自然均流、均压的高频组合直流变换器研究

随着社会经济的飞速发展，电源系统电压、电流等级显著提高，对电源系统的容量、功率密度及可靠性等提出越来越高的要求。由于高频功率半导体开关器件容量及其高频开关损耗等因素制约，使传统高频电源系统的大容量与高功率密度相互矛盾，组合变换器正是在此背景下应运而生；然而组合变换器工作过程必须考虑其构成模块的串联均压和并联均流问题，一般采用均压、均流控制环，但控制复杂性及其潜在的失控因素导致组合变换器系统可靠性降低、成本提高，已成为目前组合变换器发展的制约因素。本申请项目拟从电源模块的电路拓扑、组合方式、连接方式及控制等四个方面进行研究，探索并找到组合变换器各构成模块实现自然均压、均流的约束条件或边界条件，从而不采用均压、均流控制环及控制母线而实现组合变换器各模块自然均压和均流，提高系统可靠性和功率密度，改善系统电气性能，优化各模块的参数设计，降低成本，推进高频大功率开关电源技术发展。

随着社会经济的飞速发展，电源系统电压、电流等级显著提高，对电源系统的容量、功率密度及可靠性等要求越来越高。由于高频功率半导体开关器件容量及其高频开关损耗等因素的制约，使得传统高频电源系统的大容量与高功率密度之间相互矛盾，组合变换器正是在此背景下应运而生；然而组合变换器工作过程必须考虑其构成模块的串联均压和并联均流问题，传统方法一般采用均压和均流控制环，但其控制复杂性及其潜在的失控因素导致组合变换器系统的可靠性降低、成本提高，这已成为目前组合变换器发展的制约因素。本申请项目从电源模块的电路拓扑、组合方式、连接方式及控制等四个方面进行研究，探索并找到并－串型、并－并型、串－并型及串－串型等四类组合变换器各构成模块实现自然均压、均流的约束条件或边界条件，从而不采用均压/均流控制环及控制母线而实现组合变换器系统各构成模块的串联自然均压和并联自然均流，提高了整个组合变换器系统的可靠性和功率密度，改善了系统电气性能，优化各模块的参数设计，降低成本，推进高频大功率开关电源技术发展。针对并－串型组合直流变换器，本项目以双管正激组合直流变换器为例，分析了组合变换器实现模块并联自然均流/串联自然均压的机理与实现条件；针对串－并型组合直流变换器，本项目移相全桥电路组合变换器为例，研究分析了组合变换器实现输入串联自然均压/输出并联自然均流的机理与实现条件；针对串－串型组合直流变换器，本项目采用由串－并型组合变换器与并－串型组合变换器直接级联构成，从而实现串－串型组合变换器实现输入/输出串联自然均压；针对并－并型组合直流变换器，本项目分别以桥式变换器、反激变换器及电流源型变换器为例，研究分析了由这些模块单元构成的并－并型组合变换器实现模块并联自然均流的机理与约束条件。