[发明专利]一种用于非反相Buck-Boost变换器的统一模式控制方法

说明书

本发明提供了一种用于非反相Buck‑Boost变换器(Non‑inverting Buck‑Boost converter,NIBB)的统一模式控制方法，通过建立NIBB的平均模型和统一模式控制模型，在统一模式控制下，输入控制量为等效占空比d，通过Buck模式、扩展Buck模式、扩展Boost模式以及Boost模式最终计算占空比。本发明控制器工作模式完全由等效占空比决定，与离散模式控制相比，不需要额外的输入电压传感器，从而降低系统成本；本发明实现暂态下变换器各工作模式的灵活切换，降低控制器输出建立时间与恢复时间，减小输出电压偏差，提升系统动态性能；与同步控制相比，减少每周期发生动作开关的数量，降低总体的开关动态损耗，提升DC‑DC变换器转换效率。

技术领域

本申请涉及新能源发电领域与电力电子变换器控制领域，尤其涉及到一种用于非反相Buck-Boost变换器的统一模式控制方法，用于多模式DC-DC变换器电路的运行控制。

背景技术

在直流配网与直流微网中，可再生能源和储能设备的直流输出都具有宽电压的特征，其输出电压随特定工作条件变化而在较宽范围内波动。当可再生能源与储能设备通过DC-DC变换器进行功率变换与电网接入时，DC-DC变换器输入电压范围与输出电压范围之间往往出现交叠。这就要求DC-DC变换器不仅具有升压能力，同时还具有降压能力。非反相Buck-Boost变换器(Non-inverting Buck-Boost converter,NIBB)作为一种宽电压变换范围的DC-DC变换器，在直流配网与直流微网中，可用于可再生能源和储能设备的接口变换器单元。NIBB拓扑结构，如图1所示。忽略各元件寄生参数，NIBB的平均模型为：

其中L、C、R_eq分别NIBB变换器的电感、电流与等效负载电阻，v_i、v_o分别是NIBB的输入电压与输出电压，i_L是NIBB的电感电流，i_load是等效电流源负载，d₁、d₂分别是S₁、S₂的占空比。根据式(1)，令微分项为零，可得稳态变压比如下：

其中D₁、D₂分别是S₁和S₂的稳态占空比。

现有NIBB的控制策略分为同步与非同步控制两种手段，两种手段各有优缺点，分述如下：

“同步控制”是一种易于实现的NIBB控制策略。在该策略下，图1中的S₁与S₄开关同步动作，S₂与S₃开关同步动作。同步控制策略只涉及一个控制量，因此反馈回路设计方法较为简单，与传统DC-DC变换器反馈控制设计方法相同。由于同步控制策略下每个周期有四个开关动作，开关损耗大，造成能量转换效率低。同时稳态运行时电感电流较高，进而导致元件额定容量与造价升高。

“非同步控制”能够降低变换器损耗，提升变换器效率。非同步控制下的NIBB存在三种工作模式，包括Buck模式、Boost模式以及过渡模式。在Buck模式中，S₂始终导通，每周期内S₁、S₃发生开关动作，S₄不动作；Boost模式中，S₁始终导通，每周期内S₂、S₄发生开关动作，S₃不动作。在Buck与Boost模式下，每个开关周期只有两个开关动作，与同步控制相比，非同步控制策略下变换器损耗得以降低。