CN108418428A - 在自动启动期间稳定到负载的电源电压 - Google Patents

Abstract

一种用来补偿可用于对负载供电的低电池电压的电路，包括：电源、电耦合至电源的电感器、配置为控制从电源到电感器的电流的第一开关，以及将第一供电轨连接至电感器的第一二极管。电路还包括第二开关，其配置为将第二二极管的阳极电连接至电感器，同时第二二极管的阴极连接至第二供电轨。控制器配置为使第一开关和第二开关循环以在第一供电轨和第二供电轨处获得期望电压值。第二供电轨电连接至负载。控制器配置为仅当电源处的电压低于第一预定阈值电压时，使第二开关切换到闭合状态。

Description

在自动启动期间稳定到负载的电源电压

引言

本公开涉及用于在车辆的自动启动操作期间向一个或多个负载提供稳定的供电电压的电路及方法。

本文所提供的引言描述是为了大体呈现本公开背景的目的。当前署名的发明人的工作，就其在该引言章节所描述的以及在提交时可以不另外被作为现有技术方面的描述而言，既不明确地也不隐含地被认可为是针对本公开的现有技术。

车辆在停下来后可以自动地停止其内燃机。此类车辆还可以在从停止开始加速之前重新启动其发动机。这些发动机的自动停止和自动启动可以通过减少发动机空转时间以及其相关燃料消耗来改进燃料经济性。当车辆操作者释放制动器踏板和/或按下加速器踏板时，可以发生自动启动。在发动机的自动启动期间，由车辆电池供电的启动器马达以曲柄起动发动机。在发动机正在起动时，由启动器马达施加在电池上的电负载可能导致电池可用电压电平不期望的降低，这可能迫使延迟其他车辆负载的正常操作直到内燃机已经重新启动。

因此，尽管当前的自动启动系统实现了它们预期的目的，仍然存在对用于自动启动的新颖及改进系统的需要。

发明内容

根据若干方面，用来补偿可用于对负载供电的低电池电压的电路包括：电源、电耦合至电源的电感器，以及配置为控制从电源到电感器的电流的第一开关。第一二极管将第一供电轨连接至电感器，该第一供电轨具有比电路接地更高的第一正电压。第二开关配置为将第二二极管电连接在电感器和第二供电轨之间，该第二供电轨具有比电路接地更高的第二正电压。控制器配置为使第一开关和第二开关循环以在第一供电轨和第二供电轨处获得期望电压值。第二供电轨电连接至负载。控制器配置为当电源处的电压低于第一预定阈值电压时，使第二开关闭合。

在本公开的另一个方面，在第一供电轨处的第一正电压高于在第二供电轨处的第二正电压。

在本公开的另一个方面，电路进一步包括电池，其负端子连接至电路接地且其正端子连接至第三二极管的阳极，同时第三二极管的阴极连接至负载。

在本公开的一个方面，电池为电源。

在本公开的一个方面，电路进一步包括电流感测装置，其配置为感测到电感器的电流。

在本公开的另一个方面，电流感测装置是分流电阻器。

在本公开的一个方面，电感器中用来生成第一正电压的电流的方向与电感器中用来生成第二正电压的电流的方向相同。

在本公开的另一方面，控制器配置为每当电源处的电压高于第二预定阈值电压时，将第二开关保持在打开状态。

根据若干方面，公开了一种控制用来补偿可用于对负载供电的低电池电压的电路的方法。结合该方面一起使用的电路包括：电源、电耦合至电源的电感器，以及配置为控制从电源到电感器的电流的第一开关。第一二极管将第一供电轨连接至电感器，该第一供电轨具有比电路接地更高的第一正电压。第二开关配置为将第二二极管电连接在电感器和第二供电轨之间，该第二供电轨具有比电路接地更高的第二正电压。第二供电轨电连接至负载。该方法包括以下步骤：监测电源处的电压；当电源处的电压低于第一预定阈值电压时，使第一开关循环以获得第一正电压的期望值，并且使第二开关循环以获得第二供电轨到电感器的第二正电压的期望值。

在本公开的另一方面，该方法包括：每当电源处的电压高于第二预定阈值电压时，将第二开关保持为打开状态。

在本公开的一个方面，使第一开关和第二开关循环包括：在第一相位期间将第一开关保持为闭合状态且将第二开关保持在打开状态，之后在第二相位期间将第一开关保持在打开状态且将第二开关保持在闭合状态，之后在第三相位期间将第一开关保持在打开状态且将第二开关保持在打开状态。

在本发明的另一方面，在第二相位之后且在第三相位之前发生的第四相位期间，将第一开关保持在闭合状态且将第二开关保持在打开状态。

通过本文所提供的描述，其他领域的应用将是显而易见的。应当理解的是，本说明书和具体实例仅旨在用于说明的目的，而并非旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文所描述的附图仅用于说明的目的，而并非旨在以任何方式来限制本公开的范围。

图1是根据示例性实施例的电路的示意图；

图2是根据示例性实施例针对第一操作模式的电感器电流相对时间的示图；以及

图3是根据示例性实施例针对替代操作模式的电感器电流相对时间的示图。

具体实施方式

以下的描述在本质上仅仅是示例性的，而并不旨在限制本公开内容、应用或使用。

参考图1，用来补偿可用于对负载42供电的低电池电压的电路10包括：电源12、电耦合至电源12的电感器14，以及配置为控制从电源12到电感器14的电流的第一开关16。第一供电轨18通过第一二极管20连接至电感器14。第一输出电容器22从第一供电轨18连接至电路接地。

电源12、电感器14、第一开关16、第一二极管20和第一输出电容器22可操作作为升压转换器，以在第一供电轨18上生成比电源12处电压更高的正电压。在操作中第一开关16在闭合状态和打开状态之间循环。当第一开关16闭合时，电流从电源12流动通过电感器14并通过第一开关16，且电感器14在磁场中存储能量。当第一开关16打开时，通过第一开关16的电流路径被中断。通过电感器14的电流将减小，并且之前当第一开关闭合时形成的磁场将被破坏，以将电流保持为通过电感器14朝向第一供电轨18流动。电感器14两端电压的极性将反转，使得在电感器14右侧看来的电压高于电源12所提供的电压。随着第二开关30打开，在电感器14右侧的电压将足够高以正向偏置第一二极管20并将第一输出电容器22充电到比电源12处电压更高的电压。在第一供电轨18处的电压由控制器26感测，控制器26控制第一开关16的循环以将第一供电轨18处的电压保持在预定期望电平。

继续参考图1，第二开关30具有连接至电感器14右手侧的第一端子和连接至第二二极管32阳极的第二端子。第二二极管32的阴极连接至第二供电轨34，而第二供电轨34连接至负载42。第二输出电容器36从第二供电轨34连接至电路接地。第二供电轨34具有高于电路接地的第二正电压。控制器26配置为基于第二供电轨34处的电压控制第二开关30的循环切换。控制器26配置为仅当第一开关16处于打开状态时启动控制第二开关30到闭合状态。电感器14中用来生成第一供电轨18处的电压的电流的方向和电感器14中用来生成第二供电轨34处的电压的电流的方向相同。

控制器26控制第一开关16和第二开关30以使得在第一供电轨处18的电压高于在第二供电轨34处的电压。在非限制性示例性实施例中，第一供电轨18被控制到大约65伏特的电压，该电压被提供给高电压负载24，而第二供电轨34被控制到大约12伏特的电压。在这些示例性电压电平下，当第二开关30闭合时第一二极管20被反向偏置，防止了电流通过第一二极管20。

继续参考图1，电池38连接至第三二极管40的阳极。第三二极管40的阴极连接至负载42。第二供电轨34也连接至负载42。当由电池38提供的电压充分高于第二二极管32的阳极处的电压时，第二二极管32被反向偏置且第三二极管40被正向偏置，而电流由电池38提供给负载42。而且，通过防止第二开关30内的体二极管变为正向偏置，当第一开关16闭合且第二开关30打开时，第二二极管32阻止从第二输出电容器36或第二供电轨34的电流流动。当由电池38提供的电压充分低于第二二极管32的阳极处的电压时，第二二极管32被正向偏置且第三二极管40被反向偏置，而电流由第二供电轨34提供给负载42。

在示例性实施例中，控制器26配置为当电池38处的电压低于第一预定阈值电压时，启动控制第二开关30到闭合状态。第一预定阈值电压可以选择成使得当电池38处的电压下降到操作负载42所需的电压电平时，启用对第二开关30的闭合。

在示例性实施例中，控制器26配置为当电池38处的电压高于第二预定阈值电压时，防止第二开关30闭合。第二预定阈值电压可以选择成使得当电池38处的电压处于或高于操作负载42所需的电压电平时，停用对第二开关30的闭合。

在非限制性示例性实施例中，电源12为电池38。在本公开的替代非限制性示例性实施例中，电源12来源于电池38，使得在电源电压和电池电压之间存在之间的关系。作为非限制性实例，由于接线线束的欧姆损耗，在电源12处的电压可能低于电池38处的电压。

在图1中所示的实施例中，电路进一步包括配置为感测到电感器14的电流的分流电阻器44。分流电阻器44两端的电压与通过分流电阻器44的电流成正比。应当意识到，可以使用其他已知的电流感测装置，包括但不限于霍尔效应装置，而并不偏离本公开的精神或范围。表示通过电感器14的电流电平的信号46被提供给控制器26。

进一步参考图1，控制器26接收电源电压信号48，该电源电压信号48提供关于电池38处电压的信息。另外，在图1的实施例中，控制器26接收第一供电轨电压反馈信号50，该第一供电轨电压反馈信号50提供关于第一供电轨18处的电压的信息。控制器26还接收第二供电轨电压反馈信号52，该第二供电轨电压反馈信号52提供关于第二供电轨34处电压的信息。控制器26提供对第一开关16提供控制的第一控制输出54，例如通过提供电压给MOSFET开关的栅极55，该MOSFET开关被配置作为图1的示例性实施例中的第一开关16。控制器26还提供对第二开关30提供控制的第二控制输出56，例如通过提供电压给MOSFET开关的栅极57，该MOSFET开关被配置作为图1的示例性实施例中的第二开关30。

图2是针对图1的实施例中所示的电路的第一操作模式的电感器电流相对时间的示图。参考图2中的曲线图，在第一时间间隔60期间第一开关16闭合且第二开关30打开。在第一时间间隔60期间通过电感器14的电流增大，在电感器14相关联的磁场中储存能量。在第一时间间隔60过去之后，对于第二时间间隔62，第一开关16打开且第二开关30闭合。如图2中所见，由于电感器14的磁场中储存的能量通过闭合的第二开关30被传递到第二供电轨34，在第二时间间隔62期间通过电感器14的电流减小。在第二时间间隔62期间，第一二极管20被反向偏置，并且没有电感器电流流动到第一供电轨18。在第二时间间隔62结束时，第二开关30被打开。在第三时间间隔64期间，第一开关16和第二开关30两者均打开。第一二极管20被正向偏置，并且电感器14的磁场中储存的能量通过第一二极管20被传递到第一供电轨18。

在示例性实施例中，其间第一开关16闭合且第二开关30打开的第一时间间隔60，基于电源电压反馈信号48、电感器电流反馈信号46、第一供电轨电压反馈信号50以及第二供电轨电压反馈信号52来确定。

在示例性实施例中，其间第一开关16打开且第二开关30闭合的第二时间间隔62，基于第二供电轨电压反馈信号52和总PWM(脉冲宽度调制)切换周期66来确定。

图3呈现了针对图1的实施例中所示的电路的替代操作模式的电感器电流相对于时间的示图。图3中描绘的操作模式每循环包括多个电感器充电阶段，这与图2中描绘操作模式不同，在图2中描绘的操作模式中每循环仅有一个电感器充电阶段。参考图3中的曲线图，在第一时间间隔70期间第一开关16闭合且第二开关30打开。在第一时间间隔70期间通过电感器14的电流增大，在电感器14相关联的磁场中储存能量。在第一时间间隔70过去之后，对于第二时间间隔72，第一开关16打开且第二开关30闭合。如图3中所见，由于电感器14的磁场中储存的能量通过闭合的第二开关30被传递到第二供电轨34，在第二时间间隔72期间通过电感器14的电流减小。在第二时间间隔72期间，第一二极管20被反向偏置，并且没有电感器电流流动到第一供电轨18。在第二时间间隔72结束时，第二开关30打开且第一开关16闭合。在第三时间间隔74期间通过电感器14的电流增大，再次在电感器14相关联的磁场中储存能量。在第三时间间隔74过去之后，第一开关16打开。在第四时间间隔76期间，第一开关16和第二开关30两者均打开。第一二极管20被正向偏置，并且电感器14的磁场中储存的能量通过第一二极管20被传递到第一供电轨18。这四个时间间隔构成了一个PWM切换周期78。

在非限制性示例性应用中，机动车辆包括本公开中所描述的电路。车辆具有至少一个燃料喷射器，其配置为通过在比车辆电池所提供的标称电压更高的电压下向燃料喷射器提供电流来得到启动。本公开的第一供电轨18适用于提供燃料喷射器驱动电压，而图1中所示高电压负载24可以代表燃料喷射器。在示例性应用中，负载42可以代表电子控制变速器中的一个或多个螺线管，其中螺线管被通电以实现变速器齿轮选择。在示例性应用中，被提供来操作变速器螺线管的供电电压为标称的车辆电池电压(12伏特)。

示例性应用中的车辆配置为以自动启动模式运行。在发动机的自动启动期间，由车辆电池供电的启动器马达以曲柄起动发动机。在发动机正在起动时，由启动器马达施加在电池上的电负载可能导致电池可用电压电平不期望的降低。在自动启动期间，电池电压可能从其12伏特的标称值下降到6伏特的最小值并且可能停留在低于8伏特大约200毫秒。可用电池电压可能会不足以允许对变速器螺线管的期望控制。因此，可能必需延迟对变速器齿轮选择的控制直到内燃机已经重新启动且电池处的电压已经恢复到其标称值。

在自动启动期间可以使用图1的电路来稳定对变速器螺线管负载42得电压供应。作为非限制性实例，第一预定阈值电压可以被选择为低于发动机运行时遇到的电平但是高于自动启动期间遇到的最小电平的电压电平。第二预定阈值电压可以被选择为足够高来允许对变速器螺线管负载42的适当致动的电压电平。第二正电压，即第二供电轨被控制到电压，可以是标称电池电压(12伏特)。本公开的电路及方法提供了若干优点。这些优点包括能够实现在自动启动事件之后不久对变速器齿轮的控制。对图1中所示电路的仿真显示，在第二供电轨34处的电压达到12伏特之前，在自动启动开始时对变速器螺线管负载42的供电电压降低的持续时间为500微妙的数量级，以致稳定了对变速器螺线管负载42的供电电压。该响应足够来防止在电池处的相关低电压瞬态期间变速器中的离合器释放，由此允许自动启动之后以更少的延迟恢复正常的车辆操作。

图1中所示的电路拓扑允许通过向升压转换器添加最少的附加硬件(第二开关30、第二二极管32，以及第二输出电容器36)来保持到变速器螺线管负载42的期望电压，在示例性车辆中该升压转换器已经在适当位置以向燃料喷射器提供第一供电轨18。另外，通过借助第二二极管32和第三二极管40以具有电池电压的“二极管或(OR)”配置提供第二供电轨34，以及通过允许仅当电池电压低于第二预定阈值电压时在第二供电轨34处生成电压，与在第二供电轨34处生产电压相关的部件仅需要在自动启动过程的时间间隔期间操作而并不是在车辆运行时始终操作。此方面可以减轻对在第二供电轨34处生成电压相关的部件的热管理。

如本文所使用的，术语“控制器”意思是指一个或多个以下部件的任意合适的一个或各种组合：专用集成电路(ASIC)、电子电路、中央处理单元(优选地微处理器)、以及执行一个或多个软件或固件程序的相关内存和存储器(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动等)、组合逻辑电路、输入/输出电路及装置、适当的信号调节及缓冲电路，以及用来提供所述功能的其他合适部件。控制器26具有一组控制算法，包括存储在内存中并且被执行来提供一个或多个所需功能的常驻软件程序指令和标定值。在进行中的车辆操作期间可以以规则时间间隔执行算法。替代地，可以响应于事件的发生来执行算法。

本公开的说明书本质上仅是示例性的且并未偏离本公开主旨的变型旨在落入本公开的范围内。此类变型不应被认为偏离了本公开的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于补偿可用于对负载供电的低电池电压的电路，所述电路包括：

电源

电感器，所述电感器电耦合至所述电源；

第一开关，所述第一开关配置为控制从所述电源到所述电感器的电流；

第一二极管，所述第一二极管将第一供电轨连接至所述电感器，所述第一供电轨具有比电路接地更高的第一正电压；

第二开关，所述第二开关配置为将第二二极管的阳极连接至所述电感器，所述第二二极管的阴极连接至第二供电轨，所述第二供电轨具有比电路接地更高的第二正电压；

控制器，所述控制器配置为使所述第一开关在打开状态和闭合状态之间循环和使所述第二开关在打开状态和闭合状态之间循环，以在所述第一供电轨处获得所述第一正电压的期望值和在所述第二供电轨处获得所述第二正电压的期望值；

其中所述第二供电轨电连接至所述负载；

其中所述控制器配置为仅当所述电源处的电压低于第一预定阈值电压时，使所述第二开关切换到闭合状态。

2.如权利要求1所述的电路，其中所述第一正电压比所述第二正电压更大。

3.如权利要求1所述的电路，进一步包括电池，其负端子连接至电路接地且其正端子连接至第三二极管的阳极，其中所述第三二极管的阴极连接至所述负载。

4.如权利要求3所述的电路，其中所述电池作为所述电源。

5.如权利要求1所述的电路，进一步包括电流感测装置，所述电流感测装置配置为感测到所述电感器的电流。

6.如权利要求5所述的电路，其中所述电流感测装置是分流电阻器。

7.如权利要求1所述的电路，其中所述电感器中用来生成所述第一正电压的电流的方向与所述电感器中用来生成所述第二正电压的电流的方向相同。

8.如权利要求1所述的电路，其中所述控制器配置为每当所述电源处的电压高于第二预定阈值电压时，将所述第二开关保持在打开状态。

9.如权利要求8所述的电路，其中所述第二预定阈值电压等于所述第一预定阈值电压。

10.一种车辆，包括：

至少一个电致动的变速器螺线管；

至少一个电致动的燃料喷射器；

电池；以及

电路，所述电路包括：

电感器，所述电感器电耦合至所述电池；

第一开关，所述第一开关配置为控制从所述电池到所述电感器的电流；

第一二极管，所述第一二极管将第一供电轨连接至所述电感器，所述第一供电轨具有比电路接地更高的第一正电压；所述至少一个电致动的燃料喷射器配置为从所述第一正供电轨接收电力；

第二开关，所述第二开关配置为将第二二极管的阳极连接至所述电感器，所述第二二极管的阴极连接至第二供电轨，所述第二供电轨具有比电路接地更高的第二正电压；所述至少一个电致动的变速器螺线管配置为当所述二极管被正向偏置时从所述第二供电轨接收电力；以及

控制器，所述控制器配置为使所述第一开关在打开状态和闭合状态之间循环和使所述第二开关在打开状态和闭合状态之间循环，以在所述第一供电轨处获得所述第一正电压的期望值和在所述第二供电轨处获得所述第二正电压的期望值；

其中所述控制器配置为仅当所述电池处的电压低于第一预定阈值电压时，使所述第二开关切换到闭合状态。