[实用新型]一种基于平均电流模的BUCK-BOOST变换器

说明书

本实用新型公开了一种基于平均电流模的BUCK‑BOOST变换器，变换器包括由第一开关管TG1、第二开关管BG1、第三开关管TG2和第四开关管BG2四个开关管及电感组成的H桥架构的主功率模块、电压外环误差放大器EA1、电流内环误差放大器EA2、电感电流采样模块、电压采样电路模块、电感电流过零比较器、锯齿波发生器、第一PWM比较器、第二PWM比较器、模式选择模块、逻辑控制模块及驱动模块。本变换器及其变换方法实现了BUCK‑BOOST双模控制的平滑切换，优化了开关顺序，实现了高效率与低EMI特性，并且一个采样电路便可实现逐周期限流与采样平均电感电流的功能，电路结构简单，降低了成本。

技术领域

本实用新型涉及DC-DC变换器技术领域，具体涉及一种基于平均电流模的BUCK-BOOST变换器。

背景技术

BUCK-BOOST的结构图如图1所示，根据开关的控制方式可以将其分为单模控制、双模控制和三模控制。单模控制指一个周期内功率管Q1与Q2同时开通与关断的控制方式，其相关波形如图2所示，其中，Vsaw1与Vsaw2分别为Q1与Q2的锯齿信号，它们有相同的峰峰值与频率，Ve为Q1与Q2的共用误差调制信号，因而两个开关管的占空比相等。工作过程如下：当Q1与Q2打开时，D1与D2反向关断无电流，电感电流上升并存储能量，由电容Cf为负载提供能量；当 Q1与Q2关断时，D1与D2正向导通续流，电感电流能量释放给电容 Cf与负载。控制不同的占空比，就可以得到输出电压低于、等于、高于输出电压，从而实现BUCK-BOOST的功能。双模控制指一个周期内只有BUCK模式或BOOST模式工作，不存在Q1与Q2同时开关的情况。图3为双模控制的相关波形，当VinVo时，电路工作于BUCK模式；当VinVo时，电路工作于BOOST模式；当Vin≈Vo时，电路工作于一个周期BUCK，一个周期BOOST交替的运行方式(图中没有画出，后续专利中有相关波形)。工作原理如下：当工作于BUCK模式周期时，Q2整个周期内常关，Q1与正常的BUCK工作波形相同；当工作于BOOST模式周期时，Q1整个周期内常开，Q2与正常的BOOST工作波形相同。三模控制是指同时含有BUCK、BOOST、BUCK-BOOST三个工作模式的控制策略，如图4所示，当VinVo+Vh时，电路工作于BUCK 模式；当VinVo-Vh时，电路工作于BOOST模式；当Vo-VhVinVo+Vh 时，电路工作于BUCK_BOOST模式。

由上面的分析可知，欲使BUCK-BOOST的效率高，每个周期内开关管Q1与Q2的开关次数要少，单模控制与三模控制都存在一个周期内Q1与Q2同时开关动作的情况，因而效率比双模控制要低。双模控制是BUCK-BOOST提升效率的优先方案。

BUCK-BOOST变换器根据环路架构可以分为电压模与电流模两种控制方式。图5是BUCK-BOOST电压模控制原理图，输出电压反馈与基准电压比较后得到的误差信号与双锯齿波进行比较，得到的PWM信号经过处理后控制Q1与Q2的开通与关断。由于需要补偿主功率电路的双输出极点，因而需要使用三型零极点补偿网络，又BUCK模式与 BOOST模式均靠此电路补偿，因而补偿设计比较复杂。

图6是BUCK-BOOST峰值电流模控制原理图，与电压模不同的是，采样电感电流峰值取代了锯齿波，与误差放大器的输出比较得到 PWM信号。此处电感电流采样的是Q1上的峰值，实际双模控制中，当Vin与Vo接近时，电路一个周期工作于BUCK，一个周期工作于BOOST，Q1上的电流值波动很小，并且有可能是下降的，因而峰值电流模式不再适合。此时一种替代方案是BUCK工作于谷值电流模式，BOOST工作于峰值电流模式，这样便不存在上面的问题了，然后这种方案需要电流采样电路既能够采样到BOOST模式时电感电流的峰值，又能够采样到BUCK模式时电感电流的谷值，因而并不容易实现。

一种解决方案如图7所示，在D1与Q2的公共端加一个电阻，采样这个电阻上的电流即可以得到BUCK模式时电感电流的谷值与 BOOST模式时电感电流的峰值。但是由于通过D1与Q2的电流很大，因而外加电阻上消耗的功率也很大，并且对电阻的精度要求较高，因而需要外置，这就需要封装增加一个PIN，从而增加了成本。