一种隔离型四管Buck-Boost变换器控制方法和控制电路技术

本发明专利技术公开了一种隔离型四管Buck

【技术实现步骤摘要】
一种隔离型四管Buck
‑
Boost变换器控制方法和控制电路


[0001]本专利技术属于功率变换器控制
，具体涉及一种隔离型四管Buck
‑
Boost变换器控制方法和控制电路。

技术介绍

[0002]在小功率及部分中等功率如手机电源适配器、笔记本电脑电源适配器等场合，反激变换器被广泛应用。反激变换器是一种隔离型的Buck
‑
Boost变换器，但对于反激变换器，主开关管上寄生电容会与变压器漏感谐振，由于寄生电容较小，主开关管上会有很大的电压尖峰。同时，由于反激变换器原边不能提供电流反向回路，无法实现开关管的ZVS。
[0003]针对上述问题，可以在变压器原边加入钳位电容与钳位开关管。钳位电容可以吸收漏感的能量，减小原边主开关管电压应力的同时提供电流反向回路以实现开关管的ZVS。因此这种变换器被称为有源钳位反激变换器(ACF)，但其主开关管的电压应力依旧较高且主开关管关断时励磁电流一直处于下降状态使得电感电流脉动较大。
[0004]对于非隔离型的Buck
‑
Boost变换器，为了保持整个输入电压范围内的高效，可以采用移相控制方法，在实现所有开关管软开关的同时使得电感电流脉动最小。鉴于此，可以在有源钳位反激变换器输入侧加入两个开关管达到减小电压应力与增加控制自由度的效果。为了进一步提高效率，可用开关管代替副边二极管，这样就得到隔离型四管Buck
‑
Boost变换器的电路拓扑。
[0005]目前已有的控制方式中选取的钳位电容容值较小，使得漏感电流可以自然谐振到与励磁电流一致后关断副边开关管。但这种方式励磁电流最终维持的电流不确定，且开关管电压应力依旧较大且漏感电流处于谐振中导致损耗增加。
[0006]因此，针对隔离型四管Buck
‑
Boost变换器，结合四管Buck
‑
Boost变换器的控制思路，寻找一种简单可行的控制方案，以减小电感电流脉动且利用好谐振的能量是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种隔离型四管Buck
‑
Boost变换器控制方法和控制电路，在现有非隔离型四管Buck
‑
Boost变换器控制方法下结合ACF工作原理，在保证电感电流脉动值最小值维持在能实现开关管ZVS的情况下，得到各开关管的控制信号，并推导钳位电容电压和漏感电流最小值关于输入电压、输出电压和负载电流的表达式，从而给出控制电路。
[0008]为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0009]一种隔离型四管Buck
‑
Boost变换器控制方法，所述隔离型四管Buck
‑
Boost变换器包括开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5，钳位电容C
c
和变压器T
r
、输出电容C
o
；
[0010]其中，钳位电容C
c
的两端分别与开关管Q3的漏极以及开关管Q4的源极连接，用以吸收变压器漏感L
r
的能量并帮助实现开关管的软开关；
[0011]变压器T
r
原边分别与开关管Q1、Q2的桥臂中点以及开关管Q3、Q4的桥臂中点连接，变压器T
r
副边连接开关管Q5，与负载构成整流电路；
[0012]输出电容C
o
与负载并联，用以滤除开关频率的纹波；
[0013]开关管Q1与开关管Q2互补导通，组成一个桥臂单元；开关管Q3与开关管Q4互补导通，组成一个桥臂单元；
[0014]开通开关管Q2的同时开通开关管Q3；
[0015]其特征在于，所述控制方法包括：
[0016]通过占空比D
y
控制开关管Q1的开关动作，其反相信号用以控制开关管Q2的开关动作；
[0017]通过占空比D
Q3
控制开关管Q3的开关动作，其反相信号用以控制开关管Q4的开关动作；
[0018]通过占空比D
Q5
控制开关管Q5的开关动作；
[0019]且开通开关管Q2的同时开通开关管Q3。
[0020]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
[0021]上述的控制方法具体包括：
[0022]步骤1：采样输出电压v
o
与漏感电流i
Lr
，输出电压采样值v
os
与给定电压基准进行比较，通过电压调节器的输出与漏感电流i
Lr
比较后闭环得到开关管Q1的占空比D
y
；
[0023]步骤2：采样副边电流反映到原边的电流值i
s
/N与漏感电流i
Lr
，并对其进行求和，求和结果与保证开关管Q1、Q4实现软开关所需的负电流基准
‑
I
zvs
进行比较，当求和结果下降至
‑
I
zvs
时关断开关管Q3，得到开关管Q3的占空比D
Q3
；
[0024]步骤3：采样副边电流i
s
，并将其与0进行比较，当i
s
大于0时开通开关管Q5，当i
s
减小至0时关断开关管Q5，得到开关管Q5的占空比D
Q5
。
[0025]一种隔离型四管Buck
‑
Boost变换器控制电路，所述控制电路包括：输出稳压模块、谷值电流控制模块和副边电流过零控制模块；
[0026]输出稳压模块，用于得到开关管Q1和Q2的控制信号；
[0027]谷值电流控制模块，用于得到开关管Q3和Q4的控制信号；
[0028]副边电流过零控制模块，用于得到副边同步整流管Q5的控制信号。
[0029]上述的输出稳压模块，采样漏感电流i
Lr
，并将输出电压v
o
的采样信号v
os
与给定电压基准V
o_ref
进行比较，其误差信号v
error
送入电压调节器，电压调节器的输出与漏感电流采样信号i
Lr
一并送入比较器1进行比较后，将比较结果和时钟周期信号CLK1送入RS触发器1，RS触发器1的正向输出信号为开关管Q1的控制信号，其反相信号为开关管Q2的控制信号，同时得到开关管Q2的上升沿信号CLK2作为开关管Q3开通时刻。
[0030]上述的电压调节器由运算放大器EA1及其外电路组成。
[0031]上述的谷值电流控制模块，采样漏感电流i
Lr
和副边电流反映到原边值i
s
/N，将i
Lr
和i
s
/N送入加法器进行求和，比较器2将求和结果与保证开关管Q1、Q4实现软本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隔离型四管Buck
‑
Boost变换器控制方法，所述隔离型四管Buck
‑
Boost变换器包括开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5，钳位电容C
c
和变压器T
r
、输出电容C
o
；其中，钳位电容C
c
的两端分别与开关管Q3的漏极以及开关管Q4的源极连接，用以吸收变压器漏感L
r
的能量并帮助实现开关管的软开关；变压器T
r
原边分别与开关管Q1、Q2的桥臂中点以及开关管Q3、Q4的桥臂中点连接，变压器T
r
副边连接开关管Q5，与负载构成整流电路；输出电容C
o
与负载并联，用以滤除开关频率的纹波；开关管Q1与开关管Q2互补导通，组成一个桥臂单元；开关管Q3与开关管Q4互补导通，组成一个桥臂单元；开通开关管Q2的同时开通开关管Q3；其特征在于，所述控制方法包括：通过占空比D
y
控制开关管Q1的开关动作，其反相信号用以控制开关管Q2的开关动作；通过占空比D
Q3
控制开关管Q3的开关动作，其反相信号用以控制开关管Q4的开关动作；通过占空比D
Q5
控制开关管Q5的开关动作；且开通开关管Q2的同时开通开关管Q3。2.根据权利要求1所述的一种隔离型四管Buck
‑
Boost变换器控制方法和控制电路，其特征在于，所述控制方法具体包括：步骤1：采样输出电压v
o
与漏感电流i
Lr
，输出电压采样值v
os
与给定电压基准进行比较，通过电压调节器的输出与漏感电流i
Lr
比较后闭环得到开关管Q1的占空比D
y
；步骤2：采样副边电流反映到原边的电流值i
s
/N与漏感电流i
Lr
，并对其进行求和，求和结果与保证开关管Q1、Q4实现软开关所需的负电流基准
‑
I
zvs
进行比较，当求和结果下降至
‑
I
zvs
时关断开关管Q3，得到开关管Q3的占空比D
Q3
；步骤3：采样副边电流i
s
，并将其与0进行比较，当i
s
大于0时开通开关管Q5，当i
s
减小至0时关断开关管Q5，得到开关管Q5的占空比D
Q5
。3.实现权利要求1或2所述隔离型四管Buck
‑
Boost变换器控制方法的一种隔离型四管Buck
‑
Boost变换器控制电路，其特征在于，所述控制电路包括：输出稳压模块、谷值电流控制模块和副边电流过零控制模块；输出稳压模块，用于得到开关管Q1和Q2的控制信号；谷值电流控制模块，用于得到开关管Q3和Q4的控制信号；副边电流过零控制模块，用于得到副边同步整流管Q5的控制信号。4.根据权利要求3所述隔离型四管Bu...

【专利技术属性】
技术研发人员：伏涛，阮新波，董人熹，肖凌萱，蒋宇阳，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：