CN111600366B - 车辆充电机软启动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种车辆充电机软启动方法，车辆充电机包括PFC整流电路和全桥串并联谐振电路，后者包括单相逆变桥式电路、串并联谐振槽和全波整流电路，车辆充电机软启动方法包括：在车辆充电机启动之初，使用固定高频移相PWM调制方式驱动单相逆变桥式电路中的开关，单相逆变桥式电路的驱动电路的各个端口的固定高频移相PWM调制信号的初始占空比为50％，单相逆变桥式电路的上下桥臂交替导通，滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值的初始值小于10％，并均匀增加，直至滞后桥臂与超前桥臂同开同关；切换到开环脉冲频率调制方式，根据车辆充电机的电压开环增益曲线特性，在多个时间段内根据不同的恒定的电压增益，降低单相逆变桥式电路中的开关频率的下降速率。

Description

车辆充电机软启动方法
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种车辆充电机软启动方法。
背景技术
当前阶段新能源汽车产业发展前景可观，是发展速度最快的新兴产业之一。伴随着用户对新能源车的续航里程，整车舒适度等要求的提高，整车电驱关键零部件要求轻量化、小型号、集成化、系统化便成为整车厂发展的一个重要方向。
车载充电机(OBC，On Board Charger)是作为新能源汽车的一个重要部件，是一种实现工业或家庭交流用电到车载高压直流的能量变换装置。它一般由交流到直流(AC/DC)和直流到直流(DC/DC)两级能量变换过程组成。基于全桥串并联谐振变换结构的OBC拓扑电路如图1所示，主电路由单相逆变桥式电路，串并联谐振槽电路，全波整流电路组成。其工作方式为充电机前级Boost-PFC整流侧输出的母线为直流高压，经单相逆变桥电路转换为高压交流方波，单相逆变桥通过给两对对开的开关管交替加上50％占空比的方波，将直流输入电压斩波成方波注入谐振槽(由谐振电感Lr、谐振电容Cr以及励磁电感Lm组成)。通常在驱动控制中，同一桥臂的上下管(A、B或C、D)留有一定的死区时间，以防止上下管直通进而将输入电源短路。经谐振槽的强选频特性，转换为一同频近似正弦交流，经全波整流电路转换为脉动倍频直流方波，最后经负载侧RC滤波电路消除高频分量而获得纹波很小的平稳直流电压。由LC组成的谐振网络可以滤除方波中的高频成分，谐振电容Cr可以隔离方波中的直流成分，因此基本上只有正弦电流容许通过该谐振槽。调节开关频率，就可以改变注入方波的频率，谐振网络的阻抗特性随频率变化而改变，实现电压增益的调节，进而保证在不同输入电压和负载条件下都能稳定输出电压。低压电路由检测电路和控制电路组成，检测电路采集电压和电流的信号给控制电路(MCU)，MCU根据参考量和反馈量计算开关频率值。并产生相应频率的PWM信号作用于驱动控制电路，给单相逆变桥4个MOSFET提供开关信号。
现有的PFM调制方式如图2所示，A管和D管为对开的开关管，B管和C管为对开的开关管。而A、D组驱动和B、C组驱动构成互补驱动。当前的启动方式为图2所示的方式。该驱动方案的优点是启动方式简单，易实现。因为在数字控制中，主要控制量集中在四路驱动PWM的周期寄存器中，因此只要实时修改相应的周期寄存器，就可以实现简单的开环PFM软启动。但缺点也是显而易见的。启动速度一般，通常输出电压从零状态建立时，先有瞬时冲击，而后先慢后快。同时由于主变压器和驱动电路的设计有频率方面的限制，通常驱动大于2倍谐振频率时，需要限制驱动的频率，该受限的频率通常作为谐振变换器的最大工作频率，对应周期为Tmin，如图2所示。但是该频率下，实际上输出电压的增益最小值无法达到较小值。即一旦驱动发出，输出电压会在若干个开关周期时间内从0阶跃到一个较大的数值，对谐振变换器空载启动有一个较大的冲击，容易引发OBC自身的硬件过流保护。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车辆充电机软启动方法，以解决现有的车辆充电机软启动方法容易引发OBC自身的硬件过流保护的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种车辆充电机软启动方法，所述车辆充电机包括PFC整流电路和全桥串并联谐振电路，所述全桥串并联谐振电路包括单相逆变桥式电路、串并联谐振槽和全波整流电路，其特征在于，所述车辆充电机软启动方法包括：
在所述车辆充电机启动之初，使用固定高频移相PWM调制方式驱动所述单相逆变桥式电路中的开关，所述单相逆变桥式电路的驱动电路的各个端口的固定高频移相PWM调制信号的初始占空比为50％，所述单相逆变桥式电路的上下桥臂交替导通，滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值的初始值小于10％，并均匀增加，直至所述滞后桥臂与所述超前桥臂同开同关；
切换到开环脉冲频率调制方式，根据所述车辆充电机的电压开环增益曲线特性，在多个时间段内根据不同的恒定的电压增益，降低所述单相逆变桥式电路中的开关频率的下降速率。
可选的，在所述的车辆充电机软启动方法中，所述车辆充电机的输入端连接BoostPFC电路，所述Boost PFC电路输出端的母线输出直流电压，所述Boost PFC电路的输入端连接EMI滤波器电路。
可选的，在所述的车辆充电机软启动方法中，所述单相逆变桥电路将所述直流电压转换为交流方波，所述单相逆变桥电路包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，其中：
所述第一开关和所述第二开关为同一桥臂的上下管，所述第一开关和所述第二开关交替导通，
所述第三开关和所述第四开关为同一桥臂的上下管，所述第三开关和所述第四开关交替导通。
可选的，在所述的车辆充电机软启动方法中，所述固定高频移相PWM调制方式包括：
在第一时间点，所述第一开关和所述第三开关导通，所述第二开关和所述第四开关关断；
在第二时间点，所述第三开关关断，所述第四开关导通；
在第三时间点，所述第一开关关断，所述第二开关导通；
在第四时间点，所述第三开关导通，所述第四开关关断；
在第五时间点，所述第一开关导通，所述第二开关关断；
所述第一开关和第二开关形成所述滞后桥臂，所述第三开关和所述第四开关形成所述超前桥臂；
所述第二时间点到所述第三时间点的时间长度小于所述第三时间点到所述第四时间点的时间长度。
可选的，在所述的车辆充电机软启动方法中，所述第一开关和所述第二开关的导通时间之间具有死区时间；所述第三开关和所述第四开关的导通时间之间具有死区时间，以使所述单相逆变桥式电路的驱动电路的各个端口的固定高频移相PWM调制信号的初始占空比小于50％。
可选的，在所述的车辆充电机软启动方法中，所述车辆充电机软启动方法还包括：使用所述固定高频移相PWM调制方式的同时，使用所述开环脉冲频率调制方式，以使所述滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值的初始值为0％时，随着所述滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值均匀增加，对应的电压增益均匀增加。
可选的，在所述的车辆充电机软启动方法中，所述滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值与电压增益的关系为：
Figure BDA0001976984290000041
其中：M(DS)为电压增益，DS为所述滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值；
所述单相逆变桥式电路的驱动电路的各个端口的固定高频移相PWM调制信号的有效占空比为：
Figure BDA0001976984290000042
用线性端点拟合电压增益为：
M1(D)＝2D，
用最小二乘法拟合的电压增益为：
M2(D)＝2.0822D+0.1133或M3(D)＝sin(π*D)。
可选的，在所述的车辆充电机软启动方法中，所述开环脉冲频率调制方式包括：
在第六时间点，所述第一开关和所述第四开关导通，所述第二开关和所述第三开关关断；
在第七时间点，所述第一开关和所述第四开关关断，所述第二开关和所述第三开关导通；
在第八时间点，所述第一开关和所述第四开关导通，所述第二开关和所述第三开关关断；
所述第六时间点到所述第七时间点的时间长度小于所述第七时间点到所述第八时间点的时间长度。
可选的，在所述的车辆充电机软启动方法中，根据所述车辆充电机的电压开环增益曲线特性，在多个时间段内根据不同的恒定的电压增益，降低所述单相逆变桥式电路中的开关频率的下降速率包括：
从开环增益曲线特性中，选取观察轻负载和/或中负载下增益变化率大于一阈值的点，作为所述多个时间段之间的边界。
可选的，在所述的车辆充电机软启动方法中，所述车辆充电机软启动方法还包括：所述交流方波被提供至所述串并联谐振槽，所述串并联谐振槽用于滤除交流方波中的高频成分，包括谐振电感、谐振电容以及励磁电感，所述串并联谐振槽将所述交流方波转换为同频正弦方波；
调节所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的频率，以调节所述交流方波的频率，以调节所述串并联谐振槽的阻抗特性，以调节所述车辆充电机的电压增益，以使所述车辆充电机的输出电压稳定；
所述输出电压由所述直流电压、滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值，以及所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的频率决定；
所述直流电压保持恒定。
可选的，在所述的车辆充电机软启动方法中，所述车辆充电机软启动方法还包括：所述全波整流电路将所述同频方波转换为脉动倍频直流方波，所述全波整流电路的输出端连接负载侧RC滤波电路；所述负载侧RC滤波电路将所述脉动倍频直流方波转换为平稳直流电压。
可选的，在所述的车辆充电机软启动方法中，所述车辆充电机还包括检测电路和控制电路，所述检测电路采集各个电压和电流的信号给所述控制电路，所述控制电路比较参考量和所述检测电路采集各个电压和电流的信号，计算所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的频率，并产生相应频率的PWM信号发送给所述单相逆变桥电路的驱动电路，给所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关提供开关信号。
可选的，在所述的车辆充电机软启动方法中，所述车辆充电机软启动方法还包括：
设置所述单相逆变桥式电路中的开关的频率为最大频率初始值；
设置所述滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值的初始值为最大移相初始值；
若所述滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值的初始值大于能够启动车辆充电机的最小移相值，则减去移相步长；
若所述单相逆变桥式电路中的开关的频率大于第一阈值，则减去第一频率步长；
若所述单相逆变桥式电路中的开关的频率大于第二阈值，则减去第二频率步长；
若车辆充电机的输出电压采样值大于车辆充电机软启动结束电压阈值，或车辆充电机的输出电流采样值大于车辆充电机软启动结束电流阈值，或所述单相逆变桥式电路中的开关的频率小于车辆充电机软启动结束频率阈值，则结束软启动，调用闭环计算进程，车辆充电机正常运行，否则减去第三频率步长；
所述第一频率步长大于所述第二频率步长，所述第二频率步长大于所述第三频率步长；
所述第一阈值大于所述第二阈值，所述第二阈值大于所述车辆充电机软启动结束频率阈值。
在本发明提供的车辆充电机软启动方法中，在软启动初期使用固定高频移相PWM调制方式，各驱动端口PWM初始占空比为接近50％(除去死区保护时间)，单相逆变桥式电路的上下桥臂彼此互补，成对开通的双管驱动一致，滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值(初始值小于50％)均匀增加，可以保证加诸在串并联谐振槽上的有效电源脉宽平稳增加，在脉宽接近50％占空比(即滞后和超前桥臂同开同关时)，切换到开环脉冲频率调制方式，在该方式下，根据电路开环增益曲线特性，采用分段线性化(两段或多段)方式降频，可以在显著提高车辆充电机启动速度的情况下基本抑制启动冲击电流并保证较快的启动时间。
附图说明
图1是本发明一实施例车辆充电机示意图；
图2是现有的车辆充电机软启动方法开关驱动波形示意图；
图3是本发明另一实施例串并联谐振槽的输出电压随归一化开关驱动频率变化示意图；
图4是本发明另一实施例车辆充电机软启动方法开关驱动波形示意图；
图5是本发明另一实施例串并联谐振槽的输出电压变化随开关驱动占空比变化以及线性拟合结果；
图6是本发明另一实施例车辆充电机软启动方法流程示意图；
图7是本发明另一实施例车辆充电机软启动方法效果示意图；
图中所示：10-单相逆变桥式电路；20-串并联谐振槽；30-全波整流电路；40-BoostPFC电路；50-EMI滤波器电路；60-检测电路和控制电路。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的车辆充电机软启动方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于提供一种车辆充电机软启动方法，以解决现有的车辆充电机软启动方法容易引发OBC自身的硬件过流保护的问题。
为实现上述思想，本发明提供了一种车辆充电机软启动方法，所述车辆充电机包括PFC整流电路和全桥串并联谐振电路，所述全桥串并联谐振电路包括单相逆变桥式电路、串并联谐振槽和全波整流电路，所述车辆充电机软启动方法包括：在所述车辆充电机启动之初，使用固定高频移相PWM调制方式驱动所述单相逆变桥式电路中的开关，所述单相逆变桥式电路的驱动电路的各个端口的固定高频移相PWM调制信号的初始占空比为10％，所述单相逆变桥式电路的上下桥臂交替导通，滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值的初始值小于50％，并均匀增加，直至所述滞后桥臂与所述超前桥臂同开同关；切换到开环脉冲频率调制方式，根据所述车辆充电机的电压开环增益曲线特性，在多个时间段内根据不同的恒定的电压增益，降低所述单相逆变桥式电路中的开关频率的下降速率。
本发明的实施例提供一种车辆充电机软启动方法，如图1所示，所述车辆充电机包括PFC整流电路和全桥串并联谐振电路，所述全桥串并联谐振电路包括单相逆变桥式电路10、串并联谐振槽20和全波整流电路30，其特征在于，所述车辆充电机软启动方法包括：在所述车辆充电机启动之初，使用固定高频移相PWM调制方式驱动所述单相逆变桥式电路10中的开关，所述单相逆变桥式电路10的驱动电路的各个端口的固定高频移相PWM调制信号的初始占空比为10％，所述单相逆变桥式电路10的上下桥臂交替导通，滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值的初始值小于50％，并均匀增加，直至所述滞后桥臂与所述超前桥臂同开同关；切换到开环脉冲频率调制方式，根据所述车辆充电机的电压开环增益曲线特性，在多个时间段内根据不同的恒定的电压增益，降低所述单相逆变桥式电路10中的开关频率的下降速率。
具体的，在所述的车辆充电机软启动方法中，所述车辆充电机的输入端连接BoostPFC电路40，所述Boost PFC电路40输出端的母线输出直流电压，所述Boost PFC电路40的输入端连接EMI滤波器电路50。所述单相逆变桥电路将所述直流电压转换为交流方波，所述单相逆变桥电路包括第一开关A、第二开关B、第三开关C和第四开关D，其中：所述第一开关A和所述第二开关B为同一桥臂的上下管，所述第一开关A和所述第二开关B交替导通，所述第三开关C和所述第四开关D为同一桥臂的上下管，所述第三开关C和所述第四开关D交替导通。
进一步的，如图4所示，在所述的车辆充电机软启动方法中，所述固定高频移相PWM调制方式包括：在第一时间点(图4中O起点)，所述第一开关A和所述第三开关C导通，所述第二开关B和所述第四开关D关断；在第二时间点，所述第三开关C关断，所述第四开关D导通；在第三时间点，所述第一开关A关断，所述第二开关B导通；在第四时间点，所述第三开关C导通，所述第四开关D关断；在第五时间点，所述第一开关A导通，所述第二开关B关断；所述第一开关A和第二开关B形成所述滞后桥臂，所述第三开关C和所述第四开关D形成所述超前桥臂；所述第二时间点到所述第三时间点的时间长度小于所述第三时间点到所述第四时间点的时间长度。
另外，在所述的车辆充电机软启动方法中，所述第一开关A和所述第二开关B的导通时间之间具有死区时间；所述第三开关C和所述第四开关D的导通时间之间具有死区时间，以使所述单相逆变桥式电路10的驱动电路的各个端口的固定高频移相PWM调制信号的初始占空比小于50％。
如图5所示，在所述的车辆充电机软启动方法中，所述车辆充电机软启动方法还包括：使用所述固定高频移相PWM调制方式的同时，使用所述开环脉冲频率调制方式，以使所述滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值的初始值为0％时，随着所述滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值均匀增加，对应的电压增益均匀增加。所述滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值与电压增益的关系为：
Figure BDA0001976984290000091
其中：M(DS)为电压增益，DS为所述滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值；所述单相逆变桥式电路10的驱动电路的各个端口的固定高频移相PWM调制信号的有效占空比为：
Figure BDA0001976984290000092
用线性端点拟合电压增益为：
M1(D)＝2D，
用最小二乘法拟合的电压增益为：
M2(D)＝2.0822D+0.1133或M3(D)＝sin(π*D)。
如图4所示，在所述的车辆充电机软启动方法中，所述开环脉冲频率调制方式包括：在第六时间点，所述第一开关A和所述第四开关D导通，所述第二开关B和所述第三开关C关断；在第七时间点，所述第一开关A和所述第四开关D关断，所述第二开关B和所述第三开关C导通；在第八时间点，所述第一开关A和所述第四开关D导通，所述第二开关B和所述第三开关C关断；所述第六时间点到所述第七时间点的时间长度小于所述第七时间点到所述第八时间点的时间长度，即T1＜T2＜T3。
具体的，在所述的车辆充电机软启动方法中，根据所述车辆充电机的电压开环增益曲线特性，在多个时间段内根据不同的恒定的电压增益，降低所述单相逆变桥式电路10中的开关频率的下降速率包括：从开环增益曲线特性中，选取观察轻负载和/或中负载下增益变化率大于一阈值的点，作为所述多个时间段之间的边界。
另外，在所述的车辆充电机软启动方法中，所述车辆充电机软启动方法还包括：所述交流方波被提供至所述串并联谐振槽20，所述串并联谐振槽20用于滤除交流方波中的高频成分，包括谐振电感、谐振电容以及励磁电感，所述串并联谐振槽20将所述交流方波转换为同频正弦方波；调节所述第一开关A、第二开关B、第三开关C和第四开关D的频率，以调节所述交流方波的频率，以调节所述串并联谐振槽20的阻抗特性，以调节所述车辆充电机的电压增益，以使所述车辆充电机的输出电压稳定；所述输出电压由所述直流电压、滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值，以及所述第一开关A、第二开关B、第三开关C和第四开关D的频率决定；所述直流电压保持恒定。所述车辆充电机软启动方法还包括：所述全波整流电路30将所述同频方波转换为脉动倍频直流方波，所述全波整流电路30的输出端连接负载侧RC滤波电路；所述负载侧RC滤波电路将所述脉动倍频直流方波转换为平稳直流电压。
如图1所示，在所述的车辆充电机软启动方法中，所述车辆充电机还包括检测电路和控制电路60，所述检测电路采集各个电压和电流的信号给所述控制电路，所述控制电路比较参考量和所述检测电路采集各个电压和电流的信号，计算所述第一开关A、第二开关B、第三开关C和第四开关D的频率，并产生相应频率的PWM信号发送给所述单相逆变桥电路的驱动电路，给所述第一开关A、第二开关B、第三开关C和第四开关D提供开关信号。
如图6所示，在所述的车辆充电机软启动方法中，所述车辆充电机软启动方法还包括：设置所述单相逆变桥式电路10中的开关的频率f为最大频率初始值fmax；设置所述滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值的初始值D为最大移相初始值Dmax；若所述滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值的初始值D大于能够启动车辆充电机的最小移相值Dmin，则减去移相步长Dstep；若所述单相逆变桥式电路10中的开关的频率f大于第一阈值fLmt1，则减去第一频率步长fstep1；若所述单相逆变桥式电路10中的开关的频率f大于第二阈值fLmt2，则减去第二频率步长fstep2；若车辆充电机的输出电压采样值Vout大于车辆充电机软启动结束电压阈值VLmt，或车辆充电机的输出电流Iout采样值大于车辆充电机软启动结束电流阈值ILmt，或所述单相逆变桥式电路10中的开关的频率f小于车辆充电机软启动结束频率阈值fLmt0，则结束软启动，调用闭环计算进程，车辆充电机正常运行，否则减去第三频率步长fstep3；所述第一频率步长fstep1大于所述第二频率步长fstep2，所述第二频率步长fstep2大于所述第三频率步长fstep3；所述第一阈值fLmt1大于所述第二阈值fLmt2，所述第二阈值fLmt2大于所述车辆充电机软启动结束频率阈值fLmt0。
如图3所示，在不增加硬件资源的情况下，以软件变换策略的方式实现了输出电压的近似斜坡平稳上升，实现方法如下：保留原有开环PFM调制方式，并增加了PSM(Phase-Shift PWM Modulation)调制方式，并把PSM启动方式放在PFM调制之前。如图4所示。由于PSM有效脉宽和PFM的频率再加上Boost PFC级的母线电压均与输出电压的幅值密切相关，所以开环情况下输出电压实际上是输入电压、驱动频率、以及PSM移相脉宽的多元函数。
输出电压Vo＝f(输入电压Vg，驱动PWM频率fs，PSM移相脉宽Ds)
这里由于OBC后级DC/DC级开启的前提是前级PFC输出电压已经建立并且稳定，故可以认为此处Vg固定，所以只考虑PWM脉宽和PFM频率的影响。
输出电压Vo在驱动频率fs上的偏导数为
Figure BDA0001976984290000111
输出电压Vo在移相脉宽Ds上的偏导数为
Figure BDA0001976984290000121
对于PFM过程来说，精确的步长选择可以依据输出电压Vo在驱动频率fs上的偏导数的数值大小，明显的分层来精确选择软启调整步长，但由于谐振变换器工作特性非线性，在物理建模情况下特别是稳态工作点远离谐振频率fr时，时域分析无解析解。只能通过数值分析方式得到数值解。并且开环软启的情况下，并不要求把输出电压精确控制到斜坡参考输出曲线上特定值。因此从稳态增益曲线，观察轻，中负载下增益变化率明显的点来作为程序中设定的阈值对于软启增益均匀变化是可行的。
而对于PSM方式驱动来说，移相占空比接近0％时对应的增益最大值基本上近似等于PFM阶段起始时的稳态最小增益。但是实际中，由于PSM在移相占空比接近0％附近增益几乎维持不变，于是需要PFM提前切入。输出电压Vo在移相脉宽Ds上的偏导数随Ds的变化比较均匀，所以整PSM启动过程，增益随占空比Ds变化较均匀。该增益-占空比变化曲线基本满足下图5所示。
近似公式为
Figure BDA0001976984290000122
M(Ds)为PWM调制下，增益与移相占空比Ds的映射关系式。
有效占空比为
Figure BDA0001976984290000123
同时用线性端点拟合后结果为M1(D)＝2D，最小二乘法拟合结果为M2(D)＝2.0822D+0.1133或M3(D)＝sin(π*D)，三者之间在软启动过程中实际增益相差不大。于是可以在使用固定最高驱动频率条件下，使移相占空比Ds近似均匀线性递减。从而使输出电压接近斜坡匀速上升，达到软启的目的。
以50ms为软启动时限为例，以最终开环输出电压接近450V为例，验证三种软启动方式的优劣，效果如下图7所示。可以看出PFM的电压在上电初期若干微秒时间内就可以达到160V左右。PSM软启动在上电初期的若干毫秒内无电压建立。这也就决定了利用PSM软启动时，初始移相占空比应该远小于50％。
在本发明提供的车辆充电机软启动方法中，在软启动初期使用固定高频移相PWM调制方式，各驱动端口PWM初始占空比为接近50％(除去死区保护时间)，单相逆变桥式电路10的上下桥臂彼此互补，成对开通的双管驱动一致，滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值(初始值小于50％)均匀增加，可以保证加诸在串并联谐振槽20上的有效电源脉宽平稳增加，在脉宽接近50％占空比(即滞后和超前桥臂同开同关时)，切换到开环脉冲频率调制方式，在该方式下，根据电路开环增益曲线特性，采用分段线性化(两段或多段)方式降频，可以在显著提高车辆充电机启动速度的情况下基本抑制启动冲击电流并保证较快的启动时间。
综上，上述实施例对车辆充电机软启动方法的不同例型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。
上述描述仅是对本发明较佳实施的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (13)

1.一种车辆充电机软启动方法，所述车辆充电机包括PFC整流电路和全桥串并联谐振电路，所述全桥串并联谐振电路包括单相逆变桥式电路、串并联谐振槽和全波整流电路，其特征在于，所述车辆充电机软启动方法包括：
在所述车辆充电机启动之初，使用固定高频移相PWM调制方式驱动所述单相逆变桥式电路中的开关，所述单相逆变桥式电路的驱动电路的各个端口的固定高频移相PWM调制信号的初始占空比为50％，所述单相逆变桥式电路的上下桥臂交替导通，滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值的初始值小于10％，并均匀增加，直至所述滞后桥臂与所述超前桥臂同开同关；
切换到开环脉冲频率调制方式，根据所述车辆充电机的电压开环增益曲线特性，在多个时间段内根据不同的恒定的电压增益，降低所述单相逆变桥式电路中的开关频率的下降速率。
2.如权利要求1所述的车辆充电机软启动方法，其特征在于，所述车辆充电机的输入端连接Boost PFC电路，所述Boost PFC电路输出端的母线输出直流电压，所述Boost PFC电路的输入端连接EMI滤波器电路。
3.如权利要求2所述的车辆充电机软启动方法，其特征在于，所述单相逆变桥式电路将所述直流电压转换为交流方波，所述单相逆变桥式电路包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，其中：
所述第一开关和所述第二开关为同一桥臂的上下管，所述第一开关和所述第二开关交替导通，
所述第三开关和所述第四开关为同一桥臂的上下管，所述第三开关和所述第四开关交替导通。
4.如权利要求3所述的车辆充电机软启动方法，其特征在于，所述固定高频移相PWM调制方式包括：
在第一时间点，所述第一开关和所述第三开关导通，所述第二开关和所述第四开关关断；
在第二时间点，所述第三开关关断，所述第四开关导通；
在第三时间点，所述第一开关关断，所述第二开关导通；
在第四时间点，所述第三开关导通，所述第四开关关断；
在第五时间点，所述第一开关导通，所述第二开关关断；
所述第一开关和第二开关形成所述滞后桥臂，所述第三开关和所述第四开关形成所述超前桥臂；
所述第二时间点到所述第三时间点的时间长度小于所述第三时间点到所述第四时间点的时间长度。
5.如权利要求3所述的车辆充电机软启动方法，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关的导通时间之间具有死区时间；所述第三开关和所述第四开关的导通时间之间具有死区时间，以使所述单相逆变桥式电路的驱动电路的各个端口的固定高频移相PWM调制信号的初始占空比小于50％。
6.如权利要求3所述的车辆充电机软启动方法，其特征在于，所述车辆充电机软启动方法还包括：使用所述固定高频移相PWM调制方式的同时，使用所述开环脉冲频率调制方式，以使所述滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值的初始值为0％时，随着所述滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值均匀增加，对应的电压增益均匀增加。
7.如权利要求6所述的车辆充电机软启动方法，其特征在于，所述滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值与电压增益的关系为：
Figure FDA0004163698220000021
其中：M(DS)为电压增益，DS为所述滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值；
所述单相逆变桥式电路的驱动电路的各个端口的固定高频移相PWM调制信号的有效占空比为：
Figure FDA0004163698220000022
用线性端点拟合电压增益为：
M1(D)＝2D，
用最小二乘法拟合的电压增益为：
M2(D)＝2.0822D+0.1133或M3(D)＝sin(π*D)。
8.如权利要求3所述的车辆充电机软启动方法，其特征在于，所述开环脉冲频率调制方式包括：
在第六时间点，所述第一开关和所述第四开关导通，所述第二开关和所述第三开关关断；
在第七时间点，所述第一开关和所述第四开关关断，所述第二开关和所述第三开关导通；
在第八时间点，所述第一开关和所述第四开关导通，所述第二开关和所述第三开关关断；
所述第六时间点到所述第七时间点的时间长度小于所述第七时间点到所述第八时间点的时间长度。
9.如权利要求8所述的车辆充电机软启动方法，其特征在于，根据所述车辆充电机的电压开环增益曲线特性，在多个时间段内根据不同的恒定的电压增益，降低所述单相逆变桥式电路中的开关频率的下降速率包括：
从开环增益曲线特性中，选取观察轻负载和/或中负载下增益变化率大于一阈值的点，作为所述多个时间段之间的边界。
10.如权利要求3所述的车辆充电机软启动方法，其特征在于，所述车辆充电机软启动方法还包括：所述交流方波被提供至所述串并联谐振槽，所述串并联谐振槽用于滤除交流方波中的高频成分，包括谐振电感、谐振电容以及励磁电感，所述串并联谐振槽将所述交流方波转换为同频正弦方波；
调节所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的频率，以调节所述交流方波的频率，以调节所述串并联谐振槽的阻抗特性，以调节所述车辆充电机的电压增益，以使所述车辆充电机的输出电压稳定；
所述输出电压由所述直流电压、滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值，以及所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的频率决定；
所述直流电压保持恒定。
11.如权利要求10所述的车辆充电机软启动方法，其特征在于，所述车辆充电机软启动方法还包括：所述全波整流电路将所述同频正弦方波转换为脉动倍频直流方波，所述全波整流电路的输出端连接负载侧RC滤波电路；所述负载侧RC滤波电路将所述脉动倍频直流方波转换为平稳直流电压。
12.如权利要求3所述的车辆充电机软启动方法，其特征在于，所述车辆充电机还包括检测电路和控制电路，所述检测电路采集各个电压和电流的信号给所述控制电路，所述控制电路比较参考量和所述检测电路采集各个电压和电流的信号，计算所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的频率，并产生相应频率的PWM信号发送给所述单相逆变桥式电路的驱动电路，给所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关提供开关信号。
13.如权利要求1所述的车辆充电机软启动方法，其特征在于，所述车辆充电机软启动方法还包括：
设置所述单相逆变桥式电路中的开关的频率为最大频率初始值；
设置所述滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值的初始值为最大移相初始值；
若所述滞后桥臂与超前桥臂之间的移相值的初始值大于能够启动车辆充电机的最小移相值，则减去移相步长；
若所述单相逆变桥式电路中的开关的频率大于第一阈值，则减去第一频率步长；
若所述单相逆变桥式电路中的开关的频率大于第二阈值，则减去第二频率步长；
若车辆充电机的输出电压采样值大于车辆充电机软启动结束电压阈值，或车辆充电机的输出电流采样值大于车辆充电机软启动结束电流阈值，或所述单相逆变桥式电路中的开关的频率小于车辆充电机软启动结束频率阈值，则结束软启动，调用闭环计算进程，车辆充电机正常运行，否则减去第三频率步长；
所述第一频率步长大于所述第二频率步长，所述第二频率步长大于所述第三频率步长；
所述第一阈值大于所述第二阈值，所述第二阈值大于所述车辆充电机软启动结束频率阈值。
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