原标题：并联 DC-DC 转换器的无通信交错控制

文章导读

在诸如直流微电网、光伏阵列、风力发电和快速充电系统等多种应用中，为了提高效率、减少滤波电容需求、增强可靠性和模块化程度以及提升功率等级，经常采用并联连接的直流-直流转换器 (DC-DC converters)。然而，传统的交错控制方法多依赖于通信线路来实现交错开关，这种结构对于分布式场景来说并不理想，且增加了系统的复杂性、成本，并可能影响到系统的可靠性。尤其是在需要频繁插拔或存在大量转换器的应用场合，通信线路的存在会带来单点故障的风险。来自中山大学物理学院以及中山大学深圳校区智能系统工程学院的研究团队在 Electronics 期刊发表了文章，提出了无需通信线的交错控制新方法，通过理论分析、仿真及实验验证，作者证明了所提方法能够有效地维持并联系统在负载阶跃变化和转换器动态接入退出时的交错工作状态。

并联系统图以及控制原理图

研究过程与结果

本文集中于开发并验证一种无通信需求的交错控制方法，应用于并联连接的直流-直流转换器系统。研究团队针对现有的基于通信的交错控制策略存在的局限性 (如对通信带宽、ADC 通道数、PWM 通道数以及计算资源的需求，以及在大量转换器应用时难以扩展等) 和潜在单点故障问题，提出了一个全新的独立控制器方案。

实验原型照片

该方案的主要特点包括：(1) 不需要通信线路：每个控制器仅依赖本地反馈信息 (即输出电流和总线电压)，独立执行相位偏移控制。(2) 与电流共享控制兼容：通过调整 PWM 频率实现相位偏移，不影响诸如 droop 控制之类的电流分配机制。(3) 兼容非均匀转换器参数：能够适应不同输入电压、滤波器参数及控制器时钟等条件各异的转换器。(4) 支持即插即用功能：由于采用去中心化设计，允许转换器无需通知其他转换器即可自由接入或断开电源母线。

在控制实施方面，此创新方法简化了实现过程，不需要额外模型、预计算查找表或复杂的优化算法，并且降低了采样率要求，只需四倍于开关频率的固定采样率即可。此外，该方法还具有消除基波和谐波的能力，特别是对于更高阶的谐波，只需提高采样率就能实现。

研究过程包括理论分析部分，详细描述了系统的结构和工作原理，利用矢量图解法分析了总线上电流和电压纹波的第一谐波，并以此为依据设计了控制器输入表达式。实际应用中，通过将控制器输出与逆变后的总线电压相位差作为控制信号，调节各转换器的输出电流相位，从而达到减小总电流纹波的目的。

实验结果验证了该无通信交错控制方法的有效性，在面对负载阶跃变化以及转换器动态接入或退出的情况下，能够保持并联系统中的交错状态，并成功地减少了总线上的电流纹波。此外，研究还探讨了如何处理更多转换器并联时出现的高次谐波问题，提出建立基于第二谐波的控制器，并将其输出与第一谐波控制器的输出加权平均，以优先消除占主导地位的第一谐波纹波，同时确保在必要时第二谐波控制器也能发挥效用。

总之，这项研究不仅展示了去除通信依赖的交错控制技术，而且证明了其在简化系统复杂性、降低成本、增强可靠性和提升性能方面的优势。

研究总结

本研究提出了一种无需通信线的并联 DC-DC 转换器交错控制方法，旨在克服传统基于通信的方法在分布式应用中的局限性。该方法利用每个转换器本地反馈的输出电流和总线电压信息，独立执行相位偏移控制，以实现无通信条件下的交错操作，并且确保了与电流共享控制策略兼容，适应具有不同参数设置的转换器接入系统，支持即插即用功能。此外，研究还探讨了在更多转换器并联时如何处理高次谐波问题，提出了使用类似控制逻辑针对第二谐波进行优化，并将第一谐波控制器和第二谐波控制器的输出结合，优先消除主导的第一谐波，同时兼顾对较高阶谐波的抑制。综上所述，这项研究不仅为并联 DC-DC 转换器的交错控制提供了一种简化、可靠且易于实施的新方法，而且解决了实际应用中因依赖通信而带来的成本增加、复杂性增大以及潜在故障点的问题，有助于提高直流微电网等应用场景中的效率和性能。

原文出自 Electronics 期刊

Yang, H.; Fu, Q.; Wang, B.; Chen, Y.; Su, Y. Communication-Free Interleaving Control of Parallel-Connected DC-DC Converters. Electronics 2023, 12, 2111. 10.3390/electronics12092111

主编：Flavio Canavero, Politecnico di Torino, Italy

期刊涵盖的研究包括但不限于以下领域：电子材料、微电子学、光电子学、工业电子、电力电子、生物电子、微波和无线通信、计算机科学与工程、系统与控制工程、电路和信号处理、半导体器件、人工智能、电动和自动驾驶汽车、量子电子等。期刊致力于快速发表与广泛电子领域相关的、最新的技术突破以及前沿发展。

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