[发明专利]耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器的控制电路

说明书

本发明公开了耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器的软开关控制电路，属于电力电子变流器的控制技术领域，本发明在考虑耦合电感非线性的情况下，可使变换器工作在临界状态，在不同负载及输入输出电压情况下均可实现开关管的零电压导通；本发明给出了考虑耦合电感影响的关断时间和死区时间计算方法，以实现所有开关管的零电压导通；本发明采用交错并联结构可有效降低流过每个开关管的电感电流，减小通态损耗，控制简单易于实现，有利于变换器的高功率密度化，在低压大电流锂电池充放电领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域。

背景技术

四开关升降压(Four Switch Buck-Boost，FSBB)变换器凭借其宽电压范围和高效率变等优势被广泛应用于储能系统、光伏优化器等领域，其拓扑如图1所示。当电感电流处于连续导通模式(CCM)，开关管上存在较大的开关损耗，当开关频率提升时将严重影响变换器的功率变换效率。而当变换器电感电流处于临界导通模式(CRM)时，可利用死区时间内功率电感与开关管结电容之间的谐振实现开关管的零电压开通(ZVS)或谷底电压开通(VS)，显著降低开关损耗。基于该思想，文献“Z.Liu,B.Li,F.C.Lee and Q.Li.High-EfficiencyHigh-Density Critical Mode Rectifier/Inverter for WBG-Device-Based On-BoardCharger.IEEE Transactions on Industrial Electronics.2017,64(11)”提出使开关管关断时间延长的控制策略，如图2所示，实现了全范围的开关管ZVS。虽然该控制策略稍作修改即可应用于四开关升降压变换器中，但硬件成本较高的电感电流过零检测(ZCD)电路限制了其在储能系统等成本敏感型场合中的应用；为了解决该问题，授权公布号为“CN106100412”给出了一种基于边界导通模式(BCM)的全桥变换器的软开关控制策略，如图3所示该策略无需ZCD电路，通过对电感电流进行滞环控制即可实现开关管的ZVS，该策略同样可应用于交错并联四开关升降压变换器中。但是，上述控制策略需要对电感电流进行高精度的检测，以实现精确的滞环控制；同时，由于死区时间为固定值，在开关管实现ZVS开通或VS开通前会引入额外的体二极管通态损耗，故以上控制策略对变换器的功率变换效率提升不明显。

由于CRM下电感电流有效值较大，采用交错并联结构可有效降低流过每个开关管的电感电流，进而减小通态损耗。在交错并联结构中采用耦合电感可进一步优化电感体积，实现高效高功率密度的目标，如图4所示。但是，耦合电感的存在将使得一个开关周期内的电感电流不再线性变化，已有的控制策略将不再适用，现阶段缺乏针对耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器的软开关控制方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器的软开关控制电路，可在不添加任何额外硬件辅助谐振电路的条件下，通过数字计算控制开关管的导通时间、关断时间和死区时间，在整个负载范围内实现所有开关管的零电压开通，具有低成本高效率技术优势。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：本发明提供了一种耦合电感交错并联四开关升降压双向变换器的控制电路，所述双向变换器包括耦合电感、第一～第八开关管，电池，与电池并联的滤波电容，以及相互并联的直流电源和母线电容；母线电容的正极连接第一和第五开关管的漏极，负极连接第二，第六，第四和第八开关管的源极；第一开关管的源极作为第一公共端连接第二开关管的漏极，第三开关管的源极作为第二公共端连接第四开关管的漏极；第一公共端经耦合电感的原边连接第第一公共端，第五开关管的源极作为第三公共端连接第六开关管的漏极，第七开关管的源极作为第四公共端连接第八开关管的漏极，第三公共端经耦合电感的副边连接第四公共端；第三和第七开关管的漏极连接滤波电容的正极，第四和第八开关管的源极连接滤波电容的负极；

该控制电路包括第一，第二电压传感器、电流传感器、第一，第二减法器、第一，第二数据总线、第一，第四运算器、电压调节器、电流调节器、第一乘法器、第一，第二比较器、第一，第二选通器、比例器、PWM信号发生器以及移相器；