摘要：  磁集成技术在交错并联反激变换器的应用，可以减小电流纹波，降低损耗，增加效率。然而这些分析都是基于电流连续模式下进行的。变换器工作在轻载，即电流断续模式情况下，与分立磁件变换器不同，存在两个断续工作模式。本文对变换器两种断续模式进行深入分析，获得变换器输入-输出传递函数，并通过仿真及实验进行验证。

关键字：  交错并联，磁集成，电流断续模式

1 引言
交错并联变换器，可以使变换器在不增加开关频率的情况下，减小变换器输出电流纹波，减小损耗并，提高电路效率[1]-[5]。采用磁集成技术，实现绕组的耦合关系，可以使支路上的纹波进一步减小，这将大大提高了变换器的性能[6]-[8]。对于多路并联开关变换器的分析，往往基于变换器电流连续模式(CCM)情况下进行分析和设计的。对于在变换器工作在轻载下，即电流断续模式(DCM)下，采用磁件集成的开关变换器与分立磁件不同，存在两个断续工作模式(DCM1、DCM2)，如文献[9]对两路并联耦合电感的电压调节器(voltage regulator， VR)开展研究。对于磁集成隔离型开关变换器，如磁集成交错并联反激变换器可以有效的提高传统反激变换器的磁件损耗，但在轻载输出情况下，由于输出采用二极管整流，变压器激磁电感将工作在电流断续模式(discontinuous current mode， DCM)。本文加对其工作机理进行详细的分析，并通过仿真及样机进行验证。
2 变换器集成磁件的等效电感
Flyback电路实际上为Buck-Boost电路的隔离形式。将Buck-Boost电路中电感器用两并联绕圈代替，然后把电感绕圈隔离并调整变压器同名端使输出为正，即为Flyback电路，如图1所示。因此，两路并联磁集成Flyback电路可以用两路并联磁集成Buck-Boost电路来分析（Flyback电路中激磁电感可视为Buck-Boost电路中电感），如图2所示。
在匝比为1∶1的两路并联磁集成Flyback电路与两路并联磁集成Flyback电路一致，而匝比不为1的情况下，两者输入-输出关系形式相同，只相差变压器匝比。
当两路并联磁集成Buck-Boost电路工作在满载情况下，即电流连续模式(CCM)。定义电感自感为L1=L2=L，互感为M1=M2=M，耦合系数为α=M/L。流过电感的电流分别i1及i2，电感所承受的电压分别为v1及v2。Va对应左管开通时电压，Vb对应左管开通时电压。
由法拉第电磁感应定律可得：
                        (1)
对上式变形可得：

       (2)

要实现方程的解耦，只需要找到v1与v2之间的关系。由变换器拓扑可知：
Va=Vin；Vb=Vo                                                           (3)
定义：
                                         (4)                        
由Buck-Boost传输比(CCM)可得：
                                  (5)
                           (6)
根据电路的工作波形如图3所示，由(3)-(7)化简(2)式可得：

            (7)

其中：当M→0即无耦合时， Leq1→L。
3.2 电流断续模式2分析
在0时刻，第一路电感电流i1为零，而第二路电感电流i2为零。在[0-t0]期间，第一路左管导通，第二路左管关断，在此期间，i1从零线性增加至最大值，由于耦合作用，i2也线性增加。在[t0-t1]期间，第一路与第二路左管均关断，两路电感电流i1、i2均线性减小，直到i1降为零为止。在[0-t1]期间内，两路电感相互耦合，而 [t1- t2]期间，两路电感相互解耦，以其各自自感L工作。第一路电感电流i1线性减小至零，而第二路电感电流i2则保持为零。在[t2-0.5.Ts]期间，两路电感电流i1、i2均保持为零。在[0.5.Ts-Ts]期间，其工作原理与前半个周期一样，只是第一路与第二路相互交换。与DCM1模式相比，多了停止区间：两路电感电流均为零。
同样地，由图4电感电压与电容电流波形，分别由伏秒平衡及电荷平衡写出方程组得：
                                     (21)
                     (22)  
             (23)
由方程组解得：
                          (24)
电流断续模式2变换器传递函数与电流断续模式1一致。对比分立磁件变换器电流断续模式传递函数，形式一致，只是用等效耦合电感量代替分立磁件的自感量。[#page#]
4 电路仿真与实验验证
对交错并联磁集成反激变换器进行Saber仿真并设计样机进行实验验证。输入电压Uin=48V，输出电压Uo=12V，工作频率fs=100kHz。
从仿真与实验可以看出，集成磁件变换器电流断续模式存在两种模式，在一个开关周期内，第一种电感电流一次降为零，第二种电感电流两次降为零，与分析一致。
5 结论
本文通过将交错并联磁集成反激变换器等效为交错并联磁集成Buck-Boost变换器，并推导了变换器的等效电感，并在此基础上分析了变换器电流断续模式的工作机理。电流断续模式下，磁集成变换器与分立磁件变换器不同，存在两种电流断续模式，并推导了两种模式下变换器的输入、输出关系，得出这两种情况下输入、输出关系与分立磁件变换器断续模式形式上是一致的，只是用等效耦合电感量代替分立磁件的自感量。
参考文献
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作者简介
毛春风  男，1987年生，硕士研究生，研究方向为电力电子变流技术。
陈为  男，1958年生，博士，教授，博士生导师，研究方向为电力电子功率变换、高频磁技术、电磁兼容诊断与滤波器、电磁场分析与应用和电磁检测等。