本发明属于电力电子变换器，具体涉及一种基于定频tcm控制的buck变换器及其软开关方法。
背景技术：
1、随着电力电子技术的不断进步，dc-dc变换器向着小体积、高频率、高能量密度、高效率的方向迅速发展，传统的dc-dc变换器工作在硬开关状态下，开通关断信号来临时，开关管电压电流来不及突变，会产生交叠，从而导致开关损耗，随着开关频率的升高，损耗也会随之增加，大大的降低了dc-dc变换器的工作效率。三角电流模式(tcm)控制由于结构简单，可以实现功率器件的软开关而成为提高变换器效率的可行手段之一。
2、传统的tcm控制采用过零点检测控制，变换器工作在变频状态下。其基本原理是通过参数计算得到开关管的导通时间，当硬件检测电路检测到电感电流的负向过零点时，辅助开关管开通，电感电流反向增大，当达到所需的导通时间之后，辅助开关管关断，电路在死区时间内发生谐振，寄生电容放电完全后开通主开关管即可实现零电压开通。过零点检测控制的缺点在于计算量大，且需要关注高频的过零点检测信号，通常需要dsp配合fpga或者双核dsp进行处理，控制难度较大。
3、基于电流滞环的tcm控制相对于过零点检测控制更容易实现，其没有固定的滞环带宽，而是实时计算电感电流的正负峰值，将采集到的电感电流瞬时值与正负峰值作对比，从而得到开关管的驱动信号。电流滞环控制的缺点在于仍然需要检测基波电流的极性，变换器工作在变频模式下，滤波器设计困难，同时需要避免过高的开关频率对硬件电路造成损害。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种基于定频tcm控制的buck变换器及其软开关方法。
2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：
3、本发明提供一种基于定频tcm控制的buck变换器，该buck变换器包括主电路和控制电路；
4、主电路包括：直流电压源vin、受控开关管s1和s2、储能电感l1、滤波电容c1、负载电阻ro、电感电流采样电阻r1、输出电压采样电阻r2和r3，其中s1为传统buck变换器的受控开关管，s2为代替传统buck变换器续流二极管的受控开关管；
5、控制电路包括：采样电路、dsp数字控制器、开关管驱动电路。
6、进一步地，上述buck变换器中，dsp数字控制器检测s1的栅极控制信号，当检测到控制信号出现下降沿时，读取该时刻的调制波数值mw和电感电流瞬时值il1。
7、进一步地，上述buck变换器中，一个完整的开关周期t被分为七个部分，分别为s1在电感电流反向阶段的开通时间ton1、s1在电感电流正向阶段的开通时间ton2、电感电流正向阶段的死区时间td1、电感电流从正向峰值减小到零的时间toff、电感电流增加到反向峰值的时间tr1、电感电流反向阶段的死区时间td2、td2结束到s1开通所需的时间tr2。
8、本发明还提供一种基于定频tcm控制的buck变换器的软开关方法，包括如下步骤：
9、1)标记buck变换器受控开关管为s1，将buck变换器续流二极管替换为受控开关管并记为s2；
10、2)s1采用pid控制，s2跟随s1的控制信号开通关断，dsp数字控制器检测s1的栅极控制信号，当检测到控制信号出现下降沿时，读取该时刻的调制波数值和电感电流值；
11、3)dsp数字控制器通过调制波和电感电流计算输出两路新的调制波；
12、4)新调制波与不同载波进行脉冲宽度调制，最终合成s2的栅极控制信号。
13、进一步地，通过读取s1控制信号的调制波mw计算出s1完整的开通时间tonc：
14、tonc＝mw×t (1)
15、
16、读取s1栅极驱动信号出现下降沿时的电感电流il1，计算出s1在电感电流正向阶段的开通时间ton2：
17、
18、由伏秒平衡和几何关系得到其他模态持续时间：
19、
20、
21、
22、进一步地，由于死区时间td1和td2相对于其他模态的持续时间较短，故在计算时忽略死区时间，近似的认为ton2结束时的电感电流值与toff开始时的电感电流值相同。
23、进一步地，dsp数字控制器参数计算生成两路新的调制波信号mw1和mw2：
24、
25、
26、mw1和mw2与不同的载波作对比生成两路方波信号，通过与运算合成输出辅助开关管的栅极驱动信号，在合适的时机开通关断，从而实现变换器的软开关。
27、进一步地，储能电感参数设计需满足如下条件：
28、a)电感电流在任意负载条件下均可进入tcm电流模式；
29、b)电感电流在死区时间内对受控开关管的寄生电容进行充放电操作；
30、c)在满足软开关条件的基础上，电感反向电流峰值尽可能小，以减少受控开关管的寄生二极管产生的导通损耗。
31、进一步地，为了能够稳定的进入tcm电流模式，电感电流平均值应小于电感电流纹波的一半，即：
32、i<δi (8)
33、
34、其中，i为电感电流平均值，δi为电感电流纹波的一半；
35、
36、
37、将式(9)、式(10)带入式(8)，整理可得：
38、
39、其中，rfl为变换器满载时的负载电阻。
40、进一步地，假设s1与s2寄生电容参数相同，tr2结束后s1开通，由几何关系可得死区时间内寄生电容充放电电荷量的一半为：
41、
42、由电感该时刻承受的电压可得：
43、
44、将式(13)带入式(12)，整理可得：
45、
46、在谐振阶段，寄生电容coss1电压上升至输出电压vo，由此可得：
47、
48、将式(15)带入式(14)，最终可解得反向电流ir：
49、
50、
51、由式(11)和(17)可求解出满足设计条件的电感值范围，在留出裕量的基础上增大电感值即可有效的减少寄生二极管的导通损耗。
52、本发明的有益效果是：
53、1、计算量较小，通过读取s1驱动信号下降沿时的调制波值和电感电流值，可以较为简单的计算出各个阶段的持续时间，通过电感设计保证在每个周期内反向电流峰值均能满足谐振需求，不需要实时计算正负电流峰值。
54、2、不需要额外的硬件电路检测过零点，降低了设计成本。
55、3、变换器工作在定频模式下，不会随反向电流峰值变化而改变，滤波器设计简单，且避免了频率过高对硬件电路的损害。
56、4、适用性较好，可以较为方便的移植到其他常见的dc-dc变换器。
57、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。
1.基于定频tcm控制的buck变换器，其特征在于，该buck变换器包括主电路和控制电路；
2.根据权利要求1所述的buck变换器，其特征在于，dsp数字控制器检测s1的栅极控制信号，当检测到控制信号出现下降沿时，读取该时刻的调制波数值mw和电感电流瞬时值il1。
3.根据权利要求2所述的buck变换器，其特征在于，一个完整的开关周期t被分为七个部分，分别为s1在电感电流反向阶段的开通时间ton1、s1在电感电流正向阶段的开通时间ton2、电感电流正向阶段的死区时间td1、电感电流从正向峰值减小到零的时间toff、电感电流增加到反向峰值的时间tr1、电感电流反向阶段的死区时间td2、td2结束到s1开通所需的时间tr2。
4.如权利要求3所述的buck变换器的软开关方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的软开关方法，其特征在于，通过读取s1控制信号的调制波mw计算出s1完整的开通时间tonc：
6.根据权利要求5所述的软开关方法，其特征在于，由于死区时间td1和td2相对于其他模态的持续时间较短，故在计算时忽略死区时间，近似的认为ton2结束时的电感电流值与toff开始时的电感电流值相同。
7.根据权利要求6所述的软开关方法，其特征在于，dsp数字控制器参数计算生成两路新的调制波信号mw1和mw2：
8.根据权利要求7所述的软开关方法，其特征在于，储能电感参数设计需满足如下条件：
9.根据权利要求8所述的软开关方法，其特征在于，为了能够稳定的进入tcm电流模式，电感电流平均值应小于电感电流纹波的一半，即：
10.根据权利要求9所述的软开关方法，其特征在于，假设s1与s2寄生电容参数相同，tr2结束后s1开通，由几何关系可得死区时间内寄生电容充放电电荷量的一半为：
