新型模组化高频DC/DC拓扑及其并联控制方法研究

A novel combined converer with high frequency high efficiency DCX and PWM dc-dc converter is proposed in this application. Therefore, the characteristics of DCX with high efficeincy and PWM converter with simple control are both included. In order to be ready for dendity and efficiency challeng of built-in power supply of server for data center, a high frequency high efficiency with tight regulation ability is proposed by combining the resonant DCX and PWM converter. The issues of high frequency control for resonant conerter and low efficiency of high frequency PWM converter are overcomed. With the proposd converter, the interleaving technology can be used in the resonant converter directly without additional control. And, the size of the filter can be reduced with the increaes of the density. The current sharing control strategy can be implemented with the proposed converter, and the reliability can be improved by the redundacy capability of the proposed converter.

本项目提出了一种将高频高效率的DCX变流器与PWM型DC-DC变流器组合的方法，融合了DCX拓扑的高效率和PWM拓扑的控制简单两大优点，并针对高压直流供电嵌入式服务器电源的高效率高功率密度的挑战，构建了谐振DCX与PWM 型DC-DC组合的紧调整高效率变流器，解决了谐振变流器高频控制困难和PWM变流器高频工作效率低的问题，同时实现了高频高效率与输出紧调整,使之具有了模组化并联冗余的功能；并提出了通过多相交错并联的方法降低滤波器尺寸，进一步提高功率密度,满足高效率高密度要求的服务器电源模块的要求。通过新型的模块均流控制策略，使模块具有了冗余备份的能力，提高了系统的可靠性。

随着信息技术的不断飞速发展，服务器电源、通信电源对电源模块的效率以及功率密度提出了越来越高的要求。在开关频率达到MHz等级时，传统的单级电路结构无法满足输出电压调节功能，两级结构由于所有能量依次经过两级变换而总效率和功率密度偏低。. 针对上述问题，本项目首先先提出了一种PWM调制的输出侧并联RDCX变换器。该变换器定频工作，拥有良好的电压调节紧调整能力。同时，该变换器仅小部分能量通过两次变换，绝大部分能量直接传输给负载。因此相较两级结构具有更高的效率和功率密度。在相同的380V-12V的应用场合中，其峰值效率为97.1%，相较传统的两级变换器，效率提升了近2%。. 为了进一步提高变换器的效率，对磁芯的绕组排布进行了优化设计。本项目对变换器绕组的不同排布方式进行了深入研究，解释了不同绕组排布所造成损耗不同的原因，并提出了一种优化的排布设计，优化了变压器的绕组损耗。使变压器绕组的总交流系数从2.17下降为1.22，绕组损耗下降近40%。. 由于基于LLC的RDCX电路启动存在和LLC电路启动相同的问题。在研究LLC电路的不同启动方法之后，本项目提出了一种适用于MHz开关频率的RDCX电路的软启动方法。兼顾了控制的可行性，同时也减小了原边开关管在启动时的关断损耗，进一步保证了启动的安全。. 在工业应用中，为了增大输出电流以及保障系统安全，通常需要对多个电源模块进行输出并联。对于上述的PWM调制输出侧并联的RDCX混合电路，提出了一种均流控制方法。在保证了电路的均流的同时，优化了采样方式，减小了采样电阻造成的损耗。. 更进一步的，基于该部分功率调节的思路，提出了一种直流输入侧串联的RDCX混合拓扑。该电路不但在开关频率MHz时实现输出电压的紧调整，同时并没有引入额外的辅助变压器，其功率密度有了进一步的提高。同时，搭建了一台用于48V母线到12V输出的原理样机，其峰值效率达到了97.3%。