CN105703626A - 一种输入并联输出并联的半桥变换器及其均流控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种输入并联输出并联的半桥变换器及其均流控制系统及方法，该变换器包括供电电源1、电容桥臂2、开关管桥臂3、变压器模块4、整流二极管模块5、滤波电感模块6、滤波电容模块7及负载8；所述供电电源1、电容桥臂2、开关管桥臂3、变压器模块4、整流二极管模块5、滤波电感模块6、滤波电容模块7及负载8依次相连；本发明所述方法中电压环的输出量为各个模块的电流内环提供一个共同的参考电流，即实现了输出电感电流均流，也提高了系统的动态性能。

Description

一种输入并联输出并联的半桥变换器及其均流控制系统及方法
技术领域
本发明属于电力设备及控制领域，尤其涉及一种输入并联输出并联的半桥变换器、均流控制系统及方法。
背景技术
单个变换器电源供电设计中要面对输入输出电流脉动大，功率器件的电压应力高，损耗大，变换器电磁干扰及价格昂贵等问题。输入端并联输出端并联变换器适用于要求大电流低电压、安全可靠等电源系统。然而现在常用的双管正激变换器和全桥变换器进行输入并联输出并联组合，这两种拓扑结构中需要较多的开关管，且需要添加多对输入均压电容桥臂；由于各个模块器件参数存在差异，其结果必然导致各个模块承受的功率不均衡，控制过程复杂、成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对大电流低电压、安全可靠等电源系统的需求，提出一种输入并联输出并联的半桥变换器，有效降低功率器件的电流应力，提高电源系统的可靠性，同时，提出均流控制方法，实现各个模块承受的功率均衡。
一种输入并联输出并联的半桥变换器，包括供电电源1、电容桥臂2、开关管桥臂3、变压器模块4、整流二极管模块5、滤波电感模块6、滤波电容模块7及负载8；
所述供电电源1、电容桥臂2、开关管桥臂3、变压器模块4、整流二极管模块5、滤波电感模块6、滤波电容模块7及负载8依次相连；
所述电容桥臂包括两个串联的电容，第一电容C1和第二电容C2，电容桥臂并联于供电电源1的两端；
所述开关管桥臂包括三组并联在电容桥臂两端的开关管单元，分别为第一开关管单元、第二开关管单元及第三开关管单元，每组开关管单元包括两个串联的开关管；
所述变压器模块包括三个变压器，每个变压器的一个输入端与一个开关管单元中两个串联的开关管的串联点相连，变压器的另一个输入端与电容桥臂中两个串联的电容的串联点相连；
所述滤波电感模块包括三个滤波电感；
所述整流二极管模块包括三组整流二极管单元，每组整流二极管单元包括两个整流二极管，两个二极管的正极分别与一个变压器的两个输出端相连，两个二极管的负极均与一个滤波电感相连；
所述滤波电容模块包括串联的滤波电容Cf和滤波电阻Rc，所述滤波电容模块的两端并联于所述变压器模块中每个变压器的副边中点和所述滤波电感之间；
所述负载并联于所述滤波电容模块的两端。
一个开关管单元、一个变压器、一个整流二极管单元及一个滤波电感形成半桥变换器的一个基本单元，三个基本单元的输入端和输出端均采用并联连接。
所述开关管为MOS管。
一种输入并联输出并联的半桥变换器的均流控制系统，包括电压控制环9、电流控制环10、PWM信号发生器11以及驱动电路12；
所述电压控制环、电流控制环、PWM信号发生器以及驱动电路依次相连；
所述电流控制环包括三个子电流控制环，所述PWM信号发生器包括三个子PWM信号发生器，所述驱动电路包括三个子驱动电路；
所述电压控制环的输出端与三个子电流控制环的参考电压输入端相连；
每个子电流控制环的输出端依次与一个子PWM信号发生器和一个子驱动电路相连；
所述子驱动电路驱动上述的一种输入并联输出并联的半桥变换器中的开关管桥臂中的一个开关管单元；
所述电压控制环的输入端与上述的一种输入并联输出并联的半桥变换器中的负载上的电压输出端相连。
一种输入并联输出并联的半桥变换器的均流控制方法，利用上述的均流控制系统，对输入并联输出并联半桥变换器进行均流控制，具体过程如下：
利用输入并联输出并联半桥变换器输出到负载上的电压作为电压控制环的输入信号，电压控制环以设定的参考电压为基准，将输入信号放大后输出的信号作为三个子电流控制环的运算放大器的正输入端参考信号，各滤波电感输出的电流依次经滤波器及电阻分别输入到三个子电流控制环中运算放大器的负输入端；
每个子电流控制环与一个子PWM信号发生器相连，每个子电流控制环输出的信号作为子PWM信号发生器的一个输入信号，子PWM信号发生器的另一个输入信号为三角波信号；
每个子PWM信号发生器的输出信号作为一个子驱动电路的输入信号，每个子驱动电路驱动一个开关管单元。
所述开关管桥臂中三个并联的开关管单元中，第二开关管单元中开关管的工作周期对应于第一开关管单元中的开关管滞后1/6个开关周期，第三开关管单元中开关管的工作周期对应于第二开关管单元中的开关管滞后1/6个开关周期。
有益效果
本发明提出一种输入并联输出并联的半桥变换器及其均流控制系统及方法，该拓扑结构中各模块可共用一对电容桥臂，该电容桥臂也可作为输入均压电容，无需另加输入均压电容，减少了主电路中电容的数量，结构简单。所使用的均流控制方法，可实现各个模块承受的功率均衡。电压环的输出量为各个模块的电流内环提供一个共同的参考电流，采用这种平均电流控制方法，即实现了输出电感电流均流，也提高了系统的动态性能。本发明所述方法中采用了交错控制技术，交错控制技术能够减少输出电流、电压纹波，同时减少输入输出滤波电感、电容体积，提高整个系统的动态性能。
该变换器满足大电流低电压、安全可靠等电源系统的需求；可实现各模块功率均衡；可降低功率器件的电压应力和电流应力低，容易选择功率器件；可通过引进一定的冗余模块，提高整个系统的可靠性；标准的功率变换器模块可以减少生产成本与开发时间；每个模块承担的功率较低，便于单个模块设计和系统的热设计；功率模块可以很容易的再组合来满足多种输入输出功率等级的要求。
附图说明
图1为本发明所述变换器的结构示意图；
图2为本发明所述控制系统的结构示意图；
图3为本发明所述控制方法中采用交错控制技术的各开关管的导通关断示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
如图1所示，一种输入并联输出并联的半桥变换器，包括供电电源1、电容桥臂2、开关管桥臂3、变压器模块4、整流二极管模块5、滤波电感模块6、滤波电容模块7及负载8；
所述供电电源1、电容桥臂2、开关管桥臂3、变压器模块4、整流二极管模块5、滤波电感模块6、滤波电容模块7及负载8依次相连；
供电电源1由交流220V电源提供；电容桥臂2选择无极性聚丙烯电容；开关管桥臂3选择国际整流公司的MOSFET；
所述电容桥臂包括两个串联的电容，第一电容C1和第二电容C2，电容桥臂并联于供电电源1的两端；
所述开关管桥臂包括三组并联在电容桥臂两端的开关管单元，分别为第一开关管单元、第二开关管单元及第三开关管单元，每组开关管单元包括两个串联的开关管；
所述变压器模块包括三个变压器，每个变压器的一个输入端与一个开关管单元中两个串联的开关管的串联点相连，变压器的另一个输入端与电容桥臂中两个串联的电容的串联点相连；
所述滤波电感模块包括三个滤波电感；
所述整流二极管模块包括三组整流二极管单元，每组整流二极管单元包括两个整流二极管，两个二极管的正极分别与一个变压器的两个输出端相连，两个二极管的负极均与一个滤波电感相连；
所述滤波电容模块包括串联的滤波电容Cf和滤波电阻Rc，所述滤波电容模块的两端并联于所述变压器模块中每个变压器的副边中点和所述滤波电感之间；
所述负载并联于所述滤波电容模块的两端。
一个开关管单元、一个变压器、一个整流二极管单元及一个滤波电感形成半桥变换器的一个基本单元，三个基本单元的输入端和输出端均采用并联连接。
所述开关管为MOS管。
如图2所示，一种输入并联输出并联的半桥变换器的均流控制系统，包括电压控制环9、电流控制环10、PWM信号发生器11以及驱动电路12；
所述电压控制环、电流控制环、PWM信号发生器以及驱动电路依次相连；
所述电流控制环包括三个子电流控制环，所述PWM信号发生器包括三个子PWM信号发生器，所述驱动电路包括三个子驱动电路；
所述电压控制环的输出端与三个子电流控制环的参考电压输入端相连；
每个子电流控制环的输出端依次与一个子PWM信号发生器和一个子驱动电路相连；
所述子驱动电路驱动上述的一种输入并联输出并联的半桥变换器中的开关管桥臂中的一个开关管单元；
所述电压控制环的输入端与上述的一种输入并联输出并联的半桥变换器中的负载上的电压输出端相连。
一种输入并联输出并联的半桥变换器的均流控制方法，利用上述的均流控制系统，对输入并联输出并联半桥变换器进行均流控制，具体过程如下：
利用输入并联输出并联半桥变换器输出到负载上的电压作为电压控制环的输入信号，电压控制环以设定的参考电压为基准，将输入信号放大后输出的信号作为三个子电流控制环的运算放大器的正输入端参考信号，各滤波电感输出的电流依次经滤波器及电阻分别输入到三个子电流控制环中运算放大器的负输入端；
每个子电流控制环与一个子PWM信号发生器相连，每个子电流控制环输出的信号作为子PWM信号发生器的一个输入信号，子PWM信号发生器的另一个输入信号为三角波信号；
每个子PWM信号发生器的输出信号作为一个子驱动电路的输入信号，每个子驱动电路驱动一个开关管单元。
如图3所示，所述开关管桥臂中三个并联的开关管单元中，第二开关管单元中开关管的工作周期对应于第一开关管单元中的开关管滞后1/6个开关周期，第三开关管单元中开关管的工作周期对应于第二开关管单元中的开关管滞后1/6个开关周期。
交错控制技术能够减少输出电流、电压纹波，同时减少输入输出滤波电感、电容体积，提高整个系统的动态性能。

Claims (5)

1.一种输入并联输出并联的半桥变换器，其特征在于，包括供电电源(1)、电容桥臂(2)、开关管桥臂(3)、变压器模块(4)、整流二极管模块(5)、滤波电感模块(6)、滤波电容模块(7)及负载(8)；
所述供电电源(1)、电容桥臂(2)、开关管桥臂(3)、变压器模块(4)、整流二极管模块(5)、滤波电感模块(6)、滤波电容模块(7)及负载(8)依次相连；
所述电容桥臂包括两个串联的电容，第一电容C1和第二电容C2，电容桥臂并联于供电电源(1)的两端；
所述开关管桥臂包括三组并联在电容桥臂两端的开关管单元，分别为第一开关管单元、第二开关管单元及第三开关管单元，每组开关管单元包括两个串联的开关管；
所述变压器模块包括三个变压器，每个变压器的一个输入端与一个开关管单元中两个串联的开关管的串联点相连，变压器的另一个输入端与电容桥臂中两个串联的电容的串联点相连；
所述滤波电感模块包括三个滤波电感；
所述整流二极管模块包括三组整流二极管单元，每组整流二极管单元包括两个整流二极管，两个二极管的正极分别与一个变压器的两个输出端相连，两个二极管的负极均与一个滤波电感相连；
所述滤波电容模块包括串联的滤波电容Cf和滤波电阻Rc，所述滤波电容模块的两端并联于所述变压器模块中每个变压器的副边中点和所述滤波电感之间；
所述负载并联于所述滤波电容模块的两端。
2.根据权利要求1所述的半桥变换器，其特征在于，所述开关管为MOS管。
3.一种输入并联输出并联的半桥变换器的均流控制系统，其特征在于，包括电压控制环(9)、电流控制环(10)、PWM信号发生器(11)以及驱动电路(12)；
所述电压控制环、电流控制环、PWM信号发生器以及驱动电路依次相连；
所述电流控制环包括三个子电流控制环，所述PWM信号发生器包括三个子PWM信号发生器，所述驱动电路包括三个子驱动电路；
所述电压控制环的输出端与三个子电流控制环的参考电压输入端相连；
每个子电流控制环的输出端依次与一个子PWM信号发生器和一个子驱动电路相连；
所述子驱动电路驱动权利要求1所述的一种输入并联输出并联的半桥变换器中的开关管桥臂中的一个开关管单元；
所述电压控制环的输入端与权利要求1所述的一种输入并联输出并联的半桥变换器中的负载上的电压输出端相连。
4.一种输入并联输出并联的半桥变换器的均流控制方法，其特征在于，利用权利要求3所述的均流控制系统，对输入并联输出并联半桥变换器进行均流控制，具体过程如下：
利用输入并联输出并联半桥变换器输出到负载上的电压作为电压控制环的输入信号，电压控制环以设定的参考电压为基准，将输入信号放大后输出的信号作为三个子电流控制环的运算放大器的正输入端参考信号，各滤波电感输出的电流依次经滤波器及电阻分别输入到三个子电流控制环中运算放大器的负输入端；
每个子电流控制环与一个子PWM信号发生器相连，每个子电流控制环输出的信号作为子PWM信号发生器的一个输入信号，子PWM信号发生器的另一个输入信号为三角波信号；
每个子PWM信号发生器的输出信号作为一个子驱动电路的输入信号，每个子驱动电路驱动一个开关管单元。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述开关管桥臂中三个并联的开关管单元中，第二开关管单元中开关管的工作周期对应于第一开关管单元中的开关管滞后1/6个开关周期，第三开关管单元中开关管的工作周期对应于第二开关管单元中的开关管滞后1/6个开关周期。
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