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 |
|---|---|---|---|
| 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 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |