交错双向Buck/Boost电路软开关PWM制造技术

本发明专利技术涉及一种交错双向Buck/Boost电路软开关PWM

【技术实现步骤摘要】
交错双向Buck/Boost电路软开关PWM
‑
PFM控制系统及控制方法


[0001]本专利技术属于DC/DC电力变换
，具体涉及一种交错双向Buck/Boost电路软开关PWM
‑
PFM控制系统及控制方法。

技术介绍

[0002]电源在一个系统中担当着非常重要的角色。从某种意义上说，电源可被看作是系统的心脏。电源给系统的电路提供持续的、稳定的能量，并使系统免受外部侵扰。可见，电源的性能优劣与电子设备的各项技术指标和可靠性息息相关。
[0003]Buck/Boost作为一种流行的非隔离逆功率级的拓扑，有时也称为升降压功率级。Buck/Boost升降压功率级可以得到在幅值上比输入电压更高的输出电压(升压Boost)，或者更低的输出电压(降压Buck)。Buck/Boost电路由于其具有电路简单，电压变比可由零到无穷大，既可升压又可降压等优点，这种结构被广泛应用于电力变换中。
[0004]如图1所示的Buck/Boost电路拓扑结构中，U1为高压侧电压，U2为低压侧电压，VQ1为开关管上管，VQ2为开关管下管，VD1和VD2为寄生二极管，L为电感，C2是滤波电容。
[0005]现有Buck/Boost电路控制方法主要分为硬开关和软开关两种。
[0006]硬开关电路是电路设计中比较基础的控制方法，这种方法稳定性比较好，而且操作简单，但是，这种方法缺点比较多，有开关损耗大，关断电尖峰大，容性开通电流尖峰大，电磁干扰严重等问题。软开关和硬开关工作不同，理想的软关断过程关断损耗近似为零，解决了感性关断问题。开通损耗近似为零，器件结电容的电压亦为零，解决了容性开通问题。同时，开通时二极管反向恢复问题不存在。因此软开关电路中，主要损耗来源于开关器件的导通损耗级电感。但是现有软开关一般采用调节占空比的方法进行控制，该种软开关方法的电感反向电流不能得到有效抑制，尤其是轻载时，电感反向电流尤为严重，工作效率极低。

技术实现思路

[0007](一)要解决的技术问题
[0008]本专利技术要解决的技术问题是：针对多相交错双向Buck/Boost电路软开关控制技术设计出了一种新的PWM
‑
PFM软开关控制系统及控制方法。根据当前的电流平均值的正负方向，选择恰当的频率计算公式，精确求解当前理想的频率值。
[0009](二)技术方案
[0010]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种交错双向Buck/Boost电路软开关PWM
‑
PFM控制系统，包括PWM控制模块，PMF控制模块，PWM生成模块和逆变器、多相交错双向变换器每相交错双向Buck/Boost电路中，所述PWM控制模块用于根据输出闭环控制产生一个占空比值D，PMF控制模块用于基于占空比值D产生频率值信号f，PWM生成模块用于根据获得的占空比D和频率值f输出一组互补的PWM控制信号，得到逆变器中两个开关管的互补的驱动
信号，以控制所述逆变器中两个开关管中的上、下管的导通和关断，多相交错双向变换器是将N个单相双向变换器的输入端并在一起，输出端并在一起，并且每个PWM驱动信号相差θ＝2π/N实现，N为交错并联相数，PWM驱动信号用来控制多相交错双向变换器的功率部分的能量流动。
[0011]其中，每相交错双向变换器中，所述PWM控制模块用于根据输出闭环控制产生一个占空比值D，PMF控制模块用于基于占空比值D产生频率值信号f，PWM生成模块用于根据获得的占空比D和频率值f输出一组互补的PWM控制信号，以控制所述逆变器中两个开关管中的上、下管的导通和关断。
[0012]优选地，所述PWM控制模块具体用于将电压给定信号U
ref
与输出电压反馈信号U
low
比较得到电压误差，经过PI电压调节器产生电感电流给定信号I
ref
，再与电感电流反馈信号比较而得的电流误差信号经过PI电流调节器形成占空比控制量D。
[0013]优选地，所述PWM控制模块具体用于采集逆变器反馈的输出电流值I
low
、输出电压值U
low
以及设定的电感最小反向电流值I
zvs
，基于占空比值D通过计算得到频率信号f。
[0014]优选地，PWM生成模块具体用于根据获得的占空比D和频率值f输出一组互补的PWM控制信号，得到逆变器中两个开关管的互补的驱动信号，使得其中一个开关管开通时，另一个开关管为关断状态，其中一个开关管关断时，另一个开关管为开通状态，且其中一个关断时，另一个经历死区时间之后再开通。
[0015]优选地，所述PWM控制模块采用内外双闭环控制方法实现。
[0016]本专利技术还提供了一种利用所述的系统实现多相交错双向Buck/Boost电路软开关PWM
‑
PFM控制的方法，该方法在软开关PWM
‑
PFM控制中，加入频率变量，将每个周期的电感能量分解到多个小周期上，以减小电感反向电流的最小值，频率越高，电感纹波也相应越小，电感反向电流也会相应减小。
[0017]优选地，包括以下步骤：所述PWM控制模块采用内外双闭环控制方法，将电压给定信号Uref与输出电压反馈信号Ulow比较得到电压误差，经过PI电压调节器产生电感电流给定信号Iref，再与电感电流反馈信号比较而得的电流误差信号经过PI电流调节器形成占空比控制量D；
[0018]所述PWM控制模块采集逆变器反馈的输出电流值I
low
、输出电压值U
low
以及设定的电感最小反向电流值I
zvs
，基于占空比值D通过计算得到频率信号f；
[0019]PWM生成模块根据获得的占空比D和频率值f输出一组互补的PWM控制信号，得到逆变器中两个开关管的互补的驱动信号，使得其中一个开关管开通时，另一个开关管为关断状态，其中一个开关管关断时，另一个开关管为开通状态，且其中一个关断时，另一个经历死区时间之后再开通。
[0020]优选地，所述PWM控制模块计算频率信号f的方法为：
[0021]Buck方向：
[0022][0023]其中，dt＝(1
‑
D)
×
T
s
，I
LOW
＝N
×
I
Lav
，di＝2I
Lav
+2I
ZVS
。
[0024]可得
[0025]其中，Ts是周期，采集的输出电流为I
low
，输出电压为U
low
，占空比为D，T为开关管的工作周期，反向参考电流为I
zvs
。
[0026]Boost方向：
[0027][0028]其中dt＝(1
‑
D)
×
T
s
，I
high
＝N
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交错双向Buck/Boost电路软开关PWM
‑
PFM控制系统，其特征在于，包括PWM控制模块，PMF控制模块，PWM生成模块和逆变器、多相交错双向变换器；其中，每相交错双向Buck/Boost电路中，所述PWM控制模块用于根据输出闭环控制产生一个占空比值D，PMF控制模块用于基于占空比值D产生频率值信号f，PWM生成模块用于根据获得的占空比D和频率值f输出一组互补的PWM控制信号，得到逆变器中两个开关管的互补的驱动信号，以控制所述逆变器中两个开关管中的上、下管的导通和关断，多相交错双向变换器是将N个单相双向变换器的输入端并在一起，输出端并在一起，并且每个PWM驱动信号相差θ＝2π/N实现，N为交错并联相数，PWM驱动信号用来控制多相交错双向变换器的功率部分的能量流动。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述PWM控制模块具体用于将电压给定信号Uref与输出电压反馈信号Ulow比较得到电压误差，经过PI电压调节器产生电感电流给定信号Iref，再与电感电流反馈信号比较而得的电流误差信号经过PI电流调节器形成占空比控制量D。3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述PWM控制模块具体用于采集逆变器反馈的输出电流值Ilow、输出电压值Ulow以及设定的电感最小反向电流值Izvs，基于占空比值D通过计算得到频率信号f。4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，PWM生成模块具体用于根据获得的占空比D和频率值f输出一组互补的PWM控制信号，得到逆变器中两个开关管的互补的驱动信号，使得其中一个开关管开通时，另一个开关管为关断状态，其中一个开关管关断时，另一个开关管为开通状态，且其中一个关断时，另一个经历死区时间之后再开通。5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述PWM控制模块采用内外双闭环控制方法实现。6.一种利用权利要求4所述的系统实现多相交错双向Buck/Boost电路软开关PWM
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PFM控制的方法，其特征在于，该方法在软开关PWM
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PFM控制中，加入频率变量，将每个周期的电感能量分解到多个小周期上，以减小电感反向电流的最小值，频率越高，电感纹波也相应越小，电感反向电流也会相应减小。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：所述PWM控制模块采用内外双闭环控制方法，将电压给定信号Uref与输出电压反馈信号Ulow比较得到电压误差，经过PI电压调节器产生电感电流给定信号Iref，再与电感电流反馈信号比较而...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋克岭，范磊，蒋任君，戚于飞，潘洪运，刘振东，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：