CN108092514B - 具有dc-dc变换器的车辆及控制车辆用dc-dc变换器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有DC‑DC变换器的车辆及控制车辆用DC‑DC变换器的方法。本发明提供了一种车辆，其可包括：第一电池，输出具有第一电压的功率；第二电池，输出具有第二电压的功率；DC‑DC变换器，将第一电池的第一电压变换为第二电压，并且将具有第二电压的功率供应至第二电池。DC‑DC变换器可包括：变压器，将第一电压变换为第二电压；第一开关，控制从第一电池输入至变压器的第一电流；电流传感器，测量从变压器输出至第二电池的第二电流的值；以及控制器，基于设定的导通/截止频率来导通/截止第一开关。控制器可基于第二电流的测量值来对第一开关的导通/截止进行延时。

Description

具有DC-DC变换器的车辆及控制车辆用DC-DC变换器的方法
技术领域
本发明涉及具有直流-直流变换器(DC-DC变换器)的车辆及控制车辆用DC-DC变换器的方法。
背景技术
本部分的陈述仅提供与本发明相关的背景信息并且可不构成现有技术。
通常，车辆是使用化石燃料、电等作为动力源在道路或轨道上行驶的运输工具。
使用化石燃料的车辆通过燃烧化石燃料排出粉尘、水蒸气、二氧化碳、一氧化碳、碳氢化合物、氮、氮氧化合物和/或硫氧化物等。已知水蒸气和二氧化碳导致全球变暖，并且已知一氧化碳、碳氢化合物、氮、氮氧化合物和/或硫氧化物是对人体有害的空气污染物。
为此，目前正在开发使用能够替代化石燃料的环保能源的车辆。例如，正在开发使用化石燃料和电两者的混合动力车辆(HEV)和仅使用电的电动车辆(EV)。
HEV和EV包括：高压电池，向用于移动车辆的电动机供电；和低压电池，向车辆的电组件供电。而且，通常，HEV和EV包括变换器，用于将高压电池的电压变换为低压电池的电压，以从高压电池向低压电池供电。
发明内容
本发明提供了包括能够降低开关损耗的DC-DC变换器的车辆、车辆用DC-DC变换器、以及控制车辆用DC-DC变换器的方法。
在本发明的一个方面中，车辆可包括：第一电池，配置为输出具有第一电压的功率；第二电池，配置为输出具有第二电压的功率；DC-DC变换器，配置为将第一电池的第一电压变换为第二电压，并且配置为将具有第二电压的功率供应至第二电池。DC-DC变换器可包括：变压器，配置为将第一电压变换为第二电压；第一开关，配置为控制从第一电池输入至变压器的第一电流；电流传感器，配置为测量从变压器输出至第二电池的第二电流；以及控制器，配置为基于设定的导通/截止频率来导通/截止第一开关。控制器可基于所测量的第二电流值来对第一开关的导通/截止进行延时。
控制器可随着所测量的第二电流值减小而增加对第一开关的导通进行延时的死区时间。
车辆还可包括电压传感器，配置为测量第一电池的第一电压值。
控制器可随着所测量的第一电压值减小而减小死区时间。
控制器可根据所测量的第一电压值和所测量的第二电流值来计算死区时间。
控制器可从包括多个第一电压值、多个第二电流值、以及与多个第一电压值和多个第二电流值对应的多个死区时间的查找表格中获取与所测量的第一电压值和所测量的第二电流值对应的死区时间。
DC-DC变换器还可包括：复位电容器，配置为复位变压器的初级线圈；和第二开关，配置为控制复位电容器的复位电流。控制器可在第一开关截止之后导通第二开关，并且在第二开关截止之后导通第二开关。
如果在第二开关截止之后经过死区时间，则控制器可导通第一开关。
控制器可随着第二电流的测量值减小而增加死区时间。
第一开关两端的电压可由于由变压器的漏电感和第一开关的寄生电容引起的谐振现象而改变，并且当第一开关两端的电压由于谐振现象而变为最小值时，控制器可导通第一开关。
DC-DC变换器还可包括：整流电路，配置为对从变压器输出的电压和电流进行整流。
在本发明的一个方面中，将从第一电池输出的第一电压变换为从第二电池输出的第二电压的DC-DC变换器可包括：变压器，包括连接至第一电池的初级线圈和连接至第二电池的次级线圈，并且配置为将第一电压变换为第二电压；第一开关，串联连接至变压器；复位电容器，并联连接至初级线圈；第二开关，串联连接至复位电容器；电压传感器，配置为测量第一电压值；电流传感器，配置为测量从次级线圈输出的第二电流值；以及控制器，配置为基于操作频率交替导通/截止第一开关和第二开关。控制器可基于所测量的第一电压值和所测量的第二电流值来对第一开关的导通进行延时。
如果在第二开关截止之后经过死区时间，则控制器可导通第一开关。
控制器可随着所测量的第二电流值减小而增加死区时间。
控制器可随着所测量的第一电压值减小而减小死区时间。
控制器可根据所测量的第一电压值和所测量的第二电流值来计算死区时间。
控制器可从包括多个第一电压值、多个第二电流值、以及与多个第一电压值和多个第二电流值对应的多个死区时间的查找表格中获取与所测量的第一电压值和所测量的第二电流值对应的死区时间。
DC-DC变换器还可包括：整流电路，配置为对从变压器输出的电压和电流进行整流。
在本发明的一种实施方式中，一种控制DC-DC变换器(包括：变压器，配置为将第一电池的第一电压变换为第二电池的第二电压；第一开关，配置为控制输入至变压器的第一电流；复位电容器，配置为复位变压器的初级线圈；和第二开关，配置为控制复位电容器的复位电流)的方法可包括：导通第二开关以复位变压器的初级线圈；截止第二开关；测量从变压器的次级线圈输出的第二电流值；测量第一电池的第一电压值；基于所测量的第二电流值和所测量的第一电压值来决定对第一开关的导通进行延时的死区时间；在经过死区时间后导通第一开关；以及截止第一开关。
死区时间可随着所测量的第二电流值减小而增加。
死区时间可随着所测量的第一电压值减小而减小。
决定死区时间可包括：根据所测量的第一电压值和所测量的第二电流值，通过处理器计算死区时间。
决定死区时间可包括：将包括多个第一电压值、多个第二电流值和与多个第一电压值和多个第二电流值对应的多个死区时间的查找表格存储在存储器中；以及从存储在存储器中的查找表格中获取与所测量的第一电压值和所测量的第二电流值对应的死区时间。
根据在此提供的描述，进一步的应用领域将变得显而易见。应该理解描述和具体示例仅旨在说明的目的，而不意欲限制本发明的范围。
附图说明
为了可很好地理解本发明，现在将参考附图，描述其以示例的形式给出的各种实施方式，其中：
图1是示出车辆车身的视图；
图2是示出车辆底盘的视图；
图3是示出车辆电组件的示意图；
图4是示出车辆动力系统的框图；
图5是示出DC-DC变换器的配置的示图；
图6是示出DC-DC变换器的操作示例的流程图；
图7、图8、图9、图10和图11示出了根据DC-DC变换器的操作的电流流动；
图12A至图12C和图13A至图13C是用于描述包括在DC-DC变换器中的第一开关导通的视图；
图14是示出DC-DC变换器的另一操作示例的流程图；
图15是DC-DC变换器用来决定第一开关的死区时间的查找表格；
图16A至图16E示出了包括在DC-DC变换器中的第一开关的导通时间的改变；以及
图17是示出DC-DC变换器的功率变换效率的曲线图；
在此描述的附图仅用于说明目的，而不旨在以任何方式限制本发明的范围。
具体实施方式
以下描述的性质仅是示例性的，而不旨在限制本发明、应用或用途。应该理解，在整个附图中，对应的附图标记指示相同或对应的部件和特征。
提供以下详细描述以帮助读者获得全面理解在此所描述的方法、装置和/或系统。因此，本领域的普通技术人员将得到在此描述的方法、装置和/或系统的各种变化、变型和等同物的启示。所描述的处理操作的进行是一个示例；然而，操作和/或操作的顺序不限于在此阐释的那样，并且可以如本领域已知的那样改变，除了必须以特定顺序发生的操作之外。另外，为了更加清楚及简洁，可省略已知功能和构造的相应描述。
附加地，示例性实施方式可实现为许多不同实施方式并且不应该理解为被限制于在此所阐释的实施方式。提供这些实施方式，使得本发明将变得充分和完整并且将向本领域的普通技术人员完整地传递示例性实施方式。
将理解，尽管在此可使用术语“第一”、“第二”等来描述各个元件，但是不应该通过这些术语来限制这些元件。这些术语仅是用于将元件彼此区分。如在此所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何及所有组合。
将要理解，当元件称为被“连接”或“耦合”至另一元件时，其可以直接连接或耦合至其他元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件称为被“直接连接”或“直接耦合”至另一元件时，不存在中间元件。
在此使用的术语仅是为了描述特殊实施方式的目的，而不旨在限制。如在此所使用的，除非上下文中清楚地指明，否则单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在同样包括复数形式。
在下文中，将参考附图来描述本发明的操作原理和实施方式。
车辆是使用内燃机和/或电动机的扭矩来运输人和/或物的机/电设备。
使用内燃机的车辆将通过爆炸性燃烧例如汽油、柴油、天然气等的化石燃料产生的平动能转换为转动能，并且使用转动能移动。
使用电动机的车辆(称为电动车辆(EV))将存储在电池中的电能转换为转动能，并且使用转动能移动。
存在使用内燃机和电动机两者的车辆。称为混合动力车辆(HEV)的车辆可以使用内燃机和电动机移动。HEV分为：普通HEV，通过从外部接收化石燃料使用内燃机和电机(发电机)发电；和插电式混合动力车辆(PHEV)，从外部接收化石燃料和电能。
EV和HEV可包括用于向驱动电动机供电的电池和用于向车辆的电组件供电的电池。例如，用于向驱动电动机供电的电池的输出电压可为大约数百伏(V)，并且用于向电组件供电的电池的输出电压可为大约数十伏(V)。
而且，EV可从外部电源对用于驱动电动机的电池进行充电，并且通过变换用于驱动电动机的电池的电压来对用于电组件的电池进行充电。HEV也可使用内燃机对用于驱动电动机的电池进行充电，并且通过变换用于驱动电动机的电池的电压来对用于电组件的电池进行充电。
因此，EV和HEV可包括DC-DC变换器，用于将从用于驱动电动机的电池输出的数百伏的电压变换为用于对用于电组件的电池进行充电的数十伏的电压。
在下文中，将详细描述车辆和包括在车辆中的DC-DC变换器。
图1示出了本发明的一种实施方式的车辆车身。图2示出了本发明的一种实施方式的车辆底盘。图3示出了本发明的一种实施方式的车辆电组件。而且，图4示出了本发明的一种实施方式的车辆动力系统。
参考图1至图4，车辆1可包括：车身10，形成车辆1的外形并且配置为容纳驾驶员和/或行李；底盘20，包括动力生成系统、动力输送系统、制动系统、转向系统、车轮等；和多个电组件30，配置为保护驾驶员并且为驾驶员提供便利。
如图1所示，车身10可形成驾驶员能够停留的内部空间、容纳发动机的发动机舱以及容纳行李的行李箱。
车身10可包括发动机罩11、前翼子板12、顶盖13、车门14、行李箱盖15以及后翼子板16。而且，为了为驾驶员提供可视性，车身10可包括前部的前窗17、侧部的侧窗18以及后部的后窗19。
如图2所示，底盘20可包括动力生成系统21、动力输送系统22、转向系统23、制动系统24以及车轮25，使得车辆1能够根据驾驶员的控制和/或自动驾驶系统的控制行驶。而且，底盘20还可包括固定动力生成系统21、动力输送系统22、转向系统23、制动系统24和车轮25的车架26。
动力生成系统21可生成车辆1行驶所需的扭矩，并且可包括内燃机21a、燃料供应装置、排气装置、电动机21b以及第一电池B1。
动力输送系统22可将动力生成系统21生成的扭矩输送至车轮25，并且可包括离合器/变速器22a、变速杆、变速器、差动齿轮以及驱动轴22b。
转向系统23可控制车辆1的行驶方向，并且可包括方向盘23a、转向器23b以及转向连杆23c。
制动系统24可停止车轮25的转动并且可包括制动踏板、主缸、制动盘24a以及制动片24b。
车轮25可通过动力输送系统22从动力生成系统21接收扭矩以移动车辆1。车轮25可包括设置在车辆1前部的前轮和设置在车辆1后部的后轮。
除了上述机械组件之外，车辆1可包括用于控制车辆1并且保证驾驶员和乘客安全和便利的各种电组件30。
如图3和图4所示，车辆1可包括发动机管理系统(EMS)31、电动机控制单元32、变速器控制单元33、电动助力转向器34、电子制动系统(EBS)35、导航系统36、音频系统37以及加热/通风/空调(HAV)装置38。
电组件30可通过车辆用通信网络(CNT)彼此通信。例如，电组件30可通过以太网、媒体导向系统传输(MOST)、FlexRay、控制器区域网络(CAN)、局域互联网(LIN)等彼此间发送/接收数据。
而且，电组件30可从第二电池B2接收电能。
第二电池B2可与图2所示的第一电池B1分离。
例如，如图4所示，第一电池B1可向驱动车辆1的电动机21b供电，并且输出数百伏(V)的电压(例如，200V至800V)以向电动机21b供电。而且，第二电池B2可向电组件30供电，并且输出数十伏(V)的电压(例如，12V至24V)以向电组件30供电。换言之，为了向配置为接收不同电压的电能的电动机21b和电组件30供电，第一电池B1可与第二电池B2分离。
而且，第一电池B1可向电动机21b供电，并且可通过电动机21b进行充电。
例如，当车辆1沿着下坡路向下移动时，车辆1可利用重力和/或惯性移动，并且车轮25的旋转力可通过动力输送装置22输送至电动机21b。电动机21b可根据从车轮25输送的旋转力而生成电能，并且可将电动机21b生成的电能存储在第一电池B1中。
根据另一示例，当驾驶员停止车辆1或使车辆1减速时，电动机21b可生成用于使车辆1减速的再生制动力并且通过再生制动生成电能。电动机21b生成的电能可存储在第一电池B1中。
这样，第一电池B1可从电动机21b接收电能，然而，第二电池B2可通过DC-DC变换器100从第一电池B1接收电能。
如以上所述，第二电池B2的电压可与第一电池B1的电压不同。因此，为了对第二电池B2进行充电，可设置用于将第一电池B1的电压变换为第二电池B2的电压的DC-DC变换器100。
DC-DC变换器100可将从第一电池B1输出的第一电压变换为第二电池B2的第二电压。通过DC-DC变换器100变换的第二电压的电能可存储在第二电池B2中。
在下文中，将描述DC-DC变换器100的配置和操作。
图5示出了根据本发明的一种实施方式的DC-DC变换器的配置。
如图5所示，DC-DC变换器100可设置在输出第一电压V1的第一电池B1与输出第二电压V2的第二电池B2之间。DC-DC变换器100可接收第一电压V1并且输出第二电压V2。
DC-DC变换器100可包括变压器120、驱动开关电路130、复位电路140、复位开关电路150、整流电路160、滤波电路165、第一电压传感器170、第二电压传感器180、输出电流传感器190和控制器110。
变压器120可使用电磁感应来改变交流电压的值和/或交流电流的值。
变压器120可包括输入侧的初级线圈L1、输出侧的次级线圈L2、设置在次级线圈L2中心的中心抽头CT和配置为将磁场从初级线圈L1传递至次级线圈L2的磁芯。可通过输入至初级线圈L1的交流电压和交流电流在磁芯中形成随时间变化的磁场，并且可通过磁芯的磁场在次级线圈L2中生成交流电压和交流电流。
次级线圈L2可被中心抽头CT划分为第一线圈L2-1和第二线圈L2-2。中心抽头CT可设置在次级线圈L2的中心，并且第一线圈L2-1的匝数可与第二线圈L2-2的匝数相同。这种类型的变压器120称为中心抽头变压器。这样，包括中心抽头CT的变压器120可与将在之后描述的整流电路160一起对从次级线圈L2输出的交流电压和交流电流进行全波整流。下面将更加详细地描述通过第一线圈L2-1和第二线圈L2-2进行的全波整流。
可通过以下公式(1)来计算从次级线圈L2输出的输出电压。
Figure BDA0001267881230000091
这里，Vout表示次级线圈L2的输出电压，Vin表示初级线圈L1的输入电压，N2表示次级线圈L2的匝数，以及N1表示初级线圈L1的匝数。
根据公式(1)，次级线圈L2的输出电压Vout可与初级线圈L1的输入电压Vin、以及次级线圈L2的匝数N2相对于初级线圈L1的匝数N1的比率成比例。
假设理想变压器的输入功率(电压和电流)与输出功率相等，然而，在实际变压器中，由于磁芯损耗等，所以输入功率与输出功率不同。可以通过漏电感来表示实际变压器的损耗。而且，为了更加精确地建模，变压器120还可包括表示漏电感的漏电感器L3。
假设理想变压器中由初级线圈L1形成的全部磁场都传递至次级线圈L2。然而，在实际变压器中，由初级线圈L1形成的部分磁场保留在初级线圈L1中。可以通过磁化电感来表示保留在初级线圈L1中的分量。而且，为了更加精确地建模，变压器120还可包括表示磁化电感的磁化电感器L4。
驱动开关电路130可串联连接至变压器120的初级线圈L1并且控制电流，使得交流电流输入至变压器120的初级线圈L1。
第一电池B1可输出直流电压和直流电流，并且变压器120可变换交流电压和交流电流。因此，驱动开关电路130可使从第一电池B1输出的直流电流通过或阻断从第一电池B1输出的直流电流，使得交流电流输入至变压器120。
更具体地，驱动开关电路130可重复执行使从第一电池B1朝向变压器120的电流通过的操作和阻断从第一电池B1朝向变压器120的电流的操作。换言之，驱动开关电路130可以非常高的速度(例如，数百kHz)重复执行使电流通过和阻断电流的操作。通过驱动开关电路130的开关操作，随时间改变的电流，即交流电流，可以输入至变压器120。
驱动开关电路130可包括：第一开关Q1，用于根据输入信号使电流通过或阻断电流；第一续流二极管D1，用于保护第一开关Q1免于第一开关Q1的反向电压；以及第一寄生电容器C1，用于寄生在第一开关Q1上。
第一开关Q1可根据来自控制器110的驱动信号而断开或闭合。如果第一开关Q1闭合(导通)，则电流可从第一电池B1流至变压器120，并且如果第一开关Q1断开(截止)，则可阻断从第一电池B1流至变压器120的电流。如果第一开关Q1重复断开或闭合，则可将交流电流供应至变压器120的初级线圈L1。
可利用各种结构和材料来实现第一开关Q1。例如，第一开关Q1可采用双极结型晶体管(BJT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。而且，第一开关Q1可由半导体材料形成，例如硅(Si)、碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)等。
第一续流二极管D1可保护第一开关Q1免于由变压器120的初级线圈L1的电感引起的反向电压。
可根据第一开关Q1的物理结构来创建第一续流二极管D1，或第一续流二极管可与第一开关Q1分离。第一续流二极管D1可设置在第一开关Q1的两端之间(例如，发射极与集电极之间或源极与漏极之间)。
由于第一开关Q1的物理结构，所以寄生电容可形成在第一开关Q1的两端之间(例如，发射极与集电极之间或源极与漏极之间)。这样，第一寄生电容器C1可表示第一开关Q1的寄生电容。
复位电路140可并联连接至变压器120，并且发射累积在变压器120的磁化电感器L4中的磁能。如以上所述，保留在初级线圈L1中而未被传递至变压器120的次级线圈L2的磁场可通过磁化电感器L4来表示，并且复位电路140可发射存储在磁化电感器L4中的磁能(即，电流)。
复位电路140可包括用于发射存储在变压器120的磁化电感器L4中的磁能的复位电容器C3。磁化电感器L4可通过累积的磁能生成电流，并且复位电容器C3可将磁化电感器L4的电流存储为电能。
复位开关电路150可串联连接至复位电容器C3，并且复位开关电路150和复位电容器C3可并联连接至变压器120。
复位开关电路150可控制用于发射累积在磁化电感器L4中的磁能的电流。换言之，根据复位开关电路150的操作，存储在变压器120的磁化电感器L4中的磁能可发射至复位电路140，或者可被阻断发射至复位电路140。
复位开关电路150可包括：第二开关Q2，用于控制存储在磁化电感器L4中的磁能的发射；第二续流二极管D2；以及第二寄生电容器C2。
第二开关Q2可通过累积的磁能来允许或阻断磁化电感器L4的电流发射。如果第二开关Q2闭合(导通)，则电流可在磁化电感器L4与复位电容器C3之间流动，并且如果第二开关Q4断开(截止)，则可阻断在磁化电感器L4与复位电容器C3之间流动的电流。
可利用各种结构和材料来实现第二开关Q2。例如，第二开关Q2可采用BJT、MOSFET、IGBT等。而且，第二开关Q2可由半导体材料形成，例如硅(Si)、碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)等。
整流电路160可将从变压器120输出的交流电流变换为直流电流。
如以上所述，变压器120可改变交流电压的值和/或交流电流的值。即，变压器120可接收交流电压和交流电流、改变交流电压和交流电流的大小、以及然后输出改变的交流电压和交流电流。
整流电路160可将从变压器120输出的交流电压和交流电流变换为直流电压和直流电流。
整流电路160可包括：第一整流二极管D3，用于对变压器120的次级线圈L2中的第一线圈L2-1的输出电流进行整流；和第二整流二极管D4，用于对第二线圈L2-2的输出电流进行整流。
从变压器120的次级线圈L2输出的电流可根据输入至次级线圈L1的电流的方向而变化，并且第一整流二极管D3和第二整流二极管D4可对从第一线圈L2-1和第二线圈L2-2输出的正向电流I3和反向电流I4进行整流，使得正向电流I3和反向电流I4流至第二电池B2。例如，如果通过初级线圈L1的电流在第一线圈L2-1和第二线圈L2-2中生成正向电流I3，则第一整流二极管D3可允许第一线圈L2-1的正向电流I3，而第二整流二极管D4可阻断第二线圈L2-2的正向电流I3。而且，如果在第一线圈L2-1和第二线圈L2-2中生成反向电流I4，则第一整流二极管D3可阻断第一线圈L2-1的反向电流I4，而第二整流二极管D4可允许第二线圈L2-2的反向电流I4。
结果，第一整流二极管D3和第二整流二极管D4可对从变压器120的次级线圈L2输出的交流电流进行整流，并且将直流电流输出至第二电池B2。
滤波电路165可去除由整流电路160整流的电压的纹波。滤波电路165可包括输出电感器LO和输出电容器CO。输出电感器LO可滤除从整流电路160输出的直流电流的纹波，并且输出电容器CO可滤除从整流电路160输出的直流电压的纹波。
第一电压传感器170可测量第一电池B1的第一电压V1，即，输入至DC-DC变换器100的电压。而且，第一电压传感器170可将与第一电压V1的值对应的电信号输出至控制器110。
第一电压传感器170可包括：分压器，用于对第一电池B1的第一电压V1进行分压，并且将被分压器分压的电压信号输出至控制器110。
第一电池B1可将电能供应至电动机21b，并且根据存储的电能的量来改变输出电压。而且，由于电动机21b驱动车辆1，所以其可消耗大量电能。因此，存储在第一电池B1中的电能可急剧变化，并且第一电池B1的第一电压V1也可急剧变化。例如，第一电池B1的第一电压V1可在200V至800V的范围中变化。
第一电压传感器170可测量第一电池B1的第一电压V1，并且将第一电压V1的大小输出至控制器110，使得DC-DC变换器100能够将大小恒定的电压输出至第二电池B2，而不管第一电池B1的第一电压V1如何变化。
第二电压传感器180可测量第二电池B2的第二电压V2，即，从DC-DC变换器100输出的电压。而且，第二电压传感器180可将与第二电压V2的值对应的电信号输出至控制器110。
第二电压传感器180可包括：分压器，用于对第二电池B2的第二电压V2进行分压，并且将被分压器分压的电压信号输出至控制器110。
第二电池B2可将电能供应至电组件30，并且第二电池B2的输出电压可以根据存储在第二电池B2中的电能的量而变化。然而，在一种实施方式中，第二电池B2的第二电压V2可保持在预定范围内，以稳定地操作电组件30并且阻止或防止电组件30被损坏。
因此，如果第二电池B2的第二电压V2低于电压下限，则DC-DC变换器100可允许第一电池B1向第二电池B2供电，并且如果第二电池B2的第二电压V2高于电压上限，则DC-DC变换器100可阻止或防止第一电池B1向第二电池B2供电。
第二电压传感器180可测量第二电池B2的第二电压V2，并且将第二电压V2的大小输出至控制器110，使得DC-DC变换器100能够维持第二电池B2的电压恒定。
输出电流传感器190可测量DC-DC变换器100输出至第二电池B2的第二电流I2。而且，输出电流传感器190可将与第二电流I2的值对应的电信号输出至控制器110。
输出电流传感器190可包括用于测量第二电流I2的各种电路。例如，输出电流传感器190可包括用于测量引线周围形成的磁场强度的霍尔传感器，电流通过该引线流至第二电池B2，并且霍尔传感器可输出与所测量的磁场强度对应的电信号。而且，控制器110可基于霍尔传感器的输出计算第二电流I2的值，并且根据第二电流I2的值控制驱动开关电路130的操作。
这样，输出电流传感器190可测量从DC-DC变换器100输出的第二电流I2的大小，并且将第二电流I2的大小输出至控制器110。
控制器110可控制DC-DC变换器100的操作，并且包括存储器111和处理器112。
存储器111可存储用于控制DC-DC变换器100的操作的控制程序和控制数据。而且，存储器111可暂时存储第一电压V1的值、第二电压V2的值以及第二电流I2的值。
而且，存储器111可根据来自处理器112的存储器控制信号向处理器112提供控制程序和/或控制数据，或者向处理器112提供第一电压V1的值、第二电压V2的值以及第二电流I2的值。
存储器111可包括能够暂时存储数据的易失性存储器，例如静态随机存取存储器(S-RAM)、动态随机存取存储器(D-RAM)等。而且，存储器111可包括能够长时间存储控制程序和/或控制数据的非易失性存储器，例如只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪速存储器等。
处理器112可包括各种逻辑电路和算术电路，用于根据从存储器112提供的程序来处理数据并且根据处理结果生成控制信号。
例如，处理器112可根据第一电压V1的值和第二电压V2的值来计算包括在驱动开关电路130中的第一开关Q1的导通时间占空比。而且，处理器112可根据第一电压V1的值和第二电流I2的值来计算对第一开关Q1的导通进行延时的死区时间Tdead。而且，处理器112可根据第一开关Q1的导通时间占空比和第一开关Q1的死区时间Tdead生成闭合(导通)或断开(截止)第一开关Q1的驱动控制信号和断开(截止)或闭合(导通)第二开关Q2的复位控制信号。
存储器111和处理器112可实现为分离的集成电路(IC)或单个集成电路(IC)。
这样，控制器110可基于第一电压V1的值、第二电压V2的值以及第二电流I2的值来控制驱动开关电路130和复位电路140的操作。
在下文中，将与DC-DC变换器100的操作一起详细描述控制器110的操作。
图6是示出在本发明的一种实施方式中的DC-DC变换器的操作示例的流程图。图7、图8、图9、图10和图11示出了在本发明的一种实施方式中根据DC-DC变换器的操作的电流流动。而且，图12和图13是在本发明的一种实施方式中用于描述包括在DC-DC变换器中的第一开关的导通的视图。
在下文中，将参考图6至图13描述DC-DC变换器100的压降操作1000。
DC-DC变换器100可以预定时间间隔执行压降操作1000。例如，DC-DC变换器100可根据第一开关Q1的导通/截止周期来执行压降操作1000。
在操作1010中，DC-DC变换器100可检测第二电池B2的第二电压V2。
DC-DC变换器100的第二电压传感器180可测量第二电池B2的第二电压V2的值，并且输出与第二电压V2的值对应的电信号。而且，控制器110可根据第二电压传感器180的输出信号来计算第二电压V2的值。例如，第二电压传感器180可输出具有与第二电压V2的值成比例的大小的模拟信号，并且控制器110可使用模-数变换器将从第二电压传感器180输出的模拟信号变换为数字数据。
在操作1020中，DC-DC变换器100可确定第二电池B2的第二电压V2是否小于参考电压。
DC-DC变换器100的控制器110可比较第二电池B2的第二电压V2与参考电压，从而确定第二电压V2是否小于参考电压。参考电压可以是从第二电池B2接收电能的电组件30能够正常操作的电压。
如果控制器110确定第二电池B2的第二电压V2不小于参考电压(在操作1020中为“否”)，则DC-DC变换器100可反复执行检测第二电池B2的第二电压V2的操作。
如果控制器110确定第二电池B2的第二电压V2小于参考电压(在操作1020中为“是”)，则在操作1030中，DC-DC变换器100可检测第一电池B1的第一电压V1。
DC-DC变换器100的第一电压传感器170可测量第一电池B1的第一电压V1的值，并且输出与第一电压V1的测量值对应的电信号。而且，控制器110可根据第一电压传感器170的输出信号来计算第一电压V1的值。例如，第一电压传感器170可输出具有与第一电压V1的值成比例的大小的模拟信号，并且控制器110可使用模-数变换器将从第一电压传感器170输出的模拟信号变换为数字数据。
在操作1040中，DC-DC变换器100可决定第一开关Q1的占空比。
DC-DC变换器100的控制器110可根据第一电池B1的电压(第一电压V1)、第二电池B2的电压(第二电压V2)、以及第一开关Q1的导通/截止周期来决定第一开关Q1的占空比、第一开关Q1的导通时间、以及第二开关Q2的导通时间。
DC-DC变换器100的输入电压Vin和输出电压Vout可具有能够通过以下公式(2)表示的关系。
Figure BDA0001267881230000151
这里，Vout表示DC-DC变换器100的输出电压，Vin表示DC-DC变换器100的输入电压，N2表示次级线圈L2的匝数，N1表示初级线圈L1的匝数，以及D表示第一开关Q1的占空比。
根据公式(2)，DC-DC变换器100的输出电压Vout可与DC-DC变换器100的输入电压Vin、次级线圈L2的匝数N2相对于初级线圈L1的匝数N1的比率、以及第一开关Q1的占空比D成比例。
DC-DC变换器100的输入电压Vin可等于第一电压V1，并且DC-DC变换器100的输出电压Vout可等于第二电压V2。
控制器110可根据第一电池B1的电压、第二电池B2的电压、初级线圈L1的匝数N1、以及次级线圈L2的匝数N2，使用公式(2)来计算第一开关Q1的占空比D。
而且，控制器110可根据第一开关Q1的预定开关频率(导通/截止频率，例如200kHz)来计算第一开关Q1的导通/截止周期，并且根据第一开关Q1的导通/截止(开关)周期和第一开关Q1的占空比D来计算第一开关Q1的导通时间/截止时间和第二开关Q2的截止时间/导通时间。
控制器110可使用公式(2)来计算第一开关Q1的占空比D，或者参考存储器111来决定第一开关Q1的占空比D。例如，存储器111可存储包括第一电池B1的第一电压V1、第二电池B2的第二电压V2、以及与第一电压V1和第二电压V2对应的第一开关Q1的占空比D的查找表格，并且控制器110可参考存储在存储器111中的查找表格来决定与第一电池B1的电压和第二电池B2的电压对应的第一开关Q1的占空比D。
在操作1050中，DC-DC变换器100可闭合(导通)第一开关Q1。
DC-DC变换器100的控制器110可将导通信号输出至第一开关Q1。第一开关Q1可响应于控制器110的导通信号而闭合(导通)。
如果第一开关Q1闭合(导通)，则可创建使电流从第一电池B1流至变压器120的路径。结果，如图7所示，第一电池B1的电流I1可从第一电池B1的正极经由变压器120的初级线圈L1和第一开关Q1流至第一电池B1的负极。
由于第一开关Q1处于导通状态，则第一开关Q1的第一寄生电容器C1的电压VC1可以变为大约“0V”。
而且，由于电流I1通过变压器120的初级线圈L1，所以可在变压器120的次级线圈L2中感应电流I2，并且次级线圈L2感应的电流I2可经由第一整流二极管D3供应至第二电池B2。结果，可对第二电池B2进行充电。
在操作1060中，DC-DC变换器100可断开(截止)第一开关Q1。
如果在第一开关Q1闭合(导通)之后经过第一开关Q1的导通时间，则控制器110可将截止信号输出至第一开关Q1。第一开关Q1可响应于控制器110的截止信号而断开(截止)。
如果第一开关Q1断开(截止)，则可阻断使电流从第一电池B1流至变压器120的路径。结果，可阻断从第一电池B1流至变压器120的初级线圈L1的电流I1。
尽管阻断电流I1，但是可通过次级线圈L2发射存储在变压器120的初级线圈L1中的磁能。然而，变压器120的漏电感器L3和/或磁化电感器L4可不发射磁能，并且磁能可存储在漏电感器L3和/或磁化电感器L4中。
而且，如图8所示，在阻断电流I1之前，从第一电池B1输出的电流I1可对第一开关Q1的第一寄生电容器C1进行充电。如果第一寄生电容器C1被充电，则第一寄生电容器C1的电压Vc1可变为几乎等于第一电池B1的电压(即，第一电压V1)。
相继地，在操作1070中，DC-DC变换器100可闭合(导通)第二开关Q2。
在第一开关Q1断开(截止)之后，控制器110可将导通信号输出至第二开关Q2。第二开关Q2可响应于控制器110的导通信号而闭合(导通)。
如果第二开关Q2闭合(导通)，则可创建使电流在变压器120与复位电路140之间流动的路径。结果，如图9所示，由存储在漏电感器L3和/或磁化电感器L4中的磁能生成的电流IC3可经由第二开关Q2流至复位电容器C3。而且，可通过磁化电感器L4的电流IC3对复位电容器C3进行充电，使得复位电容器C3的电压VC3可上升。
而且，如果存储在漏电感器L3和/或磁化电感器L4中的磁能完全发射，则存储在复位电容器C3中的电能可发射至漏电感器L3和/或磁化电感器L4。结果，如图10所示，由存储在复位电容器C3中的电能生成的反向电流-IC3可经由第二开关Q2流至变压器120的漏电感器L3和/或磁化电感器L4。
换言之，可由漏电感器L3和/或磁化电感器L4以及复位电容器C3产生谐振现象以生成反向电流-IC3，并且反向电流-IC3可通过变压器120的初级线圈L1。
而且，由于电流-IC3通过变压器120的初级线圈L1，所以可在变压器120的次级线圈L2中感应电流I2，并且次级线圈L2感应的电流I2可经由第二整流二极管D2供应至第二电池B2。结果，可以对第二电池B2进行充电。
然后，在操作1080中，DC-DC变换器100可断开(截止)第二开关Q2。
如果在第二开关Q2闭合(导通)之后经过第二开关Q2的导通时间，则控制器110可将截止信号输出至第二开关Q2。第二开关Q2可响应于控制器110的截止信号而断开(截止)。
如果第二开关Q2断开(截止)，则可阻断使电流在变压器120与复位电路140之间流动的路径。结果，可阻断从复位电容器C3流至变压器120的初级线圈L1的电流-IC3。
尽管阻断电流I1，但是可通过次级线圈L2发射存储在变压器120的初级线圈L1中的磁能。
而且，可通过第一开关Q1的第一寄生电容器C1发射存储在漏电感器L3和/或磁化电感器L4中的磁能。如以上所述，由反向电流-IC3生成的磁能可存储在漏电感器L3和/或磁化电感器L4中。为了发射由反向电流-IC3生成的磁能，漏电感器L3和/或磁化电感器L4可拉动来自第一开关Q1的第一寄生电容器C1的电流。结果可通过反向电流-IC3使第一寄生电容器C1放电，使得第一寄生电容器C1的电压VC1可下降。
换言之，可由漏电感器L3和/或磁化电感器L4以及第一寄生电容器C1产生谐振现象，并且可通过谐振现象使第一寄生电容器C1放电，使得第一寄生电容器C1的电压VC1可下降。
如果第一寄生电容器C1完全放电，则第一开关Q1两端的电压可变为“0V”。如果第一开关Q1两端的电压变为“0V”，则可减少在DC-DC变换器100的下一操作周期期间由第一开关Q1的导通操作引起的开关损耗。
例如，如果如图12A所示，第二开关Q2在时间0处断开(截止)，则如图12B所示，可通过与漏电感器L3和/或磁化电感器L4谐振来降低第一开关Q1的第一寄生电容器C1的电压VC1，并且第一寄生电容器C1的电压VC1可在时间T1处变为“0V”。而且，如图12C所示，第一开关Q1可在时间T1处闭合(导通)，并且如果第一开关Q1在时间T1处闭合(导通)，则零电压开关可以是可能的，使得第一开关Q1的开关损耗显著降低。
当第二开关Q2断开(截止)时，第一开关Q1的第一寄生电容器C1放电至最小值所需的时间可根据存储在漏电感器L3和/或磁化电感器L4中的磁能而变化。换言之，当第二开关Q2断开(截止)时，第一寄生电容器C1放电所需的时间可根据流经漏电感器L3和/或磁化电感器L4的电流的大小而变化。
如果流经漏电感器L3和/或磁化电感器L4的电流较大，则第一寄生电容器C1的压降可较大，使得第一寄生电容器C1可快速放电。而如果流经漏电感器L3和/或磁化电感器L4的电流较小，则第一寄生电容器C1的压降可较小，使得第一寄生电容器C1可缓慢放电。特别地，流经漏电感器L3的电流的大小可在很大程度上影响第一寄生电容器C1的压降的大小和速度。
这是由于漏电感器L3与第一寄生电容器C1之间的谐振。
例如，考虑到能量，谐振电感器和谐振电容器可具有能够通过以下公式(3)表示的关系。
Figure BDA0001267881230000191
这里，L表示谐振电感器的电感，ΔI表示电感器的电流变化量，C表示谐振电容器的电容，以及ΔV表示电容器的电压变化量。
根据公式(3)，通过谐振存储在谐振电感器中的磁能可等于存储在谐振电容器中的电能，并且谐振电感器的电流变化量可与谐振电容器的电压变化量成比例。
因此，第一寄生电容器C1的压降的大小和速度可根据漏电感器L3的电流而变化。
漏电感器L3的电流可与由DC-DC变换器100供应至第二电池B2的电流I2的大小成比例。由于变压器120根据次级线圈L2的匝数N2相对于初级线圈L1的匝数N1的比率而改变电压的大小和电流的大小，所以漏电感器L3的电流可与DC-DC变换器100的输出电流成比例。
结果，第一寄生电容器C1经由漏电感器L3的压降的大小和速度可与DC-DC变换器100的输出电流成比例。换言之，如果DC-DC变换器100的输出电流较大，则第一寄生电容器C1的压降可较大，使得第一寄生电容器C1可快速放电。而且，如果DC-DC变换器100的输出电流较小，则第一寄生电容器C1的压降可较小，使得第一寄生电容器C1可以缓慢放电。
例如，如果如图13A和图13B所示，DC-DC变换器100的输出电流(即，第二电流I2)减小，则在第二开关Q2在时间0处断开(截止)之后，第一寄生电容器C1的电压可缓慢下降。换言之，如果第二电流I2减小，则第一寄生电容器C1的压降的大小和速度可减小。
如果如以上参考图12所述，第一开关Q1在时间T1处闭合(导通)，则如图13C所示，第一开关Q1两端的电压可不是最小电压Vmin，使得不能最小化第一开关Q1的开关损耗。
为了克服该问题，DC-DC变换器100可根据输出电流来控制第一开关Q1的导通时间。
图14是示出在本发明的一种实施方式中的DC-DC变换器的另一操作示例的流程图。图15示出了在本发明的一种实施方式中的DC-DC变换器用来决定第一开关的死区时间的查找表格。图16示出了在本发明的一种实施方式中的包括在DC-DC变换器中的第一开关导通时间的变化。而且，图17示出了在本发明的一种实施方式中的DC-DC变换器的功率变换效率。
在下文中，将参考图14至图17描述DC-DC变换器100的操作1100。
DC-DC变换器100可以预定时间间隔执行压降操作1100。例如，DC-DC变换器100可根据第一开关Q1的导通/截止周期来执行压降操作1100。
在操作1110中，DC-DC变换器100可检测第二电池B2的电压。
在操作1120中，DC-DC变换器100可确定第二电池B2的电压是否小于第二电池B2的参考电压。
如果DC-DC变换器100确定第二电池B2的电压不小于参考电压(在操作1120中为“否”)，则DC-DC变换器100可反复执行检测第二电池B2的电压的操作。
如果DC-DC变换器100确定第二电池B2的电压小于参考电压(在操作1120中为“是”)，则在操作1130中，DC-DC变换器100可检测第一电池B1的电压。
然后，在操作1140中，DC-DC变换器100可决定第一开关Q1的占空比。
操作1110、1120、1130和1140可与图6所示的操作1010、1020、1030和1040相同。
然后，在操作1150中，DC-DC变换器100可检测输出电流。
DC-DC变换器100的输出电流传感器190可输出DC-DC变换器100的输出电流，即，与供应至第二电池B2的第二电流I2的值对应的电信号。而且，控制器110可根据输出电流传感器190的输出信号来计算第二电流I2的值。例如，输出电流传感器190可输出具有与第二电流I2的值成比例的大小的模拟信号，并且控制器110可使用模-数变换器将从输出电流传感器190输出的模拟信号变换为数字数据。
然后，在操作1160中，DC-DC变换器100可决定第一开关Q1的死区时间Tdead。
DC-DC变换器100的控制器110可根据DC-DC变换器100的输入电压(即，第一电池B1的第一电压)和DC-DC变换器100的输出电流(即，第二电池B2的第二电流)来确定第一开关Q1的死区时间Tdead。这里，第一开关Q1的死区时间Tdead可表示第一开关Q1在第二开关Q2断开(截止)之后闭合(导通)所需的时间。
可根据由变压器120的漏电感器L3与第一开关Q1的第一寄生电容器C1之间的谐振现象导致的第一寄生电容器C1的压降时间来决定第一开关Q1的死区时间Tdead。
而且，第一寄生电容器C1的压降时间可取决于漏电感器L3的电流和第一寄生电容器C1的电压。更具体地，压降时间可随着漏电感器L3的电流减小而增加，并且可随着漏电感器L3的电流增加而减小。而且，压降时间可随着第一寄生电容器C1的电压减小而减小，并且可随着第一寄生电容器C1的电压增加而增加。
漏电感器L3的电流可与DC-DC变换器100的输出电流成比例，并且第一寄生电容器C1的电压可等于DC-DC变换器100的输入电压。
可以通过以下过程来估计第一开关Q1的死区时间Tdead：
①决定第一开关Q1在最大输出电流下的死区时间Tdead的最小值和在最小输出电流下的死区时间Tdead的最大值；
②决定最小值、最大值、实际输入电压和实际输出电流的关系；以及
③根据实际输入电压和实际输出电流来估计介于最小值与最大值之间的死区时间Tdead。
关于操作①，可根据漏电感器L3和第一寄生电容器C1的谐振周期计算最大输出电流I2.max下的死区时间Tdead的最小值。即，第一寄生电容器C1的电压VC1下降至最小值所需要的时间可对应于漏电感器L3和第一寄生电容器C1的谐振周期的1/4。
因此，可通过以下公式(4)来计算第一开关Q1在最大输出电流下的死区时间Tdead的最小值Tmin。
Figure BDA0001267881230000221
这里，Tmin表示死区时间Tdead的最小值，π表示圆的周长与其直径的比率，L3表示变压器120的漏电感，以及C1表示第一开关Q1的寄生电容。
而且，当输出电流I2为最大值时，第一开关Q1的死区时间Tdead不可能比第一开关Q1的截止时间长。如果第一开关Q1的死区时间Tdead比第一开关Q1的截止时间长，则第一开关Q1的占空比D可减小，使得DC-DC变换器100不能将参考电压输出至第二电池B2。
可根据第一开关Q1的开关频率FSW和第一开关Q1的占空比D，使用以下公式(5)来计算第一开关Q1的截止时间。
Figure BDA0001267881230000222
这里，Tmax表示死区时间Tdead的最大值，FSW表示第一开关Q1的开关频率，以及D表示第一开关Q1的占空比D。
关于操作②，当DC-DC变换器100的输出电流为最大值时，第一开关Q1的死区时间Tdead可为最小值Tmin，并且当DC-DC变换器100的输出电流为“0”时，第一开关Q1的死区时间Tdead可为最大值Tmax。
而且，第一开关Q1的死区时间Tdead可随着DC-DC变换器100的输入电压增加而减小。
可通过以下公式(6)来表示所满足的关系。
Figure BDA0001267881230000223
这里，Tdead表示第一开关Q1的死区时间Tdead，Tmax表示死区时间Tdead的最大值，Tmin表示死区时间Tdead的最小值，V1表示所测量的DC-DC变换器100的输入电压，V1.max表示DC-DC变换器100的最大输入电压，I2表示所测量的DC-DC变换器100的输出电流，以及I2.max表示DC-DC变换器100的最大输出电流。
根据公式(6)，第一开关Q1的死区时间Tdead可随着DC-DC变换器100的输出电流I2增加而减小，并且可随着DC-DC变换器100的输入电压V1增加而增加。
而且，如果DC-DC变换器100的输出电流I2为最大值并且DC-DC变换器100的输入电压V1为最大值，则第一开关Q1的死区时间Tdead可为最小值Vmin，并且如果DC-DC变换器100的输出电流I2为最小值(“0”)，则第一开关Q1的死区时间Tdead可为最大值Vmax。
关于操作③，DC-DC变换器100可使用公式(6)来决定第一开关Q1的死区时间Tdead。
例如，DC-DC变换器100的控制器110可根据DC-DC变换器100的从第一电压传感器170输出的输入电压V1、以及DC-DC变换器100的从输出电流传感器190输出的输出电流I2，使用公式(6)来计算第一开关Q1的死区时间Tdead。
特别地，第一开关Q1的死区时间Tdead可不小于最小值Tmin。例如，尽管DC-DC变换器100的输出电流I2的值为最大值I2.max，并且DC-DC变换器100的输入电压V1的值小于最大值V1.max，但是第一开关Q1的死区时间Tdead可决定为最小值Tmin。
而且，DC-DC变换器100可使用包括DC-DC变换器100的输出电流I2和输入电压V1以及第一开关Q1的死区时间Tdead的查找表格来决定第一开关Q1的死区时间Tdead。
例如，控制器110的存储器111可存储图15所示的查找表格。控制器110可参考存储在存储器111中的查找表格来决定与DC-DC变换器100的输出电流I2和输入电压V1对应的第一开关Q1的死区时间Tdead。
参考图15，第一开关Q1的死区时间Tdead可不小于最小值Tmin。例如，如果DC-DC变换器100的输出电流I2的值为最大值I2.max，并且DC-DC变换器100的输入电压V1的值为最大值V1.max的80％，则第一开关Q1的死区时间Tdead可决定为最小值Tmin。
在操作1170中，DC-DC变换器100可在经过第一开关Q1的死区时间Tdead之后闭合(导通)第一开关Q1。
如果在第二开关Q2断开(截止)之后经过第一开关Q1的死区时间Tdead，则DC-DC变换器100的控制器110可将导通信号输出至第一开关Q1。第一开关Q1可响应于控制器110的导通信号而闭合(导通)。
例如，如果如图16A所示，第二开关Q2断开(截止)，则DC-DC变换器100可继续压降操作1100，并且DC-DC变换器100可决定用于闭合(导通)第一开关Q1的死区时间Tdead。
如果如图16B所示，DC-DC变换器100的输出电流I2的值等于最大值I2.max，则DC-DC变换器100可将第一开关Q1的死区时间Tdead决定为与最小值Tmin相等的第一时间T1。而且，如图16C所示，控制器110可在经过第一时间T1之后将导通信号输出至第一开关Q1。
如果如图16B所示，DC-DC变换器100的输出电流I2的值为最大值I2.max的80％，则DC-DC变换器100可将第一开关Q1的死区时间Tdead决定为比第一时间T1长的第二时间T2。而且，如图16D所示，控制器110可在经过第二时间T2之后将导通信号输出至第一开关Q1。
如果如图16B所示，DC-DC变换器100的输出电流I2的值为最大值I2.max的60％，则DC-DC变换器100可将第一开关Q1的死区时间Tdead决定为比第二时间T2长的第三时间T3。而且，如图16E所示，控制器110可在经过第三时间T3之后将导通信号输出至第一开关Q1。
其后，在操作1180中，DC-DC变换器100可断开(截止)第一开关Q1。
而且，在操作1190中，DC-DC变换器100可闭合(导通)第二开关Q2。
而且，在操作1200中，DC-DC变换器100可断开(截止)第二开关Q2。
操作1180、1190和1200可与图6所示的操作1060、1070和1080相同。
这样，通过根据DC-DC变换器100的输入电压和DC-DC变换器100的输出电流来改变第一开关Q1的死区时间Tdead，DC-DC变换器100可以最小化第一开关Q1的开关损耗。特别地，当DC-DC变换器100的输出电流I2较小时，可以进一步最小化第一开关Q1的开关损耗。
特别地，如果第一开关Q1的死区时间Tdead可以改变，则如图17所示，相比于固定第一开关Q1的死区时间Tdead时，可以提高总效率。
例如，如果固定第一开关Q1的死区时间Tdead，则当DC-DC变换器100的输出电流I2为最大值I2.max的约40％时，DC-DC变换器100的效率可为最高，并且效率可随着DC-DC变换器100的输出电流I2减小而降低。而且，当DC-DC变换器100的输出电流I2下降至最大值I2.max的约20％以下时，DC-DC变换器100的效率可急剧降低。特别地，当DC-DC变换器100的输出电流I2约为最大值I2.max的10％时，DC-DC变换器100的效率可降低至约83％。
与此同时，如果第一开关Q1的死区时间Tdead可以改变，则当DC-DC变换器100的输出电流I2为最大值I2.max的约40％时，DC-DC变换器100的效率可为最高，并且效率可随着DC-DC变换器100的输出电流I2减小而降低。然而，尽管DC-DC变换器100的输出电流I2下降至最大值I2.max的约20％以下，但是DC-DC变换器100的效率可缓慢降低。特别地，尽管DC-DC变换器100的输出电流I2约为最大值I2.max的10％，但是DC-DC变换器100的效率可以维持在约89％。
参考图17，当DC-DC变换器100的输出电流I2小于或等于最大值I2.max的约20％时，相比于固定第一开关Q1的死区时间Tdead的DC-DC变换器，能够改变第一开关Q1的死区时间Tdead的DC-DC变换器100的效率可提高约5％。
而且，由于车辆1的电组件30消耗相对较少量的功率，所以第二电池B2的电压变化不会很大。因此，DC-DC变换器100的输出电流I2也不会很大。更具体地，众所周知，在DC-DC变换器100的整个操作的80％以上期间，DC-DC变换器100的输出电流I2低于或等于最大值I2.max的20％。
因此，相比于固定第一开关的死区时间Tdead的DC-DC变换器，可以提高能够改变第一开关Q1的死区时间Tdead的DC-DC变换器100的总效率。
根据本发明的方面，提供了包括能够最小化开关损耗的DC-DC变换器的车辆、车辆用DC-DC变换器以及控制车辆用DC-DC变换器的方法。
尽管已经示出并且描述了本发明的一些形式，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原则和精神的情况下，可以对这些形式进行改变，在权利要求及其等同物中限定本发明的范围。
以上已经描述了本发明的示例性实施方式。在以上描述的示例性实施方式中，一些组件可实现为“模块”。这里，术语‘模块’意味着(但不限于)执行特定任务的软件和/或硬件组件，例如场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)。模块可有利地配置为存在于可寻址存储介质上并且配置为在一个或多个处理器上执行。
因此，举例来说，模块可包括：组件(例如软件组件、面对对象的软件组件、类组件和任务组件)、工艺、功能、属性、过程、子程序、程序代码段、驱动器、固件、微代码、电路、数据、数据库、数据结构、表格、阵列以及变量。组件和模块中提供的操作可组合在更少的组件和模块中或者进一步分离至附加的组件和模块中。另外，可实现组件和模块以使它们在设备中执行一个或多个CPU。
因此，尽管如此，除了以上描述的示例性实施方式之外，能够通过介质(例如，计算机可读介质)中/上的计算机可读代码/指令(用于控制至少一个处理元件来实现任何以上所描述的示例性实施方式)实现实施方式。介质可以对应于允许存储和/或传输计算机可读代码的任何介质/媒介。
计算机可读代码能够记录在介质上或通过因特网传输。介质可包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁带、软盘以及光记录介质。而且，介质可以是非暂时性计算机可读介质。媒介也可以是分布网络，使得计算机可读代码以分布方式存储或转移以及执行。此外，仅作为示例，处理元件可以包括至少一个处理器或至少一个计算机处理器，并且处理元件可分布和/或包括在单个设备中。
尽管已经关于有限数量的实施方式描述了示例性实施方式，但是从本发明中获益的本领域技术人员将理解，可以设计出未脱离本发明的范围的其他实施方式。

Claims (22)

1.一种车辆，包括：
第一电池，配置为输出具有第一电压的功率；
第二电池，配置为输出具有第二电压的功率；以及
DC-DC变换器，配置为将所述第一电池的第一电压变换为所述第二电压，并且配置为将具有所述第二电压的功率供应至所述第二电池，
其中，所述DC-DC变换器包括：
变压器，配置为将所述第一电压变换为所述第二电压；
第一开关，配置为控制从所述第一电池输入至所述变压器的第一电流；
电流传感器，配置为测量从所述变压器输出至所述第二电池的第二电流的值；以及
控制器，配置为基于设定的导通/截止频率来导通/截止所述第一开关，
其中，所述控制器配置为基于所述第二电流的测量值来对所述第一开关的导通或截止进行延时，
其中，所述控制器配置为随着所述第二电流的测量值减小而增加对所述第一开关的导通进行延时的死区时间。
2.根据权利要求1所述的车辆，还包括：电压传感器，配置为测量所述第一电池的第一电压的值。
3.根据权利要求2所述的车辆，其中，所述控制器配置为随着所述第一电压的测量值减小而减小所述死区时间。
4.根据权利要求2所述的车辆，其中，所述控制器配置为根据所述第一电压的测量值和所述第二电流的测量值来计算所述死区时间。
5.根据权利要求2所述的车辆，其中，所述控制器配置为从查找表格中获取与所述第一电压的测量值和所述第二电流的测量值对应的死区时间，所述查找表格包括所述第一电压的多个值、所述第二电流的多个值以及与所述第一电压的多个值和所述第二电流的多个值对应的多个死区时间。
6.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述DC-DC变换器还包括：
复位电容器，配置为复位所述变压器的初级线圈；以及
第二开关，配置为控制所述复位电容器的复位电流；
其中，所述控制器在所述第一开关截止之后导通所述第二开关，并且在截止所述第二开关之后导通所述第二开关。
7.根据权利要求6所述的车辆，其中，所述控制器配置为在所述第二开关截止之后经过死区时间时，导通所述第一开关。
8.根据权利要求7所述的车辆，其中，所述控制器配置为随着所述第二电流的测量值减小而增加所述死区时间。
9.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述第一开关两端的电压由于由所述变压器的漏电感和所述第一开关的寄生电容引起的谐振现象而改变，并且其中，所述控制器配置为在所述第一开关两端的电压由于所述谐振现象而变为最小值时，导通所述第一开关。
10.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述DC-DC变换器还包括：整流电路，配置为对从所述变压器输出的电压和电流进行整流。
11.一种车辆的DC-DC变换器，用于将从第一电池输出的第一电压变换为从第二电池输出的第二电压，所述DC-DC变换器包括：
变压器，包括连接至所述第一电池的初级线圈和连接至所述第二电池的次级线圈，并且配置为将所述第一电压变换为所述第二电压；
第一开关，串联连接至所述变压器；
复位电容器，并联连接至所述初级线圈；
第二开关，串联连接至所述复位电容器；
电压传感器，配置为测量所述第一电压的值；
电流传感器，配置为测量从所述次级线圈输出的第二电流的值；以及
控制器，配置为基于工作频率导通/截止所述第一开关和所述第二开关，
其中，所述控制器配置为基于所述第一电压的测量值和所述第二电流的测量值来对所述第一开关的导通进行延时。
12.根据权利要求11所述的DC-DC变换器，其中，在所述第二开关截止之后经过死区时间时，所述控制器导通所述第一开关。
13.根据权利要求12所述的DC-DC变换器，其中，所述控制器配置为随着所述第二电流的测量值减小而增加所述死区时间。
14.根据权利要求12所述的DC-DC变换器，其中，所述控制器配置为随着所述第一电压的测量值减小而减小所述死区时间。
15.根据权利要求12所述的DC-DC变换器，其中，所述控制器配置为根据所述第一电压的测量值和所述第二电流的测量值来计算所述死区时间。
16.根据权利要求12所述的DC-DC变换器，其中，所述控制器配置为从查找表格中获取与所述第一电压的测量值和所述第二电流的测量值对应的死区时间，所述查找表格包括所述第一电压的多个值、所述第二电流的多个值以及与所述第一电压的多个值和所述第二电流的多个值对应的多个死区时间。
17.根据权利要求12所述的DC-DC变换器，还包括：整流电路，配置为对从所述变压器输出的电压和电流进行整流。
18.一种控制车辆的DC-DC变换器的方法，所述DC-DC变换器包括：变压器，配置为将第一电池的第一电压变换为第二电池的第二电压；第一开关，配置为控制输入至所述变压器的第一电流；复位电容器，配置为复位所述变压器的初级线圈；和第二开关，配置为控制所述复位电容器的复位电流，所述方法包括：
导通所述第二开关以复位所述变压器的初级线圈；
截止所述第二开关；
测量从所述变压器的次级线圈输出的第二电流的值；
测量所述第一电池的第一电压的值；
基于所述第二电流的测量值和所述第一电压的测量值来决定对所述第一开关的导通进行延时的死区时间；
在经过所述死区时间后导通所述第一开关；以及
截止所述第一开关。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述死区时间随着所述第二电流的测量值减小而增加。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述死区时间随着所述第一电压的测量值减小而减小。
21.根据权利要求18所述的方法，其中，决定所述死区时间包括：根据所述第一电压的测量值和所述第二电流的测量值，通过处理器计算所述死区时间。
22.根据权利要求18所述的方法，其中，决定所述死区时间包括：
在存储器中存储包括所述第一电压的多个值、所述第二电流的多个值以及与所述第一电压的多个值和所述第二电流的多个值对应的多个死区时间的查找表格；以及
从存储在所述存储器中的查找表格中获取与所述第一电压的测量值和所述第二电流的测量值对应的死区时间。
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