當一系列開關DC-DC轉換器并聯以獲得更高的功率輸出時，工作頻率的差異會導致公共輸入總線上出現不需要的拍頻。結果是轉換器輸入部分循環(huán)的交流紋波電流意外增加。通過使用簡單的輸入濾波，可以顯著降低交流輸入紋波電流。具有較高基波開關頻率（》1 MHz）的DC-DC轉換器允許使用較小的濾波元件，適合整體空間和重量非常寶貴的系統(tǒng)。

雖然單個DC-DC轉換器通常是一種更可取的解決方案，但在許多情況下，需要兩個或多個轉換器來滿足軍用系統(tǒng)的功率容量要求。在此類應用中，可以并聯連接兩個或多個DC-DC轉換器陣列以產生所需的功率 - 并且在應用需要魯棒性，容錯或N + 1冗余電源的其他情況下，使用N + 1冗余電源來滿足容量要求。

在電源故障可能是災難性的關鍵軍事應用中，容錯電源使用N+ 1類似的轉換器來提供非常高的可靠性。通過冗余，容錯系統(tǒng)確保在轉換器發(fā)生故障時，至少比承載負載所需的最小模塊多一個模塊。

如果陣列中的DC-DC轉換器采用相同的饋電供電工作，則它們通常并置以獲得共享熱和屏蔽功能的優(yōu)勢，同時節(jié)省空間。雖然這些轉換器可能屬于同一類型，但除非所選的DC-DC轉換器允許同步，否則會發(fā)生開關頻率不匹配。

由于在相同輸入總線電壓下并聯運行的非同步DC-DC轉換器存在細微變化或不匹配，因此這些轉換器的工作頻率存在很小的差異。轉換器工作頻率的這種差異導致陣列輸入電流中存在不需要的拍頻。結果，在轉換器的輸入部分循環(huán)的交流紋波電流增加。雖然提供同步方法的轉換器確實避免了拍頻，因為沒有工作頻率不匹配，但選擇現成的轉換器的選擇受到限制，這可能導致整體系統(tǒng)效率和功率密度降低。通過實現簡單的輸入濾波器，可以輕松顯著抑制一系列非同步轉換器的輸入紋波電流以及拍頻分量，從而可以考慮非同步轉換器。

DC-DC 轉換器并聯陣列中的拍頻

為了演示這個問題以及輸入濾波的影響，讓我們來看看需要大量功率的軍用電源系統(tǒng)，例如RF發(fā)射器或微波無線電鏈路。例如，需要MIL-STD-704E電源輸出功率為2.1 kW的系統(tǒng)并聯連接八個270 W總線轉換器，以形成高功率DC-DC陣列。為簡單起見，將使用縮小版本（兩個并聯的高輸入電壓 270 W 正弦波幅總線轉換器陣列，總輸出功率為 540 W）進行測量（圖 1）。

圖 1：由兩個高輸入電壓 270 W DC-DC 轉換器組成的陣列，與隨后的輸入濾波電感器 L1 和 L2 并聯，以綠色顯示。

（單擊圖形可縮放 1.9 倍）

盡管正弦波幅度總線轉換器以固定的多MHz頻率開關，但該系列成員的器件間差異會導致陣列中的每個轉換器以略微不同的開關頻率工作。陣列中每個DC-DC轉換器的開關噪聲之間的相互作用會產生不需要的拍頻，其倍數是轉換器工作頻率之間差異的倍數。

不需要的拍頻的影響在陣列的DC-DC轉換器之間循環(huán)的紋波電流中最為明顯。開關頻率的紋波電流加起來，對轉換器的整體紋波電流包絡產生幅度調制。例如，在前面描述的并聯DC-DC轉換器陣列和圖1所示的測試設置中，一對標稱開關頻率為1.7 MHz的互連總線轉換器可能具有f1= 1700 kHz和f2 = 1702.7 kHz的實際開關頻率。兩者之間的2.7 kHz差值意味著總輸入電流對視在紋波的頻率分量要低得多。

在紋波幅度最高的時間內，所討論的兩個轉換器之間的互連布線中的銅損高于其需要：直流DC未使用循環(huán)交流紋波電流，但它仍然流過具有有限電阻的導體。高附加紋波電流也會對輸入旁路電容器施加壓力，并且系統(tǒng)噪聲可能會增加，具體取決于電路板布局。在某些情況下，這些環(huán)流會建設性地干擾足夠的振幅，從而導致轉換器本身的不可預測行為，例如，錯誤地檢測到模塊內的過流情況。

為了實際證明輸入紋波電流增加和產生低拍頻分量的問題，一對高壓270 W BCM總線轉換器作為一個簡單的并聯陣列連接，如圖2所示。對于初始測量，輸入電感L1和L2不包括在內，并且除了輸入旁路電容C1和C2之外沒有輸入濾波。由于陣列中兩個模塊的異步切換，交流輸入紋波電流頻率也不同。在公共輸入且無電感濾波的情況下，交流紋波電流混合并產生基于較低拍頻的調制幅度的紋波，如前所述。

該陣列由兩個工作在 270 VIN 和 45 VOUT 的總線轉換器構成。該轉換器型號的標稱基波工作頻率為1.7 MHz，同樣，圖1所示的濾波電感不在電路中。測量了其中一個模塊的輸入紋波電流，如圖1所示。所得到的性能的時域圖如圖2（a）所示。對于本測量中使用的總線轉換器陣列，滿載工作時的總輸入電流約為2.1 ADC。

圖 2：時域示波器圖（2a）顯示，沒有濾波電感器的紋波電流很高（峰峰值為844 mA）。圖（2b）顯示，使用濾波電感時紋波電流大幅降低（峰峰值為143 mA）。

（單擊圖形可縮放 1.9 倍）

抑制節(jié)拍

通過相當簡單的輸入濾波，可以很容易地控制陣列中非同步轉換器之間循環(huán)的不需要的交流紋波電流。輸入電感器（圖1中標記為L1和L2）用作附加輸入濾波器。在該實驗裝置中，電感為0.4 μH，并與陣列中每個總線轉換器的+In支路串聯。輸入電感器在開關頻率下增加一個轉換器的輸入級與陣列中其他轉換器之間的阻抗。在這種情況下，在總線轉換器的1.7 MHz基波開關頻率下，電感器的阻抗約為4 Ω。這種阻抗降低了系統(tǒng)中的高頻交流環(huán)流。

添加輸入電感后的性能如圖2（b）所示。

整體紋波幅度顯著減小，紋波電流包絡的較低頻率調制也相應減小。因此，使用輸入濾波電感器時，輸入紋波電流的幅度從844 mA峰峰值降至143 mA峰峰值以下。

因此，觀察到，如果在該并聯轉換器陣列的公共輸入總線上不使用濾波，則非同步DC-DC轉換器陣列輸入端的循環(huán)交流紋波電流可能會高得多。事實上，與直流輸入電流相比，交流紋波電流可能很大。然而，通過使用簡單的輸入濾波，可以顯著降低交流輸入紋波。由于本例中使用的V?IChip轉換器工作在較高的基波開關頻率（》1 MHz），因此與較低開關頻率轉換器所需的濾波元件相比，采用了具有較低損耗的較小濾波元件。這對于整體空間、重量和效率都非常寶貴的系統(tǒng)來說是有利的。

輸入濾波可抑制交流輸入紋波電流

從圖2所示的結果可以看出，輸入濾波在顯著抑制并聯開關DC-DC轉換器陣列中拍頻的影響方面發(fā)揮著重要作用。使用簡單的輸入濾波電感器可以看出，其中一個總線轉換器模塊（在兩個高輸入電壓270 W DC-DC總線轉換器的陣列中）的交流輸入紋波電流的幅度降低了80%以上。

審核編輯：郭婷