基于耦合電感的dc-dc變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及直流變換器領(lǐng)域，尤其涉及一種基于耦合電感的DC-DC變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前應(yīng)用于并網(wǎng)/獨立雙模式光伏儲能逆變器，交直流微電網(wǎng)、混動汽車供電模塊等新能源領(lǐng)域的雙向供電模塊普遍采用非隔離型交錯并聯(lián)雙向DC-DC變換器作為電路構(gòu)架以滿足系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)、高功率密度、高效率、大電流以及低輸出紋波等特殊要求。大功率儲能電感作為上述變換器中的關(guān)鍵部件不僅嚴重影響著變換器體積、重量，限制變換器進一步向著輕、薄、小的方向發(fā)展，而且對其效率和穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能密切相關(guān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對前述問題，發(fā)明提供一種體積小、重量輕的基于耦合電感的DC-DC變換器。
[0004]為達到前述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種基于耦合電感的DC-DC變換器，其特征在于:包括第一電容及與所述第一電容一端連接的多個電感，所述多個電感的另一端連接多個Buck開關(guān)模塊及多個Boost開關(guān)模塊的輸入端；多個Buck開關(guān)模塊輸出端與第二電容的一端連接，Boost開關(guān)模塊的輸出端、第一電容的另一端及第二電容的另一端接地;還包括主控電路，用于控制所述多個Buck開關(guān)模塊和多個Boost開關(guān)模塊導(dǎo)通或關(guān)閉；所述多個電感反向耦合成一個集體電感。
[0005]本發(fā)明的第一優(yōu)選方案為:所述Buck開關(guān)模塊包括第一開關(guān)管及第一二極管，所述第一開關(guān)管的漏極與第一二極管的正極、Buck開關(guān)模塊的輸入端連接，所述第一開關(guān)管的源極與第二電容的一端及第一二極管的負極連接，所述第一開關(guān)管的柵極連接主控電路。
[0006]本發(fā)明的第二優(yōu)選方案為:所述Boost開關(guān)模塊包括第二開關(guān)管及第二二極管，所述第二開關(guān)管的源極與Boost開關(guān)模塊的輸入端、第二二極管的負極連接，所述第二開關(guān)管的漏極與第二二極管的正極一起接地。
[0007]本發(fā)明的第三優(yōu)選方案為:所述多個電感的電感值相同。
[0008]本發(fā)明的第四優(yōu)選方案為:所述電感為N個，所述N大于I;所述N個電感繞設(shè)于M個磁芯上，所述M等于N乘以N。
[0009 ]本發(fā)明的第五優(yōu)選方案為:所述M個磁芯排列呈陣列式。
[0010]本發(fā)明的第六優(yōu)選方案為:所述電感為6個。
[0011 ]基于前述方案，本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢在于:I)通過交錯并聯(lián)技術(shù)降低變換器的總輸入、總輸出電流紋波及開關(guān)管電流應(yīng)力，滿足儲能系統(tǒng)對大電流低紋波的需求。2)采用磁集成技術(shù)有效降低磁性元器件體積和重量，同時耦合電感設(shè)計有效降低變換器相電流紋波，兼顧改善暫態(tài)性能。3)六相耦合電感采用陣列式集成結(jié)構(gòu)克服了傳統(tǒng)整體磁芯集成技術(shù)難以設(shè)計多相全耦合電感的難題，陣列式集成磁件增加散熱面積，可消除傳統(tǒng)平面整體結(jié)構(gòu)集成電感局部熱點問題，降低熱損耗，消除無源損耗，提高變換器轉(zhuǎn)換效率。4)采用陣列化集成電感的DC-DC變換器及其集成磁件均具備可拓展性，可根據(jù)需求將變換器工作相數(shù)從6相擴展為任意N相。
【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步具體說明。
[0013]圖1為本發(fā)明實施例1的電路原理不意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明實施例1的電感繞設(shè)原理圖。
[0015]圖3為本發(fā)明實施例1的電感繞設(shè)示意圖。
【具體實施方式】
[0016]實施例1。
[0017]參看圖1，基于耦合電感的DC-DC變換器包括第一電容Cl、第二電容C2、主控電路、多個電感、多個Buck開關(guān)模塊、多個Boost開關(guān)模塊;前述多個電感包括第一電感L1、第二電感L2、第三電感L3、第四電感L4、第五電感L5、第六電感L6，前述六個電感的電感值相同；前述多個Buck開關(guān)模塊包括第一開關(guān)模塊、第三開關(guān)模塊、第五開關(guān)模塊、第七開關(guān)模塊、第九開關(guān)模塊、第十一開關(guān)模塊;前述多個Boos t開關(guān)模塊包括第二開關(guān)模塊、第四開關(guān)模塊、第六開關(guān)模塊、第八開關(guān)模塊、第十開關(guān)模塊、第十二開關(guān)模塊。
[0018]第一電容Cl 一端連接第一電感L1、第二電感L2、第三電感L3、第四電感L4、第五電感L5、第六電感L6的一端，第一電感L1、第二電感L2、第三電感L3、第四電感L4、第五電感L5、第六電感L6的另一端連接多個Buck開關(guān)模塊及多個Boost開關(guān)模塊的輸入端；多個Buck開關(guān)模塊輸出端與第二電容C2的一端連接，Boost開關(guān)模塊的輸出端、第一電容Cl的另一端及第二電容C2的另一端接地;主控電路，控制多個Buck開關(guān)模塊和多個Boost開關(guān)模塊導(dǎo)通或關(guān)閉；第一電感L1、第二電感L2、第三電感L3、第四電感L4、第五電感L5、第六電感L6反向耦合成一個集體電感。
[0019]Buck開關(guān)模塊包括第一開關(guān)管及第一二極管，第一開關(guān)管的漏極與第一二極管的正極、Buck開關(guān)模塊的輸入端連接，第一開關(guān)管的源極與第二電容C2的一端及第一二極管的負極連接，第一開關(guān)管柵極連接主控電路。參看圖1，在本實施例中，第一開關(guān)管有6個，分別為 ShS3^SiKSllo
[0020]Boost開關(guān)模塊包括第二開關(guān)管及第二二極管，第二開關(guān)管的源極與Boost開關(guān)模塊的輸入端、第二二極管的負極連接，第二開關(guān)管的漏極與第二二極管的正極一起接地。參看圖1，在本實施例中，第二開關(guān)管有6個，分別為S2、S4、S6、S8、SlQ、Sl2。
[0021]前述主控電路包括工作電源、電壓采樣電路、電流采樣電路、DSP、驅(qū)動板;工作電源為電壓采樣電路、電流采樣電路、DSP、驅(qū)動板提供工作電流。電壓采樣電路采集低壓側(cè)電壓VL并發(fā)送給DSP，電流采樣電路采集多個電感的通過電流(iLl、iL2、iL3、iL4、iL5、iL6)及負載側(cè)輸出電流i load并發(fā)送給DSP，DSP基于前述信號進行計算后，輸出12路PffM驅(qū)動信號，經(jīng)驅(qū)動板上的12路驅(qū)動端子(01、02、03、04、05、06、07、08、09、010、011、012)驅(qū)動31、33、35、ST'ShSn'ShShShShSKKSu，12 個驅(qū)動端子分別連接 ShShShS7JiK Sn'ShShShShSK)、Sl2的柵極。
[0022]前述輸入端、輸出端，皆為電路中的部分導(dǎo)線，未用附圖標記直接標識出來。
[0023]工作在Boost模式時，功率開關(guān)管S2、S4、S6、S8、S1Q、S12依占空比工作，為Boost主開關(guān)管；而功率開關(guān)管ShShShShSsKSn則封鎖驅(qū)動，處于關(guān)斷狀態(tài)，其反并聯(lián)二極管作為B00st續(xù)流二極管進行工作，其工作在Buck模式時，開關(guān)管導(dǎo)通關(guān)斷情況則與之相反。
[0024]參看圖2、圖3，第一電感L1、第二電感L2、第三電感L3、第四電感L4、第五電感L5、第六電感L6繞設(shè)于36個磁芯上，36個磁芯每一橫排6個、每一豎排6個，呈陣列式排布。
[0025]第一電感LI的繞組分別與第二電感L2、第三電感L3、第四電感L4、第五電感L5、第六電感L6的繞組兩兩反向耦合，第二電感L2的繞組分別與第三電感L3、第四電感L4、第五電感L5、第六電感L6、第一電感LI的繞組兩兩反向耦合，以此類推，即每相電感繞組都分別與(除本繞組外)另外5相電感繞組兩兩反向耦合，從而使得六相分立電感全部反向耦合為一個集成電感。進一步，第一電感LI與第二電感L2的互感為M12、第一電感LI與第三電感L3的互感為M13、第一電感LI與第四電感的L4的互感為M14、第一電感LI與第五電感L5的互感為M15、第一電感與第六電感的互感為M16，其中M12=M13=M14=M15=M6。
[0026]耦合電感結(jié)構(gòu)采用單元磁芯耦合陣列式多磁芯可變耦合度集成磁件，六相兩兩反向全耦合的集成電感由6*6個單元耦合小磁芯以陣列化結(jié)構(gòu)排列組成，可通過調(diào)整單磁芯耦合度就可以調(diào)節(jié)變換器相電感耦合度，以適應(yīng)不同場合下系統(tǒng)對變換器的輸出電流紋波要求與輸出暫態(tài)響應(yīng)的要求。進一步，相較于目前使用的平面集成電感的變換器，其散熱面積大大增強，可消除局部熱點和降低無源損耗，有利于熱管理，可省去散熱器，大幅提高變換器功率密度。
[0027]本發(fā)明雖以上述實施例進行詳細描述，但是本發(fā)明的保護范圍不以前述描述為準，任何基于本發(fā)明發(fā)明思想的簡單變換，皆屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于耦合電感的DC-DC變換器，其特征在于:包括第一電容及與所述第一電容一端連接的多個電感，所述多個電感的另一端連接多個Buck開關(guān)模塊及多個Boost開關(guān)模塊的輸入端；多個Buck開關(guān)模塊輸出端與第二電容的一端連接，Boost開關(guān)模塊的輸出端、第一電容的另一端及第二電容的另一端接地;還包括主控電路，用于控制所述多個Buck開關(guān)模塊和多個Boost開關(guān)模塊導(dǎo)通或關(guān)閉;所述多個電感反向耦合成一個集體電感。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于耦合電感的DC-DC變換器，其特征在于:所述Buck開關(guān)模塊包括第一開關(guān)管及第一二極管，所述第一開關(guān)管的漏極與第一二極管的正極、Buck開關(guān)模塊的輸入端連接，所述第一開關(guān)管的源極與第二電容的一端及第一二極管的負極連接，所述第一開關(guān)管的柵極連接主控電路。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于耦合電感的DC-DC變換器，其特征在于:所述Boost開關(guān)模塊包括第二開關(guān)管及第二二極管，所述第二開關(guān)管的源極與Boost開關(guān)模塊的輸入端、第二二極管的負極連接，所述第二開關(guān)管的漏極與第二二極管的正極一起接地。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于耦合電感的DC-DC變換器，其特征在于:所述多個電感的電感值相同。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于耦合電感的DC-DC變換器，其特征在于:所述電感為N個，所述N大于I;所述N個電感繞設(shè)于M個磁芯上，所述M等于N乘以N。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于耦合電感的DC-DC變換器，其特征在于:所述M個磁芯排列呈陣列式。7.根據(jù)權(quán)利要求1或4或5或6所述基于耦合電感的DC-DC變換器，其特征在于:所述電感為6個。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于耦合電感的DC-DC變換器包括第一電容C1、第二電容C2、主控電路、多個電感、多個Buck開關(guān)模塊、多個Boost開關(guān)模塊；前述多個電感包括第一電感L1、第二電感L2、第三電感L3、第四電感L4、第五電感L5、第六電感L6，前述六個電感的電感值相同且耦合為一個集成電感。采用陣列化集成電感的DC-DC變換器及其集成磁件均具備可拓展性，可根據(jù)需求將變換器工作相數(shù)從6相擴展為任意N相。
【IPC分類】H02M3/158
【公開號】CN105553268
【申請?zhí)枴緾N201610080440
【發(fā)明人】王磊, 吳龍生, 王偉海, 程武, 章日千, 吳忠強
【申請人】浙江艾羅電源有限公司
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年2月5日