升降压模式平滑切换的控制方法、系统、设备及存储介质与流程

1.本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种升降压模式平滑切换的控制方法、系统、设备及存储介质。


背景技术：

2.在电力电子技术领域，升降压开关转换器可以将输入电压转换为高于、低于或等于该输入电压的输出电压，可以工作在较宽的输入电压变化范围内，因此在电源领域得到了广泛应用。升降压开关转换器中常见的的直流转换电路有四管buckboost和隔离型升降压电路。
3.如图1所示的拓扑结构为四管buckboost拓扑电路，在输入电压高于输出电压时，升降压开关转换器处于降压模式；当输入电压低于输出电压时，升降压开关转换器处于升压模式。输入电压在输出电压附近或等于输出电压时，升降压开关转换器处于中间过渡模式。
4.如图2所示的拓扑结构为隔离型升降压电路，一般为级联结构，前级为buck，后级为隔离型的boost电路，在输入电压高于vbus电压时，升降压开关转换器处于降压模式；当输入电压低于vbus电压时，升降压开关转换器处于升压模式；当输入电压在接近vbus电压时，升降压开关转换器处于中间过渡模式。
5.不管是采用四管buckboost拓扑电路的转换器还是采用隔离型升降压电路的转换器，都具有升压模式和降压模式。在输入电压处于输出电压(隔离型升降压电路为母线电压)附近时，单独的升压模式或降压模式无法使模块输出达到稳定，所以该转换器均存在升降压的过渡模式。在业界主要来维持该过渡区域的稳定：两模式的来回切换、升压和降压模式的共存。
6.然而在输入电压处于输出电压附近时，也即处于升压和降压两种模式的中间点时，单独的升压模式和降压模式均无法产生稳定的输出；为了维持稳定的输出，升降压开关转换器在处于中间过渡模式时，两模式的控制器会使升压和降压两种模式来回切换，从而导致纹波和动态特性变差。为了解决这一问题，现有技术采用的解决方案为通过在同一个周期内，调节降压或升压的占空比，使升压模式和降压模式的共存来实现过渡状态的稳定，虽然该方法能解决升降压模式的平滑切换，但因为一个周期内升压电路和降压电路均在工作，会导致处于中间过渡模式下的升降压开关转换器的损耗增大、效率降低。


技术实现要素：

7.本发明旨在克服上述现有技术中至少一种缺陷，提供一种升降压模式平滑切换的控制方法、系统、设备及存储介质，使得升降压开关转换器处于中间过渡模式时能实现升压模式和降压模式的平滑切换，同时不会导致效率降低。
8.本发明采取的技术方案为：
9.一方面，提供一种升降压模式平滑切换的控制方法，应用于升降压开关转换器，所
述升降压开关转换器的工作模式包括升压模式、降压模式和中间过渡模式；所述方法包括：
10.判断所述升降压开关转换器是否处于中间过渡模式；
11.若是，则按预设的替换顺序将每个周期中的降压脉冲逐一替换成升压脉冲，直至每个周期中所有降压脉冲都被替换成升压脉冲，完成降压模式到升压模式的切换，或者，按预设的替换顺序将每个周期中的升压脉冲逐一替换成降压脉冲，直至每个周期中所有升压脉冲都被替换成降压脉冲，完成升压模式到降压模式的切换，一个周期包含至少两个降压脉冲或升压脉冲；
12.若否，则控制所述升降压开关转换器维持当前模式。
13.优选地，所述按预设的替换顺序将每个周期中的降压脉冲逐一替换成升压脉冲，直至每个周期中所有降压脉冲都被替换成升压脉冲，具体为：将每个周期中所有的降压脉冲以间隔替换的方式逐一替换成升压脉冲；
14.所述按预设的替换顺序将每个周期中的升压脉冲逐一替换成降压脉冲，直至每个周期中所有升压脉冲都被替换成降压脉冲，具体为：将每个周期中所有的升压脉冲以间隔替换的方式逐一替换成降压脉冲。
15.优选地，所述间隔替换的方式为：将每个周期中的第y个脉冲作为第一个被替换的脉冲，y为大于或等于1的正数，且y小于或等于一个周期中的脉冲总数；
16.从第y个脉冲按从左到右或从右到左的顺序将每个周期中的所有脉冲以间隔n个脉冲进行逐一替换，直至所有脉冲都被替换，其中，y和n为大于或等于1的整数。
17.优选地，所述判断所述升降压开关转换器是否处于中间过渡模式，具体包括：
18.根据所述升降压开关转换器的输入电压和/或输出电压判断所述升降压开关转换器是否处于中间过渡模式。
19.优选地，根据所述升降压开关转换器的输入电压和/或输出电压判断所述升降压开关转换器是否处于中间过渡模式，具体包括：判断所述输入电压与所述输出电压的差值是否在预设的第一范围内，若是，则判定所述升降压开关变换器处于中间过渡模式，若否，则判定所述升降压开关变换器处于升压模式或降压模式。
20.优选地，所述判定所述升降压开关变换器处于升压模式或降压模式，具体包括：
21.判断所述输入电压与所述输出电压的差值是否在预设的第二范围内，若是，则判定所述升降压开关变换器处于升压模式；若否，则判定所述升降压开关变换器处于降压模式。
22.优选地，根据所述升降压开关转换器的输入电压和/或输出电压判断所述升降压开关转换器是否处于中间过渡模式，具体包括：判断所述输出电压是否在预设的第三范围内，若是，则判定所述升降压开关变换器处于中间过渡模式，若否，则判定所述升降压开关变换器处于升压模式或降压模式。
23.第二方面，提供一种升降压模式平滑切换的控制系统，应用于升降压开关转换器，所述升降压开关转换器的工作模式包括升压模式、降压模式和中间过渡模式；所述系统包括：
24.模式判断模块，用于判断所述升降压开关转换器是否处于中间过渡模式；
25.控制模块，用于当模式判断模块判定所述升降压开关转换器处于中间过渡模式时，按预设的替换顺序将每个周期中的降压脉冲逐一替换成升压脉冲，直至每个周期中所
有降压脉冲都被替换成升压脉冲，完成降压模式到升压模式的切换，或者，按预设的替换顺序将每个周期中的升压脉冲逐一替换成降压脉冲，直至每个周期中所有升压脉冲都被替换成降压脉冲，完成升压模式到降压模式的切换，一个周期包含至少两个降压脉冲或升压脉冲，和用于当模式判断模块判定所述升降压开关转换器未处于中间过渡模式时，控制所述升降压开关转换器维持当前模式。
26.第三方面，提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述控制方法的步骤。
27.第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述控制方法的步骤。
28.与现有技术相比，本方案的有益效果为：在升降压开关转换器处于中间过渡模式时，通过脉冲逐步替代的方式，实现升压脉冲和降压脉冲权重的变化，从而实现了升压模式和降压模式的平滑切换，同时不会影响升降压开关转换器的效率。
附图说明
29.图1为现有技术中四管buckboost拓扑电路的结构示意图；
30.图2为现有技术中隔离型升降压电路的结构示意图；
31.图3为本发明所述控制方法的流程示意图；
32.图4为本发明第一实施例所述升降压开关转换器的降压模式的时序示意图；
33.图5为本发明第一实施例所述升降压开关转换器从降压模式切换至升压模式的时序示意图；
34.图6为本发明第二实施例所述升降压开关转换器的升压模式的时序示意图；
35.图7为本发明第二实施例所述升降压开关转换器从升压模式切换至降压模式的时序示意图。
具体实施方式
36.本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不能代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明更可能省略是可以理解的。
37.第一实施例
38.参考图1，为本实施例所述控制方法的流程示意图，在本实施例中，以降压模式切换至升压模式为例进行说明，本实施例提供一种升降压模式平滑切换的控制方法，应用于升降压开关转换器，所述升降压开关转换器的工作模式包括升压模式、降压模式和中间过渡模式；所述方法包括：
39.判断所述升降压开关转换器是否处于中间过渡模式；
40.若是，则按预设的替换顺序将每个周期中的降压脉冲逐一替换成升压脉冲，直至每个周期中所有降压脉冲都被替换成升压脉冲，完成降压模式到升压模式的切换，一个周期包含至少两个降压脉冲；
41.若否，则控制所述升降压开关转换器维持当前模式。
42.具体的，所述按预设的替换顺序可以为将每个周期中的首个降压脉冲作为第一个
被替换降压脉冲并将其替换成升压脉冲，然后按从左到右的顺序逐一将所有降压脉冲顺序替换成升压脉冲，直至所有降压脉冲替换成升压脉冲，完成降压模式到升压模式的切换；还可以为将每个周期中的最后一个降压脉冲作为第一个被替换降压脉冲并将其替换成升压脉冲，然后按从右到左的顺序逐一将所有降压脉冲替顺序换成升压脉冲，直至所有降压脉冲替换成升压脉冲，完成降压模式到升压模式的切换；亦可以为将每个周期中的其中一个降压脉冲作为第一个被替换的降压脉冲，然后按一定的顺序逐一将所有的降压脉冲替换成升压脉冲，直至所有降压脉冲替换成升压脉冲，完成降压模式到升压模式的切换；还可以为将每个周期中的其中一个降压脉冲作为第一个被替换的降压脉冲，然后按一定的顺序和一定的间隔以间隔替换的方式逐一将所有的降压脉冲替换成升压脉冲，直至所有降压脉冲替换成升压脉冲，完成降压模式到升压模式的切换；本实施例在降压模式切换成升压模式的过程中，通过将升压脉冲逐步替代降压脉冲，实现升压脉冲和降压脉冲权重的变化，从而实现了降压模式到升压模式的平滑切换，同时不会影响升降压开关转换器的效率。
43.为了减小模式切换过程中升降压开关转换器纹波的波动，在本实施例中，所述按预设的替换顺序将每个周期中的降压脉冲逐一替换成升压脉冲，直至每个周期中所有降压脉冲都被替换成升压脉冲，具体为：将每个周期中所有的降压脉冲以间隔替换的方式逐一替换成升压脉冲。
44.具体的，所述间隔替换可以为等间隔替换，亦可以为非等间隔替换，具体可以根据需求进行设定。
45.在本实施例中，所述间隔替换的方式为：将每个周期中的第y个脉冲作为第一个被替换的脉冲，y为大于或等于1的正数，且y小于或等于一个周期中的脉冲总数；
46.从第y个脉冲按从左到右或从右到左的顺序将每个周期中的所有脉冲以间隔n个脉冲逐一进行替换，直至所有脉冲都被替换，其中，n为大于或等于1的整数。
47.具体的，以间隔n个脉冲逐一进行替换的方式为：将第y个脉冲作为首轮第一个被替换的脉冲，然后从第y个脉冲按从左到右或从右到左的顺序以间隔n个脉冲将每个周期中的脉冲逐一进行替换，直至当轮被替换的脉冲与当轮第一个被替换的脉冲之间的间隔小于n时，将上一轮第一个被替换的脉冲的下一个脉冲作为当前轮次的第一个被替换的脉冲，再以间隔n个脉冲将每个周期中的脉冲逐一进行替换，直至所有脉冲都被替换掉；例如，每个周期中有10个脉冲，以间隔3个脉冲将第5个脉冲、第9个脉冲替换掉，完成第一轮替换；将第2个脉冲作为第二轮替换的首个脉冲，以间隔3个脉冲将第6个脉冲和第10个脉冲替换掉，完成第二轮替换；将第3个脉冲作为第三轮替换的首个脉冲，以间隔3个脉冲将第7个脉冲替换掉，依次类推，直至10个脉冲全部都被替换掉为止。
48.具体的，以间隔n个脉冲逐一进行替换的方式还可以为：将第y个脉冲作为第一个被替换的脉冲，然后从第y个脉冲按从左到右或从右到左的顺序以间隔n个脉冲将每个周期中所有脉冲以环形的方式逐一进行替换，直至所有脉冲都被替换掉；例如，每个周期中有10个脉冲，选定第1个脉冲作为第一个被替换掉的脉冲，然后以间隔3个脉冲逐一将剩余9个脉冲替换掉，当按间隔3个脉冲进行替换时某个脉冲已被替换，则顺延至该脉冲的下一个未被替换的脉冲进行替换。
49.作为判断所述升降压开关转换器所处模式的一个具体实施方式，判断所述升降压开关转换器是否处于中间过渡模式，具体包括：
50.根据所述升降压开关转换器的输入电压和/或输出电压判断所述升降压开关转换器是否处于中间过渡模式。
51.具体的，可以根据升降压开关转换器的输入电压和输出电压生成相应的结果信息进行判断，亦可以根据升降压开关转换器的输出电压与预设的阈值范围生成相应的结果信息进行判断，在此不做限定。
52.在本实施例中，根据所述升降压开关转换器的输入电压和/或输出电压判断所述升降压开关转换器是否处于中间过渡模式，具体包括：判断所述输入电压与所述输出电压的差值是否在预设的第一范围内，若是，则判定所述升降压开关变换器处于中间过渡模式，若否，则判定所述升降压开关变换器处于升压模式或降压模式。
53.在本实施例中，所述判定所述升降压开关变换器处于升压模式或降压模式，具体包括：
54.判断所述输入电压与所述输出电压的差值是否在预设的第二范围内，若是，则判定所述升降压开关变换器处于升压模式；若否，则判定所述升降压开关变换器处于降压模式。
55.具体的，以四管buckboost转换器为例，阐述本实施例从降压模式到升压模式的切换过程，即中间过渡模式的过程如下：
56.当输入电压高于输出电压时，也即输入电压与输出电压的差值在预设的第一范围内时，升降压开关转换器处于降压模式，如图4所示；
57.当输入电压向下降低，略高于输出电压时，也即输入电压与输出电压的差值在预设的第二范围内时，降压模式的最大占空比无法支撑输出电压稳定输出，需要进行模式切换；
58.以每m个clk(控制器内部pwm的时钟)即m个降压脉冲为一个周期进行操作，当输入电压继续降低时，使用1个升压脉冲对m个clk周期中的第一个或中间或最后一个降压脉冲进行替代，这样升压脉冲的比例就会增加，输出电压达到稳定，如图5所示；
59.当输入电压继续降低时，升降压开关转换器依旧处于中间过渡模式，需要增加其升压比例，在此前替换的基础上，以间隔替换的方式将周期中的降压脉冲逐一替换为升压脉冲，实现升降压开关转换器中升压脉冲比例的逐步增加，直至所有降压脉冲均被替换为升压脉冲，完成降压模式到升压模式的转换。
60.在本实施例中，根据所述升降压开关转换器的输入电压和/或输出电压判断所述升降压开关转换器是否处于中间过渡模式，具体包括：判断所述输出电压是否在预设的第三范围内，若是，则判定所述升降压开关变换器处于中间过渡模式，若否，则判定所述升降压开关变换器处于降压模式或升压模式。
61.第二实施例
62.在本实施例中，以升压模式切换至降压模式为例进行说明，本实施例提供一种升降压模式平滑切换的控制方法，应用于升降压开关转换器，所述升降压开关转换器的工作模式包括升压模式、降压模式和中间过渡模式；所述方法包括：
63.判断所述升降压开关转换器是否处于中间过渡模式；
64.若是，则按预设的替换顺序将每个周期中的降压脉冲逐一替换成升压脉冲，直至每个周期中所有降压脉冲都被替换成升压脉冲，完成降压模式到升压模式的切换，一个周
期包含至少两个降压脉冲；
65.若否，则控制所述升降压开关转换器维持当前模式。
66.具体的，所述按预设的替换顺序可以为将每个周期中的首个升压脉冲作为第一个被替换升压脉冲并将其替换成降压脉冲，然后按从左到右的顺序逐一将所有升压脉冲顺序替换成降压脉冲，直至所有升压脉冲替换成降压脉冲，完成升压模式到降压模式的切换；还可以为将每个周期中的最后一个升压脉冲作为第一个被替换升压脉冲并将其替换成降压脉冲，然后按从右到左的顺序逐一将所有升压脉冲替顺序换成降压脉冲，直至所有升压脉冲替换成降压脉冲，完成升压模式到降压模式的切换；亦可以为将每个周期中的其中一个升压脉冲作为第一个被替换的升压脉冲，然后按一定的顺序逐一将所有的升压脉冲替换成降压脉冲，直至所有升压脉冲替换成降压脉冲，完成升压模式到降压模式的切换；还可以为将每个周期中的其中一个升压脉冲作为第一个被替换的升压脉冲，然后按一定的顺序和一定的间隔以间隔替换的方式逐一将所有的升压脉冲替换成降压脉冲，直至所有升压脉冲替换成降压脉冲，完成升压模式到降压模式的切换；本实施例在升压模式切换成降压模式的过程中，通过将降压脉冲逐步替代升压脉冲，实现降压脉冲和升压脉冲权重的变化，从而实现了升压模式到降压模式的平滑切换，同时不会影响升降压开关转换器的效率。
67.为了减小模式切换过程中升降压开关转换器纹波的波动，在本实施例中，所述按预设的替换顺序将每个周期中的升压脉冲逐一替换成降压脉冲，直至每个周期中所有升压脉冲都被替换成降压脉冲，具体为：将每个周期中所有的升压脉冲以间隔替换的方式逐一替换成降压脉冲。
68.在本实施例中，所述间隔替换的方式为：将每个周期中的第y个脉冲作为第一个被替换的脉冲，y为大于或等于1的正数，且y小于或等于一个周期中的脉冲总数；
69.从第y个脉冲按从左到右或从右到左的顺序将每个周期中的所有脉冲逐一以间隔n个脉冲进行间隔替换，直至所有脉冲都被替换，其中，n为大于或等于1的整数。
70.作为判断所述升降压开关转换器所处模式的一个具体实施方式，判断所述升降压开关转换器是否处于中间过渡模式，具体包括：
71.根据所述升降压开关转换器的输入电压和/或输出电压判断所述升降压开关转换器是否处于中间过渡模式。
72.具体的，可以根据升降压开关转换器的输入电压和输出电压生成相应的结果信息进行判断，亦可以根据升降压开关转换器的输出电压与预设的阈值范围生成相应的结果信息进行判断，在此不做限定。
73.在本实施例中，根据所述升降压开关转换器的输入电压和/或输出电压判断所述升降压开关转换器是否处于中间过渡模式，具体包括：判断所述输入电压与所述输出电压的差值是否在预设的第一范围内，若是，则判定所述升降压开关变换器处于中间过渡模式，若否，则判定所述升降压开关变换器处于降压模式或升压模式。
74.在本实施例中，所述判定所述升降压开关变换器处于降压模式或升压模式，具体包括：
75.判断所述输入电压与所述输出电压的差值是否在预设的第二范围内，若是，则判定所述升降压开关变换器处于升压模式；若否，则判定所述升降压开关变换器处于降压模式。
76.具体的，以四管buckboost转换器为例，阐述本实施例从升压模式到降压模式的切换过程，即中间过渡模式的过程如下：
77.当输入电压低于输出电压时，也即输入电压与输出电压的差值不在预设的第一范围内和预设的第二范围内时，升降压开关转换器处于升压模式，如图6所示；
78.当输入电压向上抬升，略低于输出电压时，也即输入电压与输出电压的差值在预设的第二范围内时，升压模式的最大占空比无法支撑输出电压稳定输出，需要进行模式切换；
79.以每m个clk(控制器内部pwm的时钟)即m个升压脉冲为一个周期进行操作，当输入电压继续抬升时，使用1个降压脉冲对m个clk周期中的第一个或中间或最后一个升压脉冲进行替代，这样降压脉冲的比例就会增加，输出电压达到稳定，其中，m表示每个周期中的脉冲总数，m为大于或等于2的整数如图7所示；
80.当输入电压继续抬升时，升降压开关转换器依旧处于中间过渡模式，需要增加其降压比例，在此前替换的基础上，以间隔替换的方式将周期中的升压脉冲逐一替换为降压脉冲，实现升降压开关转换器中降压脉冲比例的逐步增加，直至所有升压脉冲均被替换为降压脉冲，完成升压模式到降压模式的转换。
81.在本实施例中，根据所述升降压开关转换器的输入电压和/或输出电压判断所述升降压开关转换器是否处于中间过渡模式，具体包括：判断所述输出电压是否在预设的第三范围内，若是，则判定所述升降压开关变换器处于中间过渡模式，若否，则判定所述升降压开关变换器处于降压模式或升压模式。
82.第三实施例
83.在本实施例中，提供一种升降压模式平滑切换的控制系统，应用于升降压开关转换器，所述升降压开关转换器的工作模式包括升压模式、降压模式和中间过渡模式；所述系统包括：
84.模式判断模块，用于判断所述升降压开关转换器是否处于中间过渡模式；
85.控制模块，用于当模式判断模块判定所述升降压开关转换器处于中间过渡模式时，按预设的替换顺序将每个周期中的降压脉冲逐一替换成升压脉冲，直至每个周期中所有降压脉冲都被替换成升压脉冲，完成降压模式到升压模式的切换，或者，按预设的替换顺序将每个周期中的升压脉冲逐一替换成降压脉冲，直至每个周期中所有升压脉冲都被替换成降压脉冲，完成升压模式到降压模式的切换，一个周期包含至少两个降压脉冲或升压脉冲，和用于当模式判断模块判定所述升降压开关转换器未处于中间过渡模式时，控制所述升降压开关转换器维持当前模式。
86.具体的，如图1和图2所示，四管buckboost拓扑电路和隔离型升降压电路均包括四个开关管，模式判断模块包括采集模块和比较模块，采集模块与升降压开关转换器的输出端连接和/或与升降压开关转换器的输入端连接，用于采集输入电压和/或输出电压；比较模块用于根据采集模块采集的输入电压和/或输出电压生成相应的结果信息并输出至控制模块，控制模块与四个开关管连接，并根据结果信息控制四个开关管导通或关断；从而当模式判断模块判定所述升降压开关转换器处于中间过渡模式时，控制模块按预设的替换顺序将每个周期中的降压脉冲逐一替换成升压脉冲，直至每个周期中所有降压脉冲都被替换成升压脉冲，完成降压模式到升压模式的切换，或者，按预设的替换顺序将每个周期中的升压
脉冲逐一替换成降压脉冲，直至每个周期中所有升压脉冲都被替换成降压脉冲，完成升压模式到降压模式的切换，一个周期包含至少两个降压脉冲或升压脉冲，和当模式判断模块判定所述升降压开关转换器未处于中间过渡模式时，控制所述升降压开关转换器维持当前模式。
87.具体的，为了减小升降压开关转换器纹波的波动，采用间隔替换的方式将升压脉冲逐一替换成降压脉冲，或将降压脉冲逐一替换成升压脉冲。
88.第四实施例
89.在本实施例中，提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一实施例和第二实施例所述控制方法的步骤。
90.第五实施例
91.在本实施例中，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一实施例和第二实施例所述控制方法的步骤。
92.本发明所提及在中间过程模式过程中升压脉冲和降压脉冲的占空比仅作为示意图，具体实施过程中可以根据需要调节的权重步进来设置对应占空比；本发明所提及适用的隔离型升降压电路，不限于实施例中所示的buck 推挽电路拓扑，还可以包括后级更改为全桥、llc等隔离电路。
93.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。