CN110635674A - Dc/dc电路软启动控制方法及其电路、控制器及车载设备 - Google Patents

Dc/dc电路软启动控制方法及其电路、控制器及车载设备 Download PDF

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CN110635674A CN201910987097.2A CN201910987097A CN110635674A CN 110635674 A CN110635674 A CN 110635674A CN 201910987097 A CN201910987097 A CN 201910987097A CN 110635674 A CN110635674 A CN 110635674A
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董亚武
贾华献
余鹏飞
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Abstract

本发明涉及车载电源电路领域，特别是涉及基于DC/DC电路软启动控制方法及其电路、控制器及车载设备。其中，该基于DC/DC电路软启动控制方法用于DC/DC软启动控制电路，该DC/DC电路软启动控制方法包括控制开关电路工作在断开状态，以断开高压电源为母线电容充电的回路，然后控制电压转换电路的工作状态，以使有源负载的电源经由电压转换电路为母线电容反向充电，因此，使得母线电容的电压充至高压电源电压，从而减少高压电源接入瞬间的直流电压与母线电容电压压差，达到抑制启动冲击电流的目的，实现DC/DC电路的软启动。

Description

DC/DC电路软启动控制方法及其电路、控制器及车载设备
技术领域
本发明涉及车载电源电路技术领域，特别是涉及DC/DC电路软启动控制方法及其电路、控制器及车载设备。
背景技术
在环境污染与产业革命的双重动力驱使下，燃油汽车的电动化，显然是一种不可逆转的必然趋势。车载DCDC模块是电动汽车中一个极其关键的核心零部件，负责完成直流高压到直流低压的电平转换，以适应汽车内低压负载供电需求。
车载DCDC电源的启动控制电路是非常重要的，若直接启动车载DCDC电源，则会容易产生启动冲击电流，这样会严重威胁系统安全和使用寿命。
发明内容
本发明实施例一个目的旨在提供一种基于DC/DC电路软启动控制方法及控制电路，其能够抑制DC/DC电路启动时的启动冲击电流，实现DC/DC电路软启动的目的。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：
在第一方面，本发明实施例提供一种基于DC/DC电路软启动控制方法，应用于车载系统，所述DC/DC软启动控制电路包括依次串接的高压电源、开关电路、所述DC/DC电路以及可提供电源的有源负载，所述高压电源驱动所述DC/DC电路工作，所述DC/DC电路驱动所述有源负载工作，所述DC/DC电路包括依次串接的母线电容及电压转换电路，所述电压转换电路还与所述有源负载连接，其特征在于，所述方法包括：
控制所述开关电路工作在断开状态，以断开所述高压电源为所述母线电容充电的回路；
控制所述电压转换电路的工作状态，以使所述有源负载的电源经由所述电压转换电路为所述母线电容反向充电。
在一些实施例中，所述电压转换电路包括依次串接的第一电压转换电路、隔离变换器及第二电压转换电路，并且，所述第一电压转换电路还与所述母线电容连接，所述第二电压转换电路还与所述有源负载连接；
所述控制所述电压转换电路的工作状态，以使所述有源负载的电源经由所述电压转换电路为所述母线电容反向充电，包括：
控制所述第一电压转换电路及所述第二电压转换电路的工作状态，以使所述有源负载的电源依次经由所述第二电压转换电路、所述隔离变换器及所述第一电压转换电路为所述母线电容反向充电。
在一些实施例中，所述有源负载提供的电源为直流电压。
在一些实施例中，所述第二电压转换电路包括若干开关管，所述控制所述第一电压转换电路及所述第二电压转换电路的工作状态，以使所述有源负载的电源依次经由所述第二电压转换电路、所述隔离变换器及所述第一电压转换电路为所述母线电容反向充电，包括：
控制所述第二电压转换电路中对应开关管交替工作在导通状态及截止状态，以将所述直流电压转换成交流电压；
将所述交流电压施加在所述隔离变换器副边，并通过所述隔离变换器将所述交流电压耦合至所述第一电压转换电路；
控制所述第一电压转换电路的工作状态，以使耦合的所述交流电压经过所述第一电压转换电路的处理后，为所述母线电容反向充电。
在一些实施例中，所述控制所述第二电压转换电路中对应开关管交替工作在导通状态及截止状态，包括：
获取所述母线电容的电容电压；
当所述电容电压未达到预设电压阈值时，按照为所述母线电容充电的恒流充电模式，控制所述第二电压转换电路中对应开关管交替工作在导通状态及截止状态。
在一些实施例中，所述控制所述第二电压转换电路中对应开关管交替工作在导通状态及截止状态，包括：
当所述电容电压达到预设电压阈值时，按照为所述母线电容充电的恒压充电模式，控制所述第二电压转换电路中对应开关管交替工作在导通状态及截止状态。
在一些实施例中，所述方法还包括：
当所述电容电压维持在所述预设电压阈值时，控制所述开关电路工作在闭合状态，使得所述DC/DC电路进入正常工作模式。
在一些实施例中，所述第一电压转换电路包括若干开关管，每个所述开关管皆配置有体二极管，所述控制所述第一电压转换电路的工作状态，以使耦合的交流电压经过所述第一电压转换电路的处理后，为所述母线电容充电，包括：
控制所述第一电压转换电路中每个开关管处于截止状态，以使所述有源负载的电源经过所述第一电压转换电路中对应开关管的体二极管为所述母线电容充电。
在第二方面，本发明实施例提供一种控制器，所述控制器包括：
至少一个处理器；和
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；
其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上所述的基于DC/DC电路的软启动控制方法。
第三方面，本发明实施例提供一种DC/DC软启动控制电路，所述DC/DC软启动控制电路包括依次串接的高压电源、开关电路、母线电容、DC/DC电路、电压转换电路以及可提供电源的有源负载，所述DC/DC软启动控制电路还包括：
采样电路，用于采样所述DC/DC电路的激励信号；
驱动电路，与所述电压转换电路连接，用于驱动所述电压转换电路；以及
如上所述的控制器，所述控制器分别与所述开关电路、所述电压转换电路、所述驱动电路、所述采样电路及所述有源负载连接。
在一些实施例中，所述电压转换电路包括依次串接的第一电压转换电路、隔离变换器及第二电压转换电路，并且，所述第一电压转换电路还与所述母线电容连接，所述第二电压转换电路还与所述有源负载连接。
在一些实施例中，所述第一电压转换电路为全桥整流电路或全桥逆变电路。
在一些实施例中，所述第二电压转换电路为推挽输出电路，所述推挽输出电路包括第一推挽开关管及第二推挽开关管；
所述隔离变换器的副边绕组包括共同连接在第一节点的第一副边绕组及第二副边绕组，所述第一推挽开关管连接在所述第一副边绕组，所述第二推挽开关管连接在所述第二副边绕组，所述有源负载连接在所述第一节点，其中，所述控制器按照为所述母线电容充电的恒压充电模式或恒流充电模式，控制所述第一推挽开关管与所述第二推挽开关管交替工作在导通状态及截止状态。
在一些实施例中，所述第二电压转换电路为全桥逆变电路，所述全桥逆变电路包括若干开关管，所述全桥逆变电路串接于所述隔离变换器的副边绕组与所述有源负载之间，其中，所述控制器按照为所述母线电容充电的恒压充电模式或恒流充电模式，控制所述全桥逆变电路中的开关管交替工作在导通状态及截止状态。
第四方面，本发明实施例提供一种车载设备，包括如上所述的DC/DC软启动控制电路。
在本发明各个实施例中，当需要对DC/DC电路软启动时，首先控制开关电路工作在断开状态，以断开高压电源为母线电容充电的回路，然后控制电压转换电路的工作状态，以使有源负载的电源经由电压转换电路为母线电容反向充电，因此，使得母线电容的电压充至高压电源电压，从而减少高压电源接入瞬间的直流电压与母线电容电压压差，达到抑制启动冲击电流的目的，实现DC/DC电路的软启动。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明实施例提供一种DC/DC软启动控制电路的结构框图示意图；
图2是本发明另一实施例提供一种DC/DC软启动控制电路的结构框图示意图；
图3是本发明实施例提供一种DC/DC软启动控制电路的结构示意图；
图4是本发明实施例提供一种基于DC/DC软启动控制电路的开关控制时序的示意图；
图5是本发明实施例提供一种基于DC/DC软启动控制电路的控制结构框图；
图6是本发明另一实施例提供一种基于DC/DC软启动控制电路的控制结构框图；
图7是本发明实施例提供另一种DC/DC软启动控制电路的结构示意图；
图8是本发明实施例提供一种DC/DC软启动控制装置的结构示意图；
图9是本发明实施例提供一种DC/DC软启动控制方法的流程示意图；
图10是图9中步骤302的流程示意图；
图11是图10中步骤3021的流程示意图；
图12是本发明另一实施例提供一种DC/DC软启动控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，图1是本发明实施例提供一种DC/DC软启动控制电路的结构示意图，其应用于车载系统。如图1所示，该DC/DC软启动控制电路100包括依次串接的高压电源10、开关电路20、DC/DC电路30以及可提供电源的有源负载40，其中，所述高压电源10驱动所述DC/DC电路30工作，所述DC/DC电路30驱动所述有源负载40工作，所述DC/DC电路30包括依次串接的母线电容31及电压转换电路32，所述电压转换电路32还与所述有源负载40连接。
当需要对DC/DC电路30软启动时，首先控制开关电路20工作在断开状态，以断开高压电源10为母线电容31充电的回路，然后控制电压转换电路32的工作状态，以使有源负载40的电源经由电压转换电路32为母线电容31反向充电，这样就使得母线电容31的电压充至高压电源10电压，从而减少高压电源10接入瞬间的直流电压与母线电容31电压压差，达到抑制启动冲击电流的目的，实现DC/DC电路30的软启动。
在一些实施例中，高压电源10和有源负载40提供的电源均是直流，其中，高压电源10可以是交流电源经过整流滤波等一系列处理之后得到的直流电源，也可以是一些电源的组合装置，还可以是车载系统中的高压电池，有源负载40提供的电源可以是车载系统自带的低压蓄电池，而汽车中低压蓄电池始终存在，因此，该DC/DC电路的软启动控制方法可以在不增加硬件成本的条件下，完成DC/DC电路的软启动。
在一些实施例中，开关电路20可以是接触器、继电器、电子开关、延时开关、光电开关、轻触开关、接近开关、以及双控开关等类型。也可以是由开关管组成的开关电路。该开关电路20分别与高压电源10和母线电容31连接，当该开关电路20工作在闭合状态时，高压电源10与母线电容31连接，其可以为母线电容31充电，进而通过母线电容31驱动DC/DC电路30，当该开关电路20工作在断开状态时，高压电源10与母线电容31断开连接。
在一些实施例中，DC/DC电路30是车载系统中的重要组成部分，其主要是用于将高压电源10提供的直流高压转换成直流低压，以适应汽车内低压负载供电的需求，其中DC/DC电路30中包含的母线电容31是并联在整个电路的输入端，通过开关电路20与高压电源10连接，在DC/DC电路30中加入母线电容31有两方面作用，一方面能够有效降低系统的EMI噪声，另一方面能够大大降低输入电流纹波。DC/DC电路30还包括电压转换电路32，该电压转换电路32用于电压的转换和充电电流的变换，在有源负载40的电源对母线电容31进行反向充电时，反向充电的充电模式包括恒流充电和恒压充电两种模式，而反向充电的电流均经过该电压转换电路32的转换，完成对母线电容31的恒流充电和恒压充电。
请参阅图2，图2是本发明另一实施例提供一种DC/DC软启动控制电路的框图结构示意图，如图2所示，该DC/DC软启动控制电路100还包括驱动电路50，其与电压转换电路32连接，用于驱动电压转换电路32，进而改变电压转换电路32的工作状态。
该DC/DC软启动控制电路100还包括采样电路60，用于采样DC/DC电路30的激励信号，该激励信号可以是母线电容31上电压，或者是流经DC/DC电路30的电流信号。采样电路60用于实现电平转换或者信号隔离，还可以实现将电流信号转换成电压信号，方便后续电路处理，采样电路60是一种电压信号调理电路，包括比例缩小、信号隔离、滤波降噪等相关内容。
该DC/DC软启动控制电路100还包括控制器70，控制器70分别与开关电路20、电压转换电路32、驱动电路50、采样电路60及有源负载40连接。采样电路60将采集到的激励信号传送给控制器70，由控制器70根据激励信号和预设信号产生控制驱动电路50的驱动信号，由驱动信号控制电压转换电路32的工作状态。
在一些实施例中，电压转换电路32包括依次串接的第一电压转换电路321、隔离变换器322及第二电压转换电路323，并且第一电压转换电路321还与母线电容31连接，第二电压转换电路323还与有源负载40连接，当有源负载40包含的电源对母线电容31反向充电时，控制器70控制驱动电路50生成驱动信号，通过驱动信号控制第一电压转换电路及第二电压转换电路的工作状态，使得反向充电电流依次经过第二电压转换电路323、隔离变换器322以及第一电压转换电路321为母线电容充电。该驱动信号可以是PWM信号。
其中，第一电压转换电路321和第二电压转换电路323可以是同类型的转换电路，也可以是不同类型的转换电路，其工作中状态均受驱动信号的控制。例如第一转换电路321和第二转换电路323可以是由MOS开关管组成的电路，MOS开关管的栅极受驱动信号的控制，控制MOS开关管的断开和闭合，进而控制转换电路的工作状态。
隔离变换器322主要是用于完成信号的转变，包括电压大小的转换、交直流信号的转换等。所以隔离变换器322可以采用变压器实现隔离，常用的变压器隔离变换器包括全桥、半桥、正激、推挽等类型的变换器。
在一些实施例中，第一电压转换电路321包括若干开关管，该开关管可以是MOS管，MOS管的栅极受驱动信号控制，控制器70控制第一驱动电路51发出第一驱动信号，通过第一驱动信号控制MOS管栅极，进而控制该MOS管的导通和截止，进而控制第一电压转换电路321的工作状态。同样地，第二电压转换电路323也包括若干开关管，每个开关管均配置有体二极管，该开关管同样可以是MOS开关管，控制器70通过第二驱动电路52向第二电压转换电路323中的MOS开关管的栅极发送第二驱动信号，控制该MOS开关管的导通和截止，进而控制第二电压转换电路323的工作状态。隔离变换器322包括原边和副边，第一转换电路321与隔离变换器322的原边并联，第二电压转换电路323与隔离变换器322的副边并联，该隔离变换器322可以由变压器组成。那么当有源负载40的电压依次经由第二电压转换电路323、隔离变换器322及第一电压转换电路321为母线电容31反向充电时，具体过程可以描述如下：
首先，采样电路60采集DC/DC电路30的激励信号，具体可以采集母线电容31的电压，并将该采集的电压值传送给控制器70，控制器70根据采集的电压值和高压电源10的电压值，生成控制第二驱动电路52的控制信号，进而使得第二驱动电路52控制第二电压转换电路323中对应开关管交替工作在导通状态及截止状态，以将有源负载40包含的电源的直流电压转换成交流电压，然后该交流电压施加在隔离变换器322副边，并通过隔离变换器322将该交流电压耦合至第一电压转换电路321，同时控制器70通过第一驱动电路51控制第一电压转换电路321的工作状态，具体为控制第一电压转换电路321中对应的开关管工作在截止状态，进而使得耦合到隔离变换器322原边的交流电压经过第一电压转换电路321的处理后，为母线电容31反向充电。
其中，反向充电的充电方式分为两个阶段，第一阶段是恒流充电，第二阶段是恒压充电，控制器70首先通过采样电路60获取母线电容31的电容电压，并将该电容电压与预设电压阈值进行比较，当电容电压未达到预设电压阈值时，控制器70控制第二电压转换电路323中对应开关管交替工作在导通状态及截止状态，使得有源负载40的电源可以对母线电容31恒流充电，当电容电压达到预设电压阈值时，控制器70控制第二电压转换电路323中对应开关管交替工作在导通状态及截止状态，使得有源负载40的电源可以对母线电容31恒压充电。预设电压阈值可以是高压电源电压。
当采用恒压模式对母线电容31充电一段时间以后，母线电容31电压会一直维持在预设电压阈值，控制器70再控制开关电路20工作在闭合状态，使得高压电源10与母线电容31连接，在闭合之后，由于母线电容31上的电压已经被有源负载40的电源充至高压电源10的电压值，高压电源10的电压与母线电容31的电压值相同，使得DC/DC电路30启动时候，抑制了冲击电流的产生，使得DC/DC电路30完成软启动，进入正常工作模式。
综上所述，当需要对DC/DC电路30软启动时，控制器70首先控制开关电路20工作在断开状态，使得高压电源10与母线电容31的连接处于断开状态，也就是断开该高压电源10为母线电容31充电的回路，然后采样电路60采样该DC/DC电路30的激励信号并传送到控制器70，若该激励信号是母线电容31的电压，那么控制器70根据采样的母线电容电压与高压电源10的电压值，产生控制驱动电路50的控制信号，进而使得驱动电路50产生的驱动信号控制电压转换电路32的工作状态，使得有源负载40的电源经由电压转换电路62为母线电容31反向充电，并将母线电容31上的电压充至高压电源10的电压值，然后维持母线电容31上的电压保持在高压电源10的电压值时，控制器70控制开关电路20工作在闭合状态，使得DC/DC电路30启动，使其工作在正常状态，完成DC/DC电路30的软启动工作。该软启动方法先利用有源负载40中的电源对母线电容31反向充电，将母线电容31的电压充至高压电源10电压值，然后再控制开关电路20工作在闭合状态以使DC/DC电路30启动，DC/DC电路30启动时，母线电容31的电压与高压电源10电压值相同，启动冲击电流就会被抑制，完成DC/DC电路30软启动。
在一些实施例中，采样电路60还可以采集流经母线电容的电流，那么控制器70可以根据采样电流值和预设电流阈值，控制有源负载40的电源对母线电容31反向充电。采样电路60还可以采集隔离变换器322副边电路中有源负载40电源侧的电压，或者采集流经第二电压转换电路323与有源负载40电源之间的电流，并将该电流信号转换为电压信号，并将换算得到的电压信号或者直接采集到的信号传送给控制器70，由控制器70进行下一步处理。
请参阅图3，图3是本发明另一实施例提供的基于DC/DC电路的软启动控制电路结构示意图。如图3所示，高压电源10是高压电池V1，可以为后端DC/DC电路30提供直流高压。
开关电路20包括第一开关K1和第二开关K2，第一开关K1和第二开关K2用于连接高压电池V1与母线电容C1，在DC/DC电路30未启动时，开关电路20是工作在断开状态，也就是说，第一开关K1和第二开关K2至少有一个开关是工作在断开状态。
第一电压转换电路321包括由第一MOS开关管Q1、第二MOS开关管Q2、第三MOS开关管Q3以及第四MOS开关管Q4组成的整流/逆变电路，其中，每一个MOS开关管的栅极均与第一驱动电路51连接，由该第一驱动电路51控制四个MOS开关管的工作状态，第一MOS开关管Q1的漏极和第四MOS开关管Q4的漏极共同连接与第一开关K1的一端，第二MOS开关管Q2的源极和第三MOS开关管Q3的源极共同连接与第二开关K2的一端，第一MOS开关管Q1的源极和第二MOS开关管Q2的漏极连接，第四MOS开关管Q4的源极与第三MOS开关管Q3的的漏极连接。第一驱动电路51控制该四个MOS开关管的工作状态，使其导通或者截止。
隔离变换器322包括变压器T1，变压器T1包括原边绕组和副边绕组，副边绕组包括共同连接在第一节点3221的第一副边绕组和第二副边绕组，变压器T1原边同名端与第一MOS开关管Q1的源极连接，变压器T1原边异名端与第二MOS开关管Q2的漏极连接。变压器T1主要是起到信号转换、信号隔离和电压转换的功能。
第二开关转换电路323为推挽输出电路，该推挽输出电路包括第一推挽开关管Q5及第二推挽开关管Q6，第一推挽开关管连接在第一副边绕组，第二推挽开关管连接在第二副边绕组，有源负载40连接在第一节点，其中第一推挽开关管Q5和第二推挽开关管Q6均可以是MOS开关管，其中，第一推挽开关管Q5和第二推挽开关管Q6的栅极均由第二驱动电路52连接，控制器70可以通过第二驱动电路52控制第一推挽开关管Q5和第二推挽开关管Q6的导通或者截止，使其交替工作在导通状态及截止状态，实现为母线电容C1恒流充电或者恒压充电。第一开关转换电路321及第二开关转换电路323能够根据需求实现两侧能量自由切换。
进一步地，有源负载40包含的电源包括低压蓄电池V2，低压蓄电池V2存在于车载系统内部，由车载系统中的辅助电源提供。
在一些实施例中，低压蓄电池V2与与第二电压转换电路323通过第三开关K3和第四开关K4连接，低压蓄电池V2的正极通过第三开关K3连接与第一副边和第二副边上的第一节点3221。
在一些实施例中，低压蓄电池V2与第二电压转换电路323之间还配置有低通滤波电路80，该低通滤波电路80包括传感器L1和电容器C2，传感器L1的一端分别与电容器C2的一端和第三开关K3的一端连接，传感器L1的另一端与第一节点连接，电容器C2的另一端分别与第四开关K4的一端和第一推挽开关管连接。
在一些实施例中，采样电路60包括高压侧电压采样电路61、高压侧电流采样电路62、低压侧电压采样电路63以及低压侧电流采样电路64。其中，高压侧电压采样电路61设置在开关电路20和第一电压转换电路321之间，能够保证DC/DC电路30在任何工作状态下，高压侧电压采样电路61都能够获得母线电容电压。高压侧电流采样电路62是一种电流采样信号调理电路，主要针对高压侧电流进行信号处理，并将电流信号转换为电压信号，方便控制器70对电流信息的识别和获取。低压侧电压采样电路63设置在低通滤波电路80与第三开关K3之间，其包括电平转换、滤波降噪等环节，实现控制器70对低压蓄电池电压或者DC/DC电路输出电压信号的获取。低压侧电流采样电路64是为了方便控制器对低压侧电流信息的获取。低压侧的电压和电流采样还可以起到异常保护的作用。
请参阅图4，图4是本发明实施例提供一种DC/DC软启动控制电路的开关控制时序的示意图。如图4所示，控制周期为T。
基于图3所示的DC/DC软启动控制电路，本发明实施例结合图4详细阐述DC/DC软启动控制电路的工作过程，如下所述：
首先，控制器70控制第一开关K1和第二开关K2全部断开，或者是控制第一开关K1和第二开关K2中的一个开关断开，这就使得高压电池V1与母线电容C1之间连接断开。并且，控制器70控制第三开关K3和第四开关K4闭合，使得低压蓄电池V2与推挽输出电路323之间建立连接。同时，控制器70通过CAN通讯总线获取到高压电池V1电压。并且，控制器70生成控制第一驱动电路51的控制信号，通过第一驱动电路51使得第一开关转换电路321中的全部MOS开关管处于截止状态。
然后，高压侧采样电路61采样母线电容C1上的电压，并将该采样电压传输给控制器70，控制器70根据采样电压和高压电池V1电压，生成控制驱动电路的控制信号，在一个充电周期T内，在t’1阶段，使得第二驱动52的电路驱动第一推挽开关管Q5导通，第二推挽开关管Q6截止，使得低压蓄电池V2、第三开关K3、电感L1、第一推挽开关管Q5、变压器T1的第二副边和第四开关管K4形成闭合回路，使得低压蓄电池V2的直流电压转换成交流电压，并经变压器T1副边将该交流电压耦合至变压器T1原边绕组，使得原边绕组、第一MOS开关管Q1体二极管、母线电容C1以及第三MOS开关管Q3体二极管形成闭合回路，t’2阶段，第二驱动电路52驱动第一推挽开关管Q5截止，第二推挽开关管Q6导通，使得低压蓄电池V2、第三开关K3、电感L1、变压器T1的第一副边、第二推挽开关管Q6和第四开关管K4组成闭合回路，使得低压蓄电池V2的直流电压转换成交流电压，并经变压器T1副边将该交流电压耦合至变压器T1原边绕组，使得原边绕组、第四MOS开关管Q4体二极管、母线电容C1以及第二MOS开关管Q2体二极管形成闭合回路，以对母线电容C1恒流恒压反向充电，直至母线电容C1电压值上升至高压电池V1电压，然后使母线电容C1电压保持在高压电池V1电压，其中，低压蓄电池V2对母线电容C1反向充电的总时间为t，总时间t由N个充电周期T组成，N个充电周期T内的恒流充电时间为t1,N个周期T内的恒压充电时间为t2。充电电流可以设置为0A和2A之间，若充电电流太小，会影响充电时间，若充电电流太大，容易造成冲击电压电流，在本发明实施例中，充电电流为100mA。
最后，当母线电容C1电压维持高压电池V1电压一段时间以后，本发明实施例可以取为5秒，控制器70控制第一开关K1和第二开关K2工作在闭合状态，使得高压电池V1与母线电容C1连接，完成DC/DC电路30软启动，使得DC/DC电路30进入正常的工作状态。
其中，恒流充电时间t1与恒压充电时间t2之和取决于母线电容容量大小，一般情况下t1与t2之和不超过2秒，控制器70对该母线电容C1采用闭环控制系统，实时计算出t’1和t’1时间，也就是占空比大小，在本发明实施例中，t’1和t’2的大小相同，且小于T/2,相位相差180度。其控制结构框图如图5所示，其中，Vout是采样电压，Vsample是采样电压经过反馈传递函数之后的电压值，Vset是预设电压阈值，在本发明实施例中，预设电压阈值是高压电池电压，电压环路补偿器根据控制系统实时计算占空比大小。
在一些实施例中，请参阅图6，控制器70对母线电容C1采用双闭环控制系统，即电流内环电压外环控制，如图6所示，Isample是采用高压侧电流采样电路62采集的电流值，Iset是预设电流值。
综上所述，当启动DC/DC电路时，先采用低压蓄电池对母线电容反向充电，使得母线电容的电压充至高压电池电压，从而减少高压电池接入瞬间的直流电压与母线电容电压压差，达到抑制启动冲击电流，实现DC/DC电路的软启动。
在一些实施例中，请参阅图7，图7是本发明实施例提供另一种DC/DC电路软启动控制电路结构示意图，与图3的不同点在于第二开关转换电路323是全桥逆变电路，全桥逆变电路包括第五MOS开关管Q5、第六MOS开关管Q6、第七MOS开关管Q7以及第八MOS开关管Q8。该全桥逆变电路323中的MOS开关管均由一路驱动电路控制，第六MOS开关管串接与变压器T1副边绕组的一端和第九MOS开关管之间，且第九MOS开关管串接与第六MOS开关管与低压蓄电池V2的正极之间，副边绕组的另一端连接与第八MOS开关管，且第八MOS开关管串接于低压蓄电池V2负极与第七MOS开关管之间。当对DC/DC电路30软启动时，在t’1阶段，控制器70控制第六MOS开关管和第八MOS开关管导通，使得低压蓄电池V2、第三开关K3、电感L2、第六MOS开关管、变压器T1副边绕组、第八MOS开关管以及第四开关管K4组成闭合回路，将低压蓄电池V2的直流电压转换成交流电压，并经变压器T1副边将该交流电压耦合至变压器T1原边绕组；然后，在t’2阶段，控制器70控制第七MOS开关管和第九MOS开关管导通，使得低压蓄电池V2、第三开关K3、电感L2、第七MOS开关管、变压器T1副边绕组、第九MOS开关管以及第四开关管K4组成闭合回路，以实现对母线电容C1反向恒流恒压充电。
作为本发明实施例的另一方面，本发明实施例提供一种DC/DC电路软启动控制装置。该DC/DC电路软启动控制装置作为软件系统，其可以存储在图1与图7所阐述的控制器内。该DC/DC电路软启动控制装置包括若干指令，该若干指令存储于存储器内，处理器可以访问该存储器，调用指令进行执行，以完成DC/DC软启动控制电路的正常逻辑的控制。
该DC/DC电路软启动控制装置用于DC/DC软启动控制电路，DC/DC软启动控制电路包括依次串接的高压电源、开关电路、所述DC/DC电路以及可提供电源的有源负载，所述高压电源驱动所述DC/DC电路工作，所述DC/DC电路驱动所述有源负载工作，所述DC/DC电路包括依次串接的母线电容及电压转换电路，所述电压转换电路还与所述有源负载连接；
如图8所示，该DC/DC电路软启动控制装置200包括第一控制模块201，用于控制所述开关电路工作在断开状态，以断开所述高压电源为所述母线电容充电的回路；
第二控制模块202，用于控制所述电压转换电路的工作状态，以使所述有源负载的电源经由所述电压转换电路为所述母线电容反向充电。
在本发明实施例中，在DC/DC软启动控制电路中，当启动DC/DC电路时，先采用低压蓄电池对母线电容反向充电，使得母线电容的电压充至高压电池电压，从而减少高压电池接入瞬间的直流电压与母线电容电压压差，达到抑制启动冲击电流，实现DC/DC电路的软启动。
在一些实施例中，所述电压转换电路包括依次串接的第一电压转换电路、隔离变换器及第二电压转换电路，并且，所述第一电压转换电路还与所述母线电容连接，所述第二电压转换电路还与所述有源负载连接；
第二控制模块202包括第一控制单元2021，用于控制所述第一电压转换电路及所述第二电压转换电路的工作状态，以使所述有源负载的电源依次经由所述第二电压转换电路、所述隔离变换器及所述第一电压转换电路为所述母线电容反向充电。
在一些实施例中，所述第二电压转换电路包括若干开关管，第二控制模块202还包括第二控制单元2022，用于控制所述第二电压转换电路中对应开关管交替工作在导通状态及截止状态，以将所述直流电压转换成交流电压；
耦合单元2023，用于将所述交流电压施加在所述隔离变换器副边，并通过所述隔离变换器将所述交流电压耦合至所述第一电压转换电路；
第三控制单元2024，用于控制所述第一电压转换电路的工作状态，以使耦合的所述交流电压经过所述第一电压转换电路的处理后，为所述母线电容反向充电。
在一些实施例中，第二控制单元包2022括获取子单元20221，用于获取所述母线电容的电容电压；第一控制子单元20222，用于当所述电容电压未达到预设电压阈值时，按照为所述母线电容充电的恒流充电模式，控制所述第二电压转换电路中对应开关管交替工作在导通状态及截止状态。
在一些实施例中，第一控制子单元20222具体用于当所述电容电压达到预设电压阈值时，按照为所述母线电容充电的恒压充电模式，控制所述第二电压转换电路中对应开关管交替工作在导通状态及截止状态。
在一些实施例中，该DC/DC电路软启动控制装置200还包括：第三控制模块203，用于当所述电容电压维持在所述预设电压阈值时，控制所述开关电路工作在闭合状态，使得所述DC/DC电路进入正常工作模式。
在一些实施例中，所述第一电压转换电路包括若干开关管，每个所述开关管皆配置有体二极管，第三控制单元具体用于控制所述第一电压转换电路中每个开关管处于截止状态，以使所述有源负载的电源经过所述第一电压转换电路中对应开关管的体二极管为所述母线电容充电。
由于装置实施例和上述各个实施例是基于同一构思，在内容不互相冲突的前提下，装置实施例的内容可以引用上述各个实施例的，在此不赘述。
作为本发明实施例的又另一方面，本发明实施例提供一种基于DC/DC电路软启动控制方法，用于车载系统，所述DC/DC软启动控制电路包括依次串接的高压电源、开关电路、所述DC/DC电路以及可提供电源的有源负载，所述高压电源驱动所述DC/DC电路工作，所述DC/DC电路驱动所述有源负载工作，所述DC/DC电路包括依次串接的母线电容及电压转换电路，所述电压转换电路还与所述有源负载连接。
本发明实施例的基于DC/DC电路软启动控制方法的功能除了借助上述图8所述的DC/DC电路软启动控制装置的软件系统来执行，其亦可以借助硬件平台来执行。例如：基于DC/DC电路软启动控制方法可以在合适类型具有运算能力的处理器的电子设备中执行，例如：单片机、数字处理器(Digital Signal Processing，DSP)、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)等等。
下述各个实施例的基于DC/DC电路软启动控制方法对应的功能是以指令的形式存储在电子设备的存储器上，当要执行下述各个实施例的基于DC/DC电路软启动控制方法对应的功能时，电子设备的处理器访问存储器，调取并执行对应的指令，以实现下述各个实施例的基于DC/DC电路软启动控制方法对应的功能。
存储器作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如上述实施例中的DC/DC电路软启动控制装置200对应的程序指令/模块(例如，图8所述的各个模块和单元)，或者下述实施例基于DC/DC电路软启动控制方法对应的步骤。处理器通过运行存储在存储器中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行DC/DC电路软启动控制装置200的各种功能应用以及数据处理，即实现下述实施例DC/DC电路软启动控制装置200的各个模块与单元的功能，或者下述实施例基于DC/DC电路软启动控制方法对应的步骤的功能。
存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述程序指令/模块存储在所述存储器中，当被所述一个或者多个处理器执行时，执行上述任意方法实施例中的基于DC/DC电路软启动控制方法，例如，执行下述实施例描述的图9至图12所示的各个步骤；也可实现附图8所述的各个模块和单元的功能。
如图9所示，该基于DC/DC电路软启动控制方法300包括：
步骤301、控制所述开关电路工作在断开状态，以断开所述高压电源为所述母线电容充电的回路；
步骤302、控制所述电压转换电路的工作状态，以使所述有源负载的电源经由所述电压转换电路为所述母线电容反向充电。
因此，采用该方法，其能够抑制启动冲击电流的产生，实现DC/DC电路软启动。
在一些实施例中，所述电压转换电路包括依次串接的第一电压转换电路、隔离变换器及第二电压转换电路，并且，所述第一电压转换电路还与所述母线电容连接，所述第二电压转换电路还与所述有源负载连接；步骤302还具体包括：
控制所述第一电压转换电路及所述第二电压转换电路的工作状态，以使所述有源负载的电源依次经由所述第二电压转换电路、所述隔离变换器及所述第一电压转换电路为所述母线电容反向充电。
在一些实施例中，所述第二电压转换电路包括若干开关管，如图10所示，步骤302包括：
步骤3021：控制所述第二电压转换电路中对应开关管交替工作在导通状态及截止状态，以将所述直流电压转换成交流电压；
步骤3022：将所述交流电压施加在所述隔离变换器副边，并通过所述隔离变换器将所述交流电压耦合至所述第一电压转换电路；
步骤3023：控制所述第一电压转换电路的工作状态，以使耦合的所述交流电压经过所述第一电压转换电路的处理后，为所述母线电容反向充电。
在一些实施例中，请参阅图11步骤3021包括：
步骤30211：获取所述母线电容的电容电压；
步骤30212：当所述电容电压未达到预设电压阈值时，按照为所述母线电容充电的恒流充电模式，控制所述第二电压转换电路中对应开关管交替工作在导通状态及截止状态。
在一些实施例中，步骤30212具体包括：当所述电容电压达到预设电压阈值时，按照为所述母线电容充电的恒压充电模式，控制所述第二电压转换电路中对应开关管交替工作在导通状态及截止状态。
在一些实施例中，请参阅图12，该基于DC/DC电路软启动控制方法300还包括：
步骤303：当所述电容电压维持在所述预设电压阈值时，控制所述开关电路工作在闭合状态，使得所述DC/DC电路进入正常工作模式。
在一些实施例中，所述第一电压转换电路包括若干开关管，每个所述开关管皆配置有体二极管，步骤3023还具体包括：
控制所述第一电压转换电路中每个开关管处于截止状态，以使所述有源负载的电源经过所述第一电压转换电路中对应开关管的体二极管为所述母线电容充电。
由于方法实施例和上述各个实施例是基于同一构思，在内容不互相冲突的前提下，方法实施例的内容可以引用上述各个实施例的，在此不赘述。
作为本发明实施例的又另一方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使电子设备执行如上任一项所述的基于DC/DC电路软启动控制方法，例如执行上述任意方法实施例中的DC/DC电路软启动控制方法，例如，执行上述任意装置实施例中的DC/DC电路软启动控制装置。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (15)

1.一种基于DC/DC电路的软启动控制方法，应用于车载系统，其特征在于，所述DC/DC软启动控制电路包括依次串接的高压电源、开关电路、所述DC/DC电路以及可提供电源的有源负载，所述高压电源驱动所述DC/DC电路工作，所述DC/DC电路驱动所述有源负载工作，所述DC/DC电路包括依次串接的母线电容及电压转换电路，所述电压转换电路还与所述有源负载连接，其特征在于，所述方法包括：
控制所述开关电路工作在断开状态，以断开所述高压电源为所述母线电容充电的回路；
控制所述电压转换电路的工作状态，以使所述有源负载的电源经由所述电压转换电路为所述母线电容反向充电。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电压转换电路包括依次串接的第一电压转换电路、隔离变换器及第二电压转换电路，并且，所述第一电压转换电路还与所述母线电容连接，所述第二电压转换电路还与所述有源负载连接；
所述控制所述电压转换电路的工作状态，以使所述有源负载的电源经由所述电压转换电路为所述母线电容反向充电，包括：
控制所述第一电压转换电路及所述第二电压转换电路的工作状态，以使所述有源负载的电源依次经由所述第二电压转换电路、所述隔离变换器及所述第一电压转换电路为所述母线电容反向充电。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述有源负载提供的电源为直流电压。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二电压转换电路包括若干开关管，所述控制所述第一电压转换电路及所述第二电压转换电路的工作状态，以使所述有源负载的电源依次经由所述第二电压转换电路、所述隔离变换器及所述第一电压转换电路为所述母线电容反向充电，包括：
控制所述第二电压转换电路中对应开关管交替工作在导通状态及截止状态，以将所述直流电压转换成交流电压；
将所述交流电压施加在所述隔离变换器副边，并通过所述隔离变换器将所述交流电压耦合至所述第一电压转换电路；
控制所述第一电压转换电路的工作状态，以使耦合的所述交流电压经过所述第一电压转换电路的处理后，为所述母线电容反向充电。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述控制所述第二电压转换电路中对应开关管交替工作在导通状态及截止状态，包括：
获取所述母线电容的电容电压；
当所述电容电压未达到预设电压阈值时，按照为所述母线电容充电的恒流充电模式，控制所述第二电压转换电路中对应开关管交替工作在导通状态及截止状态。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制所述第二电压转换电路中对应开关管交替工作在导通状态及截止状态，包括：
当所述电容电压达到预设电压阈值时，按照为所述母线电容充电的恒压充电模式，控制所述第二电压转换电路中对应开关管交替工作在导通状态及截止状态。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：
当所述电容电压维持在所述预设电压阈值时，控制所述开关电路工作在闭合状态，使得所述DC/DC电路进入正常工作模式。
8.根据权利要求4至7任一项所述的方法，其特征在于，所述第一电压转换电路包括若干开关管，每个所述开关管皆配置有体二极管，所述控制所述第一电压转换电路的工作状态，以使耦合的交流电压经过所述第一电压转换电路的处理后，为所述母线电容充电，包括：
控制所述第一电压转换电路中每个开关管处于截止状态，以使所述有源负载的电源经过所述第一电压转换电路中对应开关管的体二极管为所述母线电容充电。
9.一种控制器，其特征在于，包括：
至少一个处理器；和
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；
其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至8任一项所述的基于DC/DC电路的软启动控制方法。
10.一种DC/DC软启动控制电路，其特征在于，所述DC/DC软启动控制电路包括依次串接的高压电源、开关电路、母线电容、DC/DC电路、电压转换电路以及可提供电源的有源负载，所述DC/DC软启动控制电路还包括：
采样电路，用于采样所述DC/DC电路的激励信号；
驱动电路，与所述电压转换电路连接，用于驱动所述电压转换电路；以及
如权利要求9所述的控制器，所述控制器分别与所述开关电路、所述电压转换电路、所述驱动电路、所述采样电路及所述有源负载连接。
11.根据权利要求10所述的DC/DC软启动控制电路，其特征在于，所述电压转换电路包括依次串接的第一电压转换电路、隔离变换器及第二电压转换电路，并且，所述第一电压转换电路还与所述母线电容连接，所述第二电压转换电路还与所述有源负载连接。
12.根据权利要求11所述的DC/DC软启动控制电路，其特征在于，所述第一电压转换电路为全桥整流电路或全桥逆变电路。
13.根据权利要求11所述的DC/DC软启动控制电路，其特征在于，
所述第二电压转换电路为推挽输出电路，所述推挽输出电路包括第一推挽开关管及第二推挽开关管；
所述隔离变换器的副边绕组包括共同连接在第一节点的第一副边绕组及第二副边绕组，所述第一推挽开关管连接在所述第一副边绕组，所述第二推挽开关管连接在所述第二副边绕组，所述有源负载连接在所述第一节点，其中，所述控制器按照为所述母线电容充电的恒压充电模式或恒流充电模式，控制所述第一推挽开关管与所述第二推挽开关管交替工作在导通状态及截止状态。
14.根据权利要求11所述的DC/DC软启动控制电路，其特征在于，
所述第二电压转换电路为全桥逆变电路，所述全桥逆变电路包括若干开关管，所述全桥逆变电路串接于所述隔离变换器的副边绕组与所述有源负载之间，其中，所述控制器按照为所述母线电容充电的恒压充电模式或恒流充电模式，控制所述全桥逆变电路中的开关管交替工作在导通状态及截止状态。
15.一种车载设备，其特征在于，包括如权利要求10至14任一项所述的DC/DC软启动控制电路。
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