东北农业大学
硕士学位论文
LLC谐振变换器交错并联技术的研究
姓名：刘伟丽
申请学位级别：硕士
专业：农业工程；农业电气化与自动化
指导教师：柴玉华
20110620
第28卷第10期2011年10月 机电工程 Journal of Mechanical ＆Electrical Engineering Vol．28No．10Oct．2011 收稿日期：2011－05－25 作者简介：赵国强（1984-），男，山东临沂人，主要从事能馈式电子负载方面的研究．E-mail ：20910234@zju．edu．cn 通信联系人：马 皓，男，博士，教授，硕士生导师．E- mail ：mahao@zju．edu．cn 能馈式电子负载中交错并联Boost 电路的设计 赵国强，马 皓 * （浙江大学电气工程学院，浙江杭州310027） 摘要：为满足服务器电源测试用能馈式电子负载对第一级DC /DC 低压大电流输入、低输入电流纹波和高效率的要求，第一级DC /DC 采用交错并联Boost 电路。分析了该电路的工作原理，给出了电路中各主要元器件的选取原则。针对电子负载恒流输入需求，给出了基于dsPIC33FJ16GS504的输入电流恒流控制环路设计思路和方法。利用DSP 实现了快速运算，达到精确设定输入电流大小的目的。最后， 制作了一台12V /100A 输入，48V 输出的1.2kW 实验样机。实验结果验证了该电路在低压大电流输入情况下的可行性，电路工作稳定，满足了能馈式电子负载的要求。关键词：服务器电源；交错并联；能馈式电子负载中图分类号：TM13 文献标志码：A 文章编号：1001－4551（2011）10－1269－04 Design of interleaved Boost converter in energy-feedback electronic power load ZHAO Guo-qiang ，MA Hao （Department of Electrical Engineering ，Zhejiang University ，Hangzhou 310027，China ） Abstract ：In order to satisfy the requirements of low voltage and large current ，low input current ripple ，and high efficiency in energy-feed-back electronic load for server power supply test ，an interleaved Boost converter was employed in first stage DC /DC．The operation principle of the circuit was analyzed and the selecting method of main components was presented．In accordance with the demand of constant input cur-rent in electronic load ， design of constant current control loop based on dsPIC33FJ16GS504was introduced．Accurate set of input current was achieved by means of high-speed calculation with DSP．Finally a 1.2kW prototype was built with input 12V /100A and output 48V．The results validate the feasibility of the proposed converter with input of low-voltage and large-current ，show that the circuit can work in stable state and meet the requirements of energy feedback electronic load system．Key words ：server power supply ；interleaved ；energy-feedback electronic load 0引言 随着信息产业的快速发展和数字化革命的不断深 入，服务器电源的输出电流越来越大。服务器电源等 电源出厂前需要进行老化测试， 应用电阻负载时需要消耗大量电能。为节约能源、降低成本，应用能馈式电子负载测试服务器电源是一种有效的解决办法。能馈式电子负载具有低压大电流输入，拉载电流精确设定，输入电流纹波较小，效率较高等特性。 传统Boost 电路在大电流输入时开关纹波大，二极管导通损耗大，效率较低。为了获得较小的输入电 流纹波和较高的效率，前人提出了许多基于Boost 电 路的改进拓扑 ［1-3］ 。但这些电路应用于低压大电流输入时却存在自身固有的缺点。Boost 反激电路输入电流断续，输入电流纹波很大。改进型两相交错并联Boost 变换器的开关电容在大电流输入时体积较大，损 耗增加， 效率较低。电容箝位式交错并联耦合电感Boost 变换器输入电流纹波较大。两功率管不能同时 开通， 限制了电路的占空比，电压增益较小。交错并联Boost 电路因其拓扑结构简单、输入电流连续、效率高、易于控制等特点在低压大电流输入时 具有较大优势而被应用于能馈式电子负载中 ［4-5］ 。通过两个交错控制的Boost 电路的并联，实现了输入大
高升压比交错并联Boost电路的分析 类别：电源技术阅读：869 摘要：文章分析了传统BooST电路在实际应用中存在的问题，提出了一种改进型的交错并联Boost电路。在电感电流连续模式下，根据占空比大于或小于0。5的情况，详细分析电路的工作过程，推导了稳态情况下输出输入电压关系式，最后通过仿真验证了理论分析的正确性。0 引言升压变换器是最常用的一种变换器，随着新能源的推广，由于太阳能、燃料电池、蓄电池等输入源具有输入电压较低的特性，升压变换器成为不可或缺的关键部件。常用的非隔离Boost升压变换器，在高输出电压场合，由于寄生参数的影响不可能达到很高的输入输出电压比。而另一种升压电路是隔离升压电路，例如正激、反激电路。隔离升压电路中必须用到的变压器通常具有隔离、变压的功能，在那些不需要隔离或体积要求较小的应用场合，通过变压器升压就很难满足要求，另外变压器漏感引起的一系列问题，比如开关电压过冲，EMI等，常常对电源本身及周围设备带来安全隐患。 为了克服常用升压变换器在大功率、高输入输出变比等场合应用的限制，本文研究分析了一种新的电路拓扑结构及其工作方式，并对其进行了仿真验证。 1 工作原理下面分析Boost电路存在的不足，在理想情况下： M(D)=U0Uin= 11-D(1)根据式(1)，在一定的输入电压下，理论上可以产生任意高于输入电压的输出电压。而实际情况中，由于电感、二极管、开关管都会产生一定的损耗，这些损耗可以等效为一个与电感串联的电阻RL，如图1所示： 图 1 Boost等效电路图此时根据磁平衡原理： 由式(2)、(3)可得：
根据式(4)，在不同的RL/R 情况下，M(D)如图2所示。由此可见，在实际电路中，Boost电路升压比有限制极限，输出电压一般能达到输入电压的4～5倍。在大功率应用环境中，由于损耗严重，升压比反而更低。 为了克服上述非隔离升压电路的不足，本文研究的升压变换器如图3所示，它由交错并联Boost电路与电容串联组合而成。 图 2 升压比与占空比关系曲线图 图3 高升压比交错并联Boost电路结构图在电感电流连续模式下，当占空比大于0。5时，系统工作原理时序如图4所示，PS1、PS2分别为开关管S1、S2的驱动脉冲。ID1、ID2分别为流过续流二极管D1、D2的电流。
交错并联式BOOST电路的Pspice仿真分析 摘要：文中研究基于Pspice 软件的交错并联BOOST 变换器的拓扑结构，并对其建立仿真模型，进而延伸到N 个相同的BOOST 拓扑结构的并联，从中分析了此种拓扑结构的优点，进而得出此种拓扑结构适于在功率因数校正电路 中应用的结论。关键词：交错并联；BOOST 拓扑；Pspice 仿真；PWM 随着电力电子行业的发展，电路设计的复杂程度越来越高，仿真作为一种便利的设计 手段被广泛的应用于电路设计、分析和验证中，包括用于电路设计中的一系列 仿真软件如MATLAB 中的Simulink 及其Pspice 等软件，这些软件可以对电路中的信号进行仿真，让设计人员了解电路的工作特性，设计人员可以通过仿真 来预测和验证电路设计的准确性，具有时效性强的优点，对于科学研究工作具 有十分有用的价值。笔者在基于Pspice 仿真软件的基础上对BOOST 变换器的并联交错技术进行仿真分析，通过搭建Pspice 模型分析了并联交错BOOST 变换器的优点，即输出纹波很小适用于带载要求纹波小的设备，如应用于计算机 的CPU 等。1 DC-DC 变换器DC-DC 变换器的基本拓扑结构非为BUCK 变换器、BOOST 变换器和BUCK-BOOST 变换器。由于DC-DC 变换器中，输入端和输出端共地，所以也称为三端开关变换器。开关变换器同三端线性调节器有很多相同点，例如输入电压不能调节，但是输出电压可以调节，在效率要求 较高的情况下可以替代线性调节器，开关变化器在输入跟输出之间使用的是扼 流圈而不是变压器。BOOST 电路是升压电路，升压电感完成升压，并通过电容保持电压值。其结构图如图1 所示。 ，其中N 为并联的变换器的个数，本课题中N 为2，交错并联BOOST 拓扑中的PWM 信号的一种时序图如图4 所示。 由图4 的驱动波形分析扑结构的工作状态：状态1 当两个管子都为高电平