四开关升降压变换器高效控制策略研究与设计

作     者：刘琦 时雷雷 徐奇 钱钦松 孙伟锋 LIU Qi;SHI Leilei;XU Qi;QIAN Qinsong;SUN Weifeng

作者机构：东南大学集成电路学院江苏省南京市210096 

出 版 物：《中国电机工程学报》 (PROCEEDINGS OF THE CHINESE SOCIETY FOR ELECTRICAL ENGINEERING)

年 卷 期：2025年第45卷第2期

页      面：690-703,I0024页

核心收录：

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主　　题：四开关升降压变换器 软开关 多模式控制 高效率 

摘      要：四开关升降压(four-switch Buck-Boost,FSBB)变换器凭借其出色的软开关特性、宽范围调压能力、输入输出电压极性相同等优势被应用在数据中心供电架构中。然而,FSBB变换器软开关控制方式的多控制自由度特性,使得其控制策略复杂多变、增加了效率优化的难度。针对以上问题,研究并设计一种多模式高效控制策略,以提高FSBB变换器在全负载范围内的转换效率。首先,在FSBB变换器零电压开通(zero voltage switch,ZVS)的基础上得到控制量的约束条件,并确定电感电流有效值最低时控制量的取值规则;然后,构建FSBB变换器完整的损耗模型,以总损耗最低为目标,提出一种多模式的高效控制策略,并通过数据拟合的方式进行控制量的设计;最后,在Simplis中仿真验证并制作一个300 W的实验样机。测试结果表明:所设计的实验样机能在全输入、输出电压范围和全负载范围内实现较高的转换效率。其中最高峰值效率达到98.5%、最高平均效率达到97.93%,开关频率范围为500 kHz~1 MHz。