
在非隔離電源方案中,Buck、Boost、Buck-Boost電路應(yīng)用非常廣泛,很多工程師都對(duì)這三種電路非常熟。下面我們一起看下四開(kāi)關(guān)Buck-Boost電路。
常規(guī)的Buck-Boost電路,Vo=-Vin*D/(1-D),輸出電壓的極性和輸入電壓相反。
簡(jiǎn)要的四開(kāi)關(guān)Buck-Boost電路,Vo=Vin*D/(1-D),輸出電壓的極性與輸入電壓相同。
四開(kāi)關(guān)buck-boost的拓?fù)浜芎?jiǎn)單,如下圖。
對(duì)于四開(kāi)關(guān)buck-boost,它本身有一種非常傳統(tǒng)簡(jiǎn)單的控制方式。
那就是Q1和Q3同時(shí)工作,Q2和Q4同時(shí)工作。并且兩組MOS交替導(dǎo)通,如上圖。
如果把Q2和Q4換成二極管,那么也是同樣能工作,只不過(guò)沒(méi)有同步整流而已。
對(duì)于這種控制方式,在CCM情況下我們可以得到公式:
Vin*D=Vout(1-D)也就是說(shuō),Vout=Vin*D/(1-D). 這個(gè)電壓轉(zhuǎn)換比和我們常見(jiàn)的buck-boost是一樣的。
只不過(guò)常見(jiàn)的buck-boost的輸出電壓是負(fù)壓,而四開(kāi)關(guān)輸出的是正壓。
但是這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單,沒(méi)有模態(tài)切換。但是缺點(diǎn)是,四個(gè)管子都在一直工作,損耗大,共模噪音也大。
基于傳統(tǒng)控制方式的缺點(diǎn)。多年前,一家知名的IC公司推出了一款控制IC,革新了這個(gè)拓?fù)涞目刂品绞健?
其思路就是當(dāng)Vin〉Vout的時(shí)候,把這個(gè)拓?fù)洚?dāng)純粹的BUCK來(lái)用,當(dāng)Vin
但是,這種思路本身沒(méi)什么奇特之處。真正有技術(shù)含量的是,當(dāng)VIn=Vout的時(shí)候,采用怎么樣的控制方式?
從buck過(guò)渡到中間模態(tài),再過(guò)渡到boost的時(shí)候,如何做到無(wú)縫切換? 這幾個(gè)問(wèn)題,后來(lái)成為各家IC公司,大開(kāi)腦洞,爭(zhēng)奪知識(shí)產(chǎn)權(quán)的戰(zhàn)場(chǎng)。
接下來(lái),我來(lái)介紹某特公司的IC的控制邏輯。
先假設(shè)輸出為固定的12V,輸入假設(shè)為一個(gè)電池,充滿電電壓為16V,放電結(jié)束電壓為8V。
那么從輸入16V開(kāi)始,此時(shí)的工作狀態(tài)顯然是BUCK
那么四個(gè)管子的驅(qū)動(dòng)信號(hào)如下圖
那么當(dāng)輸入電池電壓逐漸開(kāi)始降低,M1的占空比也逐漸開(kāi)始增大,而M2的占空比開(kāi)始減小。
此時(shí)M2的占空比是個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)。
因?yàn)镮C內(nèi)部對(duì)M2的脈寬有個(gè)最小設(shè)定,假如說(shuō)是200ns。
那么現(xiàn)在假設(shè)輸入電壓掉到12.5V,而M2的脈寬也收縮到了200ns。IC內(nèi)部的邏輯電路就認(rèn)為到了模態(tài)切換的時(shí)候了。
此時(shí)發(fā)生的變化是,M3和M4兩個(gè)管子不再是常關(guān)和常通的狀態(tài),而是開(kāi)始開(kāi)關(guān)了。
如果我們把上圖進(jìn)行分解,就會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象,就是在一個(gè)clock周期里面,前半周期是buck,后半周期是boost
這個(gè)時(shí)候boost切進(jìn)去的時(shí)候,M3是以最小占空比切入的,而且該占空比不可調(diào)。
此時(shí)M2的占空比則會(huì)從最小突然展寬以抵消boost模特切入的影響。在這個(gè)時(shí)候,輸出會(huì)產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)態(tài)效應(yīng)。
那么當(dāng)輸入繼續(xù)下降的時(shí)候,M2的占空比會(huì)繼續(xù)減小。
那么當(dāng)M2再度回到最小占空比的時(shí)候,IC內(nèi)部邏輯電路會(huì)認(rèn)為模態(tài)需要再次轉(zhuǎn)換了。
此時(shí),M2將固定在最小占空比,而M3則開(kāi)始跳出最小占空比,可以逐漸展寬。理論上來(lái)說(shuō),這個(gè)過(guò)渡應(yīng)該是完全無(wú)縫的切換,
但是由于芯片內(nèi)部的clock時(shí)序的切換,也會(huì)對(duì)輸出造成一種動(dòng)態(tài)效應(yīng)。
這個(gè)時(shí)候,變成了前半周期是boost,后半周期是buck。
同樣,當(dāng)輸入電壓繼續(xù)降低的時(shí)候,電路會(huì)切入完全的boost模態(tài)。
當(dāng)然另外一家IC巨頭,某某儀器公司也有類似的IC,他們最大的區(qū)別,就是在buck-boost這個(gè)模態(tài)。
某某儀器的IC,在buck-boost模態(tài),是一個(gè)周期是buck,下一個(gè)周期是boost,如此輪回。而某某爾特公司的IC卻是在一個(gè)周期內(nèi),前半周期是buck,后半周期是boost。
總的來(lái)說(shuō),兩家異曲同工。
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