CN114679058A - 多相交错并联直流变换器及其控制方法 - Google Patents

多相交错并联直流变换器及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多相交错并联直流变换器及其控制方法，多相交错并联直流变换器包括：主电路和控制电路，主电路为多相交错并联boost变换器，控制电路用于控制所述主电路中各开关管导通，控制电路包括：内电压环和外电压环，内电压环包括依次串联的第一模数转换器、减法器、PI控制器、加法器、数模转换器、第一比较器和数模逻辑控制模块；外电压环包括串联的第二模数转换器和斜坡补偿模块，所述第二模数转换器输入端电连接所述主电路输入端，所述斜坡补偿模块输出端电连接所述加法器第二输出端。本发明通过双电压环的设置取代了现有技术中电压环加电流环的控制方式，提高了多相交错并联直流变换器的动态控制性能并降低了系统成本。

Description

多相交错并联直流变换器及其控制方法
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种多相交错并联直流变换器控制电路及其控制方法。
背景技术
近年来，随着分布式储能与可再生新能源的发展，人们对高性能的直流变换器（DC-DC Converter）的关注日益密切。在分布式储能与可再生新能源接入电网前，通常需要经过升压变换器处理。在众多升压变换器拓扑结构中多相交错并联结构因其具有功率密度高、效率高以及输入端电流脉动小等优点而备受关注。相比于传统的升压变换器和开关电容变换器，多相交错并联直流变换器的电感和电容的大小可以选择更小。因此，多相交错并联直流变换器具有重要的研究价值。在多相交错并联直流变换器控制策略中通常需要对其并联项的电感电流进行控制，这是由于不平衡的相电感电流会引起某一相的电流应力过大从而导致热耗增加，严重时还会引起电感磁饱和最终导致器件损坏。因此多相交错并联直流变换器的控制策略通常需要引入电流环对相电流进行控制。然而当多相交错并联直流变换器并联相很多的情况，过多的电流传感器引入会增加系统的控制成本。因此研究多相交错并联直流变换器的无电流传感器控制电路及其控制方法具有重要的意义。
多相交错并联直流变换器的基本结构如图1所示，其中，输入电压源V in与多相升压电路相连。每一相升压电路是由电感、等效串联电阻和半桥臂组成。最后多相的电感电流汇总后通过滤波电容C到输出负载。由于采用交错并联的形式运行，因此相邻相之间的电感电流相位差360/N°，其中N表示的是并联的相数。
传统多相并联升压变换器的控制方法采用峰值电流控制，它需要高精度和高采样频率的电流传感器对每相电感电流进行采样，并在电感电流达到设定峰值时切换开关，从而导致控制成本随着并联相数增加而急剧增加，这阻碍了多相并联升压变换器在实际工业中的应用。为了降低控制的成本，Sandeep Kolluri 在标题为Analysis, modeling,design and implementation of average current mode control for interleavedboost converter（IEEE 10th International Conference on Power Electronics andDrive Systems (PEDS), 2013, pp. 280-285）的文献中提出了一种针对两相交错并联的升压变换器的平均电流模式控制方法。这种控制策略中电流环只需要采集每相电感电流的平均值就能实现电流环的控制，然而电流传感器的数量仍然没有减少。随后Hung-Chi Chen在标题为Decoupled Current-Balancing Control With Single-Sensor Sampling-Current Strategy For Two-Phase Interleaved Boost-Type Converters（IEEE Trans.Ind. Electron., vol. 63, no. 3, pp. 1507-1518, Mar. 2015）的文献中针对两相交错并联的升压变换器提出了一种解耦电流平衡控制。这种控制策略的电压环和电流环均采用PI控制器，且只需要采集其中一相电感电流的平均值。这种控制策略进一步降低了控制的成本。
综上所述，现有技术中的对多相交错并联直流变换器的控制电路和控制方法都离不开电流传感器的使用，而电流传感器的使用必然会增加系统的成本，因此，提出一种多相交错并联直流变换器的无电流传感器控制电路及其控制方法十分必要。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本申请提出了一种无电流传感器的多相交错并联直流变换器及其控制方法。
基于上述发明目的，本申请提供了一种多相交错并联直流变换器，包括主电路和控制电路，主电路为多相交错并联boost变换器，控制电路用于控制主电路中各开关管导通，控制电路包括：
外电压环，外电压环包括依次串联的第一模数转换器、减法器、PI控制器、加法器、数模转换器，第一模数转换器输入端电连接主电路输出端，减法器的正向输入端电连接参考电压，减法器的反向输入端电连接第一模数转换器输出端，加法器的第一输入端电连接PI控制器输出端，加法器输出端电连接数模转换器输入端，加法器的第二输入端电连接有斜坡补偿支路，斜坡补偿支路包括串联的第二模数转换器和斜坡补偿模块，第二模数转换器输入端电连接主电路输入端，斜坡补偿模块输出端电连接加法器第二输出端；
内电压环，内电压环包括第一比较器和数模逻辑模块，第一比较器正向输入端电连接数模转换器输出端，第一比较器反向输入端电连接主电路输出端，第一比较器输出总驱动信号S T ，数模逻辑控制模块根据总驱动信号S T 输出主电路中各开关管的控制信号。
进一步的，多相交错并联boost变换器的稳态占空比表示为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
，
则V out 在稳态时保持不变，输入端电压V in 大于V m 时稳态占空比小于0.5，输入端电压V in 小于V m 时稳态占空比大于0.5，V m 为稳态占空比为0.5时的临界输入电压，斜波补偿模块在稳态占空比小于0.5时输出补偿电压。
进一步的，主电路包括依次串联的输入电压源、由多相升压支路并联组成的多相并联升压电路和输出端负载。
进一步的，主电路输出端负载上并联有一滤波电容C，滤波电容C上串联有一增加输出端电压脉动的电阻R e 。
进一步的，电阻R e 的阻值取值为50～200mΩ。
进一步的，数模逻辑控制模块包括逻辑电路单元、锁存器单元、多路选择单元和第二比较器，逻辑电路单元用于生成两组不同相位的控制信号，多路选择单元根据第二比较器的输出电平状态选择两组不同相位的控制信号中的一组作为数模逻辑控制模块的输出。
进一步的，第二比较器正向输入端与主电路输入端电连接，第二比较器反向输入端电连接临界输入端电压V m 。
进一步的，数模逻辑控制模块输出的两组不同相位的控制信号之间的相位差为180度。
基于上述发明目的，本申请还提供了一种多相交错并联直流变换器的控制方法，采用上述多相交错并联直流变换器中的一种，包括如下步骤：
分别采集k时刻主电路的输出端电压V out 和输入端电压V in ；
将输出端电压V out 进行模数转换并与参考电压进行比较并将电压差值ΔV 0输入PI控制器后输出外电压环电压V con ；
将输入端电压V in 进行模数转换后输入斜坡补偿模块进行稳态占空比计算，当稳态占空比小于0.5时，斜坡补偿模块输出一补偿电压V comp，并通过加法器对外电压环控制电压V con 进行斜率补偿；
将斜率补偿后的外电压环控制电压V con 输入数模转换器进行数模转换后通过比较器与输出电压V out 进行比较，得到总驱动信号S T ；
将总驱动信号S T 输入数模逻辑控制模块，数模逻辑控制模块根据总驱动信号S T 生成主电路中各开关管的控制信号；
将控制信号输入到主电路的各开关管的驱动电路中以生成控制各开关管导通的驱动信号。
进一步的，数模逻辑控制模块根据总驱动信号S T 生成两组相位差为180°的主电路中各开关管的控制信号，并根据输入端电压V in 和临界输入端电压V m 的比较结果在两组控制信号中择一输出。
本发明的技术方案通过双电压环的设置取代了现有技术中电压环加电流环的控制方式，实现了多相交错并联直流变换器的无电流传感器控制，提高了多相交错并联直流变换器的控制性能并降低了控制成本。
附图说明
图1为多相交错并联boost变换器拓扑结构示意图；
图2为本发明实施例的多相交错并联直流变换器的控制电路原理图；
图3为本发明实施例的数模逻辑控制模块的电路原理图；
图4a为本发明实施例的多相交错并联直流变换器的稳态占空比大于0.5时的输出电压波形图；
图4b本发明实施例的多相交错并联直流变换器的稳态占空比小于0.5时的输出电压波形图；
图5a为本发明实施例的多相交错并联直流变换器稳态占空比大于0.5时相电流及开关管脉冲触发信号的波形图；
图5b为本发明实施例的多相交错并联直流变换器稳态占空比小于0.5时相电流及开关管脉冲触发信号的波形图。
具体实施方式
为了使阅读者能够更好的理解本方法之设计宗旨，特提供下述具体实施例，以使得阅读者能够形象的理解本方法所涉及到结构、结构组成、作用原理和技术效果。但应当注意，下述各实施例并非是对本方法技术方案的限定，本领域技术人员在对各实施例进行分析和理解的同时，可结合现有知识对本方法提供的技术方案做一系列变形与等效替换，该变形与等效替换而得的新的技术方案亦被本方法囊括在内。
如图1所示，多相交错并联boost变换器的拓扑结构包括：依次电连接的输入电压源V in 、多相并联的boost支路、滤波电容C以及输出负载R，每一相boost支路包括电感L n 、等效串联电阻R n 和半桥臂，为了方便说明，本实施例以两相交错并联的直流变换器为例。
如图2所示，一种多相交错并联直流变换器，包括主电路和控制电路，主电路为如图1所示的多相交错并联boost变换器，控制电路用于控制主电路中各相支路的开关管导通，控制电路包括：
外电压环，外电压环包括依次串联的第一模数转换器、减法器、PI控制器、加法器、数模转换器，第一模数转换器输入端电连接主电路输出端，减法器的正向输入端电连接参考电压，减法器的反向输入端电连接第一模数转换器输出端，加法器的第一输入端电连接PI控制器输出端，加法器输出端电连接数模转换器输入端，加法器的第二输入端电连接有斜坡补偿支路，斜坡补偿支路包括串联的第二模数转换器和斜坡补偿模块，第二模数转换器输入端电连接主电路输入端，斜坡补偿模块输出端电连接加法器第二输出端；
内电压环，内电压环包括第一比较器和数模逻辑模块，第一比较器正向输入端电连接数模转换器输出端，第一比较器反向输入端电连接主电路输出端，第一比较器输出总驱动信号S T ，数模逻辑控制模块根据总驱动信号S T 输出主电路中各开关管的控制信号。本发明的多相并联boost变换器采用双电压环控制，通过外电压环取代了现有技术中的电流环控制电路，不需要通过电流传感器采集各相支路中的电感电流，而只需要采集输入端电压和输出端电压，通过对输出端电压的脉动情况进行分析处理从而获得每一相并联boost支路中各开关管的控制信号，这样的电路结构与现有技术相比极大的节约了控制电路的成本。因此，本实施例实现了多相交错并联直流变换器的无电流传感器控制，提高了多相交错并联直流变换器的控制性能并降低了控制成本。
作为一种实现方式，由于在多相交错并联boost电路占空比小于0.5时，系统会出现失稳，因此，在占空比小于0.5时需要加入斜坡补偿对内电压环中PI控制器输出的内环控制电压V con 进行电压补偿，而多相交错并联boost变换器的稳态占空比表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，
则 V out 在稳态时保持不变，输入端电压V in 大于V m 时稳态占空比小于0.5，输入端电压V in 小于V m 时稳态占空比大于0.5，V m 为稳态占空比为0.5时的临界输入电压，斜波补偿模块在稳态占空比小于0.5时输出补偿电压。boost电路是升压电路，输出端电压V out 大于输入端电压V in ，且在电路进入稳态时输出端电压V out 保持不变，通过改变输入端电压V in 可以改变系统的稳态占空比，当系统的稳态占空比等于0.5时，系统处于临界状态，此时的输入端电压V in 为临界输入电压V m ，则有输入端电压V in 大于临界输入电压V m 时，系统的稳态占空比小于0.5；输入端电压V in 小于临界输入电压V m 时，系统的稳态占空比大于0.5。因此，斜坡补偿支路通过采集输入端电压V in 并经过第二模数转换器进行模数转换后可判断系统的稳态占空比d是否小于0.5，若稳态占空比d小于0.5，则需要对外电压环中PI控制器输出的外环控制电压V con 进行斜坡补偿。
作为一种实现方式，主电路包括依次串联的输入电压源、由多相boost（升压）支路并联组成的多相并联升压电路和输出端负载R。主电路输出端负载R上并联有一滤波电容C，滤波电容C上串联有一增加输出端电压脉动的电阻R e ，电阻R e 的阻值取值为50～200mΩ。由于本发明的多相交错并联直流变换器控制电路采用双电压环控制，需要通过采集输出端电压V out 并对输入端电压V out 的脉动情况进行分析处理以获得每一相并联boost电路的控制信号，因此，为了获得明显的输出端电压V out 的脉动情况，本实施例通过在输出端的滤波电容C上串联一个电阻R e 以增加输出端电压V out 的脉动，电阻R e 的阻值最佳取值范围为50～200mΩ。
作为一种实现方式，如图3所示，数模逻辑控制模块包括逻辑电路单元、锁存器单元、多路选择单元和第二比较器，逻辑电路单元用于生成两组不同相位的控制信号（如图中S1和S2），锁存器单元电连接于逻辑电路单元和多路选择单元之间，多路选择单元根据第二比较器的输出电平状态选择两组不同相位的控制信号中的一组作为数模逻辑控制模块的输出。第二比较器正向输入端与主电路输入端电连接，第二比较器反向输入端电连接临界输入端电压V m 。数模逻辑控制模块输出的两组不同相位的控制信号（S1和S2）之间的相位差为180度；同时，多相交错并联boost变换器的相邻相之间电感电流相位差为360/N度（N为多相并联相数），则各相邻相的开关管控制信号的相位差也为360/N度，即本实施例中的SW 1和SW 3（SW 2和SW 4）的控制信号之间的相位差为360/N度。由于系统的稳态占空比d存在大于0.5和小于0.5两种状态，因此，数模逻辑控制模块需要根据系统的两种运行状态输出相位差为180度的两组控制信号。
图3中的各引脚输入信号具体如下：
1：总的驱动信号S T ；
2：占空比为50%的方波信号，频率为系统开关频率，且初始状态为低电平；
3：占空比为50%的方波信号，频率为系统开关频率，且初始状态为高电平；
4：占空比为50%的脉冲触发信号，频率为系统开关频率，且初始状态为高电平；
5：信号4延时半个开关周期的脉冲信号 ；
6：输入端电压V in ；
7：输入端临界输入电压V m ；
第一比较器输出的总驱动信号S T 经过数模逻辑控制模块中的逻辑电路单元和锁存器单元的信号处理后生成两组分别对应于系统两组运行状态（占空比大于或小于0.5）的控制信号，然后通过第二比较器比较输入端电压V in 和临界输入电压V m 的电压大小，确定系统的稳态占空比大小并输出一选择信号，选择信号控制数模逻辑控制模块中的多路选择单元将两组控制信号中的一组进行输出，当选择信号为低电平时，此时稳态占空比大于0.5，多路选择单元将信号S2作为控制信号输出，当选择信号当选择信号为高电平时，此时稳态占空比小于0.5，多路选择单元将信号S1作为控制信号输出。数模逻辑控制模块输出的控制信号用于控制主电路中各开关管的导通，两组控制信号确保系统的稳定运行并提高了系统的控制性能。
本实施例还包括了一种多相交错并联直流变换器的控制方法，采用上述多相交错并联直流变换器中的一种，包括如下步骤：
分别采集k时刻主电路的输出端电压V out 和输入端电压V in ；
将输出端电压V out 进行模数转换并与参考电压进行比较并将电压差值ΔV 0输入PI控制器后输出外电压环电压V con ；
将输入端电压V in 进行模数转换后输入斜坡补偿模块进行稳态占空比计算，当稳态占空比小于0.5时，斜坡补偿模块输出一补偿电压V comp，并通过加法器对外电压环控制电压V con 进行斜率补偿；
将斜率补偿后的外电压环控制电压V con 输入数模转换器进行数模转换后通过比较器与输出电压V out 进行比较，得到总驱动信号S T ；
将总驱动信号S T 输入数模逻辑控制模块，数模逻辑控制模块根据总驱动信号S T 生成主电路中各开关管的控制信号；
将控制信号输入到主电路的各开关管的驱动电路中以生成控制各开关管导通的驱动信号。本实施例的控制方法实现了多相交错并联直流变换器的无电流传感器控制，提高了多相交错并联直流变换器的控制性能并降低了控制成本。
作为一种实现方式，数模逻辑控制模块根据总驱动信号S T 生成两组相位差为180°的主电路中各开关管的控制信号，并根据输入端电压V in 和临界输入端电压V m 的比较结果在两组控制信号中择一输出。两组控制信号确保系统的稳定运行并提高了系统的控制性能。
以下通过仿真软件以两相交错并联boost变换器为例对本发明的技术方案进行进一步说明，设定输入端电压V in 的初始值为6V，输出端电压V out 为24V，输出端滤波电容C电容值为1000uF，串联电阻R e 为100 mΩ，相电感L n 电感值80uH，负载电阻阻值设置为10Ω，开关周期为20kHz，在0.05s时输入端电压由6V切换到15V。输出电压波形如图4a、图4b所示，由图4a的输出波形可以发现本发明提出的多相交错并联直流变换器及控制方法，在输入端电压切换前，稳态占空比大于0.5，此时斜坡补偿模块不参与工作，此时数模逻辑控制模块输出图3中S2对应的控制信号，将该控制信号输入主电路中各开关管的驱动电路后系统以很快的响应速度达到稳态且没有超调，稳态时的电压波动为0.6V。由图4b所示，当输入端电压V i 切换为15V后，系统的调节时间为15ms，此时稳态占空比小于0.5，斜坡补偿模块输出补偿电压，此时数模逻辑控制模块输出图3中S1对应的控制信号，将该控制信号输入主电路中各开关管的驱动电路后,系统同样以很快的响应速度达到稳态且没有超调，稳态时的电压波动为0.4V。仿真结果表面本发明的技术方案在无电流传感器的情况下依然具有良好的电流和电压动态控制性能，由此可进一步说明，本发明的技术方案通过双电压环的设置代替现有技术中电压环加电流环的控制方式，实现了多相交错并联直流变换器的无电流传感器控制，在提高了多相交错并联直流变换器的动态控制性能的同时降低了系统的成本。
图5a、图5b示出了每一相电感电流的波形及其相应的脉冲触发信号，其中，图5a示出了占空比大于0.5时每一相电感电流的波形，图5b示出了占空比小于0.5时每一相电感电流的波形，从仿真结果可以发现在没有电流传感器的情况下，两相交错并联boost变换器中每一相的相电流都得到了很好的控制，并且相电流在脉冲触发信号到来后开始电流下降，这个结果与现有技术的控制方法相比实现了良好的控制效果，并且不需要通过在每一相并联的boost支路中设置电流传感器来采集每一相的电感电流，因此本发明的多相交错并联直流变换器及其控制方法极大的减少了系统的成本。然而，为了更好的辨识输出端的电压脉动，输出端的滤波电容C上串联了电阻R e ，因此输出端电压V out 的稳态脉动会增加，但是在一些对输出电压脉动要求不是很高的应用场景中，本发明具有很大的优势。
应当理解的是，对于本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。具体实施方案所对应的附图以为辅助理解的形式存在，能够方便阅读者通过理解具体形象化的下位概念以充分理解本方法所涉及的技术理念之抽象化的上位概念。在对本方法的整体理解和与其他除本方法所提供的技术方案之外的技术方案进行比对时，不应当以附图之表象作为唯一参考依据，还应在理解了本方法理念之后，依照附图或不依照附图做出的一系列变形、等效替换、特征元素之糅合、非必要技术特征元素之删减重组、现有技术中常见的非必要技术特征元素之合理增加重组等，均应理解为被囊括在本方法的精神之内。

Claims (10)

1.一种多相交错并联直流变换器，其特征在于，包括主电路和控制电路，所述主电路为多相交错并联boost变换器，所述控制电路用于控制所述主电路中各开关管导通，所述控制电路包括：
外电压环，所述外电压环包括依次串联的第一模数转换器、减法器、PI控制器、加法器、数模转换器，所述第一模数转换器输入端电连接主电路输出端，所述减法器的正向输入端电连接参考电压，所述减法器的反向输入端电连接所述第一模数转换器输出端，所述加法器的第一输入端电连接所述PI控制器输出端，所述加法器输出端电连接所述数模转换器输入端，所述加法器的第二输入端电连接有斜坡补偿支路，所述斜坡补偿支路包括串联的第二模数转换器和斜坡补偿模块，所述第二模数转换器输入端电连接所述主电路输入端，所述斜坡补偿模块输出端电连接所述加法器第二输出端；
内电压环，所述内电压环包括第一比较器和数模逻辑模块，所述第一比较器正向输入端电连接所述数模转换器输出端，所述第一比较器反向输入端电连接所述主电路输出端，所述第一比较器输出总驱动信号S T ，所述数模逻辑控制模块根据所述总驱动信号S T 输出主电路中各开关管的控制信号。
2.根据权利要求1所述的多相交错并联直流变换器，其特征在于，所述多相交错并联boost变换器的稳态占空比表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，
则V out 在稳态时保持不变，输入端电压V in 大于V m 时稳态占空比小于0.5，输入端电压V in 小于V m 时稳态占空比大于0.5，V m 为稳态占空比为0.5时的临界输入电压，所述斜波补偿模块在稳态占空比小于0.5时输出补偿电压。
3.根据权利要求1所述的多相交错并联直流变换器，其特征在于，所述主电路包括依次串联的输入电压源、由多相升压支路并联组成的多相并联升压电路和输出端负载。
4.根据权利要求3所述的多相交错并联直流变换器，其特征在于，所述主电路输出端负载上并联有一滤波电容C，所述滤波电容C上串联有一增加输出端电压脉动的电阻R e 。
5.根据权利要求4所述的多相交错并联直流变换器，其特征在于，所述电阻R e 的阻值取值为50～200mΩ。
6.根据权利要求2所述的多相交错并联直流变换器，其特征在于，所述数模逻辑控制模块包括逻辑电路单元、多路选择单元和第二比较器，所述逻辑电路单元用于生成两组不同相位的控制信号，所述多路选择单元根据第二比较器的输出电平状态选择所述两组不同相位的控制信号中的一组作为数模逻辑控制模块的输出。
7.根据权利要求6所述的多相交错并联直流变换器，其特征在于，所述第二比较器正向输入端与主电路输入端电连接，所述第二比较器反向输入端电连接所述临界输入端电压V m 。
8.根据权利要求7所述的多相交错并联直流变换器，其特征在于，所述数模逻辑控制模块输出的两组不同相位的控制信号之间的相位差为180度。
9.一种多相交错并联直流变换器的控制方法，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的多相交错并联直流变换器，包括如下步骤：
分别采集k时刻主电路的输出端电压V out 和输入端电压V in ；
将所述输出端电压V out 进行模数转换并与参考电压进行比较并将电压差值ΔV 0输入PI控制器后输出外电压环电压V con ；
将所述输入端电压V in 进行模数转换后输入斜坡补偿模块进行稳态占空比计算，当所述稳态占空比小于0.5时，所述斜坡补偿模块输出一补偿电压V comp，并通过加法器对外电压环控制电压V con 进行斜率补偿；
将斜率补偿后的外电压环控制电压V con 输入数模转换器进行数模转换后通过比较器与输出电压V out 进行比较，得到总驱动信号S T ；
将所述总驱动信号S T 输入所述数模逻辑控制模块，所述数模逻辑控制模块根据所述总驱动信号S T 生成主电路中各开关管的控制信号；
将所述控制信号输入到主电路的各开关管的驱动电路中以生成控制各开关管导通的驱动信号。
10.根据权利要求9所述的多相交错并联直流变换器的控制方法，其特征在于，所述数模逻辑控制模块根据总驱动信号S T 生成两组相位差为180°的主电路中各开关管的控制信号，并根据输入端电压V in 和临界输入端电压V m 的比较结果在两组控制信号中择一输出。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115811241A (zh) * 2023-02-08 2023-03-17 四川大学 单级无桥交错并联Boost-LLC AC-DC变换器混合控制方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100176772A1 (en) * 2007-05-31 2010-07-15 Arthur Schaefert Multiphse dc/dc converter
US20140176097A1 (en) * 2012-12-24 2014-06-26 Upi Semiconductor Corp. Multi-phase dc-dc power converter
US20140210443A1 (en) * 2013-01-28 2014-07-31 Yu Ye Liu Dc-dc buck circuit
US20160164414A1 (en) * 2014-12-09 2016-06-09 Silergy Semiconductor Technology (Hangzhou) Ltd Multi-phase interleaved converter with automatic current-sharing function and control method therefor
CN107707122A (zh) * 2017-11-28 2018-02-16 合肥巨动力系统有限公司 一种Boost双向DC/DC变换器
CN108768175A (zh) * 2018-06-15 2018-11-06 大连海事大学 一种多相交错并联dc-dc变换器装置
JP2019017149A (ja) * 2017-07-04 2019-01-31 ローム株式会社 多相コンバータ
CN110474540A (zh) * 2019-08-25 2019-11-19 南京理工大学 基于两模块双向半桥直流变换器交错并联的无电流传感器均流控制方法
CN110868068A (zh) * 2019-11-28 2020-03-06 重庆理工大学 一种多相交错并联直流变换器及其均流控制方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100176772A1 (en) * 2007-05-31 2010-07-15 Arthur Schaefert Multiphse dc/dc converter
US20140176097A1 (en) * 2012-12-24 2014-06-26 Upi Semiconductor Corp. Multi-phase dc-dc power converter
US20140210443A1 (en) * 2013-01-28 2014-07-31 Yu Ye Liu Dc-dc buck circuit
US20160164414A1 (en) * 2014-12-09 2016-06-09 Silergy Semiconductor Technology (Hangzhou) Ltd Multi-phase interleaved converter with automatic current-sharing function and control method therefor
JP2019017149A (ja) * 2017-07-04 2019-01-31 ローム株式会社 多相コンバータ
CN107707122A (zh) * 2017-11-28 2018-02-16 合肥巨动力系统有限公司 一种Boost双向DC/DC变换器
CN108768175A (zh) * 2018-06-15 2018-11-06 大连海事大学 一种多相交错并联dc-dc变换器装置
CN110474540A (zh) * 2019-08-25 2019-11-19 南京理工大学 基于两模块双向半桥直流变换器交错并联的无电流传感器均流控制方法
CN110868068A (zh) * 2019-11-28 2020-03-06 重庆理工大学 一种多相交错并联直流变换器及其均流控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HUNG-CHI CHEN: "Interleaved Current Sensorless Control for Multiphase Boost-Type Switch-Mode Rectifier With Phase-Shedding Operation", 《IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS》 *
郭强等: "多相交错并联DC-DC变换器单电流传感器控制策略", 《电工技术学报》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115811241A (zh) * 2023-02-08 2023-03-17 四川大学 单级无桥交错并联Boost-LLC AC-DC变换器混合控制方法

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