[发明专利]基于耦合电感的交错同步BUCK变换器的数字软开关控制方法

说明书

本发明公开的基于耦合电感的交错同步BUCK变换器的数字软开关控制方法，属于电力电子领域的高频开关电源方向。本发明通过变频控制耦合电感的关断电流恒定，死区时间根据输入电压而变化，使得变换器在不同输入电压下以及全负载范围内可以充分实现软开关同时降低导通损耗。采用电压外环与电流内环双闭环控制策略，通过对输入、输出电压以及输出电流采样计算得到不同情况下的开关频率以及死区时间。本发明能够实现基于耦合电感的交错并联同步BUCK变换器适应宽电压范围输入、全负载范围内的软开关，通过数字控制，不需要辅助电路、零电流检测电路或高带宽传感器，调制方式灵活易实现，提高变换器转换效率。

技术领域

本发明涉及一种基于耦合电感的交错同步BUCK变换器的数字软开关控制方法，属于电力电子领域的高频开关电源方向。

背景技术

近年来，随着各类工业设备以及民用设备的快速发展，对宽电压增益，高功率密度的模块电源的需求越来越迫切，其中同步BUCK变换器因其效率高、结构简单被广泛应用。在同步BUCK变换器中通常采用交错并联技术有效降低输出电流，减小滤波电容，提高功率密度，同时采用耦合电感将两个电感集成到一个磁芯上进一步提高变换器的功率密度，提高效率以及动态响应。

为了进一步提高基于耦合电感的交错并联同步BUCK变换器的转换效率，软开关技术成为关键技术。IEEE Transactions on industrial Electronics【IEEE工业电子学报】于2013年发表的“Digital Adaptive Frequency Modulation for Bidirectional DC-DCConverter”【双向DC-DC变换器的数字自适应调频】一文，提出了基于双向DC-DC变换器的变频控制方法，该方法双向DC-DC变换器工作在电流临界模式从而实现软开关，但是耦合电感会改变电感电流的特性，该方法并不适用带耦合电感的变换器软开关实现；IEEETransactions on Power Electronics【IEEE电力电子学报】于2016年发表的“High-Frequency High-Efficiency GaN-Based Interleaved CRM Bidirectional Buck/BoostConverter with Inverse Coupled Inductor”【基于GaN器件带负耦合电感的高频高效率交错并联电流临界模式双向Buck/Boost变换器】一文，提出了一种基于负耦合电感的交错并联双向Buck/Boost变换器的软开关方法，该方法使变换器工作在电流临界模式，耦合电感使得软开关范围增大。然而这种方法还是有不足之处：该方法需要零电流检测电路，增加了电路的复杂性，同时软开关范围受输入电压输出电压的关系影响，当输入电压过高时，则不能实现软开关；另外，死区时间没有进行优化控制，电流流过二极管导致导通损耗变大。

发明内容

为了克服现有技术的不足同时降低导通损耗，本发明目的是提供一种基于耦合电感的交错同步BUCK变换器的数字软开关控制方法，通过变频控制耦合电感的关断电流恒定，死区时间根据输入电压而变化，使得变换器在不同输入电压下以及全负载范围内能够充分实现软开关同时降低导通损耗；采用电压外环与电流内环双闭环控制策略，通过对输入、输出电压以及输出电流采样计算得到不同情况下的开关频率以及死区时间，实现基于耦合电感的交错并联同步BUCK变换器适应宽电压范围输入、全负载范围内的软开关；通过数字控制，不需要辅助电路、零电流检测电路或高带宽传感器，调制方式灵活易实现，且能够提高变换器转换效率。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。