一种汽车用直流‑直流变换器电路及其控制方法技术

本发明专利技术公开了汽车领域内的一种汽车直流‑直流变换器电路及其控制方法。所述电路包括变换器主电路和控制电路，所述变换器主电路包括输入滤波电感、模块化功率MOS管半桥电路和共用能量传递电容，所述控制电路包括数字信号控制器和采样滤波电路。本发明专利技术提出的电路拓扑可以对输入电压进行灵活升压，实现能量在高低压侧之间的传递，该电路可以用于能量回馈型负载；模块化的电路结构可以扩展系统的功率，同时利用软件算法减小了能量传递电容功率损耗，提高了电路的可靠性，本设计可用于电动汽车低压供电系统中。

【技术实现步骤摘要】
一种汽车用直流-直流变换器电路及其控制方法
本专利技术涉及汽车领域，具体涉及一种汽车低压供电电路。
技术介绍
汽车的控制元件、传感器、电动执行器、车载通信和娱乐系统都依赖于电力供应，通常利用车载发电机和12V蓄电池作为辅助供电电源。但是随着车载用电设备越来越多，低压供电的大电流损耗问题也逐渐体现。将现有低压提高一个等级可以使得车载供电线体统中电流降低，提高整车的效率以及减少电磁干扰。
技术实现思路
本专利技术提出了一种汽车低压供电电源电路控制系统及其控制方法，本专利技术提出的电路拓扑可以对输入电压进行灵活升压，实现能量在高低压侧之间的传递；本专利技术可以扩展系统的功率，减小了能量传递电容功率损耗，提高了电路的可靠性。本专利技术的目的是这样实现的：一种汽车用直流-直流变换器电路及其控制系统，所述电路包括变换器主电路和控制电路。所述变换器主电路包括输入滤波电感、模块化功率MOS管半桥电路和共用能量传递电容，所述控制电路包括数字信号控制器和采样滤波电路。作为本专利技术的改进，所述主电路为低压配电电源电路，所述变换器主电路包括输入滤波电容C1、第一滤波电感L1、第二滤波电感L2、第三滤波电感L3、第一功率MOS管S1及其续流二极管D1、第二功率MOS管S2及其续流二极管D2、第三功率MOS管S3及其续流二极管D3、第四功率MOS管S4及其续流二极管D4、第五功率MOS管S5及其续流二极管D5、第六功率MOS管S6及其续流二极管D6、能量传递电容C2和上侧输出电容C3。输入电源VB1的正负极之间接滤波电容C1，输入电源VB1正极A与第二功率MOS管S2的漏极B之间串接第一滤波电感L1，第二功率MOS管S2的源极接输入电源VB1负极N和能量传递电容C2的负极，第二功率MOS管S2漏极B连接第一功率MOS管S1的源极，第一功率MOS管S1的漏极E同时连接输出滤波电感L4的E端和能量传递电容C2正极。类似的，输入电源VB1正极A与第四功率MOS管S4的漏极C之间串接第二滤波电感L2，第四功率MOS管S4的源极接输入电源负极N和能量传递电容C2的负极，第四功率MOS管S4漏极C连接第三功率MOS管S3的源极，第三功率MOS管S3的漏极E同时连接输出滤波电感L4的E端和能量传递电容C2正极。类似的，输入电源VB1正极A与第六功率MOS管S6的漏极D之间串接第三滤波电感L3，第六功率MOS管S6的源极接输入电源VB1负极N和能量传递电容C2的负极，第六功率MOS管S6漏极D连接第五功率MOS管S5的源极，第五功率MOS管S5的漏极E同时连接输出滤波电感L4的E端和能量传递电容C2正极。输出滤波电感L4的一端P接输出电容C3的正极，输出电容C3的负极接至输入电源的正极A。高压侧输出为PN之间的电压。本专利技术提出的电路拓扑可以对输入电压进行灵活升压，实现能量在高低压侧之间的传递。该电路可以为能量回馈型负载供电，回馈的能量可以存于高压侧也可存于低压侧，由控制系统决定；模块化的电路结构可以扩展系统的功率，同时利用软件算法减小了能量传递电容功率损耗，提高了电路的可靠性。本专利技术中的变换器主电路可以模块化扩展，本设计可用于电动汽车低压供电系统中。控制系统实现方法，由电压外环和多电流内环构成，其中Gvd(s)为一个列向量传递函数，其中三个元素分别为输出电压vPN对MOS管S2的占空比d2的传递函数，输出电压vPN对MOS管S4的占空比d4的传递函数，输出电压vPN对MOS管S6的占空比d6的传递函数。实现时，MOS管S1的占空比d1与MOS管S2的占空比d2互补，及d1+d2＝1，以此类推。输出电压vPN经过采样滤波电路(传递函数为Hv)采样后经过数字信号控制器采样，在数字信号控制器内部实现闭环控制，具体实现方法为，电压采样值与电压参考值的误差经过电压控制器Cv进行放大，其输出值经过限幅功能，限幅的最大值为低压侧第一、二、三滤波电感L1、L2、L3每路允许最大输出电流，限幅的最小值为低压侧第一滤波电感L1、第二滤波电感L2、第三滤波电感L3每路允许输入最大电流。限幅输出值ILref作为每个电流内环的参考值经过电流控制器Ci1、Ci2、Ci3分别的独立控制可以保证系统在过载、突加负载或能量回馈的情况下第一滤波电感L1、第二滤波电感L2、第三滤波电感L3电感电流得以控制，不会烧毁任一MOS管。每路电流控制器的输出为当前被控MOS管的占空比(分别为d2、d4、d6)，输出至控制对象(电路传递函数)Gvd(s)，三路占空比形成了一个控制行向量增益K1、K2、K3为1或0，其取值由能量管理控制器决定。当控制行向量与前者Gvd(s)相乘，可以得出三路占空比对输出电压波动量的总和，即当此量得以控制时，系统输出电压可控且当供电线上有能量回馈型负载时，第一滤波电感L1、第二滤波电感L2、第三滤波电感L3、输出滤波电感L4电流逆向，将多余能量回馈给电池VB1。能量管理控制器通过测量输入电压VB和三个电感电流值和计算当前输出功率，当前功率大于2/3额定功率时，三路投入工作，且三相载波移相角相差120度，当前功率小于2/3额定大于1/3额定功率时，2路投入工作，且两项载波移相角为180度。当前功率小于1/3额定功率时，1路投入工作，且保持上一个状态的移相角不变。能量管理控制器的分级切换可以保持最少工作的路数，且能量传递电容尽可能工作在小电流应力下。本专利技术的实现形式可以扩展多桥臂以增加功率，当桥臂数增加为n个时，控制系统中并联的电流环数相应增加为n个，K增益相应增加为n个；能量管理控制器中分级切换以1/n为阈值进行分级。采样滤波电路中电压测量使用分压，电流测量使用霍尔传感器，均使用常规测量手段，不一一赘述。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：第一，在原有12V供电系统的基础上增加高压供电系统，可以灵活使用稍高的直流电压进行供电(如24V、36V或48V)；第二，通过提升电压供电，减少布线铜损，提升供电系统效率；第三，可以为能量回馈式负载供电，能量自动在低压与高压供电系统中分配；第四，本专利技术提出的电路拓扑可以对输入电压进行灵活升压，实现能量在高低压侧之间的传递。该电路可以为能量回馈型负载供电，回馈的能量可以存于高压侧也可存于低压侧，由控制系统决定；模块化的电路结构可以扩展系统的功率，同时利用软件算法减小了能量传递电容功率损耗，提高了电路的可靠性。本专利技术中的变换器主电路可以模块化扩展，本设计可用于电动汽车低压供电系统中。附图说明图1为本专利技术主电路原理图；图2为本专利技术控制电路框图；图3为本专利技术控制系统框图；图4为能量管理控制器流程图。具体实施方式一种汽车用直流-直流变换器电路及其控制系统，所述电路包括变换器主电路和控制电路。所述变换器主电路包括输入滤波电感、模块化功率MOS管半桥电路和共用能量传递电容，所述控制电路包括数字信号控制器和采样滤波电路。作为本专利技术的改进，所述主电路为低压配电电源电路，所述变换器主电路包括输入滤波电容C1、第一滤波电感L1、第二滤波电感L2、第三滤波电感L3、第一功率MOS管S1及其续流二极管D1、第二功率MOS管S2及其续流二极管D2、第三功率MOS管S3及其续流二极管D3、第四功率MOS管S4及其续流二极管D4、第五功率MOS管S5及其续流二极管D5、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车直流‑直流变换器电路，其特征在于，所述变换器电路包括变换器主电路和控制电路；所述变换器主电路包括输入滤波电容C1、模块化功率MOS管半桥电路和共用能量传递电容C2，模块化功率MOS管半桥电路包括第一功率MOS管S1及其续流二极管D1、第二功率MOS管S2及其续流二极管D2，输入电源VB1的正负极之间接滤波电容C1，输入电源VB1正极A与第二功率MOS管S2的漏极B之间串接第一滤波电感L1，第二功率MOS管S2的源极接输入电源VB1负极N和能量传递电容C2的负极，第二功率MOS管S2漏极连接第一功率MOS管S1的源极，第一功率MOS管S1的漏极E同时连接输出滤波电感L4和能量传递电容C2正极，输出滤波电感L4的一端P接输出电容C3的正极，输出电容C3的负极接至输入电源VB1的正极A；低压输入连接至输入电源VB1正负极AN之间，PN之间的电压为高压侧输出；所述控制电路包括数字信号控制器、采样滤波电路及驱动电路；数字控制器的第一端接输入电压AN测量电路的输出，数字控制器的第二端接输出电压PN测量电路的输出，数字控制器的第三端接第一滤波电感L1电流测量电路的输出，数字控制器的第六、七端输出分别接至MOS管S1至S2的门极驱动电路的输入；采样滤波电路用于测量电路中电压电流。...

【技术特征摘要】
1.一种汽车直流-直流变换器电路，其特征在于，所述变换器电路包括变换器主电路和控制电路；所述变换器主电路包括输入滤波电容C1、模块化功率MOS管半桥电路和共用能量传递电容C2，模块化功率MOS管半桥电路包括第一功率MOS管S1及其续流二极管D1、第二功率MOS管S2及其续流二极管D2，输入电源VB1的正负极之间接滤波电容C1，输入电源VB1正极A与第二功率MOS管S2的漏极B之间串接第一滤波电感L1，第二功率MOS管S2的源极接输入电源VB1负极N和能量传递电容C2的负极，第二功率MOS管S2漏极B连接第一功率MOS管S1的源极，第一功率MOS管S1的漏极E同时连接输出滤波电感L4的E端和能量传递电容C2正极，输出滤波电感L4的一端P接输出电容C3的正极，输出电容C3的负极接至输入电源VB1的正极A；低压输入连接至输入电源VB1正负极AN之间，PN之间的电压为高压侧输出；所述控制电路包括数字信号控制器、采样滤波电路及驱动电路；数字信号控制器的第一端接输入电压AN测量电路的输出，数字信号控制器的第二端接输出电压PN测量电路的输出，数字信号控制器的第三端接第一滤波电感L1电流测量电路的输出，数字信号控制器的第六、七端输出分别接至MOS管S1至S2的门极驱动电路的输入；采样滤波电路用于测量电路中电压电流。2.根据权利要求1所述的汽车直流-直流变换器电路，其特征在于，所述模块化功率MOS管半桥电路包括第三功率MOS管S3及其续流二极管D3、第四功率MOS管S4及其续流二极管D4，所述输入电源VB1正极A与第四功率MOS管S4的漏极C之间串接有第二滤波电感L2，第四功率MOS管S4的源极接输入电源VB1负极N和能量传递电容C2的负极，第四功率MOS管S4漏极C连接第三功率MOS管S3的源极，第三功率MOS管S3的漏极E同时连接所述输出滤波电感L4的E端和所述能量传递电容C2正极；所述数字信号控制器的第四端接第二滤波电感L2电流测量电路的输出，数字信号控制器的第八、九端输出分别接至MOS管S3至S4的门极驱动电路的输入。3.根据权利要求2所述的汽车直流-直流变换器电路，其特征在于，所述模块化功率MOS管半桥电路包括第五功率MOS管S5及其续流二极管D5、第六功率MOS管S6及其续流二极管D6，所述输入电源VB1正极A与第六功率MOS管S6的漏极D之间串接有第三滤波电感L3，第六功率MOS管S6的源极接所述输入电源VB1负极N和所述能量传递电容C2的负极，第六功率MOS管S6漏极D连接第五功率MOS管S5的源极，第五功率MOS管S5的漏极E同时连接所述输出滤波电感...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋伟，陆惠阳，朱玉如，华英，徐松，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32