两相交错并联DCDC耦合电感设计

 变压器设计  2020-11-01  38  0

多相dcdc变换器在现代电力电子设备中被大量使用,因为它可以减少电路中开关器件和无源器件的应力,减少输出电流的纹波。虽然输出电流的纹波可以减少,但是单个电感的纹波没有变化,还是有很大的纹波,使用耦合电感是减少电感纹波电流的一种有效的方法。

 常规的单相buck电路就不适合使用在大电流的应用场合,一个200A的电感,需要占用很大的体积,并且产生很大的铜线损耗和磁芯损耗。

交错并联buck电路一个周期的工作过程为:S1/S4导通,S2/S3不导通,电感L1电流上升,电感L2电流下降;S3/S4导通,S1/S2不导通,电感L1/L2电流下降;S2/S3导通,S1/S4不导通,电感L1电流下降,电感L2电流上升;S3/S4导通,S1/S2不导通,电感L1/L2电流下降。交错并联电路减小了输出电流的纹波,但是单个电流的纹波并没有减少,我们需要进一步分析交错并联耦合电感的作用。

电路结构没有变化,唯一不同的就是用耦合电感替代两个独立的电感,那么电路一个周期的工作过程为:S1/S4导通,S2/S3不导通;S3/S4导通,S1/S2不导通;S2/S3导通,S1/S4不导通;S3/S4导通,S1/S2不导通。与独立电感的工作过程是一样的,不同的是我们要考虑耦合系数和漏感的因数。

耦合电感的两个线圈圈数相同,圈数比为1:1,则次级反射到初级的电流为i2,初级的激励电流为im=i1-i2。很多人不理解激励电流的概念,一个最简单理解这个概念的例子就是单端正激变压器。交变的电压加在变压器初级两端,次级会产生相应的电压,我们都知道只有电流的变化才能产生变化的磁场.

根据输出电流纹波计算公式,若是漏感值与独立电感的值一样,那么输出电流的纹波与非耦合电感的一样。而电感的纹波电流与耦合系数和占空比有关。为了降低输出电流纹波,需要较大的漏感,需要同时降低电感的纹波电流,需要大的耦合系数。这样的要求在普通的结构中很难实现,因为耦合越好,漏感越小。

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