半桥驱动无死区控制方法、控制装置及充电设备与流程

本发明涉及同步整流dc/dc转换器的控制方法及装置，尤其涉及一种应用于应用于buck-boost拓扑结构的同步整流dc/dc转换器的半桥驱动无死区控制方法、控制装置、及采用该控制装置的充电设备。

背景技术：

buck-boost拓扑结构的同步整流dc/dc转换器，具有输入电压和输出电压范围都较宽的特点，通常应用在智能充电设备、数字电源等。

图1示出了一种充电设备的框图，其中包括输入接口1、输出接口13、连接在输入接口1和输出接口13之间的同步整流dc/dc转换器10、第一电压传感器2、第二电压传感器12、电流传感器11、mcu处理模块14，mcu处理模块14包括adc(模数转换)单元15、pwm(脉宽调制)控制器单元16，同步整流dc/dc转换器10包括降压mos管3、续流mos管5、电感6、升压mos管8、整流mos管9、mos半桥驱动单元4，图1中7为地。实际应用中，充电设备的输入电压范围为10至48v,输出电压范围为5v至62v，输出电压和电流均可以调整，可以方便地为不同参数的电池实现高效率的可靠充电管理。其工作过程如下：

buck模式：该模式下要将输入接口1输入的电能进行降压转换后传送至输出接口。其中，降压mos管3和续流mos管5都工作在开关状态，升压mos管8处于关断状态，整流mos管9处于导通状态。通过调节驱动降压mos管3和续流mos管5的pwm信号的占空比，来调节输出电压及输出电流的大小。

boost模式：该模式下要将输入接口1输入的电能进行升压转换后传送至输出接口。其中，升压mos管8和整流mos管9都工作在开关状态，降压mos管3处于导通状态，续流mos管5处于关断状态。通过调节驱动升压mos管8和整流mos管9的pwm信号的占空比，来调节输出电压及输出电流的大小。

在上述两种模式下，均有一个mos管(降压mos管或整流mos管)处于导通状态、一个mos管(续流mos管或升压mos管)处于关断状态。但实际中，要保证完全导通和完全关断的理想状态，需要增加辅助电路来保证该mos管的栅-源极之间有合适的驱动电平，这会增加电路复杂度。所以，一般的做法是：在buck模式时，升压mos管8和整流mos管9也由一个占空比较小、频率与降压mos管的开关频率相同(高频)的pwm信号控制。同样，在boost模式时，降压mos管3和续流mos管5也由一个占空比较小、频率与升压mos管的开关频率相同(高频)的pwm信号控制。这样的控制方式虽然不会增加电路的复杂度，但是mos管的开关损耗较大，会影响dc/dc转换器的转换效率。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种半桥驱动无死区控制方法，以不增加电路的复杂度的同时，提高dc/dc转换器的转换效率。

本发明中所述“死区”不同于通常意义上的“死区”。通常意义上的“死区时间”也称作pwm响应时间，是指pwm输出时，为了使h桥或半h桥的上下管不会因为开关速度问题发生同时导通而设置的一个保护时段。本发明中的无死区指：在buck模式时，升压mos管处于近似完全关断状态，整流mos管处于近似完全导通状态；在boost模式时，降压mos管处于近似完全导通状态，续流mos管处于近似完全关断状态。

为达上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种半桥驱动无死区控制方法，应用于buck-boost拓扑结构的同步整流dc/dc转换器，所述半桥驱动无死区控制方法包括以下步骤：

在buck模式，用高频pwm信号驱动降压mos管和续流mos管工作在开关状态；用低频pwm信号驱动升压mos管工作在近似完全关断状态、以及驱动整流mos管工作在近似完全导通状态；

在boost模式，用低频pwm信号驱动降压mos管工作在近似完全导通状态、以及驱动续流mos管工作在近似完全关断状态；用高频pwm信号驱动升压mos管和整流mos管工作在开关状态。

所述低频pwm信号优选频率小于10hz的pwm信号，更优选频率介于0.03hz至2hz之间的pwm信号。

本发明还提供一种半桥驱动无死区控制装置，应用于buck-boost拓扑结构的同步整流dc/dc转换器，所述控制装置包括存储有计算机可读程序的存储模块，所述控制装置还包括与所述存储模块、以及所述同步整流dc/dc转换器的降压mos管、续流mos管、升压mos管和整流mos管相连接的、能够执行所述程序的mcu处理模块，所述mcu处理模块执行所述程序时，按照如上述的控制方法的步骤驱动所述降压mos管、续流mos管、升压mos管和整流mos管。

在上述的半桥驱动无死区控制装置中，所述低频pwm信号优选频率小于10hz的pwm信号，更优选频率介于0.03hz至2hz之间的pwm信号。

本发明还提供一种充电设备，所述充电设备包括连接在输入接口和输出接口之间的同步整流dc/dc转换器，以及控制所述同步整流dc/dc转换器工作的控制装置，所述控制装置为上述的半桥驱动无死区控制装置。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明采用低频pwm信号驱动同步整流dc/dc转换器，使得在buck模式和boost模式时，相应的mos管处于近似完全关断状态和近似完全导通状态。由于部分mos管工作在低频状态，开关损耗减小，所以有效提高了dc/dc转换器的转换效率。而且，低频pwm信号由mcu处理模块执行程序生成，即由软件实现，没有增加硬件电路，所以不会增加电路的复杂度。

附图说明

图1为一种充电设备的框图；

图2为一实施例半桥驱动无死区控制方法的流程图；

图3为一实施例半桥驱动无死区控制装置的框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

本半桥驱动无死区控制方法应用于buck-boost拓扑结构的同步整流dc/dc转换器，在现有同步整流dc/dc转换器的基础上，通过软件控制，有效提高同步整流dc/dc转换器的转换频率，且不增加硬件成本。

如图2所示，本半桥驱动无死区控制方法具体包括以下步骤：

步骤s1、识别工作模式。可以通过来自人机界面的用户指令识别工作模式。也可以通过检测连接在输入接口的电源的电压、连接在输出接口的电池组的参数来自动识别工作模式。

步骤s2、是否buck模式。

步骤s3、如果是buck模式，用高频pwm信号驱动降压mos管3和续流mos管5工作在开关状态；用低频pwm信号驱动升压mos管8工作在近似完全关断状态、以及驱动整流mos管9工作在近似完全导通状态，参照图1。

步骤s4、是否boost模式。

步骤s5、如果是boost模式，用低频pwm信号驱动降压mos管3工作在近似完全导通状态、以及驱动续流mos管5工作在近似完全关断状态；用高频pwm信号驱动升压mos管8和整流mos管9工作在开关状态，参照图1。

其中，低频pwm信号的频率可以通过自举电容、回路阻抗和mos管参数计算，结合测试确定最佳频率，优选设置为0.03hz至2hz之间。

需要指出，本发明中的高频是相对于本发明中的低频pwm信号而言的。本发明中的高频pwm信号的频率与现有技术中同步整流dc/dc转换器的pwm信号的频率是相同的。

由上述可知，在buck模式，boost侧的mos管，包括升压mos管和整流mos管，工作在非常低的频率下，大大减少了这些mos管的开关损耗，提高了转换效率。同理，在boost模式，buck侧的mos管，包括降压mos管和续流mos管，工作在非常低的频率下，大大减少了这些mos管的开关损耗，提高了转换效率。

上述高频pwm信号和低频pwm信号由mcu处理模块14(见图1)中的pwm控制器单元16(见图1)通过软件生成，不需要额外增加硬件电路，不会增加同步整流dc/dc转换器的电路的复杂度。

一种应用于buck-boost拓扑结构的同步整流dc/dc转换器的半桥驱动无死区控制装置。

请参照图3，本半桥驱动无死区控制装置包括：存储有计算机可读程序的存储模块31和mcu处理模块32，mcu处理模块32与所述存储模块31相连接，mcu处理模块32还与同步整流dc/dc转换器33的降压mos管、续流mos管、升压mos管和整流mos管相连接，mcu处理模块32能够执行存储模块31中的程序，mcu处理模块32执行所述程序时，按照如上述的控制方法的步骤驱动所述降压mos管、续流mos管、升压mos管和整流mos管。

其中，低频pwm信号优选频率小于10hz的pwm信号，更优选频率介于0.03hz至2hz之间的pwm信号。

一种充电设备，所述充电设备包括连接在其输入接口和输出接口之间的同步整流dc/dc转换器，以及控制所述同步整流dc/dc转换器工作的控制装置，所述控制装置为上述的半桥驱动无死区控制装置。

上述通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，这些详细的说明仅仅限于帮助本领域技术人员理解本发明的内容，并不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在本发明构思下对上述方案进行的各种润饰、等效变换等均应包含在本发明的保护范围内。