BUCK变换器的输入浪涌控制方法及BUCK变换器与流程

本发明涉及电力电子变换器，尤其涉及一种buck变换器的输入浪涌控制方法及buck变换器。

背景技术：

1、buck变换器是一种常用的直流降压型电力电子变换器，通过控制开关管的导通和关断，并配合储能电感以及滤波电容实现输入电压向目标输出电压的变换。在车辆电源、航空电源等应用场景中，buck变换器的输入电压可能在较短时间内发生较大幅度的升高，例如由正常输入电压快速升高至较高的浪涌电压。为保证后级负载正常工作，需要在输入电压发生浪涌时快速调整buck变换器的开关管控制状态，使输出电压维持在目标范围内。

2、现有技术中，buck变换器通常采用基于输出电压反馈的pwm控制方式，通过采样输出电压，将输出电压采样值与目标输出电压进行比较，根据二者之间的误差调整pwm控制信号的占空比，从而调节开关管的导通时间，实现输出电压稳定。

3、在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

4、1.输入浪涌发生时反馈控制响应速度不足：基于输出电压反馈的控制方式需要经过输出电压变化、输出电压采样、误差放大以及pwm调节等过程后才能对开关管的占空比进行调整。当输入电压在较短时间内快速升高时，输出电压可能已经出现明显上升，反馈控制才逐渐降低开关管的占空比，导致输入浪涌期间输出电压容易产生较大的过冲。

5、2.现有前馈控制难以同时兼顾输入电压快速变化下的占空比调节和输出电压控制精度：单纯根据输入电压进行前馈调节虽然能够在输入电压发生变化时快速调整pwm控制信号，但受器件参数偏差、温度变化、开关器件非理想特性以及功率级压降等因素影响，输入电压与pwm占空比之间的理想对应关系容易产生偏差，使输出电压难以长期保持在目标值，因此仍需要反馈调节进行校正。

6、3.直通状态与降压状态之间的切换容易产生控制冲击：当输入电压较低时，buck变换器可以使开关管保持导通而处于直通状态；当输入电压升高后，则需要通过pwm控制使开关管进行斩波而进入降压状态。现有技术通常需要针对不同工作状态进行模式判断和控制切换，在输入电压跨越直通阈值时容易出现占空比突变、输出电压波动或切换冲击，难以实现直通状态与降压状态之间的连续过渡。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种buck变换器的输入浪涌控制方法及buck变换器，以解决现有技术中存在的输入电压快速变化时输出电压过冲及模式切换冲击的问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、在第一方面，本发明提供一种buck变换器的输入浪涌控制方法，包括：

4、获取buck变换器的输入电压，并根据所述输入电压生成锯齿波载波信号；

5、获取所述buck变换器的输出电压和预设前馈基准，根据所述输出电压与目标输出电压之间的偏差对预设前馈基准进行反馈修正，得到pwm比较基准；

6、当检测到所述输出电压上升速度超过斜率检测阈值时，根据所述输出电压的上升速度生成动态补偿量，并基于所述动态补偿量对所述pwm比较基准进行调整，得到调整后的pwm比较基准；

7、在每个pwm周期开始时，使所述锯齿波载波信号从预设初始电压开始上升，将所述锯齿波载波信号与调整后的pwm比较基准进行比较，根据比较结果生成pwm控制信号；

8、根据所述pwm控制信号控制所述buck变换器的开关管；

9、其中，所述锯齿波载波信号的峰值随所述输入电压升高而增大，进而使所述pwm控制信号的占空比随所述输入电压升高而减小。

10、优选的，所述根据所述输入电压生成所述锯齿波载波信号，包括：

11、在每个固定的pwm周期开始时，将用于生成所述锯齿波载波信号的电容电压拉低至预设初始电压；

12、在所述pwm周期内，根据所述输入电压产生充电电流，并利用所述充电电流对所述电容进行充电，进而生成锯齿波载波信号。

13、优选的，所述充电电流与所述输入电压呈比例关系，进而使所述锯齿波载波信号的斜率和峰值均随所述输入电压线性变化。

14、优选的，所述获取预设前馈基准，包括：

15、预先设置直通阈值电压，根据直通阈值电压确定所述预设前馈基准；

16、其中，所述输入电压等于所述直通阈值电压时，所述锯齿波载波信号的峰值等于所述pwm比较基准。

17、优选的，所述根据所述输出电压与目标输出电压之间的偏差对预设前馈基准进行反馈修正，得到pwm比较基准，包括：

18、将所述输出电压采样信号与输出设定基准进行比较，得到误差信号；

19、对所述误差信号进行误差放大，得到误差放大信号；

20、对所述误差放大信号进行频率补偿，以调整反馈环路的动态响应特性，得到所述反馈补偿量；

21、利用所述反馈补偿量对所述预设前馈基准进行调整，得到所述pwm比较基准。

22、优选的，所述当检测到所述输出电压上升速度超过斜率检测阈值时，根据所述输出电压的上升速度生成动态补偿量，并基于所述动态补偿量对所述pwm比较基准进行调整，得到调整后的pwm比较基准，包括：

23、获取预设时间间隔内的输出电压变化量，根据所述输出电压变化量确定所述输出电压的上升速度；

24、当所述输出电压的上升速度超过预设斜率检测阈值时，根据所述输出电压的上升变化使补偿电容两端的电压产生相应变化，并利用所述补偿电容导通动态补偿通路；

25、通过所述动态补偿通路产生与所述输出电压的上升速度相关的补偿电流，并将所述补偿电流叠加至输出电压采样支路，得到升高后的所述输出电压采样信号；

26、根据所述升高后的所述输出电压采样信号与输出设定基准之间的误差变化，生成动态补偿量；

27、基于所述动态补偿量对所述pwm比较基准进行调整，得到调整后的pwm比较基准。

28、优选的，还包括：在所述输入电压由低于所述直通阈值电压逐渐升高至高于所述直通阈值电压的过程中，根据所述锯齿波载波信号的峰值随所述输入电压的连续变化，以使所述pwm控制信号的占空比连续减小，进而使所述buck变换器由直通状态连续过渡至降压状态。

29、优选的，还包括：在所述输入电压由高于所述直通阈值电压逐渐降低至低于所述直通阈值电压的过程中，根据所述锯齿波载波信号的峰值随所述输入电压的连续变化，使所述pwm控制信号的占空比连续增大，并在所述锯齿波载波信号的峰值低于所述pwm比较基准时，导通所述buck变换器的开关管，进而使所述buck变换器由降压状态连续恢复至直通状态。

30、优选的，所述根据所述pwm控制信号控制所述buck变换器的开关管的过程中，还包括：

31、获取所述buck变换器的开关管电流；

32、将所述开关管电流与预设过流保护阈值进行比较；

33、当检测到所述开关管电流达到或超过所述预设过流保护阈值时，生成过流保护信号，并根据所述过流保护信号关断所述开关管。

34、在第二方面，本发明还提供一种buck变换器，包括：

35、输入端、开关管、储能电感、输出端、锯齿波生成电路、反馈修正电路、斜率补偿电路、pwm控制电路、电流检测电路和过流保护电路；

36、所述输入端用于接收输入电压，所述开关管与所述储能电感连接，用于对所述输入电压进行降压变换并通过所述输出端输出电压；

37、所述锯齿波生成电路与所述输入端连接，用于根据所述输入电压生成锯齿波载波信号，其中，所述锯齿波生成电路生成所述锯齿波载波信号的充电电流随所述输入电压变化，使所述锯齿波载波信号的峰值随所述输入电压升高而增大；

38、所述反馈修正电路与所述输出端连接，用于获取所述输出电压，并根据所述输出电压与目标输出电压之间的偏差对预设前馈基准进行反馈修正，得到pwm比较基准；

39、所述斜率补偿电路与所述反馈修正电路连接，用于检测所述输出电压的上升速度，并在所述输出电压的上升速度超过斜率检测阈值时，根据所述输出电压的上升速度对所述pwm比较基准进行动态调整，得到调整后的pwm比较基准；

40、所述pwm控制电路分别与所述锯齿波生成电路、所述斜率补偿电路以及所述开关管连接，用于将所述锯齿波载波信号与所述调整后的pwm比较基准进行比较，根据比较结果生成pwm控制信号，并根据所述pwm控制信号控制所述开关管的导通和关断；

41、所述电流检测电路用于获取所述开关管电流；

42、所述过流保护电路用于将所述开关管电流与预设过流保护阈值进行比较，并在所述开关管电流达到或超过所述预设过流保护阈值时生成过流保护信号，以控制所述开关管关断。

43、实施本发明上述技术方案中的一个技术方案，具有如下优点或有益效果：

44、1.本发明通过根据输入电压生成峰值随输入电压变化的锯齿波载波信号，并利用所述锯齿波载波信号与pwm比较基准进行比较生成pwm控制信号，使输入电压升高时pwm控制信号的占空比相应减小，克服了传统反馈控制在输入浪涌发生时响应速度较慢的问题，进而能够根据输入电压变化快速调整开关管的导通时间，降低输入浪涌引起的输出电压过冲；

45、2.本发明通过根据输出电压与目标输出电压之间的偏差对预设前馈基准进行反馈修正，并在输出电压上升速度超过斜率检测阈值时进一步产生动态补偿量，克服了单纯前馈控制容易受器件参数偏差、温度变化及功率级非理想特性影响而产生输出电压控制偏差的问题，进而提高输入浪涌过程中输出电压的控制精度，并进一步抑制输出电压过冲；

46、3.本发明通过使锯齿波载波信号的峰值随输入电压连续变化，使pwm控制信号的占空比随输入电压连续变化，克服了直通状态与降压状态之间采用模式切换容易产生占空比突变及切换冲击的问题，进而使buck变换器能够在直通状态与降压状态之间平滑过渡，提高输入电压变化过程中的运行稳定性。