一种升降压变换器脉宽调压控制的方法技术

一种升降压变换器脉宽调压控制的方法和装置，包括：选取高频可调脉宽方波A，以其波形A零相位为参考，选取基相偏移时间Tpsu建立基相偏移方波B，同时建立与所述基相偏移时间中区高信号相关的方波信号Ya，以所述方波A及合成方波Ya+B建立两管升降压变换器的开关组对Q1、Q2的脉宽调压控制方波S1、S2；所述方波A、B为20K~2MHz高频脉冲方波，时间周期Tsw，单周期内高值信号导通时间为Ton≦Tsw，占空比D=Ton/Tsw，可调。其有益效果：实现升降压变换器的升降压自适应大范围连续调节，全范围内控制调节公式及参数连续自适应，最大导通时间、工作频率、最大占空比均可相对独立设计，无须升压降压参数状态检测及模式转换、易于适应各种工作参数和设计。

A Method of Pulse Width Voltage Regulation Control for Boost-Buck Converter

【技术实现步骤摘要】
一种升降压变换器脉宽调压控制的方法
本专利技术涉及升降压变换器，更具体地说，涉及一种两管升降压脉宽调制连续调压控制的方法。
技术介绍
升降压变换器是一种在新能源或母线电源与设备之间进行稳压变换传输能量的一种常用电子设备，常常被称为二次供电设备或负载点转换器；其使用范围较广，一般多为厂家特型设计或指定项目应用产品。在新能源应用例如电动自行车和摩托车及轻型货车等电动车的领域，其中为电动机提供动力主要选择动力电池组，包括铅酸电池、锰锂电池、三元锂电池、铁锂电池等，其电池组的电压选型应用受制于配套的与动力功率性价比关联的电动机电压，其安时容量选型受制于电机功率及整车的设计里程。电池选型关联于电机的匹配功率及电流和电池的冲击电流特性；一般多电池组的充电采用同时配置多分路系统方案；当设计多品种多规格多数量电池组集中充电的设备时，各分路配型充电器的电压、电流、功率的规格多样，此时优选两级变换充电系统方案，其中一级变换器主要负责直流母线；二级变换器负责各分路电池的直连充电，独立管理各电池组在不同时间段不同方式的电压电流及功率的充电，类似于负载点能量适配管理单元；这样会大大提高整个充电设备的能源利用率、可用性；并能大幅减少由多个独立充电器组成的充电系统的电能冗余所造成的场地、用电、设备等资源的浪费。在家用或小型通信设备光伏、风光互补、燃气、氢能等新能源应用领域，发电设备功率等级一般约1～5KW，其供电电压电流范围宽泛且不规则慢速变化，一般会配置光照随动或功率点MPPT跟踪，并采取两级直流变换，配置适当容量储能电池，以有效利用供电能源的能量软滞特性；两级式功率直流变换可大幅提高能源系统利用率、可用性；一般面市产品的设计主要采取前级升压、后级降压的直串组合系统，也有将后级设计为组合式升降压变换器，采用电压检测配合切换控制逻辑实现电压调节及功率转换。典型的升降压直流变换器其输出电压，既可大于也可小于输入电压，且输入输出电压均可在一定范围内工作，例如Vin＝40～90/Vout＝40～90V的升降压变换器；典型升降压变换拓扑电路主要有两大类：一类是两管模式，一类为四管模式；单向变换是指能量按单一方向由输入流向输出；由于升降压变换器一般采用功率电感电容元件而不应用变压器，所以一般这类变换器的输入输出是不隔离的、具有直接的电位差关联及公共点关联。现有技术中四管升降压变换器的典型电路拓扑如图1，其对应调压控制一般采用降压/近压/升压三区段；其中近压段一般有两种调压模式：线性低压差串联稳压和开关升降压串联调节。典型的面市应用方案集成芯片例如LT8705，内部电压检测控制分段如图3所示；图3右侧降压段控制逻辑为Q3,Q4＝[On,Off]，Q1,Q2＝D.PWM[On,Off]，降压公式为Vout＝Vin*D；图3左侧升压段控制逻辑为Q1,Q2＝[On,Off]，Q3,Q4＝D.PWM[On,Off]，升压公式为Vout＝Vin/(1-D)，其中D为脉宽控制占空比，图3中部为近压段；图4为近压段四管在一个时钟周期的控制模式，图中左侧是近压降压段控制时序，右侧是近压升压段控制时序。可以注意到降压、近压、升压控制逻辑及调压公式完全不同，并且需要实时动态检测输出电压与输入电压以确定工作区段，实施对应控制逻辑和匹配对应的调节占空比及调压公式。因此，其芯片内部的逻辑非常复杂，一般使用少量的通用芯片很难组合成实用的控制方案，应用专用芯片又受到原片厂家既定设计的限制，且四管控制片一般具备双向变换器功能，故内部配置多个脉宽调节前置差分放大器，需要对输入输出的电压电流的控制加以限定或预置，模式选择及参数设计非常繁琐，另采购的成本、周期、批量等因素也大大增加了产品开发、生产、应用的难度。现有技术中两管升降压变换器的典型电路拓扑如图2，其对应调压控制一般采用降压/升压两区段；降压段控制逻辑为Q2＝Off、Q1＝D.PWM，降压公式为Vout＝Vin*D；升压段控制逻辑为Q1＝On、Q2＝D.PWM，升压公式为Vout＝Vin/(1-D)；其中D为脉宽控制占空比。可以注意到降压、升压控制逻辑及调压公式完全不同，并且需要实时动态检测输出电压及输入电压以确定工作区段，实施对应控制逻辑和匹配对应的调节占空比及调压公式，这类方案面市的控制芯片一般为低压锂电池应用，大于15V工作电压的成熟控制片未见面市。在现有技术中，典型四管模式的升降压还具备双向能量交换功能，导致控制电路设计复杂、设计繁琐、不易简化以适应单向工作环境，往往使用不便甚至不可靠；并且面市应用的集成控制芯片多为指定行业设计不具备通用性，应用于典型升降压时需额外增加很多辅助电路。典型两管模式的集成控制芯片，多为自行设计的控制方案，大部分方案采用组合方式，即建立输入输出电压的比较检测，当待控输出电压大于输入电压时采用升压控制逻辑，当待控输出电压小于输入电压时采用降压控制逻辑。其中，一部分采用DSP实现升降压检测区隔及调压限流控制、另一部分采用典型常规PWM控制片作为基本脉宽控制，配合检测控制逻辑实现升降压控制。总的来说，目前两管升降压变换器，缺少升降压控制连续、简单实用、性价比高、通用性强的控制方案。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对升降压组合控制模式中升降压检测及控制分离、控制调节升降压公式不统一、升降压参数不连续、电压检测及模式转换难于设计，不适应多种工作参数的缺陷，提供一种由基相偏移及可控脉冲宽度自主调节输出电压升降压的方法，实现升降压连续控制，简单实用，通用性强。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种升降压变换器脉宽调压控制的方法，包括如下步骤：选取高频可调脉宽方波A，以其波形A零相位为参考，选取基相偏移时间Tpsu建立基相偏移方波B，同时建立与所述基相偏移时间中区高信号相关的方波信号Ya，以所述方波A及合成方波Ya+B建立两管升降压变换器的开关组对Q1、Q2的脉宽调压控制方波S1、S2；所述方波A、B为20K～2MHz高频脉冲方波，时间周期Tsw，单周期内高值信号导通时间为Ton≦Tsw，占空比D可调，D＝Ton/Tsw，满足0≦D≦1；用于变换器调压控制开关驱动。所述脉冲方波A、B为相同频率、相同占空比，频率范围为20K～2MHz高频脉冲方波，时间周期为Tsw。所述基相偏移时间Tpsu为所述方波B滞后所述方波A零相位，满足0.5Tsw≦Tpsu≦Tsw，所述基相偏移占空比为Dpsu＝Tpsu/Tsw。满足0.5≦Dpsu≦1，即B与A之间的基相偏移小于一个频率周期，但大于半个频率周期，偏移相位差占空比在0.5～1之间；时序图为方波B滞后于方波A。其中，基相偏移时间Tpsu或占空比Dpsu的选取参考变换器硬件参数及相关输入输出调节范围及设计目标。进一步的，所述方波A是依据电压误差比较器信号配合脉宽比较器及锯齿信号Ca得到的可调脉宽波形，所述方波B是基于可调脉宽方波A的零相位滞后偏移时间Tpsu的基相偏移方波。其中，移相可采用硬件电路或软件算法实施。进一步的，所述基相偏移方波B是基于产生所述方波A的振荡器的定脉宽方波Za前沿窄脉冲同步信号Sa零相位，基相偏移Tpsu后得到窄脉冲同步信号Sb，依据同步信号Sa、Sb上升沿确定脉宽调制信号A、B的前沿；同时，依据同一电压误差比较本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种升降压变换器脉宽调压控制的方法，其特征在于，该方法包括：选取高频可调脉宽方波A，以其波形A零相位为参考，选取基相偏移时间Tpsu建立基相偏移方波B，同时建立与所述基相偏移时间中区高信号相关的方波信号Ya，以所述方波A及合成方波Ya+B建立两管升降压变换器的开关组对Q1、Q2的脉宽调压控制方波S1、S2；所述方波A、B为20K～2MHz高频脉冲方波，时间周期Tsw，单周期内高值信号导通时间为Ton≦Tsw，占空比D可调，D＝Ton/Tsw，满足0≦D≦1；用于变换器调压控制开关驱动。

【技术特征摘要】
1.一种升降压变换器脉宽调压控制的方法，其特征在于，该方法包括：选取高频可调脉宽方波A，以其波形A零相位为参考，选取基相偏移时间Tpsu建立基相偏移方波B，同时建立与所述基相偏移时间中区高信号相关的方波信号Ya，以所述方波A及合成方波Ya+B建立两管升降压变换器的开关组对Q1、Q2的脉宽调压控制方波S1、S2；所述方波A、B为20K～2MHz高频脉冲方波，时间周期Tsw，单周期内高值信号导通时间为Ton≦Tsw，占空比D可调，D＝Ton/Tsw，满足0≦D≦1；用于变换器调压控制开关驱动。2.根据权利要求1所述脉宽调压控制的方法，其特征在于：所述基相偏移时间Tpsu为所述方波B滞后所述方波A零相位，满足0.5Tsw≦Tpsu≦Tsw，所述基相偏移占空比为Dpsu＝Tpsu/Tsw。3.根据权利要求2所述脉宽调压控制的方法，其特征在于：所述方波A是依据电压误差比较器信号配合脉宽比较器及锯齿信号Ca得到的可调脉宽波形，所述方波B是基于可调脉宽方波A的零相位滞后偏移时间Tpsu的基相偏移方波。4.根据权利要求2所述脉宽调压控制的方法，其特征在于：所述基相偏移方波B是基于产生所述方波A的振荡器的定脉宽方波Za前沿窄脉冲同步信号Sa零相位，基相偏移Tpsu后得到窄脉冲同步信号Sb，依据同步信号Sa、Sb上升沿确定脉宽调制信号A、B的前沿；同时，依据同一电压误差比较器配合各脉宽比较器及锯齿信号Ca、Cb得到脉宽后沿，从而得到可调脉宽方波A、B；所述方波B与Sb同相位，均与方波A偏移时间Tpsu。5.根据权利要求3或4所述脉宽调压控制的方法，其特征在于：所述方波A、B可调高值信号Ton在0～2Tpsd范围，其中Tpsd＝Tsw-Tpsu；占空比Dpsd＝Tpsd/Tsw。6.根据权利要求5所述脉宽调压控制的方法，其特征在于：所述基相偏移时间中区高值信号相关的方波信号Ya，是相对零相位时间的时间点Tpsd、Tpsu为信号Ya高值前后沿，也是相对零相位时间的时间点Tpsd、Tpsu对应的三角波Ta中上段与Ra比较后输出方波。7.根据权利要求6所述脉宽调压控制的方法，其特征在于：所述升降压变换器的开关管对Q1、Q2的脉宽调压控制驱动方波S1、S2,其中S1＝A即直接由方波A形成，S2＝Ya+B是由可调脉宽方波B及定脉宽信号Ya合成，所述算式符号“+”是逻辑“或”运算。8.根据权利要求7所述脉宽调压控制的方法，其特征在于：所述升降压变换器调压公式...

【专利技术属性】
技术研发人员：段志刚，
申请(专利权)人：北京兴达智联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11