高壓直流服務(wù)器電源的高效率DC-DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制策略研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的進(jìn)步，尤其是移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的爆炸式發(fā)展，現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的規(guī)模迅速膨脹，數(shù)據(jù)中心的單位面積能耗迅速增加，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心原有的單相220V交流母線的供電方式無(wú)法滿足功率和能效的要求。通過(guò)采用高壓直流供電架構(gòu)并直接將給服務(wù)器供電的DC/DC電源集成化嵌入到主板上，能夠大幅提高服務(wù)器系統(tǒng)的功率密度和供電效率。實(shí)現(xiàn)集成化的模塊電源需要高效率高功率密度的直流母線變流器?，F(xiàn)有的輸出調(diào)整的PWM型變流器能夠在寬輸入范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)輸出

2、電壓調(diào)整，卻難以兼顧高功率密度和高轉(zhuǎn)換效率;輸出不控型母線變流器由于其占空比和工作頻率固定，始終工作在器件的最佳點(diǎn)，具備高功率密度和高效率的特性，但是無(wú)法滿足輸出電壓緊調(diào)整的要求。通過(guò)額外增加級(jí)聯(lián)DC-DC的方式可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓調(diào)整功能，但是兩級(jí)級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)造成整體效率和功率密度的下降。為了提高母線變流器模塊的效率，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)高功率密度和輸出緊調(diào)整的功能，本文針對(duì)適用于大功率DC/DC應(yīng)用的移相全橋軟開(kāi)關(guān)PWM拓?fù)浜蚅LC諧振型拓?fù)浼捌淇刂?/p>

3、策略進(jìn)行了深入研究和探討，主要包含以下內(nèi)容:
　　移相全橋拓?fù)溆捎谄浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開(kāi)關(guān)管零電壓開(kāi)通易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)在服務(wù)器電源等場(chǎng)合得到了廣泛應(yīng)用。本文提出了一種針對(duì)PWM拓?fù)涞男滦痛⒙?lián)自調(diào)整混合整流單元，并基于該單元構(gòu)建了一種串并聯(lián)自調(diào)整倍流整流結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于兩相交錯(cuò)并聯(lián)的移相全橋拓?fù)?。新型整流拓?fù)涓边呑儔浩骼@組的連接狀態(tài)可以根據(jù)電路的占空比大小自動(dòng)進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)調(diào)整。該拓?fù)溆行У亟档土苏髌骷碾妷簯?yīng)力，有利于同步整流技術(shù)的應(yīng)用，降

4、低導(dǎo)通損耗，大幅提高效率;而且在全工作范圍內(nèi)減小了總輸出電流紋波，使得在相同紋波要求下濾波器的體積得以減小，進(jìn)一步降低電感的損耗，提高效率。
　　為了進(jìn)一步提高電路的功率密度，需要提高開(kāi)關(guān)頻率以減小無(wú)源元件體積。相比于移相全橋拓?fù)?，諧振拓?fù)涞母边呎髌骷材軌驅(qū)崿F(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，更適合高頻率大電流場(chǎng)合。本文針對(duì)現(xiàn)有高頻諧振電路兩級(jí)級(jí)聯(lián)方案效率不高的問(wèn)題，提出了一種串聯(lián)可控電壓源實(shí)現(xiàn)部分能量調(diào)整的可調(diào)直流變壓器（Regulated DC T

5、ransformer，RDCT）拓?fù)湟蕴岣哒w轉(zhuǎn)換效率。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過(guò)調(diào)節(jié)串聯(lián)的可控電壓源的電壓實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)整，大大簡(jiǎn)化了變流器的原邊開(kāi)關(guān)管和副邊同步整流的驅(qū)動(dòng)控制;并且由于絕大部分能量通過(guò)單級(jí)的高效直流變壓器直接轉(zhuǎn)換，僅有極少部分能量通過(guò)可控電壓源的兩級(jí)轉(zhuǎn)換，所以該拓?fù)淠茉趯?shí)現(xiàn)輸出電壓調(diào)整的同時(shí)保證很高的電路轉(zhuǎn)換效率。此外，本文還針對(duì)半橋RDCT拓?fù)涓哳l下的軟啟動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出了一種限流加調(diào)頻啟動(dòng)的混合控制策略，實(shí)現(xiàn)了額定工

6、作電壓下的高頻直接啟動(dòng)功能，解決了啟動(dòng)時(shí)諧振腔的電流過(guò)沖問(wèn)題。
　　由于諧振型拓?fù)涞妮敵鲭娏骷y波較大，通過(guò)諧振拓?fù)涞亩嘞嘟诲e(cuò)并聯(lián)不僅可以減小輸出電流紋波，還能優(yōu)化功率的分配，實(shí)現(xiàn)熱量均勻分布，提高可靠性。對(duì)于變頻控制的諧振變流器，實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)并聯(lián)必須同步開(kāi)關(guān)頻率，但是諧振參數(shù)的離散性導(dǎo)致的穩(wěn)態(tài)增益誤差需要通過(guò)各相之間不同的開(kāi)關(guān)頻率來(lái)彌補(bǔ)，這就是諧振變流器多相交錯(cuò)并聯(lián)時(shí)不可調(diào)和的矛盾。本文針對(duì)現(xiàn)有諧振拓?fù)浣诲e(cuò)均流方案的局限，提出了一種基