伪连续导电模式四开关Buck-Boost变换器控制策略研究

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随着新能源发电系统和分布式电源系统应用越来越广,人们对开关电源的功率密度和效率需求越来越高。在众多电路拓扑中,四开关Buck-Boost(Four-Switch Buck-Boost,FSBB)变换器具有结构对称、输入与输出极性相同、双向均可实现升降压、开关管电压应力低、无源元件少、控制灵活等优点,广泛应用于各个领域。FSBB变换器的大部分控制策略难以实现所有开关管的零电压开通(Zero Voltage Switch,ZVS),导致开关损耗和电磁干扰较大,不利于高频化和小型化。引入负电流可实现所有开关管的ZVS,但轻载时电感电流波形整体下移,负电流增大使部分功率向输入端回流,导致电感电流峰值与有效值较大。令变换器工作于伪连续导电模式(Pseudo Continuous Conduction Mode,PCCM),能够限制电流负值,降低回流功率,提升变换器效率。本论文研究了PCCM控制FSBB变换器的工作原理,分析了四个开关管的ZVS约束条件,对比了电路参数变化对开关管ZVS范围造成的影响。为使不同工作条件下均能实现所有开关管ZVS,存在三条边界限制。研究了电感电流峰值、有效值与电路状态持续时间的关系,三条边界上对应的电感电流峰值与有效值最小,提出了不同工作条件下电路损耗最小的电感电流波形。综合上述理论分析,本文提出了最小Irms拟合控制策略,并阐述了实现方案。最后搭建了输入电压36~72V,输出电压48V,额定功率250W的实验样机,对理论分析进行了验证。实验结果表明:最小Irms拟合控制策略能在不同工作条件下,实现FSBB变换器所有开关管的ZVS,同时较好地跟随电感电流峰值与有效值最小控制点,具有较高效率。
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