一种用于非反相Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ功率变换器的调制方法技术

本发明专利技术涉及一种用于非反相Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ功率变换器的调制方式，该调制方法根据控制量可以使功率变换器在Ｂｕｃｋ工作模式、Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ工作模式、Ｂｏｏｓｔ工作模式三种模式之间切换工作，采用ＰＷＭ控制和ＰＦＭ控制相结合，尽可能的减少能量变换过程中功率损耗；同时能够产生上管自举电容充电脉冲，方便采用现有的驱动集成芯片驱动上下桥臂，避免采用隔离驱动电源给系统增加成本和设计的复杂性，从而使系统结构简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于非反相Buck-Boost功率变换器的调制方法，通过该调制方法可以使该功率变换器工作在Buck工作模式、Buck-Boost工作模式、Boost工作模式三种模式。
技术介绍
在一些功率管理系统中，为了提高功率变换器的适用性，往往需要功率变换器既能够升压工作，又能够降压工作。如移动电子设备中，由于电池电压的变化，该输出电压可能小于、等于或者大于电池电压，为了满足在不同的电池电压情况下能输出恒定的输出电压以使设备正常工作，就需要有升降压功能的功率变化器；如级联光伏组件功率变换器系统中，在进行最大功率点跟踪的同时又要满足输出端的电压平衡，采用具有升降压功能的功率变换器拓扑能够提高系统的适应能力。这些要求可以通过非反相Buck-Boost功率变换器来实现。传统的非反相Buck-Boost功率变换器的调制方法有：图5所示为传统的非反相Buck-Boost功率变换器调制方法，在每个控制周期中，对角线上的可控开关管同时导通或者同时关断，该方法在每个开关周期中四个可控开关管同时工作，开关损耗大，电感电流纹波大，效率比较低等缺点。图6所示为传统的以两列180°相位差的锯齿波作为载波的调制方法，图7所示为传统的以两列同相位不同直流偏置的三角波作为载波的调制方法，这两种调制方法在Buck-Boost工作模式中，仍然进行PWM调制，由于在不同模式切换时，会出现很窄的脉宽，这在实际硬件中很难实现的，会导致可控开关管刚导通又被关断，工作在线性放大区，增加了开关损耗，降低系统的效率。图8所示为以单列锯齿波为载波的差分调制方法，该调制方法采用额外的Delta-Sigma算法产生一个二进制序列，以定脉宽的脉冲序列来等效很小脉宽调制的效果，但具体实现比较复杂。上述几种调制方式存在着同样一个问题，就是没有考虑到实际系统中，驱动同一桥臂中上下可控开关管时，由于开关管的源极(MOSFET)或射极(IGBT)处在不同的电位，这样就需要采用独立的驱动电源或采用有自举功能的驱动芯片来驱动开关管。考虑到采用独立驱动电源给系统带来的设计复杂度，一般采用有自举功能的驱动芯片来驱动开关管。在上管长时间导通的情况下，由于自举功能的驱动芯片需要每隔一定时间给上管的驱动自举电容充电才能确保上管能够正常导通，这就需要调制方法能产生一个充电脉冲，定期的使下管导通一段时间以便给上管的自举电容充电。
技术实现思路
为了解决现有的控制方法的上述缺点和不足之处，本专利技术提供了一种用于非反相Buck-Boost功率变换器的调制方式，该调制方法根据控制量可以使功率变换器在Buck工作模式、Buck-Boost工作模式、Boost工作模式三种模式之间切换工作，采用PWM控制和PFM控制相结合，尽可能的减少能量变换过程中功率损耗；同时能够产生Buck工作模式或者Boost工作模式所需的上管自举电容充电脉冲，方便采用现有的驱动集成芯片驱动上下-->桥臂，避免采用隔离驱动电源给系统增加成本和设计的复杂性，从而使系统结构简单。根据上诉的专利技术构思，本专利技术采用下述技术方案：一种用于非反相Buck-Boost功率变换器的调制方法，依次执行以下步骤：(1)执行电压调节程序，计算得到的控制量Vcont，其中控制量Vcont为占空比信号，取值范围为(0，2)；(2)判断控制量Vcont和Vbuck_min的大小，如果控制量Vcont＜Vbuck_min，则限定控制量Vcont＝Vbuck_min，否则执行(3)，其中Vbuck_min为设置的Buck工作模式最小占空比，一般设为0.1左右；(3)判断控制量Vcont和Vboost_max+1的大小，如果控制量Vcont＞Vboost_max+1，则限定控制量Vcont＝Vboost_max+1，否则执行(4)，其中Vboost_max为设置的Boost工作模式最大占空比，一般设为0.6左右；(4)判断控制量Vcont和Vbuck_max的大小，如果控制量Vcont＞Vbuck_max，则执行(5)，否则执行(6)，其中Vbuck_max为设置的Buck工作模式最大占空比，且Vbuck_max＞Vbuck_min，一般设为0.96左右，；(5)判断控制量Vcont和Vboost_min+1的大小，如果控制量Vcont＜Vboost_min+1，则执行(7)，否则执行(8)，其中Vboost_min为设置的Boost工作模式最小占空比，且Vboost_max＞Vboost_min，一般设为0.04左右，；(6)执行Buck工作模式脉冲生成子程序，结束后执行(9)；(7)执行Buck-Boost工作模式脉冲生成子程序，结束后执行(9)；(8)执行Boost工作模式脉冲生成子程序，结束后执行(9)；(9)返回。上述的一种用于非反相Buck-Boost功率变换器的调制方法，其中(1)中的电压调节程序执行以下步骤：(1.1)采样输出电压信号Vout；(1.2)根据设定的参考输出电压信号Vref和采样得到的实际电压信号Vout计算偏差Verr＝Vref-Vout；(1.3)经PI调节器计算得到控制量Vcont；(1.4)返回。上述的一种用于非反相Buck-Boost功率变换器的调制方法，其中(6)中的Buck工作模式脉冲生成子程序执行以下步骤：(6.1)设置Buck模块中PWM计数周期值为1倍开关周期，比较值为控制量Vcont；(6.2)设置Boost模块中PWM计数周期值为N倍开关周期，比较值为Vboost_min，其中N的取值和所选用的可控开关管和自举电容的容量等有关，设置时以确保充电周期内上管能够维持正常导通为前提，一般可设为6到16之间；(6.3)恢复现场，返回。上述的一种用于非反相Buck-Boost功率变换器的调制方法，其中(7)中的Buck-Boost工作模式脉冲生成子程序执行以下步骤：(7.1)将区间(Vbuck_max，1+Vboost_min)平均分成m等份，从小到大依次以第1区间到第m区间表示，根据控制量Vcont所处的区间值，设置Buck模块中PWM计数周期值为x倍开关-->周期，比较值为Vbuck_max，其中x为Vcont所处的区间值，m的取值可根据(Vbuck_max，1+Vboost_min)区间的大小来设定，一般可设为8或者16；(7.2)设置Boost模块中PWM计数周期值为(m-x)倍开关周期，比较值为Vboost_min；(7.3)恢复现场，返回。上述的一种用于非反相Buck-Boost功率变换器的调制方法，其中(8)中的Boost工作模式脉冲生成子程序执行以下步骤：(8.1)设置Buck模块中PWM计数周期值为N倍的开关周期，比较值为Vbuck_max，其中N的取值和所选用的可控开关管和自举电容的容量等有关，设置时以确保充电周期内上管能够维持正常导通为前提，一般可设为6到16之间；(8.2)设置Boost模块中PWM计数周期值为1倍开关周期，比较值为(Vcont-1)；(8.3)恢复现场，返回。通过上述的控制方式，能够实现一种高效的功率变换器：当输入电压大于输出电压时工作在Buck工作模式，当输入电压小于输出电压时工作在Boost工作模式，当输入电压近似等于输出电压时工作在Buck-Boost工本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于非反相Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ功率变换器的调制方法，其特征在于：所述的方法依次执行以下步骤：第１步：执行电压调节程序，计算得到控制量Ｖｃｏｎｔ，其中控制量Ｖｃｏｎｔ为占空比信号，取值范围为（０，２）；第２步：判断控制量Ｖｃｏｎｔ和Ｖｂｕｃｋ＿ｍｉｎ的大小，如果控制量Ｖｃｏｎｔ＜Ｖｂｕｃｋ＿ｍｉｎ，则限定控制量Ｖｃｏｎｔ＝Ｖｂｕｃｋ＿ｍｉｎ，否则执行第３步，其中Ｖｂｕｃｋ＿ｍｉｎ为设置的Ｂｕｃｋ工作模式最小占空比，一般设为０．１左右；第３步：判断控制量Ｖｃｏｎｔ和Ｖｂｏｏｓ＿ｍａｘ＋１的大小，如果控制量Ｖｃｏｎｔ＞Ｖｂｏｏｓｔ＿ｍａｘ＋１，则限定控制量Ｖｃｏｎｔ＝Ｖｂｏｏｓｔ＿ｍａｘ＋１，否则执行第４步，其中Ｖｂｏｏｓｔ＿ｍａｘ为设置的Ｂｏｏｓｔ工作模式最大占空比，一般设为０．６左右；第４步：判断控制量Ｖｃｏｎｔ和Ｖｂｕｃｋ＿ｍａｘ的大小，如果控制量Ｖｃｏｎｔ＞Ｖｂｕｃｋ＿ｍａｘ，则执行第５步，否则执行第６步，其中Ｖｂｕｃｋ＿ｍａｘ为设置的Ｂｕｃｋ工作模式最大占空比，且Ｖｂｕｃｋ＿ｍａｘ＞Ｖｂｕｃｋ＿ｍｉｎ，一般设为０．９６左右，；第５步：判断控制量Ｖｃｏｎｔ和Ｖｂｏｏｓｔ＿ｍｉｎ＋１的大小，如果控制量Ｖｃｏｎｔ＜Ｖｂｏｏｓｔ＿ｍｉｎ＋１，则执行第７步，否则执行第８步，其中Ｖｂｏｏｓｔ＿ｍｉｎ为设置的Ｂｏｏｓｔ工作模式最小占空比，且Ｖｂｏｏｓｔ＿ｍａｘ＞Ｖｂｏｏｓｔ＿ｍｉｎ，一般设为０．０４左右，；第６步：执行Ｂｕｃｋ工作模式脉冲生成子程序，结束后执行第９步；第７步：执行Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ工作模式脉冲生成子程序，结束后执行第９步；第８步：执行Ｂｏｏｓｔ工作模式脉冲生成子程序，结束后执行第９步；第９步：返回。...

【技术特征摘要】
1.一种用于非反相Buck-Boost功率变换器的调制方法，其特征在于：所述的方法依次执行以下步骤：第1步：执行电压调节程序，计算得到控制量Vcont，其中控制量Vcont为占空比信号，取值范围为(0，2)；第2步：判断控制量Vcont和Vbuck_min的大小，如果控制量Vcont＜Vbuck_min，则限定控制量Vcont＝Vbuck_min，否则执行第3步，其中Vbuck_min为设置的Buck工作模式最小占空比，一般设为0.1左右；第3步：判断控制量Vcont和Vboos_max+1的大小，如果控制量Vcont＞Vboost_max+1，则限定控制量Vcont＝Vboost_max+1，否则执行第4步，其中Vboost_max为设置的Boost工作模式最大占空比，一般设为0.6左右；第4步：判断控制量Vcont和Vbuck_max的大小，如果控制量Vcont＞Vbuck_max，则执行第5步，否则执行第6步，其中Vbuck_max为设置的Buck工作模式最大占空比，且Vbuck_max＞Vbuck_min，一般设为0.96左右，；第5步：判断控制量Vcont和Vboost_min+1的大小，如果控制量Vcont＜Vboost_min+1，则执行第7步，否则执行第8步，其中Vboost_min为设置的Boost工作模式最小占空比，且Vboost_max＞Vboost_min，一般设为0.04左右，；第6步：执行Buck工作模式脉冲生成子程序，结束后执行第9步；第7步：执行Buck-Boost工作模式脉冲生成子程序，结束后执行第9步；第8步：执行Boost工作模式脉冲生成子程序，结束后执行第9步；第9步：返回。2.根据权利要求1所述的一种用于非反相Buck-Boost功率变换器的调制方法，其特征在于：所述第1步中的电压调节程序执行以下步骤：第1步：采样输出电压信号Vout；第2步：根据设定的参考输出电压信号Vref和采样得到的实际电压信号Vout计算偏差Vo...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建明，徐坤，吴春华，
申请(专利权)人：上海岩芯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]