燃料电池DC/DC变换器控制电路中复合输入输出特性控制电路制造技术

本发明专利技术公开了一种燃料电池ＤＣ／ＤＣ变换器控制电路中复合输入输出特性控制电路，输入欠压ＰＩ调节电路接收ＤＣ／ＤＣ变换器的输入电压信号Ｕ↓［ｉｎ］和输入欠压给定信号Ｕ↓［ｉｎｇ］，输出恒压ＰＩ调节电路接收ＤＣ／ＤＣ变换器的输出电压反馈信号Ｕ↓［ｆ］和输出恒压给定信号Ｕ↓［ｇ］，输出恒流ＰＩ调节电路接收ＤＣ／ＤＣ变换器的输出电流反馈信号Ｉ↓［ｆ］和输出恒流给定信号Ｉ↓［ｇ］。本发明专利技术的特性控制电路对接收的输入欠压控制调节信号ｅ↓［Ｕｉｎ］、输出恒压控制调节信号ｅ↓［ｕ］和输出恒流控制调节信号ｅ↓［ｉ］进行电压比较，比较得到复合特性输出信号＊＝ｍｉｎ｛ｅ↓［Ｕｉｎ］，ｅ↓［ｕ］，ｅ↓［ｉ］｝，并将复合特性输出信号＊输出给ＰＷＭ脉冲发生电路。在本发明专利技术中将输入欠压特性、输出恒压特性、输出恒流特性进行复合控制使之满足燃料电池车对ＤＣ／ＤＣ变换器的不同的输出特性，适应于不同燃料电池车的动力系统构型。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种DC/DC变换器的控制电路中输入输出特性控制，具体地说，是指一种通过输入输出特性软切换进行控制燃料电池中DC/DC变换器输入输出特性的切换控制电路。
技术介绍
近年来，随着人们对生存环境和自然能源的日益重视，燃料电池汽车以其高效节能和排放无污染的性能，使之成为当今世界汽车领域开发的热点。为燃料电池汽车提供动力源的是燃料电池，但是由于它的电气输出特性较软并且可控性差，需要DC/DC变换器对其进行功率变换与传递，以实现对输出电压和电流的控制，作为燃料电池汽车的关键零部件之一，DC/DC变换器受燃料电池汽车整车控制器的控制。燃料电池典型的输出特性曲线如图1所示。由图1可以看出，燃料电池的输出电压随着输出电流(负载)的增加逐渐降低，当输出电压降低到一定程度时，此时若进一步增大燃料电池的输出功率(电流)，则有可能使燃料电池超过其使用极限。因此，需要对燃料电池的输出电压进行阈值控制以保护燃料电池的安全使用，而燃料电池的输出电压正是DC/DC变换器的输入电压，也就是应对DC/DC变换器的输入特性进行控制。结合燃料电池车的能量流动要求和燃料电池的特点，要求DC/DC变换器的输入输出具有以下特性(1)输入欠压控制DC/DC变换器的欠压输入，对输入电压进行闭环控制，当燃料电池输出电压低于某一阈值，对其进行欠压保护，输入电压阈值可以设定；(2)输出恒压控制DC/DC变换器的恒压输出，对输出电压进行闭环控制，输出值由整车控制器来控制，并且可以实时调节输出电压大小；(3)输出恒流控制DC/DC变换器的恒流输出，对输出电流进行闭环控制，输出值由整车控制器来控制，并且可以实时调节输出电流大小。常规DC/DC变换器只对输出特性进行控制，比如输出恒压或者输出恒流，一般不涉及对输入特性的控制。由前所述，燃料电池DC/DC变换器具有输出恒压、输出恒流、输入欠压三种特性控制方式。在实际应用中，输入输出特性应满足如下的控制逻辑(1)输入特性不论DC/DC的输出处于何种模式，一旦其输入电压降至某一设定值时，则此时必须对DC/DC的输出功率大小进行限制，使其输入电压不低于该设定值。(2)输出特性在输入电压不低于设定的输入电压给定值Uing的前提下，此时的输出特性应具有如图2所示的恒压恒流矩形特性。应用自控原理，上述欠压、恒压、恒流控制方式均可由闭环负反馈来实现。由于燃料电池工作在较为复杂的状态下，它的输出电压不断波动，也就是DC/DC变换器的输入电压也在不断变化，这样就需要变换器实时对输入电压进行控制。同时，变换器也会根据负载的不同在输出恒压和输出恒流模式下相互切换，因此DC/DC变换器需要解决三种不同特性下的复合与自动切换。
技术实现思路
针对上述情况，本专利技术提供了一种燃料电池DC/DC变换器控制电路中复合输入输出特性控制电路，该复合输入输出特性控制电路将三种特性(输入欠压特性、输出恒压特性、输出恒流特性)复合在一起，实现燃料电池输出电压的阈值控制，使燃料电池得到安全使用；得到DC/DC变换器的恒压、恒流输出特性；根据DC/DC变换器的输入电压和输出负载的状况，对DC/DC变换器的输入输出特性进行自动切换的控制技术。本专利技术的优点(1)将输入欠压特性、输出恒压特性、输出恒流特性进行复合控制；(2)三种特性的复合控制满足了燃料电池车对DC/DC变换器的不同的输出特性，适应于不同燃料电池车的动力系统构型；(3)对燃料电池输出电压的阈值控制，保护燃料电池的安全使用；(4)利用的元器件少，造价成本低廉。附图说明图1是燃料电池的输出特性曲线。图2是DC/DC变换器的矩形输出特性图。图3是本专利技术复合输入输出特性控制电路的结构框图。图4是本专利技术复合输入输出特性控制电路的电路原理图。具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术是一种燃料电池DC/DC变换器控制电路中复合输入输出特性控制电路，其特征在于由输入输出特性控制及复合切换电路和PWM脉冲发生电路构成复合输入输出特性控制电路，所述输入输出特性控制电路由输入欠压PI调节电路、输出恒压PI调节电路和输出恒流PI调节电路构成，所述输入欠压PI调节电路接收DC/DC变换器的输入电压信号Uin和输入欠压给定信号Uing，并对接收的信号进行PI调节得到输入欠压控制调节信号eUin；所述输出恒压PI调节电路接收DC/DC变换器的输出电压反馈信号Uf和输出恒压给定信号Ug，并对接收的信号进行PI调节得到输出恒压控制调节信号eu；所述输出恒流PI调节电路接收DC/DC变换器的输出电流反馈信号If和输出恒流给定信号Ig，并对接收的信号进行PI调节得到输出恒流控制调节信号ei；所述复合切换电路对接收的输入欠压控制调节信号eUin、输出恒压控制调节信号eu和输出恒流控制调节信号ei进行电压比较，比较得到复合特性输出信号e＝min{eUin，eu，ei)，并将复合特性输出信号e输出给PWM脉冲发生电路。请参见图3所示，Uin为DC/DC变换器的输入电压信号，Uf为DC/DC变换器的输出电压反馈信号，If为DC/DC变换器的输出电流反馈信号，这三个信号由变换器根据输入输出检测得到；Uing为输入欠压给定信号，Ug为输出恒压给定信号，Ig为输出恒流给定信号，这三个信号由燃料电池车的整车控制器给出或者预先设定。输入欠压控制调节信号eUin为输入欠压给定信号Uing和输入电压信号Uin经输入欠压PI调节模块调节后得到的值，输出恒压控制调节信号eu为输出电压Ug和输出电压反馈信号Uf经输出恒压PI调节模块调节后得到的值，输出恒流控制调节信号ei为输出恒流给定信号Ig和输出电流反馈信号If经输出恒流PI调节模块调节后得到的值，eUin、eu和ei分别为三路闭环PI(比例积分)控制调节后得到的调节值，这三个调节值经过复合自动切换电路，得到具有三路特性信号之一的复合特性输出信号e，设二极管D3、二极管D4和二极管D5导通时的压降为VD，则复合特性输出信号e‾=VD+min{euin,eu,ei},]]>由复合特性输出信号e对PWM电路进行脉宽调制控制，这样就把三种特性控制模式通过上述环节复合在一起，并且随着输入输出状态的变化不断地自动变化输入输出特性，从而实现DC/DC变换器工作在不同的输入输出特性模式下，不同模式之间可以自适应相互切换。例如，当eUin=2V,]]>eu＝2.5V、ei＝3V时，其中输入欠压控制调节信号eUin最小，则e‾=VD+min{euin,eu,ei}=VD+2,]]>这时输入输出特性为输入欠压特性；当eUin=3V,]]>eu＝2.5V、ei＝2V时，其中输出恒流控制调节信号ei最小，则e‾=VD+min{euin,eu,ei}=VD+2,]]>这时输入输出特性为输出恒流特性，以此类推。请参见图4所示，在本专利技术中的复合输入输出特性控制电路由PWM专用芯片U1可以选取SG1525或者SG2525或者SG3525，双极性集成运放电路选取九片TL084芯片，二极管D1～D5，电阻R1～R33，C1～C10等器件组成，从功能上可以分成两部分输入输出特性控制及复合切换电路和PWM脉冲发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池ＤＣ／ＤＣ变换器控制电路中复合输入输出特性控制电路，其特征在于：由输入输出特性控制及复合切换电路和ＰＷＭ脉冲发生电路构成复合输入输出特性控制电路，所述输入输出特性控制电路由输入欠压ＰＩ调节电路、输出恒压ＰＩ调节电路和输出恒流ＰＩ调节电路构成，所述输入欠压ＰＩ调节电路接收ＤＣ／ＤＣ变换器的输入电压信号Ｕ↓［ｉｎ］和输入欠压给定信号Ｕ↓［ｉｎｇ］，并对接收的信号进行ＰＩ调节得到输入欠压控制调节信号ｅ↓［Ｕｉｎ］；所述输出恒压ＰＩ调节电路接收ＤＣ／ＤＣ变换器的输出电压反馈信号Ｕ↓［ｆ］和输出恒压给定信号Ｕ↓［ｇ］，并对接收的信号进行ＰＩ调节得到输出恒压控制调节信号ｅ↓［ｕ］；所述输出恒流ＰＩ调节电路接收ＤＣ／ＤＣ变换器的输出电流反馈信号Ｉ↓［ｆ］和输出恒流给定信号Ｉ↓［ｇ］，并对接收的信号进行ＰＩ调节得到输出恒流控制调节信号ｅ↓［ｉ］；所述复合切换电路对接收的输入欠压控制调节信号ｅ↓［Ｕｉｎ］、输出恒压控制调节信号ｅ↓［ｕ］和输出恒流控制调节信号ｅ↓［ｉ］进行电压比较，比较得到复合特性输出信号＊＝ｍｉｎ｛ｅ↓［Ｕｉｎ］，ｅ↓［ｕ］，ｅ↓［ｉ］｝，并将复合特性输出信号＊输出给ＰＷＭ脉冲发生电路。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：齐铂金，汪殿龙，刘精明，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]