级联Buck+Boost变换器的软开关-最小电流轨迹控制方法技术

本发明专利技术为一种级联Buck+Boost变换器的软开关

【技术实现步骤摘要】
级联Buck+Boost变换器的软开关
‑
最小电流轨迹控制方法


[0001]本专利技术属于双向直流
‑
直流变换器控制
，特别是涉及一种级联Buck+Boost变换器的软开关
‑
最小电流轨迹控制方法。

技术介绍

[0002]多电化、全电化是未来航空领域的重要发展趋势，是实现飞机轻量化、降低燃油消耗、提高系统可靠性和维护性的有效手段。与交流电源系统相比，270V/540V高压直流电源系统具有损耗低、重量轻、可靠性高等优点，已在小型作战平台中被成功应用，成为多电飞机电源系统的主要架构之一。多电飞机电源系统中通常需要配置电池储能单元，以实现起动飞机引擎、应急供电保障、瞬态功率补偿等功能。双向直流
‑
直流变换器作为电池储能单元的核心设备之一，其性能优劣直接决定了电池储能单元能否充分发挥其效能。级联Buck+Boost变换器具有结构简单、双向功率传输、升/降压变换、控制灵活等特点，在多电飞机储能系统中具有广阔的应用前景。
[0003]多电飞机电源系统中的高压直流母线电压与电池组电压的波动范围宽，即双向直流
‑
直流变换器的输入电压和输出电压波动范围宽，给变换器的高效率运行带来了严峻挑战，使变换器功率密度的提升受到制约。目前，级联Buck+Boost变换器的控制方式主要包括硬开关控制、辅助网络软开关控制和无辅助网络软开关控制，硬开关控制造成的高开关损耗问题难以满足电力电子装置的高频化需求；辅助网络软开关控制需要添加额外的元件及驱动电路，进而导致导通损耗增加，增加了电路复杂度和控制难度；无辅助网络软开关控制无需添加任何辅助电路即可实现软开关，但仍存在不足之处，例如电感电流较大导致较高的导通损耗、引入多个三维查找表占据大量存储资源、依赖dc
‑
数MHz宽频电流传感器检测电感电流等。
[0004]针对级联Buck+Boost变换器现有软开关控制方法存在的不足，本申请提出一种软开关
‑
最小电流轨迹控制方法，将软开关和导通损耗最小化同时作为约束条件，利用级联Buck+Boost变换器所具备的多个调制变量在全电压范围内实现效率最优，从而有助于实现变换器的高频化、提升其功率密度。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种级联Buck+Boost变换器的软开关
‑
最小电流轨迹控制方法。
[0006]本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案如下：
[0007]一种级联Buck+Boost变换器的软开关
‑
最小电流轨迹控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0008]第一步、搭建变换器控制系统，包括级联Buck+Boost变换器、软开关
‑
最小电流轨迹控制器、比例控制器、数字信号处理器和控制电路；级联Buck+Boost变换器包括直流电源、输入滤波电容、负载、输出滤波电容、电感、第一桥臂和第二桥臂；第一桥臂包括第一开
关和第二开关，第二桥臂包括第三开关和第四开关；
[0009]第二步、对级联Buck+Boost变换器进行采样，得到输入电压V
g
、输出电压V
o
和平均电感电流采样值I
avg
；
[0010]第三步、首先，将级联Buck+Boost变换器的输出功率参考值P
ref
、输入电压V
g
及输出电压V
o
输入到软开关
‑
最小电流轨迹控制器中，得到调制变量(D
A
，D
B
，φ)和平均电感电流参考值I
ref
；
[0011]D
A
、D
B
分别表示第一开关驱动信号和第三开关驱动信号的占空比，且D
A
＝MD
B
，M＝V
o
/V
g
表示电压转换比，当输入电压V
g
大于输出电压V
o
时，D
A
<D
B
；当输入电压V
g
等于输出电压V
o
时，D
A
＝D
B
；当输入电压V
g
小于输出电压V
o
时，D
A
>D
B
；φ表示第一开关驱动信号与第三开关驱动信号的相位差；
[0012]然后，将平均电感电流参考值I
ref
与平均电感电流采样值I
avg
之间的差值输入到比例积分控制器中，得到第一开关驱动信号占空比偏移量；
[0013]最后，将第一开关驱动信号占空比D
A
与第一开关驱动信号占空比偏移量之和、第三开关驱动信号占空比D
B
、第一开关驱动信号与第三开关驱动信号的相位差φ输入到数字信号处理器中，数字信号处理器根据PWM脉冲宽度调制生成四个开关的驱动信号，控制电路根据驱动信号控制四个开关，实现软开关控制过程；
[0014]在第三步中，软开关
‑
最小电流轨迹控制器得到调制变量和平均电感电流参考值的具体过程为：
[0015]1)根据级联Buck+Boost变换器第一桥臂和第二桥臂驱动信号之间的相位关系，将调制区域分为七个工作区域；
[0016]第一工作区域的范围为：π(D
A
+D
B
)≤φ≤π，0≤D
B
≤1
‑
D
A
；
[0017]第二工作区域的范围为：
[0018]第三工作区域的范围为：
‑
π(D
B
‑
D
A
)≤φ≤π(D
B
‑
D
A
)，0＜D
B
≤1；
[0019]第四工作区域的范围为：
[0020]第五工作区域的范围为：
‑
π≤φ≤
‑
π(D
A
+D
B
)，0≤D
B
≤1
‑
D
A
；
[0021]第六工作区域的范围为：π(2
‑
D
A
‑
D
B
)≤φ≤π，1
‑
D
A
＜D
B
≤1；
[0022]第七工作区域的范围为：
‑
π≤φ≤
‑
π(2
‑
D
A
‑
D
B
)，1
‑
D
A
＜D
B
≤1；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种级联Buck+Boost变换器的软开关
‑
最小电流轨迹控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：第一步、搭建变换器控制系统，包括级联Buck+Boost变换器、软开关
‑
最小电流轨迹控制器、比例控制器、数字信号处理器和控制电路；级联Buck+Boost变换器包括直流电源、输入滤波电容、负载、输出滤波电容、电感、第一桥臂和第二桥臂；第一桥臂包括第一开关和第二开关，第二桥臂包括第三开关和第四开关；第二步、对级联Buck+Boost变换器进行采样，得到输入电压V
g
、输出电压V
o
和平均电感电流采样值I
avg
；第三步、首先，将级联Buck+Boost变换器的输出功率参考值P
ref
、输入电压V
g
及输出电压V
o
输入到软开关
‑
最小电流轨迹控制器中，得到调制变量(D
A
，D
B
，φ)和平均电感电流参考值I
ref
；D
A
、D
B
分别表示第一开关驱动信号和第三开关驱动信号的占空比，且D
A
＝MD
B
，M＝V
o
/V
g
表示电压转换比，当输入电压V
g
大于输出电压V
o
时，D
A
<D
B
；当输入电压V
g
等于输出电压V
o
时，D
A
＝D
B
；当输入电压V
g
小于输出电压V
o
时，D
A
>D
B
；φ表示第一开关驱动信号与第三开关驱动信号的相位差；然后，将平均电感电流参考值I
ref
与平均电感电流采样值I
avg
之间的差值输入到比例积分控制器中，得到第一开关驱动信号占空比偏移量；最后，将第一开关驱动信号占空比D
A
与第一开关驱动信号占空比偏移量之和、第三开关驱动信号占空比D
B
、第一开关驱动信号与第三开关驱动信号的相位差φ输入到数字信号处理器中，数字信号处理器根据PWM脉冲宽度调制生成四个开关的驱动信号，控制电路根据驱动信号控制四个开关，实现软开关控制过程；在第三步中，软开关
‑
最小电流轨迹控制器得到调制变量和平均电感电流参考值的具体过程为：1)根据级联Buck+Boost变换器第一桥臂和第二桥臂驱动信号之间的相位关系，将调制区域分为七个工作区域；第一工作区域的范围为：π(D
A
+D
B
)≤φ≤π，0≤D
B
≤1
‑
D
A
；第二工作区域的范围为：第三工作区域的范围为：
‑
π(D
B
‑
D
A
)≤φ≤π(D
B
‑
D
A
)，0＜D
B
≤1；第四工作区域的范围为：第五工作区域的范围为：
‑
π≤φ≤
‑
π(D
A
+D
B
)，0≤D
B
≤1
‑
D
A
；第六工作区域的范围为：π(2
‑
D
A
‑
D
B
)≤φ≤π，1
‑
D
A
＜D
B
≤1；第七工作区域的范围为：
‑
π≤φ≤
‑
π(2
‑
D
A
‑
D
B
)，1
‑
D
A
＜D
B
≤1；2)控制级联Buck+Boost变换器只在第二、四、六、七工作区域内运行；对于在第二和第四工作区域内运行的级联Buck+Boost变换器，电感电流有效值和输出功率分别为：
对于在第六和第七工作区域内运行的级联Buck+Boost变换器，电感电流有效值和输出功率分别为：式中，T
s
表示开关周期，S
φ
表示工作点判定系数，假设V
b
表示电压基准值，Z
b
表示阻抗基准值，I
b
表示电流基准值，P
b
表示输出功率基准值，φ
b
表示相位差基准值，定义...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱思润，韩伟健，薄志强，刘青，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：