专利名称：一种四开关Buck-Boost变换器的混合控制方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及的是一种四开关Buck-Boost变换器的混合控制方法及装置。
背景技术：
四开关Buck-boost变换器由于其输入输出同相、开关损耗低、输出电压可升可降等优点一直都受到人们的关注，对其电路的优化控制策略也成为当前研究的热点。目前， 国内研究中对这种电路的控制方案主要为模拟控制方式，其中模拟控制方式又包括电压模式和电流模式两种电压模式比较简单，主要包括一误差放大器和逻辑电路，误差放大器两输入端分别接收输出电压采样信号和一基准信号，其输出的信号与一锯齿波信号比较，然后通过逻辑电路产生开关控制信号，但这种电路需增加一个较复杂的补偿电路，且动态响应很慢；电流模式则相对应用广泛，其主要包括误差放大器和电流比较器，误差放大器接收输出电压采样信号和一基准信号，其输出的信号作为电流比较器的基准输入，电流比较器的另一端输入电感电流信号，通过电流比较器的比较产生一开关控制信号，这种方式通过改变输入电流来改变输出电压，其动态响应速度仍较慢。国内也有一些研究在基于电流模式上，如专利号200910095890. 8公开了一种通过电流模式和非线性相结合的四开关直流-直流变换器，其通过多个比较器以及设计补偿电路等方法来提高动态响应速度，但其控制过程十分复杂，外围电路元器件繁多，电路损耗较大。国外对四开关Buck-boost变换器的数字控制策略进行了一些研究，如文献《A Dual-loop Digital Controller for Switching DC-DC Converters》中介绍了通过线性环电路和非线性环电路相结合的数字控制方式实现电路的快速动态响应，当变换器的输出端负载发生跳变时，非线性环路能快速调节变换器工作占空比而使输出电压快速恢复到稳定值。但这种纯数字控制方式不足之处在于没有兼顾到电路稳态时的情形，由于数字控制电路存在量化精度的问题，稳态时系统也可能会出现小的扰动，如扰动的幅值没有达到数字量化的门限，此时数字控制系统将不产生动作，以至于无法保证输出电压维持恒定。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种四开关Buck-Boost变换器的混合控制方法及装置，所述混合控制方法包括数字控制方式和模拟控制方式，并根据输出电压误差信号分别产生一数字控制信号和一模拟控制信号，然后将两者叠加得到一混合控制信号，稳定状态下，所述混合控制信号能控制变换器中开关管的开关动作以维持输出电压为一恒定值，当负载发生跳变时，所述混合控制信号能控制变换器中开关管的开关动作以使得变换器输出电压快速恢复到恒定值。它不但能快速响应变换器的瞬态变化，提高稳态精确度，而且电路控制简单。依据本发明的一种四开关Buck-Boost变换器的混合控制方法，包括 检测所述变换器的输出端的输出电压；根据所述输出电压与一参考电压，产生一输出电压误差信号； 根据所述输出电压误差信号，分别产生一模拟控制信号和一数字控制信号； 根据所述模拟控制信号和所述数字控制信号，产生一混合控制信号； 当所述变换器输出端负载没有发生跳变时，所述混合控制信号控制所述变换器中开关管的开关动作，以维持所述输出电压为一恒定值；
当所述变换器输出端负载发生跳变时，所述混合控制信号控制所述变换器中开关管的开关动作，以使所述输出电压快速恢复至所述恒定值。进一步的，所述的四开关Buck-Boost变换器的混合控制方法还包括 根据所述输出电压误差信号，分别产生第一数字控制信号和第二数字控制信号； 检测所述变换器的输入端的输入电压；
当所述输入电压大于所述输出电压时，选择所述第一数字控制信号作为所述数字控制信号，以与所述模拟控制信号产生所述混合控制信号；
所述混合控制信号控制所述变换器的开关管的开关动作，以使所述变换器工作于Buck 模式；
当所述输入电压小于所述输出电压时，选择所述第二数字控制信号作为所述数字控制信号，以与所述模拟控制信号产生所述混合控制信号；
所述混合控制信号控制所述变换器的开关管的开关动作，以使所述变换器工作于 Boost模式。进一步的，所述的四开关Buck-Boost变换器的混合控制方法还包括 检测所述变换器的输入端的输入电压；
当所述输入电压大于所述输出电压时，根据所述输出电压误差信号，产生第一数字控制信号以作为所述数字控制信号，以与所述模拟控制信号产生所述混合控制信号；
所述混合控制信号控制所述变换器的开关管的开关动作，以使所述变换器工作于Buck 模式；
当所述输入电压小于所述输出电压时，根据所述输出电压误差信号，产生第二数字控制信号以作为所述数字控制信号，以与所述模拟控制信号产生所述混合控制信号；
所述混合控制信号控制所述变换器的开关管的开关动作，以使所述变换器工作于 Boost模式。优选的，采用第一PID控制产生所述第一数字控制信号；采用第二PID控制产生所述第二数字控制信号。优选的，在预设的输入电压范围内，控制所述第一 PID控制的增益参数跟随所述输入电压的变化，以使得所述变换器在进行Buck和Boost工作模式切换时，所述第一 PID 控制的增益参数与第二 PID控制的增益参数相等。依据本发明的一种实现四开关Buck-Boost变换器的混合控制方法的混合控制装置，所述混合控制装置包括输出电压反馈电路、数字控制回路、模拟控制回路和一加法电路；其中，
所述输出电压反馈电路，与所述Buck-Boost变换器的输出端连接，用以接收所述变换器的输出电压，并与一参考电压进行误差运算以产生一输出电压误差信号；
所述数字控制回路，与所述输出电压反馈电路连接，接收所述输出电压误差信号产生一数字控制信号；
所述模拟控制回路，与所述输出电压反馈电路连接，接收所述输出电压误差信号产生一模拟控制信号；
所述加法电路，与所述数字控制回路和所述模拟控制回路连接，用以接收所述数字控制信号和所述模拟控制信号，并将两者相加得到一混合控制信号；
当所述变换器输出端负载没有发生跳变时，所述混合控制信号控制所述变换器中开关管的开关动作，以维持所述输出电压为一恒定值；
当所述变换器输出端负载发生跳变时，所述混合控制信号控制所述变换器中开关管的开关动作，以使所述输出电压快速恢复至所述恒定值。进一步的，所述输出电压反馈电路包括一误差放大器，其将接收到的所述输出电压和所述参考电压进行误差运算，并输出所述输出电压误差信号。进一步的，所述数字控制回路包括一 ADC转换电路、双模选择电路、Buck数字控制电路、Boost数字控制电路和DAC转换电路，
所述ADC转换电路接收所述输出电压反馈电路的输出电压误差信号，并将其转化为与之对应的数字信号；
所述Buck数字控制电路输入端和Boost数字控制电路的输入端均与所述ADC转换电路相连接，用以接收转换为数字的输出电压误差信号，并据此分别产生第一数字控制信号和第二数字控制信号；
所述双模选择电路接收所述变换器的输入端的输入电压；
当所述输入电压大于所述输出电压时，所述Buck数字控制电路输出端连接到所述DAC 转换电路，以选择所述第一数字控制信号作为所述数字控制信号；
当所述输入电压小于所述输出电压时，所述Boost数字控制电路输出端连接到所述 DAC转换电路，以选择所述第二数字控制信号作为所述数字控制信号；
所述DAC转换电路，接收所述数字控制信号，并将其转换为与之对应的模拟信号，以实现与模拟控制回路产生的模拟控制信号相加。进一步的，所述数字控制回路包括一 ADC转换电路、双模选择电路、Buck数字控制电路、Boost数字控制电路和DAC转换电路，
所述ADC转换电路接收所述输出电压反馈电路的输出电压误差信号，并将其转化为与之对应的数字信号；
所述双模选择电路接收所述变换器的输入端的输入电压；
当所述输入电压大于所述输出电压时，所述Buck数字控制电路接收所述输出电压误差信号，产生第一数字控制信号以作为所述数字控制信号；
当所述输入电压小于所述输出电压时，所述Boost数字控制电路接收所述输出电压误差信号，产生第二数字控制信号以作为所述数字控制信号；
所述DAC转换电路，与所述Buck数字控制电路和所述Boost数字控制电路的输出端均相连接，接收所述数字控制信号，并将其转换为与之对应的模拟信号，以实现与模拟控制回路产生的模拟控制信号相加。优选的，所述Buck数字控制电路采用第一PID控制，以产生第一数字控制信号；所述Boost数字控制电路采用第二 PID控制，以产生第二数字控制信号。
进一步的，所述数字控制回路进一步包括PID增益控制电路，所述PID增益控制电路输入端接收输入电压信号，输出端与所述Buck数字控制电路连接，在预设的输入电压范围内，控制所述第一 PID控制的增益参数跟随所述输入电压的变化，以使得所述变换器在进行Buck和Boost工作模式切换时，所述第一 PID控制的增益参数和第二 PID控制的增益
参数相等。进一步的，所述混合控制装置还包括开关控制信号发生电路，所述开关控制信号发生电路，与所述加法电路连接，接收所述混合控制信号产生四路开关控制信号分别用以控制所述变换器中开关管的开关动作。本发明通过模拟控制和数字控制共同作用的方法解决了四开关Buck-Boost变换器在负载跳变时的动态响应问题，提高系统的响应速度，输出电压的恢复时间快，同时，也保证在稳态时，即便系统出现微小扰动都能检测控制，提高了系统的稳态精确度。另外，本发明通过监测输入电压的变化来进行系统工作模式的切换，并且控制PID增益参数随着输入电压变化，可以使得在电路工作状态切换的过程中，输出电压基本不变，减小了输出电压波动，且系统只工作在Buck模式或Boost模式，不存在Buck-Boost模式，降低了开关的导通和驱动损耗。本发明所述的混合控制装置具有控制简单，响应速度快，稳态精度高等特点ο
图1所示为依据本发明的四开关Buck-Boost变换器的混合控制装置一优选实施例的电路框图。图2所示为依据图1所示电路的工作波形图。图3所示为依据本发明的Buck和Boost工作模式切换一优选实施例的示意图。图4所示为依据本发明的四开关Buck-Boost变换器的混合控制装置另一优选实施例的电路框图。图5所示为依据本发明的四开关Buck-Boost变换器的混合控制方法一优选实施例的的流程图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。参考图1，所示为依据本发明的四开关Buck-Boost变换器的混合控制装置一优选实施例的电路框图，四开关Buck-Boost变换器包括四开关Buck-Boost拓扑和混合控制装置，其中，四开关Buck-Boost拓扑包括开关管Si，开关管S2，开关管S3，开关管S4,电感Li， 输入电容Cin和输出电容Cout，本发明中所述的混合控制装置包括数字控制回路11、模拟控制回路12、输出电压反馈电路13，加法电路14和开关控制信号发生电路15，其中，所述数字控制回路11包括一ADC转换电路111、双模选择电路112、Buck数字控制电路113、Boost 数字控制电路114和DAC转换电路115。
所述输出电压反馈电路13，与所述Buck-Boost变换器的输出端连接，用以接收所述Buck-Boost变换器的输出电压，并与一参考电压进行误差运算以输出一输出电压误差信号。这里，所述输出电压反馈电路13具体包括一误差放大器，稳态情况下，所述参考电压与所述输出电压相等；当负载发生跳变时，输出电压会瞬变上升或瞬变下降，此时输出电压误差信号值将会变大。本领域技术人员据此可以推知其他技术或者元件如减法器、比较器等只要能实现对输出电压的反馈均可应用于本实施例中的输出电压反馈电路。所述ADC转换电路111接收所述输出电压反馈电路13的输出电压误差信号，并将其转化为与之对应的数字信号。所述Buck数字控制电路113输入端和Boost数字控制电路114的输入端均与所述ADC转换电路111相连接，用以接收转换为数字的输出电压误差信号，并分别产生第一数字控制信号和第二数字控制信号。这里，所述Buck数字控制电路113采用第一 PID控制， 所述Boost数字控制电路采用第二 PID控制，以得到上述第一数字控制信号和第二数字控制信号。所述双模选择电路112接收所述变换器的输入端的输入电压，并根据输入电压的大小变化判断所述变换器工作于Buck或Boost工作模式，以此选择接通所述Buck数字控制电路113或Boost数字控制电路114。具体为当所述输入电压大于所述输出电压时，变换器工作在Buck模式，此时接通所述Buck数字控制电路113，即将所述Buck数字控制电路113输出端连接到所述DAC转换电路111，以选择所述第一数字控制信号作为所述数字控制信号；当所述输入电压小于所述输出电压时，变换器工作在Boost模式，此时接通所述 Boost数字控制电路114，即将所述所述Boost数字控制电路114输出端连接到所述DAC转换电路111，以选择所述第二数字控制信号作为所述数字控制信号。所述DAC转换电路115，接收上述数字控制信号，并将其转换为与之对应的模拟信号，以实现与模拟控制回路产生的模拟控制信号相加。所述加法电路14，与所述数字控制回路和所述模拟控制回路连接，用以接收所述数字控制信号和所述模拟控制信号，并将两者相加得到一混合控制信号；所述开关控制信号发生电路15，与所述加法电路14连接，接收所述混合控制信号产生四路开关控制信号分别用以控制所述变换器中四个开关管的开关动作。当所述变换器输出端负载没有发生跳变时，所述混合控制信号控制所述变换器中开关管的开关动作，以维持所述输出电压为一恒定值。在稳态工作过程中，如出现较大扰动，数字控制回路11和模拟控制回路12能同时检测到输出电压误差信号，分别产生数字控制信号和模拟控制信号，并通过加法电路14混合得到混合控制信号来控制开关管动作，以调节输出电压稳定在恒定值；如出现微小扰动时，模拟控制回路12即能检测到这个微小的输出电压误差信号，并通过模拟控制回路12来抑制扰动，保证所述变换器输出恒定，此时由于数字ADC转换器量化精度的原因，若扰动的幅值可能达不到ADC量化的门限，数字控制回路11部分将不产生动作。因此，在稳态过程时，由模拟控制电路产生的模拟控制信号起主要作用控制开关管的开关动作，维持输出电压恒定，提高稳态精确度。当所述变换器输出端负载发生跳变时，所述混合控制信号控制所述变换器中开关管的开关动作，以使所述输出电压快速恢复至所述恒定值。如判断当前变换器工作在Buck 模式，开关管S4常开通，开关管S3常关断，由开关管Sl和开关管S2交替开关实现降压控制。当负载从轻载到重载跳变，输出电压会瞬变下降，此时误差放大器131输出的输出电压误差信号变大，数字控制电路11中的Buck数字控制电路113检测到输出电压误差信号后进行控制调节作用，控制开关管Sl的占空比快速增大，使输出电压能迅速上升并达到稳定值。同理，当负载从重载到轻载跳变时，输出电压会瞬变上升，Buck数字控制电路113控制开关管Sl的占空比快速减小，使输出电压能迅速下降并达到稳定值。如判断当前电路工作在Boost模式下，开关管Sl常开通，开关管S3常关断，由开关管S3和开关管S4交替开关实现升压控制。当负载从轻载到重载跳变，输出电压会瞬变下降，误差放大器131输出的输出电压误差信号变大，数字控制电路11中的Boost数字控制电路114检测到输出电压误差信号后进行控制调节作用，控制开关管S3的占空比增大，使输出电压迅速上升达到稳定值。同理，当负载从重载到轻载跳变时，输出电压会瞬变上升， Boost数字控制电路114控制开关管S3的占空比减小，使输出电压迅速下降达到稳定值。在负载发生跳变时，模拟控制回路同时也接收到所述输出电压误差信号，产生一模拟控制信号用以调节开关管的占空比，但在这过程中，由于数字控制信号响应的速度比模拟控制信号响应的速度要快得多，因此在此过程中，由数字控制电路产生的数字控制信号起主要作用控制开关管的开关动作，从而也实现了对瞬态变化的快速响应，使输出电压快速恢复至恒定值。参考图2所示，图2为依据图1所示电路的工作波形图，从图加中可以看出，当负载发生从轻载到重载突变时，混合控制方案中的混合控制信号Vcomp的变化(图加中虚线) 比单纯的模拟控制时变化(图加中实线)更大，这样其调节开关管占空比的速度也会相应的更快，所以能更快地调节输出电压值。因此，从图2b中可得知，采用混合控制方案输出电压恢复时间(t2-tl)比单纯的模拟控制(t3-tl)输出电压恢复时间也要短很多，即动态响应快。进一步，所述数字控制回路11还包括PID增益控制电路116，所述PID增益控制电路116输入端接收输入电压，输出端与所述Buck数字控制电路113连接，在预设的输入电压范围内，PID增益控制电路116控制所述第一 PID控制的增益参数跟随所述输入电压的变化，以使得所述变换器在进行Buck和Boost工作模式切换时，所述第一 PID控制的增益参数和第二 PID控制的增益参数相等。这样可保证变换器在进行Buck和Boost工作模式切换过程中，输出电压波动小。本实施例中具体的为所述PID增益控制电路116控制Buck 数字控制电路113的PID增益参数随着输入电压下降(上升)而下降(上升)，以调节第一 PID 控制的增益参数，使得在变换器工作模式切换时第一 PID控制的增益参数与第二 PID控制的增益参数相等。参考图3，所示为依据本发明的Buck和Boost工作模式切换一优选实施例的示意图，其具体工作过程为PID增益控制电路116控制Buck数字控制电路113的PID增益随着输入电压的下降而下降，在输入电压Vin大于Vl时，变换器工作在Buck模式；当VirK= Vl且Vin>=V2时，Buck PID控制电路的增益参数G随着Vin下降而下降，此时所述变换器仍工作在Buck模式；当输入电压Vin降到V2时，双模选择电路112控制变换器进入Boost 工作模式，并且此时所述PID增益控制电路116控制Buck数字控制电路的PID增益参数下降到与Boost数字控制电路的PID增益参数相等，此后，当输入电压Vin小于V2时，所述变换器仍工作在Boost模式。在增益相等处控制切换使得变换器从Buck模式到Boost模式
10的过渡非常平缓，因此可保证输出电压稳定，输出电压不会出现较大波动。并且，通过这种方式控制的Buck-Boost变换器只工作在Buck状态或Boost状态，不存在Buck-Boost状态，即在每个开关周期内始终只有两个开关管工作，避免了四个开关管同时工作的情况，减小了开关管的导通和驱动损耗。同样的，当输入电压从小到大变化过程中，在达到预设的电压值时，如输入电压为V2时，Boost数字控制电路的PID增益参数与Buck数字控制电路的 PID增益参数相等，双模选择电路12控制变换器从Boost工作模式切换到Buck工作模式， 同时，在预设的电压范围内，如输入电压V2到Vl范围内，PID增益控制电路116控制Buck 数字控制电路113的PID增益参数G随着输入电压Vin上升而上升，以使变换器工作于Buck 模式，提高变换器动态响应。参考图4，所示为依据本发明的四开关Buck-Boost变换器的混合控制装置另一优选实施例的电路框图，本实施例与上一实施例的电路元器件相同，不同之处在于，所述数字控制回路11包括一 ADC转换电路411、双模选择电路412、Buck数字控制电路413、Boost 数字控制电路414和DAC转换电路415。所述ADC转换电路411接收所述输出电压反馈电路的输出电压误差信号，并将其转化为与之对应的数字信号。所述双模选择电路412接收所述变换器的输入端的输入电压，根据输入电压的大小变化判断所述变换器工作于Buck或Boost工作模式，以此选择接通所述Buck数字控制电路113或Boost数字控制电路114。具体为当所述输入电压大于所述输出电压时，变换器工作于Buck模式，此时接通所述Buck数字控制电路413，即所述Buck数字控制电路413 接收所述输出电压误差信号，产生第一数字控制信号以作为所述数字控制信号；当所述输入电压小于所述输出电压时，变换器工作于Boost模式，此时接通所述所述Boost数字控制电路414，即所述Boost数字控制电路414接收所述输出电压误差信号，产生第二数字控制信号以作为所述数字控制信号；
所述DAC转换电路415，与所述Buck数字控制电路413和所述Boost数字控制电路414 的输出端均相连接，接收所述数字控制信号，并将其转换为与之对应的模拟信号，以实现与模拟控制回路产生的模拟控制信号相加。本实施例中的模拟控制回路12、输出电压反馈电路13，加法电路14、开关控制信号发生电路15以及PID增益控制电路416工作过程与上一实施例相同，在此不再赘述。本实施例中同样采用混合控制的方式，在稳态情况下，由数字控制信号和模拟控制信号叠加的混合控制信号控制开关管的开关动作，以维持输出电压为一恒定值；在负载发生突变时， 由数字控制信号和模拟控制信号叠加的混合控制信号控制开关管的开关动作，以使输出电压快速恢复到所述恒定值。但在本实施例中，变换器工作在Buck模式下则只有Buck数字控制电路产生动作，此时Boost数字控制电路不动作；变换器工作在Boost模式下则只有 Boost数字控制电路产生动作，此时Buck数字控制电路不动作，减小了电路的损耗。以下对依据本发明的四开关Buck-Boost变换器的混合控制方法进行详细说明。 参考图5，所示为依据本发明的四开关Buck-Boost变换器的混合控制方法一优选实施例的流程图，其包括以下步骤
5501检测所述变换器输出端的输出电压；
5502接收所述输出电压与一参考电压，产生一输出电压误差信号；5503根据所述输出电压误差信号，分别产生一模拟控制信号和一数字控制信号；
5504根据所述模拟控制信号和数字控制信号，产生一混合控制信号；
5505当所述变换器输出端负载没有发生跳变时，所述混合控制信号控制所述变换器中开关管的开关动作，以维持所述输出电压为一恒定值；
当所述变换器输出端负载发生跳变时，所述混合控制信号控制所述变换器中开关管的开关动作，以使所述输出电压快速恢复至所述恒定值。在上述步骤S503中进一步包括根据所述输出电压误差信号，分别产生第一数字控制信号和第二数字控制信号，检测所述变换器的输入端的输入电压，当所述输入电压大于所述输出电压时，选择所述第一数字控制信号作为所述数字控制信号，以与所述模拟控制信号产生所述混合控制信号，所述混合控制信号控制所述变换器的开关管的开关动作， 以使所述变换器工作于Buck模式；当所述输入电压小于所述输出电压时，选择所述第二数字控制信号作为所述数字控制信号，以与所述模拟控制信号产生所述混合控制信号，所述混合控制信号控制所述变换器的开关管的开关动作，以使所述变换器工作于Boost模式。在上述步骤S503中进一步包括检测所述变换器的输入端的输入电压，当所述输入电压大于所述输出电压时，根据所述输出电压误差信号，产生第一数字控制信号以作为所述数字控制信号，以与所述模拟控制信号产生所述混合控制信号，所述混合控制信号控制所述变换器的开关管的开关动作，以使所述变换器工作于Buck模式；当所述输入电压小于所述输出电压时，根据所述输出电压误差信号，产生第二数字控制信号以作为所述数字控制信号以作为所述数字控制信号，以与所述模拟控制信号产生所述混合控制信号，所述混合控制信号控制所述变换器的开关管的开关动作，以使所述变换器工作于Boost模式。本实施例中所述混合控制方法采用第一 PID控制和第二 PID控制产生所述第一数字控制信号和所述第二数字控制信号。在预设的输入电压范围内，控制所述第一 PID控制的增益参数跟随所述输入电压的变化，以使得所述变换器在进行Buck和Boost工作模式切换时，所述第一 PID控制的增益参数和第二 PID控制的增益参数相等，保证在变换器进行 Buck或Boost工作模式切换的过程中，输出电压基本恒定。本领域技术人员可知，本发明中所述数字控制电路不局限于上述的PID控制技术，可以为任何合适形式的能够实现数字控制方案的控制技术。本发明中的第一 PID控制和第二 PID控制为相同的控制技术，因此同样也可以控制第二 PID增益参数的大小，使其跟随输入电压变化，使变换器在Buck和Boost切换过程中第二 PID增益参数与第一 PID增益参数相等，其控制原理与过程与上述控制第一 PID增益参数类似，同样也可实现上述的工作模式平滑切换的技术效果。综上所述，本发明的混合控制装置既解决了 Buck-Boost变换器在负载跳变时的动态反应慢的问题，又解决了系统在稳态时的出现输出电压波动问题，保证所述 Buck-Boost变换器输出电压在突变情况下能快速恢复稳定值且稳态精度高。同时本发明的混合控制装置能实现Buck或Boost工作模式的平滑切换，进一步减小了输出电压的波动。依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求
12书及其全部范围和等效物的限制。
权利要求
1.一种四开关Buck-Boost变换器的混合控制方法，其特征在于，该方法包括 检测所述变换器的输出端的输出电压；根据所述输出电压与一参考电压，产生一输出电压误差信号； 根据所述输出电压误差信号，分别产生一模拟控制信号和一数字控制信号； 根据所述模拟控制信号和所述数字控制信号，产生一混合控制信号； 当所述变换器输出端负载没有发生跳变时，所述混合控制信号控制所述变换器中开关管的开关动作，以维持所述输出电压为一恒定值；当所述变换器输出端负载发生跳变时，所述混合控制信号控制所述变换器中开关管的开关动作，以使所述输出电压快速恢复至所述恒定值。
2.根据权利要求1所述的四开关Buck-Boost变换器的混合控制方法，其特征在于，该方法还包括根据所述输出电压误差信号，分别产生第一数字控制信号和第二数字控制信号； 检测所述变换器的输入端的输入电压；当所述输入电压大于所述输出电压时，选择所述第一数字控制信号作为所述数字控制信号，以与所述模拟控制信号产生所述混合控制信号；所述混合控制信号控制所述变换器的开关管的开关动作，以使所述变换器工作于Buck 模式；当所述输入电压小于所述输出电压时，选择所述第二数字控制信号作为所述数字控制信号，以与所述模拟控制信号产生所述混合控制信号；所述混合控制信号控制所述变换器的开关管的开关动作，以使所述变换器工作于 Boost模式。
3.根据权利要求1所述的四开关Buck-Boost变换器的混合控制方法，其特征在于，该方法还包括检测所述变换器的输入端的输入电压；当所述输入电压大于所述输出电压时，根据所述输出电压误差信号，产生第一数字控制信号以作为所述数字控制信号，以与所述模拟控制信号产生所述混合控制信号；所述混合控制信号控制所述变换器的开关管的开关动作，以使所述变换器工作于Buck 模式；当所述输入电压小于所述输出电压时，根据所述输出电压误差信号，产生第二数字控制信号以作为所述数字控制信号，以与所述模拟控制信号产生所述混合控制信号；所述混合控制信号控制所述变换器的开关管的开关动作，以使所述变换器工作于 Boost模式。
4.根据权利要求2或3所述的四开关Buck-Boost变换器的混合控制方法，其特征在于，该方法还进一步包括采用第一 PID控制产生所述第一数字控制信号； 采用第二 PID控制产生所述第二数字控制信号。
5.根据权利要求4所述的四开关Buck-Boost变换器的混合控制方法，其特征在于，在预设的输入电压范围内，控制所述第一 PID控制的增益参数跟随所述输入电压的变化，以使得所述变换器在进行Buck和Boost工作模式切换时，所述第一 PID控制的增益参数与第二 PID控制的增益参数相等。
6.一种实现如权利要求1或2或3或4或5所述四开关Buck-Boost变换器的混合控制方法的混合控制装置，其特征在于，所述混合控制装置包括输出电压反馈电路、数字控制回路、模拟控制回路和一加法电路，其中，所述输出电压反馈电路，与所述Buck-Boost变换器的输出端连接，用以接收所述变换器的输出电压，并与一参考电压进行误差运算以产生一输出电压误差信号；所述数字控制回路，与所述输出电压反馈电路连接，接收所述输出电压误差信号产生一数字控制信号；所述模拟控制回路，与所述输出电压反馈电路连接，接收所述输出电压误差信号产生一模拟控制信号；所述加法电路，与所述数字控制回路和所述模拟控制回路连接，用以接收所述数字控制信号和所述模拟控制信号，并将两者相加得到一混合控制信号；当所述变换器输出端负载没有发生跳变时，所述混合控制信号控制所述变换器中开关管的开关动作，以维持所述输出电压为一恒定值；当所述变换器输出端负载发生跳变时，所述混合控制信号控制所述变换器中开关管的开关动作，以使所述输出电压快速恢复至所述恒定值。
7.根据权利要求6所述的混合控制装置，其特征在于，所述输出电压反馈电路包括一误差放大器，其将接收到的所述输出电压和所述参考电压进行误差运算，并输出所述输出电压误差信号。
8.根据权利要求6所述的混合控制装置，其特征在于，所述数字控制回路包括一ADC转换电路、双模选择电路、Buck数字控制电路、Boost数字控制电路和DAC转换电路，所述ADC转换电路接收所述输出电压反馈电路的输出电压误差信号，并将其转化为与之对应的数字信号；所述Buck数字控制电路输入端和Boost数字控制电路的输入端均与所述ADC转换电路相连接，用以接收转换为数字的输出电压误差信号，并据此分别产生第一数字控制信号和第二数字控制信号；所述双模选择电路接收所述变换器的输入端的输入电压；当所述输入电压大于所述输出电压时，所述Buck数字控制电路输出端连接到所述DAC 转换电路，以选择所述第一数字控制信号作为所述数字控制信号；当所述输入电压小于所述输出电压时，所述Boost数字控制电路输出端连接到所述 DAC转换电路，以选择所述第二数字控制信号作为所述数字控制信号；所述DAC转换电路，接收所述数字控制信号，并将其转换为与之对应的模拟信号，以实现与模拟控制回路产生的模拟控制信号相加。
9.根据权利要求6所述的混合控制装置，其特征在于，所述数字控制回路包括一ADC转换电路、双模选择电路、Buck数字控制电路、Boost数字控制电路和DAC转换电路，所述ADC转换电路接收所述输出电压反馈电路的输出电压误差信号，并将其转化为与之对应的数字信号；所述双模选择电路接收所述变换器的输入端的输入电压；当所述输入电压大于所述输出电压时，所述Buck数字控制电路接收所述输出电压误差信号，产生第一数字控制信号以作为所述数字控制信号；当所述输入电压小于所述输出电压时，所述Boost数字控制电路接收所述输出电压误差信号，产生第二数字控制信号以作为所述数字控制信号；所述DAC转换电路，与所述Buck数字控制电路和所述Boost数字控制电路的输出端均相连接，接收所述数字控制信号，并将其转换为与之对应的模拟信号，以实现与模拟控制回路产生的模拟控制信号相加。
10.根据权利要求8或9所述的混合控制装置，其特征在于，所述Buck数字控制电路采用第一 PID控制，以产生第一数字控制信号；所述Boost数字控制电路采用第二 PID控制，以产生第二数字控制信号。
11.根据权利要求8或9所述的混合控制装置，其特征在于，所述数字控制回路进一步包括PID增益控制电路，所述PID增益控制电路输入端接收输入电压信号，输出端与所述Buck数字控制电路连接，在预设的输入电压范围内，控制所述第一 PID控制的增益参数跟随所述输入电压的变化，以使得所述变换器在进行Buck和Boost工作模式切换时，所述第一 PID控制的增益参数和第二 PID控制的增益参数相等。
12.根据权利要求6所述的混合控制装置，其特征在于所述混合控制装置进一步包括开关控制信号发生电路，所述开关控制信号发生电路与所述加法电路连接，接收所述混合控制信号产生四路开关控制信号分别用以控制所述变换器中开关管的开关动作。
全文摘要
本发明公开了一种四开关Buck-Boost变换器的混合控制方法及装置，所述混合控制方法包括数字控制方式和模拟控制方式，工作过程中根据输出电压误差信号分别得到一数字控制信号和一模拟控制信号，然后由所述模拟控制信号和所述数字控制信号，产生一混合控制信号，当所述变换器输出端负载没有发生跳变时，所述混合控制信号控制所述变换器中开关管的开关动作，以维持所述输出电压为一恒定值；当所述变换器输出端负载发生跳变时，所述混合控制信号控制所述变换器中开关管的开关动作，以使所述输出电压快速恢复至所述恒定值；本发明的混合控制方法及装置控制方案简单，动态响应速度快，稳态精度高等特点。
文档编号H02M3/157GK102355131SQ201110311210
公开日2012年2月15日 申请日期2011年10月14日 优先权日2011年10月14日
发明者张晓峰, 黄晓冬 申请人:杭州矽力杰半导体技术有限公司