多相电压调理模块的矩阵化多自由度耦合磁件

应用于多相电压调理单元(VRM)集成电感的合理设计影响和决定着其稳态和暂态性能,优化电感耦合度可同步改善VRM的稳态输出纹波和动态输出响应。通过建立电路方程推演出多相VRM耦合电感的等效稳态与暂态电感,获得多相VRM集成电感耦合度的设计准则。提出一种基于模块化耦合电感概念、可多自由度组合、可变耦合度的矩阵化耦合磁件。分析电感可消除直流偏磁原理,推演出阵列化耦合磁件的单元拓扑集成原理及其耦合结构多自由度组合演化规格,并推导单元耦合电感匝比、磁阻比荷电感耦合系数的关系曲线,实现集成电感可变耦合度设计。设计四相阵列式耦合磁件并应用于VRM进行测试,实验结果验证了阵列式耦合磁件设计准则的正确性及实用性。     

分相耦合平面阵列式集成电感四相VRM研究

为了提高VRM的输出动态响应和降低稳态纹波,利用多副磁芯组合,提出了一种应用于四相VRM的分相耦合阵列式集成电感.在不考虑漏磁通影响的情况下,分析了分相耦合阵列式集成电感参数对VRM性能的影响,建立了磁件的等效电路.给出了分相耦合阵列式集成电感的平面化结构,对其进行了电磁场有限元分析.对分相耦合阵列式集成电感与分立电感进行了电路仿真分析比较.仿真结果验证了理论分析的正确性;实验结果表明使用相耦合阵列式集成电感的四相VRM动态效果较好.     

应用于多通道VRM的耦合电感研究

本文回顾了现有耦合电感在多通道电压调整模块VRM中的应用,提出了新型多通道VRM耦合电感的实现方案,即采用平衡绕组实现通道之间电感的耦合,提高了VRM的动态响应。建立了通用的多通道耦合电感数学模型,分析了耦合系数和并联通道数对稳态电感和动态电感的影响,仿真验证了理论分析的正确性,实验证明了方案的可行性和优越性     

应用于多相电压调节器的单元耦合与矩阵组合的阵列式集成电感

集成电感对多相电压调节模块(VRM)稳态和动态特性有重要影响,合理的耦合度可以提高VRM的输出动态响应,并能够降低每一通道的稳态纹波。提出一种利用小电感单元进行矩阵组合的阵列式集成电感,分析电感集成原理,给出阵列式集成电感的单元位置拓扑和单元组合结构拓扑,并分析自感互感单元匝比和磁阻比与电感耦合度的关系。通过电路方程推导了多相VRM耦合电感的等效稳态与暂态电感,获得多相VRM集成电感耦合度的设计准则。耦合度范围对比表明,所提出的阵列式集成电感的集成耦合度与设计准则完全一致。利用设计准则设计四相阵列式集成电感,实验样机测试结果验证了设计准则的正确性。将实验样机应用于四相VRM,实验结果表明应用阵列式集成电感的VRM具有良好的稳态和动态特性,证明了所提出的阵列式集成电感具有实用性。     

一种新型单元耦合阵列化可变耦合度集成磁件的研究及应用

集成电感的研究对开关变换器实现小型化、轻量化具有重要意义,而且对变换器稳态和动态特性有显著改善,传统整体磁芯集成磁件存在设计复杂、成本较高、局部温升较高导致变换器损耗增加和效率降低等不足,该文通过对传统整体磁件进行等体分割,分析其磁路等效原理,提出一种单元耦合结构阵列式。分析了电感集成原理,给出了阵列式集成电感的单元位置拓扑和单元组合结构拓扑,并分析给出了自感互感单元匝比和磁阻比与电感耦合度的关系。通过耦合度范围对比,所提出的阵列式集成电感的集成耦合度与设计准则完全一致。建立了集成磁件仿真模型,仿真结果表明采用阵列式磁芯结构的集成耦合电感的两相电压调理模块(voltage regulating module,VRM)相比传统集成耦合电感具有更好的稳态特性和动态特性。设计耦合电感实验样机分别应用于两相交错并联双向DC-DC变换器和四相VRM,实验结果和仿真一致,证明了所提出的阵列式集成电感不仅具有实用性,而且比传统整体磁芯结构耦合电感具有更好的特性。     

阵列式集成电感四相VRM的研究

为了提高VRM的输出动态响应和降低稳态纹波,提出了一种用于四相vRM的阵列式集成电感.在不考虑漏磁通影响的情况下,分析阵列式集成电感参数对VRM性能的影响;建立了磁件的等效电路,对阵列式集成电感与分立电感四相VRM进行电路仿真比较,仿真结果验证了理论分析的正确性.试验结果表明阵列式集成电感四相VRM动态响应性能较好.     

阵列式集成电感在四相电压调整模块中的研究

为了提高VRM的输出动态响应和降低稳态纹波,利用多副磁芯组合,提出了一种应用于四相VRM的阵列式集成电感。在不考虑漏磁通影响的情况下,分析阵列式集成电感参数对VRM性能的影响;建立了磁件的等效电路,对阵列式集成电感与分立电感进行了电路仿真分析比较,仿真和试验结果验证了理论分析的正确性。     

三相电压调整模块中“EΠ”形耦合电感的建模与设计

为适应新一代微处理器低压、大电流和快速暂态响应的功率需求,提出一种用于三相电压调整模块(VRM)的"EΠ"形耦合电感结构,通过分析耦合电感的磁通分布,建立了磁路模型及包括气隙边缘磁阻和绕组外面空气磁阻的改进磁路模型,采用空间切割的方法得出空气磁阻的计算公式,从而得出自感、漏感和互感的计算公式,给出耦合电感的设计方法,并通过电感值的三维有限元仿真和实验验证了所提"EΠ"形耦合电感结构的有效性及其磁路模型和设计方法的正确性。     

交错并联BDC中耦合电感的优化设计

以三通道Buck+Boost交错并联磁集成双向DC/DC变换器(BDC)为例,分析了三相电感全部进行反向耦合且占空比在0～1的范围内变化时,变换器在Buck模式下的工作模态及其等效电感,进而推导出稳态电流纹波、暂态电流响应速度与占空比和电感耦合系数之间的关系.最后,得出耦合电感的优化设计方法.通过实验和仿真验证了电感优化设计理论的正确性.     

交错并联双向DC/DC变换器Buck模式下的耦合电感设计规则

针对目前交错并联双向DC/DC变换器中耦合电感设计规范不全面这一问题,以三相交错并联双向DC/DC变换器为例,在Buck模式下占空比在1/3~2/3范围内,研究变换器采用分立电感和耦合电感,对稳态电流纹波及暂态电流的响应速度的影响。通过对比,证明采用耦合电感具有减小稳态相电流纹波或者增大暂态总输出电流响应速度的作用,且占空比越接近1/3和2/3,耦合越强,效果越明显。给出一个耦合电感的设计规则,在这一规则下选择电感的耦合系数,既能减小变换器的稳态相电流纹波,又能提高暂态总输出电流响应速度。最后,通过实验证明了耦合电感具有提高暂态总输出电流响应速度和减小稳态相电流纹波的作用,从而证明了设计规范的正确性。     

应用于四相电压调整模块的阵列式集成磁件

为了提高电压调整模块(VRM)的输出动态响应速度并降低其稳态电流纹波,利用多副磁心组合的方法,提出了一种应用于四相VRM的阵列式集成磁件。在不考虑漏磁通影响的情况下,分析了阵列式集成磁件参数对VRM性能的影响,建立了阵列式集成磁件的等效电路模型,并对磁件的平面化结构进行了电磁场有限元分析;在考虑漏磁通影响的情况下,对等效电路进行了修正;在稳态等效电感和动态等效电感相同的条件下,对阵列式集成磁件和分立磁件的等效电路进行了比较,并进行了电路仿真、实验。仿真结果验证了理论分析的正确性,实验结果表明使用阵列式集成磁件的四相VRM动态效果较好。     

一种混合式自适应电压定位控制策略及12V电压调节模块拓扑

随着开关频率和输入电压的不断上升,使得按照临界电感法设计的VRM效率受到很大的约束,通过增大电感值可以减小电流纹波以抑制由此引起的损耗,但是却会影响VRM的瞬态响应。本文提出了一种基于大电感的混合式AVP控制方法及VRM拓扑,通过增大电感提高稳态效率,同时采用了简单的混合式AVP控制使瞬态响应不受占空比饱和的影响。基于所提出的控制方式及拓扑和基于传统的临界电感量,设计制作了两台12V-1.6V/20A的样机并进行比较,试验波形和效率测试结果证明了该控制方法及拓扑在不影响瞬态响应性能的前提下,可大大提高VRM的效率。     

三相交错并联VRM的状态反馈线性化控制

以三相非隔离式交错并联VRM为研究对象,应用微分几何理论实现三相VRM的非线性解耦控制.首先在统一的开关脉冲函数下,建立三输入三输出仿射非线性模型;基于微分几何理论得到三相VRM的状态反馈线性化解耦控制规律;最后给出了仿真对比实验,结果表明基于状态反馈线性化控制的交错并联VRM有良好的动态品质和稳态特性.     

平面VRM新型阵列结构高频磁集成研究

高频磁集成电压调理模块(VRM)的集成电感直接影响其稳态特征、效率和输出特性。以改善变换器高频特性、消除直流偏磁和对称化为研究目标,提出一种基于单元耦合磁芯及其柔性组合概念的新型矩阵式对称化高频集成电感。通过逆向推演拓扑复用原理,等效切割传统耦合电感磁芯及绕组,采用物理磁场和电气场、路相结合并融合磁路-电路等效对偶变换模型的多尺度分析方法,探究集成磁件可消除直流偏磁、可自由调节耦合度、可任意拓展集成相数的机理,推导出集成磁件高频对称化设计准则。最后设计两相和四相样机进行实验,证明该矩阵结构集成电感理论分析的正确性和应用于高频VRM的输出特性优势。     

基于耦合电感的交错Boost变换器性能优化

该文围绕交错Boost变换器稳态和动态性能综合优化这一问题展开研究。通过采用反向耦合电感代替传统分立电感,利用其在一个开关周期的不同时间段内具有不同的等效电感这一优势,可以同时实现对变换器稳态和动态性能的优化。在高频工作条件下,采用反向耦合电感可以进一步减小功率电感损耗,提升变换器效率。该文以两路交错Boost变换器为例,首先对耦合电感的等效电感进行理论推导;然后对变换器的稳态和动态性能进行理论分析,指出反向耦合电感在改善变换器稳态和动态性能方面的优势;最后结合GaN功率开关器件,搭建一台开关频率为500kHz,额定功率为500W的实验样机,并与采用分立电感的交错Boost变换器进行实验对比。结果证明,采用耦合电感可以提升变换器稳态和动态性能,验证了该文理论分析的正确性。     

基于改进平均电流控制的交错型磁耦合DC-DC变换器研究

以多相交错型DC-DC变换器为研究对象,首先对变换器主电感进行磁集成研究,通过归一化等效电感分析,给出多相磁耦合电感设计准则。采用小信号对变换器Buck模式进行建模,推演出状态变量到控制变量的传递函数。然后依据三相磁耦合变换器的开环特性,并结合平均电流控制的不足,设计出对应补偿网络,提出补偿电流环的改进平均电流控制策略。最后通过仿真和实验,证明了所提出的新型控制策略,较之传统控制方式,可优化系统稳态及暂态特性。同时,磁耦合电感设计还改善了相电流纹波,提高了变换器暂态电流响应速度。     

交错并联磁集成双向DC/DC变换器的设计准则

双向DC/DC变换器中大功率储能电感的设计是一件困难而具有挑战性的工作,提出研究双向DC/DC变换器的交错并联磁集成理论以克服这一困难。将三相Buck+Boost双向DC/DC变换器的所有相电感集成为一个耦合电感,对磁集成后变换器运行在Buck模式下的稳态电流纹波和暂态响应速度进行深入研究,给出三相Buck+Boost交错并联磁集成双向DC/DC变换器运行在Buck模式下的设计准则,即在设计这种变换器时,应根据占空比的大小及稳态相电流纹波和暂态总输出电流响应速度的技术要求,利用该文所给出的设计公式和设计区域选择磁集成耦合电感的反向耦合系数。仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

交错并联磁耦合双向直流变换器中多相耦合电感的设计准则

四相并列式排布的非对称耦合电感因其结构特点,运行于磁耦合交错并联双向直流变换器的输出结果与对称耦合电感有所不同。通过分析四相非对称耦合电感应用于磁集成交错并联双向直流变换器的工作模态,研究了对称度、占空比以及耦合系数的变化对变换器稳态性能和暂态性能的影响,给出了四相非对称耦合电感的设计准则,即在对此类非对称耦合电感进行设计时,利用给出的设计公式确定参数的选择区域,进而进行相关参数的选取。最终,通过对此类结构的耦合电感进行设计与实验,验证了理论分析的正确性。     

耦合电感式开关准Z源双向直流变换器

针对电动汽车的多源系统应用背景,本文提出一种应用于超级电容的耦合电感式开关准Z源双向直流变换器.在传统的开关准Z源拓扑基础上,通过将开关准Z源网络中的电感进行耦合,从而减小所需的总电感量与磁芯体积,进一步提高变换器的功率密度.本文对电感耦合后的开关准Z源变换器进行了运行原理及稳态分析,对所提电感耦合方案进行了理论分析与参数设计,并与分离式电感进行了比较,最后通过样机实验验证了理论分析的正确性.     

三相隔离式全桥升压PFC的启动方案设计

针对具有反激辅助电路的三相隔离式全桥升压功率因数校正PFC（power factor correction）变换器的启动问题,设计了一种新颖的启动方案。将PFC交流侧升压电感用耦合反激电感取代,在启动状态下,PFC转换器以反激模式工作,输出滤波电容器的充电借助反激电感来实现。分析了PFC在稳态和启动状态下的工作原理,并在此基础上设计了关键参数。利用1.7 kW带反激辅助电路的三相隔离式全桥升压PFC变换器实验平台对所设计的启动方案进行了测试,实验结果表明,启动方案能快速地实现PFC启动并达到稳态运行,同时也不影响PFC稳态工作。