CN115459593A - 一种软开关双闭环控制的四开关Buck-Boost变换器 - Google Patents

一种软开关双闭环控制的四开关Buck-Boost变换器 Download PDF

Info

Publication number
CN115459593A
CN115459593A CN202211199731.4A CN202211199731A CN115459593A CN 115459593 A CN115459593 A CN 115459593A CN 202211199731 A CN202211199731 A CN 202211199731A CN 115459593 A CN115459593 A CN 115459593A
Authority
CN
China
Prior art keywords
resistor
output
voltage
switch tube
input
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211199731.4A
Other languages
English (en)
Inventor
管月
纪飞
王伟
汪渭滨
王英静
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CETC 58 Research Institute
Original Assignee
CETC 58 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CETC 58 Research Institute filed Critical CETC 58 Research Institute
Priority to CN202211199731.4A priority Critical patent/CN115459593A/zh
Publication of CN115459593A publication Critical patent/CN115459593A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582—Buck-boost converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/38—Means for preventing simultaneous conduction of switches
    • H02M1/385—Means for preventing simultaneous conduction of switches with means for correcting output voltage deviations introduced by the dead time
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明公开一种基于软开关双闭环控制的四开关Buck‑Boost变换器，属于电力电子变换领域。四开关Buck‑Boost变换器包括依次连接的输入直流电源单元、第一Buck桥臂、储能单元、第二Boost桥臂、输出滤波电容和输出直流负载；软开关双闭环控制环路由依次接入的输入电压采样单元、输出电压采样单元、电感电流采样单元、输出电流采样单元、环路补偿单元、导通时间计算单元、控制策略逻辑单元、PWM单元和半桥驱动单元构成。本发明可实现四开关Buck‑Boost变换器的软开关控制，将导通时间计算器计算结果与环路补偿单元计算结果累加实现输出电压的两级式调节，具有输出电压精度高、瞬态响应快等优点。

Description

一种软开关双闭环控制的四开关Buck-Boost变换器
技术领域
本发明涉及电力电子变换技术领域，特别涉及一种软开关双闭环控制的四开关Buck-Boost变换器。
背景技术
DC-DC变换技术是应用功率半导体器件，将直流母线电压转换为各类直流负载所需的电压，广泛地应用于国防、航空航天、工业雷达、智能楼宇、各类实验室和日常生活中。
迄今为止，国内外电力电子研究人员对于非隔离DC-DC变换器的研究，主要集中在Buck、Boost和Buck-Boost等硬开关变换器。硬开关变换器的开关损耗随频率升高而增大，限制了硬开关变换器工作频率的提高，进而限制了硬开关变换器功率密度的提升。软开关技术的出现解决了高频工作问题，促使变换器进一步朝着小型化、高功率密度的方向发展。
可实现升压、降压功能并可得到同相输出电压的四开关Buck-Boost变换器被提出后，其控制策略成为了研究热点。在研究初期以硬开关控制策略为主，起初采用Buck-Boost控制策略，与传统Buck-Boost相比优势在于可实现输入输出电压同相，称为单模式控制，该控制策略效率较低；随后依据输入电压和输出电压的关系，分别采用Buck控制策略和Boost控制策略被提出，但该控制策略在输入电压与输出电压较为接近时，存在控制策略反复切换的问题；采用三模式控制解决了这一问题，在输入输出电压较为接近时，采用Buck-Boost控制策略，实现了控制模式之间的平滑切换，且与单模式控制相比，提升了局部效率。
为进一步提升效率，以电感电流为控制对象的四开关Buck-Boost变换器的软开关控制策略被提出，该控制策略包含四种工作模态，调节各模态时长即可实现升降压控制，同时可实现所有开关管软开关，这种模式包含复杂的计算，通常采用查表法方式根据输入电压、输出电压和输出电流的变化调节各模式占空比。但是当输入电压范围较宽、输出电压可调且负载电流大时，查表法需要较大内存，且瞬态响应较慢，同时存在变换器特性一致性差的风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种软开关双闭环控制的四开关Buck-Boost变换器，以解决背景技术中的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种软开关双闭环控制的四开关Buck-Boost变换器，包括依次连接的输入直流电源单元、第一Buck桥臂、储能单元、第二Boost桥臂、输出滤波电容和输出直流负载；
所述输入直流电源单元为直流电源Vin，其负极与地连接；
所述第一Buck桥臂包括第一功率开关管S1和第二功率开关管S2；所述第一功率开关管S1的漏端连接直流电源Vin的正极，源端连接第二功率开关管S2的漏端，所述第二功率开关管S2的源端接地；
所述输出滤波电容为电容Co，所述输出直流负载为电阻RL；所述电阻RL并联在所述电容Co的正端和负端；
所述第二Boost桥臂包括第三功率开关管S3和第四功率开关管S4；所述第三功率开关管S3的漏端与电阻RL的一端连接，源端与第四功率开关管S4的漏端连接，所述第四功率开关管S4的源端接地；
所述储能单元包括储能电感L，所述储能电感L用于连接所述第一Buck桥臂和所述第二Boost桥臂，所述储能电感L的一端与所述第一功率开关管S1的源端和所述第二功率开关管S2的漏端连接，另一端与所述第三功率开关管S3的源端和所述第四功率开关管S4的漏端连接。
在一种实施方式中，所述软开关双闭环控制的四开关Buck-Boost变换器还包括软开关双闭环控制环路，由依次接入的输入电压采样单元、输出电压采样单元、电感电流采样单元、输出电流采样单元、环路补偿单元、导通时间计算单元、控制策略逻辑单元、PWM单元和半桥驱动单元构成；
所述输入电压采样单元包括分压电阻R1和R2，所述分压电阻R1的一端连接直流电源Vin的正极，另一端与分压电阻R2的一端连接，所述分压电阻R2的另一端连接直流电源Vin的负极；
所述输出电压采样单元包括分压电阻R3和R4，分压电阻R3的一端与所述第三功率开关管S3的漏端连接，另一端与分压电阻R4的一端连接，所述分压电阻R4的另一端与输入直流电源单元的负极连接；
所述电感电流采样单元包括采样电阻R5、采样电容C1、电压调理电阻R6～R9和第一差分运算放大器Diff1；所述采样电阻R5的一端与储能电感L一端、第一功率开关管S1的源端和第二功率开关管S2的漏端连接，另一端与采样电容C1的一端连接，采样电容C1的另一端与储能电感L的另一端、第三功率开关管S3的源端和第四功率开关管S4的漏端连接；采样电容C1的另一端与电压调理电阻R6的一端连接，电压调理电阻R6的另一端与电压调理电阻R7及第一差分运算放大器Diff1的反向输入端连接，电压调理电阻R7的另一端与第一差分运算放大器Diff1输出端连接；采样电阻R5和采样电容C1连接点与电压调理电阻R8的一端连接，电压调理电阻R8的另一端与电压调理电阻R9的一端及第一差分运算放大器Diff1的同向输入端连接，电压调理电阻R9的另一端接地；
所述输出电流采样单元包括采样电阻R10、电压调理电阻R11～R13和第二差分运算放大器Diff2；采样电阻R10的一端与电容Co的负端和电压调理电阻R11的一端连接，电压调理电阻R11的另一端与电压调理电阻R12及第二差分运算放大器Diff2的反向输入端连接，电压调理电阻R12的另一端与第二差分运算放大器Diff2的输出端连接；采样电阻R10的另一端与直流电源Vin的负极和电压调理电阻R13的一端连接，电压调理电阻R13的另一端与第二差分运算放大器Diff2的同向输入端连接；
所述环路补偿单元包括跨导运算放大器Gm、补偿电阻R14、补偿电容C1、C2；跨导运算放大器Gm的反向输入端连接在分压电阻R3和分压电阻R4之间，同向输入端连接参考基准电压Vref，输出端与补偿电阻R14和补偿电容C3的一端连接，补偿电容C3的另一端接地；补偿电阻R14的另一端通过补偿电容C2接地；
所述导通时间计算单元包括导通时间计算器、分压电阻R15和R16；所述导通时间计算器的第一输入端与分压电阻R1和分压电阻R2的连接点连接，第二输入端与分压电阻R15和分压电阻R16的连接点连接，第三输入端与所述第二差分运算放大器Diff2的输出端连接；所述分压电阻R15的一端与偏置电压Vbias1连接，另一端通过分压电阻R16接地；导通时间计算器的第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端均与接入控制策略逻辑单元；
所述控制策略逻辑单元包括加法器Sum1～Sum2、计时器Timer1～Timer2、多路选择器MUX1、比较器COMP1、触发器FF1～FF2；加法器Sum1的第一输入端与所述跨导运算放大器Gm的输出端连接，第二输入端与所述导通时间计算器的第一输出端连接，第三输入端与所述导通时间计算器的第三输出端连接；
多路选择器MUX1的第一输入端与所述跨导运算放大器Gm输出端连接，第二输入端与零电位连接，控制端与所述导通时间计算器的第二输出端连接，输出端与加法器Sum2的第一输入端连接；加法器Sum2的第二输入端与所述导通时间计算器的第三输出端连接；
计时器Timer1的第一输入端与时钟信号CLK连接，第二输入端与加法器Sum1的输出端连接；计时器Timer2的第一输入端与时钟信号CLK连接，第二输入端与加法器Sum2的输出端连接；
比较器Comp1的负极与第一差分运放Diff1的输出端连接，正极与所述导通时间计算器的第四输出端连接；触发器FF1的S端与时钟信号CLK连接，R端与计时器Timer1的输出端连接；触发器FF2的S端与计时器Timer2的输出端连接，R端与比较器Comp1的输出端连接；
所述PWM单元包括PWM调制器PWM1～PWM2，触发器FF1的输出端与PWM调制器PWM1的输入端连接，触发器FF2的输出端与PWM调制器PWM2的输入端连接；
所述半桥驱动单元包括半桥驱动器HBD1和半桥驱动器HBD2；PWM调制器PWM1的两个输出端连接半桥驱动器HBD1，PWM调制器PWM2的两个输出端连接半桥驱动器HBD2；半桥驱动器HBD1的四个输出端分别连接第一功率开关管S1的栅端、源端、第二功率开关管S2的栅端和直流电源Vin的负极，半桥驱动器HBD2的四个输出端分别连接第三功率开关管S3的栅端、源端、第四功率开关管S4的栅端和直流电源Vin的负极。
在一种实施方式中，所述导通时间计算器根据输入电压采样值、输出电压设定值和输出电流采样值进行求解，计算得到功率开关管导通时间，同时判定变换器工作模式。
在一种实施方式中，所述PWM调制器PWM1和所述PWM调制器PWM2结构相同，分别包括电阻R17～R18、电容C4～C5、反相器NOT1～NOT4、开关管M1～M2、与非门NAND1、与门AND1、或非门NOR1～NOR2；
电阻R17的第一端、电阻R18的第一端、反相器NOT1的输入端、反相器NOT1的输入端、与非门NAND1的第一输入端、与门AND1的第一输入端、或非门NOR1的第二输入端、或非门NOR2的第二输入端均连接；
电阻R17的第二端同时与电容C4的第一端、开关管M1的漏端和反相器NOT2的输入端连接，电容C4的第二端接地；非门NOT1的输出端与开关管M1的栅端连接，开关管M1的源端接地；反相器NOT2的输出端连接与非门NAND1的第二输入端，与非门NAND1的输出端与连接与门AND1的第二输入端，与门AND1的输出端为所述PWM调制器的一个输出端；
电阻R18的第二端同时与电容C5的一端、开关管M2的源端和反相器NOT4的输入端连接，电容C5的另一端接入偏置电压Vbias2；反相器NOT4的输出端与或非门NOR1的第一输入端连接，或非门NOR1的输出端与或非门NOR2的第一输入端连接，或非门NOR2的输出端为PWM调制器的另一个输出端。
与现有技术相比，本发明提供的一种软开关双闭环控制的四开关Buck-Boost变换器具有以下有益效果：
(1)将电感电流作为控制对象之一，实现所有开关管的软开关控制；
(2)将环路补偿单元引入电压环路中，与导通时间计算器一同实现输出电压的两级式调节，从而取得更高精度的输出电压和更快的瞬态响应特性；
(3)控制结构简单，易于数字化实现。
附图说明
图1为本发明提供的一种软开关双闭环控制的四开关Buck-Boost变换器结构示意图。
图2为控制环路中带死区功能的脉宽调制单元结构图。
图3为输入电压高于输出电压时电感电流波形示意图。
图4为输入电压低于输出电压时电感电流波形示意图。
图5为本发明与现有查表法中控制策略瞬态特性及稳态误差对比示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种软开关双闭环控制的四开关Buck-Boost变换器作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明提供的一种软开关双闭环控制的四开关Buck-Boost变换器，采用输出电压两级式调节，导通时间计算器根据输入电压采样值、输出电压设定值和输出电流采样值计算得到功率开关管导通时间t1和t2，实现输出电压粗调，输出电压采样信号与参考电压经过二阶补偿后得到Δt，根据升降压模式将Δt叠加至t1或t2，从而实现输出电压精确调整，同时提高输出电压精度和瞬态特性。
结合图1所示，本发明的一种软开关双闭环控制的四开关Buck-Boost变换器，由依次连接的输入直流电源单元1、第一Buck桥臂2、储能单元3、第二Boost桥臂4、输出滤波电容5和输出直流负载6构成；该变换器可以实现直流电压的升压转换或降压转换，输出与输入电压同极性的直流电压，适用于输入电压在较宽范围内变化的直流电压变换场合。所述软开关双闭环控制的四开关Buck-Boost变换器还包括软开关双闭环控制环路，由依次接入的输入电压采样单元7、输出电压采样单元8、电感电流采样单元9、输出电流采样单元10、环路补偿单元11、导通时间计算单元12、控制策略逻辑单元13、PWM单元14和半桥驱动单元15构成；当负载电流突变时，导通时间计算单元12根据输入电压采样值、输出电压设定值和输出电流采样值判断工作模式作为选通器选通信号，同时计算得到新的t1和t2，实现输出电压粗调；环路补偿单元11基于输入电压采样值与基准参考电压的误差值进一步调节，使输出电压向目标电压逼近，实现输出电压精调，从而实现输出电压精度高、瞬态特性好的直流电压变换功能。
如图2所示，上升沿死区时间和下降沿死区时间由图2中电阻R17、R18和电容C4、C5值调节。
当输入端IN由低电平跳变至高电平时，开关管M2迅速导通，电容C5的一端电压固定，另一端(即B点)电压迅速跳变至高电平，使得输出端OUT2迅速跳变至低电平。输入端IN通过电阻R18向电容C5充电，电容C5电压缓慢上升，上升至反相器NOT2判定其电压为高电平时，输出端OUT1跳变至高电平，从而使得在输入端IN向上跳变时，输出端OUT2迅速跳变至低电平，输出端OUT1等到电容C5电压上升至高电平时跳变至高电平，得到上升沿死区时间tdead1。
当输入端IN由高电平跳变至低电平时，开关管M1迅速导通，电容C5通过开关管M1迅速放电，电容C5电压迅速降低至低电平，使得输出端OUT1迅速跳变至低电平，电容C4通过电阻R17缓慢放电，电容C4电压缓慢下降，下降至反相器NOT4判定其电压为低电平时，输出端OUT2跳变至高电平，从而使得在输入端IN向下跳变时，输出端OUT1迅速跳变至低电平，输出端OUT2等到电容C4电压下降至低电平时跳变至高电平，得到下降沿死区时间tdead2。
如图3和图4为说明软开关条件，电感电流谷值为-Izvs，Izvs需保证在死区时间内完成功率开关管结电容充放电，从而实现功率开关管的软开关。Izvs与死区时间tdead、功率开关管结电容Cds和输入电压Vin、输出电压Vo之间需满足式1：
Figure BDA0003871995140000071
结合图3说明当Vo≤Vin时电感电流波形，开关周期开始时，电感电流从-Izvs开始上升，斜率满足式(2)，上升至Izvs时，t1结束，从而满足最小电感电流有效值以降低整体通态损耗。t1结束后，电感电流继续上升，斜率满足式(3)，直至t2结束。t3开始时，电感电流开始下降，斜率满足式(4)，直至下降至-Izvs，t3结束。电感电流保持在-Izvs直至下一开关周期开始。
Figure BDA0003871995140000081
Figure BDA0003871995140000082
Figure BDA0003871995140000083
t1和t2由导通时间计算器计算得到，其中t1满足式(5)：
Figure BDA0003871995140000084
取t2为自变量，t3和t4由t2、Vo和Vin间关系满足式(6)和式(7)：
Figure BDA0003871995140000085
t4(t2,Vo,Vin)＝Ts-t1(Vin)-t2-t3(t2,Vo,Vin) (7)
输出电流Io是t2、输出电压Vo和输入电压Vin的函数，导通时间计算器需根据式(8)，根据输入电压、输出电压和输出电流计算出t2值。
Figure BDA0003871995140000086
结合附图4说明当Vo>Vin时电感电流波形，开关周期开始时，电感电流从-Izvs开始上升，斜率满足式(2)，直至t1结束。t2开始时，电感电流开始下降，斜率满足式(3)，下降至Izvs时，t2结束。t3开始时，电感电流继续下降，斜率满足式(4)，下降至-Izvs时，t3结束。t4开始时，电感电流维持-Izvs，直至下一开关周期开始。
其中，t3满足式(9)：
Figure BDA0003871995140000087
t1和t2由导通时间计算器计算得到，取t1为自变量，则t2和t4与t1、Vo和Vin间满足式(10)和式(11)：
Figure BDA0003871995140000091
t4(t1,Vo,Vin)＝Ts-t1-t2(t1,Vo,Vin)-t3(Vo) (11)
输出电流Io是t1、输出电压和输入电压的函数，计算器需根据式(4)，根据输入电压、输出电压和输出电流计算出t1值。
Figure BDA0003871995140000092
结合图5为当负载电流突变时本发明瞬态特性与现有技术瞬态特性的对比。目标输出电压均设置为12V，负载电流在6ms时从10A突变至12A。状态1时，现有查表法技术由于受制于存储器容量，存在一定精度问题，存在0.1V静态误差。本发明静态误差低于5mV。负载突变时，查表法和本发明同时调节t1和t2值，但查表法在0.51μs后达到新的稳态值11.85V，存在0.15V静态误差，本发明中环路补偿单元11监测到输出电压降低后，迅速增大t2值，从而实现在0.18μs后达到新的稳态值11.98V，静态误差仅0.02V。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (4)

1.一种软开关双闭环控制的四开关Buck-Boost变换器，其特征在于，包括依次连接的输入直流电源单元(1)、第一Buck桥臂(2)、储能单元(3)、第二Boost桥臂(4)、输出滤波电容(5)和输出直流负载(6)；
所述输入直流电源单元(1)为直流电源Vin，其负极与地连接；
所述第一Buck桥臂(2)包括第一功率开关管S1和第二功率开关管S2；所述第一功率开关管S1的漏端连接直流电源Vin的正极，源端连接第二功率开关管S2的漏端，所述第二功率开关管S2的源端接地；
所述输出滤波电容(5)为电容Co，所述输出直流负载(6)为电阻RL；所述电阻RL并联在所述电容Co的正端和负端；
所述第二Boost桥臂(4)包括第三功率开关管S3和第四功率开关管S4；所述第三功率开关管S3的漏端与电阻RL的一端连接，源端与第四功率开关管S4的漏端连接，所述第四功率开关管S4的源端接地；
所述储能单元(3)包括储能电感L，所述储能电感L用于连接所述第一Buck桥臂(2)和所述第二Boost桥臂(4)，所述储能电感L的一端与所述第一功率开关管S1的源端和所述第二功率开关管S2的漏端连接，另一端与所述第三功率开关管S3的源端和所述第四功率开关管S4的漏端连接。
2.如权利要求1所述的软开关双闭环控制的四开关Buck-Boost变换器，其特征在于，所述软开关双闭环控制的四开关Buck-Boost变换器还包括软开关双闭环控制环路，由依次接入的输入电压采样单元(7)、输出电压采样单元(8)、电感电流采样单元(9)、输出电流采样单元(10)、环路补偿单元(11)、导通时间计算单元(12)、控制策略逻辑单元(13)、PWM单元(14)和半桥驱动单元(15)构成；
所述输入电压采样单元(7)包括分压电阻R1和R2，所述分压电阻R1的一端连接直流电源Vin的正极，另一端与分压电阻R2的一端连接，所述分压电阻R2的另一端连接直流电源Vin的负极；
所述输出电压采样单元(8)包括分压电阻R3和R4，分压电阻R3的一端与所述第三功率开关管S3的漏端连接，另一端与分压电阻R4的一端连接，所述分压电阻R4的另一端与输入直流电源单元(1)的负极连接；
所述电感电流采样单元(9)包括采样电阻R5、采样电容C1、电压调理电阻R6～R9和第一差分运算放大器Diff1；所述采样电阻R5的一端与储能电感L一端、第一功率开关管S1的源端和第二功率开关管S2的漏端连接，另一端与采样电容C1的一端连接，采样电容C1的另一端与储能电感L的另一端、第三功率开关管S3的源端和第四功率开关管S4的漏端连接；采样电容C1的另一端与电压调理电阻R6的一端连接，电压调理电阻R6的另一端与电压调理电阻R7及第一差分运算放大器Diff1的反向输入端连接，电压调理电阻R7的另一端与第一差分运算放大器Diff1输出端连接；采样电阻R5和采样电容C1连接点与电压调理电阻R8的一端连接，电压调理电阻R8的另一端与电压调理电阻R9的一端及第一差分运算放大器Diff1的同向输入端连接，电压调理电阻R9的另一端接地；
所述输出电流采样单元(10)包括采样电阻R10、电压调理电阻R11～R13和第二差分运算放大器Diff2；采样电阻R10的一端与电容Co的负端和电压调理电阻R11的一端连接，电压调理电阻R11的另一端与电压调理电阻R12及第二差分运算放大器Diff2的反向输入端连接，电压调理电阻R12的另一端与第二差分运算放大器Diff2的输出端连接；采样电阻R10的另一端与直流电源Vin的负极和电压调理电阻R13的一端连接，电压调理电阻R13的另一端与第二差分运算放大器Diff2的同向输入端连接；
所述环路补偿单元(11)包括跨导运算放大器Gm、补偿电阻R14、补偿电容C1、C2；跨导运算放大器Gm的反向输入端连接在分压电阻R3和分压电阻R4之间，同向输入端连接参考基准电压Vref，输出端与补偿电阻R14和补偿电容C3的一端连接，补偿电容C3的另一端接地；补偿电阻R14的另一端通过补偿电容C2接地；
所述导通时间计算单元(12)包括导通时间计算器、分压电阻R15和R16；所述导通时间计算器的第一输入端与分压电阻R1和分压电阻R2的连接点连接，第二输入端与分压电阻R15和分压电阻R16的连接点连接，第三输入端与所述第二差分运算放大器Diff2的输出端连接；所述分压电阻R15的一端与偏置电压Vbias1连接，另一端通过分压电阻R16接地；导通时间计算器的第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端均与接入控制策略逻辑单元(13)；
所述控制策略逻辑单元(13)包括加法器Sum1～Sum2、计时器Timer1～Timer2、多路选择器MUX1、比较器COMP1、触发器FF1～FF2；加法器Sum1的第一输入端与所述跨导运算放大器Gm的输出端连接，第二输入端与所述导通时间计算器的第一输出端连接，第三输入端与所述导通时间计算器的第三输出端连接；
多路选择器MUX1的第一输入端与所述跨导运算放大器Gm输出端连接，第二输入端与零电位连接，控制端与所述导通时间计算器的第二输出端连接，输出端与加法器Sum2的第一输入端连接；加法器Sum2的第二输入端与所述导通时间计算器的第三输出端连接；
计时器Timer1的第一输入端与时钟信号CLK连接，第二输入端与加法器Sum1的输出端连接；计时器Timer2的第一输入端与时钟信号CLK连接，第二输入端与加法器Sum2的输出端连接；
比较器Comp1的负极与第一差分运放Diff1的输出端连接，正极与所述导通时间计算器的第四输出端连接；触发器FF1的S端与时钟信号CLK连接，R端与计时器Timer1的输出端连接；触发器FF2的S端与计时器Timer2的输出端连接，R端与比较器Comp1的输出端连接；
所述PWM单元(14)包括PWM调制器PWM1～PWM2，触发器FF1的输出端与PWM调制器PWM1的输入端连接，触发器FF2的输出端与PWM调制器PWM2的输入端连接；
所述半桥驱动单元(15)包括半桥驱动器HBD1和半桥驱动器HBD2；PWM调制器PWM1的两个输出端连接半桥驱动器HBD1，PWM调制器PWM2的两个输出端连接半桥驱动器HBD2；半桥驱动器HBD1的四个输出端分别连接第一功率开关管S1的栅端、源端、第二功率开关管S2的栅端和直流电源Vin的负极，半桥驱动器HBD2的四个输出端分别连接第三功率开关管S3的栅端、源端、第四功率开关管S4的栅端和直流电源Vin的负极。
3.如权利要求2所述的软开关双闭环控制的四开关Buck-Boost变换器，其特征在于，所述导通时间计算器根据输入电压采样值、输出电压设定值和输出电流采样值进行求解，计算得到功率开关管导通时间，同时判定变换器工作模式。
4.如权利要求3所述的软开关双闭环控制的四开关Buck-Boost变换器，其特征在于，所述PWM调制器PWM1和所述PWM调制器PWM2结构相同，分别包括电阻R17～R18、电容C4～C5、反相器NOT1～NOT4、开关管M1～M2、与非门NAND1、与门AND1、或非门NOR1～NOR2；
电阻R17的第一端、电阻R18的第一端、反相器NOT1的输入端、反相器NOT1的输入端、与非门NAND1的第一输入端、与门AND1的第一输入端、或非门NOR1的第二输入端、或非门NOR2的第二输入端均连接；
电阻R17的第二端同时与电容C4的第一端、开关管M1的漏端和反相器NOT2的输入端连接，电容C4的第二端接地；非门NOT1的输出端与开关管M1的栅端连接，开关管M1的源端接地；反相器NOT2的输出端连接与非门NAND1的第二输入端，与非门NAND1的输出端与连接与门AND1的第二输入端，与门AND1的输出端为所述PWM调制器的一个输出端；
电阻R18的第二端同时与电容C5的一端、开关管M2的源端和反相器NOT4的输入端连接，电容C5的另一端接入偏置电压Vbias2；反相器NOT4的输出端与或非门NOR1的第一输入端连接，或非门NOR1的输出端与或非门NOR2的第一输入端连接，或非门NOR2的输出端为PWM调制器的另一个输出端。
CN202211199731.4A 2022-09-29 2022-09-29 一种软开关双闭环控制的四开关Buck-Boost变换器 Pending CN115459593A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211199731.4A CN115459593A (zh) 2022-09-29 2022-09-29 一种软开关双闭环控制的四开关Buck-Boost变换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211199731.4A CN115459593A (zh) 2022-09-29 2022-09-29 一种软开关双闭环控制的四开关Buck-Boost变换器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115459593A true CN115459593A (zh) 2022-12-09

Family

ID=84306086

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211199731.4A Pending CN115459593A (zh) 2022-09-29 2022-09-29 一种软开关双闭环控制的四开关Buck-Boost变换器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115459593A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116014862A (zh) * 2023-03-28 2023-04-25 江西清华泰豪三波电机有限公司 一种充电控制方法、充电装置和计算机可读存储介质

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116014862A (zh) * 2023-03-28 2023-04-25 江西清华泰豪三波电机有限公司 一种充电控制方法、充电装置和计算机可读存储介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11323030B2 (en) Control method for DC/DC converter and DC/DC converter for achieving continuous voltage gain
CN107070222B (zh) 一种双向dc/dc功率变换器控制电路的控制方法
US8174250B2 (en) Fixed frequency ripple regulator
CN211352048U (zh) 一种四开关升降压型变换器的控制电路
CN212210851U (zh) 一种基于平均电流模的buck-boost变换器
CN110912405B (zh) 一种基于电压模式控制的四开关buck-boost变换器
CN111245242A (zh) 一种基于平均电流模的buck-boost变换器及其变换方法
CN110768528B (zh) 一种用于非反向Buck-Boost电路工作模式平滑切换的控制方法
CN115459593A (zh) 一种软开关双闭环控制的四开关Buck-Boost变换器
CN115498861A (zh) 一种基于峰谷值电流模的电源控制电路
CN114884318A (zh) 一种基于占空比补偿的双向升降压直流变换器控制方法
CN115065244A (zh) 四开关升降压变换器的控制电路及优化方法
WO2023246512A1 (zh) 多电平直流变换器和飞跨电容的电压控制方法、控制装置
CN110601535B (zh) 适用于双节电池系统中的前级稳压器及其控制方法
CN211429194U (zh) Buck-boost变换器电路
CN110829837B (zh) 一种低电压应力ZVS高增益Boost变换器
CN103986327A (zh) 数字控制降压型dc-dc开关变换器的邻周期采样电压控制方法
CN115664169A (zh) 一种针对双向四开关Buck-Boost的准峰值电流控制方法
CN113949267B (zh) 一种基于平均电流模的四开关buckboost控制器
CN115296515A (zh) 一种四开关管升降压变换电路的调制系统
CN115940643A (zh) 一种dc-dc转换器及其控制系统和控制方法
Chen et al. The Switched-Capacitor step-down DC-DC converter with improved voltage stability and load range
CN113437873A (zh) 一种buck-boost变换器的自适应控制方法
Qin et al. Mechanisim of Duty Cycle Mutation and a New Mode Smooth Switching Control Method in High Efficiency Four-Mode Four-Switch Buck-Boost Converter
CN112928917A (zh) 三电平降压dc-dc转换器飞行电容平衡电路及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination