CN107994776A - 一种Buck-Boost变换器及其自由切换控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Buck‑Boost变换器,Buck‑Boost变换器包括第一电容C1、第二电容C2、电阻Rs1、电感L1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一场效应管Q1、第二场效应管Q2;Buck‑Boost变换器包括Buck工作模式和Boost工作模式,通过可编程数字控制芯片的控制编程控制,Buck工作模式和Boost工作模式可单独工作。本发明还提供了一种Buck‑Boost变换器的自由切换控制方法。本发明采用可编程数字控制芯片编程控制策略,控制Buck工作模式和Boost工作模式在同一时刻只有一个变换器工作,具有在单位时间内Buck‑Boost变换器总的开关次数少,开关损耗低、效率高、环路控制参数整定简单,简化了Buck‑Boost变换器的传递函数,降低了Buck‑Boost变换器控制难度,解决了Buck‑Boost切换时电感电流、输出电压震荡的问题,提高了***控制可靠性、稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种Buck-Boost变换器及其自由切换控制方法。
背景技术
Buck-boost降升压变换器拓扑电路,该变换器特点是Uin宽压输入全范围变化,给定参考输出电压值Uout_ref恒定,要求控制器控制输出电压 Uout稳定,为达到该变换器的功能,传统的PWM控制模拟芯片控制Q1、Q2同时工作(导通或者关断)达到目的,但是该控制方法存在开关损耗大导致变换器效率低、Buck-Boost控制器传递函数复杂、环路参数整定困难、很难避免Buck-Boost切换时电感电流、输出电压震荡现象等缺点
以上不足,有待改善。
发明内容
为了克服现有的技术的不足, 本发明提供一种Buck-Boost变换器及其自由切换控制方法。
本发明技术方案如下所述:
一种Buck-Boost变换器,所述Buck-Boost变换器包括第一电容C1、第二电容C2、电阻Rs1、电感L1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一场效应管Q1、第二场效应管Q2;
输入电压Uin的一端与所述第一电容C1的一端、所述电阻Rs1的一端均相连,所述电阻Rs1的另一端连接所述第一场效应管Q1的漏极,所述第一场效应管Q1的源极与所述第一二极管D1的负极、所述电感L1的一端均相连,所述电感L1的另一端与所述第二场效应管Q2的漏极、所述第二二极管D2的正极均相连,所述第二二极管D2的负极与所述第二电容C2的一端、输出电压Vout的一端均相连;
所述第一电容C1的另一端、所述第一二极管D1的正极、所述第二场效应管Q2的源极、所述第二电容C2的另一端均与所述输入电压Uin的另一端相连;
所述第一电容C1的另一端、所述第一二极管D1的正极、所述第二场效应管Q2的源极、所述第二电容C2的另一端均与所述输出电压Vout的另一端相连;
所述Buck-Boost变换器包括Buck工作模式和Boost工作模式,所述Buck工作模式和所述Boost工作模式通过可编程数字控制芯片的控制编程可单独工作。
进一步地,所述Buck工作模式下的电路结构连接方式如下:
所述输入电压Uin的一端与所述第一电容C1的一端、所述电阻Rs1的一端均相连,所述电阻Rs1的另一端连接所述第一场效应管Q1的漏极,所述第一场效应管Q1的源极与所述第一二极管D1的负极、所述电感L1的一端均相连,所述第一电感L1的另一端与所述第二二极管D2的正极连接,所述第二二极管D2的负极与所述第二电容C2的一端、所述输出电压Vout的一端均相连;
所述第一电容C1的另一端、所述第一二极管D1的正极、所述第二电容C2的另一端均与所述输入电压Uin的另一端相连;
所述第一电容C1的另一端、所述第一二极管D1的正极、所述第二电容C2的另一端均与所述输出电压Vout的另一端相连。
进一步地,所述Boost工作模式下的电路结构连接方式如下:
所述输入电压Uin的一端与所述第一电容C1的一端、所述电阻Rs1的一端均相连,所述电阻Rs1的另一端与所述第一二极管D1的负极、所述电感L1的一端均相连,所述电感L1的另一端与所述第二场效应管Q2的漏极、所述第二二极管D2的正极均相连,所述第二二极管D2的负极与所述第二电容C2的一端、所述输出电压Vout的一端均相连;
所述第一电容C1的另一端、所述第一二极管D1的正极、所述第二场效应管Q2的源极、所述第二电容C2的另一端均与所述输入电压Uin的另一端相连;
所述第一电容C1的另一端、所述第一二极管D1的正极、所述第二场效应管Q2的源极、所述第二电容C2的另一端均与所述输出电压Vout的另一端相连。
本发明的另一个目的在于提供上述所述的Buck-Boost变换器的自由切换控制方法,包括:
步骤S001:可编程数字控制芯片初始化,给定参考输出目标电压Uout-ref;
步骤S002:可编程数字控制芯片采集输入电压Uin;
步骤S003:可编程数字控制芯片编程,将给定参考输出目标电压Uout-ref与输入电压Uin两者的电压大小进行比较;
步骤S004:根据比较结果进入控制模式,进行自由切换。
进一步地,在步骤S004中,当输入电压Uin大于给定参考输出目标电压Uout-ref时,此时Buck环路控制器中的给定参考输出目标电压Uout-ref保持不变,Buck-Boost变换器在Buck工作模式,Buck环路控制器控制Buck-Boost变换器输出电压、电路稳定,Boost环路控制器中的给定参考输出目标电压Uout-ref减去一个正值常数,Boost环路控制器为负饱和输出,自动关闭Boost变换器的PWM驱动。
进一步地,在步骤S004中,当输入电压Uin等于给定参考输出目标电压Uout-ref时,包括:
Buck环路控制器中的给定参考输出目标电压Uout-ref加上一个正值常数,Buck环路控制器为正饱和输出,输出占空比为100%的PWM信号驱动Buck变换器MOSFET管;
Boost环路控制器中的给定参考输出目标电压Uout-ref减去一个正值常数,Boost环路控制器为负饱和输出,输出占空比为0%的PWM信号自动关闭Boost变换器MOSFET管。
进一步地,在步骤S004中,当输入电压Uin小于给定参考输出目标电压Uout-ref时,Boost环路控制器给定参考输出目标电压Uout-ref保持不变,Buck-boost变换器在Boost工作模式,其Boost环路控制器控制Buck-Boost变换器输出电压、电路稳定,Buck环路控制器中的给定参考输出目标电压Uout-ref加上一个正值常数,Buck环路控制器为正饱和输出,占空比为100%输出Buck变换器PWM驱动。
根据上述方案的本发明,其有益效果在于,本发明提供的一种Buck-Boost变换器,将Buck-Boost变换器拓扑工作模式解耦为Buck工作模式和Boost工作模式,采用可编程数字控制芯片编程控制策略,控制Buck工作模式和Boost工作模式在同一时刻只有一个变换器工作,具有在单位时间内Buck-Boost变换器总的开关次数少,开关损耗低、效率高、环路控制参数整定简单,简化了Buck-Boost变换器的传递函数,降低了Buck-Boost变换器控制难度,解决了Buck-Boost切换时电感电流、输出电压震荡的问题,提高了***控制可靠性、稳定性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的Buck工作模式结构示意图。
图3为本发明的Boost工作模式结构示意图。
图4为本发明的Buck工作模式环路控制结构示意图。
图5为本发明的Boost工作模式环路控制结构示意图。
图6为本发明的Buck-Boost自由切换流程图。
具体实施方式
下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述:
请参阅图1至图6,一种Buck-Boost变换器,Buck-Boost变换器包括第一电容C1、第二电容C2、电阻Rs1、电感L1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一场效应管Q1、第二场效应管Q2;
输入电压Uin的一端与第一电容C1的一端、电阻Rs1的一端均相连,电阻Rs1的另一端连接第一场效应管Q1的漏极,第一场效应管Q1的源极与第一二极管D1的负极、电感L1的一端均相连,电感L1的另一端与第二场效应管Q2的漏极、第二二极管D2的正极均相连,第二二极管D2的负极与第二电容C2的一端、输出电压Vout的一端均相连;
第一电容C1的另一端、第一二极管D1的正极、第二场效应管Q2的源极、第二电容C2的另一端均与输入电压Uin的另一端相连;
第一电容C1的另一端、第一二极管D1的正极、第二场效应管Q2的源极、第二电容C2的另一端均与输出电压Vout的另一端相连;
Buck-Boost变换器包括Buck工作模式和Boost工作模式,Buck工作模式和Boost工作模式通过可编程数字控制芯片的控制编程可单独工作。
本实施例提供的一种Buck-Boost变换器的工作原理为:Buck-Boost变换器拓扑工作模式解耦为Buck工作模式和Boost工作模式,通过可编程数字控制芯片的控制编程,Buck工作模式和Boost工作模式可单独工作,进而实现了同一时刻只有一个变换器在工作。
本实施例提供的一种Buck-Boost变换器的有益效果为:将Buck-Boost变换器拓扑工作模式解耦为Buck工作模式和Boost工作模式,采用可编程数字控制芯片编程控制策略,控制Buck工作模式和Boost工作模式在同一时刻只有一个变换器工作,具有在单位时间内Buck-Boost变换器总的开关次数少,开关损耗低、效率高、环路控制参数整定简单,简化了Buck-Boost变换器的传递函数,降低了Buck-Boost变换器控制难度,解决了Buck-Boost切换时电感电流、输出电压震荡的问题,提高了***控制可靠性、稳定性。
请参阅图2,优选地,Buck工作模式下的电路结构连接方式如下:
输入电压Uin的一端与第一电容C1的一端、电阻Rs1的一端均相连,电阻Rs1的另一端连接第一场效应管Q1的漏极,第一场效应管Q1的源极与第一二极管D1的负极、电感L1的一端均相连,第一电感L1的另一端与第二二极管D2的正极连接,第二二极管D2的负极与第二电容C2的一端、输出电压Vout的一端均相连;
第一电容C1的另一端、第一二极管D1的正极、第二电容C2的另一端均与输入电压Uin的另一端相连;
第一电容C1的另一端、第一二极管D1的正极、第二电容C2的另一端均与输出电压Vout的另一端相连。
这样设置的工作原理为:当Buck-Boost变换器切换为Buck工作模式时,Buck变换器高频PWM工作,Boost变换器一直关断。
这样设置的有益效果为:通过可编程数字控制芯片的控制编程,将Buck-Boost变换器切换为Buck工作模式时,只有Buck变换器来工作,实现了Buck工作模式与Boost工作模式的无缝切换,在单位时间内Buck-Boost变换器总开关次数少,降低了开关的损耗、提高了效率。
请参阅图3,优选地,Boost工作模式下的电路结构连接方式如下:
输入电压Uin的一端与第一电容C1的一端、电阻Rs1的一端均相连,电阻Rs1的另一端与第一二极管D1的负极、电感L1的一端均相连,电感L1的另一端与第二场效应管Q2的漏极、第二二极管D2的正极均相连,第二二极管D2的负极与第二电容C2的一端、输出电压Vout的一端均相连;
第一电容C1的另一端、第一二极管D1的正极、第二场效应管Q2的源极、第二电容C2的另一端均与输入电压Uin的另一端相连;
第一电容C1的另一端、第一二极管D1的正极、第二场效应管Q2的源极、第二电容C2的另一端均与输出电压Vout的另一端相连。
这样设置的工作原理为:当Buck-Boost变换器切换为Boost工作模式时,Buck变换器一直导通,Boost变换器高频PWM工作。
这样设置的有益效果为:通过可编程数字控制芯片的控制编程控制,将Buck-Boost变换器切换为Boost工作模式时,只有Boost变换器来工作,实现了Buck工作模式与Boost工作模式的无缝切换,在单位时间内Buck-Boost变换器总开关次数少,降低了开关的损耗、提高了效率。
请参阅图4,本实施例还提供一种Buck-Boost变换器的自由切换控制方法,包括:
步骤S001:可编程数字控制芯片初始化,给定参考输出目标电压Uout-ref;
步骤S002:可编程数字控制芯片采集输入电压Uin;
步骤S003:可编程数字控制芯片编程,将给定参考输出目标电压Uout-ref与输入电压Uin两者的电压大小进行比较;
步骤S004:根据比较结果进入控制模式,进行自由切换。
在步骤S004中,当输入电压Uin大于给定参考输出目标电压Uout-ref时,此时Buck环路控制器中的给定参考输出目标电压Uout-ref保持不变,Buck-Boost变换器在Buck工作模式,Buck环路控制器控制Buck-Boost变换器输出电压、电路稳定,Boost环路控制器中的给定参考输出目标电压Uout-ref减去一个正值常数,Boost环路控制器为负饱和输出,自动关闭Boost变换器的PWM驱动。
优选地,在步骤S004中,当输入电压Uin等于给定参考输出目标电压Uout-ref时,包括:
Buck环路控制器中的给定参考输出目标电压Uout-ref加上一个正值常数,Buck环路控制器为正饱和输出,输出占空比为100%的PWM信号驱动Buck变换器MOSFET管;
Boost环路控制器中的给定参考输出目标电压Uout-ref减去一个正值常数,Boost环路控制器为负饱和输出,输出占空比为0%的PWM信号自动关闭Boost变换器MOSFET管。
优选地,在步骤S004中,当输入电压Uin小于给定参考输出目标电压Uout-ref时,Boost环路控制器给定参考输出目标电压Uout-ref保持不变,Buck-boost变换器在Boost工作模式,其Boost环路控制器控制Buck-Boost变换器输出电压、电路稳定,Buck环路控制器中的给定参考输出目标电压Uout-ref加上一个正值常数,Buck环路控制器为正饱和输出,占空比为100%输出Buck变换器PWM驱动。
本实施例提供的一种Buck-Boost变换器的自由切换控制方法的有益效果为:通过可编程数字控制芯片的编程控制,合理优化控制参数,实现了Buck工模式、Boost工作模式无缝自由切换,解决了传统Buck-Boost控制器的控制Buck工作模式、Boost工作模式切换时的电感电流、输出电压震荡的问题,提高了***控制可靠性、稳定性。
应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述,显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进,或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种Buck-Boost变换器,其特征在于:所述Buck-Boost变换器包括第一电容C1、第二电容C2、电阻Rs1、电感L1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一场效应管Q1、第二场效应管Q2;
输入电压Uin的一端与所述第一电容C1的一端、所述电阻Rs1的一端均相连,所述电阻Rs1的另一端连接所述第一场效应管Q1的漏极,所述第一场效应管Q1的源极与所述第一二极管D1的负极、所述电感L1的一端均相连,所述电感L1的另一端与所述第二场效应管Q2的漏极、所述第二二极管D2的正极均相连,所述第二二极管D2的负极与所述第二电容C2的一端、输出电压Vout的一端均相连;
所述第一电容C1的另一端、所述第一二极管D1的正极、所述第二场效应管Q2的源极、所述第二电容C2的另一端均与所述输入电压Uin的另一端相连;
所述第一电容C1的另一端、所述第一二极管D1的正极、所述第二场效应管Q2的源极、所述第二电容C2的另一端均与所述输出电压Vout的另一端相连;
所述Buck-Boost变换器包括Buck工作模式和Boost工作模式,所述Buck工作模式和所述Boost工作模式通过可编程数字控制芯片的控制编程可单独工作。
2.如权利要求1所述的Buck-Boost变换器,其特征在于:所述Buck工作模式下的电路结构连接方式如下:
所述输入电压Uin的一端与所述第一电容C1的一端、所述电阻Rs1的一端均相连,所述电阻Rs1的另一端连接所述第一场效应管Q1的漏极,所述第一场效应管Q1的源极与所述第一二极管D1的负极、所述电感L1的一端均相连,所述第一电感L1的另一端与所述第二二极管D2的正极连接,所述第二二极管D2的负极与所述第二电容C2的一端、所述输出电压Vout的一端均相连;
所述第一电容C1的另一端、所述第一二极管D1的正极、所述第二电容C2的另一端均与所述输入电压Uin的另一端相连;
所述第一电容C1的另一端、所述第一二极管D1的正极、所述第二电容C2的另一端均与所述输出电压Vout的另一端相连。
3.如权利要求1所述的Buck-Boost变换器,其特征在于:所述Boost工作模式下的电路结构连接方式如下:
所述输入电压Uin的一端与所述第一电容C1的一端、所述电阻Rs1的一端均相连,所述电阻Rs1的另一端与所述第一二极管D1的负极、所述电感L1的一端均相连,所述电感L1的另一端与所述第二场效应管Q2的漏极、所述第二二极管D2的正极均相连,所述第二二极管D2的负极与所述第二电容C2的一端、所述输出电压Vout的一端均相连;
所述第一电容C1的另一端、所述第一二极管D1的正极、所述第二场效应管Q2的源极、所述第二电容C2的另一端均与所述输入电压Uin的另一端相连;
所述第一电容C1的另一端、所述第一二极管D1的正极、所述第二场效应管Q2的源极、所述第二电容C2的另一端均与所述输出电压Vout的另一端相连。
4.一种基于权利要求1~3任一项所述的Buck-Boost变换器的自由切换控制方法,其特征在于:包括:
步骤S001:可编程数字控制芯片初始化,给定参考输出目标电压Uout-ref;
步骤S002:可编程数字控制芯片采集输入电压Uin;
步骤S003:可编程数字控制芯片编程,将给定参考输出目标电压Uout-ref与输入电压Uin两者的电压大小进行比较;
步骤S004:根据比较结果进入控制模式,进行自由切换。
5.如权利要求4所述的Buck-Boost变换器的自由切换控制方法,其特征在于:在步骤S004中,当输入电压Uin大于给定参考输出目标电压Uout-ref时,此时Buck环路控制器中的给定参考输出目标电压Uout-ref保持不变,Buck-Boost变换器在Buck工作模式,Buck环路控制器控制Buck-Boost变换器输出电压、电路稳定,Boost环路控制器中的给定参考输出目标电压Uout-ref减去一个正值常数,Boost环路控制器为负饱和输出,自动关闭Boost变换器的PWM驱动。
6.如权利要求4所述的Buck-Boost变换器的自由切换控制方法,其特征在于:在步骤S004中,当输入电压Uin等于给定参考输出目标电压Uout-ref时,包括:
Buck环路控制器中的给定参考输出目标电压Uout-ref加上一个正值常数,Buck环路控制器为正饱和输出,输出占空比为100%的PWM信号驱动Buck变换器MOSFET管;
Boost环路控制器中的给定参考输出目标电压Uout-ref减去一个正值常数,Boost环路控制器为负饱和输出,输出占空比为0%的PWM信号自动关闭Boost变换器MOSFET管。
7.如权利要求4所述的Buck-Boost变换器的自由切换控制方法,其特征在于:在步骤S004中,当输入电压Uin小于给定参考输出目标电压Uout-ref时,Boost环路控制器给定参考输出目标电压Uout-ref保持不变,Buck-boost变换器在Boost工作模式,其Boost环路控制器控制Buck-Boost变换器输出电压、电路稳定,Buck环路控制器中的给定参考输出目标电压Uout-ref加上一个正值常数,Buck环路控制器为正饱和输出,占空比为100%输出Buck变换器PWM驱动。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180504 |
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