四开关Buck-Boost变换器的三模式控制方法研究

针对四开关Buck-Boost变换器在两模式运行时,其输入输出电压接近时模式切换频繁以及开关管难以运行在极限占空比下的问题,提出了一种基于平均电流控制的Buck、Buck-Boost、Boost三模式切换策略。该策略在原有Buck、Boost两模式的基础上,通过检测输入电压单元来控制调制信号偏置电压,实现四开关BuckBoost变换器在Buck、Buck-Boost、Boost三模式下平滑切换,使开关管在宽输入电压范围内工作在有效占空比区间。通过使用平均电流控制来限制电感电流变化,确保变换器的安全可靠运行。最后搭建saber仿真模型和硬件实验平台,验证了所提控制策略的可行性。     

π型Buck-Boost交流变换器

提出一种对称结构π型Buck-Boost交流变换器及其变结构控制策略。该变换器由Buck交流单元和Boost交流单元组成,与级联式两级电路相比,省去前级LC输出滤波器,简化了电路结构。根据前、后单元的工作与否,π型交流变换器存在4种工作模式:Buck模式、Boost模式、直通模式和Buck-Boost模式。通过等效改变电路结构,变结构控制策略使得π型Buck-Boost交流变换器只有3种工作模式:Buck模式、Boost模式和直通模式。π型Buck-Boost交流变换器虽然具有两个独立的控制对象、采用两级占空比调制,但实际上最多只有一级功率变换,且存在直接功率传递通路,适用于稳压或调压应用场合。     

级联式Buck-Boost AC／AC变换器

详细分析了Buck型和Boost型AC/AC变换器的工作原理及其控制方法,在此基础上提出了一种新型级联式Buck-Boost AC/AC变换器及其三模式控制策略.三模式控制策略是比较输入电压与基准输出电压的大小,使得变换器只有3种工作模式:Buck模式、Boost模式和滤波模式.该电路虽然由Buck型和Boost型AC/AC变换器2级变换器级联而成,并采用2级占空比调制,但实际上最多只存在一级功率变换,具有控制简单、变换效率高、开关管电压应力低等优点.仿真结果证明了级联式Buck-Boost AC/AC变换器及其控制策略的可行性和理论分析的正确性.     

一种新颖的四开关Buck-Boost变换器

提出一种新颖的四开关Buck-Boost变换器及其控制策略。该变换器由Buck变换器和Boost变换器级联等效而成,其可以将宽范围的输入电压高效率变换到额定电压附近,这样对后级变换器而言输入就是一个窄范围,从而保证了后级变换器的优化设计;与此同时,四开关Buck-Boost变换器的滤波工作模式还保证了额定输入电压附近效率的最高。实验结果表明：采用文中提出的四开关Buck-Boost变换器作为前级的两级式变换器可以满足未来通信电源模块高效率、高功率密度以及宽输入范围的要求。     

四开关Buck-Boost变换器的多模式模型预测控制策略

四开关Buck-Boost变换器具有多种工作模式,适用于宽电压范围变换的场合,如何选择适合的工作模式以及实现平滑的模式切换是其需要解决的关键问题。该文提出一种四开关Buck-Boost变换器的多模式模型预测控制策略,根据电压变换需求确定了四种工作模式,在传统Buck和Boost模式的基础上加入两种扩展模式,消除Buck和Boost模式在输入电压和输出电压接近时存在的控制死区,利用模型预测控制方法的预测机制实现各工作模式的电流预测控制,同时,根据下一控制周期内不同工作模式的占空比预测结果,选择最适合的工作模式。仿真和实验结果表明,所提控制策略可以有效地选择四开关Buck-Boost变换器最适合的工作模式以及实现较平滑的模式切换,而且具有良好的动态响应性能。     

一种基于四开关Buck-Boost变换器的四模式控制策略

四开关Buck-Boost变换器(Four-Switch Buck-Boost Converter, FSBB)电路工作在Buck和Boost两种工作模式时可以获得更高的工作效率,但是在两种模式之间相互切换时,就会出现影响变换器性能的盲区。通过分析四开关变换器输入输出电压的转换比和开关管占空比之间的关系,从而推导出盲区产生的原因,并对传统的两模式控制策略加以改进,提出了一种电压控制带补偿的四模式控制策略,使开关管在全部工作电压范围内均可工作于有效占空比区间,从而消除盲区的影响。通过环路补偿网络设计,提高变换器的性能,减小了输入电压、负载等扰动的影响,实现了整个系统的稳定、高效运行。仿真及实验,验证了控制策略正确、可行。     

宽输入电压范围下隔离型全桥Boost变换器的高效率控制

本文提出了一族隔离型的Buck-Boost变换器以适应宽输入电压范围并要求隔离的应用场合,以全桥(Full-Bridge,FB)Boost变换器作为其典型电路之一在文中展开分析。考虑占空比的丢失,提出了基于移相控制的双沿调制策略以减小整个输入电压范围内的电感电流脉动。为实现变换器可靠高效的工作,提出了三模式双频控制策略。三模式双频控制策略下,输入电压被分为低、中、高三个电压区间,分别对应于FB-Boost变换器的Boost、FB-Boost和FB三个工作模式。由于FB-Boost模式下电感电流脉动较小,可以降低该模式下Boost单元的开关频率以减小开关损耗,进一步提高效率。为验证设计和控制策略的有效性,搭建了一台输入电压250～500V,输出电压360V,额定功率6kW的原理样机,整个输入电压范围内变换器都具有较高的效率,最高效率为97.2%。     

多端口能量路由器储能接口单元准三模式控制

四开关升降压(FSBB)变换器具有双向宽电压增益特性,故可作为多端口能量路由器储能接口变换器拓扑.当FSBB两端口电压相近时,传统三模式控制的Buck-Boost模式会增大电感电流纹波,导致开关管电流应力和损耗增大.此处提出一种改进三模式控制,采用双滞环避免FSBB变换器在Buck和Boost模式频繁切换,通过内移相实现FSBB变换器在Buck-Boost模式的电压增益调节.搭建了 1台5 kW的工程样机,实验结果表明所提改进三模式控制在Buck-Boost模式可降低电感电流纹波和开关管电流应力.     

双管Buck-Boost变换器的输入电压前馈控制策略

双管Buck-Boost变换器适用于宽输入电压范围场合。采用双调制–单载波的两模式控制策略可实现其整个输入电压范围内的高效率和工作模式的自动平滑切换,其工作模式即为高输入电压区间的 Buck 模式和低输入电压区间的Boost模式。为抑制输入电压扰动对输出电压的影响,通过建立双管Buck-Boost变换器不同工作模式下的小信号模型,推导相应的输入电压前馈函数,并分析电路参数变化对前馈函数的影响,进而提出一种带输入电压前馈的两模式控制策略。采用所提出控制策略的双管 Buck-Boost 变换器,可实现工作模式和相应输入电压前馈函数的同时自动选择,及工作模式的近似平滑切换,从而保证变换器整个输入电压范围内的高效率和良好的输入暂态响应。为更好地展现所提出控制策略的优点,对带输入电压前馈和不带输入电压前馈的两模式控制策略进行比较。最后,实验室搭建一台原理样机,并对所提出的控制策略进行实验验证。     

一种改进的四开关Buck-Boost变换器控制策略

针对四开关Buck-Boost(FSBB)变换器在传统控制策略下控制方法复杂、整机运行效率不高的问题,提出了一种减少控制变量加变频的改进三模式控制策略。分析了改进三模式控制策略下变换器的工作原理,详细介绍了在宽输入范围下通过该控制策略来实现变换器高效运行的控制方法。以数字控制芯片TMS320F28027为核心搭建了1台输入30～66 V、输出48 V/4 A的实验样机。实验结果表明,所提出的改进三模式控制策略可使FSBB变换器在宽输入电压和全负载范围内实现开关管ZVS,并在满载时效率最高可达97.5%。     

基于四管同步升降压变换器汽车适配器设计

讨论了四管同步Buck-Boost升降压变换器的工作原理.这种变换器有同步降压Buck、降升压Buck-Boost、同步升压Boost三种工作模式.详细分析了输入和输出接近相等时,四管同步降压及升压Buck-Boost模式的工作原理.降压Buck-Boost模式中电感先深去磁,再短时间的深激磁,然后长时间的浅激磁;升压Buck-Boost模式中电感先深激磁,再短时间的深去磁,然后长时间的浅去磁,从而维持低纹波的输出电压调节.还介绍了具有12V/24V通用电池电压输入范围的汽车电池适配器的设计过程,讨论了电感的计算和选取方法,以及PCB的设计原则.     

燃料电池系统宽范围输入电压变换器设计

燃料电池输出特性较软使得其系统中单向DC/DC变换器需要较宽的输入电压,从而限制了该变换器的应用。文章利用双管Buck-Boost级联电路可根据输入电压的大小自动切换升/降压工作状态来获得合适的恒定的输出电压的优点,对该级联电路设计了基于平均电流控制的电压、电流双闭环控制环路,从而实现其在宽范围输入电压下得到恒定的输出电压,可为燃料电池系统后级变换器提供稳定的输入电压,并降低其设计和优化的难度,还有效解决传统单管Buck-Boost电路开关管电压应力过高的问题。仿真和小功率样机的实验研究验证了所提采用双闭环控制环路的升降压变换器在宽范围输入电压下均具有良好的性能。     

一种单相降压型PFC电路及其非线性控制

以Buck为基础的单相功率因数校正(power factor correction,PFC)电路,器件电压应力小,输入、输出电流控制能力强;但输入电流存在固有死区,造成输入电流畸变。提出一种双电路模式的单相降压型PFC电路,通过加入1个辅助开关和1个二极管,在传统Buck PFC变换器的输入电流死区时间段,使电路工作于Buck-Boost模式,消除电流死区。对于Buck与Buck-Boost之间的切换控制问题,基于单周期控制,推导出一种非线性控制策略,不同工作模式具有相同的电流控制律,消除了模式切换造成的电流畸变,从而实现单位功率因数。设计了1台开关频率为50 k Hz、输出为100 V/1 A的实验样机,在175~265 V输入电压范围内,输入电流保持较低的总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)。电路实现2个开关管共地,驱动电路设计简单;且不同电路模式采用相同的电流控制律,简化了控制,有利于实际的工程应用。     

基于多模式控制的储能用双向Buck-Boost DC/DC变换器

由于各种分布式能源的大量接入，电网需要加入储能单元以平抑潮流的波动。储能系统中，为了在宽输入、输出电压范围的情况下实现高效双向电能转换，探讨一种基于多模式控制的双向Buck-Boost DC/DC变换器。当输入电压显著高于输出电压时，变换器工作在Buck模式，采用谷值电流控制。当输入电压显著低于输出电压时，变换器工作在Boost模式，采用峰值电流控制。当输入电压接近输出电压时，变换器工作在Buck-Boost组合模式，采用移相控制来实现平滑过渡。为了实现高精度的输出和快速的动态响应，控制环路采用二型补偿器。通过Buck模式和Boost模式小部分重叠工作的方式，消除了传统Buck-Boost变换器在模式切换时存在的断续现象。制作的1 kW实验样机具有97.5%的峰值效率以及Buck模式与Boost模式平滑切换的特点。     

楼宇直流微网用直流母线功率分级控制的新型多输入直流变换器研究

针对传统多输入变换器存在的输入/输出电压反极性、分布式能源汇集结构复杂等问题,提出一种新型多输入直流Buck-Boost变换器,有效实现楼宇直流微网中的风光混合供电,且将蓄电池直接嵌入变换器中,减小体积和降低成本。该变换器具有电路拓扑简洁、可实现升/降压、输入/输出电压同极性、各种分布式输入源可单独或同时向负载供电、蓄电池能根据负载功率变化吸收或释放功率等优点。以三输入为例分析了变换器的工作模式、推导其输入输出特性、提出基于直流母线功率的分级控制实现能量管理。通过Matlab/Simulink平台的仿真实验验证了该变换器的可行性和控制策略的有效性。