基于ZVS的六开关buck-boost变换器制造技术

本发明专利技术提供了一种基于ZVS的六开关buck

【技术实现步骤摘要】
基于ZVS的六开关buck
‑
boost变换器


[0001]本专利技术涉及电力电子变换
，尤其涉及一种基于ZVS的六开关buck
‑
boost变换器及控制策略。

技术介绍

[0002]软开关buck
‑
boost变换器由于其开关损耗低、输出电压可升可降等优点一直都受到人们的关注，其电路的构成和优化控制策略也成为当前研究的热点，其中如何提高转换效率，减小电感电流均方根值等是需要重点面对的。
[0003]Buck电路只可降压，不可升压，Boost电路只可升压，不可降压，而将Buck电路与Boost电路组合起来得到的buck
‑
boost电路便能通过开关管实现升压和降压。
[0004]在实际的开关电路中，MOSFET、IGBT等开关器件并非理想开关器件，其开通和关断状态之间还存在中间的过渡状态。理想开关状态下，开关器件的端电压为零或流过开关管的电流为零，而两者的过渡状态下，电压、电流均不为零，两者出现交叠，因此会产生开关损耗，而电压和电流变化速度很快，波形会产生明显过充，从而产生了开关噪声。在Buck
‑
boost电路上实现软开关，则在开关开通或关断过程中，电压和电流没有交叠，从而显著降低开关损耗和电磁干扰。
[0005]现有的四开关变换器常常不适用于输入电压更高的场合，耐压不够，六开关则可以进行分压，以适用于输入电压更高的场合。
[0006]现有技术中四开关的buck
‑
boost变换器的控制电路亦存在电感电流波动大，效率低等问题，故找到减小电感电流波动，提高效率的控制策略也是当前研究的热点。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种基于ZVS的六开关buck
‑
boost变换器，能够实现零电压开通关断，降低开关管损耗，改良开关性能，提高电源效率，降低噪声，适用于输入电压较高场合，并在不需要负载电流采样的情况下，可以进行输出的紧调，降低电感导通损耗。
[0008]本专利技术的有益效果是：六开关buck
‑
boost变换器电路实现了电压升降，降低开关管损耗，改良开关性能，提高电源效率，降低噪声，适用于输入电压较高场合。本专利技术通过提出的电流最优控制方案，感知输入输出电压、控制负载电流来减小谐振电感电流的均方根值，从而电感的导通损耗比传统的ZVS控制方案进一步减小，减少开关管的导通和关断损耗；在不需要负载电流采样的情况下，可以实现输出的紧调；实现高效率、高功率运行。
附图说明
[0009]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
[0010]图1为本专利技术一实施例提供的低纹波四开关升降压直流变换器电路原理图。
[0011]图2为本专利技术一实施例提供的恒频ZVS变换器闭环控制策略的结构示意图，(1)为
负载电流PI控制环节；(2)为RMS计算环节；(3)为PWM调制环节。
[0012]图3为本专利技术一实施例提供的开关管控制示意图。
[0013]图4为本专利技术一实施例提供的工况表。
[0014]图5为本专利技术一实施例提供的为开关管Q1端电压与流过其电流的波形图，(a)为开关管Q1端电压与流过其电流的波形图，(b)为开关管Q2端电压与流过其电流的波形图，(c)为开关管Q3端电压与流过其电流的波形图，(d)为开关管Q4端电压与流过其电流的波形图，(e)为开关管Q5端电压与流过其电流的波形图，(f)为开关管Q6端电压与流过其电流的波形图。
[0015]图6为本专利技术一实施例提供的电感电流I
L
、负载电流I
out
和流过开关管Q2电流I
Q2
波形图。
具体实施方式
[0016]如图1所示，一种基于ZVS的六开关buck
‑
boost变换器的电路，包括：六个开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6；谐振电感L；飞跨电容C1以及滤波电容C2。
[0017]直流电压源正极与开关管Q1第一极连接，开关管Q1第二极与开关管Q3第一极连接，开关管Q3第二极经过电感L与开关管Q6第一极连接，滤波电容C2一端与开关管Q6第二极连接，滤波电容C2另一端与直流电压源负极连接，负载R一端与开关管Q6第二极连接，负载R另一端与直流电压源负极连接，开关管Q5第一极与开关管Q6第一极连接，开关管Q5第二极与直流电压源负极连接，开关管Q4第一极与开关管Q3第二极连接，开关管Q4第二极与开关管Q2第一极连接，开关管Q2第二极与直流电压源负极连接，飞跨电容C1一端与开关管Q3第一极连接，飞跨电容C1另一端与开关管Q2第一极连接。开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的第三极连接闭环反馈控制系统，闭环反馈控制系统输出的驱动脉冲控制开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的通断。开关管Q1与开关管Q3分压，开关管Q2与开关管Q4分压，以适用于输入电压较高场合。
[0018]开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的第一极可以为N型MOSFET的漏极，开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的第二极可以为N型MOSFET的源极，开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的第三极可以为N型MOSFET的栅极。
[0019]通过同时感知输入输出电压、控制负载电流来减小谐振电感电流的均方根值，从而减少开关管的导通和关断损耗。
[0020]如图2所示，上述的基于ZVS的六开关buck
‑
boost变换器闭环控制，包括：负载电流PI控制(1)、RMS计算(2)和PWM调制(3)。
[0021]负载电流PI控制(1)：对输入输出电压V
in
、V
out
进行采样，计算输出电压参考值V
ref
与输出电压V
out
的差值ΔU，表示为：ΔU＝V
ref
‑
V
out
，对ΔU进行PI控制输出代替负载电流I
out
，以次构成闭环反馈系统。I
out
表示为：KP是比例调节系数，KI是积分调节系数。
[0022]RMS计算(2)：在一个开关周期T
s
中分为四个阶段T1、T2、T3、T4，T
s
＝T1+T2+T3+T4，由负载电流I
out
、输入电压V
in
、输出电压V
out
、RMS块计算出最优控制时间间隔T1和T2：
[0023]T2＝0.01I
out
T
s
[0024][0025]其中T
s
为一个开关周期时间，L表示谐振电感的电感量，且在T4间隔时间的电感电流I0在满足条件|I0|t
dead
≥2C
oss
max(V
out，Vin
)的情况下尽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于ZVS的六开关buck
‑
boost变换器，其特征在于，包括：开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，谐振电感L，飞跨电容C1以及滤波电容C2，开关管Q1第一极连接直流电压源正极，开关管Q1第二极与开关管Q3第一极连接，开关管Q3第二极经过电感L与开关管Q6第一极连接，滤波电容C2一端与开关管Q6第二极连接，滤波电容C2另一端与直流电压源负极连接，开关管Q6第二极连接负载R一端，负载R另一端与直流电压源负极连接，开关管Q5第一极与开关管Q6第一极连接，开关管Q5第二极与直流电压源负极连接，开关管Q4第一极与开关管Q3第二极连接，开关管Q4第二极与开关管Q2第一极连接，开关管Q2第二极与直流电压源负极连接，飞跨电容C1一端与开关管Q3第一极连接，飞跨电容C1另一端与开关管Q2第一极连接，开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的第三极连接闭环反馈控制系统驱动脉冲输出端，闭环反馈控制系统包括：PI控制，其包括：对变换器电路输入输出电压V
in
、V
out
进行采样，计算输出电压参考值V
ref
与输出电压V
out
的差值ΔU，对ΔU进行PI控制输出代替负载电流I
out
；RMS计算，其包括：对于包括四个阶段T1、T2、T3、T4的一个开关周期T
s
，由代替负载电流I...

【专利技术属性】
技术研发人员：谌诺晴，刘飞，黄艳辉，刁晓光，庄一展，黄文慧，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：