一种四管Buck-Boost变换器ZVS动态控制方法技术

本发明专利技术公开了一种四管Buck

【技术实现步骤摘要】
一种四管Buck
‑
Boost变换器ZVS动态控制方法


[0001]本专利技术属于功率变换器控制领域，特别涉及一种四管Buck
‑
Boost变换器ZVS动态控制方法。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术的不断发展，电力电子变换器在各个领域得到了广泛应用。对于分布式电源系统中的中间母线变换器、燃料电池系统、两级式有源功率因数校正器等输入电压变化范围较宽且输出电压介于输入电压范围之间的场合，需要采用具有升降压特性的DC
‑
DC变换器。常见的非隔离型升降压变换器有四种，即单管Buck
‑
Boost、Cuk、Zeta和SEPIC。其中Buck
‑
Boost变换器和Cuk变换器的输入输出电压极性相反，Cuk、Zeta和SEPIC因其无源器件多，不利于提高变换器的功率密度。四管Buck
‑
Boost变换器是在双管Buck
‑
Boost变换器的基础上，采用同步整流技术得到的。对于四管Buck
‑
Boost变换器，现有的软开关控制方法有双模式控制和四边形电感电流控制，其中双模式控制在轻载时损耗相对较大。为解决双模式控制出现的问题，四边形电感电流控制方式被提出。四边形电感电流控制方式目前有多种不同实现方案：有通过建立电感电流的数学模型，其控制通过查表法来实现，为恒定软开关条件的控制方式，若所需控制精度越高、范围越大，则占用的存储资源越多，增加了系统复杂度。也有通过优化控制方式而提出简化的数字控制策略，尽管其采用了变软开关条件的控制方式，但存在软开关条件裕量太大、电感电流脉动非最小等问题，从而影响变换器的效率和最大传输功率。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种四管Buck
‑
Boost变换器ZVS动态控制方法，其主要思想是建立变压比与各参数的关系，通过变软开关条件提高变换器的效率和最大传输功率，并提高电路的动态响应。
[0004]实现本专利技术目的的技术解决方案为：
[0005]一种四管Buck
‑
Boost变换器ZVS动态控制方法，ZVS动态控制方法在电感电流、输入电压、输出电压进行反馈闭环控制的基础上，根据变压比和补偿器的输出判断电路工作模式，根据电路工作模式计算电路进入稳态所需的占空比，通过控制移相占空比和开关管的占空比使得电路进入稳态；具体步骤如下：
[0006]步骤S1、参数初始化；
[0007]步骤S2、采样输入电压V
in
与输出电压V
o
，判断电路工作模式、计算变压比k以及电流基准I
zvs
；
[0008]步骤S3、通过变压比判断电路组合模态、计算边界占空比D
T2_b
和D
T2_Pmax
；
[0009]步骤S4、采样输出电压V
o
并与给定电压基准V
ref
进行比较，将误差信号通过补偿器闭环调节稳定输出电压，得到占空比D
c
；
[0010]步骤S5、通过边界占空比D
T2_b
和D
T2_Pmax
对D
c
约束转化后得到D
T2
，并确定电路工作模
态；
[0011]步骤S6、通过电路工作模式、变压比k以及D
T2
计算移相占空比D
T1
和开关管Q1的占空比D
x
；
[0012]步骤S7、采样电感电流i
L
，并与实现开关管Q1、Q4软开关所需的负电流基准
‑
I
zvs
进行比较，当i
L
线性下降至
‑
I
zvs
时关断开关管Q3，得到开关管Q3的占空比D
y
；
[0013]步骤S8、通过占空比D
x
控制开关管Q1的开关动作，其反相信号控制开关管Q2的开关动作；通过占空比D
y
控制开关管Q3的开关动作，其反相信号控制开关管Q4的开关动作；通过移相角D
T1
控制开关管Q1、Q3开通时刻的相位差；
[0014]步骤S9、重复步骤S2～S8，进入下一个周期。
[0015]进一步的，四管Buck
‑
Boost变换器由四个开关管Q1、Q2、Q3、Q4和一个电感L组成，所述电感L的两端分别与开关管Q1、Q2的桥臂中点以及开关管Q3、Q4的桥臂中点连接，开关管Q1与开关管Q2互补导通，开关管Q3与开关管Q4互补导通。
[0016]进一步的，步骤S1中的参数初始化计算公式为：
[0017][0018]式中，V
in
为输入电压、V
o
为输出电压，L为电感，C
oss
为开关管的寄生电容，f
s
为开关频率，D
d
为开关管死区占空比。
[0019]进一步的，步骤S2中判断电路工作模式、计算变压比k以及电流基准I
zvs
的具体准则为：
[0020]当V
in
≥V
o
时，电路工作模式为降压工作模式，此时I
ZVS
＝λ
·
V
in
；
[0021]当V
in
＜V
o
时，电路工作模式为降压工作模式，此时I
ZVS
＝λ
·
V
o
；
[0022]当k＞k
b1
且V
o
＜V
ref
时，进入定占空比开环工作模态，建立负载侧小电压。
[0023]进一步的，步骤S3中边界占空比D
T2_b
和D
T2_Pmax
的计算公式为：
[0024][0025][0026]进一步的，步骤S5中D
T2
和电路工作模态的具体判断准则为：
[0027]当D
c
＜0时，D
T2
＝0，电路进入PDCM工作模态；
[0028]当0≤D
c
≤D
T2_b
时，D
T2
＝D
c
，电路进入PDCM工作模态；
[0029]当D
T2_b
＜D
c
＜2D
T2_b
‑
D
T2_Pmax
时，D
T2
＝2D
T2_b
‑
D
c
，电路进入PCRM工作模态；
[0030]当2D
T2_b
‑
D
T2_Pmax本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四管Buck
‑
Boost变换器ZVS动态控制方法，其特征在于，所述ZVS动态控制方法在电感电流、输入电压、输出电压进行反馈闭环控制的基础上，根据变压比和补偿器的输出判断电路工作模式，根据电路工作模式计算电路进入稳态所需的占空比，通过控制移相占空比和开关管的占空比使得电路进入稳态；具体步骤如下：步骤S1、参数初始化；步骤S2、采样输入电压V
in
与输出电压V
o
，判断电路工作模式、计算变压比k以及电流基准I
zvs
；步骤S3、通过变压比判断电路组合模态、计算边界占空比D
T2_b
和D
T2_Pmax
；步骤S4、采样输出电压V
o
并与给定电压基准V
ref
进行比较，将误差信号通过补偿器闭环调节稳定输出电压，得到占空比D
c
；步骤S5、通过边界占空比D
T2_b
和D
T2_Pmax
对D
c
约束转化后得到D
T2
，并确定电路工作模态；步骤S6、通过电路工作模式、变压比k以及D
T2
计算移相占空比D
T1
和开关管Q1的占空比D
x
；步骤S7、采样电感电流i
L
，并与实现开关管Q1、Q4软开关所需的负电流基准
‑
I
zvs
进行比较，当i
L
线性下降至
‑
I
zvs
时关断开关管Q3，得到开关管Q3的占空比D
y
；步骤S8、通过占空比D
x
控制开关管Q1的开关动作，其反相信号控制开关管Q2的开关动作；通过占空比D
y
控制开关管Q3的开关动作，其反相信号控制开关管Q4的开关动作；通过移相角D
T1
控制开关管Q1、Q3开通时刻的相位差；步骤S9、重复步骤S2～S8，进入下一个周期。2.根据权利要求1所述的一种四管Buck
‑
Boost变换器ZVS动态控制方法，其特征在于：所述四管Buck
‑
Boost变换器由四个开关管Q1、Q2、Q3、Q4和一个电感L组成，所述电感L的两端分别与开关管Q1、Q2的桥臂中点以及开关管Q3、Q4的桥臂中点连接，开关管Q1与开关管Q2互补导通，开关管Q3与开关管Q4互补导通。3.根据权利要求1所述的一种四管Buck
‑
Boost变换器ZVS动态控制方法，其特征在于，所述步骤S1中的参数初始化计算公式为：式中，V
in
为输入电压、V
o
为输出电压，L为电感，C
oss
为开关管的寄生电容，f
s
为开关频率，D
d

【专利技术属性】
技术研发人员：杨飞，郭文宇，阮新波，舒益民，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：