一種汽車(chē)用直流-直流變換器電路及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及汽車(chē)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種汽車(chē)低壓供電電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽車(chē)的控制元件、傳感器、電動(dòng)執(zhí)行器、車(chē)載通信和娛樂(lè)系統(tǒng)都依賴(lài)于電力供應(yīng)， 通常利用車(chē)載發(fā)電機(jī)和12V蓄電池作為輔助供電電源。但是隨著車(chē)載用電設(shè)備越來(lái)越多， 低壓供電的大電流損耗問(wèn)題也逐漸體現(xiàn)。將現(xiàn)有低壓提高一個(gè)等級(jí)可W使得車(chē)載供電線體 統(tǒng)中電流降低，提高整車(chē)的效率W及減少電磁干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提出了一種汽車(chē)低壓供電電源電路控制系統(tǒng)及其控制方法，本發(fā)明提出的 電路拓?fù)淇蒞對(duì)輸入電壓進(jìn)行靈活升壓，實(shí)現(xiàn)能量在高低壓側(cè)之間的傳遞；本發(fā)明可W擴(kuò) 展系統(tǒng)的功率，減小了能量傳遞電容功率損耗，提高了電路的可靠性。
[0004] 本發(fā)明的目的是該樣實(shí)現(xiàn)的：一種汽車(chē)用直流-直流變換器電路及其控制系統(tǒng)， 所述電路包括變換器主電路和控制電路。所述變換器主電路包括輸入濾波電感、模塊化功 率MOS管半橋電路和共用能量傳遞電容，所述控制電路包括數(shù)字信號(hào)控制器和采樣濾波電 路。
[0005] 作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述主電路為低壓配電電源電路，所述變換器主電路包括輸 入濾波電容C1、第一濾波電感L1、第二濾波電感L2、第S濾波電感L3、第一功率MOS管S1及 其續(xù)流二極管D1、第二功率MOS管S2及其續(xù)流二極管D2、第S功率MOS管S3及其續(xù)流二 極管D3、第四功率MOS管S4及其續(xù)流二極管D4、第五功率MOS管S5及其續(xù)流二極管D5、第 六功率MOS管S6及其續(xù)流二極管D6、能量傳遞電容C2和上側(cè)輸出電容C3。輸入電源VB1 的正負(fù)極之間接濾波電容C1，輸入電源VB1正極A與第二功率MOS管S2的漏極B之間串接 第一濾波電感L1，第二功率MOS管S2的源極接輸入電源VB1負(fù)極N和能量傳遞電容C2的 負(fù)極，第二功率MOS管S2漏極連接第一功率MOS管S1的源極，第一功率MOS管S1的漏極 E同時(shí)連接輸出濾波電感L4和能量傳遞電容C2正極。
[0006] 類(lèi)似的，輸入電源VB1正極A與第四功率MOS管S4的漏極C之間串接第二濾波電 感L2,第四功率MOS管S4的源極接輸入電源負(fù)極N和能量傳遞電容C2的負(fù)極，第四功率 MOS管S4漏極連接第S功率MOS管S3的源極，第S功率MOS管S3的漏極E同時(shí)連接輸出 濾波電感L4和能量傳遞電容C2正極。
[0007] 類(lèi)似的，輸入電源VB1正極A與第六功率MOS管S6的漏極D之間串接第S濾波電 感L3,第六功率MOS管S6的源極接輸入電源VB1負(fù)極N和能量傳遞電容C2的負(fù)極，第六 功率MOS管S6漏極連接第五功率MOS管S5的源極，第五功率MOS管S5的漏極E同時(shí)連接 輸出濾波電感L4和能量傳遞電容C2正極。輸出濾波電感L4的一端P接輸出電容C3的正 極，輸出電容C3的負(fù)極接至輸入電源的正極A。高壓側(cè)輸出為PN之間的電壓。
[000引本發(fā)明提出的電路拓?fù)淇蒞對(duì)輸入電壓進(jìn)行靈活升壓，實(shí)現(xiàn)能量在高低壓側(cè)之間 的傳遞。該電路可w為能量回饋型負(fù)載供電，回饋的能量可w存于高壓側(cè)也可存于低壓側(cè)， 由控制系統(tǒng)決定；模塊化的電路結(jié)構(gòu)可W擴(kuò)展系統(tǒng)的功率，同時(shí)利用軟件算法減小了能量 傳遞電容功率損耗，提高了電路的可靠性。本發(fā)明中的變換器主電路可W模塊化擴(kuò)展，本設(shè) 計(jì)可用于電動(dòng)汽車(chē)低壓供電系統(tǒng)中。
[0009] 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法，由電壓外環(huán)和多電流內(nèi)環(huán)構(gòu)成，其中Gvd(s)為一個(gè)列向量傳 遞函數(shù)，其中S個(gè)元素分別為輸出電壓Vpw對(duì)MOS管S2的占空比d2的傳遞函數(shù)，輸出電壓 vpw對(duì)MOS管S4的占空比d4的傳遞函數(shù)，輸出電壓VPW對(duì)MOS管S6的占空比d6的傳遞函 數(shù)。實(shí)現(xiàn)時(shí)，MOS管S1的占空比dl與MOS管S2的占空比d2互補(bǔ)，及dl+d2 = 1，W此類(lèi) 推。
[0010]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種汽車(chē)直流-直流變換器電路，其特征在于，所述變換器電路包括變換器主電路 和控制電路； 所述變換器主電路包括輸入濾波電容Cl、模塊化功率MOS管半橋電路和共用能量傳遞 電容C2,模塊化功率MOS管半橋電路包括第一功率MOS管Sl及其續(xù)流二極管D1、第二功率 MOS管S2及其續(xù)流二極管D2,輸入電源VBl的正負(fù)極之間接濾波電容C1，輸入電源VBl正 極A與第二功率MOS管S2的漏極B之間串接第一濾波電感Ll，第二功率MOS管S2的源極 接輸入電源VBl負(fù)極N和能量傳遞電容C2的負(fù)極，第二功率MOS管S2漏極連接第一功率 MOS管Sl的源極，第一功率MOS管Sl的漏極E同時(shí)連接輸出濾波電感L4和能量傳遞電容 C2正極，輸出濾波電感L4的一端P接輸出電容C3的正極，輸出電容C3的負(fù)極接至輸入電 源VBl的正極A ;低壓輸入連接至輸入電源VBl正負(fù)極AN之間，PN之間的電壓為高壓側(cè)輸 出； 所述控制電路包括數(shù)字信號(hào)控制器、采樣濾波電路及驅(qū)動(dòng)電路；數(shù)字控制器的第一端 接輸入電壓AN測(cè)量電路的輸出，數(shù)字控制器的第二端接輸出電壓PN測(cè)量電路的輸出，數(shù)字 控制器的第三端接第一濾波電感Ll電流測(cè)量電路的輸出，數(shù)字控制器的第六、七端輸出分 別接至MOS管Sl至S2的門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路的輸入；采樣濾波電路用于測(cè)量電路中電壓電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車(chē)直流-直流變換器電路，其特征在于，所述模塊化功率 MOS管半橋電路包括第三功率MOS管S3及其續(xù)流二極管D3、第四功率MOS管S4及其續(xù)流 二極管D4,所述輸入電源VBl正極A與第四功率MOS管S4的漏極C之間串接有第二濾波電 感L2，第四功率MOS管S4的源極接輸入電源VB1負(fù)極N和能量傳遞電容C2的負(fù)極，第四功 率MOS管S4漏極連接第三功率MOS管S3的源極，第三功率MOS管S3的漏極E同時(shí)連接所 述輸出濾波電感L4和所述能量傳遞電容C2正極；所述數(shù)字控制器的第四端接第二電感電 流測(cè)量電路的輸出，數(shù)字控制器的第八、九端輸出分別接至MOS管S3至S4的門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路 的輸入。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的汽車(chē)直流-直流變換器電路，其特征在于，所述模塊化功率 MOS管半橋電路包括第五功率MOS管S5及其續(xù)流二極管D5、第六功率MOS管S6及其續(xù)流 二極管D6,所述輸入電源VBl正極A與第六功率MOS管S6的漏極D之間串接有第三濾波 電感L3,第六功率MOS管S6的源極接所述輸入電源VBl負(fù)極N和所述能量傳遞電容C2的 負(fù)極，第六功率MOS管S6漏極連接第五功率MOS管S5的源極，第五功率MOS管S5的漏極 E同時(shí)連接所述輸出濾波電感L4和所述能量傳遞電容C2正極；所述數(shù)字控制器的第五端 接第三電感電流測(cè)量電路的輸出，數(shù)字控制器的第十、十一端輸出分別接至MOS管S5至S6 的門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路的輸入。
4. 如利用權(quán)利要求1、2或3所述的汽車(chē)直流-直流變換器電路的控制方法，其特征在 于，利用輸出電壓為控制目標(biāo)形成電壓控制外環(huán)，測(cè)得電感L1、L2、L3中的電流與電壓外環(huán) 的輸出值分別進(jìn)行比較后，各路獨(dú)立加以控制形成電流內(nèi)環(huán)，電流內(nèi)環(huán)控制器的輸出經(jīng)過(guò) 與三路移相后的計(jì)數(shù)器載波進(jìn)行比較生成三對(duì)、每對(duì)互補(bǔ)的PWM信號(hào)，用來(lái)驅(qū)動(dòng)MOS管Sl 至S6。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征是，所述汽車(chē)直流-直流變換器電路由電 壓外環(huán)和多電流內(nèi)環(huán)構(gòu)成，其中Gvd (s)為一個(gè)列向量傳遞函數(shù)，其中三個(gè)元素分別為輸出 電壓vPN對(duì)第二功率MOS管S2的占空比d2的傳遞函數(shù)，輸出電壓V PN對(duì)第四功率MOS管S4 的占空比d4的傳遞函數(shù)，輸出電壓vPN對(duì)第六功率MOS管S6的占空比d6的傳遞函數(shù)；實(shí) 現(xiàn)時(shí)，第一功率MOS管Sl的占空比dl與第二功率MOS管S2的占空比d2互補(bǔ)，及dl+d2 = 1，以此類(lèi)推；
輸出電壓vPN經(jīng)過(guò)采樣電路采樣后經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)控制器采樣，傳遞函數(shù)為Hv，在數(shù)字信 號(hào)控制器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，具體實(shí)現(xiàn)方法為，電壓采樣值與電壓參考值的誤差經(jīng)過(guò)電壓 控制器Cv進(jìn)行放大，其輸出值經(jīng)過(guò)限幅功能，限幅的最大值為濾波電感L1、L2、L3每路允許 最大輸出電流，分別以AB、AC、AD為參考方向，限幅的最小值為低壓側(cè)電感LI、L2、L3每路 允許輸入最大電流； 每路電流控制器的輸出為當(dāng)前被控MOS管的占空比，分別為d2、d4、d6,輸出至控制對(duì) 象電路傳遞函數(shù)Gvd，三路占空比形成了一個(gè)控制行向量 d - [c/' d^ J 增益K1、K2、K3為1或0，其取值由能量管理控制器決定；當(dāng)控制行向量與前者Gvd相 乘，可以得出三路占空比對(duì)輸出電壓波動(dòng)量的總和，即 當(dāng)此量得以控制時(shí)，系統(tǒng)輸出電壓可控且當(dāng)供電線上有能量回饋型負(fù)載時(shí)，電感LU L2、L3、L4電流逆向，將多余能量回饋給電池VB。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征是，根據(jù)每路電流的大小和設(shè)定的基準(zhǔn)值 進(jìn)行比較，判斷是否每個(gè)橋臂投入運(yùn)行且自動(dòng)進(jìn)行計(jì)數(shù)器載波相位設(shè)置。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了汽車(chē)領(lǐng)域內(nèi)的一種汽車(chē)直流-直流變換器電路及其控制方法。所述電路包括變換器主電路和控制電路，所述變換器主電路包括輸入濾波電感、模塊化功率MOS管半橋電路和共用能量傳遞電容，所述控制電路包括數(shù)字信號(hào)控制器和采樣濾波電路。本發(fā)明提出的電路拓?fù)淇梢詫?duì)輸入電壓進(jìn)行靈活升壓，實(shí)現(xiàn)能量在高低壓側(cè)之間的傳遞，該電路可以用于能量回饋型負(fù)載；模塊化的電路結(jié)構(gòu)可以擴(kuò)展系統(tǒng)的功率，同時(shí)利用軟件算法減小了能量傳遞電容功率損耗，提高了電路的可靠性，本設(shè)計(jì)可用于電動(dòng)汽車(chē)低壓供電系統(tǒng)中。
【IPC分類(lèi)】H02M3-155
【公開(kāi)號(hào)】CN104767380
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510177555
【發(fā)明人】蔣偉, 陸惠陽(yáng), 朱玉如, 華英, 徐松
【申請(qǐng)人】揚(yáng)州大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年4月15日