【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于变换器，特别是一种负向电流的主动控制方法和电路。
技术介绍
1、四管buck-boost变换器具有升降压功率变换能力，可以在宽电压范围内实现高效率，且电路结构简单，输入输出电压极性相同，因而广泛应用于新能源发电、通讯、军工等电源领域。四管buck-boost变换器可以采用单模式软开关控制方法，来实现宽电压、负载范围内的软开关，有利于提升变换效率和开关频率，最终实现高功率密度，变换器的电路拓扑及关键工作波形如图1所示。其中，开关管s3一般采用同步整流控制，可以实现零电压开通和零电流关断，有利于实现高效率。在s3关断后，能量传输电感lf和s3、s4的输出结电容谐振，并对s4的输出结电容进行放电，其实现过程如图2(a)所示，此时有
2、
3、其中coss_34为开关管s3、s4的输出结电容之和，ilf为流过能量传输电感lf的电流、正方向定义为从s1/s2桥臂中点流出，vds4为s4的漏源极两端电压。
4、由式可得：
5、
6、其中，vo为变换器输出电压，也是开关管s4输出结电容的电压初值，ilf_s3off为开关管关断时刻电感电流ilf的瞬时值，s3采用同步整流控制时有ilf_s3off＝0。由式且ilf_s3off＝0可得，当vds4(t)＝0时，ilf的瞬时值为：
7、
8、这个电流将流过开关管s4的体二极管，使其具备实现零电压开通的条件，此时变换器等效电路如图2(b)所示。根据图1所示变换器关键工作波形，在t4时刻，开关管s2关断，
9、
10、其中，coss_12为开关管s1、s2的输出结电容之和，一般有coss_12＝coss_34。由式可得，vds1的最小值为：
11、
12、保证开关管s1实现软开关要求vds1_min≤0，则有：
13、
14、由式和可知，当变换器工作在升压模式，即vin<vo时，开关管s1可以实现零电压开通，但在降压模式，即vin≥vo时，开关管s1不具备实现零电压开通的条件，将引起较大的开关损耗，特别是在高压输入情况，将限制变换效率和开关频率，限制功率密度的提升。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种一种负向电流的主动控制方法和电路。
2、实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种负向电流的主动控制方法，应用于四管buck-boost变换器，该四管buck-boost变换器包括第一开关管s1，第二开关管s2，第三开关管s3，第四开关管s4，电容co和电感lf，其特征在于，所述方法包括：通过控制第三开关管s3的通断，实现电感lf电流ilf负向电流值的主动控制，以实现所有开关管尤其是第一开关管s1在全电压、负载范围内的软开关实现。
3、进一步地，所述主动控制电路包括开通控制电路、关断控制电路、负向电流控制电路、延时模块和rs触发器rs1；所述开通控制电路，用于控制第三开关管s3的开通时刻；所述关断控制电路，用于根据能量传输电感lf的逐周期伏秒平衡，产生控制第三开关管s3关断的预控制信号vreset1；所述负向电流控制电路，用于产生主动控制负向电流大小的延时时间tdelay；所述延时模块，用于根据预控制信号vreset1和延时时间tdelay，产生控制第三开关管s3关断的最终控制信号vreset；所述rs触发器rs1，用于根据开通关断控制信号vset即开通控制电路的输出信号和所述vreset，产生第三开关管s3的驱动控制信号vg_s3。
4、进一步地，所述负向电流控制电路包括第三比较器cp3，单脉冲触发电路3，第三电容c3，第四电容c4，第三开关sw3，第四开关sw4，采样保持电路s&h1、采样保持电路s&h2和延时时间计算模块；所述第三比较器cp3的反相输入端连接阈值电压vth2，同相输入端连接第一开关管s1和第二开关管s2形成的开关桥臂的中点电压va，所述第三比较器cp3的输出端连接单脉冲触发电路3的输入端，单脉冲触发电路3的输出端控制第四开关sw4的通断；所述第四开关sw4的一个端口连接所述中点电压va，另一个端口通过第四电容c4接地同时连接采样保持电路s&h2的输入端；所述开通关断控制信号vset控制第三开关sw3的通断，所述第三开关sw3的一个端口连接第三开关管s3和第四开关管s4形成的开关桥臂的中点电压vb，另一个端口通过第三电容c3接地同时连接采样保持电路s&h1的输入端；所述延时时间计算模块用于根据采样保持电路s&h1、采样保持电路s&h2分别输出的采样信号vins和vos产生延时时间tdelay输出至延时模块，该延时模块的输出端连接rs触发器rs1的r端。
5、进一步地，所述开通控制电路包括第一比较器cp1和单脉冲触发电路1，所述第一比较器cp1的反相输入端连接阈值电压vth1，同相输入端连接所述中点电压vb，输出端连接单脉冲触发电路1，该单脉冲触发电路1产生所述开通关断控制信号vset并连接rs触发器rs1的s端。
6、进一步地，所述关断控制电路包括第二比较器cp2，第一电阻r1，第二电阻r2，第一电容c1，第二电容c2，第一开关sw1，第二开关sw2和单脉冲触发电路2，所述第二比较器cp2的同相输入端通过第一电阻r1连接所述中点电压vb，同时通过第一电容c1接地，所述第一开关sw1与第一电容c1并联；所述第二比较器cp2的反相输入端通过第二电阻r2连接中点电压va，同时通过第二电容c2接地，所述第二开关sw2与第二电容c2并联，所述第二比较器cp2的输出端连接单脉冲触发电路2，该单脉冲触发电路2产生控制信号至所述第一开关sw1和第二开关sw2。
7、进一步地，设定时间常数r2·c2远大于变换器的开关周期，则有
8、
9、式中，vc2为第二电阻r2与第二电容c2的公共端处的电压，r2、c2分别为第二电阻r2的阻值和第二电容c2的容值，vin为变换器输入电压。
10、进一步地，设定时间常数r2·c2远大于变换器的开关周期，且所述第一电阻r1和第二电阻r2的阻值相同，第一电容c1和第二电容c2的容值相同，则有
11、
12、式中，vc1为第一电阻r1与第一电容c1的公共端处的电压，r1、c1分别为第一电阻r1与第一电容c1的容值，vo为变换器输出电压。
13、进一步地，所述延时时间计算模块根据采样信号vins和vos产生延时时间tdelay，且有
14、
15、其中coss＝coss_12＝coss_34。
16、式中，coss＝coss_12＝coss_34，coss_12为第一开关管s1、第二开关管s2的输出结电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种负向电流的主动控制方法，应用于四管Buck-Boost变换器，该四管Buck-Boost变换器包括第一开关管S1，第二开关管S2，第三开关管S3，第四开关管S4，电容Co和电感Lf，其特征在于，所述方法包括：通过控制第三开关管S3的通断，实现电感Lf电流iLf负向电流值的主动控制，以实现所有开关管尤其是第一开关管S1在全电压、负载范围内的软开关实现。
2.基于权利要求1所述方法的负向电流的主动控制电路，其特征在于，所述主动控制电路包括开通控制电路、关断控制电路、负向电流控制电路、延时模块和RS触发器RS1；所述开通控制电路，用于控制第三开关管S3的开通时刻；所述关断控制电路，用于根据能量传输电感Lf的逐周期伏秒平衡，产生控制第三开关管S3关断的预控制信号vreset1；所述负向电流控制电路，用于产生主动控制负向电流大小的延时时间tdelay；所述延时模块，用于根据预控制信号vreset1和延时时间tdelay，产生控制第三开关管S3关断的最终控制信号vreset；所述RS触发器RS1，用于根据开通关断控制信号vset即开通控制电路的输出信号和所述vreset，
3.根据权利要求2所述的负向电流的主动控制电路，其特征在于，所述负向电流控制电路包括第三比较器CP3，单脉冲触发电路3，第三电容C3，第四电容C4，第三开关Sw3，第四开关Sw4，采样保持电路S&H1、采样保持电路S&H2和延时时间计算模块；所述第三比较器CP3的反相输入端连接阈值电压Vth2，同相输入端连接第一开关管S1和第二开关管S2形成的开关桥臂的中点电压vA，所述第三比较器CP3的输出端连接单脉冲触发电路3的输入端，单脉冲触发电路3的输出端控制第四开关Sw4的通断；所述第四开关Sw4的一个端口连接所述中点电压vA，另一个端口通过第四电容C4接地同时连接采样保持电路S&H2的输入端；所述开通关断控制信号vset控制第三开关Sw3的通断，所述第三开关Sw3的一个端口连接第三开关管S3和第四开关管S4形成的开关桥臂的中点电压vB，另一个端口通过第三电容C3接地同时连接采样保持电路S&H1的输入端；所述延时时间计算模块用于根据采样保持电路S&H1、采样保持电路S&H2分别输出的采样信号vins和vos产生延时时间tdelay输出至延时模块，该延时模块的输出端连接RS触发器RS1的R端。
4.根据权利要求3所述的负向电流的主动控制电路，其特征在于，所述开通控制电路包括第一比较器CP1和单脉冲触发电路1，所述第一比较器CP1的反相输入端连接阈值电压Vth1，同相输入端连接所述中点电压vB，输出端连接单脉冲触发电路1，该单脉冲触发电路1产生所述开通关断控制信号vset并连接RS触发器RS1的S端。
5.根据权利要求4所述的负向电流的主动控制电路，其特征在于，所述关断控制电路包括第二比较器CP2，第一电阻R1，第二电阻R2，第一电容C1，第二电容C2，第一开关Sw1，第二开关Sw2和单脉冲触发电路2，所述第二比较器CP2的同相输入端通过第一电阻R1连接所述中点电压vB，同时通过第一电容C1接地，所述第一开关Sw1与第一电容C1并联；所述第二比较器CP2的反相输入端通过第二电阻R2连接中点电压vA，同时通过第二电容C2接地，所述第二开关Sw2与第二电容C2并联，所述第二比较器CP2的输出端连接单脉冲触发电路2，该单脉冲触发电路2产生控制信号至所述第一开关Sw1和第二开关Sw2。
6.根据权利要求5所述的负向电流的主动控制电路，其特征在于，设定时间常数R2·C2远大于变换器的开关周期，则：
7.根据权利要求6所述的负向电流的主动控制电路，其特征在于，设定时间常数R2·C2远大于变换器的开关周期，且所述第一电阻R1和第二电阻R2的阻值相同，第一电容C1和第二电容C2的容值相同，则有：
8.根据权利要求7所述的负向电流的主动控制电路，其特征在于，所述延时时间计算模块根据采样信号vins和vos产生延时时间tdelay，有：
...【技术特征摘要】
1.一种负向电流的主动控制方法，应用于四管buck-boost变换器，该四管buck-boost变换器包括第一开关管s1，第二开关管s2，第三开关管s3，第四开关管s4，电容co和电感lf，其特征在于，所述方法包括：通过控制第三开关管s3的通断，实现电感lf电流ilf负向电流值的主动控制，以实现所有开关管尤其是第一开关管s1在全电压、负载范围内的软开关实现。
2.基于权利要求1所述方法的负向电流的主动控制电路，其特征在于，所述主动控制电路包括开通控制电路、关断控制电路、负向电流控制电路、延时模块和rs触发器rs1；所述开通控制电路，用于控制第三开关管s3的开通时刻；所述关断控制电路，用于根据能量传输电感lf的逐周期伏秒平衡，产生控制第三开关管s3关断的预控制信号vreset1；所述负向电流控制电路，用于产生主动控制负向电流大小的延时时间tdelay；所述延时模块，用于根据预控制信号vreset1和延时时间tdelay，产生控制第三开关管s3关断的最终控制信号vreset；所述rs触发器rs1，用于根据开通关断控制信号vset即开通控制电路的输出信号和所述vreset，产生第三开关管s3的驱动控制信号vg_s3。
3.根据权利要求2所述的负向电流的主动控制电路，其特征在于，所述负向电流控制电路包括第三比较器cp3，单脉冲触发电路3，第三电容c3，第四电容c4，第三开关sw3，第四开关sw4，采样保持电路s&h1、采样保持电路s&h2和延时时间计算模块；所述第三比较器cp3的反相输入端连接阈值电压vth2，同相输入端连接第一开关管s1和第二开关管s2形成的开关桥臂的中点电压va，所述第三比较器cp3的输出端连接单脉冲触发电路3的输入端，单脉冲触发电路3的输出端控制第四开关sw4的通断；所述第四开关sw4的一个端口连接所述中点电压va，另一个端口通过第四电容c4接地同时连接采样保持电路s&h2的输入端；所述开通关断控制信号vset控制第三开关sw3的通断，所述第三开关sw3的一个端口...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆杨军，朱守伟，孙娟，牟恬恬，席伟，杨坤，周美权，师贺，闫凯，
申请(专利权)人：上海杰瑞兆新信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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