一种Buck-Boost变换器及其自由切换控制方法与流程

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。

技术实现要素：

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，提高了系统控制可靠性、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，提高了系统控制可靠性、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，提高了系统控制可靠性、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。