一种数模混合Buck-Boost电路控制方法及系统与流程

本发明属于开关电源，具体为一种数模混合buck-boost电路控制方法。

背景技术：

1、在功率变换技术领域，buck-boost模块电源广泛应用于需要升降压调节的场景。随着电力电子技术的发展，buck-boost电源模块的控制方法日趋成熟，主要包括数字电路控制和模拟电路控制两种方式。

2、数字电路控制方式存在adc采样、算法运算、pwm刷新引入等控制延时，使得环路带宽受限、瞬时响应不足，且轻载工况下效率较低。模拟电路控制方式虽无采样和运算延时、动态响应带宽高、轻载效率好，但buck-boost模式切换难以实现平滑过渡，尤其在宽范围输入和宽范围输出时，模式交接处容易出现振荡、纹波变大等情况，且保护功能固定、难以实现故障记录、通讯和远程监控。

3、现有技术中，数字控制方案通过adc采样、数字算法运算和pwm刷新实现闭环控制，精度高、控制灵活，但存在固有延时。模拟控制方案通过峰值电流采样和输出电压反馈直接生成pwm驱动信号，无采样和运算延时、响应快，但模式切换和保护功能受限。两种方案各自独立使用，未形成有效互补。

4、上述现有技术均采用单一控制方式，数字控制因延时导致瞬态响应不足和轻载效率低，模拟控制因模式切换不平滑导致输出纹波和冲击电流问题。单一控制方式无法同时兼顾快速瞬态响应、轻载高效率、平滑模式切换和智能监控功能。亟需一种能够结合数字控制和模拟控制各自优势的控制方法，在实现高带宽快速响应的同时，保证宽范围输入输出下的平滑切换和全面的保护监控功能。

技术实现思路

1、本发明提供了一种数模混合buck-boost电路控制方法，解决了现有buck-boost模块的数字控制响应慢，模拟控制切换不平滑，两者无法兼顾的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种数模混合buck-boost电路控制方法，包括以下步骤：采集功率变换电路的峰值电流信号和输出电压信号；根据所述峰值电流信号和所述输出电压信号生成pwm驱动信号；对功率变换电路的输入电压和输出电压进行采样比较，将输入电压与输出电压的差值状态以电平信号的方式输出至数字控制电路；所述数字控制电路根据所述差值状态判断模块的工作状态，输出数字控制信号；信号调理电路对所述pwm驱动信号和所述数字控制信号进行逻辑运算，输出调理后的驱动信号；将所述调理后的驱动信号分别输出至功率变换电路。

3、根据本发明的一个实施方式，所述功率变换电路采用两开关buck-boost拓扑，包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、功率电感和采样电阻；第一开关管与第一二极管串联构成第一桥臂，第二开关管与第二二极管串联构成第二桥臂，第一桥臂并联于输入电容两端，功率电感一端连接第一桥臂中点、另一端连接第二桥臂中点，输出电容并联于第二桥臂两端，采样电阻设置于第一桥臂的负端与第二桥臂的负端之间。

4、根据本发明的一个实施方式，所述信号调理电路包括或门和与门，所述pwm驱动信号分别输入所述或门的第一输入端和所述与门的第一输入端，所述数字控制信号分别输入所述或门的第二输入端和所述与门的第二输入端。

5、根据本发明的一个实施方式，当输入电压高于输出电压20v时，所述数字控制电路判断功率变换电路处于降压状态，输出至所述或门的数字控制信号为低电平，输出至所述与门的数字控制信号为低电平；所述或门输出与所述pwm驱动信号相同的信号，所述与门输出低电平；所述第一开关管处于pwm开关状态，所述第二开关管处于常关状态。

6、根据本发明的一个实施方式，当输入电压低于输出电压20v时，所述数字控制电路判断功率变换电路处于升压状态，输出至所述或门的数字控制信号为高电平，输出至所述与门的数字控制信号为高电平，所述或门输出高电平，所述与门输出与所述pwm驱动信号相同的信号，所述第一开关管处于常开状态，所述第二开关管处于pwm开关状态。

7、根据本发明的一个实施方式，当输入电压与输出电压时差值小于等于20v时，所述数字控制电路判断功率变换电路处于中间状态，输出至所述或门的数字控制信号为第一占空比信号，输出至所述与门的数字控制信号为第二占空比信号；所述第一开关管和所述第二开关管均处于pwm开关状态。

8、根据本发明的一个实施方式，所述第一占空比大于50%，所述第二占空比小于50%。

9、根据本发明的一个实施方式，所述数字控制电路在不同工作状态之间切换时，通过占空比逐渐变化的方式控制所述第一开关管和所述第二开关管的导通与关断。

10、根据本发明的一个实施方式，所述第一开关管和所述第二开关管为sicmosfet，所述第一二极管和所述第二二极管为sic肖特基二极管。

11、本发明还提供一种数模混合buck-boost电路控制系统，用于实现权利要求1-9任意一项所述的本发明还提供一种数模混合buck-boost电路控制方法，包括：功率变换电路，采用两开关buck-boost拓扑，包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、功率电感和采样电阻；模拟pwm控制器，用于根据所述采样电阻采集的峰值电流信号和所述功率变换电路的输出电压信号生成pwm驱动信号；硬件采样电路，用于对所述功率变换电路的输入电压和输出电压进行采样比较，输出输入电压与输出电压的差值状态；数字控制电路，用于接收所述差值状态并判断模块的工作状态，输出数字控制信号；信号调理电路，用于对所述pwm驱动信号和所述数字控制信号进行逻辑运算，输出调理后的驱动信号；隔离驱动器，用于将所述调理后的驱动信号分别输出至所述功率变换电路的第一开关管和第二开关管的控制端。

12、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种数模混合buck-boost电路控制方法，通过采集功率变换电路的峰值电流信号和输出电压信号并由模拟pwm控制器生成pwm驱动信号，使模块在高压大功率工况下具备峰值电流采样和输出稳压采样的双环路控制，实现了快速瞬时响应，通过对输入电压和输出电压进行硬件采样比较并以电平信号方式输出差值状态至数字控制电路，使数字控制电路能够快速准确地判断输入输出电压关系，避免了数字电路因adc采样和软件判读引入的延时和误判，通过数字控制电路输出数字控制信号，信号调理电路对pwm驱动信号和数字控制信号进行逻辑运算后输出至功率变换电路，使数字控制信号能够随输入输出电压差值变化实时调整逻辑输出，控制开关管处于pwm开关、常开或常关状态，整个控制链路中，模拟控制负责快速响应和稳压调节，数字控制负责模式判断和切换控制，两者通过信号调理电路融合后驱动功率变换电路，使buck-boost模块兼具模拟控制的高带宽快速响应和数字控制的平滑切换与智能监控能力。

1.一种数模混合buck-boost电路控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种数模混合buck-boost电路控制方法，其特征在于，所述功率变换电路采用两开关buck-boost拓扑，包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、功率电感和采样电阻；第一开关管与第一二极管串联构成第一桥臂，第二开关管与第二二极管串联构成第二桥臂，第一桥臂并联于输入电容两端，功率电感一端连接第一桥臂中点、另一端连接第二桥臂中点，输出电容并联于第二桥臂两端，采样电阻设置于第一桥臂的负端与第二桥臂的负端之间。

3.根据权利要求2所述的一种数模混合buck-boost电路控制方法，其特征在于，所述信号调理电路包括或门和与门，所述pwm驱动信号分别输入所述或门的第一输入端和所述与门的第一输入端，所述数字控制信号分别输入所述或门的第二输入端和所述与门的第二输入端。

4.根据权利要求3所述的一种数模混合buck-boost电路控制方法，其特征在于，当输入电压高于输出20v电压时，所述数字控制电路判断功率变换电路处于降压状态，输出至所述或门的数字控制信号为低电平，输出至所述与门的数字控制信号为低电平，所述或门输出与所述pwm驱动信号相同的信号，所述与门输出低电平，所述第一开关管处于pwm开关状态，所述第二开关管处于常关状态。

5.根据权利要求3所述的一种数模混合buck-boost电路控制方法，其特征在于，当输入电压低于输出电压20v时，所述数字控制电路判断功率变换电路处于升压状态，输出至所述或门的数字控制信号为高电平，输出至所述与门的数字控制信号为高电平，所述或门输出高电平，所述与门输出与所述pwm驱动信号相同的信号，所述第一开关管处于常开状态，所述第二开关管处于pwm开关状态。

6.根据权利要求3所述的一种数模混合buck-boost电路控制方法，其特征在于，当输入电压与输出电压时差值小于等于20v时，所述数字控制电路判断功率变换电路处于中间状态，输出至所述或门的数字控制信号为第一占空比信号，输出至所述与门的数字控制信号为第二占空比信号；所述第一开关管和所述第二开关管均处于pwm开关状态。

7.根据权利要求6所述的一种数模混合buck-boost电路控制方法，其特征在于，所述第一占空比大于50%，所述第二占空比小于50%。

8.根据权利要求2所述的一种数模混合buck-boost电路控制方法，其特征在于，所述数字控制电路在不同工作状态之间切换时，通过占空比逐渐变化的方式控制所述第一开关管和所述第二开关管的导通与关断。

9.根据权利要求2所述的一种数模混合buck-boost电路控制方法，其特征在于，所述第一开关管和所述第二开关管为sic mosfet，所述第一二极管和所述第二二极管为sic肖特基二极管。

10.一种数模混合buck-boost电路控制系统，其特征在于，用于实现权利要求1-9任意一项所述的一种数模混合buck-boost电路控制方法，包括：