一种四开关Buck-Boost变换器的定频峰值电流控制方法技术

本发明专利技术公开了一种四开关Buck

【技术实现步骤摘要】
一种四开关Buck
‑
Boost变换器的定频峰值电流控制方法


[0001]本专利技术属于功率变换器的控制
，具体涉及一种四开关Buck
‑
Boost变换器的定频峰值电流控制方法。

技术介绍

[0002]四开关Buck
‑
Boost(FSBB)变换器与传统的非隔离DC
‑
DC转换器相比，具有升降压功能且输入和输出极性相同、双向功率传输、开关应力低等优点，广泛用于具有宽电压输入范围的应用场合中，如通信系统、光伏发电、电动汽车、便携式电子设备电源系统和储能。FSBB的传统控制策略主要根据输入和输出电压关系来区分工作模式。当输入电压小于输出电压时，采用Boost模式，当输入电压大于输出电压时，采用Buck模式。但在输入电压接近输出电压时，两种模式不能平滑切换。因此有学者提出了一种统一模式的定频软开关控制策略，又称电感电流四边形调制。在该调制模式下，变换器主功率电感电流在一个开关周期内主要有四个状态，通过对开关时刻的控制，使得电感两端施加的四种不同的电平，分别对应四个时间段，并且电感电流在每个开关周期的始末两次穿越过零，并保持一个负的电感电流值，通过体二极管续流，以实现开关管零电压开通。因为其有三个自由可调的自由度，可以通过采用合适的控制方式，使变换器在满足软开关的同时以电感电流有效值最小的方式运行。通过建立电感电流有效值关于三个自由度的数学模型以实现电感电流有效值最小的方法，其参数表达式复杂、计算量大，需要依赖于控制器的实时计算，限制了变换器的动态响应速度，不利于工程化实现。
[0003]因此，在四边形电感电流控制中实现软开关并保证电感电流脉动最小的基础上，简化计算量优化控制方案提高动态响应速度是本领域研究人员迫切解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有控制技术的不足，提出了一种四开关Buck
‑
Boost变换器的定频峰值电流控制方法。其主要思想是根据电压环输出的I
ref
、输入电压和输出电压推导出各个工况下保持电感电流脉动最小的最优开关管Q3开通时的电流参考值I
P_ref
和前桥臂占空比D
y1
；在一定程度上减小了计算量，提高变换器的动态响应速度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种四开关Buck
‑
Boost变换器的定频峰值电流控制方法，采用电感电流四边形调制策略，通过对开关时刻的控制，对电感两端施加输入电压、输入电压与输出电压之差、负输出电压和零电压，分别对应T1、T2、T3和T4四个时间段；根据不同负载情况以相应的最优工作模式运行，包括：电感电流伪临界导通模式(Pseudo Critical Conduction Current Mode,PCRM)和电感电流伪断续导通模式(Pseudo Discontinuous Current Mode,PDCM)；所述定频峰值电流控制方法对输入电压、输出电压、开关管Q2的电流i2以及开关管Q4的电流i4进行实时采样；通过输出电压与给定电压比较输出误差信号，再经PI调节器输出电流峰值参考I
ref
，电流峰值参考I
ref
与输入电压和输出电压进行数值计算得到开关管Q3开通时的电
流参考值I
P_ref
和前桥臂占空比D
y1
；电流参考值I
P_ref
与检测电流i4比较控制Q3的开通，检测电流i2与负电流基准I
zvs
比较控制Q4的开通；前桥臂占空比D
y1
控制开关管Q1开通关断；其中Q1与Q2互补导通，Q3与Q4互补导通。
[0007]进一步的，根据不同负载情况以相应的最优工作模式运行的具体过程为：
[0008]当电压环输出电流峰值参考I
ref
大于负电流基准I
zvs
,变换器工作于PCRM；电流峰值参考I
ref
根据输入电压和输出电压关系选择Q3开通时的电流参考值I
P_ref
与Q2开通时的电流参考值I
Q_ref
，由I
ref
推导出对应的I
Q_ref
与I
P_ref
，具体如下：
[0009][0010]式(1)中，V
in
为输入电压，V
o
为输出电压，L
c
为滤波电感，f
s
为开关频率，I
zvs
为软开关所需负电流，I
Q_PCRM
(I
ref
,V
in
,V
o
)和I
P_PCRM
(I
ref
,V
in
,V
o
)为I
Q_ref
和I
P_ref
关于电流峰值参考I
ref
、输入电压V
in
和输出电压V
o
的函数；
[0011]推导出的I
Q_ref
转变为占空比D
y1
控制Q2开通；占空比D
y1
表达式如下：
[0012][0013]式(2)中D
y1_PCRM
(I
Q_ref
,V
in
,V
o
)为D
y1
关于Q2开通时的电流参考值I
Q_ref
、输入电压V
in
和输出电压V
o
的函数；
[0014]当电压环输出电流峰值参考I
ref
小于负电流基准I
zvs
,变换器工作于PDCM；电流峰值参考I
ref
以线性比例关系k转变为控制T
z
时间段；T
z
为电感电流大于I
zvs
的时间长度；线性比例关系k的表达式：
[0015][0016]由式(3)可推导出关于I
ref
的占空比D
y1
的和I
P_ref
表达式：
[0017][0018]式(4)中D
y1_PDCM1
(I
ref
,V
in
,V
o
)和D
y1_PDCM2
(I
ref
,V
in
,V
o
)为D
y1
关于电流峰值参考I
ref
、输入电压V
in
和输出电压V
o
的函数；I
P_PDCM1
(I
ref
,V
in
,V
o
)为I<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变换器的定频峰值电流控制方法，其特征在于，所述定频峰值电流控制方法采用电感电流四边形调制策略，通过对开关时刻的控制，对电感两端施加输入电压、输入电压与输出电压之差、负输出电压和零电压，分别对应T1、T2、T3和T4四个时间段；然后根据不同负载情况以相应的最优工作模式运行，包括：电感电流伪临界导通模式PCRM和电感电流伪断续导通模式PDCM；所述定频峰值电流控制方法对输入电压、输出电压、开关管Q2的电流i2以及开关管Q4的电流i4进行实时采样；通过输出电压与给定电压比较输出误差信号，再经PI调节器输出电流峰值参考I
ref
，电流峰值参考I
ref
与输入电压和输出电压进行数值计算得到开关管Q3开通时的电流参考值I
P_ref
和前桥臂占空比D
y1
；电流参考值I
P_ref
与检测电流i4比较控制Q3的开通，检测电流i2与负电流基准I
zvs
比较控制Q4的开通；前桥臂占空比D
y1
控制开关管Q1开通关断；其中Q1与Q2互补导通，Q3与Q4互补导通。2.根据权利要求1所述的一种四开关Buck
‑
Boost变换器的定频峰值电流控制方法，其特征在于，所述根据不同负载情况以相应的最优工作模式运行的具体过程为：当电压环输出电流峰值参考I
ref
大于负电流基准I
zvs
,变换器工作于PCRM；电流峰值参考I
ref
根据输入电压和输出电压关系选择Q3开通时的电流参考值I
P_ref
与Q2开通时的电流参考值I
Q_ref
，由I
ref
推导出对应的I
Q_ref
与I
P_ref
，具体如下：式(1)中，V
in
为输入电压，V
o
为输出电压，L
c
为滤波电感，f
s
为开关频率，I
zvs
为软开关所需负电流，I
Q_PCRM
(I
ref
,V
in
,V
o
)和I
P_PCRM
(I
ref
,V
in
,V
o
)为I
Q_ref
和I
P_ref
关于电流峰值参考I
ref
、输入电压V
in
和输出电压V
o
的函数；推导出的I
Q_ref
转变为占空比D
y1
控制Q2开通；占空比D
y1
表达式如下：式(2)中D
y1_PCRM
(I
Q_ref
,V
in
,V
o
)为D
y1
关于Q2开通时的电流参考值I
Q_ref
、输入电压V
in
和输出电压V
o
的函数；当电压环输出电流峰值参考I
ref
小于负电流基准I
zvs
,变换器工作于PDCM；电流峰值参考I
ref
以线性比例关系k转变为控制T
z
时间段；T
z
为电感电流大于I
zvs
的时间长度；线性比例关系k的表达式：由式(3)可推导出关于I
ref
的占空比D
y1
的和I
P_ref
表达式：
式(4)中D
y1_PDCM1
(I
ref
,V
in
,V
o
)和D
y1_PDCM2<...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚凯，于海鹏，阮新波，邵蕃光，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：