CN112531866A - 一种三端口充电机dcdc启机控制方法 - Google Patents

一种三端口充电机dcdc启机控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三端口充电机DCDC启机控制方法，所述充电机包括PFC模块、原边转换模块、变压器、副边高压转换模块、副边低压转换模块，DCDC启机后检测PFC模块中的PFC电容电压Vc，在PFC电容电压Vc小于电压阈值Vbus时，令副边低压转换模块关闭，副边高压转换模块向PFC模块中的PFC电容预充电；在PFC电容电压Vc不小于电压阈值Vbus时，令副边低压转换模块工作，副边高压转换模块向副边低压转换模块进行DCDC启动;本发明克服了现有磁集成方案技术的不足，通过控制低压端功率管开关时序解决Cbus电压在低电压、低压缓起时间快等情况下导致触发HV高压侧过流保护使模块关机，相比于高压HV原/副边串继电器方案此方法可靠性更高且控制方式简单。

Description

一种三端口充电机DCDC启机控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车充电技术领域，具体涉及一种三端口充电机DCDC启机控制方法。
背景技术
随着节能减排，以及控制大气污染的需求，新能源汽车逐渐在市场商用，而电动汽车更是新能源汽车的主力军。随着整车对DCDC性能参数要求越来越严，因此对低压LV端电压上升时间有了严格要求。对于物理集成电路只要通过加快LV电流环上升速率可以满足此要求，但对于磁集成方案DCDC起机时能量同时从HV流向Cbus和LV侧(拓扑见图1)，当整车中的充电模块内部Cbus电压较低、Cbus容性较大且LV电流环缓起速率太快，这就意味着此种工况下HV端既要给PFC电容充电LV端又要带载，此问题会导致DCDC在启机时HV侧功率远大于DCDC设定的最大功率值，触发HV侧电流检测过流故障使模块关机。
因此，如何设计一种不会快速启动过流的三端口充电机DCDC启机控制方法是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提出一种三端口充电机DCDC启机控制方法。
本发明采用的技术方案是设计一种三端口充电机DCDC启机控制方法，所述充电机包括PFC模块、原边转换模块、变压器、副边高压转换模块、副边低压转换模块，DCDC启机后检测PFC模块中的PFC电容电压Vc，在PFC电容电压Vc小于电压阈值Vbus时，令副边低压转换模块关闭，副边高压转换模块向PFC模块中的PFC电容预充电；在PFC电容电压Vc不小于电压阈值Vbus时，令副边低压转换模块工作，副边高压转换模块向副边低压转换模块进行DCDC启动。
所述副边高压转换模块向PFC模块中的PFC电容预充电开始时，进行计数，当计数达到预充时间阈值T1时，令副边低压转换模块工作，副边高压转换模块向副边低压转换模块进行DCDC启动。
所述DCDC启动按时间先后包括缓启动和快启动。
所述DCDC启动时,检测副边低压转换模块的输出电流I0，在输出电流I0小于电流阈值I1时采用缓启动，在输出电流I0不小于电流阈值I1时采用快启动。
所述缓启动中副边低压转换模块的输出电流的上升速率设置为I11A/s，所述快启动中副边低压转换模块的输出电流的上升速率设置为以I12A/s，所述I12>I11。
所述副边高压转换模块向PFC模块中的PFC电容预充电时，控制原边转换模块和副边高压转换模块功率开关的占空比以控制预充电的充电电流和充电时长。
所述预充时间阈值T1按公式1进行设定；
Figure BDA0002856001490000021
其中W为副边低压转换模块的额定功，P1为副边第一转换电路模块的额定输出功率，C为PFC电容的容值，U1等于所述电压阈值Vbus。
DCDC启机总时长符合公式2；
T总＝T1+T2+T3 公式2
其中T总为DCDC启机总时长，T1为预充时间阈值T1，T2为缓启动时长T2，T3为快启动时长T3。
所述缓启动时长T2符合公式3；
T2＝I1/(I11A/s) 公式3
其中I1为电流阈值I1，I11A/s为缓启动中输出电流的上升速率。
所述快启动时长T3符合公式4；
T3＝(Ip-I1)/I12A/s 公式4
其中Ip为副边低压转换模块的额定输出电流，I1为电流阈值I1，I12A/s为快启动中输出电流的上升速率。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
本发明克服了现有磁集成方案技术的不足，通过控制低压端功率管开关时序解决Cbus电压在低电压、低压缓起快情况下触发HV高压侧过流保护使模块关机，相比于高压HV原/副边串继电器方案此方法可靠性更高且控制方式简单。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是现有三端口车载充电机电路示意图；
图2是本发明较佳实施例电路示意图；
图3是现有技术启动时的电压波形图；
图4是本发明启动时的电压波形图。
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，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种三端口充电机DCDC启机控制方法，参看图2示出的较佳实施例电路示意图，所述充电机包括PFC模块、原边转换模块、变压器、副边高压转换模块、副边低压转换模块。这是一个常见的车载三端口充电机，原边转换模块包括Q1、Q2、Q3、Q4，可以接外部交流电网。副边高压转换模块包括Q5、Q6、Q7、Q8，可以接驱动高压电池。副边低压转换模块包括Q9、Q10、Q11开关管，可以接车内低压电池和电子设备。
所述控制方法包括以下步骤：DCDC启机后检测PFC模块中的PFC电容电压Vc，在PFC电容电压Vc小于电压阈值Vbus时，令副边低压转换模块关闭，副边高压转换模块向PFC模块中的PFC电容预充电；在PFC电容电压Vc不小于电压阈值Vbus时，令副边低压转换模块工作，副边高压转换模块向副边低压转换模块进行DCDC启动。
为避免预充电时间过长，在较佳实施例中，所述副边高压转换模块向PFC模块中的PFC电容预充电开始时，进行计数，当计数达到预充时间阈值T1时，令副边低压转换模块工作，副边高压转换模块向副边低压转换模块进行DCDC启动。也就是说，离开预充电阶段有两种触发机制，一是PFC电容电压Vc大于电压阈值Vbus时；二是预充时间大于预充时间阈值T1时，可脱离预充电阶段进入DCDC启动。
在较佳实施例中，所述DCDC启动按时间先后包括缓启动和快启动。所述DCDC启动时,检测副边低压转换模块的输出电流I0，在输出电流I0小于电流阈值I1时采用缓启动，在输出电流I0不小于电流阈值I1时采用快启动。
所述缓启动中副边低压转换模块的输出电流的上升速率设置为I11A/s，所述快启动中副边低压转换模块的输出电流的上升速率设置为以I12A/s，所述I12>I11。I11A/s和I12A/s由根据具体的充电机型号和充电时长要求进行设定。
在较佳实施例中，所述副边高压转换模块向PFC模块中的PFC电容预充电时，控制原边转换模块和副边高压转换模块功率开关的占空比以控制预充电的充电电流和充电时长。
所述预充时间阈值T1按公式1进行设定；
Figure BDA0002856001490000041
其中W为副边低压转换模块的额定功，P1为副边第一转换电路模块的额定输出功率，C为PFC电容的容值，U1等于所述电压阈值Vbus。
DCDC启机总时长符合公式2；
T总＝T1+T2+T3 公式2
其中T总为DCDC启机总时长，T1为预充时间阈值T1，T2为缓启动时长T2，T3为快启动时长T3。
所述缓启动时长T2符合公式3；
T2＝I1/(I11A/s) 公式3
其中I1为电流阈值I1，I11A/s为缓启动中输出电流的上升速率。
所述快启动时长T3符合公式4；
T3＝(Ip-I1)/I12A/s 公式4
其中Ip为副边低压转换模块的额定输出电流，I1为电流阈值I1，I12A/s为快启动中输出电流的上升速率。
以下结合图2示出的具体例子，对本发明做详细的阐述：
当DSP检测到PFC电容电压大于电压阈值Vbus时，可直接让Q11 BUCK上管导通，副边低压转换模块LV输出电流上升速率按照输出电流小于电流阈值I1时以I11A/s上升，大于I1值以I12A/s上升(I2>I1)。
当DSP检测到PFC电容电压小于电压阈值Vbus时，先控制BUCK上管Q11处于断开状态，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8管以一定频率占空比为PFC电容Cbus预充，Cbus电压预充到Vbus时或预充时间达到预充时间阈值T1时退出PFC预充，开始缓起Q11 BUCK上管控制LV输出，LV电流上升速率按照输出电流小于I1值时以I11A/s上升，大于I1值后以I12A/s(I2>I1)。
举例：应客户要求LV电压上升时间不能大于300ms,DSP首先检测PFC电容电压值，当小于设置值400V(电压阈值Vbus)时，先控制Q11处于断开状态，通过Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8给PFC电容预充预充60ms后开始缓起Q11控制LV输出，给PFC电容预充时间设定为60ms是基于式公式1。
Figure BDA0002856001490000051
其中T1为预充PFC电解电容从OV充到400V所需时间，U1等于所述电压阈值400V,C为PFC电容的容值1500uF，W为副边低压转换模块的额定功，P1为副边第一转换电路模块的额定输出功率。
计算得出T1为48ms,为保证余量T1设置为60ms。
当DSP检测PFC电容电压值大于400V时，LV起机直接控制Q11导通。
其次对于LV起机输出电流也做了相应了限制策略，在LV输出电流小于50A情况下电流环以500A/s电流上升，在输出电流大于50A以后电流环以1000A/s上升，按照此策略理论计算满足上升时间小于300ms的要求。
对于磁集成方案PFC侧有较大容值的电解电容,此处Vbus容值假设为1500uF，Vbus为400V，低压LV电压为14V。
副边低压转换模块LV额定输出电流Ip＝P2/U2,其中P2为副边低压转换模块的额定输出功率2.5KW，U2为LV输出电压14V。计算得出Ip＝180A。
DCDC启机LV电流环速率按下式设置：
Figure BDA0002856001490000052
式中V为DCDC启机后LV电流环上升速率，当LV输出电流值I0小于等于50A时以500A/s速率上升，当LV输出电流值I0大于50A后以1000A/s速率上升。
LV电流小于50A上升时间T2＝50A/500A/s＝100ms，LV电流大于50A上升时间T3＝(180-50)A/1000A/s＝130ms，在最严酷情况下PFC母线电容电压Vbus为0V,那么此时LV电压的上升时间为:PFC BUS预充时间+输出电流小于50A的上升时间+输出电流大于50A的上升时间，T总＝T1+T2+T3＝60+100+130＝290ms<300ms，满足设计要求。
图3示出的是现有技术启动时的电压波形图，起机瞬间副边高压转换模块(HV)触发CT保护LV无输出，CH1为LV电压CH2为谐振腔电流检测CT电压CH3为LV输出电流。(Vin＝430V LV端并接11.7V电池LV带80A下启机波形，PFC电容电压10V以下)
图4示出的是使用了本发明预充控制策略后LV电压电流启机波形,起机瞬间HV侧CT值低没有触发谐振过流LV输出电压电流正常且满足电压上升时间。CH1为LV电压CH2为谐振腔电流检测CT电压，CH3为LV输出电流。(Vin＝430V LV端并接11.7V电池LV带80A下启机测试，PFC电容电压10V以下)
以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本申请精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请的权利要求范围之中。

Claims (10)

1.一种三端口充电机DCDC启机控制方法，所述充电机包括PFC模块、原边转换模块、变压器、副边高压转换模块、副边低压转换模块，其特征在于：DCDC启机后检测PFC模块中的PFC电容电压Vc，
在PFC电容电压Vc小于电压阈值Vbus时，令副边低压转换模块关闭，副边高压转换模块向PFC模块中的PFC电容预充电；
在PFC电容电压Vc不小于电压阈值Vbus时，令副边低压转换模块工作，副边高压转换模块向副边低压转换模块进行DCDC启动。
2.如权利要求1所述的三端口充电机DCDC启机控制方法，其特征在于：所述副边高压转换模块向PFC模块中的PFC电容预充电开始时，进行计数，当计数达到预充时间阈值T1时，令副边低压转换模块工作，副边高压转换模块向副边低压转换模块进行DCDC启动。
3.如权利要求2所述的三端口充电机DCDC启机控制方法，其特征在于：所述DCDC启动按时间先后包括缓启动和快启动。
4.如权利要求3所述的三端口充电机DCDC启机控制方法，其特征在于：所述DCDC启动时,检测副边低压转换模块的输出电流I0，在输出电流I0小于电流阈值I1时采用缓启动，在输出电流I0不小于电流阈值I1时采用快启动。
5.如权利要求4所述的三端口充电机DCDC启机控制方法，其特征在于：所述缓启动中副边低压转换模块的输出电流的上升速率设置为I11
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，所述快启动中副边低压转换模块的输出电流的上升速率设置为以
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，所述I12>I11。
6.如权利要求1所述的三端口充电机DCDC启机控制方法，其特征在于：所述副边高压转换模块向PFC模块中的PFC电容预充电时，控制原边转换模块和副边高压转换模块功率开关的占空比以控制预充电的充电电流和充电时长。
7.如权利要求5所述的三端口充电机DCDC启机控制方法，其特征在于：所述预充时间阈值T1按公式1进行设定；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
公式1
其中W为副边低压转换模块的额定功，P1为副边第一转换电路模块的额定输出功率，C为PFC电容容值，U1等于所述电压阈值Vbus。
8.如权利要求7所述的三端口充电机DCDC启机控制方法，其特征在于：DCDC启机总时长符合公式2；
T总=T1+T2+T3 公式2
其中T总为DCDC启机总时长，T1为预充时间阈值T1，T2为缓启动时长T2，T3为快启动时长T3。
9.如权利要求8所述的三端口充电机DCDC启机控制方法，其特征在于：所述缓启动时长T2符合公式3；
Figure DEST_PATH_IMAGE007
公式3
其中I1为电流阈值I1，I11
Figure 402828DEST_PATH_IMAGE008
缓启动中输出电流的上升速率。
10.如权利要求9所述的三端口充电机DCDC启机控制方法，其特征在于：所述快启动时长T3符合公式4；
Figure DEST_PATH_IMAGE010
公式4
其中Ip为副边低压转换模块的额定输出电流，I1为电流阈值I1，I12
Figure DEST_PATH_IMAGE011
快启动中输出电流的上升速率。
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