升降压DC-DC变换器及其软起动控制方法技术

本发明专利技术涉及一种应用于升降压DC‑DC变换器的软起动控制方法，包括：步骤S1：预配置第一拐点电压和第二拐点电压，以及输出电压达到第一拐点电压所需要的时间、达到第二拐点电压所需要的时间；步骤S2：控制输出电压按照恒定速率上升至第一拐点电压后，继续按照另一恒定速率上升至第二拐点电压。与现有技术相比，本发明专利技术通过预配置两个拐点，将启动分为两个节点，第一阶段尽快建立输出电压并减少启动时间，第二阶段确保DC‑DC变换器控制单元中的电压误差放大器能够退出饱和，其输出能够达到期望值。

【技术实现步骤摘要】
升降压DC-DC变换器及其软起动控制方法
本专利技术涉及一种升降压技术，尤其是涉及一种升降压DC-DC变换器及其软起动控制方法。
技术介绍
如图1所示，基于升降压拓扑的变换器包括输入整流电容C1和升降压变换器主电路1，以及产生驱动信号的升压控制单元和降压控制单元。在变换器主电路中，降压主开关Q1接在整流输入电压Vin和主电感L之间，二极管D1和升压主开关Q2分别接在主电感的两端与地之间，二极管D2接在主电感与输出电压Vout之间。分压电阻R1和R2用来产生一个合适的输出电压反馈信号Vfb。降压控制单元2(buckcontrolcircuit)和升压控制单元3(boostcontrolcircuit)分别包括一个电压误差放大器和PWM信号发生单元21、31(PWMGeneratorUnit)，用来根据反馈信号Vfb产生开关器件的驱动信号。模式切换单元4(ModeSwitch)可以根据输入电压的反馈信号决定当前变换器是工作于降压模式还是升压模式。当变换器工作在降压模式时，降压主开关Q1根据驱动信号进行工作，而升压主开关Q2处于“常开”状态。当变换器工作在升压模式时，升压主开关Q2根据驱动信号进行工作，而降压主开关Q2处于“常闭”状态。电压误差放大器根据输出电压反馈信号Vfb和参考电压Vref产生一个电压误差信号Ver。PWM信号发生单元(PWMgeneratorunit)提供一个锯齿波电压，并将电压误差信号与锯齿波信号进行对比，以分别产生升压或降压驱动信号。如图1所示，在变换器启动时，由于输出电压还未建立，所以电压误差放大器将进入饱和，此时PWM信号发生单元将输出最大占空比，这将导致主电感L进入饱和状态同时对输出缓冲电容C2造成危害。因此，无论是升压变换还是降压变换，通常都会加入一个软启动控制电路，用来限制启动时开关器件控制信号的占空比，同时使得输出电压按照给定的速率缓慢上升。然而，在基于升降压拓扑的变换器中，在软起动过程中必须考虑工作模式的切换问题。同升压或降压变换器一样，升降压变换器也是由降压模式开始启动，输出电压逐步建立。如果输入电压足够高，当输出电压达到额定输出电压后，变换器将始终保持降压工作模式，若输入电压不够高，变换器将切换至升压模式，以确保输出电压能够达到额定输出电压。因此，需要设计一种能够应用于升降压变换器的全新的软启动方法，来适应宽输入电压的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种升降压DC-DC变换器及其软起动控制方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种应用于升降压DC-DC变换器的软起动控制方法，包括：步骤S1：预配置第一拐点电压和第二拐点电压，以及输出电压达到第一拐点电压所需要的时间、达到第二拐点电压所需要的时间；步骤S2：控制输出电压按照恒定速率上升至第一拐点电压后，继续按照另一恒定速率上升至第二拐点电压。所述步骤S2具体包括：步骤S21：判断输入电压是否大于第一拐点电压，若为是，则执行步骤S22，若为否，则执行步骤S23；步骤S22：控制变换器工作于降压模式，并使输出电压按照第一降压模式斜率上升直至第一拐点电压，并执行步骤S25；步骤S23：控制变换器工作于降压模式，并使输出电压按照第一降压模式斜率上升直至输入电压，并执行步骤S24；步骤S24：控制变换器工作于升压模式，并使输出电压上升直至第一拐点电压，并执行步骤S28；步骤S25：判断输入电压是否大于第二拐点电压，若为是，则执行步骤S26，若为否，则执行步骤S27；步骤S26：控制变换器工作于降压模式，并使输出电压按照第二降压模式斜率上升直至第二拐点电压，启动结束；步骤S27：控制变换器工作于降压模式，并使输出电压按照第二降压模式斜率上升直至输入电压，并执行步骤S28；步骤S28：控制变换器工作于升压模式，并使输出电压上升直至第二拐点电压，启动结束。所述第一降压模式斜率为：其中：k1为第一降压模式斜率，VP1为第一拐点电压，Vin为输入电压，TP1为输出电压达到第一拐点电压所需要的时间。所述第二降压模式斜率为：其中：k2为第二降压模式斜率，VP1为第一拐点电压，VP2为第二拐点电压，Vin为输入电压，TP1为输出电压达到第一拐点电压所需要的时间，TP2为输出电压达到第二拐点电压所需要的时间。所述步骤S24具体为：控制变换器工作于升压模式，并使输出信号叠加第一升压模式斜率上升至第一拐点电压，并执行步骤S28。所述第一升压模式斜率为：其中：k3为第一升压模式斜率，k1为第一降压模式斜率。所述步骤S28具体为：控制变换器工作于升压模式，并使输出信号叠加第二升压模式斜率上升至第二拐点电压，启动结束。所述第二升压模式斜率为：其中：k4为第二升压模式斜率，k2为第二降压模式斜率。所述第二拐点电压高于目标输出电压，且低于变换器的模拟控制IC的过电压保护值。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1)通过预配置两个拐点，将启动分为两段，第一阶段尽快建立输出电压并减少启动时间，第二阶段确保DC-DC变换器控制单元中的电压误差放大器能够退出饱和，其输出能够达到期望值。2)通过降压PWM和升压PWM控制分阶段进入，以接力形式实现启动升压，启动更平缓。3)设计了第一降压模式斜率的取值方法，可以尽快建立输出电压并减少启动时间。4)设计了第二降压模式斜率的取值方法，可以确保DC-DC变换器控制单元中的电压误差放大器能够退出饱和。附图说明图1为现有变换器的电路结构示意图；图2为本专利技术的结构示意图；图3为本专利技术中变换器的电路结构示意图；图4为本专利技术的主要步骤流程示意图；图5为输出电压示意图；其中：1、变换器主电路，2、降压控制单元，3、升压控制单元，4、模式切换单元，5、可编程PWM信号发生单元。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本申请设计一种升降压DC-DC变换器的软启动技术，通过本申请，PWM信号发生单元能够自动适应不同的输入电压，并根据预设曲线建立输出电压。本专利技术同时提供了一种基于可编程逻辑器件的软起动方法。可编程逻辑器件在软启动过程中独立产生驱动信号，并且在软起动过程结束后，由DC-DC变换器的PWM信号发生单元完成闭环控制并持续提供驱动信号。图2和图3揭示了本专利技术所涉及的软启动电路示意图，包含一个独立设置的可编程PWM信号发生单元5(ProgrammablePWMGenerator)，输出电压反馈电路，输入整流电容C1以及用于DC-DC变换器闭环控制的降压控制单元2(BuckControlCircuit)和升压控制单元2(BoostControlCircuits)。可编程PWM信号发生单元在软起动期间不依赖于变换器的控制单元独立产生开关器件控制信号，输出电压开始建立，一旦输出电压达到预设值，DC-DC变换器的控制单元将“平滑的接过”控制任务，并在闭环的条件下持续输出控制信号。该过程的核心是软起动结束后DC-DC变换器控制单元如何“平滑的接过”控制任务。DC-DC变换器控制单元通常使用基于电压电流双闭环的模拟控制IC，无论是升压变换还是降压变换在软启动过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于升降压DC‑DC变换器的软起动控制方法，其特征在于，包括：步骤S1：预配置第一拐点电压和第二拐点电压，以及输出电压达到第一拐点电压所需要的时间、达到第二拐点电压所需要的时间；步骤S2：控制输出电压按照恒定速率上升至第一拐点电压后，继续按照另一恒定速率上升至第二拐点电压。

【技术特征摘要】
1.一种应用于升降压DC-DC变换器的软起动控制方法，其特征在于，包括：步骤S1：预配置第一拐点电压和第二拐点电压，以及输出电压达到第一拐点电压所需要的时间、达到第二拐点电压所需要的时间；步骤S2：控制输出电压按照恒定速率上升至第一拐点电压后，继续按照另一恒定速率上升至第二拐点电压。2.根据权利要求1所述的一种应用于升降压DC-DC变换器的软起动控制方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：步骤S21：判断输入电压是否大于第一拐点电压，若为是，则执行步骤S22，若为否，则执行步骤S23；步骤S22：控制变换器工作于降压模式，并使输出电压按照第一降压模式斜率上升直至第一拐点电压，并执行步骤S25；步骤S23：控制变换器工作于降压模式，并使输出电压按照第一降压模式斜率上升直至输入电压，并执行步骤S24；步骤S24：控制变换器工作于升压模式，并使输出电压上升直至第一拐点电压，并执行步骤S28；步骤S25：判断输入电压是否大于第二拐点电压，若为是，则执行步骤S26，若为否，则执行步骤S27；步骤S26：控制变换器工作于降压模式，并使输出电压按照第二降压模式斜率上升直至第二拐点电压，启动结束；步骤S27：控制变换器工作于降压模式，并使输出电压按照第二降压模式斜率上升直至输入电压，并执行步骤S28；步骤S28：控制变换器工作于升压模式，并使输出电压上升直至第二拐点电压，启动结束。3.根据权利要求2所述的一种应用于升降压DC-DC变换器的软起动控制方法，其特征在于，所述第一降压模式斜率为：其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王帆，
申请(专利权)人：上海建桥学院，
类型：发明
国别省市：上海,31