CN113690983B - 死区时间确定方法、充电驱动电路、装置、设备及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种死区时间确定方法、充电驱动电路、装置、设备及介质，该死区时间确定方法包括：获取充电驱动电路的输出电流；根据充电驱动电路的输出电流，确定充电驱动电路的负载状态；获取充电驱动电路的输出电压；根据充电驱动电路的输出电压和负载状态确定充电驱动电路的死区时间。本发明根据充电驱动电路的输出电流和输出电压确定充电驱动电路在不同负载状态下的死区时间，能够使得充电装置输出稳定的电压或电流。

Description

死区时间确定方法、充电驱动电路、装置、设备及介质
技术领域
本发明涉及电力领域，尤其涉及一种死区时间确定方法、充电驱动电路、装置、设备及介质。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
随着新能源汽车的发展，快速给新能源汽车充电成为新的市场需求，如何在大功率充电过程中快速给汽车充电，是本领域亟待解决的技术问题。现有的充电桩为电动汽车充电时往往需要较大充电时长，为提高电源的充电效率，需要使桥式电路中的功率元器件工作于软开关的状态下，因此，需要合理调节功率元器件所对应的死区时间。
相关技术中，在控制功率元器件的死区时间时，通常采用固定时间控制。但通过相关技术中的这种方式进行控制死区时间时，会导致某些工作区域的死区时间小于实际软开关时间，从而导致软开关不充分，降低了电源的充电效率。
发明内容
本发明实施例中提供了一种死区时间确定方法，用于实时确定充电驱动电路的死区时间，包括：获取充电驱动电路的输出电流；根据充电驱动电路的输出电流，确定充电驱动电路的负载状态；获取充电驱动电路的输出电压；根据充电驱动电路的输出电压和负载状态确定充电驱动电路的死区时间。
进一步地，负载状态为空载状态或带载状态。
进一步地，确定充电驱动电路处于空载状态的死区时间y1，包括：先计算比例系数k与输入电压x的乘积；再计算乘积与偏置常数b之和为充电驱动电路处于空载状态的死区时间y1。
进一步地，确定充电驱动电路处于带载状态的死区时间y，包括：计算系统时钟频率f与工作频率的比值与第一系数之乘积；计算充电驱动电路处于空载状态的死区时间y1与乘积之差值；计算差值与第二系数之积为充电驱动电路处于带载状态的死区时间y。
进一步地，根据充电驱动电路的输出电流，确定充电驱动电路的负载状态，包括：若充电驱动电路的输出电流大于第一预设阈值，将充电驱动电路的负载状态确定为带载状态；若充电驱动电路的输出电流小于第二预设阈值，将充电驱动电路的负载状态确定为空载状态。
进一步地，第一预设阈值大于第二预设阈值。
本发明实施例中还提供了一种充电驱动电路，用以解决现有充电桩中功率器件采用固定时长的死区时间，导致为电动汽车充电需要较大充电时长的技术问题，该充电驱动电路包括：电源模块、电压采集模块、电流采集模块、晶体管驱动电路、晶体管开关电路和微控制单元；其中，电源模块，用于与电源设备连接，以提供供电电压；晶体管开关电路，用于与负载设备连接，为负载设备供电；晶体管驱动电路，连接于微控制单元和晶体管开关电路之间，用于驱动晶体管开关电路的通断；电压采集模块，与晶体管开关电路的输出端连接，用于采集晶体管开关电路的输出电压；电流采集模块，与晶体管开关电路的输出端连接，用于采集晶体管开关电路的输出电流；微控制单元，与电压采集模块和电流采集模块分别连接，微控制单元配置为：根据晶体管开关电路的输出电压和充电驱动电路的负载状态，确定充电驱动电路的死区时间，并根据死区时间生成用于控制晶体管开关电路通断的控制信号。
进一步地，晶体管驱动电路由第一驱动芯片和第二驱动芯片实现，第一驱动芯片和第二驱动芯片为双通道隔离门驱动器，具有双输入接口，用于驱动半桥电路或全桥电路。
进一步地，第一驱动芯片和第二驱动芯片采用的芯片型号为UCC21520。
进一步地，微控制单元包括：获取单元，用于获取充电驱动电路的输出电压和输出电流；判定单元，用于根据输出电流判定充电驱动电路的负载状态；计算单元，用于根据输出电压和负载状态计算充电驱动电路的死区时间。
本发明实施例中还提供了一种充电装置，用以解决现有充电桩中功率器件采用固定时长的死区时间，导致为电动汽车充电需要较大充电时长的技术问题，该充电装置包括：上述的充电驱动电路。
本发明实施例中还提供了一种计算机设备，用以解决现有充电桩中功率器件采用固定时长的死区时间，导致为电动汽车充电需要较大充电时长的技术问题，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述死区时间确定方法。
本发明实施例中还提供了一种计算机可读存储介质，用以解决现有充电桩中功率器件采用固定时长的死区时间，导致为电动汽车充电需要较大充电时长的技术问题，该计算机可读存储介质存储有执行上述死区时间确定方法的计算机程序。
本发明实施例中，在采集到充电驱动电路的输出电流后，根据充电驱动电路的输出电流确定充电驱动电路的负载状态，进而在采集到充电驱动电路的输出电压后，根据充电驱动电路的输出电压和负载状态确定充电驱动电路的死区时间，以得到充电驱动电路在不同负载状态下的死区时间，能够使得充电装置输出稳定的电压或电流。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明实施例中提供的一种充电驱动电路示意图；
图2为本发明实施例中提供的一种MOS驱动电路示意图；
图3为本发明实施例中提供的一种死区时间确定方法流程图；
图4为本发明实施例中提供的一种死区时间确定方法的具体实现流程图；
图5为本发明实施例中提供的一种计算机设备示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明实施例中提供了一种充电驱动电路，图1为本发明实施例中提供的一种充电驱动电路示意图，如图1所示，该充电驱动电路包括：电源模块10、电压采集模块20、电流采集模块30、晶体管驱动电路40、晶体管开关电路50和微控制单元60；
其中，电源模块10，与电源设备连接，用于提供供电电压；
晶体管开关电路20，与负载设备连接，用于为负载设备供电；
晶体管驱动电路30，连接于微控制单元60和晶体管开关电路20之间，用于驱动晶体管开关电路的通断；
电压采集模块40，与晶体管开关电路20的输出端连接，用于采集晶体管开关电路的输出电压；
电流采集模块50，与晶体管开关电路20的输出端连接，用于采集晶体管开关电路的输出电流；
微控制单元60，与电压采集模块40和电流采集模块50分别连接，用于根据晶体管开关电路20的输出电压和输出电流，生成用于控制晶体管开关电路20通断的控制信号。
在具体实施时，上述微控制单元可包括：获取单元、判定单元和计算单元。其中，获取单元用于获取所述充电驱动电路的输出电压和输出电流；判定单元用于根据所述输出电流判定所述充电驱动电路的负载状态；计算单元用于根据所述输出电压和所述负载状态计算所述充电驱动电路的死区时间。
需要说明的是，微控制单元60输出的控制信号可以是方波信号，通过输出高低电平的方式来对晶体管开关电路的通断来进行控制，晶体管开关电路导通时，向电压输出端传递能量，通过控制晶体管开关电路的导通时间和导通速度，来进行对输出电压的调节，以此来完成输出稳定的直流电压。
由于场效应管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOS)具有更小更省电的优点，在一个实施例中，本发明实施例中的晶体管采用场效应管。
本发明实施例中提供的充电驱动电路中，微控制单元由单片机实现。在一个实施例中，该单片机可采用型号为TMS320F280049CPZS的芯片。TMS320F280049的主频为100MHZ，功能较为强大，具有较多的片上模拟外设。
为了能够兼容半桥电路和全桥电路，在一个实施例中，本发明实施例中提供的充电驱动电路中，晶体管驱动电路由第一驱动芯片和第二驱动芯片实现，第一驱动芯片和第二驱动芯片为双通道隔离门驱动器，具有双输入接口，用于驱动半桥电路或全桥电路。图2为本发明实施例中提供的一种MOS驱动电路示意图，图2中所示U1和U2分别为第一驱动芯片和第二驱动芯片，采用的芯片型号为UCC21520。
UCC21520是一款隔离式双通道栅极驱动器，具有4A峰值拉电流和6A峰值灌电流。可以支持很高的开关频率并有较高的隔离强度，常被用来驱动金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)等。此芯片的驱动部分与控制部分之间隔离，内部两个驱动通道之间也隔离。
本发明实施例中还提供了一种充电装置，包括：上述任一项的充电驱动电路。
需要说明的是，本发明实施例中提供的充电装置可以是但不限于电动汽车的充电装置。
本发明实施例中还提供了一种死区时间确定方法，用于实时确定充电驱动电路的死区时间，该死区时间确定方法可用但不限于确定上述充电驱动电路的死区时间。
图3为本发明实施例中提供的一种死区时间确定方法流程图，如图3所示，该方法包括如下步骤：
S301，获取充电驱动电路的输出电流。
S302，根据充电驱动电路的输出电流，确定充电驱动电路的负载状态，其中，负载状态包括：空载状态或带载状态。
S303，获取充电驱动电路的输出电压。
S304，根据充电驱动电路的输出电压和负载状态，确定充电驱动电路的死区时间。
需要说明的是，本发明实施例中的死区时间是为了使全桥电路或半桥电路的上下管不会因为开关速度问题发生同时导通而设置的一个保护时段。上述充电驱动电路的输出电流也即晶体管开关电路的输出电流；上述充电驱动电路的输出电压也即晶体管开关电路的输出电压，在根据充电驱动电路的输出电流确定充电驱动电路的负载状态的时候，可具体通过如下步骤来实现：若充电驱动电路的输出电流大于第一预设阈值，将充电驱动电路的负载状态确定为带载状态；若充电驱动电路的输出电流小于第二预设阈值，将充电驱动电路的负载状态确定为空载状态。其中，第一预设阈值大于所述第二预设阈值，例如，第一预设阈值取值范围为0.15-0.3A；第二预设阈值为0.5-0.1A。
在本发明实施例中，空载状态是指充电驱动电路连接负载设备但未充电的状态；带载状态是指充电驱动电路连接负载设备并充电的状态。
在一个实施例中，本发明实施例中提供的死区时间确定方法，可通过如下步骤确定充电驱动电路处于空载状态的死区时间y1：先计算比例系数k与输入电压x的乘积；再计算乘积与偏置常数b之和为充电驱动电路处于空载状态的死区时间y1。在一个实施例中，即通过公式(1)计算充电驱动电路处于空载状态的死区时间。
y1＝kx+b (1)
其中，y1表示充电驱动电路处于空载状态的死区时间；k表示时间单位的比例系数；x表示输入电压；b表示偏置常数。
进一步地，本发明实施例中提供的死区时间确定方法，可通过如下步骤确定充电驱动电路处于带载状态的死区时间y：计算系统时钟频率f与工作频率的比值与第一系数之乘积；计算充电驱动电路处于空载状态的死区时间与乘积之差值；计算差值与第二系数之积为充电驱动电路处于带载状态的死区时间y。在一个实施例中，即通过公式(2)计算充电驱动电路处于带载状态的死区时间，第一系数等于0.3，第二系数等于10。
y＝(y1-0.3×f/Fsw)×10 (2)
其中，y表示充电驱动电路处于带载状态的死区时间；f表示系统时钟频率，取值范围为0～16KHz；Fsw表示工作频率，取值范围为50-60Hz。
图4为本发明实施例中提供的一种死区时间确定方法的具体实现流程图，如图4所示，包括如下步骤：
S401，微处理单元MCU输出方波信号，驱动晶体管开关电路；
S402，通过电压采集模块采集晶体管开关电路的输出电压；
S403，通过电流采集模块采集晶体管开关电路的输出电流，根据采集的输出电流判断充电驱动电路是否处于空载状态；当充电驱动电路未处于空载状态时，执行S404；当充电驱动电路处于空载状态时，执行S405，计算充电驱动电路处于空载状态的死区时间；
S404，计算充电驱动电路处于带载状态的死区时间；
S405，计算充电驱动电路处于空载状态的死区时间；
S406，调整死区时间；
S407，控制晶体管开关电路输出稳定的电压和电流。
需要说明的是，当充电驱动电路处于空载状态时，输入电压不同，死区时间不同。输入电压范围可以为30-400V，根据输入电压不同，为使充电驱动电路工作在软开关区域，首先调整确定系统工作频率范围。例如，当空载工作频率范围为165K时，死区时间范围为1900ns-400ns。充电驱动电路处于空载状态时死区时间的计算可通过上述公式(1)来实现。当充电驱动电路处于带载状态时，根据充电驱动电路处于空载状态时的死区时间y1、工作频率Fsw(可采用PID(Proportion Integration Differentiation，比例积分)调节方式根据输出电压值调整工作频率)、系统时钟频率f，因此根据上述公式(2)计算出充电驱动电路处于带载状态时的死区时间，进一步根据充电驱动电路处于带载状态时的死区时间，可控制晶体管开关电路输出稳定的电压和电流。
需要注意的是，根据输出电压和输出电流的不同，本发明实施例中充电驱动电路的系统工作频率段可以为90K-165K，死区时间范围可以为400ns-900ns。
为了让整个系统工作状态更好，效率更高，满足客户需求，在一个实施例中，本发明实施例中提供的死区时间确定方法，还可支持空载状态与带载状态的切换。
例如，当充电驱动电路工作在空载状态时，若晶体管开关电路的输出电流大于第一预设阈值(例如，0.2A)时，则由空载状态切换到带载状态；当充电驱动电路工作在带载状态时，若晶体管开关电路的输出电流小于第二预设阈值(例如，0.1A)时，则由带载状态切换到空载状态。
可选地，本发明实施例中的负载设备为大功率负载设备，当负载设备为电动汽车的情况下，本发明实施例中提供的充电驱动电路可设置于充电桩内。将本发明实施例中提供的充电驱动电路设置于电动汽车的充电桩内，能够实现快速稳定向电动车充电的目的。本发明实施例中提供的充电驱动电路设计简单，器件易于替换，具有较强的市场竞争力。本发明实施例中提供的充电驱动电路的死区时间确定方法，实用、简单。
本发明实施例中还提供了一种计算机设备，用以解决现有充电桩中功率器件采用固定时长的死区时间，导致为电动汽车充电需要较大充电时长的技术问题，图5为本发明实施例中提供的一种计算机设备示意图，如图5所示，该计算机设备50包括存储器501、处理器502及存储在存储器501上并可在处理器502上运行的计算机程序，处理器502执行计算机程序时实现上述死区时间确定方法。
本发明实施例中还提供了一种计算机可读存储介质，用以解决现有充电桩中功率器件采用固定时长的死区时间，导致为电动汽车充电需要较大充电时长的技术问题，该计算机可读存储介质存储有执行上述死区时间确定方法的计算机程序。
综上所述，本发明实施例中提供的充电驱动电路、充电装置、死区时间确定方法、计算机设备及计算机可读存储介质，通过电压采集模块采集晶体管驱动电路的输出电压，通过电流采集模块分别采集晶体管驱动电路的输出电流，以便微控制单元根据晶体管开关电路的输出电压和输出电流，生成用于控制晶体管开关电路通断的控制信号，使得晶体管开关电路输出稳定的电压为负载设备供电。通过本发明实施例中提供充电驱动电路及其死区时间确定方法，能够使得充电装置向负载设备输出稳定的电压或电流。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种死区时间确定方法，用于实时确定充电驱动电路的死区时间，其特征在于，包括：
获取充电驱动电路的输出电流；
根据所述充电驱动电路的输出电流，确定所述充电驱动电路的负载状态；
获取所述充电驱动电路的输出电压；
根据所述充电驱动电路的输出电压和所述负载状态确定所述充电驱动电路的死区时间；
所述负载状态包括空载状态或带载状态；确定所述充电驱动电路处于带载状态的死区时间y，包括：
计算系统时钟频率f与工作频率的比值与第一系数之乘积；
计算所述充电驱动电路处于空载状态的死区时间y1与所述乘积之差值；
计算所述差值与第二系数之积为所述充电驱动电路处于带载状态的死区时间y。
2.如权利要求1所述的死区时间确定方法，其特征在于，确定所述充电驱动电路处于空载状态的死区时间y1，包括：
先计算比例系数k与输入电压x的乘积；
再计算所述乘积与偏置常数b之和为所述充电驱动电路处于空载状态的死区时间y1。
3.如权利要求1所述的死区时间确定方法，其特征在于，所述根据所述充电驱动电路的输出电流，确定所述充电驱动电路的负载状态，包括：
若所述充电驱动电路的输出电流大于第一预设阈值，将所述充电驱动电路的负载状态确定为带载状态；
若所述充电驱动电路的输出电流小于第二预设阈值，将所述充电驱动电路的负载状态确定为空载状态。
4.如权利要求3所述的死区时间确定方法，其特征在于，所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值。
5.一种充电驱动电路，其特征在于，包括：电源模块、电压采集模块、电流采集模块、晶体管驱动电路、晶体管开关电路和微控制单元；
其中，所述电源模块，用于与电源设备连接，以提供供电电压；
所述晶体管开关电路，用于与负载设备连接，为所述负载设备供电；
所述晶体管驱动电路，连接于所述微控制单元和所述晶体管开关电路之间，用于驱动所述晶体管开关电路的通断；
所述电压采集模块，与所述晶体管开关电路的输出端连接，用于采集所述晶体管开关电路的输出电压；
所述电流采集模块，与所述晶体管开关电路的输出端连接，用于采集所述晶体管开关电路的输出电流；
所述微控制单元，与所述电压采集模块和所述电流采集模块分别连接，所述微控制单元配置为：根据所述晶体管开关电路的输出电压和所述充电驱动电路的负载状态，确定所述充电驱动电路的死区时间，并根据所述死区时间生成用于控制所述晶体管开关电路通断的控制信号；
其中，所述负载状态包括空载状态或带载状态；确定所述充电驱动电路处于带载状态的死区时间y，包括：
计算系统时钟频率f与工作频率的比值与第一系数之乘积；
计算所述充电驱动电路处于空载状态的死区时间y1与所述乘积之差值；
计算所述差值与第二系数之积为所述充电驱动电路处于带载状态的死区时间y。
6.如权利要求5所述的充电驱动电路，其特征在于，所述晶体管驱动电路由第一驱动芯片和第二驱动芯片实现，所述第一驱动芯片和所述第二驱动芯片为双通道隔离门驱动器，具有双输入接口，用于驱动半桥电路或全桥电路。
7.如权利要求6所述的充电驱动电路，其特征在于，所述第一驱动芯片和所述第二驱动芯片采用的芯片型号为UCC21520。
8.如权利要求5所述的充电驱动电路，其特征在于，所述微控制单元包括：
获取单元，用于获取所述充电驱动电路的输出电压和输出电流；
判定单元，用于根据所述输出电流判定所述充电驱动电路的负载状态；
计算单元，用于根据所述输出电压和所述负载状态计算所述充电驱动电路的死区时间；
其中，所述充电驱动电路的输出电压即晶体管开关电路的输出电压。
9.一种充电装置，其特征在于，包括：权利要求5至8任一项所述的充电驱动电路。
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4任一项所述的死区时间确定方法。
11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至4任一项所述的死区时间确定方法的计算机程序。
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