯磁集成，包括使用各种磁性材料、各种形状磁芯，绕组多磁芯共绕与分绕。

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