CN105553268B - 基于耦合电感的dc-dc变换器 - Google Patents

基于耦合电感的dc-dc变换器 Download PDF

Info

Publication number
CN105553268B
CN105553268B CN201610080440.1A CN201610080440A CN105553268B CN 105553268 B CN105553268 B CN 105553268B CN 201610080440 A CN201610080440 A CN 201610080440A CN 105553268 B CN105553268 B CN 105553268B
Authority
CN
China
Prior art keywords
inductance
switch module
capacitor
switch
converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610080440.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105553268A (zh
Inventor
王磊
吴龙生
王伟海
程武
章日千
吴忠强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Solax Power Network Technology Zhejiang Co Ltd
Original Assignee
Zhejiang Elong Network Energy Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Elong Network Energy Technology Co Ltd filed Critical Zhejiang Elong Network Energy Technology Co Ltd
Priority to CN201610080440.1A priority Critical patent/CN105553268B/zh
Publication of CN105553268A publication Critical patent/CN105553268A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105553268B publication Critical patent/CN105553268B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于耦合电感的DC‑DC变换器包括第一电容C1、第二电容C2、主控电路、多个电感、多个Buck开关模块、多个Boost开关模块；前述多个电感包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5、第六电感L6，前述六个电感的电感值相同且耦合为一个集成电感。采用阵列化集成电感的DC‑DC变换器及其集成磁件均具备可拓展性，可根据需求将变换器工作相数从6相扩展为任意N相。

Description

基于耦合电感的DC-DC变换器
技术领域
本发明涉及直流变换器领域，尤其涉及一种基于耦合电感的DC-DC变换器。
背景技术
目前应用于并网/独立双模式光伏储能逆变器，交直流微电网、混动汽车供电模块等新能源领域的双向供电模块普遍采用非隔离型交错并联双向DC-DC变换器作为电路构架以满足系统的动态响应、高功率密度、高效率、大电流以及低输出纹波等特殊要求。大功率储能电感作为上述变换器中的关键部件不仅严重影响着变换器体积、重量，限制变换器进一步向着轻、薄、小的方向发展，而且对其效率和稳态、动态性能密切相关。
发明内容
针对前述问题，发明提供一种体积小、重量轻的基于耦合电感的DC-DC变换器。
为达到前述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于耦合电感的DC-DC变换器，其特征在于：包括第一电容及与所述第一电容一端连接的多个电感，所述多个电感的另一端连接多个Buck开关模块及多个Boost开关模块的输入端；多个Buck开关模块输出端与第二电容的一端连接，Boost开关模块的输出端、第一电容的另一端及第二电容的另一端接地；还包括主控电路，用于控制所述多个Buck开关模块和多个Boost开关模块导通或关闭；所述多个电感反向耦合成一个集体电感。
本发明的第一优选方案为：所述Buck开关模块包括第一开关管及第一二极管，所述第一开关管的漏极与第一二极管的正极、Buck开关模块的输入端连接，所述第一开关管的源极与第二电容的一端及第一二极管的负极连接，所述第一开关管的栅极连接主控电路。
本发明的第二优选方案为：所述Boost开关模块包括第二开关管及第二二极管，所述第二开关管的源极与Boost开关模块的输入端、第二二极管的负极连接，所述第二开关管的漏极与第二二极管的正极一起接地。
本发明的第三优选方案为：所述多个电感的电感值相同。
本发明的第四优选方案为：所述电感为N个，所述N大于1；所述N个电感绕设于M个磁芯上，所述M等于N乘以N。
本发明的第五优选方案为：所述M个磁芯排列呈阵列式。
本发明的第六优选方案为：所述电感为6个。
基于前述方案，本发明的技术优势在于：1)通过交错并联技术降低变换器的总输入、总输出电流纹波及开关管电流应力，满足储能系统对大电流低纹波的需求。2)采用磁集成技术有效降低磁性元器件体积和重量，同时耦合电感设计有效降低变换器相电流纹波，兼顾改善暂态性能。3)六相耦合电感采用阵列式集成结构克服了传统整体磁芯集成技术难以设计多相全耦合电感的难题，阵列式集成磁件增加散热面积，可消除传统平面整体结构集成电感局部热点问题，降低热损耗，消除无源损耗，提高变换器转换效率。4)采用阵列化集成电感的DC-DC变换器及其集成磁件均具备可拓展性，可根据需求将变换器工作相数从6相扩展为任意N相。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步具体说明。
图1为本发明实施例1的电路原理示意图。
图2为本发明实施例1的电感绕设原理图。
图3为本发明实施例1的电感绕设示意图。
具体实施方式
实施例1。
参看图1，基于耦合电感的DC-DC变换器包括第一电容C1、第二电容C2、主控电路、多个电感、多个Buck开关模块、多个Boost开关模块；前述多个电感包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5、第六电感L6，前述六个电感的电感值相同；前述多个Buck开关模块包括第一开关模块、第三开关模块、第五开关模块、第七开关模块、第九开关模块、第十一开关模块；前述多个Boost开关模块包括第二开关模块、第四开关模块、第六开关模块、第八开关模块、第十开关模块、第十二开关模块。
第一电容C1一端连接第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5、第六电感L6的一端，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5、第六电感L6的另一端连接多个Buck开关模块及多个Boost开关模块的输入端；多个Buck开关模块输出端与第二电容C2的一端连接，Boost开关模块的输出端、第一电容C1的另一端及第二电容C2的另一端接地；主控电路，控制多个Buck开关模块和多个Boost开关模块导通或关闭；第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5、第六电感L6反向耦合成一个集体电感。
Buck开关模块包括第一开关管及第一二极管，第一开关管的漏极与第一二极管的正极、Buck开关模块的输入端连接，第一开关管的源极与第二电容C2的一端及第一二极管的负极连接，第一开关管栅极连接主控电路。参看图1，在本实施例中，第一开关管有6个，分别为S1、S3、S5、S7、S9、S11。
Boost开关模块包括第二开关管及第二二极管，第二开关管的源极与Boost开关模块的输入端、第二二极管的负极连接，第二开关管的漏极与第二二极管的正极一起接地。参看图1，在本实施例中，第二开关管有6个，分别为S2、S4、S6、S8、S10、S12。
前述主控电路包括工作电源、电压采样电路、电流采样电路、DSP、驱动板；工作电源为电压采样电路、电流采样电路、DSP、驱动板提供工作电流。电压采样电路采集低压侧电压VL并发送给DSP，电流采样电路采集多个电感的通过电流(iL1、iL2、iL3、iL4、iL5、iL6)及负载侧输出电流iload并发送给DSP，DSP基于前述信号进行计算后，输出12路PWM驱动信号，经驱动板上的12路驱动端子(D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12)驱动S1、S3、S5、S7、S9、S11、S2、S4、S6、S8、S10、S12，12个驱动端子分别连接S1、S3、S5、S7、S9、S11、S2、S4、S6、S8、S10、S12的栅极。
前述输入端、输出端，皆为电路中的部分导线，未用附图标记直接标识出来。
工作在Boost模式时，功率开关管S2、S4、S6、S8、S10、S12依占空比工作，为Boost主开关管；而功率开关管S1、S3、S5、S7、S9、S11则封锁驱动，处于关断状态，其反并联二极管作为Boost续流二极管进行工作，其工作在Buck模式时，开关管导通关断情况则与之相反。
参看图2、图3，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5、第六电感L6绕设于36个磁芯上，36个磁芯每一横排6个、每一竖排6个，呈阵列式排布。
第一电感L1的绕组分别与第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5、第六电感L6的绕组两两反向耦合，第二电感L2的绕组分别与第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5、第六电感L6、第一电感L1的绕组两两反向耦合，以此类推，即每相电感绕组都分别与(除本绕组外)另外5相电感绕组两两反向耦合，从而使得六相分立电感全部反向耦合为一个集成电感。进一步，第一电感L1与第二电感L2的互感为M12、第一电感L1与第三电感L3的互感为M13、第一电感L1与第四电感的L4的互感为M14、第一电感L1与第五电感L5的互感为M15、第一电感与第六电感的互感为M16，其中M12＝M13＝M14＝M15＝M6。
耦合电感结构采用单元磁芯耦合阵列式多磁芯可变耦合度集成磁件，六相两两反向全耦合的集成电感由6*6个单元耦合小磁芯以阵列化结构排列组成，可通过调整单磁芯耦合度就可以调节变换器相电感耦合度，以适应不同场合下系统对变换器的输出电流纹波要求与输出暂态响应的要求。进一步，相较于目前使用的平面集成电感的变换器，其散热面积大大增强，可消除局部热点和降低无源损耗，有利于热管理，可省去散热器，大幅提高变换器功率密度。
本发明虽以上述实施例进行详细描述，但是本发明的保护范围不以前述描述为准，任何基于本发明发明思想的简单变换，皆属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于耦合电感的DC-DC变换器，其特征在于：包括第一电容及与所述第一电容一端连接的多个电感，每个电感的另一端分别连接一个Buck开关模块及一个Boost开关模块的输入端；多个Buck开关模块输出端与第二电容的一端连接，Boost开关模块的输出端、第一电容的另一端及第二电容的另一端接地；还包括主控电路，用于控制所述多个Buck开关模块和多个Boost开关模块导通或关闭；所述多个电感反向耦合成一个集成电感；
前述主控电路包括工作电源、电压采样电路、电流采样电路、DSP、驱动板；工作电源为电压采样电路、电流采样电路、DSP、驱动板提供工作电流；
每个电感绕组都分别与另外电感绕组两两反向耦合，使得六个分立电感全部反向耦合为一个集成电感；
所述电感为6个；所述6个电感绕设于36个磁芯上，所述36等于6乘以6；所述36个磁芯排列呈阵列式。
2.根据权利要求1所述基于耦合电感的DC-DC变换器，其特征在于：所述Buck开关模块包括第一开关管及第一二极管，所述第一开关管的源极与第一二极管的正极、Buck开关模块的输入端连接，所述第一开关管的漏极与第二电容的一端及第一二极管的负极连接，所述第一开关管的栅极连接主控电路。
3.根据权利要求1所述基于耦合电感的DC-DC变换器，其特征在于：所述Boost开关模块包括第二开关管及第二二极管，所述第二开关管的漏极与Boost开关模块的输入端、第二二极管的负极连接，所述第二开关管的源极与第二二极管的正极一起接地。
4.根据权利要求1所述基于耦合电感的DC-DC变换器，其特征在于：所述多个电感的电感值相同。
CN201610080440.1A 2016-02-05 2016-02-05 基于耦合电感的dc-dc变换器 Active CN105553268B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610080440.1A CN105553268B (zh) 2016-02-05 2016-02-05 基于耦合电感的dc-dc变换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610080440.1A CN105553268B (zh) 2016-02-05 2016-02-05 基于耦合电感的dc-dc变换器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105553268A CN105553268A (zh) 2016-05-04
CN105553268B true CN105553268B (zh) 2019-04-09

Family

ID=55832254

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610080440.1A Active CN105553268B (zh) 2016-02-05 2016-02-05 基于耦合电感的dc-dc变换器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105553268B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107180697A (zh) * 2017-05-12 2017-09-19 辽宁工程技术大学 一种新型矩阵式多自由度耦合电感的构造方法
CN111341544B (zh) * 2020-03-20 2022-12-13 杭州电子科技大学 一种全耦合磁性元件
CN111541373B (zh) * 2020-05-18 2021-10-15 哈尔滨工业大学 一种基于正向耦合电感的两相并联同步整流Boost变换器的控制方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1639657A (zh) * 2002-03-22 2005-07-13 国际整流器公司 多相位降压转换器
CN205336118U (zh) * 2016-02-05 2016-06-22 浙江艾罗电源有限公司 基于耦合电感的dc-dc变换器

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8319483B2 (en) * 2007-08-06 2012-11-27 Solaredge Technologies Ltd. Digital average input current control in power converter

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1639657A (zh) * 2002-03-22 2005-07-13 国际整流器公司 多相位降压转换器
CN205336118U (zh) * 2016-02-05 2016-06-22 浙江艾罗电源有限公司 基于耦合电感的dc-dc变换器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"E王E"型耦合电感器的设计及其在交错并联磁集成双向DC-DC变换器中的应用;杨玉岗等;《电工技术学报》;20150228;第30卷(第4期);第94-95页第6.2节，图15
交错变换器中无直流偏磁阵列式集成磁件研究;李洪珠等;《电源技术应用》;20080430;第11卷(第4期);第56页第1-2节，图1-2

Also Published As

Publication number Publication date
CN105553268A (zh) 2016-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zheng et al. Interleaved high step-up converter integrating coupled inductor and switched capacitor for distributed generation systems
Gu et al. High boost ratio hybrid transformer DC–DC converter for photovoltaic module applications
EP3316469A1 (en) Power conversion device and configuration method thereof
CN202997936U (zh) 一种高升压电路、太阳能逆变器与太阳能电池系统
CN105119482A (zh) 单电感多输出的升降压型电路及其控制方法
CN106169873A (zh) 适用于高压或大电流输出的混合串并联全桥电路及其控制方法
CN102946194A (zh) 一种高增益交错并联升压型变换器
Rezvanyvardom et al. High gain configuration of modified ZVT SEPIC-Boost DC-DC converter with coupled inductors for photovoltaic applications
CN102969893A (zh) 一种高增益升压型直流变换器
CN105553268B (zh) 基于耦合电感的dc-dc变换器
CN103427657A (zh) 一种高压直流-直流变换设备
CN102638164B (zh) 一种高升压电路、太阳能逆变器与太阳能电池系统
CN105515351A (zh) 一种多路输出电源
CN218071294U (zh) 电源转换电路架构及多相式直流转换电路架构
Miao et al. Single-inductor boost converter with ultrahigh step-up gain, lower switches voltage stress, continuous input current, and common grounded structure
CN205336118U (zh) 基于耦合电感的dc-dc变换器
CN101873067B (zh) 高频变压器三角-星型联结的高增益直流变换器
CN101895198A (zh) 高频变压器三角-星型联结的电流馈三电感升压变换器
CN116633135A (zh) 一种应用于分布式光伏发电系统的高增益dc-dc变换器拓扑结构
Lodh et al. A high gain high-efficiency negative output flyback-Cuk integrated DC-DC converter
CN103683920A (zh) 开关电感有源网络升压变换器
CN202334349U (zh) 一种直流隔离的并网逆变电路及光伏逆变系统
CN114825936A (zh) 一种基于耦合电感的两相交错飞跨电容双向直流变换器
CN210807071U (zh) 双向dc/dc变换器
Biswas et al. A larger step-down ratio buck converter with reduced ripple in input current and output voltage

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: Tonglu Economic Development Zone, Hangzhou city of Zhejiang Province, Shi Chu Road 311500 No. 288

Applicant after: Zhejiang elong network energy technology Co. Ltd

Address before: Tonglu Economic Development Zone, Hangzhou city of Zhejiang Province, Shi Chu Road 311500 No. 288

Applicant before: SOLAX POWER CO., LTD.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP03 Change of name, title or address
CP03 Change of name, title or address

Address after: 311500 No. 288 Shizhu Road, Tonglu Economic Development Zone, Hangzhou City, Zhejiang Province

Patentee after: Zhejiang arrow network energy technology Co.,Ltd.

Address before: 311500 No. 288 Shizhu Road, Tonglu Economic Development Zone, Hangzhou City, Zhejiang Province

Patentee before: ZHEJIANG SOLAX NETWORK ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd.