一种具有占空比偏置的Buck-Boost变换器控制方法技术

一种具有占空比偏置的Buck‑Boost变换器控制方法，属于电力电子技术领域。该方法针对双管Buck‑Boost变换器，通过控制器输出的占空比控制信号d中分别加上和减去一个相同的偏置量c，并将所获得的实际占空比信号d1＝d+c用于Buck管的驱动，将d2＝d‑c用于Boost管的驱动，将用于调制d1和d2的载波信号错开180°相位，可以实现Buck‑Boost变换器的单模式运行及其电感电流高频纹波和平均电流的平衡。本发明专利技术提出了在特定的输入电压变化范围内占空比偏置c的设置方法，以保证Buck‑Boost变换器的双管均可工作在占空比不出现饱和的线性调节范围，可以保证Buck‑Boost变换器在运行范围内具有良好的控制性能。

【技术实现步骤摘要】
一种具有占空比偏置的Buck-Boost变换器控制方法
本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种具有占空比偏置的Buck-Boost变换器控制方法。
技术介绍
双管Buck-Boost变换器具有输入输出电压同极性和升降压特性，适用作宽输入电压的两级式变换器的前级直流变换。从控制模式上讲，主要有两种：一种是双模式工作模式，即根据输入直流电压的大小，Buck-Boost变换器可以分别运行在Buck模式(降压模式)和Boost模式(升压模式)，两种模式之间存在如何实现平滑切换的问题；另一种工作模式是单模式工作模式，即将具有双管的Buck-Boost变换器进行统一建模，采用统一的占空比进行控制(并且两管的驱动信号可以同步也可存在一定的相位差)。但是这种工作模式或者存在电感电流纹波相对较大，或者存在电感电流平均值较高的问题。本专利技术所提的控制策略在一定程度上可以改善上述存在的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有占空比偏置的Buck-Boost变换器控制方法。提出一种具有占空比偏置的Buck-Boost变换器控制方法，以及保证Buck-Boost变换器的双管均可工作在占空比不出现饱和的线性调节范围内的占空比偏置设置方法。本专利技术的目的是这样实现的：一种具有占空比偏置的Buck-Boost变换器的主电路前端直流电源的电压为vin，直流电源输出电流为iin，并联在直流电源两端的电容C1用于稳定直流电源的输出。电容C1与直流电源正极连接的一端连接开关管S1，称为Buck管，Buck管的另一端连接二极管D1的阴极，即附图1所标注的A点。D1的另一端连接直流电源的负极。A点再与电感L的一端连接，电感L的另一端，即附图1所标注的B点，连接开关管S2，称为Boost管，Boost管的另一端连接直流电源的负极。B点又连接了二极管D2的阳极，D2的阴极连接电容C2的一端，C2的另一端连接直流电源的负极。电容C2即为Buck-Boost变换器的输出滤波电容。一种具有占空比偏置的Buck-Boost变换器控制方法为：(1)根据输入侧直流电源电压变化的范围和期望的输出电压值，确定占空比偏置信号c。(2)在控制系统中产生两列相位互差180°的锯齿载波CW1和CW2。其中，锯齿载波CW1和CW2互差180°是为了构成对S1和S2的交错调制，以减小电感电流的高频纹波。(3)根据电压传感器检测到的输出电压，计算电压控制偏差，并送入电压控制器Gv进行运算，得到控制信号d。(4)对控制信号d施加正偏置c得到d1＝d+c。对控制信号d施加负偏置c得到d2＝d-c。对d施加正偏置c得到d1＝d+c并用于S1管的控制，是为了尽量抬高二极管D1端电压的平均值(该电压即为其后端虚线框所标注等效Boost变换器的输入电压)。同等负载功率条件下，该电压越高则电感电流平均值越小。(5)利用两列相位互差180°的锯齿载波CW1和CW2分别对d1和d2进行调制，得到分别驱动开关管S1和S2的脉冲信号。(6)若没有达到期望的控制效果，则返回(1)—(5)中相应的设计步骤，直到获得满意的实际结果。所述的一种具有占空比偏置的Buck-Boost变换器控制方法步骤(1)中确定占空比偏置信号c的过程如下所述：在Buck-Boost变换器的主电路中电感L的电流iL连续的情况下有其中，d1为S1管的占空比，d2为S2管的占空比。定义：其中，d为控制器输出的信号，c为需要确定的占空比偏置信号。根据式(2)有d1-d2＝2c＝c2(3)由(1)和(2)可得到假设在实际应用中需对开关管的占空比进行限制，如下所示：则根据(4)和(5)可得到又根据输入电压vin的变化范围可得其中vinmax和vinmin分别为vin的最大值和最小值。综合(6)和(7)可以得到至此，根据(8)可确定占空比偏置信号c的范围为本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术通过在Buck-Boost变换器控制器输出的占空比控制信号d中分别加上和减去一个相同的偏置量c，并将所获得的实际占空比信号d1＝d+c用于Buck管的驱动，将d2＝d-c用于Boost管的驱动，并且占空比信号d1和d2错开180°相位。如此可以实现Buck-Boost变换器的单模式运行及其电感电流高频纹波和平均电流的平衡；(2)本专利技术提出了在特定的输入电压变化范围内占空比偏置c的设置方法，可以保证Buck-Boost变换器的双管均可工作在占空比不出现饱和的线性调节范围内，由于避免了Buck-Boost变换器中开关管可能出现的饱和，因此可以保证Buck-Boost变换器在运行范围内具有良好的控制性能。附图说明图1为一种具有占空比偏置的Buck-Boost变换器控制方法的执行流程图；图2为一种具有占空比偏置的Buck-Boost变换器的主电路示意图；图3为一种具有占空比偏置的Buck-Boost变换器两个开关管占空比的控制方法示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明：本专利技术提供的是一种通过施加占空比偏置实现Buck-Boost变换器单模式运行，并且实现其电感电流高频纹波和平均电流平衡的控制策略与设计方法。该方法针对双管Buck-Boost变换器，通过控制器输出的占空比控制信号(d)中分别加上和减去一个相同的偏置量(c)，并将所获得的实际占空比信号(d1＝d+c)用于Buck管的驱动，将(d2＝d-c)用于Boost管的驱动。并且将用于调制d1和d2的载波信号错开180°相位。本专利提出了在特定的输入电压变化范围内占空比偏置c的设计方法，以保证Buck-Boost变换器的双管均可工作在占空比不出现饱和的线性调节范围。一种具有占空比偏置的Buck-Boost变换器控制策略与设计方法：(1)通过在Buck-Boost变换器控制器输出的占空比控制信号(d)中分别加上和减去一个相同的偏置量(c)，并将所获得的实际占空比信号(d1＝d+c)用于Buck管的驱动，将(d2＝d-c)用于Boost管的驱动。并且占空比信号d1和d2错开180°相位。如此可以实现Buck-Boost变换器的单模式运行，并且其电感电流高频纹波和平均电流的平衡。(2)本专利提出了在特定的输入电压变化范围内占空比偏置c的设计方法，可以保证Buck-Boost变换器的双管均可工作在占空比不出现饱和的线性调节范围内，由于避免了Buck-Boost变换器中开关管可能出现的饱和，因此可以保证Buck-Boost变换器在运行范围内的控制性能。附图1中为专利所述的Buck-Boost变换器的主电路。其前端直流电源的电压为vin，直流电源输出电流为iin，并联在直流电源两端的电容C1用于稳定直流电源的输出。电容C1与直流电源正极连接的一端连接开关管S1，称为Buck管，Buck管的另一端连接二极管D1的阴极，如附图1所标注的A点。D1的另一端连接直流电源的负极。A点再与电感L的一端连接，电感L的另一端，即附图1中的B点，连接开关管S2，称为Boost管，Boost管的另一端连接直流电源的负极。B点又连接了二极管D2的阳极，D2的阴极连接电容C2的一端，C2的另一端连接直流电源的负极。电容C2即为Buck-Boost变换器的输出滤波电容。附图2为专利所述Buck-Boost本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有占空比偏置的Buck‑Boost变换器控制方法，其特征在于，包括：(1.1)根据Buck‑Boost变换器的主电路前端输入侧直流电源的电压vin变化的范围和期望的输出电压值vo，确定占空比偏置信号c；(1.2)在控制系统中产生两列相位互差180°的第一锯齿载波CW1和第二锯齿载波CW2；(1.3)根据电压传感器检测到的输出电压，计算输出电压与实际电压的差值即为电压控制偏差，并将电压控制偏差送入电压控制器Gv进行运算，得到控制信号d；(1.4)对控制信号d施加正偏置c得到d1＝d+c；对控制信号d施加负偏置c得到d2＝d‑c；(1.5)利用第一锯齿载波CW1对d1进行调制，得到驱动开关管S1的脉冲信号；利用第二锯齿载波CW2对d2进行调制，得到驱动开关管S2的脉冲信号；(1.6)若没有达到期望的控制效果，则返回(1.1)‑(1.5)相应的步骤，直到获得满意的实际结果。

【技术特征摘要】
1.一种具有占空比偏置的Buck-Boost变换器控制方法，其特征在于，包括：(1.1)根据Buck-Boost变换器的主电路前端输入侧直流电源的电压vin变化的范围和期望的输出电压值vo，确定占空比偏置信号c；(1.2)在控制系统中产生两列相位互差180°的第一锯齿载波CW1和第二锯齿载波CW2；(1.3)根据电压传感器检测到的输出电压，计算输出电压与实际电压的差值即为电压控制偏差，并将电压控制偏差送入电压控制器Gv进行运算，得到控制信号d；(1.4)对控制信号d施加正偏置c得到d1＝d+c；对控制信号d施加负偏置c得到d2＝d-c；(1.5)利用第一锯齿载波CW1对d1进行调制，得到驱动开关管S1的脉冲信号；利用第二锯齿载波CW2对d2进行调制，得到驱动开关管S2的脉冲信号；(1.6)若没有达到期望的控制效果，则返回(1.1)-(1.5)相应的步骤，直到获得满意的实际结果。2.根据权利要求1所述的一种具有占空比偏置的Buck-Boost变换器控制方法，其特征在于：所述的Buck-Boost变换器的主电路前端输入侧直流电源两端并联电容C1，电容C1与直流电源正极连接的一端连接开关管S1，开关管S1称为Buck管，Buck管的另一端A点连接二极管D1的阴极，D1的另一端连接直流电源的负极，A点与电感L的一端连接，电感L...

【专利技术属性】
技术研发人员：游江，范巍岩，廖梦岩，刘洪胜，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23