[发明专利]一种四管Buck-Boost变换器电流预测控制方法

说明书

本发明公开了一种四管Buck‑Boost变换器电流预测控制方法。该方法首先建立闭环控制，通过控制开关管的占空比控制输出电压给定参考值，同时实现零电压开关，具体包括：根据应用场合，设置主功率电路的参数；对输入电压、输出电压与电感电流进行采样，计算变压比k；将k与临界变压比ksubgt;b/subgt;比较，判断最大功率点对应的电路模态；计算最小占空比Dsubgt;min/subgt;、临界占空比Dsubgt;b/subgt;和最大功率点占空比Dsubgt;Pmax/subgt;；根据电路模态，对PI补偿器输出的补偿占空比Dsubgt;PI/subgt;约束得到占空比Dsubgt;T/subgt;；根据Dsubgt;T/subgt;，判断变换器工作模态；计算开关管的占空比，并将生成的PWM信号送给四个开关管，实现零电压开关；重复上述步骤进行下一个周期。本发明能在负载变化时限制移相占空比进而提高四管Buck‑Boost变换器的效率。

技术领域

本发明属于电能变换领域，具体涉及一种四管Buck-Boost变换器电流预测控制方法。

背景技术

随着我国科技的不断发展，适用于不同电场合下的高效率、高功率密度的功率变换器逐渐成为目前的主流选择。四管Buck-Boost变换器是通过对Buck变换器和Boost变换器进行同步整流控制以及组合优化，从而实现升压或降压的功能，与传统的非隔离型升降压变换器相比，四管Buck-Boost变换器可以应用于输入电压有较大变化范围且输出电压在输入电压变化范围内的场合。

四管Buck-Boost变换器的本质上就是将Buck变换器和Boost变换器级联的一种升降压变换器，拥有非常广泛的控制自由度。传统的四管Buck-Boost变换器的控制方法有单模式控制、两模式控制和三模式控制等几大类。其中，单模式控制方法可以不用切换工作模式，仅通过工作在Buck-Boost模式下实现升压降压功能，但无法做到较低的导通损耗和开关损耗，这在一定程度上降低了四管Buck-Boost变换器的工作效率。两模式控制方法可以提高效率降低损耗并且能够减小电感电流有效值，其工作原理是根据输入和输出电压的关系，控制其中一个桥臂上两个功率开关管的常开和常关，进而实现Buck或Boost的功能，但是，输入电压在输出电压上下反复波动时，两种功能的切换频率也会加快，这不利于整个功率变换器的稳定性。三模式控制方法将输入电压能够变化的范围划分为三个区间并由小到大分别采用Boost模式、Buck-Boost模式、Buck模式的控制策略，但是四管Buck-Boost变换器工作在Buck-Boost模式时电感电流的脉动很大，使得变换器的效率较低，另外在粗调节时Buck-Boost模式对应的区间长度选取太大会导致输出电压与理想输出偏差较大，而选取太小会造成模式频繁切换。为此需要采取一些策略能够在兼顾稳定性和精度的同时提升效率。

已经有部分学者对四管Buck-Boost变换器的软开关技术进行了研究探索，并成功地将四边形电感电流控制策略应用到四管Buck-Boost变换器中，四边形电感电流控制策略的主要思想是第一开关管Q₁和第二开关管Q₂互补导通，第三开关管Q₃和第四开关管Q₄互补导通，四管Buck-Boost变换器要工作在伪临界导通模式(Pseudo Critical ConductionMode,PCRM)或伪断续导通模式(Pseudo Discontinuous Conduction Mode,PDCM)，利用电感电流让其中一个开关管并联的电容进行放电，直至该开关管反向并联的续流二极管导通，此时可以实现零电压/零电流开通。在实现软开关的前提下，随着移相占空比D_T增大，四管Buck-Boost变换器的输出功率先增大后减小。当四管Buck-Boost变换器工作在D_T超过输出功率最大值对应的点时，效率可以通过限制D_T进一步提高。但是，当四管Buck-Boost变换器的输入电压或负载变化时，可能会出现移相占空比太大或太小的情况，电感电流不满足零电压开通的条件，这就会导致变换器效率有所降低。另外，移相占空比大于最大功率点时，不能保证电感电流的有效值和脉动值最小。

发明内容