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双管Buck-Boost变换器具有输入输出同极性、开关管应力低等优点,同步方式下开关损耗严重,非同步方式下采用交错、双沿控制方式,变换器的效率有所改善。为进一步提高双管Buck-Boost变换器的效率,提出了一种两模态双沿调制的控制策略,通过对变换器在任意占空比、任意移相情况下的开关控制方式进行详细讨论和分析,并比较四种开关方式的几个主要特性的优劣,得出两模态双沿调制的控制策略可有效降低变换器电感平均电流、减少工作的开关数量并提高效率的结论,最后通过搭建仿真模型,验证了其正确性和有效性。
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双沿调制的双管双沿调制的双管Buck-Boost变换器变换器
双管Buck-Boost变换器具有输入输出同极性、开关管应力低等优点,同步方式下开关损耗严重,非同步方式下
采用交错、双沿控制方式,变换器的效率有所改善。为进一步提高双管Buck-Boost变换器的效率,提出了一种
两模态双沿调制的控制策略,通过对变换器在任意占空比、任意移相情况下的开关控制方式进行详细讨论和分
析,并比较四种开关方式的几个主要特性的优劣,得出两模态双沿调制的控制策略可有效降低变换器电感平均
电流、减少工作的开关数量并提高效率的结论,最后通过搭建仿真模型,验证了其正确性和有效性。
0 引言引言
双管Buck-Boost变换器由传统的Buck变换器和Boost变换器级联简化得到,因其具有电压的输入和输出同极性、开关器件
应力低、无源元件少等优点而被广泛应用于各种直流变换器当中
[1]
,非常适合用在通信电源、光伏发电系统、燃料电池供电系
统等场合。
双管Buck-Boost变换器的控制方式灵活,主要有同步开关、非同步开关两种控制方式。前者控制方式简单,但损耗较为严
重;后者主要包括交错、双沿调制,可有效提高变换器的效率
[2-3]
。文献[2]将双管Buck-Boost变换器应用于光伏并网,在兼顾
成本和效率的前提下采用了交错控制方式;文献[3]指出在占空比相同时,双沿、交错调制方式在提高变换器的效率上效果基
本一致,但两只开关管均高频工作,开关损耗较大。
为进一步提高变换器的效率,本文基于双管Buck-Boost变换器,提出了两模态双沿调制的开关控制方式,通过独立调节两
开关管实现,开关管损耗比双管同时工作时有所降低。本文分析了双管Buck-Boost变换器的工作原理;详细讨论了变换器在
任意占空比、任意移相情况下的开关方式的差异,并对四种开关方式的几个主要特性进行了分析和比较,最后基于Saber软件
搭建了仿真模型,验证了所提两模态双沿调制开关方式的正确性和有效性。
1 双管双管Buck-Boost变换器的工作原理变换器的工作原理
双管Buck-Boost变换器拓扑如图1所示:S
1
和S
2
为开关管,D
1
和D
2
为续流二极管,L为储能电感,C为滤波电容。变换器含
两个开关管,共四种工作状态:(1)S
1
、S
2
导通;(2)S
1
、S
2
截止;(3)S
1
导通、S
2
截止;(4)S
1
截止、S
2
导通。开关S
1
和S
2
的导
通时刻、占空比均可相同或不同。下面首先讨论S
1
和S
2
占空比相同时的情况。
1.1 开关管开关管S
1
和和S
2
占空比相同占空比相同
T、D分别为开关管S
1
、S
2
的开关周期(以下同)和占空比。同步开关方式下,电路稳态运行时,依据伏秒平衡,在一个开关
周期内,电感电流的增加量等于减少量
[4]
,即:
当U
in
>U
o
时(Buck模式),0<D<0.5;当U
in
<U
o
时(Boost模式),0.5<D<1时。在不同模式下,以开关管S
1
的导通时刻为基
准,将开关管S
2
的导通时刻移相不同的相位η,则电感的电流纹波和端电压会有所不同。
图2所示的是移相为η时变换器电感端电压和电感电流变化情况:S
1
、S
2
同时导通时,电感端电压为U
in
,电感电流上升;
S
1
、S
2
同时截止时,电感端电压为-U
o
,电感电流下降;仅S
2
导通时,电感端电压为0,电感电流不变;仅S
1
导通时,Buck模
式下(如图2(b)所示)电感端电压为U
in
-U
o
,电感电流上升,Boost模式下(如图2(a)所示)电感端电压为-(U
o
-U
in
),电感电流下降。
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weixin_38605144
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