CN110611426A - 电压转换器 - Google Patents

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Abstract

本说明书涉及具备反馈用和过电压监视用两个电压传感器的电压转换器。电压转换器(2)具备电压转换电路(主电路(3))、计测主电路(3)的输出电压的第1电压传感器(4)和第2电压传感器(5)及控制器(10)。控制器(10)对主电路(3)进行反馈控制以使目标电压与第1电压传感器(4)的计测值的电压差为零。控制器(10)在第2电压传感器(5)的计测值高于电压上限值的情况下执行预定的错误处理。控制器(10)在第2电压传感器的计测值高于比电压上限值低的电压阈值的期间对主电路进行反馈控制以使从目标电压减去预定偏移电压得到的修正目标电压与第1电压传感器的计测值的电压差为零。由此避免由两个电压传感器的误差累积引起的不良。

Description

电压转换器
技术领域
本说明书公开的技术涉及电压转换器。尤其涉及在输出电压高于电压上限值时执行错误(error)处理的电压转换器。
背景技术
电压转换器被反馈控制使得输出电压与预定目标电压一致。例如，专利文献1中公开了具备电压传感器的电压转换器，所述电压传感器计测(测量)输出电压。电压转换器的控制器进行反馈控制以使得目标电压与计测到的输出电压的电压差成为零。为便于说明，以下有时将进行电压转换的电路(电压转换电路)称为主电路。即，电压转换器具备进行电压转换的主电路和控制主电路的控制器。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2005-168129号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在电压转换器中，有时构成为，与反馈控制分开地，在输出电压高于预定的电压上限值时进行错误处理以作为应对故障的措施。典型的错误处理是停止主电路的处理。为了提高可靠性，有时具备两个电压传感器用于计测输出电压。一方的电压传感器(第1电压传感器)用于反馈控制，另一方的电压传感器(第2电压传感器)用于过电压监视。
另一方面，电压传感器的计测值可能会包含计测误差。若两个电压传感器各自的计测误差累积，可能会产生以下的不良情况。为便于说明，用符号“Vs1”表示第1电压传感器的计测值，用符号“Vs2”表示第2电压传感器的计测值。用符号“Vout”表示输出电压的真实值。用符号“e1”表示第1电压传感器的误差，用符号“e2”表示第2电压传感器的误差。用符号“VLO”表示反馈控制的目标电压。再者，用符号“Vx”表示过电压防止用的电压上限值。另外，用符号“|e1|”表示第1电压传感器的公差，用符号“|e2|”表示第2电压传感器的公差。
电压转换器的控制器控制主电路以使得输出电压Vout与目标电压VLO之差成为零。控制器将第1电压传感器的计测值Vs1用于反馈控制。第1电压传感器的计测值Vs1可能会包含误差e1。第1电压传感器的误差e1的最大值为公差|e1|。第1电压传感器的计测值Vs1在误差e1最大的情况下能够表示“Vout-|e1|”。控制器执行反馈控制以使得“VLO-Vs1”成为零，所以在计测值Vs1＝Vout-|e1|的情况下，实际的输出电压Vout成为(VLO+|e1|)。
另一方面，第2电压传感器的计测值Vs2也可能会包含误差e2。误差的最大值为公差|e2|。因此，在Vout＝VLO+|e1|时，第2电压传感器的计测值Vs2在误差最大的情况下能够表示Vs2＝Vout+|e2|＝VLO+|e1|+|e2|。在目标电压VLO与电压上限值Vx接近的情况下，可能会发生如下情况：尽管实际的输出电压Vout没有超过电压上限值Vx，但是第2电压传感器的计测值Vs2(＝VLO+|e1|+|e2|)却超过了电压上限值Vx。对第2电压传感器的计测值Vs2进行监测的控制器会判断为输出电压超过了电压上限值Vx，并执行错误处理。
实际的输出电压Vout明明没有超过电压上限值Vx，但是两个电压传感器的误差(公差|e1|、|e2|)重叠而执行错误处理，这是不可取(不良)的。本说明书涉及具备反馈用和过电压监视用的两个电压传感器的电压转换器，提供避免由两个电压传感器的误差累积带来的不良情况的技术。
用于解决问题的技术方案
本说明书公开的电压转换器具备电压转换电路(主电路)、计测电压转换电路的输出电压的第1电压传感器和第2电压传感器、以及控制器。控制器对电压转换电路进行反馈控制以使得目标电压VLO与第1电压传感器的计测值Vs1的电压差成为零。目标电压VLO通常由上一级(上位)控制器给予(提供)。另外，控制器在第2电压传感器的计测值Vs2高于预定的电压上限值Vx的情况下执行预定的错误处理。控制器在第2电压传感器的计测值Vs2高于比电压上限值Vx低的电压阈值Vth的期间将目标电压VLO修正为比该目标电压VLO低的值。换言之，控制器在第2电压传感器的计测值Vs2高于比电压上限值Vx低的电压阈值Vth的期间对电压转换电路进行反馈控制以使得修正目标电压VLOc与第1电压传感器的计测值Vs1的电压差成为零，所述修正目标电压VLOc是从目标电压减去预定的偏移(offset)电压Voff而得到的电压。此外，符号“Vth”表示电压阈值。
本说明书公开的技术在第2电压传感器的计测值Vs2接近于电压上限值Vx时将目标电压VLO修正为修正目标电压VLOc(＝VLO-Voff)。通过降低目标电压VLO，实际的输出电压Vout有可能会降低为低于本来的目标电压VLO。然而，能避免第2电压传感器的计测值Vs2因误差的累积而超过电压上限值Vx。在第2电压传感器的计测值Vs2比电压阈值Vth低时不修正目标电压，因此能控制为输出电压Vout与目标电压VLO一致。
通常，偏移电压Voff设定为从第2电压传感器的计测值Vs2减去电压阈值Vth而得到的值即可。即，控制器构成为在第2电压传感器的计测值Vs2高于电压阈值Vth时将目标电压VLO变更为VLOc(＝VLO-(Vs2-Vth))即可。这样，在电压差通过使用第1电压传感器的反馈控制而变为零时，实际的输出电压Vout不会超过电压上限值Vx。
通常，电压阈值Vth设定为从电压上限值Vx减去第2电压传感器的计测公差|e2|而得到的值即可。在该情况下，即使第2电压传感器的计测值Vs2比实际的输出电压大了公差|e2|，第2电压传感器的计测值Vs2也会成为Vs2＝Vx-|e2|-e2(关于式子的导出，将会在实施例中进行说明)。即，第2电压传感器的计测值Vs2被抑制为比电压上限值Vx低的值。通过降低目标电压VLO，第2电压传感器的计测值Vs2也会降低，因此，能避免第2电压传感器的计测值Vs2超过电压上限值Vx。即，能避免起因于两个电压传感器的误差的累积而执行错误处理。
如前所述，错误处理通常是停止电压转换电路的处理。或者，错误处理也可以是限制电压转换电路的输出的上限的处理。关于本说明书公开的技术的详情和进一步的改良，将会在以下的“具体实施方式”中予以说明。
附图说明
图1是第1实施例的电压转换器的控制框图。
图2是控制器执行的处理的流程图。
图3是第2实施例的电压转换器的控制框图。
标号说明
2、2a电压转换器；3电压转换电路(主电路)；4、4a第1电压传感器；5、5a第2电压传感器；10、10a控制器；12目标电压修正块；13偏移输出块；14、15减法运算器；16、16a反馈控制块；17、17a过电压监视块；S1开关(switch)。
具体实施方式
(第1实施例)
参照附图来说明第1实施例的电压转换器2。图1中表示第1实施例的电压转换器2的控制框图。电压转换器2是将输入电压Vin变压到目标电压VLO的装置。目标电压VLO由未图示的上一级控制器给予。
电压转换器2具备电压转换电路3、控制器10以及两个电压传感器(第1电压传感器4、第2电压传感器5)。电压转换电路3是转换电压的主电路。电压转换电路3是由开关元件和电抗器构成的非绝缘型转换器，能够通过开关元件的控制来调整输入电压Vin与输出电压Vout之比。以下，为便于说明，将电压转换电路3记作主电路3。
控制器10由若干个块(block)构成。控制器10具备反馈控制块16、目标电压修正块12、过电压监视块17。此外，控制器10还具备减法运算器14、15、偏移输出块13、开关S1。此外，过电压监视块17以外的块由CPU(中央运算装置)和程序(软件)来实现。过电压监视块17被要求即使在碰撞时等紧急情况下也要切实地工作，因而并非由软件而是由硬件来实现。
反馈控制块16是控制主电路3以使得输出电压Vout随动于目标电压VLO的块。反馈控制块16控制主电路3以使得第1电压传感器4的计测值Vs1与目标电压VLO的电压差dV(＝VLO-Vs1)收敛于零。“控制主电路3”意味着，以预定占空比驱动主电路3所包含的开关元件。在计测值Vs1比目标电压VLO低的情况下，反馈控制块16使占空比提高，在计测值Vs1比目标电压VLO高的情况下，反馈控制块16使占空比降低。具体而言，反馈控制块16中组装有PID控制算法以使得目标电压VLO与第1电压传感器4的计测值Vs1的电压差dV收敛于零。
由减法运算器14获得目标电压VLO与第1电压传感器4的计测值Vs1的电压差dV。减法运算器14的结果输入到反馈控制块16。
如前所述，目标电压VLO由未图示的上一级控制器给予。在控制器10中，当特定的条件成立时，将目标电压VLO修正为修正目标电压VLOc(＝VLO-Voff)。在目标电压VLO被修正了的情况下，反馈控制块16控制主电路3以使得第1电压传感器4的计测值Vs1随动于修正目标电压VLOc。即，反馈控制块16控制主电路3以使得电压差dV(＝VLOc-Vs1)收敛于零。
特定的条件指的是第2电压传感器5的计测值Vs2高于预定的电压阈值Vth。目标电压修正块12判断特定的条件是否成立。目标电压修正块12被输入第2电压传感器5的计测值Vs2。目标电压修正块12在第2电压传感器5的计测值Vs2高于电压阈值Vth时，将开关S1闭合(导通)，使偏移输出块13连接于减法运算器15。偏移输出块13生成偏移电压Voff。当偏移输出块13连接于减法运算器15时，在减法运算器15中，由从上一级控制器发送来的目标电压VLO减去偏移电压Voff。即，目标电压VLO被修正为修正目标电压VLOc(＝VLO-Voff)。
第2电压传感器5的计测值Vs2也输入到过电压监视块17。过电压监视块17在计测值Vs2高于电压上限值Vx时将主电路3停止。
偏移电压Voff设定为从第2电压传感器5的计测值Vs2减去电压阈值Vth而得到的值。在计测值Vs2高于电压阈值Vth时，使用偏移电压Voff(＝Vs2-Vth)，因此偏移电压Voff设定为小的正值。
另外，电压阈值Vth设定为从电压上限值Vx减去第2电压传感器5的计测公差|e2|而得到的值。公差|e2|意味着第2电压传感器5的计测误差的假设的最大值。可能存在正侧的误差和负侧的误差，而公差由其绝对值来表示。此外，后述的第1电压传感器4的公差|e1|意味着第1电压传感器4的计测误差的假设的最大值(绝对值)。
对在第2电压传感器5的计测值Vs2高于电压阈值Vth时修正目标电压VLO的处理的效果进行说明。第2电压传感器5的计测值Vs2可能会包含最大为公差|e2|的大小的误差。另外，第1电压传感器4的计测值Vs1也可能会包含最大为公差|e1|的大小的误差。反馈控制块16控制主电路3以使得输出电压Vout与目标电压VLO一致。而且，反馈控制块16使用第1电压传感器4来得知输出电压Vout，第1电压传感器4的计测值Vs1包含误差。在计测值Vs1包含有公差|e1|的大小的误差的情况下，若控制为使计测值Vs1与目标电压VLO一致，则实际的输出电压Vout在误差最大的情况下会成为电压VLO+|e1|(Vout＝VLO+|e1|)。
第2电压传感器5也计测输出电压Vout。在第2电压传感器5的计测值Vs2包含有公差|e2|的误差的情况下，计测值Vs2最大能够表示Vout+|e2|。如前所述，通过使用了第1电压传感器4的反馈控制，实际的输出电压Vout能够表示“VLO+|e1|”。因此，在重叠了第1电压传感器4的误差的情况下，第2电压传感器5的计测值Vs2能够表示Vs2＝VLO+|e1|+|e2|。
另一方面，过电压监视块17在计测值Vs2高于电压上限值Vx时停止主电路3。在电压(VLO+|e1|+|e2|)超过电压上限值Vx的情况下，尽管现实的输出电压Vout为VLO+|e1|(<电压上限值Vx)，但由于误差的累积，过电压监视块17也可能会判断为输出电压Vout高于电压上限值Vx。其结果，尽管现实的输出电压Vout为VLO+|e1|(<电压上限值Vx)，但却会执行错误处理。
通过在第2电压传感器5的计测值Vs2高于电压阈值Vth(＝Vx-|e2|)的情况下将目标电压VLO变更为修正目标电压VLOc(＝VLO-(Vs2-Vth))，反馈控制的结果的实际的输出电压Vout会降低。具体而言，输出电压Vout成为如下的(式1)所示。
Vout＝VLOc+e1
＝(VLO-(Vs2-Vth))+e1
＝(VLO-((Vs1+e2)-Vth))+e1
＝(VLO-(((VLO+e1)+e2)-Vth)+e1
＝VLO-VLO-e1-e2+Vth+e1
＝Vth-e2
＝(Vx-|e2|)-e2 (式1)
此时，第2电压传感器5的计测值Vs2成为如下的(式2)所示。
Vs2＝Vout+e2
＝(Vx-|e2|)-e2+e2
＝Vx-|e2| (式2)
因此，在第2电压传感器5的计测值Vs2高于电压阈值Vth(＝Vx-|e2|)的情况下，通过如上那样修正目标电压VLO，第2电压传感器5的计测值将不会超过电压上限值Vx。
再使用图2的流程图来说明控制器10所执行的处理。图2的流程图中包含有目标电压VLO的修正处理和过电压监视处理，但不包含反馈控制。反馈控制与图2的处理分开地定期被执行。控制器10在主电路3工作期间定期地执行图2的处理。
控制器10取得第2电压传感器5的计测值Vs2(步骤S2)。接着，控制器10比较计测值Vs2和电压阈值Vth(步骤S3)。在计测值Vs2不高于电压阈值Vth的情况下，控制器10将开关S1断开(截止)(步骤S3：否，S5)。此外，当在执行步骤S5之前开关S1是断开的情况下，控制器10不作任何处理即可。
另一方面，在计测值Vs2高于电压阈值Vth的情况下，控制器10将开关S1闭合(步骤S3：是，S4)。当开关S1闭合时，偏移输出块13连接于减法运算器15，从目标电压VLO减去偏移电压Voff。即，目标电压VLO被修正为修正目标电压VLOc(＝VLO-Voff)。此外，如前所述，偏移电压为Voff＝Vs2-Vth。
接下来，控制器10将取得的计测值Vs2与电压上限值Vx进行比较(步骤S6)。在计测值Vs2超过了电压上限值Vx的情况下，控制器10停止主电路3(步骤S6：是，S7)。步骤S6、S7的处理由控制器10的过电压监视块17执行。虽然省略了图示，但在执行了步骤S7的处理(主电路3的停止)的情况下，也执行在车辆中发生了异常的情况下的其他应对处理。应对处理例如包含将发生异常的消息通知给上一级的控制器的处理。
在计测值Vs2没有超过电压上限值Vx的情况下(S6：否)，控制器10结束处理。
如前所述，反馈控制与图2的处理分开地定期被执行。当目标电压通过步骤S4的处理而被修正时，反馈控制的目标值从目标电压VLO变更为修正目标电压VLOc(＝VLO-Voff)。其结果，反馈控制块16控制主电路3以使得第1电压传感器4的计测值Vs1与修正目标电压VLOc的电压差收敛于零。此外，偏移电压Voff是从第2电压传感器5的计测值Vs2减去电压阈值Vth而得到的值。即，修正目标电压为VLOc＝VLO-Vs2+Vth。在该情况下，如前所述，当电压差收敛到零时，输出电压Vout会成为Vout＝(Vx-|e2|)-e2。通过修正目标电压，能防止因误差的累积而引起的过电压监视块17的误判断。
(第2实施例)
参照图3来说明第2实施例的电压转换器2a。图3是第2实施例的电压转换器2a的框图。电压转换器2a具备主电路3、控制器10a、第1电压传感器4a、第2电压传感器5a。第2实施例的电压转换器2a的功能与第1实施例的电压转换器2的功能相同。
主电路3具有与第1实施例的电压转换器2的主电路相同的构成，将被输入的电压(输入电压Vin)以预定比例进行变压并输出。主电路3的输出电压Vout由第1电压传感器4a和第2电压传感器5a来计测。第1电压传感器4a由两个电阻41、42构成。两个电阻41、42串联连接于主电路3的输出线与接地之间。两个电阻41、42的串联连接的中点43相当于第1电压传感器4a的输出端。即，第1电压传感器4a将主电路3的输出电压Vout以预定电压比进行分压并将该分压输出。第1电压传感器4a的输出(第1电压传感器4a的计测值Vs1)被输入到控制器10a。
第2电压传感器5a具有与第1电压传感器4a相同的构成，由两个电阻51、52构成。两个电阻51、52串联连接于主电路3的输出线与接地之间。两个电阻51、52的串联连接的中点53相当于第2电压传感器5a的输出端。第2电压传感器5a将主电路3的输出电压Vout以预定电压比进行分压并将该分压输出。第2电压传感器5a的输出(第2电压传感器5a的计测值Vs2)也输入到控制器10a。控制器10a由未图示的上一级控制器输入目标电压VLO。
控制器10a由反馈控制块16a和过电压监视块17a构成。反馈控制块16a具备CPU(中央运算装置)和存储器，存储于存储器的程序由CPU执行。反馈控制块16a在第2电压传感器5a的计测值Vs2低于电压阈值Vth的情况下对主电路3进行反馈控制以使得第1电压传感器4a的计测值Vs1与目标电压VLO一致。
反馈控制块16a在第2电压传感器5a的计测值Vs2高于电压阈值Vth的情况下将目标电压VLO进行修正。具体而言，反馈控制块16a将从目标电压VLO减去偏移电压Voff而得到的值设为修正目标电压VLOc。反馈控制块16a对主电路3进行反馈控制以使得第1电压传感器4a的计测值Vs1与修正目标电压VLOc一致。偏移电压Voff设定为从第2电压传感器5a的计测值Vs2减去电压阈值Vth而得到的值。
过电压监视块17a在第2电压传感器5a的计测值Vs2高于电压上限值Vx时停止主电路3。过电压监视块17a并非由CPU和程序来实现，而全部由硬件实现。过电压监视块17a例如由比测器(comparator)和放大器等构成。
第2实施例的电压转换器2a以与第1实施例的电压转换器2相同的方式工作。由于过电压监视块17a通过硬件构成，因此电压转换器2a的处理速度快。另外，电压转换器2a的第1电压传感器4a和第2电压传感器5a分别由两个电阻构成。第1电压传感器4a和第2电压传感器5a构造简单，能够以低价实现。
叙述与在实施例中说明的技术相关的注意点。实施例的电压转换器2(2a)的控制器10(10a)在第2电压传感器5(5a)的计测值Vs2比电压阈值Vth低的情况下，进行反馈控制以使得第1电压传感器4(4a)的计测值Vs1与目标电压VLO一致。通过反馈控制，输出电压Vout在第1电压传感器4的公差|e1|的范围内随动于目标电压VLO。电压阈值Vth设定为比电压上限值Vx低的值。具体而言，电压阈值Vth设定为比电压上限值Vx低第2电压传感器5(5a)的计测公差|e2|的值(Vth＝Vx-|e2|)。第1电压传感器4(4a)的公差|e1|与第2电压传感器5(5a)的公差|e2|大致相等。所以，在第2电压传感器5(5a)的计测值Vs2低于电压阈值Vth的期间，第2电压传感器5(5a)的计测值Vs2不会超过电压上限值Vx。
控制器10(10a)在第2电压传感器5(5a)的计测值Vs2高于电压阈值Vth的情况下，将目标电压VLO修正为比该目标电压VLO低的修正目标电压VLOc(＝VLO-Voff)。目标电压降低，因而实际的输出电压Vout也降低。其结果，第2电压传感器5(5a)的包含误差的计测值Vs2也降低。因此，能避免第2电压传感器5(5a)的计测值Vs2因误差而超过电压上限值。
偏移电压Voff设定为从计测值Vs2减去电压阈值Vth而得到的值(Voff＝Vs2-Vth)。即，修正目标电压为VLOc＝VLO-Voff＝VLO-(Vs2-Vth)。如(式1)中所示，此时，输出电压成为Vout＝(Vx-|e2|)-e2。即使第2电压传感器5(5a)的计测值Vs2包含公差|e2|，第2电压传感器5(5a)的计测值Vs2也不会超过电压上限值Vx。
叙述与在实施例中说明的技术相关的注意点。过电压监视块17(17a)执行的处理(图2的步骤S3、S4的处理)相当于错误处理的一例。作为第2电压传感器5(5a)的计测值Vs2高于电压上限值Vx时的错误处理，也可以限制主电路3的输出。
以上，详细说明了本发明的具体例，但这些只不过是例示，并非限定技术方案。技术方案所记载的技术包括对以上例示的具体例进行各种变形、变更而得到的技术。本说明书或附图中说明的技术要素以单独或各种组合的方式发挥技术有用性，不限定于申请时技术方案记载的组合。另外，本说明书或附图中例示的技术能够同时达成多个目的，达成其中一个目的本身就具有技术有用性。

Claims (4)

1.一种电压转换器，具备：
电压转换电路；
计测所述电压转换电路的输出电压的第1电压传感器和第2电压传感器；以及
控制器，其对所述电压转换电路进行反馈控制以使得目标电压与所述第1电压传感器的计测值的电压差成为零，并且，在所述第2电压传感器的计测值高于预定的电压上限值的情况下执行预定的错误处理，
所述控制器在所述第2电压传感器的计测值高于比所述电压上限值低的预定的电压阈值的期间对所述电压转换电路进行反馈控制以使得修正目标电压与所述第1电压传感器的计测值的电压差成为零，所述修正目标电压是从所述目标电压减去预定的偏移电压而得到的电压。
2.根据权利要求1所述的电压转换器，
所述偏移电压设定为从所述第2电压传感器的计测值减去所述电压阈值而得到的值。
3.根据权利要求1或2所述的电压转换器，
所述电压阈值设定为从所述电压上限值减去所述第2电压传感器的公差而得到的值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电压转换器，
所述控制器将所述电压转换电路停止以作为所述错误处理。
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