本發(fā)明涉及電壓處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種降壓變換器及其控制方法。

背景技術(shù)：

常見的降壓變換器，例如，Buck電路，可以用于將高電壓轉(zhuǎn)換成低電壓。Buck電路主要包括續(xù)流二極管、開關(guān)管和電感，其中續(xù)流二極管、開關(guān)管是造成效率損失的主要元件。續(xù)流二極管的損耗包括導(dǎo)通損耗與恢復(fù)損耗，開關(guān)管的損耗包括導(dǎo)通損耗與開關(guān)損耗。

在Buck電路中，開關(guān)管的輸出端(例如，漏極)與續(xù)流二極管的負(fù)極相連接，并且與電感相連接，即開關(guān)管與續(xù)流二極管串聯(lián)連接，續(xù)流二極管與電感并聯(lián)連接。開關(guān)管可以通過驅(qū)動(dòng)電路控制開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，以控制電感的降壓，從而實(shí)現(xiàn)高電壓到低電壓的轉(zhuǎn)換，當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，可以通過續(xù)流二極管釋放電感上的電流。

然而，由于續(xù)流二極管與開關(guān)管串聯(lián)連接，且續(xù)流二極管上的電壓降很小(例如，1V)，因此，開關(guān)管上的電壓降接近輸入電壓，因此必須選用截止電壓較大的開關(guān)管，這樣，使得開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗較大，從而使得降壓變換器的轉(zhuǎn)換效率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種降壓變換器及其控制方法，能夠提高降壓變換器的轉(zhuǎn)換效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例一方面提供一種降壓變換器，所述降壓變換器位于電源和負(fù)載之間，所述降壓變換器包括相并聯(lián)的主變換器和輔變換器，其中：所述主變換器包括第一功率開關(guān)、第二功率開關(guān)、第一驅(qū)動(dòng)器、控制策略模塊、LC諧振電路以及誤差電路；所述誤差電路用于獲取所述LC諧振電路的輸出電壓與基準(zhǔn)電壓之間的誤差電壓，并將所述誤差電壓輸入所述控制策略模塊，以生成脈沖相位調(diào)制信號；所述第一驅(qū)動(dòng)器根據(jù)所述脈沖相位調(diào)制信號控制所述第一功率開關(guān)和第二功率開關(guān)的通斷；所述輔變換器包括第三功率開關(guān)、第四功率開關(guān)、第三驅(qū)動(dòng)器、第四驅(qū)動(dòng)器、第一比較電路、第二比較電路以及與所述LC諧振電路中的第一電感相并聯(lián)的第二電感；其中，所述第一比較電路和第二比較電路分別將所述LC諧振電路的輸出電壓與第一預(yù)設(shè)電壓和第二預(yù)設(shè)電壓進(jìn)行比較，并將各自的比較電壓分別輸入所述第四驅(qū)動(dòng)器和第三驅(qū)動(dòng)器中，以分別控制所述第四功率開關(guān)和第三功率開關(guān)的通斷。

進(jìn)一步地，所述控制策略模塊包括模糊控制單元、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制單元、線性控制單元中的至少一種。

進(jìn)一步地，所述誤差電路具備兩個(gè)輸出端口，其中一個(gè)輸出端口與所述控制策略模塊直接相連，另一個(gè)輸出端口通過微分器與所述控制策略模塊相連。

進(jìn)一步地，所述主變換器中的第一電感的電感值為輔變換器中的第二電感的電感值的10倍。

進(jìn)一步地，所述第一功率開關(guān)、第二功率開關(guān)、第三功率開關(guān)以及第四功率開關(guān)均為場效應(yīng)管。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請另一方面還提供一種降壓變換器的控制方法，所述方法包括：誤差電路將LC諧振電路的輸出電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，得到誤差電壓，并將所述誤差電壓輸入控制策略模塊，以生成脈沖相位調(diào)制信號；第一驅(qū)動(dòng)器根據(jù)所述脈沖相位調(diào)制信號控制第一功率開關(guān)和第二功率開關(guān)的通斷；第一比較電路和第二比較電路分別將所述LC諧振電路的輸出電壓與第一預(yù)設(shè)電壓和第二預(yù)設(shè)電壓進(jìn)行比較，并將各自得到的比較電壓分別輸入第四驅(qū)動(dòng)器和第三驅(qū)動(dòng)器中，以分別控制第四功率開關(guān)和第三功率開關(guān)的通斷。

進(jìn)一步地，將所述誤差電壓輸入控制策略模塊，以生成脈沖相位調(diào)制信號具體包括：將所述誤差電壓拆分為兩路電壓，其中一路電壓直接輸入所述控制策略模塊，另一路電壓經(jīng)過微分處理之后輸入所述控制策略模塊。

進(jìn)一步地，所述控制策略模塊包括模糊控制單元、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制單元、線性控制單元中的至少一種。

進(jìn)一步地，當(dāng)所述第二預(yù)設(shè)電壓小于所述LC諧振電路的輸出電壓，并且所述LC諧振電路的輸出電壓小于所述第一預(yù)設(shè)電壓時(shí)，所述第四功率開關(guān)和所述第三功率開關(guān)均處于斷開狀態(tài)；當(dāng)所述第二預(yù)設(shè)電壓大于所述LC諧振電路的輸出電壓時(shí)，所述第一功率開關(guān)和所述第三功率開關(guān)均處于導(dǎo)通狀態(tài)，所述第二功率開關(guān)和所述第四功率開關(guān)均處于斷開狀態(tài)。

進(jìn)一步地，當(dāng)所述LC諧振電路的輸出電壓大于所述第一預(yù)設(shè)電壓時(shí)，所述第一功率開關(guān)和所述第三功率開關(guān)均處于斷開狀態(tài)，所述第二功率開關(guān)和所述第四功率開關(guān)均處于導(dǎo)通狀態(tài)。

在本申請實(shí)施方式中，降壓變換器的結(jié)構(gòu)可以通過主輔兩個(gè)變換器并聯(lián)而成。主變換器的作用是在系統(tǒng)無擾動(dòng)或微擾動(dòng)時(shí)工作，使輸出電壓紋波較小。輔變換器的作用是在系統(tǒng)發(fā)生較大擾動(dòng)時(shí)，幫助主變換器抑制輸出電壓波動(dòng)，使輸出電壓能夠迅速恢復(fù)穩(wěn)定。此外，通過引入控制策略模塊，能夠在控制策略上采用模糊控制方式、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方式或者線性控制方式等，從而使系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，能較好地抑制負(fù)載的電源擾動(dòng)，從而提高降壓變換器的轉(zhuǎn)換效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對本發(fā)明實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的內(nèi)容和這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實(shí)施例所述的降壓變換器的框架圖；

圖2是本實(shí)施例所述的降壓變換器的電路示意圖；

圖3是本實(shí)施例中功率開關(guān)的工作示意圖；

圖4是本實(shí)施例所述降壓變換器的控制方法的流程圖。

貫穿附圖，應(yīng)該注意的是，相似的標(biāo)號用于描繪相同或相似的元件、特征和結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

提供以下參照附圖的描述來幫助全面理解由權(quán)利要求及其等同物限定的本公開的各種實(shí)施例。以下描述包括幫助理解的各種具體細(xì)節(jié)，但是這些細(xì)節(jié)將被視為僅是示例性的。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，在不脫離本公開的范圍和精神的情況下，可對本文所述的各種實(shí)施例進(jìn)行各種改變和修改。另外，為了清晰和簡潔，公知功能和構(gòu)造的描述可被省略。

以下描述和權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語和詞匯不限于文獻(xiàn)含義，而是僅由發(fā)明人用來使本公開能夠被清晰和一致地理解。因此，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言應(yīng)該明顯的是，提供以下對本公開的各種實(shí)施例的描述僅是為了示例性目的，而非限制由所附權(quán)利要求及其等同物限定的本公開的目的。

應(yīng)該理解，除非上下文明確另外指示，否則單數(shù)形式也包括復(fù)數(shù)指代。因此，例如，對“組件表面”的引用包括對一個(gè)或更多個(gè)這樣的表面的引用。

本申請?zhí)峁┮环N降壓變換器，請參閱圖1，所述降壓變換器可以位于電源和負(fù)載之間，所述降壓變換器可以包括相并聯(lián)的主變換器和輔變換器。在本實(shí)施方式中，主變換器的作用是在系統(tǒng)無擾動(dòng)或微擾動(dòng)時(shí)工作，使輸出電壓紋波較小；輔變換器的作用是在系統(tǒng)發(fā)生較大擾動(dòng)時(shí)，幫助主變換器抑制輸出電壓波動(dòng)，使輸出電壓能夠迅速恢復(fù)穩(wěn)定。

請參閱圖2，在圖2中，虛線以下的部分可以代表主變換器，虛線以上的部分可以代表輔變換器。在本實(shí)施方式中，所述主變換器可以采用負(fù)反饋的電路架構(gòu)，所述主變換器包括第一功率開關(guān)M1、第二功率開關(guān)M2、第一驅(qū)動(dòng)器、控制策略模塊、LC諧振電路以及誤差電路。其中，LC諧振電路可以包括電感L1和電容C，與電容C并聯(lián)的可以是輸出電阻R。所述誤差電路可以是相減器，用于將LC諧振電路輸出的電壓V₀與基準(zhǔn)電壓V_ref相減，從而得到誤差電壓。

在本實(shí)施方式中，所述誤差電路在獲取所述LC諧振電路的輸出電壓V₀與基準(zhǔn)電壓V_ref之間的誤差電壓后，可以將所述誤差電壓輸入所述控制策略模塊，以生成脈沖相位調(diào)制信號。所述第一驅(qū)動(dòng)器根據(jù)所述脈沖相位調(diào)制信號可以控制所述第一功率開關(guān)M1和第二功率開關(guān)M2的通斷。

在本實(shí)施方式中，所述誤差電路具備兩個(gè)輸出端口，其中一個(gè)輸出端口與所述控制策略模塊直接相連，另一個(gè)輸出端口通過微分器與所述控制策略模塊相連。這樣可以滿足模糊控制器中，輸入為誤差和誤差變化率的要求。

在本實(shí)施方式中，所述控制策略模塊中可以設(shè)置一定的控制策略，所述控制策略例如可以是模糊控制策略、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制策略、線性控制策略等，這樣，所述控制策略模塊中便可以包括模糊控制單元、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制單元、線性控制單元中的至少一種。其中，在模糊控制中，可以通過電子計(jì)算機(jī)，根據(jù)由精確量轉(zhuǎn)化來的模糊輸入信息，按照總結(jié)手動(dòng)控制策略取得的語言控制規(guī)則進(jìn)行模糊推理，給出模糊輸出判決，并再將其轉(zhuǎn)化為精確量，作為反饋送到被控對象(或過程)的控制作用。這反映人們在對被控過程進(jìn)行控制中，不斷將觀察到的過程輸出精確量轉(zhuǎn)化為模糊量，經(jīng)過邏輯推理取得模糊判決后，再將判決的模糊量轉(zhuǎn)化為精確量，去實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制的整個(gè)過程。

本實(shí)施方式可以采用模糊控制策略來輸出第一功率開關(guān)M1的占空比，并通過第一驅(qū)動(dòng)器來輸出M1和M2的控制信號，其優(yōu)點(diǎn)就是不用建立復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，不用進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，而且設(shè)計(jì)方法簡單，控制效果比較好。

在本實(shí)施方式中，所述輔變換器包括第三功率開關(guān)M3、第四功率開關(guān)M4、第三驅(qū)動(dòng)器、第四驅(qū)動(dòng)器、第一比較電路、第二比較電路以及與所述LC諧振電路中的第一電感L1相并聯(lián)的第二電感L2。其中，所述第一比較電路和第二比較電路分別將所述LC諧振電路的輸出電壓V₀與第一預(yù)設(shè)電壓V₁和第二預(yù)設(shè)電壓V₂進(jìn)行比較，并將各自的比較電壓分別輸入所述第四驅(qū)動(dòng)器和第三驅(qū)動(dòng)器中，以分別控制所述第四功率開關(guān)M4和第三功率開關(guān)M3的通斷。由于輔變換器主要是使系統(tǒng)能在大擾動(dòng)時(shí)迅速恢復(fù)穩(wěn)定，所以輔變換器中電感L2的值應(yīng)該比主變換器中電感L1的值要小得多，具體地，電感L2的值為可以為電感L1的1/10。

在本實(shí)施方式中，所述第一功率開關(guān)M1、第二功率開關(guān)M2、第三功率開關(guān)M3以及第四功率開關(guān)M4均為場效應(yīng)管。

請參閱圖3，當(dāng)V₂<V₀<V₁時(shí)，系統(tǒng)工作于無擾動(dòng)或微擾動(dòng)狀態(tài)，只有主變換器參加工作，M3和M4接收到的信號都為0，均處于斷開狀態(tài)。當(dāng)前的降壓變換器就等同于一個(gè)運(yùn)用反饋控制的降壓變換器，M1、M2的占空比近似恒定。

當(dāng)V₀<V₂時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生較大擾動(dòng)，輔變換器開始加入工作，驅(qū)動(dòng)器給M1、M3的信號為1，M1和M3處于導(dǎo)通狀態(tài)；M2、M4接收到的信號為0，M2、M4處于斷開狀態(tài)，直到系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。

當(dāng)V₀>V₁時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生較大擾動(dòng)，輔變換器也加入工作，驅(qū)動(dòng)器給M1、M3的信號為0，給M2、M4的信號為1，這樣可以強(qiáng)制M1、M3處于斷開狀態(tài)，M2、M4處于導(dǎo)通狀態(tài)，直到系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。

請參閱圖4，本申請還提供一種降壓變換器的控制方法，所述方法包括：

S1：誤差電路將LC諧振電路的輸出電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，得到誤差電壓，并將所述誤差電壓輸入控制策略模塊，以生成脈沖相位調(diào)制信號；

S2：第一驅(qū)動(dòng)器根據(jù)所述脈沖相位調(diào)制信號控制第一功率開關(guān)和第二功率開關(guān)的通斷；

S3：第一比較電路和第二比較電路分別將所述LC諧振電路的輸出電壓與第一預(yù)設(shè)電壓和第二預(yù)設(shè)電壓進(jìn)行比較，并將各自得到的比較電壓分別輸入第四驅(qū)動(dòng)器和第三驅(qū)動(dòng)器中，以分別控制第四功率開關(guān)和第三功率開關(guān)的通斷。

在本申請一個(gè)實(shí)施方式中，將所述誤差電壓輸入控制策略模塊，以生成脈沖相位調(diào)制信號具體包括：

將所述誤差電壓拆分為兩路電壓，其中一路電壓直接輸入所述控制策略模塊，另一路電壓經(jīng)過微分處理之后輸入所述控制策略模塊。

在本申請一個(gè)實(shí)施方式中，所述控制策略模塊包括模糊控制單元、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制單元、線性控制單元中的至少一種。

在本申請一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)所述第二預(yù)設(shè)電壓小于所述LC諧振電路的輸出電壓，并且所述LC諧振電路的輸出電壓小于所述第一預(yù)設(shè)電壓時(shí)，所述第四功率開關(guān)和所述第三功率開關(guān)均處于斷開狀態(tài)；

當(dāng)所述第二預(yù)設(shè)電壓大于所述LC諧振電路的輸出電壓時(shí)，所述第一功率開關(guān)和所述第三功率開關(guān)均處于導(dǎo)通狀態(tài)，所述第二功率開關(guān)和所述第四功率開關(guān)均處于斷開狀態(tài)。

在本申請一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)所述LC諧振電路的輸出電壓大于所述第一預(yù)設(shè)電壓時(shí)，所述第一功率開關(guān)和所述第三功率開關(guān)均處于斷開狀態(tài)，所述第二功率開關(guān)和所述第四功率開關(guān)均處于導(dǎo)通狀態(tài)。

在本申請實(shí)施方式中，降壓變換器的結(jié)構(gòu)可以通過主輔兩個(gè)變換器并聯(lián)而成。主變換器的作用是在系統(tǒng)無擾動(dòng)或微擾動(dòng)時(shí)工作，使輸出電壓紋波較小。輔變換器的作用是在系統(tǒng)發(fā)生較大擾動(dòng)時(shí)，幫助主變換器抑制輸出電壓波動(dòng)，使輸出電壓能夠迅速恢復(fù)穩(wěn)定。此外，通過引入控制策略模塊，能夠在控制策略上采用模糊控制方式、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方式或者線性控制方式等，從而使系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，能較好地抑制負(fù)載的電源擾動(dòng)，從而提高降壓變換器的轉(zhuǎn)換效率。

應(yīng)該注意的是，如上所述的本公開的各種實(shí)施例通常在一定程度上涉及輸入數(shù)據(jù)的處理和輸出數(shù)據(jù)的生成。此輸入數(shù)據(jù)處理和輸出數(shù)據(jù)生成可在硬件或者與硬件結(jié)合的軟件中實(shí)現(xiàn)。例如，可在移動(dòng)裝置或者相似或相關(guān)的電路中采用特定電子組件以用于實(shí)現(xiàn)與如上所述本公開的各種實(shí)施例關(guān)聯(lián)的功能。另選地，依據(jù)所存儲(chǔ)的指令來操作的一個(gè)或更多個(gè)處理器可實(shí)現(xiàn)與如上所述本公開的各種實(shí)施例關(guān)聯(lián)的功能。如果是這樣，則這些指令可被存儲(chǔ)在一個(gè)或更多個(gè)非暫時(shí)性處理器可讀介質(zhì)上，這是在本公開的范圍內(nèi)。處理器可讀介質(zhì)的示例包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、CD-ROM、磁帶、軟盤和光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置。另外，用于實(shí)現(xiàn)本公開的功能計(jì)算機(jī)程序、指令和指令段可由本公開所屬領(lǐng)域的程序員容易地解釋。

本說明書中的各個(gè)實(shí)施方式均采用遞進(jìn)的方式描述，各個(gè)實(shí)施方式之間相同相似的部分互相參見即可，每個(gè)實(shí)施方式重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施方式的不同之處。

盡管已參照本公開的各種實(shí)施例示出并描述了本公開，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在不脫離由所附權(quán)利要求及其等同物限定的本公開的精神和范圍的情況下，可對其進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種改變。