本发明专利技术公开的基于耦合电感的交错同步BUCK变换器的数字软开关控制方法，属于电力电子领域的高频开关电源方向。本发明专利技术通过变频控制耦合电感的关断电流恒定，死区时间根据输入电压而变化，使得变换器在不同输入电压下以及全负载范围内可以充分实现软开关同时降低导通损耗。采用电压外环与电流内环双闭环控制策略，通过对输入、输出电压以及输出电流采样计算得到不同情况下的开关频率以及死区时间。本发明专利技术能够实现基于耦合电感的交错并联同步BUCK变换器适应宽电压范围输入、全负载范围内的软开关，通过数字控制，不需要辅助电路、零电流检测电路或高带宽传感器，调制方式灵活易实现，提高变换器转换效率。提高变换器转换效率。提高变换器转换效率。
【技术实现步骤摘要】
基于耦合电感的交错同步BUCK变换器的数字软开关控制方法
[0001]本专利技术涉及一种基于耦合电感的交错同步BUCK变换器的数字软开关控制方法，属于电力电子领域的高频开关电源方向。
技术介绍
[0002]近年来，随着各类工业设备以及民用设备的快速发展，对宽电压增益，高功率密度的模块电源的需求越来越迫切，其中同步BUCK变换器因其效率高、结构简单被广泛应用。在同步BUCK变换器中通常采用交错并联技术有效降低输出电流，减小滤波电容，提高功率密度，同时采用耦合电感将两个电感集成到一个磁芯上进一步提高变换器的功率密度，提高效率以及动态响应。
[0003]为了进一步提高基于耦合电感的交错并联同步BUCK变换器的转换效率，软开关技术成为关键技术。IEEE Transactions on industrial Electronics【IEEE工业电子学报】于2013年发表的“Digital Adaptive Frequency Modulation for Bidirectional DC
‑
DC Converter”【双向DC
‑
DC变换器的数字自适应调频】一文，提出了基于双向DC
‑
DC变换器的变频控制方法，该方法双向DC
‑
DC变换器工作在电流临界模式从而实现软开关，但是耦合电感会改变电感电流的特性，该方法并不适用带耦合电感的变换器软开关实现；IEEE Transactions on Power Electronics【IEEE电力电子学报】于2016年发表的“High
‑
Frequency High
‑
Efficiency GaN
‑
Based Interleaved CRM Bidirectional Buck/Boost Converter with Inverse Coupled Inductor”【基于GaN器件带负耦合电感的高频高效率交错并联电流临界模式双向Buck/Boost变换器】一文，提出了一种基于负耦合电感的交错并联双向Buck/Boost变换器的软开关方法，该方法使变换器工作在电流临界模式，耦合电感使得软开关范围增大。然而这种方法还是有不足之处：该方法需要零电流检测电路，增加了电路的复杂性，同时软开关范围受输入电压输出电压的关系影响，当输入电压过高时，则不能实现软开关；另外，死区时间没有进行优化控制，电流流过二极管导致导通损耗变大。
技术实现思路
[0004]为了克服现有技术的不足同时降低导通损耗，本专利技术目的是提供一种基于耦合电感的交错同步BUCK变换器的数字软开关控制方法，通过变频控制耦合电感的关断电流恒定，死区时间根据输入电压而变化，使得变换器在不同输入电压下以及全负载范围内能够充分实现软开关同时降低导通损耗；采用电压外环与电流内环双闭环控制策略，通过对输入、输出电压以及输出电流采样计算得到不同情况下的开关频率以及死区时间，实现基于耦合电感的交错并联同步BUCK变换器适应宽电压范围输入、全负载范围内的软开关；通过数字控制，不需要辅助电路、零电流检测电路或高带宽传感器，调制方式灵活易实现，且能够提高变换器转换效率。
[0005]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。
[0006]本专利技术公开的基于耦合电感的交错同步BUCK变换器的数字软开关控制方法，所述
基于耦合电感的交错并联同步BUCK变换器拓扑，包括直流输入电源V
in
、输入电容C
in
、输出电容C
o
、负耦合电感、第一功率开关管S1，第二功率开关管S2、第三功率开关管S3、第四功率开关管S4。所述负耦合电感由第一绕组L1和第二绕组L2组成。所述的功率开关管均为场效应晶体管MOSFET。
[0007]所述基于耦合电感的交错同步BUCK变换器的数字软开关控制方法包括如下步骤：
[0008]步骤一、根据耦合电感的自感L、耦合系数α和功率开关管的输出电容C
oss
得等效电感L
eq4
、角频率ω
r
、特征阻抗Z
r
。
[0009]根据耦合电感的自感L、耦合系数α以及功率开关管的输出电容C
oss
得等效电感L
eq4
＝L(1
‑
α2)),角频率特征阻抗
[0010]步骤二、采样输入电压V
in
、输出电压V
o
和输出电流I
o
。
[0011]步骤三、根据电流环的输出占空比Duty，得到S1和S3的有效占空比D1，S2和S4的有效占空比D2，以S2和S3的导通信号中心点之间的相位差作为移相角所述移相角为D
dead1
和D
dead2
差值的一半，所述D
dead1
和D
dead2
根据步骤五得到。
[0012]根据电流环的输出占空比Duty，得到S1和S3的有效占空比D1，S2和S4的有效占空比D2，以S2和S3的导通信号中心点之间的相位差作为移相角根据步骤五得到D
dead1
和D
dead2
，D
dead1
和D
dead2
分别对应S1关断后的死区时间t
dead1
和S2关断后的死区时间t
dead2
。D1，D2和的计算公式如式(1)：
[0013][0014]步骤四、根据步骤三得到的D1，D2和移相角将D1与进行比较，根据比较结果，将基于耦合电感的交错同步BUCK变换器的数字软开关控制方法模式分成两种控制模式，通过上述两种控制模式的变频控制实现耦合电感的关断电流恒定，使得变换器在不同输入电压下以及全负载范围内能够充分实现软开关；通过上述两种控制模式控制死区时间根据输入电压而变化，并计算开关频率f
s
和死区时间t
dead2
，降低功率开关管导通损耗。
[0015]步骤4.1：根据步骤三得到的D1，D2和移相角将D1与进行比较，根据比较结果，将基于耦合电感的交错同步BUCK变换器的数字软开关控制方法控制模式分成两种控制模式：
[0016]控制模式一：当时，根据如式(2)所示开关频率f
s
进行变频控制，根据如式(3)所示死区时间t
dead2
进行死区控制。
[0017][0018][0019]其中I
off2
为S2关断时刻电感电流。
[0020]控制模式二：当时，根据如式(4)所示开关频率f
s
进行变频控制，根据如式(5)所示死区时间t
dead2
进行死区控制。
[0021][0022][0023]步骤4.2：通过步骤4.1对应的两种控制模式得到的开关频率f
s
和死区时间t
dead本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于耦合电感的交错同步BUCK变换器的数字软开关控制方法，所述基于耦合电感的交错并联同步BUCK变换器拓扑，包括直流输入电源V
in
、输入电容C
in
、输出电容C
o
、负耦合电感、第一功率开关管S1，第二功率开关管S2、第三功率开关管S3、第四功率开关管S4；所述负耦合电感由第一绕组L1和第二绕组L2组成；所述的功率开关管均为场效应晶体管MOSFET，其特征在于：包括如下步骤，步骤一、根据耦合电感的自感L、耦合系数α和功率开关管的输出电容C
oss
得等效电感L
eq4
、角频率ω
r
、特征阻抗Z
r
；步骤二、采样输入电压V
in
、输出电压V
o
和输出电流I
o
；步骤三、根据电流环的输出占空比Duty，得到S1和S3的有效占空比D1，S2和S4的有效占空比D2，以S2和S3的导通信号中心点之间的相位差作为移相角所述移相角为D
dead1
和D
dead2
差值的一半，所述D
dead1
和D
dead2
根据步骤五得到；步骤四、根据步骤三得到的D1，D2和移相角将D1与进行比较，根据比较结果，将基于耦合电感的交错同步BUCK变换器的数字软开关控制方法模式分成两种控制模式，通过上述两种控制模式的变频控制实现耦合电感的关断电流恒定，使得变换器在不同输入电压下以及全负载范围内能够充分实现软开关；通过上述两种控制模式控制死区时间根据输入电压而变化，并计算开关频率f
s
和死区时间t
dead2
，降低功率开关管导通损耗；步骤五、根据步骤四中求出的开关频率f
s
和死区时间t
dead2
求得D
dead1
＝t
dead1
f
s
，D
dead2
＝t
dead1
f
s
，并将得到的D
dead1
和D
dead2...
【专利技术属性】
技术研发人员：沙德尚，张德彬，赵玉婷，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。