CN108418430B - Buck/Boost拓扑结构及其控制方法和控制装置 - Google Patents

Buck/Boost拓扑结构及其控制方法和控制装置 Download PDF

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    • H02M3/1582—Buck-boost converters

Abstract

本发明提供一种Buck/Boost拓扑结构及其控制方法和控制装置，涉及电源变换的技术领域，该拓扑结构包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、电感和第一电容；第一二极管的正极和第二开关管的源极连接而作为目标节点，第一二极管的负极和第二开关管的漏极分别连接在电感的两端；第一二极管的负极和第一开关管的源极连接；第二开关管的漏极和第二二极管的正极连接；目标节点和第二二极管的负极之间并联有第一电容和负载模块，第一开关管的漏极和目标节点与直流输入模块的正负极对应连接，直流输入模块的正极和负极之间设有第二电容，其中，第一二极管和第二二极管也可由开关管替代。本发明缓解了Boost电路特性较差的技术问题。

Description

Buck/Boost拓扑结构及其控制方法和控制装置
技术领域
本发明涉及电源变换的技术领域，尤其是涉及一种Buck/Boost拓扑结构及其控制方法和控制装置。
背景技术
随着电力电子技术的飞速发展，交流转直流电路(即，AC-DC电路)的应用越来越广泛，在交流转直流电路中存在一种升压型电路为Boost电路。
Boost电路中，输出电压高于交流电的峰值电压的情况下，电路开始为负载供电。鉴于此，Boost电路的输出电压需要大于一个定值，输出电压受限；为了达到对输出电压的要求，Boost电路需要先经过较长的启动时间，且为了避免负载对启动电流的消耗而影响启动，要断开负载；此外，较大的输出电压会使电路在输出短路的情况下受到损坏。因而，上述Boost电路的灵活性较低、使用不便利、安全性差，用于有源功率因素的校正时，存在性能较差的技术问题。
针对Boost电路性能较差的技术问题，现有技术中缺乏有效的解决方案。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种Buck/Boost拓扑结构及其控制方法和控制装置，以缓解Boost电路特性较差的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种Buck/Boost拓扑结构，包括：直流输入模块、Buck/Boost模块和负载模块，其中，所述Buck/Boost模块包括第一开关管、第二开关管、第一二极管或第三开关管、第二二极管或第四开关管、电感和第一电容，所述直流输入模块包括第二电容，其中，
所述第一二极管或所述第三开关管的第一端和所述第二开关管的源极连接而作为目标节点，所述第一二极管或所述第三开关管的第二端和所述第二开关管的漏极分别连接在所述电感的两端；所述第一二极管或所述第三开关管的第二端和所述第一开关管的源极连接；所述第二开关管的漏极和所述第二二极管或所述第四开关管的第一端连接；所述目标节点和所述第一电容的第一端连接，所述第二二极管或所述第四开关管的第二端和所述第一电容的第二端连接，且，
所述目标节点和所述直流输入模块的负极连接，所述第一开关管的漏极和所述直流输入模块的正极连接，其中，所述第二电容设于所述直流输入模块的正极和所述直流输入模块的负极之间；
所述目标节点和所述负载模块的第一端连接，所述第二二极管或所述第四开关管的第二端和所述负载模块的第二端连接，以使所述Buck/Boost模块校正后的直流电输出到所述负载模块，其中，
所述第一电容的第一端和所述第一电容的第二端为所述第一电容的两个不同端，所述负载模块的第一端和所述负载模块的第二端为所述负载模块两个不同端，所述第一二极管或所述第三开关管的第一端电压大于所述第一二极管或所述第三开关管的第二端电压时所述第一二极管或所述第三开关管导通，所述第二二极管或所述第四开关管的第一端电压大于所述第二二极管或所述第四开关管的第二端电压时所述第二二极管或所述第四开关管导通。
第二方面，本发明实施例提供了一种控制方法，所述控制方法用于对第一方面所述拓扑结构中的第一开关管和第二开关管进行控制，所述控制方法包括：
获取输入电压、输入电流与输出电压，其中，所述输入电压为直流输入模块输入到Buck/Boost模块的电压，所述输入电流为所述直流输入模块输入到所述Buck/Boost模块的电流，所述输出电压为所述Buck/Boost模块输出到负载模块的电压，其中，所述直流输入模块、所述Buck/Boost模块和所述负载模块所属于所述拓扑结构；
将所述输入电压、所述输入电流与所述输出电压作为PI控制算法的输入变量，以通过所述PI控制算法的输出变量控制所述第一开关管和所述第二开关管的通断达到稳定电压或电流的目的。
结合第二方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，通过所述PI控制算法的输出变量控制所述第一开关管和所述第二开关管的通断达到谐波补偿，包括：
通过所述PI控制算法的输出变量控制目标占空比的生成，并由所述目标占空比控制所述第一开关管和所述第二开关管的通断，其中，
所述目标占空比为一个处于目标范围内的数值，所述目标范围的下限值为0，且所述目标范围的上限值为2。
结合第二方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，由所述目标占空比控制所述第一开关管和所述第二开关管的通断，包括：
将所述目标占空比确定为第一占空比，并将所述目标占空比与1的差值确定为第二占空比；
根据所述第一占空比生成第一脉冲宽度调制信号，以由所述第一脉冲宽度调制信号控制所述第一开关管的通断；
根据所述第二占空比生成第二脉冲宽度调制信号，以由所述第二脉冲宽度调制信号控制所述第二开关管的通断。
结合第二方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，根据所述第一占空比生成第一脉冲宽度调制信号，以由所述第一脉冲宽度调制信号控制所述第一开关管的通断，包括：
判断所述第一占空比的数值是否大于1，得到第一判断结果；
在所述第一判断结果为所述第一占空比不大于1的情况下，将所述第一脉冲宽度调制信号的占空比确定为所述第一占空比；
在所述第一判断结果为所述第一占空比大于1的情况下，将所述第一脉冲宽度调制信号的占空比确定1，其中，
所述第一脉冲宽度调制信号的占空比为1时所述第一开关管处于导通状态，所述第一脉冲宽度调制信号的占空比为0时所述第一开关管处于断开状态。
结合第二方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，根据所述第二占空比生成第二脉冲宽度调制信号，以由所述第二脉冲宽度调制信号控制所述第二开关管的通断，包括：
判断所述第二占空比的数值是否小于0，得到第二判断结果；
在所述第二判断结果为所述第二占空比小于0的情况下，将所述第二脉冲宽度调制信号的占空比确定为0；
在所述第二判断结果为所述第二占空比不小于0的情况下，将所述第一脉冲宽度调制信号的占空比确定为所述第二占空比，其中，
所述第二脉冲宽度调制信号的占空比为1时所述第二开关管处于导通状态，所述第二脉冲宽度调制信号的占空比为0时所述第二开关管处于断开状态。
第三方面，本发明实施例提供了一种控制装置，用于对第一方面所述拓扑结构中的第一开关管和第二开关管进行控制，该控制装置包括：
获取模块，用于获取输入电压、输入电流与输出电压，其中，所述输入电压为直流输入模块输入到Buck/Boost模块的电压，所述输入电流为所述直流输入模块输入到所述Buck/Boost模块的电流，所述输出电压为所述Buck/Boost模块输出到负载模块的电压，其中，所述直流输入模块、所述Buck/Boost模块和所述负载模块所属于所述拓扑结构；
控制模块，用于将所述输入电压、所述输入电流与所述输出电压作为PI控制算法的输入变量，以通过所述PI控制算法的输出变量控制所述第一开关管和所述第二开关管的通断达到谐波补偿。
结合第三方面，本发明实施例提供了第三方面的第一种可能的实施方式，其中，所述控制模块用于：
通过所述PI控制算法的输出变量控制目标占空比的生成，并由所述目标占空比控制所述第一开关管和所述第二开关管的通断，其中，
所述目标占空比为一个处于目标范围内的数值，所述目标范围的下限值为0，且所述目标范围的上限值为2。
结合第三方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第三方面的第二种可能的实施方式，其中，所述控制模块包括：
确定单元，用于将所述目标占空比确定为第一占空比，并将所述目标占空比与1的差值确定为第二占空比；
第一控制单元，用于根据所述第一占空比生成第一脉冲宽度调制信号，以由所述第一脉冲宽度调制信号控制所述第一开关管的通断；
第二控制单元，用于根据所述第二占空比生成第二脉冲宽度调制信号，以由所述第二脉冲宽度调制信号控制所述第二开关管的通断。
结合第三方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第三方面的第三种可能的实施方式，其中，所述第一控制单元用于：
判断所述第一占空比的数值是否大于1，得到第一判断结果；
在所述第一判断结果为所述第一占空比不大于1的情况下，将所述第一脉冲宽度调制信号的占空比确定为所述第一占空比；
在所述第一判断结果为所述第一占空比大于1的情况下，将所述第一脉冲宽度调制信号的占空比确定1，其中，
所述第一脉冲宽度调制信号的占空比为1时所述第一开关管处于导通状态，所述第一脉冲宽度调制信号的占空比为0时所述第一开关管处于断开状态。
结合第三方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第三方面的第四种可能的实施方式，其中，所述第二控制单元用于：
判断所述第二占空比的数值是否小于0，得到第二判断结果；
在所述第二判断结果为所述第二占空比小于0的情况下，将所述第二脉冲宽度调制信号的占空比确定为0；
在所述第二判断结果为所述第二占空比不小于0的情况下，将所述第一脉冲宽度调制信号的占空比确定为所述第二占空比，其中，
所述第二脉冲宽度调制信号的占空比为1时所述第二开关管处于导通状态，所述第二脉冲宽度调制信号的占空比为0时所述第二开关管处于断开状态。
本发明实施例带来了以下有益效果：Buck/Boost拓扑结构包括：直流输入模块、Buck/Boost模块和负载模块，其中，Buck/Boost模块包括第一开关管、第二开关管、第一二极管或第三开关管、第二二极管或第四开关管、电感和第一电容，直流输入模块包括第二电容，其中，
第一二极管或第三开关管的第一端和第二开关管的源极连接而作为目标节点，第一二极管或第三开关管的第二端和第二开关管的漏极分别连接在电感的两端；第一二极管或第三开关管的第二端和第一开关管的源极连接；第二开关管的漏极和第二二极管或第四开关管的第一端连接；目标节点和第一电容的第一端连接，第二二极管或第四开关管的第二端和第一电容的第二端连接，且，
目标节点和直流输入模块的负极连接，第一开关管的漏极和直流输入模块的正极连接，其中，第二电容设于直流输入模块的正极和直流输入模块的负极之间；
目标节点和负载模块的第一端连接，第二二极管或第四开关管的第二端和负载模块的第二端连接，以使Buck/Boost模块校正后的直流电输出到负载模块，其中，
第一电容的第一端和第一电容的第二端为第一电容的两个不同端，负载模块的第一端和负载模块的第二端为负载模块两个不同端，第一二极管或第三开关管的第一端电压大于第一二极管或第三开关管的第二端电压时第一二极管或第三开关管导通，第二二极管或第四开关管的第一端电压大于第二二极管或第四开关管的第二端电压时第二二极管或第四开关管导通。
本发明提供的Buck/Boost拓扑结构，在直流输入模块两端电压高于负载模块两端电压的情况下，电路工作在Buck模式，实现降压功能，并且通过控制Buck模式下负载模块两端电压起到短路保护功能；在直流输入模块两端电压低于负载模块两端电压时，电路工作在Boost模式，实现升压功能，从而无需经历较长时间的启动阶段，负载模块两端电压范围更广，从而灵活性、便利性和安全性都得到了提升，缓解了Boost电路特性较差的技术问题，达到了改善Buck/Boost电路输出特性的目的。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中Boost电路的电路图；
图2为本发明实施例一提供的一种Buck/Boost拓扑结构的示意图；
图3为本发明实施例二提供的一种控制方法的流程图；
图4为本发明实施例三提供的一种控制装置的结构框图；
图5为本发明实施例三提供的一种控制模块中信号传递的示意图。
图标：100-直流输入模块；200-Buck/Boost模块；300-负载模块；400-获取模块；500-控制模块；501-确定单元；502-第一控制单元；503-第二控制单元；11-第一确定子单元；12-第二确定子单元；21-第一比较子单元；22-第一驱动子单元；31-第二比较子单元；32-第二驱动子单元；4-锯齿波信号生成器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1所示为现有技术中Boost电路的电路图，该电路包括交流电源E、启动电阻R1、开关S、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、电容C2、电感L、开关管Q2、二极管D2、电容C1、开关管Q3以及负载Rload。该电路上电启动时先通过R1为电容C1充电，待电容C1两端的电压与交流电源E的峰值电压Vac接近的时候，开关S吸合而完成启动；电容C1两端的电压作为相对于负载Rload的输出电压，在高于交流电源E的峰值电压的情况下，电路开始为负载供电。该种电路需要先经过较长的启动时间，且为了避免负载Rload对启动电流的消耗而影响启动，要控制开关管Q3以断开负载Rload；此外，电容C1两端的电压高于交流电源E的峰值电压的情况下，电路开始为负载供电，电路在输出短路的情况下会受到损坏。因而，上述Boost电路的输出电压受限，灵活性较低；不可带载启动，使用不便利；短路无保护，安全性差，因而，用于有源功率因素的校正时，存在性能较差的技术问题。针对现有技术中Boost电路性能较差的技术问题，现有技术中缺乏有效的解决方案。基于此，本发明实施例提供的一种Buck/Boost拓扑结构、供电设备及电子设备，可以缓解Boost电路特性较差的技术问题。
实施例一
本发明实施例提供的一种Buck/Boost拓扑结构，如图2所示，包括：直流输入模块100、Buck/Boost模块200和负载模块300，其中，Buck/Boost模块200包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、电感L和第一电容C1，直流输入模块100包括第二电容C2，其中，
第一二极管D1的正极和第二开关管Q2的源极连接而作为目标节点P0，第一二极管D1的负极和第二开关管Q2的漏极分别连接在电感L的两端；第一二极管D1的负极和第一开关管Q1的源极连接；第二开关管Q2的漏极和第二二极管D2的正极连接；目标节点P0和第一电容C1的第一端连接，第二二极管D2的负极和第一电容C1的第二端连接，且，
目标节点P0和直流输入模块100的负极连接，第一开关管Q1的漏极和直流输入模块100的正极连接，其中，第二电容C2设于直流输入模块100的正极和直流输入模块100的负极之间；
目标节点P0和负载模块300的第一端连接，第二二极管D2的负极和负载模块300的第二端连接，以使Buck/Boost模块200校正后的直流电输出到负载模块300，其中，
第一电容C1的第一端和第一电容C1的第二端为第一电容C1的两个不同端，负载模块300的第一端和负载模块300的第二端为负载模块300两个不同端，第一二极管D1的第一端电压大于第一二极管D1的第二端电压时第一二极管D1导通，第二二极管D2的第一端电压大于第二二极管D2的第二端电压时第二二极管D2导通。
需要说明的是，为了较少导通损耗，第一二极管D1可以采用二极管或开关管，第二二极管D2同样可以采用二极管或开关管，以达到同步整流的目的。具体连接方式以第一二极管D1为例，在第一二极管D1为二极管时，第一二极管D1的第一端即二极管的正极，第一二极管D1的第二端即二极管的负极；在第一二极管D1为开关管时，第一二极管D1的第一端和第一二极管D1的第二端对应于开关管的源极和漏极，开关管的栅极控制第一二极管D1的第一端电压大于第一二极管D1的第二端电压时，源极和漏极之间导通，且第一二极管D1的第一端电压小于第一二极管D1的第二端电压时，源极和漏极之间断开。
具体地，该Buck/Boost拓扑结构工作方式为：(1)当直流输入模块100两端电压Vc2高于负载模块300两端电压Vc1时，控制第一开关管Q1的栅极而使第一开关管Q1处于开关状态，第一二极管D1处于续流状态，且控制第二开关管Q2的栅极而使第二开关管Q2长断，第二二极管D2长通，此时电路以降压状态(Buck模式)进行工作。(2)当直流输入模块100两端电压Vc2低于负载模块300两端电压Vc1时，控制第一开关管Q1的栅极而使第一开关管Q1处于长通状态，第一二极管D1处于截止状态，控制第二开关管Q2的栅极而使第二开关管Q2工作于开关状态，第二二极管D2工作于续流状态，此时电路以升压状态(Boost模式)进行工作。
该Buck/Boost拓扑结构，在Vc2和Vc1之间具有不同的大小关系时，分别工作于Buck模式和Boost模式，故和现有技术中Boost电路相比，其具备如下优势：(1)电路能够在最大允许输入电流下以Buck的方式工作，上电时间加快；(2)由于电路能在最大允许输入电流下以Buck的方式工作，故其具备带载启动的能力，且在控制最大允许输入电流的情况下不会造成输入电流冲击和短路无保护状态；(3)电路在Buck和Boost两种状态切换，故负载模块300两端电压Vc1不受直流输入模块100两端电压Vc2的限制；(4)由于负载模块300两端电压Vc1不受限制，在允许的电压纹波情况下，输出电容(即，第一电容C1)容值可以更小。
本发明提供的Buck/Boost拓扑结构，直流输入模块100两端电压高于负载模块300两端电压，电路工作在Buck模式，实现降压型功能，并且通过控制Buck模式下负载模块300两端电压起到短路保护功能；直流输入模块100两端电压低于负载模块300两端电压时，电路工作在Boost模式，实现升压型功能，从而功率因素校正过程无需经历较长时间的启动阶段，负载模块300两端电压范围更广，因而灵活性、便利性和安全性都得到了提升，缓解了Boost电路在不牺牲转换效率的前提下，当输入电压与输出电压接近时，输出特性较差的技术问题。
实施例二
本发明实施例提供的一种控制方法，用于对实施例一拓扑结构中的第一开关管和第二开关管进行控制，如图3所示，该控制方法包括：
步骤S102，获取输入电压、输入电流与输出电压，其中，输入电压为直流输入模块输入到Buck/Boost模块的电压，输入电流为直流输入模块输入到Buck/Boost模块的电流，输出电压为Buck/Boost模块输出到负载模块的电压，其中，直流输入模块、Buck/Boost模块和负载模块所属于拓扑结构；
步骤S104，将输入电压、输入电流与输出电压作为PI控制算法的输入变量，以通过PI控制算法的输出变量控制第一开关管和第二开关管的通断达到稳定电压或电流的目的。
具体地，参照图2，实施例一提供的Buck/Boost拓扑结构的工作方式为：(1)当直流输入模块100两端电压Vc2高于负载模块300两端电压Vc1时，控制第一开关管Q1的栅极而使第一开关管Q1处于开关状态，第一二极管D1处于续流状态，且控制第二开关管Q2的栅极而使第二开关管Q2长断，第二二极管D2长通，此时电路以降压状态(Buck模式)进行工作。(2)当直流输入模块100两端电压Vc2低于负载模块300两端电压Vc1时，控制第一开关管Q1的栅极而使第一开关管Q1处于长通状态，第一二极管D1处于截止状态，控制第二开关管Q2的栅极而使第二开关管Q2工作于开关状态，第二二极管D2工作于续流状态，此时电路以升压状态(Boost模式)进行工作。其中，Buck模式和Boost模式下，第一开关管Q1和第二开关管Q2的通断都由本发明实施例所提供的控制方法进行控制。
需要说明的是，PI(proportional integral)控制算法，即比例控制和积分控制，属于一种线性控制，是根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将控制偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。本发明实施例所提供的控制方法通过步骤S102，获取输入电压、输入电流与输出电压；步骤S104，由输入电压、输入电流与输出电压计算得到输出电流，根据输出电流和输出电压之间的相差构成控制偏差，将控制偏差的比例和积分通过线性组合构成PI控制算法的输出变量，然后通过PI控制算法的输出变量控制第一开关管和第二开关管的通断达到谐波补偿。
需要强调的是，可以采用现有技术中的PI控制算法实现Buck模式和Boost模式下对第一开关管和第二开关管通断状态的控制。具体地，首先判断Vc1和Vc2的大小关系；然后根据Vc1和Vc2的大小关系确定实施例一中的Buck/Boost拓扑结构工作于Buck模式还是Boost模式；然后根据相应模式下的PI控制原理控制相应开关管的通断状态，实现谐波补偿。
本发明实施例提供的控制方法控制实施例一中的Buck/Boost拓扑结构，具备如下特性：(1)电路能够在最大允许输入电流下以Buck模式的方式工作，上电时间加快；(2)由于电路能在最大允许输入电流下以Buck的方式工作，故其具备带载启动的能力，且在控制最大允许输入电流的情况下不会造成输入电流冲击和短路无保护状态；(3)电路在Buck和Boost两种状态切换，故负载模块300两端电压Vc1不受直流输入模块100两端电压Vc2的限制；(4)由于负载模块300两端电压Vc1不受限制，在允许的电压纹波情况下，输出电容(即，第一电容C1)容值可以更小，因而缓解了Boost电路特性较差的技术问题。
在忽略二极管及MOS管的导通压降的前提下，实施例一提供的Buck/Boost拓扑结构，随着Vc1和Vc2之间大小关系的变化，工作情况如下：
a)当Vc2>Vc1时，Buck/Boost拓扑结构工作于Buck模式，第一开关管Q1处于开关状态，第二开关管Q2处于长断状态，其中，
第一开关管Q1导通时，电感伏秒值为(Vc2-Vc1)*Ton；第一开关管Q1关断时，电感伏秒值为Vc1*Toff，根据稳态下电感两端伏秒值相等的原理，得到(Vc2-Vc1)*Ton＝Vc1*Toff，因而Ton/(Ton+Toff)＝Vc1/Vc2。
其中，Ton表示开关管的导通时长，Toff表示开关管的关断时长，开关管的一个开关周期定义为T＝Ton+Toff，开关管的占空比定义为D＝Ton/T，因而Buck/Boost拓扑结构工作于Buck模式下的占空比为：D_Buck＝Vc1/Vc2。
b)当Vc2<Vc1时，Buck/Boost拓扑结构工作于Boost模式，第一开关管Q1处于常通状态，第二开关管Q2处于开关状态，其中，
第二开关管Q2导通时，电感伏秒值为(Vc2)*Ton；第二开关管Q2关断时，电感伏秒值为(Vc1-Vc2)*Toff，根据稳态下电感两端伏秒值相等的原理，得到(Vc2)*Ton＝(Vc1-Vc2)*Toff，因而Ton/(Ton+Toff)＝(Vc1-Vc2)/Vc1，Buck/Boost拓扑结构工作于Boost模式下的占空比为：D_Boost＝(Vc1-Vc2)/Vc1。
综上所述，在Buck模式和Boost模式下，处于开关状态而起控制作用的开关管和占空比的计算方法都是不同的，其中，Buck模式下，处于开关状态而起控制作用的开关管为第一开关管Q1，D_Buck＝Vc1/Vc2；Boost模式下，处于开关状态而起控制作用的开关管为第二开关管Q2，D_Boost＝(Vc1-Vc2)/Vc1。
在用现有技术中的PI控制算法实现Buck模式和Boost模式下对第一开关管和第二开关管通断状态的控制时，需要根据Vc1和Vc2的大小关系判断控制模式，并切换占空比的计算方法，占空比的计算时间较长。同时，Vc1和Vc2的采样在一些情况下会出现误差，当Vc2和Vc1接近的时候，Vc2和Vc1的电压大小关系会不稳定，若Vc2稍大于Vc1，则需采用D_Buck的计算公式计算当前占空比，D_Buck约为1，且切换成第一开关管Q1为当前所控制的处于开关状态的开关管；若Vc2稍小于Vc1，则需采用D_Boost的计算公式计算当前占空比，D_Boost约为0，且切换成第二开关管Q2为当前所控制的处于开关状态的开关管。为了更加高效且稳定地控制实施例一中的Buck/Boost拓扑结构，本发明实施例的一个可选实施方式中，步骤S104中，通过PI控制算法的输出变量控制第一开关管和第二开关管的通断达到谐波补偿，包括：
通过PI控制算法的输出变量控制目标占空比的生成，并由目标占空比控制第一开关管和第二开关管的通断，其中，
目标占空比为一个处于目标范围内的数值，目标范围的下限值为0，且目标范围的上限值为2。
具体地，通过PI控制算法的输出变量控制生成目标占空比，一个取值下限值为0，且上限值为2的占空比能够划分为第一占空比区域和第二占空比区域，第一占空比区域和第二占空比区域的范围跨度皆为1，实现0-100％的脉冲宽度的调制，从而使得计算得到一个目标占空比而实现第一开关管和第二开关管这两个开关管控制的目的。
本发明实施例的另一个可选实施方式中，由目标占空比控制第一开关管和第二开关管的通断，包括：
将目标占空比确定为第一占空比，并将目标占空比与1的差值确定为第二占空比；
根据第一占空比生成第一脉冲宽度调制信号，以由第一脉冲宽度调制信号控制第一开关管的通断；
根据第二占空比生成第二脉冲宽度调制信号，以由第二脉冲宽度调制信号控制第二开关管的通断。
具体地，目标占空比的取值范围为0-2，那么第一占空比的取值范围为0-2，第二占空比的取值范围为-1-1。
本发明实施例的另一个可选实施方式中，根据第一占空比生成第一脉冲宽度调制信号，以由第一脉冲宽度调制信号控制第一开关管的通断，包括：
判断第一占空比的数值是否大于1，得到第一判断结果；
在第一判断结果为第一占空比不大于1的情况下，将第一脉冲宽度调制信号的占空比确定为第一占空比；
在第一判断结果为第一占空比大于1的情况下，将第一脉冲宽度调制信号的占空比确定1，其中，
第一脉冲宽度调制信号的占空比为1时第一开关管处于导通状态，第一脉冲宽度调制信号的占空比为0时第一开关管处于断开状态。
本发明实施例的另一个可选实施方式中，根据第二占空比生成第二脉冲宽度调制信号，以由第二脉冲宽度调制信号控制第二开关管的通断，包括：
判断第二占空比的数值是否小于0，得到第二判断结果；
在第二判断结果为第二占空比小于0的情况下，将第二脉冲宽度调制信号的占空比确定为0；
在第二判断结果为第二占空比不小于0的情况下，将第一脉冲宽度调制信号的占空比确定为第二占空比，其中，
第二脉冲宽度调制信号的占空比为1时第二开关管处于导通状态，第二脉冲宽度调制信号的占空比为0时第二开关管处于断开状态。
具体地，若令目标占空比为Do，则：
a)当Do<1时，控制Boost模式的开关管为第二开关管Q2，第二占空比(Do-1)<0，第二开关管Q2处于常断状态；控制Buck模式的开关管为第一开关管Q1，第一占空比为Do，第一开关管Q1处于开关状态。并且，此时Vc1＝Do*Vc2。
b)当Do＝1时，控制Boost模式的第二开关管Q2，第二开关管Q2占空比(Do-1)＝0，第二开关管Q2处于常断状态；控制Buck模式的开关管为第一开关管Q1，第一占空比为Do＝1，第一开关管Q1处于常开状态。并且，此时Vc1＝Vc2。
c)当1<Do<2时，控制Boost模式的开关管为第二开关管Q2，第二占空比(Do-1)，且0<Do-1<1，第二开关管Q2处于开关状态；控制Buck模式的开关管为第一开关管Q1，第一占空比为Do，Do>1，第一开关管Q1处于常开状态。并且，此时Vc1＝Vc2/(2-Do)。
由以上分析可见：一个目标占空比Do很好地实现了对Boost模式和Buck模式下两个开关管的控制，有利于对实施例一拓扑结构实现高效率和高稳定性的控制。并且，由Do在上述三种情况下Vc1的取值可知：当Do在0-2变化时，Vc1从0到无穷大连续变化，从而也可见Vc1的取值范围不再受限。
实施例三
本发明实施例提供的一种控制装置，如图4所示，包括：用于对实施例一拓扑结构中的第一开关管和第二开关管进行控制，包括：
获取模块400，用于获取输入电压、输入电流与输出电压，其中，输入电压为直流输入模块输入到Buck/Boost模块的电压，输入电流为直流输入模块输入到Buck/Boost模块的电流，输出电压为Buck/Boost模块输出到负载模块的电压，其中，直流输入模块、Buck/Boost模块和负载模块所属于拓扑结构；
控制模块500，用于将输入电压、输入电流与输出电压作为PI控制算法的输入变量，以通过PI控制算法的输出变量控制第一开关管和第二开关管的通断达到谐波补偿。
在本发明实施例中，获取模块400获取输入电压、输入电流与输出电压，控制模块500将输入电压、输入电流与输出电压作为PI控制算法的输入变量，以通过PI控制算法的输出变量控制第一开关管和第二开关管的通断达到谐波补偿，实现控制实施例一中的Buck/Boost拓扑结构的目的，使得实施例一中的Buck/Boost拓扑结构在直流输入模块两端电压高于负载模块两端电压时工作于Buck模式，在直流输入模块两端电压低于负载模块两端电压时工作于Boost模式，从而具备如下特性：(1)电路能够在最大允许输入电流下以Buck的方式工作，上电时间加快；(2)由于电路能在最大允许输入电流下以Buck的方式工作，故其具备带载启动的能力，且在控制最大允许输入电流的情况下不会造成输入电流冲击和短路无保护状态；(3)电路在Buck和Boost两种状态切换，故负载模块300两端电压Vc1不受直流输入模块100两端电压Vc2的限制；(4)由于负载模块300两端电压Vc1不受限制，在允许的电压纹波情况下，输出电容(即，第一电容C1)容值可以更小，因而缓解了Boost电路特性较差的技术问题。
本发明实施例的一个可选实施方式中，控制模块用于：
通过PI控制算法的输出变量控制目标占空比的生成，并由目标占空比控制第一开关管和第二开关管的通断，其中，
目标占空比为一个处于目标范围内的数值，目标范围的下限值为0，且目标范围的上限值为2。
本发明实施例的另一个可选实施方式中，如图5所示，控制模块包括：
确定单元501，用于将目标占空比确定为第一占空比，并将目标占空比与1的差值确定为第二占空比。
具体地，确定单元501包括第一确定子单元11和第二确定子单元12。其中，第一确定子单元11接收目标占空比，并将目标占空比确定为第一占空比；第二确定子单元12和第一确定子单元11连接并从第一确定子单元11接收目标占空比，然后将目标占空比与1的差值确定为第二占空比。
第一控制单元502，用于根据第一占空比生成第一脉冲宽度调制信号，以由第一脉冲宽度调制信号控制第一开关管的通断。
本发明实施例的另一个可选实施方式中，第一控制单元用于：
判断第一占空比的数值是否大于1，得到第一判断结果；
在第一判断结果为第一占空比不大于1的情况下，将第一脉冲宽度调制信号的占空比确定为第一占空比；
在第一判断结果为第一占空比大于1的情况下，将第一脉冲宽度调制信号的占空比确定1，其中，
第一脉冲宽度调制信号的占空比为1时第一开关管处于导通状态，第一脉冲宽度调制信号的占空比为0时第一开关管处于断开状态。
具体地，第一控制单元502包括第一比较子单元21和第一驱动子单元22。其中，第一比较子单元21的输入端分别与第一确定子单元11和锯齿波信号生成器4连接，第一确定子单元11向第一比较子单元21输送第一占空比，锯齿波信号生成器4向第一比较子单元21输送锯齿波信号，其中，锯齿波信号的幅度为[0,1]。第一比较子单元21将第一占空比和锯齿波信号进行比较以生成第一脉冲宽度调制信号。第一驱动子单元22和第一比较子单元21连接，以接收第一比较子单元21所生成的第一脉冲宽度调制信号，并根据第一脉冲宽度调制信号生成驱动信号，以通过驱动信号驱动第一开关管的通断。
第二控制单元503，用于根据第二占空比生成第二脉冲宽度调制信号，以由第二脉冲宽度调制信号控制第二开关管的通断。
本发明实施例的另一个可选实施方式中，第二控制单元用于：
判断第二占空比的数值是否小于0，得到第二判断结果；
在第二判断结果为第二占空比小于0的情况下，将第二脉冲宽度调制信号的占空比确定为0；
在第二判断结果为第二占空比不小于0的情况下，将第一脉冲宽度调制信号的占空比确定为第二占空比，其中，
第二脉冲宽度调制信号的占空比为1时第二开关管处于导通状态，第二脉冲宽度调制信号的占空比为0时第二开关管处于断开状态。
具体地，第二控制单元503包括第二比较子单元31和第二驱动子单元32。其中，第二比较子单元31的输入端分别与第二确定子单元12和锯齿波信号生成器4连接，第二确定子单元12向第二比较子单元31输送第二占空比，锯齿波信号生成器4向第二比较子单元31输送锯齿波信号。第二比较子单元31将第二占空比和锯齿波信号进行比较以生成第二脉冲宽度调制信号。第二驱动子单元32和第二比较子单元31连接而接收第二比较子单元31所生成的第二脉冲宽度调制信号，并根据第二脉冲宽度调制信号生成驱动信号，以通过驱动信号驱动第二开关管的通断。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种控制方法，其特征在于，所述控制方法用于对一种Buck/Boost拓扑结构中的第一开关管和第二开关管进行控制，所述Buck/Boost拓扑结构包括：直流输入模块、Buck/Boost模块和负载模块，其中，所述Buck/Boost模块包括第一开关管、第二开关管、第一二极管或第三开关管、第二二极管或第四开关管、电感和第一电容，所述直流输入模块包括第二电容，其中，
所述第一二极管或所述第三开关管的第一端和所述第二开关管的源极连接而作为目标节点，所述第一二极管或所述第三开关管的第二端和所述第二开关管的漏极分别连接在所述电感的两端；所述第一二极管或所述第三开关管的第二端和所述第一开关管的源极连接；所述第二开关管的漏极和所述第二二极管或所述第四开关管的第一端连接；所述目标节点和所述第一电容的第一端连接，所述第二二极管或所述第四开关管的第二端和所述第一电容的第二端连接，且，
所述目标节点和所述直流输入模块的负极连接，所述第一开关管的漏极和所述直流输入模块的正极连接，其中，所述第二电容设于所述直流输入模块的正极和所述直流输入模块的负极之间；
所述目标节点和所述负载模块的第一端连接，所述第二二极管或所述第四开关管的第二端和所述负载模块的第二端连接，以使所述Buck/Boost模块校正后的直流电输出到所述负载模块，其中，
所述第一电容的第一端和所述第一电容的第二端为所述第一电容的两个不同端，所述负载模块的第一端和所述负载模块的第二端为所述负载模块两个不同端，所述第一二极管或所述第三开关管的第一端电压大于所述第一二极管或所述第三开关管的第二端电压时所述第一二极管或所述第三开关管导通，所述第二二极管或所述第四开关管的第一端电压大于所述第二二极管或所述第四开关管的第二端电压时所述第二二极管或所述第四开关管导通；
所述控制方法包括：
获取输入电压、输入电流与输出电压，其中，所述输入电压为直流输入模块输入到Buck/Boost模块的电压，所述输入电流为所述直流输入模块输入到所述Buck/Boost模块的电流，所述输出电压为所述Buck/Boost模块输出到负载模块的电压，其中，所述直流输入模块、所述Buck/Boost模块和所述负载模块所属于所述拓扑结构；
将所述输入电压、所述输入电流与所述输出电压作为PI控制算法的输入变量，以通过所述PI控制算法的输出变量控制所述第一开关管和所述第二开关管的通断达到稳定电压或电流的目的；
其中，通过所述PI控制算法的输出变量控制所述第一开关管和所述第二开关管的通断达到谐波补偿，包括：
通过所述PI控制算法的输出变量控制目标占空比的生成，并由所述目标占空比控制所述第一开关管和所述第二开关管的通断，其中，
所述目标占空比为一个处于目标范围内的数值，所述目标范围的下限值为0，且所述目标范围的上限值为2；
由所述目标占空比控制所述第一开关管和所述第二开关管的通断，包括：
将所述目标占空比确定为第一占空比，并将所述目标占空比与1的差值确定为第二占空比；
根据所述第一占空比生成第一脉冲宽度调制信号，以由所述第一脉冲宽度调制信号控制所述第一开关管的通断；
根据所述第二占空比生成第二脉冲宽度调制信号，以由所述第二脉冲宽度调制信号控制所述第二开关管的通断。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据所述第一占空比生成第一脉冲宽度调制信号，以由所述第一脉冲宽度调制信号控制所述第一开关管的通断，包括：
判断所述第一占空比的数值是否大于1，得到第一判断结果；
在所述第一判断结果为所述第一占空比不大于1的情况下，将所述第一脉冲宽度调制信号的占空比确定为所述第一占空比；
在所述第一判断结果为所述第一占空比大于1的情况下，将所述第一脉冲宽度调制信号的占空比确定为1，其中，
所述第一脉冲宽度调制信号的占空比为1时所述第一开关管处于导通状态，所述第一脉冲宽度调制信号的占空比为0时所述第一开关管处于断开状态。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据所述第二占空比生成第二脉冲宽度调制信号，以由所述第二脉冲宽度调制信号控制所述第二开关管的通断，包括：
判断所述第二占空比的数值是否小于0，得到第二判断结果；
在所述第二判断结果为所述第二占空比小于0的情况下，将所述第二脉冲宽度调制信号的占空比确定为0；
在所述第二判断结果为所述第二占空比不小于0的情况下，将所述第二脉冲宽度调制信号的占空比确定为所述第二占空比，其中，
所述第二脉冲宽度调制信号的占空比为1时所述第二开关管处于导通状态，所述第二脉冲宽度调制信号的占空比为0时所述第二开关管处于断开状态。
4.一种控制装置，其特征在于，用于对权利要求1所述拓扑结构中的第一开关管和第二开关管进行控制，包括：
获取模块，用于获取输入电压、输入电流与输出电压，其中，所述输入电压为直流输入模块输入到Buck/Boost模块的电压，所述输入电流为所述直流输入模块输入到所述Buck/Boost模块的电流，所述输出电压为所述Buck/Boost模块输出到负载模块的电压，其中，所述直流输入模块、所述Buck/Boost模块和所述负载模块所属于所述拓扑结构；
控制模块，用于将所述输入电压、所述输入电流与所述输出电压作为PI控制算法的输入变量，以通过所述PI控制算法的输出变量控制所述第一开关管和所述第二开关管的通断达到谐波补偿；
所述控制模块还用于：
通过所述PI控制算法的输出变量控制目标占空比的生成，并由所述目标占空比控制所述第一开关管和所述第二开关管的通断，其中，
所述目标占空比为一个处于目标范围内的数值，所述目标范围的下限值为0，且所述目标范围的上限值为2；
其中，所述控制模块包括：
确定单元，用于将所述目标占空比确定为第一占空比，并将所述目标占空比与1的差值确定为第二占空比；
第一控制单元，用于根据所述第一占空比生成第一脉冲宽度调制信号，以由所述第一脉冲宽度调制信号控制所述第一开关管的通断；
第二控制单元，用于根据所述第二占空比生成第二脉冲宽度调制信号，以由所述第二脉冲宽度调制信号控制所述第二开关管的通断。
5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述第一控制单元用于：
判断所述第一占空比的数值是否大于1，得到第一判断结果；
在所述第一判断结果为所述第一占空比不大于1的情况下，将所述第一脉冲宽度调制信号的占空比确定为所述第一占空比；
在所述第一判断结果为所述第一占空比大于1的情况下，将所述第一脉冲宽度调制信号的占空比确定为1，其中，
所述第一脉冲宽度调制信号的占空比为1时所述第一开关管处于导通状态，所述第一脉冲宽度调制信号的占空比为0时所述第一开关管处于断开状态。
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