一种高可靠性恒流车载DCDC变换器及控制方法技术

本发明专利技术提供了一种高可靠性恒流车载DCDC变换器，包括控制电路模块和功率电路模块，该功率电路模块包括主电路、第三减法器、第一比较器、PWM调节器和驱动电路，取该主电路的输出电压误差信号和输出电流误差信号中的最小误差信号，并将该最小误差信号输入所述第三减法器的第一输入端，该第三减法器的第二输入端为主电路的输入电流测量信号，其输出端依次通过该PWM调节器、驱动电路与主电路连接，所述第一比较器的输入端分别输入逐个周期电流限制信号及输入电流测量信号，其输出端与该PWM调节器连接。本发明专利技术针对严苛的设计指标和复杂的车型环境，设计了DCDC变换器，取得了高功率密度，高稳定电压输出和高变换效率的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种高可靠性恒流车载DCDC变换器及控制方法
本专利技术涉及汽车电子
，尤其是一种高可靠性恒流车载DCDC变换器及控制方法。
技术介绍
国内DCDC变换器主要集中应用于计算机，工业仪表，航天和自控设备等领域，尤其6～25W变换器的应用最广泛。2000年以后，随着微电子技术的高速发展和PWM开关技术趋于成熟，DCDC变换器已批量商业化生产，而且功率提升和开关频率提高成为其发展的必然趋势。然而车载DCDC变换器技术在国内仍然处于研发阶段，还没有形成可实际批量化应用的产品。车载DCDC变换器将电动汽车配置的动力电池标称输出(一般在300V左右)直流电压变换为可变的直流电压，现已广泛应用于电机驱动或辅助驱动汽车(包括：电动汽车EV或混合电动汽车HEV)的二次电源模块中。车载DCDC变换器是一种电压变换装置，其主要用途为在整车电气构架下的不同车载电网系统中实现电压变换和匹配，这里的车载DC/DC变换器特指在新能源汽车领域中广泛使用的高压到低压的变换器。根据不同的输入电压，车载DCDC变换器主要有两种：300VDC/DC变换器和144VDC/DC变换器，而输出电压一般为14V，当然，可根据整车负载情况的变化对输出电压进行灵活配置，配置范围分布在11V到16伏之间。车载DCDC变换器主要功能是采用典型的桥式拓扑联接和PI控制方式将高压母线电压转换成低压母线电压，并实现电流或电压的动态调节而供整车负载使用。现有的DCDC变换器主要应用于工业领域，存在以下不足或缺点：1)DCDC变换器的设计只能满足工业级需要，而达不到汽车级复杂，多变和极限工况的要求；2)现有产品稳定性、可靠性和耐久性有待于提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种DCDC功率变换器，用于增强控制电路模块和功率电路模块的运行稳定性、可靠性和耐久性，提高功率密度和变换效率，拓宽车型适应范围并实现成本优化。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种高可靠性恒流车载DCDC变换器，包括：控制电路模块，所述控制电路模块包括单片机系统和辅助电源，所述单片机系统与辅助电源连接；功率电路模块，所述单片机系统与功率电路模块连接，所述功率电路模块包括主电路和反馈控制系统，所述主电路包括：桥式电路、变压器和整流电路，高压电池包与桥式电路连接，所述桥式电路包括多个功率开关管，所述桥式电路与变压器连接，所述变压器与整流电路连接，所述高压电池包产生的直流电经所述桥式电路逆变为交流电以驱动所述变压器，经所述变压器变压后的交流电通过所述整流电路整流形成低压直流输出，获取所述主电路的输入电流测量信号和输出电压测量信号，设定输入电流和输出电流的对应关系表，将所述对应关系表输入所述单片机系统中，所述单片机系统根据所述输入电流测量信号和所述对应关系表产生所述输出电流测量信号，所述反馈控制系统包括：第一减法器、第二减法器、第三减法器、第一比较器、第二比较器、PWM调节器和驱动电路，所述第一减法器的输入端分别输入设定的输出电压参考信号以及所述输出电压测量信号，其输出端为输出电压误差信号，所述第二减法器的输入端分别输入设定的输出电流参考信号以及所述输出电流测量信号，其输出端为输出电流误差信号，取所述输出电压误差信号和输出电流误差信号中最小的误差信号，并将该最小的误差信号输入所述第三减法器的第一输入端，所述第三减法器的第二输入端为所述输入电流测量信号，其输出端与所述PWM调节器的一输入端连接，所述第一比较器的输入端分别输入设定的逐个周期电流限制信号以及所述输入电流测量信号，其输出端与所述PWM调节器的另一输入端连接，所述第二比较器的输入端分别为设定的电流保护参考信号以及所述输入电流测量信号，其输出端与所述驱动电路的使能端连接，所述PWM调节器的输出端输出PWM信号，所述PWM信号经所述驱动电路输入所述功率开关管的栅极。进一步地，所述桥式电路为半桥电路或全桥电路。进一步地，所述桥式电路为全桥电路，所述桥式电路包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管和第四功率开关管，所述第一功率开关管的源极分别与第二功率开关管的漏极以及变压器的一输入端连接，所述第三功率开关管的源极分别与第四功率开关管的漏极以及变压器的另一输入端连接，所述第一功率开关管的漏极与第三功率开关管的漏极连接，所述第二功率开关管的源极与第四功率开关管的源极连接，所述高压电池包的阳极与第一功率开关管的漏极连接，其阴极与第二功率开关管的源极连接。进一步地，所述主电路还包括第一电容、第二电容和第三电容，所述第一电容一端和第二电容一端连接并接地，所述第一电容另一端与高压电池包的阳极连接，所述第二电容另一端与高压电池包的阴极连接，所述第三电容的一端与高压电池包的阳极连接，其另一端与高压电池包的阴极连接。进一步地，所述主电路还包括第一电感和第四电容，所述第一电感和第四电容连接，所述整流电路包括第一整流二极管和第二整流二极管，所述变压器的第一端依次通过所述第一电感、第四电容和第一整流二极管与所述变压器的第二端连接，所述第一整流二极管的阴极与所述变压器的第二端连接，所述变压器的第一端还依次通过所述第一电感、第四电容和第二整流二极管与所述变压器的第三端连接，所述第二整流二极管的阴极与所述变压器的第三端连接，所述第一整流二极管的阳极与第二整流二极管的阳极连接。进一步地，所述反馈控制系统还包括加法器，所述加法器的输入端分别为设定的补偿信号以及所述输入电流测量信号，其输出端与所述第三减法器的第二输入端连接。进一步地，所述补偿信号为斜坡补偿信号。本专利技术还提供了一种DCDC变换器的控制方法，应用在上述高可靠性恒流车载DCDC变换器上，包括以下步骤：获取所述主电路的输入电流测量信号、输出电流测量信号和输出电压测量信号；设定输出电压参考信号以及输出电流参考信号，根据所述输出电压参考信号以及输出电流测量信号获得输出电流误差信号，根据所述输出电流参考信号以及输出电压测量信号获得输出电压误差信号；获取所述输出电流误差信号和输出电压误差信号中的最小误差信号，并与所述输入电流测量信号比较以获得PWM信号，所述PWM信号依次经所述PWM调节器及驱动电路输入至所述功率开关管的栅极；通过所述PWM信号控制所述功率开关管的开关状态，进而控制所述变压器原边侧电压及相应的副边侧电压，将所述变压器副边侧电压经所述整流电路整流以获得所述DCDC变压器的输出电压。本专利技术针对多变的载荷工况，严苛的设计指标和复杂的车型环境，采用高容量的高频开关技术以及全新的恒流环拓扑电路设计，设计了DCDC变换器，本专利技术的有益效果是：根据输出电压误差信号和输出电流误差信号中的最小误差信号以及输入电流测量信号获得PWM信号，用于控制功率开关管的开关状态，取得了高功率密度，高稳定电压输出和高变换效率的效果；根据板级输入和输出的温度和电流传感器信号，结合与整车CAN通讯的点火和故障信号，根据恒流环模块和峰值电流控制模块实现了基于峰值电流控制的恒流环控制策略，较好地解决了DCDC变换器的智能化控制问题；采用了隔离功率电路模块和控制电路模块的电路设计方式，从而实现了高压输入和低压输出的安全隔离，使得DCDC功率管工作效率高而稳定，满足了DCDC变换器工作可靠性的技术要求；采用单片机系统实现了根据输入电流测量信号和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高可靠性恒流车载DCDC变换器，其特征在于，包括：控制电路模块，所述控制电路模块包括单片机系统和辅助电源，所述单片机系统与辅助电源连接；功率电路模块，所述单片机系统与功率电路模块连接，所述功率电路模块包括主电路和反馈控制系统，所述主电路包括：桥式电路、变压器和整流电路，高压电池包与桥式电路连接，所述桥式电路包括多个功率开关管，所述桥式电路与变压器连接，所述变压器与整流电路连接，所述高压电池包产生的直流电经所述桥式电路逆变为交流电以驱动所述变压器，经所述变压器变压后的交流电通过所述整流电路整流形成低压直流输出，获取所述主电路的输入电流测量信号和输出电压测量信号，设定输入电流和输出电流的对应关系表，将所述对应关系表输入所述单片机系统中，所述单片机系统根据所述输入电流测量信号和所述对应关系表产生所述输出电流测量信号，所述反馈控制系统包括：第一减法器、第二减法器、第三减法器、第一比较器、第二比较器、PWM调节器和驱动电路，所述第一减法器的输入端分别输入设定的输出电压参考信号以及所述输出电压测量信号，其输出端为输出电压误差信号，所述第二减法器的输出端分别输入设定的输出电流参考信号以及所述输出电流测量信号，其输出端为输出电流误差信号，取所述输出电压误差信号和输出电流误差信号中最小的误差信号，并将该最小的误差信号输入所述第三减法器的第一输入端，所述第三减法器的第二输入端为所述输入电流测量信号，其输出端与所述PWM调节器的一输入端连接，所述第一比较器的输入端分别输入设定的逐个周期电流限制信号以及所述输入电流测量信号，其输出端与所述PWM调节器的另一输入端连接，所述第二比较器的输入端分别为设定的电流保护参考信号以及所述输入电流测量信号，其输出端与所述驱动电路的使能端连接，所述PWM调节器的输出端输出PWM信号，所述PWM信号经所述驱动电路输入所述功率开关管的栅极。...

【技术特征摘要】
1.一种高可靠性恒流车载DCDC变换器，其特征在于，包括：控制电路模块，所述控制电路模块包括单片机系统和辅助电源，所述单片机系统与辅助电源连接；功率电路模块，所述单片机系统与功率电路模块连接，所述功率电路模块包括主电路和反馈控制系统，所述主电路包括：桥式电路、变压器和整流电路，高压电池包与桥式电路连接，所述桥式电路包括多个功率开关管，所述桥式电路与变压器连接，所述变压器与整流电路连接，所述高压电池包产生的直流电经所述桥式电路逆变为交流电以驱动所述变压器，经所述变压器变压后的交流电通过所述整流电路整流形成低压直流输出，获取所述主电路的输入电流测量信号和输出电压测量信号，设定输入电流和输出电流的对应关系表，将所述对应关系表输入所述单片机系统中，所述单片机系统根据所述输入电流测量信号和所述对应关系表产生所述输出电流测量信号，所述反馈控制系统包括：第一减法器、第二减法器、第三减法器、第一比较器、第二比较器、PWM调节器和驱动电路，所述第一减法器的输入端分别输入设定的输出电压参考信号以及所述输出电压测量信号，其输出端为输出电压误差信号，所述第二减法器的输入端分别输入设定的输出电流参考信号以及所述输出电流测量信号，其输出端为输出电流误差信号，取所述输出电压误差信号和输出电流误差信号中最小的误差信号，并将该最小的误差信号输入所述第三减法器的第一输入端，所述第三减法器的第二输入端为所述输入电流测量信号，其输出端与所述PWM调节器的一输入端连接，所述第一比较器的输入端分别输入设定的逐个周期电流限制信号以及所述输入电流测量信号，其输出端与所述PWM调节器的另一输入端连接，所述第二比较器的输入端分别为设定的电流保护参考信号以及所述输入电流测量信号，其输出端与所述驱动电路的使能端连接，所述PWM调节器的输出端输出PWM信号，所述PWM信号经所述驱动电路输入所述功率开关管的栅极。2.如权利要求1所述的高可靠性恒流车载DCDC变换器，其特征在于，所述桥式电路为半桥电路或全桥电路。3.如权利要求2所述的高可靠性恒流车载DCDC变换器，其特征在于，所述桥式电路为全桥电路，所述桥式电路包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管和第四功率开关管，所述第一功率开关管的源极分别与第二功率开关管的漏极以及变压器的一输入端连接，所述第三功率开关管的源极分别与第四功率开关管的漏极以及变压器的另一输入端连接，所述第一功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘孝涛，
申请(专利权)人：刘孝涛，
类型：发明
国别省市：上海;31