一种双管Buck-Boost变换器的输入电压前馈控制电路制造技术

本发明专利技术涉及一种双管Buck

【技术实现步骤摘要】
一种双管Buck
‑
Boost变换器的输入电压前馈控制电路


[0001]本专利技术属于卫星电源系统控制
，涉及一种双管Buck
‑
Boost变换器的输入电压前馈控制电路。

技术介绍

[0002]合成孔径雷达卫星(SAR)具有全天时、全天候高空间分辨率的对地观测能力，是我国遥感领域的重点发展方向。由于SAR卫星工作过程中负载变化很大，其电源系统必须在太阳电池阵面积受限的条件下，具备适应瞬时脉冲大功率的能力。
[0003]双管Buck
‑
Boost变换器是一种Buck和Boost电路的级联结构，同时具备降压和升压调节能力，可以实现全输入电压范围的高效率。与其他变换器(如单管Buck
‑
Boost，Cuk，Zeta，SEPIC)相比，双管Buck
‑
Boost变换器具有电压应力低，无源元件少和输入输出同向的显著优势，已广泛应用于燃料电池系统、功率因数校正，射频(RF)放大器电源等具有宽电压调节要求的能源系统中。
[0004]基于最大功率跟踪(MPPT)调节方式，双管Buck
‑
Boost变换器可以将蓄电池电压或母线电压和太阳电池阵工作点解耦，使太阳电池阵在任意负载变换及环境变化下均能工作在最大功率点，把太阳电池阵的输出功率充分发挥出来，进一步提高系统效率。
[0005]然而，双管Buck
‑
Boost变换器的工作模式复杂多样，并且在模式切换的瞬间(例如从降压模式到升压模式)，开关管的占空比会发生突变，造成母线电压失调，影响系统的稳定性。因此，实现双管Buck
‑
Boost变换器工作模式间的稳定、快速切换是研究重点，对于改善瞬态响应、提高系统稳定性尤为关键。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种双管Buck
‑
Boost变换器的输入电压前馈控制电路；一方面，在升压和降压模式之间引入第三种模式——直通模式，当输入电压和输出电压接近时，控制两个开关管常通或常断，此时不存在开关损耗，太阳电池阵电压被蓄电池电压箝位，进一步提高变换效率；另一方面，为了抑制输入电压扰动对输出电压的影响，改善电路的动态响应速率，引入一种带输入电压前馈的双闭环控制方式；所提出的控制电路能够实现双管Buck
‑
Boost变换器在三种模式之间的平滑切换，保证变换器在整个输入电压范围内具有高变换效率和良好的稳定性。
[0007]本专利技术解决技术的方案是：一种双管Buck
‑
Boost变换器的输入电压前馈控制电路，电路拓扑包括功率电路和控制电路两个部分，其中功率电路由太阳电池阵、输入滤波、双管Buck
‑
Boost变换器、蓄电池组和母线负载构成，太阳电池阵连接到输入滤波，由双管Buck
‑
Boost变换器对滤波后的输入信号进行调节变换，连接到不调节母线，向后端母线负载供电并为蓄电池提供充电功率，控制电路连接到双管Buck
‑
Boost变换器；所述控制电路对太阳电池阵进行最大功率跟踪，使太阳电池阵在任意负载变换及环境变化下均工作在最大功率点；根据双管Buck
‑
Boost变换器的输入电压和输出电压的大小，自动判断所述变换
器的工作模式，实现双管Buck
‑
Boost变换器在降压模式、升压模式、直通模式间平滑切换；其中，所述直通模式为：当双管Buck
‑
Boost变换器的输入电压和输出电压差值的绝对值在第一预设电压ΔV1范围内时，控制Buck开关管Q1常通，Boost开关管Q2常断，太阳电池阵电压被蓄电池电压箝位。
[0008]进一步的，所述第一预设电压ΔV1的取值小于5V。
[0009]进一步的，所述控制电路包括MPPT闭环控制电路、直通模式判断电路、模式选择电路和驱动控制电路，
[0010]MPPT闭环控制电路，接收双管Buck
‑
Boost变换器的输入电压采样信号和输入电流采样信号，在升降压MPPT模式下生成高电平，接收所述直通模式判断电路的比较器COM1输出信号进行取大运算生成MPPT参考电压v
mppt
，进行输入电压前馈控制后发送电平信号v
tri
到模式选择电路；
[0011]直通模式判断电路，接收双管Buck
‑
Boost变换器的输入电压采样信号、输出电压采样信号，判断当前的变换器是否满足进入直通模式的条件，生成比较器COM1输出信号发送到MPPT闭环控制电路，比较器COM1输出信号经过分压后发送电平信号v
com
到模式选择电路；
[0012]模式选择电路，接收MPPT闭环控制电路的电平信号v
tri
和直通模式判断电路的电平信号v
com
，进行取大运算后发送调制信号到驱动控制电路；
[0013]驱动控制电路，接收模式选择电路的调制信号、外部输入的buck载波和boost载波，生成两路PWM信号，驱动Buck开关管Q1和Boost开关管Q2的通断。
[0014]进一步的，所述MPPT闭环控制电路包括MPPT控制电路、第一取大值电路、双闭环控制电路；
[0015]MPPT控制电路，接收双管Buck
‑
Boost变换器的输入电压采样信号和输入电流采样信号，基于电压电流交错扰动算法，当MPPT控制电路工作在升降压MPPT模式时，MPPT控制电路输出高电平；
[0016]第一取大值电路，接收MPPT控制电路输出的高电平和直通模式判断电路的比较器COM1输出信号，生成MPPT参考电压v
mppt
；
[0017]双闭环控制电路，接收所述MPPT参考电压v
mppt
，进行输入电压前馈控制，输出电平信号v
tri
控制Buck
‑
Boost变换器的输入电压采样信号和v
mppt
相等，保证输入电压在最大功率点。
[0018]进一步的，所述直通模式判断电路包括受控开关SW1、积分电路、比较器COM2、绝对值差电路、加法器、比较器COM1和分压电路；
[0019]受控开关SW1接收双管Buck
‑
Boost变换器当前的输出电流采样信号发送到积分电路；比较器COM2的正输入端和负输入端分别接收积分电路的输出信号和第二预设电压ΔV2；绝对值差电路接收双管Buck
‑
Boost变换器输入电压采样信号和输出电压采样信号，计算所述输入电压采样信号和输出电压采样信号差值的绝对值；加法器接收比较器COM2的输出信号和绝对值差电路的输出信号进行求和运算；比较器COM1接收加法器的输出信号和第一预设电压ΔV1，生成比较器COM1输出信号；其中，比较器COM1输出信号分为三路，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双管Buck
‑
Boost变换器的输入电压前馈控制电路，电路拓扑包括功率电路和控制电路两个部分，其中功率电路包括太阳电池阵、输入滤波、双管Buck
‑
Boost变换器、蓄电池组和母线负载，太阳电池阵连接到输入滤波，由双管Buck
‑
Boost变换器对滤波后的输入信号进行调节变换，连接到不调节母线，向后端母线负载供电并为蓄电池提供充电功率，控制电路连接到双管Buck
‑
Boost变换器；其特征在于，所述控制电路对太阳电池阵进行最大功率跟踪，使太阳电池阵在任意负载变换及环境变化下均工作在最大功率点；根据双管Buck
‑
Boost变换器的输入电压和输出电压的大小，自动判断所述变换器的工作模式，实现双管Buck
‑
Boost变换器在降压模式、升压模式、直通模式间平滑切换；其中，所述直通模式为：当双管Buck
‑
Boost变换器的输入电压和输出电压差值的绝对值在第一预设电压ΔV1范围内时，控制Buck开关管Q1常通，Boost开关管Q2常断，太阳电池阵电压被蓄电池电压箝位。2.根据权利要求1所述的一种双管Buck
‑
Boost变换器的输入电压前馈控制电路，其特征在于，所述第一预设电压ΔV1的取值小于5V。3.根据权利要求1所述的一种双管Buck
‑
Boost变换器的输入电压前馈控制电路，其特征在于，所述控制电路包括MPPT闭环控制电路、直通模式判断电路、模式选择电路和驱动控制电路，MPPT闭环控制电路，接收双管Buck
‑
Boost变换器的输入电压采样信号和输入电流采样信号，在升降压MPPT模式下生成高电平，接收所述直通模式判断电路的比较器COM1输出信号进行取大运算生成MPPT参考电压v
mppt
，进行输入电压前馈控制后发送电平信号v
tri
到模式选择电路；直通模式判断电路，接收双管Buck
‑
Boost变换器的输入电压采样信号、输出电压采样信号，判断当前的变换器是否满足进入直通模式的条件，生成比较器COM1输出信号发送到MPPT闭环控制电路，比较器COM1输出信号经过分压后发送电平信号v
com
到模式选择电路；模式选择电路，接收MPPT闭环控制电路的电平信号v
tri
和直通模式判断电路的电平信号v
com
，进行取大运算后发送调制信号到驱动控制电路；驱动控制电路，接收模式选择电路的调制信号、外部输入的buck载波和boost载波，生成两路PWM信号，驱动Buck开关管Q1和Boost开关管Q2的通断。4.根据权利要求3所述的一种双管Buck
‑
Boost变换器的输入电压前馈控制电路，其特征在于，所述MPPT闭环控制电路包括MPPT控制电路、第一取大值电路、双闭环控制电路；MPPT控制电路，接收双管Buck
‑
Boost变换器的输入电压采样信号和输入电流采样信号，基于电压电流交错扰动算法，当MPPT控制电路工作在升降压MPPT模式时，MPPT控制电路输出高电平；第一取大值电路，接收MPPT控制电路输出的高电平和直通模式判断电路的比较器COM1输出信号，生成MPPT参考电压v
mppt
；双闭环控制电路，接收所述MPPT参考电压v
mppt
，进行输入电压前馈控制，输出电平信号v
tri
控制Buck
‑
Boost变换器的输入电压采样信号和v
mppt
相等，保证输入电压在最大功率点。5.根据权利要求4所述的一种双管Buck
‑
Boost变换器的输入电压前馈控制电路，其特征在于，所述直通模式判断电路包括受控开关SW1、积分电路、比较器COM2、绝对值差电路、加法器、比较器COM1和分压电路；受控开关SW1接收双管Buck
‑
Boost变换器当前的输出电流采样信号发送到积分电路；
比较器COM2的正输入端和负输入端分别接收积分电路的输出信号和第二预设电压ΔV2；绝对值差电路接收双管Buck
‑
Boost变换器输入电压采样信号和输出电压采样信号，计算所述输入电压采样信号和输出电压采样信号差值的绝对值；加法器接收比较器CO...

【专利技术属性】
技术研发人员：方子文，叶创新，赵嘉伟，杨梓威，杨亚红，何小斌，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：