CN105099178A - 用于控制输出电压的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种输出电压的控制方法和装置。该方法包括感测DC-DC转换器和高电压电池的输出电压，以及感测流经DC-DC转换器前端的升压电路中的电感器的电感器电流。此外，该方法包括基于所感测的电感器电流相对于在指定区域的中心点处的电感器电流的差改变DC-DC转换器的输出电压控制器的增益。

Description

用于控制输出电压的方法和装置
技术领域
本发明总体上涉及一种用于控制输出电压的方法和装置，更具体地，涉及一种用于通过基于直流-直流(DC-DC)转换器的升压电路中的电感器电流连续性而改变输出电压控制器的增益来控制输出电压的方法和装置。
背景技术
通常，在环保型车辆中使用的DC-DC转换器根据高电压电池和电子负载条件的改变具有不同的控制频带。当控制频带减小时，噪声控制相当高，但响应能力变差，导致在过渡状态中控制性能的劣化。因此，DC-DC转换器需要延伸到整个操作区域而响应能力即使在高电压电池和电子负载的条件改变时也不劣化的相同的控制频带。DC-DC转换器可以由具有可变活跃电平的升压电路和具有固定活跃电平的全桥电路组成。DC-DC转换器的输入端连接到高电压电池；并且DC-DC转换器的输出端连接到低电压电池和各种其他电子负载。
为了具有包含整个操作区域的相同的控制频带，升压电路中的电感器需要相当高的电感。当电感足够高时，流经执行可变活跃性控制的升压电路的电感器的电流的断续性可降低。然而，硬件中存在的问题在于不能充分提高电感器的电感。
以上所述仅旨在帮助理解本发明的背景，并不旨在表示本发明落入本领域技术人员已知的现有技术的范围之内。
发明内容
因此，本发明提供一种输出电压控制方法和装置，其改变比例积分控制器(PI控制器)的增益以便即使在电感器电流断续模式下也维持控制响应能力，从而提高输出电压的响应能力。
为了达到上述目的，根据一个方面，本发明提供一种输出电压控制方法，其可包括：感测DC-DC转换器和高电压电池的输出电压；感测流经DC-DC转换器前端的升压电路中的电感器的电感器电流；以及基于所感测的电感器电流相对于在指定区域的中心点处的电感器电流的差，改变DC-DC转换器的输出电压控制器的增益。
DC-DC转换器的输出侧可以连接到负载终端，并且感测电感器电流的步骤可包括感测随着负载终端的改变而改变的电感器电流。在中心点处的电感器电流可基于感测的高电压电池的输出电压和电感器的电感来计算。指定区域可以是活跃或休眠区域。改变增益的步骤可包括与在中心点处的电感器电流和所感测的电感器电流之间的差成比例地增加增益。此外，改变增益的步骤可包括基于在中心点处的电感器电流和所感测的电感器电流之间的差根据预设图改变增益。改变增益的步骤可包括基于在中心点处的电感器电流和所感测的电感器电流之间的差确定电感器电流的断续性。当电感器电流被确定是断续的时候，可以执行改变DC-DC转换器的输出电压控制器的增益的步骤。还可以执行另一步骤以确定在增益改变时电感器电流的连续性，并且当电感器电流被确定是连续的时候，中断增益的改变。
根据另一个方面，本发明提供一种输出电压控制装置，其可包括多个第一传感器，其被配置成感测直流-直流(DC-DC)转换器和高电压电池的输出电压；升压电路，其设置在所述DC-DC转换器的前端用以升高所述DC-DC转换器的输入电压；第二传感器，其被配置成感测流经升压电路中的电感器的电感器电流；以及DC-DC转换器的输出电压控制器，其被配置成基于所感测的电感器电流相对于在指定区域的中心点处的电感器电流的差而改变增益。
根据本发明，该方法和装置可以改善流经升压电路中的电感器的电感器电流变得断续的现象，从而改善了输出电压的响应能力。进一步地，根据本发明，即使当电子负载的使用相当低时；低电压电池也可以充分地充电或者DC-DC转换器的输出电压可类似于高电压电池的充电电压；并且相当高的负载，例如撞击制动器，可以间歇使用，输出电压的控制性能可以被保持，从而提供稳定的车辆电源。
附图说明
结合附图，从下面的具体实施方式中将可以更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征和其他优点，附图中：
图1是示出包括根据本发明示例性实施例的输出电压控制装置的输出电压控制系统的示例性框图；
图2是示出根据本发明示例性实施例的输出电压控制方法的示例性流程图；
图3是示出在根据本发明示例性实施例的控制器中提供的电压控制器和电流控制器的示例性框图；并且
图4是示出对于根据本发明示例性实施例的每个电流模式的感测到的电感器电流值随时间流动的示例性曲线图。
具体实施方式
应当理解，这里所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他类似术语总体上包括机动车辆，例如，包括运动型多用途车(SUV)的乘用车、公共汽车、卡车、各种商用车辆、包括各种舰船和船舶的水运工具、航空器等，并且还包括混合动力车辆、纯电动车辆、插电式混合动力车辆、氢动力汽车和其他替代燃料(例如，从除石油以外的资源得到的燃料)车辆。
本文所公开的对本发明的示例性实施例的具体结构和功能的描述仅用于说明本发明的示例性实施例的目的。在不脱离本发明的精神和显著特征的情况下，本发明可以以许多不同的形式实施。因此，本发明的示例性实施例仅为说明的目的而公开，而不应被解释为限制本发明。
虽然示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性进程，应当理解，示例性进程还可通过一个或多个模块来执行。此外，应当理解，术语控制器/控制单元指的是包含存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置成存储模块，处理器被特别配置成运行所述模块，以执行下文所述的一个或多个进程。
此外，本发明的控制逻辑可以实施为计算机可读媒介上的非暂时性计算机可读介质，其包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、压缩光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录介质也可分布在联网的计算机系统中，以便计算机可读介质以分布方式存储和执行，例如，通过远程信息处理服务器或控制器局域网络(CAN)。
除非上下文特别声明或明显可以看出，本文所用的术语“约”应理解为在本领域正常公差的范围之内，例如在平均值的两个标准偏差之内。“约”可理解为在声明值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％之内。除非上下文另有明确的声明，本文提供的所有数值可通过术语“约”修饰。
由于本发明的示例性实施例可以通过许多不同的形式进行各种修改，所以现在将详细参考本发明的各种示例性实施例，其具体示例示于附图并在以下描述。虽然本发明将结合其中的示例性实施例来进行说明，但应当理解，本描述并非旨在将本发明限制为那些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅覆盖示例性实施例，还覆盖可以包括在权利要求书所限定的本发明的精神和范围内的各种改变、修改、等同物及其他实施例。
应当理解，虽然术语“第一”、“第二”等在这里可以用于描述多个元件，但这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件和另一个元件。例如，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件可以被称为第二元件。类似地，第二元件也可以被称为第一元件。
应当理解，当一个元件被称为被“联接”或“连接”到另一个元件时，它可以直接联接或连接到另一个元件或者可以通过在这两个元件之间存在中间元件。相反，应当理解，当一个元件被称为被“直接联接”或“直接连接”到另一个元件时，则不存在中间元件。描述组件之间关系的其他表达式，诸如“在...之间”，“直接在...之间”，“相邻”或“直接相邻”应以相同的方式解释。
本文所用术语仅为描述特定实施例，并不旨在限制本发明。除非上下文另有明确说明，如本文所用的单数形式“一种/个(a/an)”、和“该”也应包括复数个对象。还应当理解，当术语“包括”、“包含”、“具有”等在本说明书中使用时，指存在所述特征、整数、步骤、操作、要素、和/或部件，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、要素、部件和/或其组合。
应当理解，除非以其他方式另外指出，本说明书中所使用的所有术语，包括技术和科学术语，与本领域技术人员所理解的术语具有相同含义。必须理解，除非上下文另有明确说明，字典中定义的术语与在背景技术中的含义是相同的，它们不应该被理想化或过度形式化地定义。
在下文中，将参考附图对本发明的示例性实施例进行详细描述。在整个附图中，相同的附图标记将指代相同或相似的部件。
图1是示出包括根据本发明示例性实施例的输出电压控制装置的输出电压控制系统的示例性框图。参考图1，输出电压控制系统100可以包括控制器110、DC-DC转换器120、高电压电池130、低电压电池140和电子负载150。DC-DC转换器120可包括前升压电路122和后全桥电路124。
输出电压控制装置可包括：被配置成感测DC-DC转换器120和高电压电池130的输出电压的多个第一传感器或电压传感器(未示出)、DC-DC转换器120、被配置成感测流经DC-DC转换器120的升压电路122中的电感器的电流的第二传感器(未示出)或电流传感器、被配置成改变(例如，调整)DC-DC转换器120的输出电压增益的输出电压控制器(图3中的310)、以及被配置成接收升压电路122的感测的电感器电流以输出活跃值的电流控制器(图3中的320)。该升压电路122可以以可变的活跃方式进行控制，但全桥电路124可以以固定的活跃方式进行控制。DC-DC转换器120可以在其输入侧与高电压电池130连接，并在其输出侧与低电压电池140和电子负载150连接。
图2是示出根据本发明示例性实施例的输出电压控制方法的示例性流程图，图3是示出在根据本发明示例性实施例的控制器中提供的电压控制器和电流控制器的示例性框图，并且图4是示出对于根据本发明示例性实施例的每个电流模式的感测到的电感器电流值随时间流动的示例性曲线图。
参考图1至图4，输出电压控制方法可包括：通过多个电压传感器感测DC-DC转换器120和高电压电池130的输出电压的步骤(S201)；通过电流传感器感测流经DC-DC转换器120前端的升压电路122中的电感器(L)的电感器电流(i1(t))的步骤(S203)；以及通过控制器计算所感测的电感器电流(i1(t))相对于指定区域的中心点的电感器电流的差的步骤(S205)和通过控制器根据该差基于预设图改变DC-DC转换器120的输出电压控制器(图3中的310)的增益的步骤(S207)；从而控制DC-DC转换器120的输出电压的步骤(S209和S211)。此后，电感器电流可以根据电压控制器310的电流命令进行控制或调节(S213)，并且电流控制器320可以被配置成输出升压电路122的活跃值(S215)。DC-DC转换器120的输出侧可连接到低电压电池140和负载终端，例如电子负载150，并且感测可根据负载终端的负载变化和电池的充电状态而变化的电感器电流。
如图4所示，上述指定区域可以是活跃区域(D)或休眠区域(1-D)。所感测的电感器电流(i1(t))相对于在活跃区域(D)或休眠区域(1-D)中的中心点处的电感器电流(ILB_bcm)的差(ILB_err)可以被计算出来。具体地，在中心点处的电感器电流可以是当电感器电流是连续时的时间与当电感器电流是断续时的时间之间的中心点处的电感器电流。当所感测的电感器电流(i1(t))大于在中心点处的电感器电流(ILB_bcm)时，上述差(ILB_err)大于0。特别地，控制器110可以被配置成确定电感器电流是连续的。
当感测到的电感器电流(i1(t))约等于在中心点处的电感器电流(ILB_bcm)时，上述差(ILB_err)约等于0。进一步地，当感测到的电感器电流(i1(t))小于在中心点处的电感器电流(ILB_bcm)时，上述差(ILB_err)约小于0。当上述差(ILB_err)负增加时，差(ILB_err)的绝对值增加。当感测到的电感器电流(i1(t))小于在中心点处的电感器电流(ILB_bcm)时，上述差(ILB_err)约小于0。具体地，控制器110可以被配置成确定电感器电流是断续的。当电感器电流处于断续导通模式时，反应能力相比当电感器电流处于连续导通模式时有所降低。这种响应能力的降低可以通过与上述差(ILB_err)的绝对值成比例地增加电压控制器310的增益进行补偿。所感测的电感器电流是指所感测的电感器电流的平均值。
在中心点处的电感器电流(ILB_bcm)可以基于所感测的高电压电池的输出电压(Vbat)、电感器(L)的电感和升压终端的电压来计算。具体地，电感器电流(ILB_bcm)可根据如下的公式(1)计算。
公式(1)
ILB_bcm＝(Vdc-Vbat)/Lb*(1-d)Ts*(1/2)
其中，Vbat是高电压电池的电压，Vdc是升压终端的电压，d是活跃性，Ts是切换周期，并且Lb是在升压终端处的电感器的电感。
电感器电流的断续性可以根据在中心点处的电感器电流与所感测的电感器电流之间的差来确定。当电感器电流被确定为断续的时候，DC-DC转换器的输出电压控制器的增益可以改变。进一步地，当电感器电流再次从断续模式切换到连续模式时，增益的改变可被中断。当该增益连续地增加时，甚至当断续-连续切换的更新被延迟时，由于过大的增益而可能发生上冲。因此，当电流模式切换时，增益的改变可被中断。特别地，改变增益应当被设定成使得输出电压在断续性和连续性之间的边界处的上冲或下冲被阻止。进一步地，增益的数字采样和数字滤波不应被延迟。因此，采样周期、滤波时间常数等可被设定。
虽然为了说明的目的已经说明了本发明的示例性实施例，本领域技术人员将会理解，在不脱离权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替换都是可能的。

Claims (10)

1.一种控制输出电压的方法，其包括：
通过多个电压传感器感测直流-直流(DC-DC)转换器和高电压电池的输出电压；
通过电流传感器感测流经所述DC-DC转换器前端的升压电路中的电感器的电感器电流；以及
通过控制器基于所感测的电感器电流相对于在指定区域的中心点处的电感器电流的差，改变所述DC-DC转换器的输出电压控制器的增益。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述DC-DC转换器的输出侧连接到负载终端，并且感测电感器电流的处理包括通过所述电流传感器感测随着负载终端的改变而改变的电感器电流。
3.根据权利要求1所述的方法，其中基于感测的高电压电池的输出电压和电感器的电感来计算所述在指定区域的中心点处的电感器电流。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述指定区域是活跃或休眠区域。
5.根据权利要求1所述的方法，其中改变所述DC-DC转换器的输出电压控制器的增益的处理包括：
通过所述控制器与所述在指定区域的中心点处的电感器电流和所感测的电感器电流之间的差成比例地增加增益。
6.根据权利要求1所述的方法，其中改变所述DC-DC转换器的输出电压控制器的增益的处理包括：
通过所述控制器基于所述在指定区域的中心点处的电感器电流和所感测的电感器电流之间的差，根据预设图改变增益。
7.根据权利要求1所述的方法，其中改变所述DC-DC转换器的输出电压控制器的增益的处理包括：
通过所述控制器基于所述在指定区域的中心点处的电感器电流和所感测的电感器电流之间的差，确定电感器电流的断续性。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，响应于确定所述电感器电流是断续的，改变所述DC-DC转换器的输出电压控制器的增益。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
通过所述控制器确定随着增益改变所述电感器电流是否变为连续的，并且当确定所述电感器电流是连续的时候，通过所述控制器中断增益的改变。
10.一种输出电压控制装置，其包括：
多个电压传感器，其被配置成感测直流-直流(DC-DC)转换器和高电压电池的输出电压；
升压电路，其设置在所述DC-DC转换器的前端并且被配置成升高所述DC-DC转换器的输入电压；
电流传感器，其被配置成感测流经所述升压电路中的电感器的电感器电流；以及
所述DC-DC转换器的输出电压控制器，其被配置成基于所感测的电感器电流相对于在指定区域的中心点处的电感器电流的差而改变增益。
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