本发明属于功率变换器控制领域，特别涉及基于节点电流的zvs四开关buck-boost变换器预测控制策略。
背景技术：
1、在输出电压在输入电压范围内的应用中，通常采用具有升压和降压能力的dc-dc变换器。具有这种能力的基本变换器包括buck-boost、cuk、zeta和sepic四种，其中buck-boost变换器和cuk变换器的输入输出电压极性相反，开关管电压应力较高；而zeta和sepic变换器输出正电压，但所需无源器件较多，不利于变换器功率密度的提高，同样存在开关管电压应力较高的问题。将双管buck-boost变换器的二极管全部换为可控开关管，得到一个四开关buck-boost变换器，该变换器输出电压为正，电压应力小，无源元件少，在分布式电源、电动汽车、光伏电源等领域得到了广泛的应用。四开关buck-boost变换器工作于四边形电感电流工作模式可以实现四个开关管的软开关，提高变换器的效率。根据是否存在续流阶段t4，将四边形电感电流调制的四开关buck-boost变换器工作模式分为伪断续电流模式(pseudo discontinuous current mode,pdcm)和伪临界电流模式(pseudo criticalcontinuous current mode,pcrm)。目前对于四边形电感电流调制的四开关buck-boost变换器控制策略，单个周期内的控制时序都是按照t1、t2、t3、t4对应的模态进行控制的，基于该控制时序，在pcrm模式时，-izvs比较与开关周期结束这两个判断条件只能用一个，未能得到充分利用，为此，本发明提出一种采用新的控制时序，且具有较高动态性能与稳定性的节点电流预测控制策略。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，提出一种基于节点电流的zvs四开关buck-boost变换器预测控制策略，具有较强稳定性，能够实现对负载变化的快速跟随，提高变换器的动态性能。
技术实现思路
1、基于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供简便、稳定且具有较高动态性能的基于节点电流的zvs四开关buck-boost变换器预测控制策略，其主要思想是在单控制开关周期内提出新的控制时序，对电感电流进行采样并预测，判断变换器的工作状态，计算出单开关周期内各个阶段的占空比和时间，控制开关管的开通或关断，使变换器快速达到稳态。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、基于节点电流的zvs四开关buck-boost变换器预测控制策略，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。
4、优选的，所述的四开关buck-boost电路工作如下：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pdcm模式时，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pcrm模式时，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。
5、优选的，所述的四开关buck-boost电路，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。
6、所述控制方法实施的具体步骤如下：
7、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：
8、izvs＝2coss·max{vin,vo}/td
9、式中，coss为开关管的寄生电容，td为死区时间；
10、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：
11、当vin＜vo时，四开关buck-boost变换器工作在升压状态；
12、当vin≥vo时，四开关buck-boost变换器工作在降压状态；
13、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：
14、
15、
16、式中，ts为开关周期，l为电感值；
17、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；
18、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：
19、当ipi＜ip_b时，变换器工作于pdcm模式；
20、当ipi≥ip_b时，变换器工作于pcrm模式；
21、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：
22、当电路工作在pdcm升压模式时：
23、
24、当电路工作在pdcm降压模式时：
25、
26、当电路工作在pcrm模式时：
27、
28、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：
29、
30、
31、
32、t2＝ts-t1-t3-t4
33、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；
34、步骤九：重复上述步骤二至步骤八，实现开关周期的循环。
35、优选的，采用所述策略，变换器工作在升压模式时均可以稳定，变换器工作于降压模式时的稳定条件为vo<vin＜2vo。
36、优选的，所述策略可以对步骤三中最大功率点电感电流p点对应的值ip_io_max的表达式进行线性拟合，线性拟合公式为：
37、ip_io_max＝avin+bvo+c
38、式中，a、b、c为常数，可根据变换器的参数来确定。
39、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
40、1.本发明针对zvs四开关buck-boost变换器在一个控制开关周期内提出了新的控制时序，以q1的关断时刻作为一个控制开关周期的开始，即开关模态顺序由t1、t2、t3、t4变为t3、t4、t1、t2，能够有效简化各模态占空比的计算过程，降低控制系统的复杂度；
41、2.本发明提出的预测控制策略更能够保证软开关的实现，从而提高变换器的效率；
42、3.本发明提出的预测控制策略提高了系统的动态性能，在负载或输入电压发生突变等情况下，可以快速达到稳态，且不会产生次谐波振荡问题，有效遏制电路中电流与电压过冲的问题；
43、4.本发明提出的预测控制策略能够适应不同的开关频率、电感等电路参数，适应性好。
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；
2.根据权利要求1所述的基于节点电流的zvs四开关buck-boost变换器预测控制策略，其特征在于，变换器工作在升压模式时均可以稳定，变换器工作于降压模式时的稳定条件为vo<vin＜2vo。
3.根据权利要求1所述的基于节点电流的zvs四开关buck-boost变换器预测控制策略，其特征在于，可以对步骤三中最大功率点电感电流p点对应的值ip_io_max的表达式进行线性拟合，线性拟合公式为：
