四开关Buck-Boost变换器的准峰值电流控制方法技术

一种四开关Buck

【技术实现步骤摘要】
四开关Buck
‑
Boost变换器的准峰值电流控制方法


[0001]本专利技术涉及四开关Buck
‑
Boost变换器的准峰值电流控制方法，属于开关电流控制


技术介绍

[0002]随着近些年云计算、运存储和高带宽通信等技术的高速发展，数据中心的规模在逐年扩大并且其所消耗的电力也在逐年增长。现代数据中心采用48V中间直流母线代替传统的12V直流母线，旨在减小电能传输损耗。四开关Buck
‑
Boost作为一种同时具有升、降压能力的电能变换拓扑，其可作为一种前级预稳压模块来应对较宽的输入电压并将其稳定在48V。同时，与传统的两开关Buck
‑
Boost拓扑结构相比，四开关Buck
‑
Boost变换器的电感电流文波更小并且可以实现所有开关器件的零电压开通。
[0003]传统的四开关Buck
‑
Boost变换器的控制方法是使其根据输入电压分别工作在Buck模式或者Boost模式，然而这种控制方法存在不连续的问题，当输入电压与输出电压相近时，变换器会在两种模式之间反复跳变。四开关Buck
‑
Boost变换器的三模式控制方法在前两种模式的基础上加入了Buck
‑
Boost模式来实现过渡，但是这种控制方法下变换器电感电流纹波较大，同时无法实现所有开关器件的软开关，因此无法顺应现代变换器的高频小型化趋势。
[0004]四开关Buck
‑
Boost变换器的四边形电流控制方法可以实现所有开关器件的零电压开通，并获得较小的电感电流纹波。然而现有的四边形电流控制策略存在着以下问题：第一，算法复杂，需计算调制时间，对控制器的实时运算能力有着极高的要求，现有控制器无法实时计算。采用查表法则需要大量的存储资源，并且控制精度下降。第二，仍需要检测输入电压来改变变换器的工作模式。第三，现有的算法仍需要一些边界条件来实现变换器的升、降压模式切换或者是由重载电流连续模式进入轻载电流断续模式的算法切换，这些不连续的切换为控制的稳定性带来了不确定性。因此一种不改变控制逻辑便可以实现连续平滑过渡的四边形电流控制策略是很有必要的。

技术实现思路

[0005]针对现有四开关Buck
‑
Boost变换器的四边形电流控制方法无法实现不同工作模式间的平滑过渡的问题，本专利技术提供一种四开关Buck
‑
Boost变换器的准峰值电流控制方法。
[0006]本专利技术的一种四开关Buck
‑
Boost变换器的准峰值电流控制方法，所述四开关Buck
‑
Boost变换器的储能电感L连接在第一桥臂中点和第二桥臂中点之间，第一桥臂的开关管Q1和开关管Q2互补导通，第二桥臂的开关管Q3和开关管Q4互补导通；包括，
[0007]设定四开关Buck
‑
Boost变换器工作的四个电感电流工作阶段依次为输入阶段T1、输入
‑
输出阶段T2、下降阶段T3和钳位阶段T4，输入阶段T1的截止点对应A点，输入
‑
输出阶段T2的截止点对应B点，下降阶段T3的截止点对应C点，钳位阶段T4的截止点对应D点；
[0008]在输入阶段T1的起始点控制开关管Q1和开关管Q4导通，采集电压环误差电压V
err
与储能电感L的电感电流，当电压环误差电压V
err
与电感电流在数值上相等时，到达A点，确定当前电感电流为I
A
，控制开关管Q4关断，输入阶段T1结束；电感电流I
A
的下限值为最小零电压开通电流I
ZVS
；
[0009]在输入
‑
输出阶段T2的起始点在开关管Q1继续导通的基础上，控制开关管Q3导通，经过时间间隔kV
err
‑
T1后，到达B点，确定当前电感电流为I
B
，控制开关管Q1关断，输入
‑
输出阶段T2结束；其中k为比例系数；电感电流I
B
的下限值为最小零电压开通电流I
ZVS
；
[0010]在下降阶段T3的起始点在开关管Q3继续导通的基础上，控制开关管Q2导通，直到电感电流等于
‑
I
zvs
时，到达C点，确定当前电感电流为I
C
，控制开关管Q3关断，下降阶段T3结束；
[0011]若电感电流工作在断续状态，钳位阶段T4的起始点在开关管Q2导通的基础上，控制开关管Q4导通，直到四个电感电流工作阶段的时长满足设定的最小电流工作周期T
min_arti
，确定D点，钳位阶段T4结束；继续进入下一个最小电流工作周期T
min_arti
的输入阶段T1；
[0012]若电感电流工作在连续状态，下降阶段T3结束后完成一个稳态电流工作周期T，继续进入下一个稳态电流工作周期的输入阶段T1。
[0013]根据本专利技术的四开关Buck
‑
Boost变换器的准峰值电流控制方法，所述误差电压V
err
为输出电压期望值V
ref
与输出电压实际值V
o
的差值经过补偿器后的输出值。
[0014]根据本专利技术的四开关Buck
‑
Boost变换器的准峰值电流控制方法，最小零电压开通电流I
ZVS
为：
[0015][0016]式中C
oss
为开关管漏源极寄生电容，V
in
为输入电压，t
dead
为死区时间。
[0017]根据本专利技术的四开关Buck
‑
Boost变换器的准峰值电流控制方法，输入阶段T1由下式决定：
[0018][0019]根据本专利技术的四开关Buck
‑
Boost变换器的准峰值电流控制方法，电感电流I
B
为：
[0020][0021]根据本专利技术的四开关Buck
‑
Boost变换器的准峰值电流控制方法，下降阶段T3由下式决定：
[0022][0023]根据本专利技术的四开关Buck
‑
Boost变换器的准峰值电流控制方法，当电感电流工作在连续状态时，稳态电流工作周期T为：
[0024][0025]根据本专利技术的四开关Buck
‑
Boost变换器的准峰值电流控制方法，电感电流的断续状态包括非钳位断续状态和钳位断续状态；
[0026]在电感电流的连续状态下，稳态电流工作周期T随着负载的减小而减小；
[0027]当稳态电流工作周期T减小至等于最小电流工作周期T
min_arti
时，进入电感电流的非钳位断续状态；
[0028]在V
in
&本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四开关Buck
‑
Boost变换器的准峰值电流控制方法，所述四开关Buck
‑
Boost变换器的储能电感L连接在第一桥臂中点和第二桥臂中点之间，第一桥臂的开关管Q1和开关管Q2互补导通，第二桥臂的开关管Q3和开关管Q4互补导通；其特征在于包括，设定四开关Buck
‑
Boost变换器工作的四个电感电流工作阶段依次为输入阶段T1、输入
‑
输出阶段T2、下降阶段T3和钳位阶段T4，输入阶段T1的截止点对应A点，输入
‑
输出阶段T2的截止点对应B点，下降阶段T3的截止点对应C点，钳位阶段T4的截止点对应D点；在输入阶段T1的起始点控制开关管Q1和开关管Q4导通，采集电压环误差电压V
err
与储能电感L的电感电流，当电压环误差电压V
err
与电感电流在数值上相等时，到达A点，确定当前电感电流为I
A
，控制开关管Q4关断，输入阶段T1结束；电感电流I
A
的下限值为最小零电压开通电流I
ZVS
；在输入
‑
输出阶段T2的起始点在开关管Q1继续导通的基础上，控制开关管Q3导通，经过时间间隔kV
err
‑
T1后，到达B点，确定当前电感电流为I
B
，控制开关管Q1关断，输入
‑
输出阶段T2结束；其中k为比例系数；电感电流I
B
的下限值为最小零电压开通电流I
ZVS
；在下降阶段T3的起始点在开关管Q3继续导通的基础上，控制开关管Q2导通，直到电感电流等于
‑
I
zvs
时，到达C点，确定当前电感电流为I
C
，控制开关管Q3关断，下降阶段T3结束；若电感电流工作在断续状态，钳位阶段T4的起始点在开关管Q2导通的基础上，控制开关管Q4导通，直到四个电感电流工作阶段的时长满足设定的最小电流工作周期T
min_arti
，确定D点，钳位阶段T4结束；继续进入下一个最小电流工作周期T
min_arti
的输入阶段T1；若电感电流工作在连续状态，下降阶段T3结束后完成一个稳态电流工作周期T，继续进入下一个稳态电流工作周期的输入阶段T1。2.根据权利要求1所述的四开关Buck
‑
Boost变换器的准峰值电流控制方法，其特征在于，所述误差电压V
err
为输出电压期望值V
ref
与输出电压实际值V
o
的差值经过补偿器后的输出值。3.根据权利要求2所述的四开关Buck
‑
Boost变换器的准峰值电流控制方法，其特征在于，最小零电压开通电流I
ZVS
为：式中C
oss
为开关管漏源极寄生电容，V
in
为输入电压，t
dead
为死区时间。4.根据权利要求3所述的四开关Buck
‑
Boost变换器的准峰值电流控制方法，其特征在于，输入阶段T1由下式决定：5.根据权利要求4所述的四开关Buck
‑
Boost变换器的准峰值电流控制方法，其特征在于，电感电流I
B
为：6.根据权利要求5所述的四开关Buck
‑
Boost变换器的准峰值电流控制方法，其特征在于，下降阶段T3由下式决定：
7.根据权利要求6所述的四开关Buck

【专利技术属性】
技术研发人员：徐殿国，温兆亮，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：