CN104883042B - 一种充电机输出电压纹波的处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充电机输出电压纹波的处理方法及装置，该方法包括，实时采集母线电压实际值和输出电压实际值；比较预设的母线电压参考值与所述母线电压实际值，以获得输出电压纹波调节值；以及，比较预设的输出电压参考值与所述输出电压实际值，以获得输出电压调节值；根据所述输出电压纹波调节值和输出电压调节值获取驱动调节值，并根据所述驱动调节值调节所述输出电压实际值。本发明重复执行上述步骤，可以将充电机输出电压纹波限制在允许的范围之内，在不增加硬件成本的前提下，实现了抑制母线电压纹波对输出电压纹波的影响。

Description

一种充电机输出电压纹波的处理方法及装置

技术领域

本发明涉及充电机，尤其是一种处理充电机输出电压纹波的方法及装置。

背景技术

目前，国内常见的充电机模块多是采用前级APFC(Active Power FactorCorrection，有源功率因数校正)电路与后级隔离DC/DC(直流)变换器构成的拓扑结构。在实际应用时，经过APFC电路的单相交流电变成带有工频纹波的直流电(母线电压)后，进入到全桥电路变成交流的方波电压，交流方波电压再经过高频变压器降压后，送到全桥整流电路中，整流成直流电压。其中，全桥电路，高频变压器和全桥整流电路共同组成DC/DC谐振变换器，完成零电压开关过程的谐振电感主要由高频变压器的漏感提供。这样充电机输出的直流电压会因为母线电压的周期性脉动，而出现很大的工频纹波电压。输出电压中存在的纹波将影响充电机输出电压质量，充电机输出电压纹波的大小直接影响到电池的使用寿命。

为了解决上述问题，有的充电机生产厂家在输入侧增加大容量直流支撑电容，以平滑直流输入电压，获得稳定的输出电压。但是，铝电解电容做支撑电容，只能使用于低于400V电压的场合，如果要用到更高的电压等级，就要将多个电容串联使用，以提高电压等级。而且，铝电解电容容易发热，功率损耗大，可靠性也差。如果采用电压等级较高的膜电容，功率损耗会减小，但是，膜电容的价格比铝电解电容的价格高。而且，无论是铝电解电容还是膜电容，其体积都很庞大，这对于现在设计中，追求减小充电机的体积和提高功率密度的目标来说，不是一个好的解决输出电压纹波较大的问题的方案。

发明内容

本发明目的在于提供一种方法简单、动态响应快的充电机输出电压纹波的处理方法及装置，解决充电机输出电压中工频纹波较大的问题，提高了输出电压的质量。

第一方面，本发明提供一种充电机输出电压纹波的处理方法，包括：

步骤一、实时采集母线电压实际值和输出电压实际值；

步骤二、比较预设的母线电压参考值与所述母线电压实际值，以获得输出电压纹波调节值；以及，比较预设的输出电压参考值与所述输出电压实际值，以获得输出电压调节值；

步骤三、根据所述输出电压纹波调节值和输出电压调节值获取驱动调节值，并根据所述驱动调节值调节所述输出电压实际值，返回并重复执行所述步骤一到所述步骤三。

第二方面，本发明提供一种充电机输出电压纹波处理装置，包括：

电压采集模块，用于实时采集母线电压实际值和输出电压实际值；

数字信号处理模块，用于比较预设的母线电压参考值与所述母线电压实际值，以获得输出电压纹波调节值；以及，比较预设的输出电压参考值与所述输出电压实际值，以获得输出电压调节值；

电压调节模块，用于根据所述输出电压纹波调节值和输出电压调节值获取驱动调节值，并根据所述驱动调节值调节所述输出电压实际值，返回所述电压采集模块。

本发明提供一种充电机输出电压纹波的处理方法及装置，通过所述装置将充电机输出电压纹波限制在允许的范围之内。所述充电机输出电压纹波的处理方法，通过实时采集母线电压实际值和输出电压实际值；并根据上述参数得到输出电压纹波调节值以及输出电压调节值；根据所述输出电压纹波调节值和输出电压调节值获取驱动调节值，并根据所述驱动调节值调节所述输出电压实际值,重复上述步骤使得输出电压达到预设的输出范围内。本发明提供的方案，在不增加硬件成本的前提下，通过抑制输入到DC/DC谐振变换器的电压纹波对输出电压纹波的影响，解决充电机输出电压中工频纹波较大的问题，达到稳定输出电压，改善动态性能的目的，有效提高了充电机输出电压质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的充电机输出电压纹波的处理方法的流程图；

图2a是本发明实施例二提供的充电机输出电压纹波处理方法的流程图；

图2b是本发明实施例二提供的充电机输出电压纹波的控制框图；

图3是本发明实施例三提供的充电机输出电压纹波的处理装置的结构示意图；

图4是车载充电机的系统框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的充电机输出电压纹波的处理方法的流程图。本实施例的技术方案适用于对充电机的输出电压进行调节，以抑制输出电压纹波的情况。该方法可以由充电机输出电压纹波的处理装置来执行，该装置可以采用软件和/或硬件的方式实现，配置在充电机的主控芯片中执行。参见图1所示，所述充电机输出电压纹波的处理方法，具体包括如下步骤：

步骤S100、实时采集母线电压实际值和输出电压实际值。

可以利用充电机自身包含的电压检测装置(例如传感器)实时采集母线电压实际值和输出电压实际值，以节省硬件成本。还可以增加新设计的电压采样电路，或者其他可替代的方式进行母线电压实际值和输出电压实际值的实时采样。对采样到的母线电压实际值和输出电压实际值进行滤波处理，以去除高频干扰。调整经滤波处理的母线电压实际值和输出电压实际值的电压幅值，其目的在于满足充电机的主控芯片的输入电平要求。

步骤S101、比较预设的母线电压参考值与所述母线电压实际值，以获得输出电压纹波调节值；以及，比较预设的输出电压参考值与所述输出电压实际值，以获得输出电压调节值。

其中，母线电压参考值和输出电压参考值可以是人为设置的，还可以通过其他替代方式获得，且所述母线电压参考值和输出电压参考值可以是数字信号也可以是模拟信号。预设母线电压参考值和输出电压参考值的目的在于，提供理想状态下的母线电压参考值和输出电压参考值。优选的，预设所述母线电压参考值为410V，预设所述输出电压参考值为300～440V。

充电机的主控芯片接收并储存传感器采集的所述母线电压实际值和输出电压实际值。在所述充电机的控制程序产生中断时，通过计算预设的母线电压参考值与所述母线电压实际值之间的误差量，以得到输出电压纹波调节值；以及，计算预设的输出电压参考值与所述输出电压实际值之间的误差量，以得到输出电压调节值。

步骤S102、根据所述输出电压纹波调节值和输出电压调节值获取驱动调节值，并根据所述驱动调节值调节所述输出电压实际值，返回并重复执行所述步骤S101到所述步骤S102。

通过所述充电机计算所获得的输出电压纹波调节值和输出电压调节值之间的差值，并根据所述差值确定驱动调节值，所述驱动调节值用于实时调节所述输出电压实际值。所述充电机通过所确定的驱动调节值调节谐振电路驱动单元中开关管的开关频率；以调整输出电压实际值。在开关频率增加时，输出电压实际值减小；在开关频率减小时，输出电压实际值增大。返回并重复执行所述步骤S100到所述步骤S102直至所述输出电压实际值达到预设的输出范围内，跳转执行原充电机的控制程序。

本发明实施例提供一种充电机输出电压纹波的处理方法，通过实时采集母线电压实际值和输出电压实际值；并根据上述参数得到输出电压纹波调节值以及输出电压调节值；根据所述输出电压纹波调节值和输出电压调节值获取驱动调节值，并根据所述驱动调节值调节所述输出电压实际值,重复上述步骤使得输出电压达到预设的输出范围内。本发明提供的方案，在不增加硬件成本的前提下，通过抑制输入到DC/DC谐振变换器的电压纹波对输出电压纹波的影响，解决充电机输出电压中工频纹波较大的问题，达到稳定输出电压，改善动态性能的目的，有效提高充电机输出电压质量。

实施例二

图2a是本发明实施例二提供的充电机输出电压纹波处理方法的流程图。所述充电机输出电压纹波处理方法在本发明实施例一的基础上，进一步，将比较预设的母线电压参考值与所述母线电压实际值，以获得输出电压纹波调节值；以及，比较预设的输出电压参考值与所述输出电压实际值，以获得输出电压调节值，具体优化为：

对预设的母线电压参考值、输出电压参考值、实时采集的母线电压实际值和输出电压实际值进行模数转换；

计算模数转换之后的所述母线电压参考值与所述母线电压实际值之间的差值，以得到所述波纹误差量，以及，计算模数转换之后的所述输出电压参考值与所述输出电压实际值之间的差值，以得到所述输出电压误差量；

采用比例积分算法，根据所述波纹误差量计算得出所述输出电压纹波调节值，以及，根据所述输出电压误差量计算得出所述输出电压调节值。

参见图2a所示，所述充电机输出电压纹波处理方法，包括如下步骤：

步骤S200、对预设的母线电压参考值、输出电压参考值、实时采集的母线电压实际值和输出电压实际值进行模数转换。

在预设的母线电压参考值和输出电压参考值是模拟信号时，需要将预设的母线电压参考值、输出电压参考值、实时采集的母线电压实际值和输出电压实际值进行模数转换。

另外，若预设的母线电压参考值和输出电压参考值是数字信号，则仅需将实时采集的母线电压实际值和输出电压实际值进行模数转换。

可以是，通过充电机的主控芯片的模数转换模块将所述母线电压参考值、输出电压参考值、母线电压实际值、输出电压实际值转换成相应的数字量。其中，充电机的主控芯片可以是TI公司的型号为TMS320F2808的数字信号处理芯片。

步骤S201、计算模数转换之后的所述母线电压参考值与所述母线电压实际值之间的差值，以得到所述波纹误差量，以及，计算模数转换之后的所述输出电压参考值与所述输出电压实际值之间的差值，以得到所述输出电压误差量。

在所述充电机的控制程序中设置定时中断，使得充电机的控制程序在每次执行了预设的时间长度后产生一次中断，跳转到执行驱动调节值生成以及采集信号运算的程序。优选的，所述预设的时间长度是50微秒。在所述充电机的控制程序产生定时中断时，通过TMS320F2808芯片计算模数转换之后的母线电压实际值与预设的母线电压的差值，以及计算模数转换之后的输出电压实际值与预设的输出电压实际值的差值。

步骤S202、采用比例积分算法，根据所述波纹误差量计算得出所述输出电压纹波调节值，以及，根据所述输出电压误差量计算得出所述输出电压调节值。

通过纹波电压控制器，对所述纹波误差量进行比例积分算法的运算处理，以得到输出电压纹波调节值。其目的在于，减少因母线电压的周期性脉动对充电机的输出电压产生的影响。同时，通过输出电压控制器，对所述输出电压误差量进行比例积分算法的运算处理，以得到输出电压调节值。其目的在于，稳定输出电压，提高计算准确度。

计算所述输出电压纹波调节值和输出电压调节值之间的差值，以得到驱动调节值；根据所述驱动调节值同步对所述输出电压实际值进行调节。

参见图2b所示，充电机的主控芯片将所采集的母线电压实际值Uinf与所述母线电压参考值Uinref进行减法运算，以计算转换成数字信号的所述母线电压参考值与所述母线电压实际值之间的差值，将所述差值作为所述纹波误差量，并作为纹波电压控制器的输入参数。同时，所述充电机的主控芯片将所采集的输出电压实际值Uf与所述输出电压参考值Uref进行减法运算，以计算转换成数字信号的所述输出电压参考值与所述输出电压实际值之间的差值，将所述差值作为所述输出电压误差量，并作为输出电压控制器的输入参数。其中，纹波电压控制器，用于对所述母线电压参考值与所述母线电压实际值进行运算，以减少工频纹波电压对输出电压的影响；输出电压控制器，用于对所述输出电压参考值与所述输出电压实际值进行运算，以稳定输出电压。

通过纹波电压控制器对所输入的纹波误差量进行比例积分算法得到输出电压纹波调节值。通过输出电压控制器对所输入的输出电压误差量进行比例积分算法得到输出电压调节值。计算所述输出电压纹波调节值和输出电压调节值之间的频率差值，以得到输出至充电机驱动单元的驱动调节值的频率。优选的是，根据所述输出电压纹波调节值和输出电压调节值之间的频率差值，可以确定输出至充电机的谐振电路的驱动单元的开关频率。将通过计算获得的所述驱动调节值同步传输到所述充电机谐振电路的驱动单元。在输入的母线电压中包含的电压纹波处于正弦波的波峰时，通过计算得到的驱动调节值的频率增大，谐振电路中驱动单元的开关频率增大，输出电压减小。同样的，在输入的母线电压处于正弦波波形的波谷时，通过计算得到的驱动调节值的频率减小，谐振电路中驱动单元的开关频率减小，输出电压增大。通过上述方法调节输出电压的大小，以便将输出电压纹波限制在一个很小的允许的范围之内。

通过本实施例提供的充电机输出电压纹波处理方法，通过计算模数转换之后的所述母线电压参考值与所述母线电压实际值之间的差值，以及，计算模数转换之后的所述输出电压参考值与所述输出电压实际值之间的差值；采用比例积分算法，通过上述差值计算得出所述输出电压纹波调节值以及所述输出电压调节值，根据所述输出电压纹波调节值和输出电压调节值获取驱动调节值，并根据所述驱动调节值调节所述输出电压实际值。利用比例积分算法，改变谐振电路的驱动单元中开关管的开关频率，并对电路进行循环调节，达到稳定谐振电路的输出电压的目的，并改善了系统性能。

实施例三

图3是本发明实施例三提供的充电机输出电压纹波的处理装置的结构示意图。参见图3所示，所述充电机输出电压纹波的处理装置，包括：

电压采集模块300，用于实时采集母线电压实际值和输出电压实际值；

数字信号处理模块310，用于比较预设的母线电压参考值与所述母线电压实际值，以获得输出电压纹波调节值；以及，比较预设的输出电压参考值与所述输出电压实际值，以获得输出电压调节值；

电压调节模块320，用于根据所述输出电压纹波调节值和输出电压调节值获取驱动调节值，并根据所述驱动调节值调节所述输出电压实际值，返回所述电压采集模块。

其中，所述数字信号处理模块310包括：

模数转换单元，用于对预设的母线电压参考值、输出电压参考值、实时采集的母线电压实际值和输出电压实际值进行模数转换；

第一计算单元，用于计算模数转换之后的所述母线电压参考值与所述母线电压实际值之间的差值，以得到所述波纹误差量，以及，计算模数转换之后的所述输出电压参考值与所述输出电压实际值之间的差值，以得到所述输出电压误差量；

第二计算单元，用于采用比例积分算法，根据所述波纹误差量计算得出所述输出电压纹波调节值，以及，根据所述输出电压误差量计算得出所述输出电压调节值。

其中，所述电压调节模块320包括：

调节值获取单元，用于计算所述输出电压纹波调节值和输出电压调节值之间的差值，以得到驱动调节值；

电压调节单元，用于根据所述驱动调节值同步对所述输出电压实际值进行调节，返回所述电压采集模块。

优选地，预设所述母线电压参考值为410V，预设所述输出电压参考值为300～440V。

本实施例提供的充电机输出电压纹波的处理装置，通过电压采集模块300，实时采集母线电压实际值和输出电压实际值；并通过数字信号处理模块310，确定输出电压纹波调节值和输出电压调节值；并通过电压调节模块320获取驱动调节值，并根据所述驱动调节值调节所述输出电压实际值，返回所述电压采集模块300。在不增加硬件成本的前提下，对输出电压实际值进行循环调节，获得稳定的直流输出电压，减小输出纹波。无需使用铝电解电容或膜电容，具有体积小，重量轻，效率高，运行可靠等优点。

实施例四

图4是车载充电机的系统框图。

上述实施例中提供的充电机输出电压纹波处理装置被配置于如图4所示的车载充电机的主控芯片中，所述主控芯片可以是DSP控制单元440，优选的是TI公司的型号为TMS320F2808的数字信号处理芯片。采用该数字信号处理芯片具有处理效率高，运行可靠的优点。参见图4所示，所述充电机还包括依次电连接的输入EMI(Electro MagneticInterference，电磁干扰)滤波电路400，APFC电路410，谐振电路420和全桥整流电路430。所述谐振电路420和全桥整流电路430组成DC/DC谐振变换器。

输入的交流电经过EMI滤波电路400进行滤波处理，经滤波后的交流电通过APFC电路410转换成带有工频纹波的直流电压(母线电压)输出至谐振电路420，经谐振电路420中的全桥逆变子电路(未画出)转换成交流方波，并经过所述谐振电路420中的变压器(未画出)之后，输送至全桥整流电路430，整流成直流电压输出，以实现为电池充电的目的。

其中主控芯片通过传感器(未画出)分别采集APFC电路410的输出母线电压实际值和全桥整流电路430的输出电压实际值。所述主控芯片通过检测母线电压和输出电压，经过运算处理，确定输出至APFC驱动单元411以及谐振电路驱动单元421的驱动调节值。所述谐振电路驱动单元421根据所述驱动调节值调节开关管的开关频率。在开关频率增加时，输出电压实际值减小；在开关频率减小时，输出电压实际值增大。

本实施例提供的车载充电机，通过上述实施例中记载的输出电压纹波处理装置，实现不需增加滤波器件的大小且不需设置其他外围硬件电路，即可抑制输入到DC/DC谐振变换器的电压纹波对输出电压纹波的影响，稳定输出电压，改善动态性能的目的，有效的提高了充电机系统的输出质量。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种充电机输出电压纹波的处理方法，其特征在于，包括：

步骤一、实时采集母线电压实际值和输出电压实际值；

步骤二、比较预设的母线电压参考值与所述母线电压实际值，以获得输出电压纹波调节值；以及，比较预设的输出电压参考值与所述输出电压实际值，以获得输出电压调节值；

步骤三、根据所述输出电压纹波调节值和输出电压调节值获取驱动调节值，并根据所述驱动调节值调节所述输出电压实际值，返回并重复执行所述步骤一到所述步骤三。

2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，比较预设的母线电压参考值与所述母线电压实际值，以获得输出电压纹波调节值；以及，比较预设的输出电压参考值与所述输出电压实际值，以获得输出电压调节值，包括：

对预设的母线电压参考值、输出电压参考值、实时采集的母线电压实际值和输出电压实际值进行模数转换；

计算模数转换之后的所述母线电压参考值与所述母线电压实际值之间的差值，将该差值作为波纹误差量，以及，计算模数转换之后的所述输出电压参考值与所述输出电压实际值之间的差值，以得到所述输出电压误差量；

采用比例积分算法，根据所述波纹误差量计算得出所述输出电压纹波调节值，以及，根据所述输出电压误差量计算得出所述输出电压调节值。

3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，根据所述输出电压纹波调节值和输出电压调节值获取驱动调节值，并根据所述驱动调节值调节所述输出电压实际值，返回并重复执行所述步骤一到所述步骤三，包括：

计算所述输出电压纹波调节值和输出电压调节值之间的差值，以得到驱动调节值；

根据所述驱动调节值同步对所述输出电压实际值进行调节，返回并重复执行所述步骤一到所述步骤三。

4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，预设所述母线电压参考值为410V，预设所述输出电压参考值为300～440V。

5.一种充电机输出电压纹波的处理装置，其特征在于，包括：

电压采集模块，用于实时采集母线电压实际值和输出电压实际值；

数字信号处理模块，用于比较预设的母线电压参考值与所述母线电压实际值，以获得输出电压纹波调节值；以及，比较预设的输出电压参考值与所述输出电压实际值，以获得输出电压调节值；

电压调节模块，用于根据所述输出电压纹波调节值和输出电压调节值获取驱动调节值，并根据所述驱动调节值调节所述输出电压实际值，返回所述电压采集模块。

6.根据权利要求5所述的处理装置，其特征在于，所述数字信号处理模块包括：

模数转换单元，用于对预设的母线电压参考值、输出电压参考值、实时采集的母线电压实际值和输出电压实际值进行模数转换；

第一计算单元，用于计算模数转换之后的所述母线电压参考值与所述母线电压实际值之间的差值，将该差值作为波纹误差量，以及，计算模数转换之后的所述输出电压参考值与所述输出电压实际值之间的差值，以得到所述输出电压误差量；

第二计算单元，用于采用比例积分算法，根据所述波纹误差量计算得出所述输出电压纹波调节值，以及，根据所述输出电压误差量计算得出所述输出电压调节值。

7.根据权利要求5所述的处理装置，其特征在于，所述电压调节模块包括：

调节值获取单元，用于计算所述输出电压纹波调节值和输出电压调节值之间的差值，以得到驱动调节值；

电压调节单元，用于根据所述驱动调节值同步对所述输出电压实际值进行调节，返回所述电压采集模块。

8.根据权利要求5所述的处理装置，其特征在于，预设所述母线电压参考值为410V，预设所述输出电压参考值为300～440V。