四開關(guān)BUCK-BOOST的無(wú)縫切換控制方法

前言：雖然LT/ADI/TI 等公司的四開關(guān)BUCK-BOOST控制器已經(jīng)大規(guī)模量產(chǎn)許久了，各自對(duì)VIN和VOUT相等的情況都有很好的解決方法，但是在DSP或MCU中實(shí)現(xiàn)他們的控制，還真是有點(diǎn)不容易。 主要原因是調(diào)制方向的問(wèn)題，比如說(shuō)BUCK加占空比是加大輸出，當(dāng)調(diào)節(jié)到BUCK滿占空比后，如果把反饋的控制變量直接給到BOOST的主開關(guān)管，那么最大占空比加上去，肯定會(huì)有很大的電壓和電流超調(diào)。 因此在模擬IC里面都用到兩種調(diào)制方法，比如利用上升沿和下降沿兩種載波來(lái)對(duì)BUCK和BOOST兩個(gè)情況進(jìn)行占空比調(diào)節(jié)，這樣利用方向相反的邏輯，也可以解決過(guò)渡階段的控制變量切換問(wèn)題。

另外一個(gè)問(wèn)題是在BUCK/BOOST階段的開關(guān)邏輯到功率開關(guān)的對(duì)應(yīng)，這樣在LT8491里面可以很容易的看到他們的實(shí)現(xiàn)方法。

在數(shù)字環(huán)境里面我們也可以參考他們的做法，因此著重點(diǎn)考慮的是如何處理無(wú)縫切換的過(guò)渡問(wèn)題，這里我提出一種載波疊層的控制方法，其idea 的來(lái)源是我之前學(xué)習(xí)研究 TNCP 的控制時(shí)的學(xué)習(xí)理解。 通過(guò)疊層載波方法，可以把 BUCK的 PWM載波放到下層，然后把 BOOST的 PWM載波放置到上層。 這樣在過(guò)渡階段的時(shí)候，當(dāng)輸出電壓需從降壓區(qū)域過(guò)渡到升壓模式，反饋環(huán)會(huì)繼續(xù)增大輸出控制量，它對(duì)應(yīng)的 PWM調(diào)制波也會(huì)繼續(xù)增大，當(dāng) 與 BUCK的載波比較的調(diào)制波，即將增加到 接近 1.0 時(shí)，就對(duì)應(yīng)到下層載波的最大值了，然后反饋環(huán)路繼續(xù)增大控制量時(shí)，調(diào)制波對(duì)應(yīng)到載波的上層 1.0～2.0 階段，這個(gè)區(qū)域就是 BOOST控制的區(qū)域。 因此 BOOST的占空比是從小到大開始增大的，可見下圖所示：

也可以用三角波：

仿真運(yùn)行：CH1 載波，CH2 M1/M2 驅(qū)動(dòng)輸出，CH3 M3/M4驅(qū)動(dòng)輸出，此時(shí)越過(guò)下層載波，屬于BOOST模式工作。

另外為了解決在輸入和輸出相等階段的控制問(wèn)題，此時(shí)也可以借鑒LT/ADI/TI大佬們的做法，就是變成 BUCK-BOOST控制方法。 所以這里我再提出一個(gè)方法，就是把下層載波最大值放到 1.05，相同地也把上層載波的最小值放到 0.95，因此兩個(gè) 區(qū)域的 PWM載波就在 0.95～1.05 區(qū)域是重合的，可實(shí)現(xiàn)對(duì)功率開關(guān)實(shí)現(xiàn) BUCK-BOOST控制模式。 然后再利用疊層載波的物理關(guān)系，自然而然地實(shí)現(xiàn)兩個(gè)橋臂 PWM輸出自然的存在 180deg 的 phase delay。

放大之后:

運(yùn)行波形，由BUCK經(jīng)過(guò)中間區(qū)域過(guò)渡到BOOST

(BUCK-BOOST工作)

(BUCK-BOOST工作)

在上文簡(jiǎn)單介紹了疊層載波應(yīng)用到四開關(guān)無(wú)縫切換的問(wèn)題后，就可以應(yīng)用到拓?fù)淇刂粕希梢詸z測(cè)輸入電流，輸出電流，電感電流，然后外行分別控制輸入電壓，輸出電壓，輸出電流等外環(huán)控制量，內(nèi)環(huán)控制電感平均電流值，即可完成拓?fù)淇刂疲?/p>

控制：

運(yùn)行測(cè)試，BUCK-BOOST變換器能適應(yīng)各種輸出電壓，切換過(guò)渡無(wú)過(guò)沖，平穩(wěn)過(guò)渡。

小結(jié)：通過(guò)借鑒 TNPC 中的疊層載波調(diào)制方法，十分簡(jiǎn)單地解決了四開關(guān) BUCK-BOOST控制上在過(guò)渡階段控制量邏輯不對(duì)導(dǎo)致的輸出過(guò)沖問(wèn)題，然后巧妙的小幅度重疊兩個(gè)載波，解決了過(guò)渡階段的控制問(wèn)題。 在 DSP/MCU里面的實(shí)現(xiàn)后面有時(shí)間做個(gè)實(shí)際測(cè)試即可得到數(shù)據(jù)，謝謝！