CN111355376A - Buck-Boost切换电路、控制方法、以及充电器 - Google Patents

Buck-Boost切换电路、控制方法、以及充电器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Buck‑Boost切换电路、控制方法、以及充电器，其中Buck‑Boost切换电路包括控制器、切换模块、检直流电源直流电源电压的电压传感器，所述切换模块串接在直流电源与直流负载之间，控制器将所述直流电源电压与预设电压作比较，根据比较结果控制切换模块工作在Buck模式或是Boost模式；本发明可根据电路具体需求控制buck电路与boost电路相互切换共用一个IGBT，并使用PID控制调节电容充电电路，使供电更加安全可靠、稳定、精确。

Description

Buck-Boost切换电路、控制方法、以及充电器
技术领域
本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种Buck-Boost切换电路、控制方法、以及充电器。
背景技术
变频驱动控制器已经逐步成熟稳定，目前, 功率因数校正问题是许多电器设备都需要解决的问题。对此, 人们提出了各种电路拓扑和控制方案来解决它。最常用的电路就是Boost电路，但其直流电源电压必须要比直流电源电压高, 这使得Boost电路的使用受到了限制，而buck电路具有降压的作用，正好可以和Boost电路相互切换，根据电路的需求对其进行切换。
通过变频逆变器所逆变出来的电能需要通过充电回路储存在电解电容之中。在对电解电容进行充电时需要考虑电容的实际容量，继而控制充电时间。目前，大多数充电回路是采用DSP控制继电器的吸合和断开来控制充电，此种充电方式的精确度是不高的，还会因为继电器的异常吸合导致电解电容的损坏，而且一直以来是使用恒压法给电容充电，这与电解电容的充电曲线不符，更易造成电解电容的损坏。更应考虑的是，电解电容每次使用的放电深度是不一样的，电解液的耗费成度也不一样，工作环境也不一样，每次都是采用同一标准对电容进行充电，造成的电容损耗是不可逆转的。
因此，如何设计一种Buck-Boost切换电路、控制方法、以及充电器，是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中充电回路不具备Buck-Boost切换的缺陷，本发明提出一种Buck-Boost切换电路、控制方法、以及充电器。
本发明采用的技术方案是设计一种Buck-Boost切换电路，其包括控制器、切换模块、检直流电源直流电源电压的电压传感器，所述切换模块串接在直流电源与直流负载之间，控制器将所述直流电源电压与预设电压作比较，根据比较结果控制切换模块工作在Buck模式或是Boost模式。
所述切换模块包括第一开关IGBT1、第二开关IGBT2、第三开关IGBT3，第二开关IGBT2的漏极连接所述直流电源正极，第二开关IGBT2的源极连接第一开关IGBT1的漏极和第一二极管D1的阳极，第一开关IGBT1的源极连接第三二极管D3的阴极，第一二极管D1的阳极通过电感L连接第三开关IGBT3的漏极和第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极连接直流负载正极，第三二极管D1的阳极、第三开关IGBT3的源极连接直流电源负极，直流电源负极连接直流负载负极。
所述在Buck模式中控制器控制第一开关IGBT1导通，第三开关IGBT3关断，对第二开关IGBT2进行PWM控制；所述在Boost模式中控制器控制第一开关IGBT1关断，第二开关IGBT2导通，对第三开关IGBT3进行PWM控制。
所述直流电源为整流模块。
所述直流负载为电池C。
本发明还设计一种Buck-Boost切换电路控制方法，所述切换电路采用上述的Buck-Boost切换电路，控制器将所述直流电源电压与预设电压作比较，当所述直流电源电压大于预设电压时控制切换模块进入Buck模式，当所述直流电源电压不大于预设电压时控制切换模块进入Boost模式。
所述切换模块向电池C充电，控制器将切换模块输出电压与所述预设电压作比较、并根据比较结果作PID调节，对切换模块发送PWM控制波。
Buck-Boost切换电路控制方法具体包括以下步骤：
步骤1、设定预设电压；
步骤2、采集直流电源电压；
步骤3、将直流电源电压与预设电压作比较，当所述直流电源电压大于预设电压时转步骤4，否则转步骤5；
步骤4、控制切换模块进入Buck模式，转步骤6；
步骤5、控制切换模块进入Boost模式；
步骤6、切换模块向电池充电；
步骤7、采集切换模块输出电压所述预设电压作比较、并根据比较结果作PID调节，对切换模块发送PWM控制波；
步骤8、检测充电是否完成，如以完成则转步骤3，如未完成则转步骤9；
步骤9、控制切换模块进入恒压及恒流控制。
本发明还设计一种充电器，所述充电器采用上述的Buck-Boost切换电路。
本发明还设计一种充电器，所述充电器采用上述的Buck-Boost切换电路控制方法。
本发明提供的技术方案的有益效果是：可根据电路具体需求控制buck电路与boost电路相互切换共用一个IGBT，并使用PID控制调节电容充电电路，共用IGBT可替换水泥电阻，可减少成本，使电容充电更加安全可靠、稳定，精确控制充电过程，提高充电效率，提高功率因数；解决传统充电模式电能利用率较低的问题，有效提高对电解电容充电中的电压利用率，在PID调节后可对电能充分利用、对电容充电进行保护。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是本发明较佳实施例电路图；
图2是本发明较佳实施例PID控制流程图；
图3是本发明较佳实施例流程框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种Buck-Boost切换电路，其包括控制器、切换模块、检直流电源直流电源电压的电压传感器，所述切换模块串接在直流电源与直流负载之间，控制器将所述直流电源电压与预设电压作比较，根据比较结果控制切换模块工作在Buck模式或是Boost模式。
本发明可以根据电路具体需求，来完成buck电路与boost电路相互切换，并使用PID控制调节，使供电更加安全可靠、精确、稳定。
参看图1示出的较佳实施例电路图，所述切换模块包括第一开关IGBT1、第二开关IGBT2、第三开关IGBT3，第二开关IGBT2的漏极连接所述直流电源正极，第二开关IGBT2的源极连接第一开关IGBT1的漏极和第一二极管D1的阳极，第一开关IGBT1的源极连接第三二极管D3的阴极，第一二极管D1的阳极通过电感L连接第三开关IGBT3的漏极和第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极连接直流负载正极，第三二极管D1的阳极、第三开关IGBT3的源极连接直流电源负极，直流电源负极连接直流负载负极。
控制器通过控制电路中IGBT的开关改变电流环路使其完成切换。所述在Boost模式中控制器控制第一开关IGBT1关断，第二开关IGBT2导通，对第三开关IGBT3进行PWM控制，电路是升压电路。模态Ⅰ（IGBT3从导通到关断时刻为t0～t1）：t0时刻，IGBT3导通， 输入电压Vin对电感L充电，输出电容C对负载电阻R供电。t1时刻，IGBT3关断。模态Ⅱ（IGBT3从关断到导通时刻为t1～t2）：t1时刻，IGBT3关断，电感L电流与输入电压共同经过二极管D1、D3对输出电容C及负载电阻R供电。t2时刻，IGBT3导通。电路稳定工作后，模态不断重复，提供恒定的输出电压。
所述在Buck模式中控制器控制第一开关IGBT1导通，第三开关IGBT3关断，对第二开关IGBT2进行PWM控制，电路是降压电路。当开关管IGBT2导通时，电源向负载(电感L、电容C)供电，此时负载电压近似为电源电压，负载电流即电感L电流呈指数上升；当开关管IGBT2关断时，负载电压近似为0，电感电流只能通过二极管D2、D3续流，因此负载电流呈指数下降。一个周期结束，再次导通开关管，重复上一个周期的过程。
在较佳实施例中，所述直流电源为整流模块。参看图1，整流模块包括D4、D5、D6、D7。在较佳实施例中，所述直流负载为电池C，电池C可以采用电解电容。
本发明还设计一种Buck-Boost切换电路控制方法，所述切换电路采用上述的Buck-Boost切换电路，控制器将所述直流电源电压与预设电压作比较，当所述直流电源电压大于预设电压时控制切换模块进入Buck模式，当所述直流电源电压不大于预设电压时控制切换模块进入Boost模式。
所述在Buck模式中控制器控制第一开关IGBT1导通，第三开关IGBT3关断，对第二开关IGBT2进行PWM控制；所述在Boost模式中控制器控制第一开关IGBT1关断，第二开关IGBT2导通，对第三开关IGBT3进行PWM控制。
在较佳实施例中，所述直流负载为电池C。所述切换模块向电池C充电，控制器将切换模块输出电压与所述预设电压作比较、并根据比较结果作PID调节，对切换模块发送PWM控制波。参看图2示出的PID控制流程图，
在程序中给定预设电压，通过检测切换模块输出电压值与预设电压值做差，通过PID运算后输出PWM控制信号，调节IGBT的导通脉宽，从而控制充电实际值在预设电压值附近浮动。
在较佳实施例中，Buck-Boost切换电路控制方法具体包括以下步骤：
步骤1、设定预设电压；
步骤2、采集直流电源电压；
步骤3、将直流电源电压与预设电压作比较，当所述直流电源电压大于预设电压时转步骤4，否则转步骤5；
步骤4、控制切换模块进入Buck模式，转步骤6；
步骤5、控制切换模块进入Boost模式；
步骤6、切换模块向电池充电；
步骤7、采集切换模块输出电压所述预设电压作比较、并根据比较结果作PID调节，对切换模块发送PWM控制波；
步骤8、检测充电是否完成，如以完成则转步骤3，如未完成则转步骤9；
步骤9、控制切换模块进入恒压及恒流控制。
本发明还设计一种充电器，所述充电器采用上述的Buck-Boost切换电路。
本发明还设计一种充电器，所述充电器采用上述的Buck-Boost切换电路控制方法。
以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本申请精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请的权利要求范围之中。

Claims (10)

1.一种Buck-Boost切换电路，其特征在于，包括控制器、切换模块、检直流电源直流电源电压的电压传感器，所述切换模块串接在直流电源与直流负载之间，控制器将所述直流电源电压与预设电压作比较，根据比较结果控制切换模块工作在Buck模式或是Boost模式。
2.如权利要求1所述的Buck-Boost切换电路，其特征在于，所述切换模块包括第一开关IGBT1、第二开关IGBT2、第三开关IGBT3，第二开关IGBT2的漏极连接所述直流电源正极，第二开关IGBT2的源极连接第一开关IGBT1的漏极和第一二极管D1的阳极，第一开关IGBT1的源极连接第三二极管D3的阴极，第一二极管D1的阳极通过电感L连接第三开关IGBT3的漏极和第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极连接直流负载正极，第三二极管D1的阳极、第三开关IGBT3的源极连接直流电源负极，直流电源负极连接直流负载负极。
3.如权利要求2所述的Buck-Boost切换电路，其特征在于，所述在Buck模式中控制器控制第一开关IGBT1导通，第三开关IGBT3关断，对第二开关IGBT2进行PWM控制；所述在Boost模式中控制器控制第一开关IGBT1关断，第二开关IGBT2导通，对第三开关IGBT3进行PWM控制。
4.如权利要求1所述的Buck-Boost切换电路，其特征在于，所述直流电源为整流模块。
5.如权利要求1所述的Buck-Boost切换电路，其特征在于，所述直流负载为电池C。
6.一种Buck-Boost切换电路控制方法，其特征在于，所述切换电路采用权利要求1至5任一项所述的Buck-Boost切换电路，控制器将所述直流电源电压与预设电压作比较，当所述直流电源电压大于预设电压时控制切换模块进入Buck模式，当所述直流电源电压不大于预设电压时控制切换模块进入Boost模式。
7.如权利要求6所述的Buck-Boost切换电路控制方法，其特征在于，所述切换模块向电池C充电，控制器将切换模块输出电压与所述预设电压作比较、并根据比较结果作PID调节，对切换模块发送PWM控制波。
8.如权利要求7所述的Buck-Boost切换电路控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、设定预设电压；
步骤2、采集直流电源电压；
步骤3、将直流电源电压与预设电压作比较，当所述直流电源电压大于预设电压时转步骤4，否则转步骤5；
步骤4、控制切换模块进入Buck模式，转步骤6；
步骤5、控制切换模块进入Boost模式；
步骤6、切换模块向电池充电；
步骤7、采集切换模块输出电压所述预设电压作比较、并根据比较结果作PID调节，对切换模块发送PWM控制波；
步骤8、检测充电是否完成，如以完成则转步骤3，如未完成则转步骤9；
步骤9、控制切换模块进入恒压及恒流控制。
9.一种充电器，其特征在于，所述充电器采用权利要求1至5所述的Buck-Boost切换电路。
10.一种充电器，其特征在于，所述充电器采用权利要求6至8所述的Buck-Boost切换电路控制方法。
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