[發明專利]四開關管升降壓變換器的控制方法和控制電路

在審

• 申請號: 202210339346.9
• 申請日: 2022-04-01
• 公開（公告）號: CN114679056A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 劉華吾;楊靜;王廷營;胡家諭;唐海瑞;趙瑞;曹赟;崔滿超;王永生;郝英杰;丁星星;宋亞龍;胡東;嚴凱
• 申請（專利權）人: 連云港杰瑞電子有限公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M3/157
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐

本發明公開了一種四開關管升降壓變換器的控制方法和電路，方法包括：采集第四開關管的DS電壓v_dsS4；比較電壓v_dsS4和閾值v_th，輸出周期調制信號Pd_md，用于逐開關管周期控制開關管頻率；依據周期置位信號P_Rst和時鐘信號Clk生成最低周期限制信號Pd_Lm；基于Pd_md和Pd_Lm生成周期置位信號P_Rst；基于P_Rst、Clk和四開關管升降壓變換器中四段工作模態的時間，生成四個開關管的驅動信號，實現對變換器開關管頻率的主周期控制。本發明可以靈活實現變換器穩態時固定開關頻率和大動態過程中變開關頻率的策略。本發明簡單方便且具有較高可靠性，有利于實現變換器的高功率密度和高變換效率。

技術領域

本發明屬于變換器技術領域，特別是一種四開關Buck-Boost變換器的控制方法和控制電路。

背景技術

四開關升降壓(Buck-Boost)變換器是一種DC/DC電路拓撲，因其高效性、可靠性、靈活性、寬輸入輸出范圍等特點被廣泛應用于航空航天、通訊和軍工武器等電源領域。如圖1所示的四開關Buck-Boost變換器，包括第一開關管S₁、第二開關管S₂、第三開關管S₃、第四開關管S₄，以及一個電感L的電感。電感L的一端連接與第一開關管S₁和第二開關管S₂之間，另一端連接與第三開關管S₃和第四開關管S₄之間；圖1還包括一個變換器控制器，用于控制第一開關管S₁至第四開關管S₄的開通和關斷。輸入源以電壓V_in向轉換器輸入功率，經過變換器，功率以輸出電壓V_o傳向輸出負載。

一般而言，四開關Buck-Boost變換器在一個開關周期內分為四個階段，即輸入階段，輸入-輸出階段，續流階段，鉗位階段，如圖2所示。從圖2的變換器模態圖可以看出，四開關升降壓變換器的控制自由度較多，既可以通過調節T1時間段的持續時間，也可以通過調節T2時間段的持續時間，又可以通過調節T4時間段的持續時間來實現對變換器輸出電壓的實時控制，這意味著四開關升降壓變換器具有非常靈活和復雜的控制策略。總體而言，四開關升降壓變換器的控制策略分為固定開關頻率和變開關頻率兩種方案。在專利CN106849659中，采用固定開關頻率算法，通過分別在buck、Boost、buck-boost 三種不同工作模式下設置不同的電路控制參數，控制架構復雜繁瑣；而且所述專利需要電阻電流采樣，對硬件電路要求較高且由于電阻采樣造成的損耗會進一步影響變換器效率；此外，固定開關頻率的控制架構在變換器負載大幅度跳變或者輸入電壓大幅跳變等工況下，無法可靠保證電感逐周期磁復位，也無法實現逐周期軟開關。在論文“高頻高效四開關Buck-Boost變換器控制策略研究”中，作者針對數字控制提出了變頻和分段變頻控制策略。所述變頻控制策略，在全范圍工作條件下，變換器均工作在變頻模式下，該控制策略通常具有較寬的工作頻率范圍，變換器輕載工況下開關頻率較高，效率低；較寬的工作頻率對變換器的磁芯設計、驅動設計等方面提出了較大挑戰。所述分段變頻策略通過軟件算法實現，同樣具有在大動態過程無法實現電感逐周期磁復位和逐周期軟開關的問題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中的不足，提供一種靈活的逐周期頻率控制方法和控制電路，可以靈活設置變換器的最高頻率，可以靈活實現變換器穩態時固定開關頻率和大動態過程中變開關頻率的策略，有效實現變換器電感的逐周期磁復位和逐周期軟開關。此外，針對四開關升降壓變換器的各時間段參數，提供一種簡單有效的實現方案。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種四開關管升降壓變換器的控制方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1，采集四開關管升降壓變換器中第四開關管的DS電壓v_dsS4；