CN112350578A - 电源转换器及电源转换器的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电源转换器和一种电源转换器的控制方法，电源转换器包含电源转换电路、输出电流控制电路、高压电压控制电路、低压电压控制电路和驱动电路。电源转换电路自高压侧接收高压直流电压，转换为低压直流电压输出至低压侧。输出电流控制电路用以检测输出电流并输出第一控制信号。高压电压控制电路用以检测高压直流电压并输出第二控制信号。低压电压控制电路用以检测低压直流电压，并选择性地根据低压直流电压、或根据低压直流电压和第一控制信号、或根据低压直流电压和第二控制信号，输出第三控制信号。驱动电路用以根据第三控制信号输出驱动信号驱动电源转换电路。

Description

电源转换器及电源转换器的控制方法

技术领域

本公开内容涉及一种电源转换器及电源转换器的控制方法，且特别涉及一种高压转低压的电源转换器及其控制方法。

背景技术

近来，随着环保意识的提升，以电能作为动力来源的电动车(Electric Vehicle，EV)、油电混合车(Hybrid Electric Vehicle，HEV)或插电式混合动力车(Plug-in HybridElectric Vehicle，PHEV)越来越普及。

通常油电混合车上装有一组高压电池和一组低压电池，然而，当高压电池发生异常失效或在极低温下无法工作时，系统中的发电机可能会无法平衡电压，导致整个系统因过电压或欠电压而停止工作，使得系统可靠度下降，车辆无法行驶等问题发生。

因此，如何改善目前的电源转换系统是本领域的重要课题之一。

发明内容

本公开内容的一种实施方式实施方式涉及一种电源转换器。电源转换器包含电源转换电路、输出电流控制电路、高压电压控制电路、低压电压控制电路和驱动电路。电源转换电路用以自高压侧接收高压直流电压，并将高压直流电压转换为低压直流电压输出至低压侧。输出电流控制电路电性耦接于低压侧，用以检测电源转换电路的输出电流，并根据输出电流输出第一控制信号。高压电压控制电路电性耦接于高压侧，用以检测高压直流电压，并根据高压直流电压输出第二控制信号。低压电压控制电路电性耦接于低压侧，用以检测低压直流电压，并选择性地根据低压直流电压、或根据低压直流电压和第一控制信号、或根据低压直流电压和第二控制信号，以输出第三控制信号。驱动电路电性耦接于低压电压控制电路，用以根据第三控制信号输出驱动信号驱动电源转换电路。

本公开内容的另一种实施方式涉及一种电源转换器的控制方法，包含：由电源转换电路，将高压侧的高压直流电压转换为低压直流电压输出至低压侧；由处理电路，选择性地启动低压电压控制电路、或输出电流控制电路和低压电压控制电路、或高压电压控制电路和低压电压控制电路；于输出电流控制电路启动时，通过输出电流控制电路，检测电源转换电路的输出电流并根据输出电流输出第一控制信号至低压电压控制电路；于高压电压控制电路启动时，通过高压电压控制电路，检测高压直流电压并根据高压直流电压输出第二控制信号至低压电压控制电路；于低压电压控制电路启动时，通过低压电压控制电路，检测低压直流电压并输出第三控制信号；以及由驱动电路，根据第三控制信号输出驱动信号驱动电源转换电路，以相应于第三控制信号控制低压直流电压、高压直流电压或输出电流。

附图说明

图1为根据本公开内容的部分实施例所示出一种电源转换系统的示意图。

图2为根据本公开内容的部分实施例所示出一种电源转换电路的示意图。

图3A～图3C分别为根据本公开内容部分实施例所示出的电源转换器的操作示意图。

图4A～图4C分别为根据本公开内容部分实施例所示出的电源转换器的操作示意图。

图5为根据本公开内容部分实施例所示出的电源转换器的控制方法的流程图。

图6A、图6B分别为根据本公开内容部分实施例所示出的保护电路的操作示意图。

附图标记说明：

100 电源转换系统

110 直流发电机

120、120a、120b 电源转换器

121 电源转换电路

122 低压电压控制电路

123 加法器

124 输出电流控制电路

126 高压电压控制电路

129 驱动电路

130 高压侧储能装置

140 处理电路

150 低压侧储能装置

170 低压负载装置

180、180a、180b 保护电路

V1 高压直流电压

V2 低压直流电压

Io 输出电流

PWM 驱动信号

CT1、CT2、CT3 控制信号

LVcmd 低压电压命令

HVcmd、HVcmd_dis 高压电压命令

Icmd、Icmd_dis 输出电流命令

SW1～SW4 切换开关

SW5、SW6 整流开关

L1 谐振电感

Lo 输出电感

Co 输出电容

Np 初级绕组

Ns1、Ns2 次级绕组

R1～R9 电阻

C1～C9 电容

OP1、OP2、OP3 比较放大器

D1、D2 整流元件

220、260 电压检测电路

230、270 RC滤波电路

240 电流检测电路

Vd1、Vd2 电压检测信号

Id 电流检测信号

500 控制方法

S510、S520、S530、S540、S550、S560 操作

Mode1、Mode2、Mode3 控制模式

Iz 逆向电流

620a、620b 逆电流检测电路

640 保护开关驱动器

SWp 保护开关

S1、S2 检测信号

DIS 停止命令

具体实施方式

下文是举实施例配合附图作详细说明，以更好地理解本公开的实施方式，但所提供的实施例并非用以限制本公开所涵盖的范围，而结构操作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等技术效果的装置，皆为本公开所涵盖的范围。此外，根据业界的标准及惯常做法，附图仅以辅助说明为目的，并未依照原尺寸作图，实际上各种特征的尺寸可任意地增加或减少以便于说明。下述说明中相同元件将以相同的符号标示来进行说明以便于理解。

在全篇说明书与权利要求所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此公开的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本公开的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本公开的描述上额外的引导。

此外，在本文中所使用的用词“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指“包含但不限于”。此外，本文中所使用的“及/或”，包含相关列举项目中一或多个项目的任意一个以及其所有组合。

于本文中，当一元件被称为“连接”或“耦接”时，可指“电性连接”或“电性耦接”。“连接”或“耦接”亦可用以表示二或多个元件间相互搭配操作或互动。此外，虽然本文中使用“第一”、“第二”、…等用语描述不同元件，该用语仅是用以区别以相同技术用语描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否则该用语并非特别指称或暗示次序或顺位，亦非用以限定本发明。

请参考图1。图1为根据本公开部分实施例所示出的电源转换系统100的示意图。如图1所示，在部分实施例中，电源转换系统100包含直流发电机110、电源转换器120、高压侧储能装置130、处理电路140、低压侧储能装置150、以及低压负载装置170。在其他部分实施例中，电源转换系统100还包含保护电路180。

在部分实施例中，电源转换系统100可用于一插电式混合动力车(Plug-in HybridElectric Vehicle，PHEV)或油电混合车(Hybrid Electric Vehicle，HEV)系统当中，通过电源转换器120与处理电路140的协同操作，将高压侧的直流发电机110输出的高压直流电压V1转换为低压直流电压V2，并提供输出电流Io输出至低压侧的低压侧储能装置150以及低压负载装置170。借此，便能提供车载系统中各种设备所需的电力。

举例来说，在部分实施例中，直流发电机110可输出约48V的高压直流电压V1。电源转换器120可将其转换为例如约12V的低压直流电压V2，以供应车上的车用音响系统、车上电子装置如行车记录器等等的电力需求。值得注意的是，上述数值及应用仅为举例说明，并非用以限制本公开。

如图1所示，在结构上，电源转换器120包含电源转换电路121、低压电压控制电路122、输出电流控制电路124、高压电压控制电路126以及驱动电路129。电源转换电路121的高压侧电性耦接高压侧储能装置130以及直流发电机110，电源转换电路121的低压侧电性耦接低压侧储能装置150以及低压负载装置170。电源转换电路121用以接收高压侧的高压直流电压V1，并将高压直流电压V1转换为低压直流电压V2输出至电源转换电路121的低压侧。

具体而言，电源转换电路121可通过各种交换式直流直流转换电路(DC-DCConverter)实现。举例来说，电源转换电路121可为非隔离型转换电路(Non-IsolatedConverter)，例如：降压式(Buck Converter)、升降两用式(Buck-Boost Converter)等等。或者，电源转换电路121亦可由隔离型转换电路(Isolated Converter)据以实施。

请参考图2。图2为根据本公开内容的部分实施例所示出一种电源转换电路121的示意图。在部分实施例中，如图2所示，电源转换电路121可为相移式全桥转换器(Phaseshifted full bridge Converter)。在此实施例中，电源转换电路121包含切换开关SW1～SW4、谐振电感L1、变压器、整流开关SW5、SW6、输出电感Lo和输出电容Co，其中变压器的初级侧包含一组初级绕组Np，次级侧包含两组次级绕组Ns1、Ns2。

结构上，切换开关SW1、SW3的第一端电性耦接于高压直流电压V1的正极端，切换开关SW1、SW3的第二端电性耦接于切换开关SW2、SW4的第一端，切换开关SW2、SW4的第二端电性耦接于高压直流电压V1的负极端。谐振电感L1串联于初级绕组Np，其一端电性耦接于切换开关SW1的第二端和切换开关SW2的第一端之间，另一端电性耦接于切换开关SW3的第二端和切换开关SW4的第一端之间。次级绕组Ns2的起始端电性耦接于次级绕组Ns1的结束端，且分别通过整流开关SW5和SW6一同电性耦接于输出电容Co的负极端。

操作上，切换开关SW1～SW4的控制端分别用以接收相应的驱动信号(如图1中的驱动信号PWM)，使得切换开关SW1～SW4根据相应的驱动信号选择性的导通或关断。据此，便能通过调整切换开关SW1、SW4和切换开关SW2、SW3轮流导通的时间长度，以产生不同的责任周期(duty cycle)的切换信号，并通过谐振电感L1输入至变压器进行变压。变压器中的次级绕组Ns1与次级绕组Ns2感应初级绕组Np上信号变化而输出的次级电流。而整流开关SW5和SW6用以对变压器输出的次级电流进行同步整流，以提供输出电容Co两端上的低压直流电压V2。

值得注意的是，此电源转换电路121仅作为举例说明，并不用以限制本公开。在其他部分实施例中，电源转换电路121的种类以及电源转换电路121中的变压电路、谐振电路、整流电路皆可根据本领域技术人员熟知的任何形式来完成。

请继续参考图1。如图1所示，输出电流控制电路124电性耦接于低压侧，用以检测电源转换电路121的输出电流Io，并根据输出电流Io输出第一控制信号CT1。高压电压控制电路126电性耦接于高压侧，用以检测高压直流电压V1并相应输出第二控制信号CT2。

低压电压控制电路122电性耦接于低压侧、输出电流控制电路124和高压电压控制电路126。低压电压控制电路122用以检测低压直流电压V2，并选择性地根据低压直流电压V2、或根据低压直流电压V2和第一控制信号CT1、或根据该低压直流电压V2和该第二控制信号CT2相应输出第三控制信号CT3至驱动电路129。

而驱动电路129电性耦接于低压电压控制电路122，用以接收第三控制信号CT3并根据第三控制信号CT3输出驱动信号PWM，以脉冲宽度调制方式切换电源转换电路121中的切换开关SW1～SW4导通与关断。借此，通过调整驱动信号PWM的责任周期，便可控制完整周期中电源转换电路121中的切换开关SW1～SW4导通的时间长度，进而控制电源转换器120的操作。

在部分实施例中，于同一时点，低压电压控制电路122可单独启动，或者输出电流控制电路124以及低压电压控制电路122一起启动，或者高压电压控制电路126以及低压电压控制电路122一起启动。也就是说，在本实施例中，三种反馈路径皆包含低压电压控制电路122(即，低压电压控制电路122会维持启动)，然，于同一时点，三种反馈路径仅有一种会启动。

换言之，在低压电压控制模式时，当低压电压控制电路122单独启动并输出第三控制信号CT3时，输出电流控制电路124和高压电压控制电路126相应解耦。在低压电压和输出电流并行控制模式时，当输出电流控制电路124启动并输出第一控制信号CT1时，低压电压控制电路122亦启动并接收第一控制信号CT1且输出第三控制信号CT3，而高压电压控制电路126相应解耦。在低压电压和高压电压并行控制模式时，当高压电压控制电路126启动并输出第二控制信号CT2时，低压电压控制电路122亦启动并接收第二控制信号CT2且输出第三控制信号CT3，而输出电流控制电路124相应解耦。

如此一来，电源转换系统100可通过处理电路140控制输出电流控制电路124与高压电压控制电路126何者启动何者解耦，或两者皆解耦，并根据相应的命令值对高压直流电压V1的电压电平、低压直流电压V2的电压电平或是输出电流Io的电流大小进行控制。值得注意的是，控制电路的启动与解耦并非限定控制电路是否关闭，只是代表该控制电路是否介入控制。

进一步具体而言，处理电路140电性连接于低压电压控制电路122、输出电流控制电路124和高压电压控制电路126。处理电路140分别输出低压电压命令LVcmd、输出电流命令Icmd和高压电压命令HVcmd至低压电压控制电路122、输出电流控制电路124和高压电压控制电路126，以控制选择性地仅启动低压电压控制电路122，或启动低压电压控制电路122和输出电流控制电路124，或者启动低压电压控制电路122和高压电压控制电路126。换言之，电源转换器120可根据处理电路140的控制，操作在低压电压控制模式、低压电压和输出电流并行控制模式，或是低压电压和高压电压并行控制模式，三者当中的任一者，以根据当前的系统状态进行相应控制。

另外，如图1所示，电源转换器120的高压侧与低压侧可分别耦接高压侧储能装置130、低压侧储能装置150以进行必要的电力补偿。在部分实施例中，高压侧储能装置130、低压侧储能装置150可由储能电池实现。举例来说，低压侧储能装置150电性耦接于低压负载装置170以及电源转换电路121的低压侧。当低压负载装置170处于轻载时，低压侧储能装置150可吸收电源转换器120a输出的额外电力。如此一来，当低压负载装置170处于重载时或是电源转换器120不足以供应低压负载装置170所需的电力时，低压侧储能装置150便可输出所存储的电力至低压负载装置170，以维持电力系统上的供需平衡。

相似地，高压侧储能装置130电性耦接于直流发电机110以及电源转换电路121的高压侧。借此，高压侧储能装置130亦可针对直流发电机110输出至电源转换器120的电力进行调节，以维持高压侧上高压直流电压V1的稳定。

然而，当高压侧储能装置130与直流发电机110解联或发生异常时，高压侧储能装置130无法调节高压侧上的高压直流电压V1。举例来说，在极低温环境下。高压电池可能因为低温导致无法工作。在此状况下，若低压侧的负载端剧烈变动，直流发电机110的响应较慢，不足以及时调整发电机的输出电力，容易导致高压侧上的高压直流电压V1过电压、欠电压，使得保护回路相应动作，进而导致系统操作异常，例如电源系统停止工作等情况发生。

为了避免上述情况发生，在本公开内容部分实施例中，于高压侧储能装置130与直流发电机110解联或发生异常时，处理电路140可输出相应的高压电压命令HVcmd控制高压电压控制电路126根据高压电压命令HVcmd输出第二控制信号CT2至低压电压控制电路122，使得低压电压控制电路122产生相应的第三控制信号CT3以控制高压直流电压V1稳定在相应的目标电压值。借此，便可避免过电压保护机制启动。

为便于说明起见，电源转换器120与处理电路140的协同操作将搭配图3A～图3C进行说明。请参考图3A～图3C。图3A～图3C分别为根据本公开内容部分实施例所示出的电源转换器120a的操作示意图。在部分实施例中，图3A～图3C所示的电源转换器120a可用以实现图1中的电源转换器120。

如图3A～图3C所示，低压电压控制电路122包含电压检测电路220、加法器123、补偿电路以及比较放大器OP1。在结构上，电压检测电路220电性耦接于低压侧，用以对低压直流电压V2进行检测以输出电压检测信号Vd2至加法器123。举例来说，电压检测电路220可为分压电路，包含彼此串联的分压电阻。通过选用适当的分压电阻阻值，电压检测电路220便可进行分压并输出具有适当电压范围的电压检测信号Vd2，以供后级电路的操作。

加法器123电性耦接于低压侧、输出电流控制电路124和高压电压控制电路126，用以接收电压检测信号Vd2、第一控制信号CT1和第二控制信号CT2，并将接收到的信号加总后输出。

补偿电路电性耦接于加法器123与驱动电路129之间，用以接收加法器123加总后的信号。在部分实施例中，如图3A所示，补偿电路可包含电阻R1、R2、R3和电容C1、C2、C3，但本公开内容并不以此为限。在其他实施例中，补偿电路可包含以各种形式电性连接的电阻器及电容器以形成RC电路。在图3A～图3C所示实施例中，电阻R1、R2的一端电性耦接于加法器123，另一端电性耦接于比较放大器OP3的第二端(如：负极端)。电阻R3和电容C2串联后与电容C3并联，其一端电性耦接于比较放大器OP3的第二端(如：负极端)，另一端电性耦接于比较放大器OP3的输出端。

比较放大器OP1的第一端(如：正极端)电性耦接于处理电路140，用以接收低压电压命令LVcmd。比较放大器OP1的第二端(如：负极端)电性耦接于补偿电路。比较放大器OP1的输出端电性耦接于驱动电路129，用以输出第三控制信号CT3至驱动电路129。

值得注意的是，在其他部分实施例中，低压电压控制电路122亦可以其他方式实现选择性地接收第一控制信号CT1或第二控制信号CT2。虽然在图3A～图3C所示实施例中，输出电流控制电路124以及高压电压控制电路126皆耦接至低压电压控制电路122中的加法器123，但在其他部分实施例中，电源转换器120亦可设置切换器，并通过切换器选择性将低压直流电压V2、第一控制信号CT1与第二控制信号CT2当中的一或二者输出至低压电压控制电路122。因此，图3A～图3C所示实施例仅为本公开内容其中一种可能的实现方式，并非用以限制本公开。

相似地，如图3A～图3C所示，在部分实施例中，输出电流控制电路124包含电流检测电路240、补偿电路、比较放大器OP2以及整流元件D1。在结构上，电流检测电路240电性耦接于低压侧，用以根据输出电流Io输出一电流检测信号Id。举例来说，在部分实施例中，电流检测电路240可通过电流检测电阻实现。

在部分实施例中，补偿电路电性耦接于处理电路140与低压电压控制电路122之间，用以接收输出电流命令Icmd或Icmd_dis。如图中所示，补偿电路可包含电阻R4、R5、R6和电容C4、C5、C6，但本公开内容并不以此为限。在其他实施例中，补偿电路可包含以各种形式电性连接的电阻器及电容器以形成RC电路。在图3A～图3C所示实施例中，电阻R4、R5的一端电性耦接于处理电路140，另一端电性耦接于比较放大器OP2的第二端(如：负极端)。电阻R6和电容C5串联后与电容C6并联，其一端电性耦接于比较放大器OP2的第二端(如：负极端)，另一端电性耦接于比较放大器OP2的输出端。

比较放大器OP2的第一端(如：正极端)用以接收电流检测信号Id，比较放大器OP2的第二端(如：负极端)电性耦接于补偿电路，比较放大器OP2的输出端通过整流元件D1电性耦接于低压电压控制电路122，用以输出第一控制信号CT1至低压电压控制电路122。

在部分实施例中，整流元件D1可由二极管单元实现。如图3A～图3C所示，整流元件D1的阳极端耦接于比较放大器OP2的输出端，整流元件D1的阴极端耦接于低压电压控制电路122。整流元件D1用以确保输出电流控制电路124与低压电压控制电路122之间不会产生电流路径导致干扰。

相似地，如图3A～图3C所示，在部分实施例中，高压电压控制电路126包含电压检测电路260、补偿电路、比较放大器OP3以及整流元件D2。在结构上，电压检测电路260电性耦接于高压侧，用以对高压直流电压V1进行检测以输出电压检测信号Vd1。举例来说，相似于电压检测电路220，电压检测电路260亦可为分压电路，包含彼此串联的分压电阻。通过选用适当的分压电阻阻值，电压检测电路260便可进行分压并输出具有适当电压范围的电压检测信号Vd1，以供后级电路的操作。

在部分实施例中，补偿电路电性耦接于电压检测电路260与低压电压控制电路122之间，用以接收电压检测信号Vd1。在部分实施例中，如图中所示，补偿电路可包含电阻R7、R8、R9和电容C7、C8、C9，但本公开内容并不以此为限。在其他实施例中，补偿电路可包含以各种形式电性连接的电阻器及电容器以形成RC电路。在图3A～图3C所示实施例中，电阻R7、R8的一端电性耦接于电压检测电路260，另一端电性耦接于比较放大器OP3的第二端(如：负极端)。电阻R9和电容C8串联后与电容C9并联，其一端电性耦接于比较放大器OP3的第二端(如：负极端)，另一端电性耦接于比较放大器OP3的输出端。

比较放大器OP3的第一端(如：正极端)电性耦接于处理电路140，用以接收高压电压命令HVcmd或HVcmd_dis。比较放大器OP3的第二端(如：负极端)电性耦接于补偿电路。比较放大器OP3的输出端通过整流元件D2电性耦接于低压电压控制电路122，用以输出第二控制信号CT2至低压电压控制电路122。

在部分实施例中，相似于整流元件D1，整流元件D2可由二极管单元实现。如图3A～图3C所示，整流元件D2的阳极端耦接于比较放大器OP3的输出端，整流元件D2的阴极端耦接于低压电压控制电路122。整流元件D2用以确保输出电流控制电路124与高压电压控制电路126之间不会产生电流路径导致干扰。

在操作上，如图3A所示，于高压侧储能装置130操作正常时，处理电路140可根据实际需求控制电源转换器120a操作在低压电压控制模式或低压电压和输出电流并行控制模式。当处理电路140使电源转换器120a选择性地操作在低压电压控制模式时，处理电路140输出相应的低压电压命令LVcmd。此时，低压电压控制电路122自处理电路140接收低压电压命令LVcmd，以根据低压电压命令LVcmd输出第三控制信号CT3至驱动电路129，使得驱动电路129控制低压直流电压V2稳定在相应的目标电压值。

具体来说，如图3A所示，低压电压命令LVcmd可先通过RC滤波电路230进行滤波。经滤波后的低压电压命令LVcmd作为低压电压控制电路122的参考电压输入比较放大器OP1的正极端。而由电压检测电路220进行检测而输出的电压检测信号Vd2通过加法器123输入比较放大器OP1的负极端。如此一来，比较放大器OP1便可根据正极端与负极端的电压误差信号，搭配补偿电路输出第三控制信号CT3至驱动电路129。

举例来说，在部分实施例中，当低压直流电压V2提高时，产生反馈的电压检测信号Vd2亦相应提高。当输出至比较放大器OP1的负极端的电压检测信号Vd2大于作为参考电压的低压电压命令LVcmd时，比较放大器OP1所产生的第三控制信号CT3的电压值便会降低。由于比较放大器OP1的输出端电性耦接至驱动电路129的Vcomp引脚。因此，此时Vcomp引脚的电压值相应降低，使得驱动电路129输出的驱动信号PWM的责任周期降低。如此一来，低压直流电压V2便随之下降，以将低压直流电压V2控制在相应于低压电压命令LVcmd的电压电平。

相应地，此时处理电路140输出高压电压命令HVcmd_dis和输出电流命令Icmd_dis，以控制高压电压控制电路126和输出电流控制电路124根据相应的高压电压命令HVcmd_dis和输出电流命令Icmd_dis解耦。举例来说，此时高压电压命令HVcmd_dis可设为零或趋近于零的值，输出电流命令Icmd_dis可设为相应于最大输出电流的电流命令。如此一来，高压电压控制电路126和输出电流控制电路124内的电路便不会影响第三控制信号CT3。

另一方面，如图3B所示，当处理电路140使电源转换器120a选择性地操作在低压电压和输出电流并行控制模式时，处理电路140可略调高低压电压命令LVcmd并输出相应的输出电流命令Icmd。此时，输出电流控制电路124可自处理电路140接收输出电流命令Icmd，以根据输出电流命令Icmd输出第一控制信号CT1至低压电压控制电路122，使得低压电压控制电路122通过驱动电路129控制输出电流Io稳定在与输出电流命令Icmd相应的目标电流值。

具体来说，如图3B所示，由输出电流命令Icmd作为输出电流控制电路124的参考电流输入比较放大器OP2的负极端。而由电流检测电路240进行检测而输出的电流检测信号Id输入比较放大器OP2的正极端。如此一来，比较放大器OP2便可根据正极端与负极端的电流误差信号，搭配补偿电路输出第一控制信号CT1至低压电压控制电路122。

举例来说，在部分实施例中，当输出电流Io提高时，产生反馈的电流检测信号Id亦相应提高。当输出至比较放大器OP1的正极端的电流检测信号Id大于作为参考电流的输出电流命令Icmd时，比较放大器OP2所产生的第一控制信号CT1的电压值便会升高。由于比较放大器OP2的输出端电性耦接至低压电压控制电路122的加法器123，加法器123将电压检测信号Vd2和第一控制信号CT1加总后的信号输入低压电压控制电路122的比较放大器OP1的负极端。因此，当第一控制信号CT1的电压值升高时，则Vcomp引脚的电压值相应降低，使得驱动电路129输出的驱动信号PWM的责任周期降低以降低输出电流Io。

如此一来，输出电流控制电路124便可根据输出电流命令Icmd输出第一控制信号CT1至低压电压控制电路122，使得低压电压控制电路122通过驱动电路129控制输出电流Io稳定在与输出电流命令Icmd相应的目标电流值。相应地，此时处理电路140输出相应的高压电压命令HVcmd_dis控制高压电压控制电路126解耦。其具体操作细节已于先前实施例中详细说明，故于此不再赘述。

另一方面，在操作上，如图3C所示，于高压侧储能装置130与直流发电机110解联或发生异常时，或当处理电路140使电源转换器120a选择性地操作在低压电压和高压电压并行控制模式时，处理电路140可略调高低压电压命令LVcmd并输出相应的高压电压命令HVcmd。此时，高压电压控制电路126可自处理电路140接收高压电压命令HVcmd，以根据高压电压命令HVcmd输出第二控制信号CT2至低压电压控制电路122，使得低压电压控制电路122通过驱动电路129控制高压直流电压V1稳定在相应的目标电压值。

具体来说，如图3C所示，高压电压控制电路126的详细操作与低压电压控制电路122中的负反馈控制相似，高压电压命令HVcmd可先通过RC滤波电路270进行滤波。经滤波后的高压电压命令HVcmd作为高压电压控制电路126的参考电压输入比较放大器OP3的正极端。而由电压检测电路260进行检测而输出的电压检测信号Vd1输入比较放大器OP3的负极端。如此一来，比较放大器OP3便可根据正极端与负极端的电压误差信号，搭配补偿电路输出控制信号CT2至低压电压控制电路122。

举例来说，在部分实施例中，当高压直流电压V1降低时，产生反馈的电压检测信号Vd1亦相应降低。当输出至比较放大器OP3的负极端的电压检测信号Vd1小于作为参考电压的高压电压命令HVcmd时，比较放大器OP3所产生的第二控制信号CT2的电压值便会提高。由于比较放大器OP3的输出端电性耦接至低压电压控制电路122的加法器123，加法器123将电压检测信号Vd2和第二控制信号CT2加总后的信号输入低压电压控制电路122的比较放大器OP1的负极端。因此，当第二控制信号CT2的电压值提高(而电压检测信号Vd2维持不变)时，则Vcomp引脚的电压值相应降低，使得驱动电路129输出的驱动信号PWM的责任周期降低。

如此一来，电源转换器120a的输出功率随之降低，以控制高压直流电压V1不会进一步降低导致欠电压保护机制启动，如此可控制高压直流电压V1保持稳定。相应地，此时处理电路140输出相应的输出电流命令Icmd_dis控制输出电流控制电路124解耦。其具体操作细节已于先前实施例中详细说明，故于此不再赘述。

如此一来，通过处理电路140分别输出低压电压命令LVcmd、输出电流命令Icmd与高压电压命令HVcmd中的一或二者，便能控制低压电压控制电路122、输出电流控制电路124与高压电压控制电路126中的一或二者是否启动。借此，能于高压侧储能装置130与直流发电机110解联或发生异常时，将高压直流电压V1稳定在相应的目标电压值，避免高压直流电压V1超出安全范围导致系统的误操作。亦能于高压侧储能装置130操作正常时，选择性地将低压直流电压V2控制在相应于低压电压命令LVcmd的电压电平，及/或将输出电流Io稳定在与输出电流命令Icmd相应的目标电流值。

请参考图4A～图4C。图4A～图4C分别为根据本公开内容部分实施例所示出的电源转换器120b的操作示意图。在部分实施例中，图4A～图4C所示的电源转换器120b可用以实现图1中的电源转换器120。于图4A～图4C中，与图3A～图3C的实施例有关的相似元件是以相同的参考标号表示以便于理解，且相似元件的具体原理已于先前段落中详细说明，若非与图4A～图4C的元件间具有协同运行关系而必要介绍者，于此不再赘述。

与图3A～图3C的实施例相比，在图4A～图4C的实施例中，低压电压控制电路122包含加法器123和减法器125。结构上，加法器123电性耦接电压检测电路220和输出电流控制电路124，用以接收电压检测信号Vd2和第一控制信号CT1，并将两者加总后输出至比较放大器OP1的第二端(如：负极端)。而减法器125电性耦接处理电路140和高压电压控制电路126，用以接收低压电压命令LVcmd和第二控制信号CT2，并将低压电压命令LVcmd减去第二控制信号CT2后输出至比较放大器OP1的第一端(如：正极端)。

此外，在图4A～图4C的实施例中，高压电压控制电路126的比较放大器OP3的第一端(如：正极端)电性耦接于电压检测电路260，用以接收电压检测信号Vd1。高压电压控制电路126的比较放大器OP3的第二端(如：负极端)通过补偿电路和RC滤波电路270电性耦接于处理电路140，用以接收滤波后的高压电压命令HVcmd或HVcmd_dis。

在操作上，当处理电路140使电源转换器120b选择性地操作在低压电压控制模式时，如图4A所示，相似于图3A，处理电路140输出相应的低压电压命令LVcmd。此时，低压电压控制电路122可通过减法器125自处理电路140接收低压电压命令LVcmd，并通过加法器123自电压检测电路220接收电压检测信号Vd2，使得比较放大器OP1根据正极端与负极端的电压误差信号，搭配补偿电路输出第三控制信号CT3至驱动电路129。相应地，此时处理电路140输出相应的高压电压命令HVcmd_dis以及输出电流命令Icmd_dis控制高压电压控制电路126与输出电流控制电路124解耦。其具体操作细节以于先前实施例中详细说明，故于此不再赘述。

另一方面，当处理电路140使电源转换器120b选择性地操作在低压电压和输出电流并行控制模式时，如图4B所示，相似于图3B，处理电路140可略提高低压电压命令LVcmd并输出相应的输出电流命令Icmd。此时，低压电压控制电路122可通过减法器125接收低压电压命令LVcmd，并通过加法器123接收电压检测信号Vd2和第一控制信号CT1的总和，使得比较放大器OP1根据正极端与负极端的电压误差信号，搭配补偿电路输出第三控制信号CT3至驱动电路129。相应地，此时处理电路140输出相应的高压电压命令HVcmd_dis控制高压电压控制电路126解耦。其具体操作细节以于先前实施例中详细说明，故于此不再赘述。

在另一方面，当处理电路140使电源转换器120b选择性地操作在低压电压和高压电压并行控制模式时，如图4C所示，处理电路140输出相应的高压电压命令HVcmd并略提高低压电压命令LVcmd。此时，低压电压控制电路122可通过减法器125接收低压电压命令LVcmd和第二控制信号CT2的差值，并通过加法器123接收电压检测信号Vd2，使得比较放大器OP1根据正极端与负极端的电压误差信号，搭配补偿电路输出第三控制信号CT3至驱动电路129。相应地，此时处理电路140输出相应的输出电流命令Icmd_dis控制输出电流控制电路124解耦。

举例来说，在部分实施例中，当高压直流电压V1降低时，产生反馈的电压检测信号Vd1亦相应降低。当输出至比较放大器OP3的正极端的电压检测信号Vd1小于作为参考电压的高压电压命令HVcmd时，比较放大器OP3所产生的第二控制信号CT2的电压值便会降低。由于比较放大器OP3的输出端电性耦接至低压电压控制电路122的减法器125，减法器125将低压电压命令LVcmd和第二控制信号CT2相减后的信号输入低压电压控制电路122的比较放大器OP1的正极端。因此，Vcomp引脚的电压值相应降低，使得驱动电路129输出的驱动信号PWM的责任周期降低。

如此一来，在图4A～图4C所示实施例中，如先前图3A～图3C的实施例所述，于高压侧储能装置130与直流发电机110解联或发生异常时，电源转换器120b可操作在低压电压和高压电压并行控制模式。另一方面，于高压侧储能装置130操作正常时，处理电路140可根据实际需求控制电源转换器120b操作在低压电压控制模式或是低压电压和输出电流并行控制模式。通过，处理电路140用以输出相应的低压电压命令、输出电流命令与高压电压命令，以控制低压电压控制电路122、输出电流控制电路124与高压电压控制电路126相应的启动或解耦，以将低压直流电压V2、输出电流Io或高压直流电压V1稳定在相应的目标电压值和目标电流值。

请参考图5。图5为根据本公开内容部分实施例所示出的电源转换器120的控制方法500的流程图。为方便及清楚说明起见，下述电源转换器120的控制方法500是配合图1～图4C所示实施例进行说明，但不以此为限，任何本领域技术人员，在不脱离本公开的构思和范围内，当可对作各种变动与润饰。如图5所示，电源转换器120的控制方法500包含操作S510、S520、S530、S540、S550以及S560。

首先，在操作S510中，由电源转换电路121，将高压侧的高压直流电压V1转换为低压直流电压V2输出至低压侧。

在操作S520中，由处理电路140，选择性地启动低压电压控制电路122、输出电流控制电路124和高压电压控制电路126中一或二者。具体而言，处理电路140可使电源转换器120选择性地操作在低压电压控制模式Mode1、低压电压和输出电流并行控制模式Mode2，或是低压电压和高压电压并行控制模式Mode3，三者当中的任一者。

在低压电压和输出电流并行控制模式Mode2中，进入操作S530。在操作S530中，于输出电流控制电路124启动时，通过输出电流控制电路124，检测电源转换电路121的输出电流Io并根据输出电流Io输出第一控制信号CT1至低压电压控制电路122。举例来说，输出电流控制电路124可根据所检测的电流检测信号Id与输出电流命令Icmd输出第一控制信号CT1至低压电压控制电路122。

在低压电压和高压电压并行控制模式Mode3中，进入操作S540。在操作S540中，于高压电压控制电路126启动时，通过高压电压控制电路126，检测高压直流电压V1并根据高压直流电压V1输出第二控制信号CT2。举例来说，高压电压控制电路126可根据所检测的电压检测信号Vd1与高压电压命令HVcmd输出第二控制信号CT2至低压电压控制电路122。

在操作S530和操作S540之后，或在低压电压控制模式Mode1中，进入操作S550。在操作S550中，于低压电压控制电路122启动时，通过低压电压控制电路122，检测低压直流电压V2并相应输出第三控制信号CT3。举例来说，在低压电压控制模式Mode1中，低压电压控制电路122可根据所检测的电压检测信号Vd2与低压电压命令LVcmd输出第三控制信号CT3至驱动电路129。又例如，在低压电压和输出电流并行控制模式Mode2中，低压电压控制电路122可根据所检测的电压检测信号Vd2、低压电压命令LVcmd与第一控制信号CT1输出第三控制信号CT3至驱动电路129。又例如，在低压电压和高压电压并行控制模式Mode3中，低压电压控制电路122可根据所检测的电压检测信号Vd2、低压电压命令LVcmd与第二控制信号CT2输出第三控制信号CT3至驱动电路129。其具体内容以于先前段落中详细说明，故于此不再赘述。

最后，在操作S560中，由驱动电路129根据第三控制信号CT3输出驱动信号PWM驱动电源转换电路121，以相应于第三控制信号CT3控制高压直流电压V1、低压直流电压V2或输出电流Io。

于上述的内容中，包含示例性的操作。然而此些操作并不必需按序执行。在本实施方式中所提及的操作，除特别叙明其顺序者外，均可依实际需要调整其前后顺序，甚至可同时或部分同时执行。

所属技术领域技术人员可直接了解此控制方法500如何基于上述多个不同实施例中的电源转换系统100以执行该等操作及功能，故不再此赘述。

此外，虽然本文将所公开的方法示出和描述为一系列的操作或事件，但是应当理解，所示出的这些操作或事件的顺序不应解释为限制意义。例如，部分操作可以以不同顺序发生和/或与除了本文所示和/或所描述的操作或事件以外的其他操作或事件同时发生。另外，实施本文所描述的一个或多个实施方式或实施例时，并非所有于此示出的操作皆为必需。此外，本文中的一个或多个操作亦可能在一个或多个分离的步骤和/或阶段中执行。

另外，在部分实施中，高压电压控制电路126启动时，若电压检测信号Vd1小于作为参考电压的高压电压命令HVcmd，则驱动电路129输出的驱动信号PWM的责任周期降低。此时，如果电源转换器120的输出功率随之缩小，进而使得输出至低压侧的低压直流电压V2小于低压侧储能装置150，可能导致低压侧的电流逆流回电源转换电路121，而造成电源转换电路121损坏。

为了避免上述情况发生，在本公开内容部分实施例中，如图1所示，于电源转换电路121和低压侧储能装置150之间电性耦接保护电路180。为便于说明起见，保护电路180的操作请参考图6A和图6B。图6A、图6B分别为根据本公开内容部分实施例所示出的保护电路180a、180b的操作示意图。图6A、图6B所示的保护电路180a、180b可用以实现图1中的保护电路180。如图6A、图6B所示，保护电路180a、180b耦接于低压侧，当检测到自低压侧流向电源转换电路121的逆向电流Iz时，保护电路180a、180b用以输出停止命令DIS以保护电源转换电路121。

在部分实施例中，如图6A所示，保护电路180a包含逆电流检测电路620a。逆电流检测电路620a电性耦接于低压侧和电源转换电路121之间。当逆电流检测电路620a检测到逆向电流Iz时，逆电流检测电路620a用以输出检测信号S1至驱动电路129。当驱动电路129接收到检测信号S1时，驱动电路129用以输出停止命令DIS以关断电源转换电路121中的复数个开关(如图2所示的切换开关SW1～SW4)。

在其他部分实施例中，如图6B所示，保护电路180b包含逆电流检测电路620b、保护开关SWp和保护开关驱动器640。逆电流检测电路620b电性耦接于低压侧和保护开关驱动器640之间。当逆电流检测电路620b检测到逆向电流Iz时，逆电流检测电路620b用以输出检测信号S2至保护开关驱动器640。当保护开关驱动器640接收检测信号S2时，保护开关驱动器640用以输出停止命令以关断保护开关SWp。具体而言，保护开关SWp和保护开关驱动器640可由一组保护场效晶体管(Oring FET)实现。

如此一来，通过逆电流检测电路620a及/或620b，当发生逆向电流Iz时，便能通过检测信号S1及/或S2主动快速地关断电源转换电路121中的切换开关及/或输出电流路径上的保护开关SWp，以防止电源转换电路121损坏。

需要说明的是，在不冲突的情况下，在本公开内容各个附图、实施例及实施例中的特征与电路可以相互组合。附图中所示出的电路仅为示例之用，是简化以使说明简洁并便于理解，并非用以限制本公开。此外，上述各实施例中的各个装置、单元及元件可以由各种类型的数字或模拟电路实现，亦可分别由不同的集成电路芯片实现，或整合至单一芯片。上述仅为例示，本公开内容并不以此为限。

综上所述，本公开通过应用上述各个实施例中，于高压侧储能装置130与直流发电机110解联或发生异常时，通过处理电路140输出相应的高压电压命令HVcmd控制高压电压控制电路126根据高压电压命令HVcmd输出第二控制信号CT2至低压电压控制电路122，使得低压电压控制电路122通过驱动电路129控制高压直流电压V1稳定在相应的目标电压值，便可避免电压异常保护机制启动。如此一来，在高压电池异常失效或极低温环境导致高压电池无法工作的状况下，电源转换器120可主动稳定高压电源，确保车辆可以正常行驶，进而提高系统可靠度。

虽然本公开内容已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本公开内容，所属技术领域技术人员在不脱离本公开内容的构思和范围内，当可作各种变动与润饰，因此本公开内容的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (13)

1.一种电源转换器，包含：

一电源转换电路，用以自一高压侧接收一高压直流电压，并将该高压直流电压转换为一低压直流电压输出至一低压侧；

一输出电流控制电路，电性耦接于该低压侧，用以检测该电源转换电路的一输出电流，并根据该输出电流输出一第一控制信号；

一高压电压控制电路，电性耦接于该高压侧，用以检测该高压直流电压，并根据该高压直流电压输出一第二控制信号；

一低压电压控制电路，电性耦接于该低压侧，用以检测该低压直流电压，并选择性地根据该低压直流电压、或根据该低压直流电压和该第一控制信号、或根据该低压直流电压和该第二控制信号，以输出一第三控制信号；以及

一驱动电路，电性耦接于该低压电压控制电路，用以根据该第三控制信号输出一驱动信号驱动该电源转换电路。

2.如权利要求1所述的电源转换器，其中该低压电压控制电路更用以自一处理电路接收一低压电压命令，以选择性地根据该低压电压命令和该低压直流电压、或根据该低压电压命令、该低压直流电压和该第一控制信号、或根据该低压电压命令、该低压直流电压和该第二控制信号，产生该第三控制信号。

3.如权利要求2所述的电源转换器，其中该低压电压控制电路包含：

一第一电压检测电路，用以对该低压直流电压进行检测以输出一第一电压检测信号；

一第一补偿电路，电性耦接于该第一电压检测电路与该驱动电路之间，用以接收该第一电压检测信号，或接收该第一电压检测信号和该第一控制信号的加总，或接收该第一电压检测信号和该第二控制信号的加总；以及

一第一比较放大器，该第一比较放大器的一第一端用以接收该低压电压命令，该第一比较放大器的一第二端电性耦接于该第一补偿电路，该第一比较放大器的一输出端电性耦接于该驱动电路。

4.如权利要求2所述的电源转换器，其中该低压电压控制电路包含：

一第一电压检测电路，用以对该低压直流电压进行检测以输出一第一电压检测信号；

一第一补偿电路，电性耦接于该第一电压检测电路与该驱动电路之间，用以接收该第一电压检测信号，或接收该第一电压检测信号和该第一控制信号的加总；以及

一第一比较放大器，该第一比较放大器的一第一端用以接收该低压电压命令，或接收该低压电压命令和该第二控制信号的加总，该第一比较放大器的一第二端电性耦接于该第一补偿电路，该第一比较放大器的一输出端电性耦接于该驱动电路。

5.如权利要求1所述的电源转换器，其中该输出电流控制电路更用以自一处理电路接收一输出电流命令，以根据该电流命令和该输出电流产生该第一控制信号至该低压控制电路。

6.如权利要求5所述的电源转换器，其中该输出电流控制电路包含：

一电流检测电路，用以根据该输出电流输出一输出电流检测信号；

一第二补偿电路，电性耦接于该处理电路和该低压电压控制电路之间，用以接收该输出电流命令；以及

一第二比较放大器，该第二比较放大器的一第一端用以接收该输出电流检测信号，该第二比较放大器的一第二端电性耦接于该第二补偿电路，该第二比较放大器的一输出端电性耦接该低压电压控制电路。

7.如权利要求1所述的电源转换器，其中该高压电压控制电路更用以自一处理电路接收一高压电压命令，以根据该高压电压命令和该高压直流电压产生该第二控制信号至该低压控制电路。

8.如权利要求7所述的电源转换器，其中该高压电压控制电路包含：

一第二电压检测电路，用以对该高压直流电压进行检测以输出一第二电压检测信号；

一第三补偿电路，电性耦接于该第二电压检测电路与该低压电压控制电路之间，用以接收该第二电压检测信号；以及

一第三比较放大器，该第三比较放大器的一第一端用以接收该高压电压命令，该第三比较放大器的一第二端电性耦接于该第三补偿电路，该第三比较放大器的一输出端电性耦接于该低压电压控制电路。

9.如权利要求7所述的电源转换器，其中该高压电压控制电路包含：

一第二电压检测电路，用以对该高压直流电压进行检测以输出一第二电压检测信号；

一第三补偿电路，电性耦接于该处理电路与该低压电压控制电路之间，用以接收该高压电压命令；以及

一第三比较放大器，该第三比较放大器的一第一端用以接收该第二电压检测信号，该第三比较放大器的一第二端电性耦接于该第三补偿电路，该第三比较放大器的一输出端电性耦接于该低压电压控制电路。

10.如权利要求1所述的电源转换器，还包含：

一保护电路，耦接于该低压侧，当检测到一逆向电流时，该保护电路用以输出一停止命令以保护该电源转换电路。

11.如权利要求10所述的电源转换器，其中该保护电路包含：

一逆电流检测电路，耦接于该低压侧，当检测到自该低压侧流向该电源转换电路的该逆向电流时，该逆电流检测电路用以输出一检测信号；以及

一保护开关和一保护开关驱动器，耦接于该低压侧，当接收该检测信号时，该保护开关驱动器用以输出该停止命令以关断该保护开关。

12.如权利要求10所述的电源转换器，其中该保护电路包含：

一逆电流检测电路，耦接于该低压侧，当检测到自该低压侧流向该电源转换电路的该逆向电流时，该逆电流检测电路用以输出一检测信号，

其中当该驱动电路接收到该检测信号，该驱动电路用以输出一停止命令以关断该电源转换电路中的复数个开关。

13.一种电源转换器的控制方法，包含：

由一电源转换电路，将一高压侧的一高压直流电压转换为一低压直流电压输出至一低压侧；

由一处理电路，选择性地启动一低压电压控制电路、或一输出电流控制电路和该低压电压控制电路、或一高压电压控制电路和该低压电压控制电路；

于该输出电流控制电路启动时，通过该输出电流控制电路，检测该电源转换电路的一输出电流并根据该输出电流输出一第一控制信号至该低压电压控制电路；

于该高压电压控制电路启动时，通过该高压电压控制电路，检测该高压直流电压并根据该高压直流电压输出一第二控制信号至该低压电压控制电路；

于该低压电压控制电路启动时，通过该低压电压控制电路，检测该低压直流电压并输出一第三控制信号；以及

由一驱动电路，根据该第三控制信号输出一驱动信号驱动该电源转换电路，以相应于该第三控制信号控制该低压直流电压、该高压直流电压或该输出电流。

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