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申请/专利权人：南京理工大学

摘要：本发明公开了基于节点电流的ZVS四开关Buck‑Boost变换器预测控制策略，属于功率变换器控制领域。该策略在单个开关周期内提出新的控制时序，采样电感电流开关周期初始值、输入电压和输出电压进行反馈闭环控制，根据调整后的控制时序计算电路单个开关周期内各个阶段的时间，从而控制开关管的开关动作，使得电路能够快速进入稳态。本发明通过调整开关周期内的控制时序简化了四开关Buck‑Boost电路单周期内各模态占空比的计算过程，使得控制策略简便、稳定和高效。本发明公开的基于节点电流的预测控制策略具有较强的稳定性，能够实现对负载变化的快速跟随，提高变换器的动态性能。

主权项：1.基于节点电流的ZVS四开关Buck-Boost变换器预测控制策略，其特征在于：所述四开关Buck-Boost电路由一个电感和四个开关管组成，四个开关管分别为Q1、Q2、Q3、Q4，其中Q1、Q2组成左边桥臂，Q3、Q4组成右边桥臂，两个桥臂共地，电感两端分别连接两个桥臂的中点，同一桥臂的两个开关管互补导通，即Q1、Q2互补导通，Q3、Q4互补导通，桥臂上两个开关管需要设置死区时间td；所述的四开关Buck-Boost变换器工作如下：T1时间段内，Q1、Q4导通，Q2、Q3截止；T2时间段内Q1、Q3导通，Q2、Q4截止；T3时间段内，Q2、Q3导通，Q1、Q4截止；T4时间段内，Q2、Q4导通，Q1、Q3截止；当四开关Buck-Boost变换器工作在伪断续电流模式PseudoDiscontinuousCurrentMode,PDCM时，单个控制开关周期内的工作阶段有T3、T4、T1、T2；当四开关Buck-Boost变换器工作在伪临界电流模式PseudoCriticalContinuousCurrentMode,PCRM时，单个开关周期内的工作阶段有T3、T1、T2；T1阶段过渡到T2阶段电感电流的节点为P点，T2阶段过渡到T3阶段电感电流的节点为Q点；所述的四开关Buck-Boost变换器，在单个控制周期内的控制时序为T3、T4、T1、T2，在采样电感电流开关周期初始值即Q点的电流值、输入电压及输出电压后送入控制器，计算电路单个开关周期内各个阶段的时间，进而控制开关管的开关动作使得电路进入稳态；具体步骤如下：步骤一：根据额定输入电压Vin与额定输出电压Vo，计算最小软开关电流IZVS，具体计算公式为：IZVS＝2Coss·max{Vin,Vo}td式中，Coss为开关管的寄生电容，td为死区时间；步骤二：采样输入电压vin与输出电压vo，判断电路升降压工作状态，判断方式为：当vin＜vo时，四开关Buck-Boost变换器工作在升压状态；当vin≥vo时，四开关Buck-Boost变换器工作在降压状态；步骤三：用采样得到的输入电压vin与输出电压vo，计算出临界节点电流值IP_b和IP_Io_max；其中IP_b为变换器工作于PDCM与PCRM模式交界时P点电感电流对应值，IP_Io_max为最大功率点处P点电感电流对应值，具体计算公式为： 式中，Ts为开关周期，L为电感值；步骤四：将采样得到的输出电压vo与给定输出电压基准值Vo_ref进行比较，将误差信号输入PI补偿器，得到P节点电感电流参考信号IPI，并通过限幅环节将IPI限制在0与IP_Io_max之间；步骤五：将P节点电感电流参考信号IPI与临界电流值IP_b进行比较，判断变换器工作模式，判断方式为：当IPI＜IP_b时，变换器工作于PDCM模式；当IPI≥IP_b时，变换器工作于PCRM模式；步骤六：采样输入电压vin、输出电压vo和开关周期内电感电流初始值即Q点的电流值iL_Q，根据电路的工作模式，计算单个开关周期内T3、T4、T1、T2时间段对应的占空比d3、d4、d1、d2；各种工作模态下具体计算公式为：当电路工作在PDCM升压模式时： 当电路工作在PDCM降压模式时： 当电路工作在PCRM模式时： 步骤七：通过占空比d3、d4、d1、d2计算单个开关周期内各个阶段的实际时间T3、T4、T1、T2，具体公式为： T2＝Ts-T1-T3-T4步骤八：根据单个开关周期内4个阶段的实际时间T3、T4、T1、T2控制开关管Q3、Q4、Q1、Q2的开关动作；步骤九：重复上述步骤二至步骤八，实现开关周期的循环。

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