[发明专利]四开关buck‑boost变换器及其数字控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源领域，特别是涉及数字控制的buck拓扑技术的研究。

背景技术

随着通信技术的快速发展，通信产品日趋绿色化、小型化，这对其通信电源模块，即开关电源提出了越来越高的要求。电源作为电子产品工作的动力，其质量直接影响电子设备的性能以及使用寿命，各种各样的电子产品规格也是不尽相同，但是无一例外的是电子产品的应用中都离不开DC/DC结构，即开关电源。Buck和Boost电路是DC/DC变换中最基本的两种电路，他们应用广泛，并且可以衍生出其他电路拓扑。Buck-Boost电路是其衍生电路，它既可以实现降压，也能够实现升压。

市场多样化的需求也是使开关电源不断创新发展的一个重要原因。如今，各种各样的移动手机、上网设备、导航仪、便携式的娱乐设备等电子类产品的发展越来越快，而且这些设备开始逐步趋向于低耗能、更环保，多功能、智能化方向发展，作为电子类产品动力的电源，其重要性不言而喻。移动设备的迅速增长对便携式的充电设备提出了巨大的需求，各种各样的移动电源和适配器应运而生，开关电源的技术也在逐步的提升。

电源管理技术的发展经历了电子管稳压源、晶体管稳压源、以I GBT和 GTR为开关器件的低频低频开关稳压源、以场效应管作为开关器件的高频稳压源几个时期，总体的发展趋势是朝着体积小、损耗小、效率高、可靠性高的方向发展。市场多样化的需求也是使开关电源不断创新发展的一个重要原因。传统的DC/DC是基于模拟控制，虽然当前模拟控制技术的发展相当成熟，基本可以满足要求，但是具有一定的局限性。开关电源的数字化已经是当今 DC/DC的重要发展趋势，与模拟控制相比，数字控制具有高精度、稳定、功耗低、适应环境强、易于与数字电路进行接口等诸多优势。

发明内容

本发明的目的是提出一种四开关buck-boost的DC-DC拓扑电路思想，提供了一种数字PWM的控制方法。基于FPGA进行Digital PWM设计，利用LTspice 软件模拟buck-boost电路处于buck工作模式的情形进行仿真，验证本设计思想的可行性。发明中DPWM是基于XILINX的Spartan6系列的XC6SLX9开发板进行设计，其工作时钟为50MHz，PWM实际的输出频率为100KHz,占空比调制范围为从0.1-0.9，调制精度达到0.5％，本发明中利用LTspice软件模拟 Buck-Boost电路处于buck工作模式时的输入电压为5V。

本发明采用如下技术方案：

一种四开关buck-boost变换器，其特征在于：利用四个MOS管代替传统的开关和二极管，通过控制各个MOS管的导通关断状态，能够使得电路处于buck工作模式或者boost工作模式，当电路处于buck工作模式的时候，电路实现降压的作用，当电路处于boost工作模式的时候，电路实现升压的作用，因而通过控制相关MOS管的状态使得buck-boost电路处于不同的工作状态，实现不同的作用；通过对相应模式下的MOS管施加PWM激励信号，调节输出电压的增大与减小。

所述的四开关buck-boost变换器，其特征在于：电路结构包括输入电压源，第一MOS晶体管，第二MOS晶体管，电感，第三MOS晶体管，第四 MOS晶体管，电容和电阻；其中电压源的正极连接第一MOS晶体管的输入端，第一MOS晶体管的输出连接第二MOS晶体管的输入和电感的输入，电感的输出连接第三MOS晶体管和第四MOS晶体管的输入，第四晶体管的输出连接电容和电阻的输入，第二晶体管的输出，第三晶体管的输出，电容的输出，电阻的输出都连接到电压源的负极，此为整体的四开关buck-boost电路结构；当第三MOS晶体管处于一直断开状态，第四MOS晶体管处于一直闭合状态时，该拓扑电路处于buck工作状态；当第二MOS晶体管处于一直断开状态，第一MOS晶体管处于一直闭合状态时，该拓扑电路处于boost 工作状态。