TWI680633B

TWI680633B - 電源轉換器、電源轉換系統及電源轉換器的控制方法

Info

Publication number: TWI680633B
Application number: TW107121301A
Authority: TW
Inventors: 楊家誠; Chia-Cheng Yang; 黃宸斌; Chen-Bin Huang; 詹睿騰; Jui-Teng CHAN
Original assignee: 台達電子工業股份有限公司; Delta Electronics, Inc.
Priority date: 2017-10-03
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2019-12-21
Also published as: TW201916561A; CN109600036A; CN109600036B

Abstract

電源轉換器包含電源轉換電路、高壓電壓控制電路、低壓電壓控制電路以及驅動電路。電源轉換電路用以自高壓側接收高壓直流電壓並將高壓直流電壓轉換為低壓直流電壓輸出至低壓側。高壓電壓控制電路電性耦接於高壓側，用以偵測高壓直流電壓並根據高壓直流電壓輸出第一控制訊號。低壓電壓控制電路電性耦接於低壓側，用以偵測低壓直流電壓並根據低壓直流電壓輸出第二控制訊號。驅動電路用以選擇性地根據第一或第二控制訊號輸出驅動訊號驅動電源轉換電路。

Description

電源轉換器、電源轉換系統及電源轉換器的控制方法

本案係關於一種電源轉換系統，且特別係關於一種車用電源轉換系統。

近來，隨著環保意識的普及，開發以電能作為動力來源的電動車(Electric Vehicle，EV)或油電混合車 (Hybrid Electric Vehicle，HEV)取代以化石燃料作為動力的傳統車輛，逐漸成為汽車領域內的重要目標。

然而，當車用電力系統當中的發電機端與負載端供需不平衡時，會因為電壓不穩啟動過壓或欠壓保護機制，使得電力系統停止工作，導致系統可靠度下降，車輛無法行駛等問題發生。

本揭示內容的一態樣為一種電源轉換器。電源轉換器包含電源轉換電路、高壓電壓控制電路、低壓電壓控制電路以及驅動電路。電源轉換電路用以自一高壓側接收一高壓直流電壓並將該高壓直流電壓轉換為一低壓直流電壓輸出至一低壓側。高壓電壓控制電路電性耦接於該高壓側，用以偵測該高壓直流電壓並根據該高壓直流電壓輸出一第一控制訊號。低壓電壓控制電路電性耦接於該低壓側，用以偵測該低壓直流電壓並根據該低壓直流電壓輸出一第二控制訊號。驅動電路用以選擇性地根據該第一控制訊號或該第二控制訊號輸出一驅動訊號驅動該電源轉換電路。

在部分實施例中，該高壓電壓控制電路更用以自一處理電路接收一高壓電壓命令，以根據該高壓電壓命令輸出該第一控制訊號至該驅動電路，使得該驅動電路控制該高壓直流電壓穩定在相應的一目標電壓值。

在部分實施例中，該高壓電壓控制電路包含：一第一分壓電路，用以對該高壓直流電壓進行分壓以輸出一第一電壓偵測訊號；一第一補償電路，電性耦接於該第一分壓電路與該驅動電路之間，用以接收該第一電壓偵測訊號；以及一第一比較放大器，該第一比較放大器的一第一端用以接收該高壓電壓命令，該第一比較放大器的一第二端電性耦接於該第一補償電路，該第一比較放大器的一輸出端電性耦接於該驅動電路。

在部分實施例中，該低壓電壓控制電路更用以自一處理電路接收一低壓電壓命令，以根據該低壓電壓命令輸出該第二控制訊號至該驅動電路，使得該驅動電路控制該低壓直流電壓穩定在相應的一目標電壓值。

在部分實施例中，該低壓電壓控制電路包含：一第二分壓電路，用以對該低壓直流電壓進行分壓以輸出一第二電壓偵測訊號；一第二補償電路，電性耦接於該第二分壓電路與該驅動電路之間，用以接收該第二電壓偵測訊號；以及一第二比較放大器，該第二比較放大器的一第一端用以接收該低壓電壓命令，該第二比較放大器的一第二端電性耦接於該第二補償電路，該第二比較放大器的一輸出端電性耦接於該驅動電路。

在部分實施例中，電源轉換器更包含：一輸出電流控制電路，電性耦接於該低壓側，用以偵測該電源轉換電路的一輸出電流，並自一處理電路接收一輸出電流命令，並根據該輸出電流與該輸出電流命令輸出一第三控制訊號。

在部分實施例中，該輸出電流控制電路包含：一電流偵測電路，用以根據該輸出電流輸出一輸出電流偵測訊號；一第三補償電路，電性耦接於該電流偵測電路與該驅動電路之間，用以接收該輸出電流偵測訊號；以及一第三比較放大器，該第三比較放大器的一第一端用以接收該輸出電流命令，該第三比較放大器的一第二端電性耦接於該第三補償電路，該第三比較放大器的一輸出端電性耦接於該驅動電路。

本揭示內容的另一態樣為一種電源轉換系統。電源轉換系統包含直流發電機、電源轉換電路、高壓電壓控制電路、低壓電壓控制電路、處理電路以及驅動電路。直流發電機用以輸出一高壓直流電壓。電源轉換電路之一高壓側電性耦接該直流發電機，用以將該高壓直流電壓轉換為一低壓直流電壓輸出至該電源轉換電路之一低壓側。高壓電壓控制電路電性耦接於該高壓側，用以偵測該高壓直流電壓並相應輸出一第一控制訊號。低壓電壓控制電路電性耦接於該低壓側，用以偵測該低壓直流電壓並相應輸出一第二控制訊號。處理電路用以分別輸出一高壓電壓命令與一低壓電壓命令至該高壓電壓控制電路與該低壓電壓控制電路，以控制該高壓電壓控制電路及該低壓電壓控制電路是否啟動。驅動電路，用以選擇性地根據該第一控制訊號或該第二控制訊號輸出一驅動訊號驅動該電源轉換電路。

在部分實施例中，高壓電壓控制電路包含：一第一分壓電路，用以對該高壓直流電壓進行分壓以輸出一第一電壓偵測訊號；一第一補償電路，電性耦接於該第一分壓電路與該驅動電路之間，用以接收該第一電壓偵測訊號；以及一第一比較放大器，該第一比較放大器的一第一端用以接收該高壓電壓命令，該第一比較放大器的一第二端電性耦接於該第一補償電路，該第一比較放大器的一輸出端電性耦接於該驅動電路。

在部分實施例中，電源轉換系統更包含：一高壓側儲能裝置，電性耦接於該直流發電機以及該電源轉換電路之該高壓側。於該高壓側儲能裝置與該直流發電機解聯或發生異常時，該處理電路用以輸出相應的該高壓電壓命令控制該高壓電壓控制電路根據該高壓電壓命令輸出該第一控制訊號至該驅動電路，使得該驅動電路控制該高壓直流電壓穩定在相應的一目標電壓值。

在部分實施例中，於該高壓側儲能裝置與該直流發電機解聯或發生異常時，該處理電路更用以輸出相應的該低壓電壓命令控制該低壓電壓控制電路關閉。

在部分實施例中，電源轉換系統更包含：一輸出電流控制電路，電性耦接於該低壓側，用以偵測該電源轉換電路的一輸出電流，並根據該輸出電流輸出一第三控制訊號。該處理電路用以輸出一輸出電流命令，以控制該輸出電流控制電路是否啟動，該驅動電路更用以選擇性地根據該第一控制訊號、該第二控制訊號或該第三控制訊號輸出該驅動訊號。

在部分實施例中，於該高壓側儲能裝置操作正常時，該處理電路用以輸出相應的該高壓電壓命令、該低壓電壓命令與該輸出電流命令，以控制該低壓電壓控制電路與該輸出電流控制電路其中之一者啟動。

在部分實施例中，於該低壓電壓控制電路啟動時，該低壓電壓控制電路用以根據該低壓電壓命令輸出該第二控制訊號至該驅動電路，使得該驅動電路控制該低壓直流電壓穩定在相應的一目標電壓值，該輸出電流控制電路根據相應的該輸出電流命令關閉。

在部分實施例中，於該輸出電流控制電路啟動時，該輸出電流控制電路用以根據該輸出電流命令輸出該第三控制訊號至該驅動電路，使得該驅動電路控制該輸出電流穩定在相應的一目標電流值，該低壓電壓控制電路根據相應的該低壓電壓命令關閉。

在部分實施例中，於該高壓側儲能裝置操作正常時，該高壓電壓控制電路根據相應的該高壓電壓命令關閉。

本揭示內容的又一態樣為一種電源轉換器的控制方法。電源轉換器的控制方法包含：由一電源轉換電路，將一高壓側之一高壓直流電壓轉換為一低壓直流電壓輸出至一低壓側；由一處理電路，選擇性地啟動電性耦接於該高壓側之一高壓電壓控制電路或電性耦接於該低壓側之一低壓電壓控制電路；於該高壓電壓控制電路啟動時，透過該高壓電壓控制電路，偵測該高壓直流電壓並相應輸出一第一控制訊號；於該低壓電壓控制電路啟動時，透過該低壓電壓控制電路，偵測該低壓直流電壓並相應輸出一第二控制訊號；以及由一驅動電路，根據該第一控制訊號或該第二控制訊號輸出一驅動訊號驅動該電源轉換電路，以相應於該第一控制訊號控制該高壓直流電壓，或相應於該第二控制訊號控制該低壓直流電壓。

在部分實施例中，電源轉換器的控制方法更包含：於耦接於該高壓側之一高壓側儲能裝置與一直流發電機解聯或發生異常時，透過該處理電路輸出相應的一高壓電壓命令至該高壓電壓控制電路；由該高壓電壓控制電路，根據該高壓電壓命令輸出該第一控制訊號至該驅動電路；以及由該驅動電路，根據該第一控制訊號控制該高壓直流電壓穩定在相應的一目標電壓值。

下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，以更好地理解本案的態樣，但所提供之實施例並非用以限制本揭露所涵蓋的範圍，而結構操作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本揭露所涵蓋的範圍。此外，根據業界的標準及慣常做法，圖式僅以輔助說明為目的，並未依照原尺寸作圖，實際上各種特徵的尺寸可任意地增加或減少以便於說明。下述說明中相同元件將以相同之符號標示來進行說明以便於理解。

在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞（terms），除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本揭露之描述上額外的引導。

此外，在本文中所使用的用詞『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指『包含但不限於』。此外，本文中所使用之『及／或』，包含相關列舉項目中一或多個項目的任意一個以及其所有組合。

於本文中，當一元件被稱為『連接』或『耦接』時，可指『電性連接』或『電性耦接』。『連接』或『耦接』亦可用以表示二或多個元件間相互搭配操作或互動。此外，雖然本文中使用『第一』、『第二』、…等用語描述不同元件，該用語僅是用以區別以相同技術用語描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否則該用語並非特別指稱或暗示次序或順位，亦非用以限定本發明。

請參考第1圖。第1圖為根據本案部分實施例所繪示的電源轉換系統100的示意圖。如第1圖所示，在部分實施例中，電源轉換系統100包含直流發電機110、電源轉換器120、高壓側儲能裝置130、處理電路140、低壓側儲能裝置150、以及低壓負載裝置170。在部分實施例中，電源轉換系統100可用於一電動車(Electric Vehicle，EV)或油電混合車(Hybrid Electric Vehicle，HEV)系統當中，透過電源轉換器120與處理電路140的協同操作，將高壓側的直流發電機110輸出的高壓直流電壓V1轉換為低壓直流電壓V2，並提供輸出電流Io輸出至低壓側的低壓側儲能裝置150以及低壓負載裝置170。藉此，便能提供車載系統中各種設備所需的電力。

舉例來說，在部分實施例中，直流發電機110可輸出約48V的高壓直流電壓V1。電源轉換器120可將其轉換為例如約12V的低壓直流電壓V2，以供應車上的車用音響系統、車上電子裝置如行車記錄器等等的電力需求。值得注意的是，上述數值及應用僅為舉例說明，並非用以限制本案。

如第1圖所示，在結構上，電源轉換器120包含電源轉換電路122、高壓電壓控制電路124、低壓電壓控制電路126以及驅動電路128。電源轉換電路122之高壓側電性耦接直流發電機110，電源轉換電路122之低壓側電性耦接低壓側儲能裝置150以及低壓負載裝置170，並用以將高壓直流電壓V1轉換為低壓直流電壓V2輸出至電源轉換電路122之低壓側。

在部分實施例中，高壓電壓控制電路124電性耦接於高壓側，用以偵測高壓直流電壓V1並相應輸出第一控制訊號CT1。另一方面，低壓電壓控制電路126電性耦接於低壓側，用以偵測低壓直流電壓V2並相應輸出第二控制訊號CT2。

驅動電路128電性耦接於高壓電壓控制電路124以及低壓電壓控制電路126，用以選擇性地根據第一控制訊號CT1或第二控制訊號CT2輸出驅動訊號PWM驅動電源轉換電路122。

具體來說，電源轉換電路122可透過各種交換式直流直流(DC-DC)轉換電路實現。例如，電源轉換電路122可為降壓式(Buck Converter)、升降兩用式(Buck-Boost Converter)等等實現。驅動電路128可輸出驅動訊號PWM，以脈衝寬度調變方式切換電源轉換電路122中的切換開關導通與關斷。藉此，透過調整驅動訊號PWM的責任週期，便可控制完整週期中電源轉換電路122中的切換開關導通的時間長度，進而控制電源轉換器120的操作。

在部分實施例中，於同一時點，高壓電壓控制電路124以及低壓電壓控制電路126兩者僅會有其中一者啟動。換言之，當高壓電壓控制電路124啟動並輸出第一控制訊號CT1時，低壓電壓控制電路126相應關閉。另一方面，當低壓電壓控制電路126啟動並輸出第二控制訊號CT2時，高壓電壓控制電路124相應關閉。

值得注意的是，在其他部分實施例中，驅動電路128亦可以其他方式實現選擇性地接收第一控制訊號CT1或第二控制訊號CT2。雖然在第1圖所示實施例中，高壓電壓控制電路124以及低壓電壓控制電路126彼此共點耦接於驅動電路128，但在其他部分實施例中，電源轉換器120亦可設置切換器，並透過切換器選擇性將第一控制訊號CT1與第二控制訊號CT2當中之一者輸出至驅動電路128。在其他部分實施例中，驅動電路128亦可透過不同腳位分別接收第一控制訊號CT1與第二控制訊號CT2，並透過驅動電路128的內部電路判斷根據何者調整驅動訊號PWM的責任週期。因此，第1圖僅為本揭示內容其中一種可能的實現方式，並非用以限制本案。

如第1圖所示，電源轉換系統100可透過處理電路140控制高壓電壓控制電路124與低壓電壓控制電路126何者啟動何者關閉，並根據相應的命令值對高壓直流電壓V1的電壓準位，或是低壓直流電壓V2的電壓準位進行控制。

具體來說，處理電路140電性連接於高壓電壓控制電路124與低壓電壓控制電路126。處理電路140分別輸出高壓電壓命令HVcmd與低壓電壓命令LVcmd至高壓電壓控制電路124與低壓電壓控制電路126，以控制高壓電壓控制電路124及低壓電壓控制電路126是否啟動。

如第1圖所示，電源轉換器120的高壓側與低壓側可分別耦接高壓側儲能裝置130、低壓側儲能裝置150以進行必要的電力補償。在部分實施例中，高壓側儲能裝置130、低壓側儲能裝置150可由儲能電池實現。舉例來說，低壓側儲能裝置150電性耦接於低壓負載裝置170以及電源轉換電路122之低壓側。當低壓負載裝置170處於輕載時，低壓側儲能裝置150可吸收電源轉換器120輸出的額外電力。如此一來，當低壓負載裝置170處於重載時或是電源轉換器120不足以供應低壓負載裝置170所需的電力時，低壓側儲能裝置150便可輸出所儲存的電力至低壓負載裝置170，以維持電力系統上的供需平衡。

相似地，高壓側儲能裝置130電性耦接於直流發電機110以及電源轉換電路122之高壓側。藉此，高壓側儲能裝置130亦可針對直流發電機110輸出至電源轉換器120的電力進行調節，以維持高壓側上高壓直流電壓V1的穩定。

然而，當高壓側儲能裝置130與直流發電機110解聯或發生異常時，高壓側儲能裝置130無法調節高壓側上的高壓直流電壓V1。舉例來說，在極低溫環境下。高壓電池可能因為低溫導致無法工作。在此狀況下，若低壓側的負載端劇烈變動，直流發電機110的響應較慢，不足以及時調整發電機的輸出電力，容易導致高壓側上的高壓直流電壓V1過電壓、欠電壓，或是高壓側的電流過電流等情況發生，使得保護迴路相應動作，進而導致系統操作異常，例如電源系統停止工作等情況發生。

為了避免上述情況發生，在本揭示內容部分實施例中，於高壓側儲能裝置130與直流發電機110解聯或發生異常時，處理電路140可輸出相應的高壓電壓命令HVcmd控制高壓電壓控制電路124根據高壓電壓命令HVcmd輸出第一控制訊號CT1至驅動電路128，使得驅動電路128控制高壓直流電壓V1穩定在相應的目標電壓值。藉此，便可避免過電壓或過電流保護機制啟動。

為便於說明起見，電源轉換器120與處理電路140的協同操作將搭配第2A圖與第2B圖進行說明。請參考第2A圖與第2B圖。第2A圖與第2B圖分別為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電源轉換器120的操作示意圖。

如第2A圖與第2B圖所示，在部分實施例中，高壓電壓控制電路124包含分壓電路220、補償電路240、比較放大器OP1以及整流元件D1。在結構上，分壓電路220電性耦接於高壓側，用以對高壓直流電壓V1進行分壓以輸出電壓偵測訊號Vd1。舉例來說，分壓電路220可包含彼此串聯的分壓電阻R1、R2。藉由選用分壓電阻R1、R2適當的阻值，分壓電路220便可進行分壓並輸出具有適當電壓範圍的電壓偵測訊號Vd1，以供後級電路的操作。

在部分實施例中，補償電路240電性耦接於分壓電路220與驅動電路128之間，用以接收電壓偵測訊號Vd1。比較放大器OP1的第一端(如：負極端)電性耦接於處理電路140，用以接收高壓電壓命令HVcmd。比較放大器OP1的第二端(如：正極端)電性耦接於補償電路240。比較放大器OP1的輸出端透過整流元件D1電性耦接於驅動電路128，用以輸出第一控制訊號CT1。

在部分實施例中，整流元件D1可由二極體單元實現。如第2A圖、第2B圖所示，整流元件D1的陽極端耦接於驅動電路128，整流元件D1的陰極端耦接於比較放大器OP1的輸出端。

如圖中所示，補償電路240可包含電阻R3以及電阻R4，但本揭示內容並不以此為限。在其他實施例中，補償電路240可包含以各種形式電性連接的電阻器及電容器以形成RC電路。在第2A圖、第2B圖所示實施例中，電阻R3的一端電性耦接於分壓電路220，另一端電性耦接於比較放大器OP1的第二端(如：正極端)。電阻R4的一端電性耦接於比較放大器OP1的第二端(如：正極端)，另一端電性耦接於比較放大器OP1的輸出端。

相似地，在部分實施例中，低壓電壓控制電路126亦可包含相應的分壓電路260、補償電路280以及比較放大器OP2。在結構上，分壓電路260電性耦接於低壓側，用以對低壓直流電壓V2進行分壓以輸出電壓偵測訊號Vd2。舉例來說，分壓電路260可包含彼此串聯的分壓電阻R5、R6。藉由選用分壓電阻R5、R6適當的阻值，分壓電路260便可進行分壓並輸出具有適當電壓範圍的電壓偵測訊號Vd2，以供後級電路的操作。

在部分實施例中，補償電路280電性耦接於分壓電路260與驅動電路128之間，用以接收電壓偵測訊號Vd2。比較放大器OP2的第一端(如：正極端)電性耦接於處理電路140，用以接收低壓電壓命令LVcmd。比較放大器OP2的第二端(如：負極端)電性耦接於補償電路280。比較放大器OP2的輸出端透過整流元件D2電性耦接於驅動電路128，用以輸出第二控制訊號CT2。

在部分實施例中，整流元件D2可由二極體單元實現。如第2A圖、第2B圖所示，整流元件D2的陽極端耦接於驅動電路128，整流元件D2的陰極端耦接於比較放大器OP2的輸出端。

如圖中所示，補償電路280可包含電阻R7以及電阻R8，但本揭示內容並不以此為限。與補償電路240相似，在其他實施例中，補償電路280亦可包含以各種形式電性連接的電阻器及電容器以形成RC電路。在第2A圖、第2B圖所示實施例中，電阻R7的一端電性耦接於分壓電路260，另一端電性耦接於比較放大器OP2的第二端(如：負極端)。電阻R8的一端電性耦接於比較放大器OP2的第二端(如：負極端)，另一端電性耦接於比較放大器OP2的輸出端。

如第2A圖所示，在操作上，於高壓側儲能裝置130與直流發電機110解聯或發生異常時，處理電路140可輸出相應的高壓電壓命令HVcmd。此時，高壓電壓控制電路124可自處理電路140接收高壓電壓命令HVcmd，以根據高壓電壓命令HVcmd輸出第一控制訊號CT1至驅動電路128，使得驅動電路128控制高壓直流電壓V1穩定在相應的目標電壓值。

具體來說，如第2A圖所示，高壓電壓命令HVcmd可先透過RC濾波電路210進行濾波。經濾波後的高壓電壓命令HVcmd作為高壓電壓控制電路124的參考電壓輸入比較放大器OP1的負極端。如此一來，比較放大器OP1便可根據正極端與負極端的電壓誤差訊號，搭配補償電路240輸出控制訊號CT1至驅動電路128。

舉例來說，在部分實施例中，比較放大器OP1的輸出端電性耦接至驅動電路128之Vcomp腳位。當高壓直流電壓V1因後端負載減輕而相應提高時，分壓回授之電壓偵測訊號Vd1亦相應提高。此時Vcomp腳位的電壓值相應提高，使得驅動電路128輸出的驅動訊號PWM的責任週期提高。如此一來，電源轉換器120的輸出功率隨之提高，便可將能量輸往後級的低壓側儲能裝置150，以控制高壓直流電壓V1不會進一步升高導致過電壓保護機制啟動。

相應地，此時處理電路140輸出相應的低壓電壓命令LVdis控制低壓電壓控制電路126關閉。舉例來說，此時低壓電壓命令LVdis可設為相應於最大輸出電壓的電壓命令。如此一來，低壓電壓控制電路126內的電路便不會動作影響Vcomp腳位的電壓值。

另一方面，如第2B圖所示，在操作上，於高壓側儲能裝置130操作正常時，處理電路140可輸出相應的低壓電壓命令LVcmd。此時，低壓電壓控制電路126可自處理電路140接收低壓電壓命令LVcmd，以根據低壓電壓命令LVcmd輸出第二控制訊號CT2至驅動電路128，使得驅動電路128控制低壓直流電壓V2穩定在相應的目標電壓值。

具體來說，如第2B圖所示，低壓電壓命令LVcmd可先透過RC濾波電路230進行濾波。經濾波後的低壓電壓命令LVcmd作為低壓電壓控制電路126的參考電壓輸入比較放大器OP2的正極端。如此一來，比較放大器OP2便可根據正極端與負極端的電壓誤差訊號，搭配補償電路280輸出控制訊號CT2至驅動電路128。

舉例來說，在部分實施例中，比較放大器OP2的輸出端電性耦接至驅動電路128之Vcomp腳位。當低壓直流電壓V2提高時，分壓回授之電壓偵測訊號Vd2亦相應提高。由於回授之電壓偵測訊號Vd2乃是輸出至比較放大器OP2的負極端，此時Vcomp腳位的電壓值相應降低，使得驅動電路128輸出的驅動訊號PWM的責任週期降低。如此一來，低壓直流電壓V2便隨之下降，以將低壓直流電壓V2控制在相應於低壓電壓命令LVcmd的電壓準位。

相應地，此時處理電路140輸出高壓電壓命令HVdis，以控制高壓電壓控制電路124根據相應的高壓電壓命令HVdis關閉。舉例來說，此時高壓電壓命令HVdis可設為零。如此一來，高壓電壓控制電路124內的電路便不會動作影響Vcomp腳位的電壓值。

此外，如圖中所示，由於整流元件D1、D2分別反接於比較放大器OP1、OP2，高壓電壓控制電路124與低壓電壓控制電路126於操作時不會相互干擾影響，導致異常操作發生。具體來說，進行高壓電壓控制時，高壓電壓控制電路124可透過整流元件D1、分壓電路220與補償電路240所形成的電流路徑自驅動電路128導通電流，以搭配高壓電壓命令HVcmd控制Vcomp腳位的電壓值。

相似地，進行低壓電壓控制時，低壓電壓控制電路126可透過整流元件D2、分壓電路260與補償電路280所形成的電流路徑自驅動電路128導通電流，以搭配低壓電壓命令LVcmd控制Vcomp腳位的電壓值。由於整流元件D1、D2彼此反接，因此高壓電壓控制電路124與低壓電壓控制電路126之間不會產生電流路徑導致干擾。值得注意的是，在其他部分實施例中，若高壓電壓控制電路124與低壓電壓控制電路126並非共點，驅動電路128以其他方式選擇控制模式時，比較放大器OP1、OP2的輸出端亦可直接耦接至切換器或驅動電路128的不同腳位，而不需透過整流元件D1、D2避免訊號干擾。因此，第2A圖、第2B圖所繪示之電路僅為示例，並非用以限制本案。

如此一來，處理電路140便可分別輸出高壓電壓命令與低壓電壓命令，以控制高壓電壓控制電路124與低壓電壓控制電路126是否啟動。

於高壓電壓控制電路124啟動時，電源轉換器120透過高壓電壓控制電路124偵測高壓直流電壓V1並相應輸出第一控制訊號CT1，使得驅動電路128根據第一控制訊號CT1輸出驅動訊號PWM驅動電源轉換電路122，以相應於第一控制訊號CT1控制高壓直流電壓V1。於低壓電壓控制電路126啟動時，電源轉換器120透過低壓電壓控制電路126偵測低壓直流電壓V2並相應輸出第二控制訊號CT2，使得驅動電路128根據第二控制訊號CT2輸出驅動訊號PWM驅動電源轉換電路122，以相應於第二控制訊號CT2控制低壓直流電壓V2。

藉此，便能於高壓側儲能裝置130與直流發電機110解聯或發生異常時，將高壓直流電壓V1穩定在相應的目標電壓值，避免高壓直流電壓V1超出安全範圍導致系統的誤操作。

請參考第3圖。第3圖為根據本案其他部分實施例所繪示的電源轉換系統100的示意圖。於第3圖中，與第1圖之實施例有關的相似元件係以相同的參考標號表示以便於理解，且相似元件之具體原理已於先前段落中詳細說明，若非與第3圖之元件間具有協同運作關係而必要介紹者，於此不再贅述。

如第3圖所示，和第1圖之實施例相比，在部分實施例中，電源轉換器120可進一步包含輸出電流控制電路127。輸出電流控制電路127電性耦接於低壓側，用以偵測電源轉換電路122的輸出電流Io，並根據輸出電流Io輸出第三控制訊號CT3。在本實施例中，驅動電路128更用以選擇性地根據第一控制訊號CT1、第二控制訊號CT2或第三控制訊號CT3輸出驅動訊號PWM。

具體來說，在本實施例中，處理電路140更用以輸出一輸出電流命令Icmd，以控制輸出電流控制電路127是否啟動。藉此，電源轉換器120便可根據處理電路140之控制，操作在高壓電壓控制模式、低壓電壓控制模式，或是輸出電流控制模式三者當中的任一者，以根據當前的系統狀態進行相應控制。

如先前實施例所述，於高壓側儲能裝置130與直流發電機110解聯或發生異常時，電源轉換器120可操作在高壓電壓控制模式。另一方面，於高壓側儲能裝置130操作正常時，處理電路140可根據實際需求控制電源轉換器120操作在低壓電壓控制模式或是輸出電流控制模式。

為便於說明起見，電源轉換器120與處理電路140的協同操作將搭配第4A圖~第4C圖進行說明。請參考第4A圖~第4C圖。第4A圖~第4C圖分別為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電源轉換器120的操作示意圖。於第4A圖~第4C圖中，與第2A圖、第2B圖之實施例有關的相似元件係以相同的參考標號表示以便於理解，且相似元件之具體原理已於先前段落中詳細說明，若非與第4A圖~第4C圖之元件間具有協同運作關係而必要介紹者，於此不再贅述。

如第4A圖~第4C圖所示，在部分實施例中，輸出電流控制電路127包含電流偵測電路270、補償電路290、比較放大器OP3以及整流元件D3。電流偵測電路270電性耦接於低壓側，用以根據輸出電流Io輸出一輸出電流偵測訊號Vd3。舉例來說，在部分實施例中，電流偵測電路270可透過電流偵測電阻實現。

補償電路290電性耦接於電流偵測電路270與驅動電路128之間，用以接收輸出電流偵測訊號Vd3。比較放大器OP3的第一端用以接收輸出電流命令Icmd，比較放大器OP3的第二端電性耦接於補償電路290，比較放大器OP3的輸出端透過整流元件D3電性耦接於驅動電路128。如先前實施例所述，在部分實施例中，整流元件D3可由二極體單元實現。如第4A圖~第4C圖~第4C圖所示，整流元件D3的陽極端耦接於驅動電路128，整流元件D3的陰極端耦接於比較放大器OP3的輸出端。換言之，整流元件D1、D2、D3的陽極端彼此耦接，以確保輸出電流控制電路127與高壓電壓控制電路124與低壓電壓控制電路126之間不會產生電流路徑導致干擾。由於整流元件D3的操作與先前實施例中整流元件D1、D2的操作相似，故其細節不再於此贅述。

如圖中所示，補償電路290可包含電阻R9以及電阻R10，但本揭示內容並不以此為限。在其他實施例中，補償電路290可包含以各種形式電性連接的電阻器及電容器以形成RC電路。電阻R9的一端電性耦接於電流偵測電路270，另一端電性耦接於比較放大器OP3的第二端(如：負極端)。電阻R10的一端電性耦接於比較放大器OP3的第二端(如：負極端)，另一端電性耦接於比較放大器OP3的輸出端。

如第4A圖所示，於高壓側儲能裝置130與直流發電機110解聯或發生異常時，電源轉換器120可操作在高壓電壓控制模式。此時，處理電路140輸出高壓電壓命令HVcmd，使得比較放大器OP1根據正極端與負極端的電壓誤差訊號，搭配補償電路240輸出控制訊號CT1至驅動電路128。

相應地，此時處理電路140輸出相應的低壓電壓命令LVdis以及輸出電流命令Idis控制低壓電壓控制電路126與輸出電流控制電路127關閉。舉例來說，輸出電流命令Idis與低壓電壓命令LVdis相似，可設為相應於最大輸出電流的電流命令。如此一來，低壓電壓控制電路126與輸出電流控制電路127內的電路便不會動作影響Vcomp腳位的電壓值。其具體操作細節以於先前實施例中詳細說明，故於此不再贅述。

如第4B圖所示，於高壓側儲能裝置130操作正常時，電源轉換器120可選擇性地操作在低壓電壓控制模式。此時，處理電路140輸出低壓電壓命令LVcmd，使得比較放大器OP2根據正極端與負極端的電壓誤差訊號，搭配補償電路280輸出控制訊號CT2至驅動電路128。

相應地，此時處理電路140輸出相應的高壓電壓命令HVdis以及輸出電流命令Idis控制高壓電壓控制電路124與輸出電流控制電路127關閉。其具體操作細節以於先前實施例中詳細說明，故於此不再贅述。

如第4C圖所示，於高壓側儲能裝置130操作正常時，電源轉換器120亦可選擇性地操作在輸出電流控制模式。此時，處理電路140輸出一輸出電流命令Icmd，使得比較放大器OP3根據正極端與負極端的電壓誤差訊號，搭配補償電路290輸出控制訊號CT3至驅動電路128。

藉此，於輸出電流控制電路127啟動時，輸出電流控制電路127便可根據輸出電流命令Icmd輸出第三控制訊號CT3至驅動電路128，使得驅動電路128控制輸出電流Io穩定在與輸出電流命令Icmd相應的目標電流值。由於輸出電流控制電路127的詳細操作與低壓電壓控制電路126中的負回授控制大致相似，故其細節不再於此贅述。

相應地，此時處理電路140輸出相應的高壓電壓命令HVdis以及低壓電壓命令LVdis控制高壓電壓控制電路124與低壓電壓控制電路126關閉。其具體操作細節已於先前實施例中詳細說明，故於此不再贅述。

如此一來，在第3圖與第4A圖~第4C圖所示實施例中，於高壓側儲能裝置130與直流發電機110解聯或發生異常時，處理電路140用以輸出相應的高壓電壓命令、低壓電壓命令與輸出電流命令，以控制高壓電壓控制電路124啟動，低壓電壓控制電路126與輸出電流控制電路127關閉，以將高壓直流電壓V1穩定在相應的目標電壓值。

於高壓側儲能裝置130操作正常時，處理電路140用以輸出相應的高壓電壓命令、低壓電壓命令與輸出電流命令，以控制低壓電壓控制電路126與輸出電流控制電路127其中之一者啟動，以將低壓直流電壓V2穩定在相應的目標電壓值，或將輸出電流Io穩定在相應的目標電流值。

請參考第5圖。第5圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電源轉換器120的控制方法900的流程圖。為方便及清楚說明起見，下述電源轉換器120的控制方法900是配合第1圖～第4C圖所示實施例進行說明，但不以此為限，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可對作各種更動與潤飾。如第5圖所示，電源轉換器120的控制方法900包含步驟S910、S920、S930、S940以及S950。

首先，在步驟S910中，由電源轉換電路122，將高壓側之高壓直流電壓V1轉換為低壓直流電壓V2輸出至低壓側。

在步驟S920中，由處理電路140，選擇性地啟動電性耦接於高壓側之高壓電壓控制電路124或電性耦接於低壓側之低壓電壓控制電路126。

舉例來說，在部分實施例中，於高壓側儲能裝置130與直流發電機110解聯或發生異常時，可透過處理電路140輸出相應的高壓電壓命令HVcmd至高壓電壓控制電路124啟動高壓電壓控制電路124。

於高壓電壓控制電路124啟動時，進入步驟S930。在步驟S930中，透過高壓電壓控制電路124，偵測高壓直流電壓V1並相應輸出第一控制訊號CT1。舉例來說，高壓電壓控制電路124可根據所偵測的電壓偵測訊號Vd1與高壓電壓命令HVcmd輸出第一控制訊號CT1至驅動電路128。

於低壓電壓控制電路126啟動時，進入步驟S940。在步驟S940中，透過低壓電壓控制電路126，偵測低壓直流電壓V2並相應輸出第二控制訊號CT2。舉例來說，低壓電壓控制電路126可根據所偵測的電壓偵測訊號Vd2與低壓電壓命令LVcmd輸出第二控制訊號CT2至驅動電路128。

最後，在步驟S950中，由驅動電路128根據第一控制訊號CT1或第二控制訊號CT2輸出驅動訊號PWM驅動電源轉換電路122，以相應於第一控制訊號CT1控制高壓直流電壓V1，或相應於第二控制訊號CT2控制低壓直流電壓V2。

換言之，於高壓電壓控制電路124啟動時，在步驟S950中可由驅動電路128，根據第一控制訊號CT1控制高壓直流電壓V1穩定在相應的目標電壓值。於低壓電壓控制電路126啟動時，在步驟S950中可由驅動電路128，根據第二控制訊號CT2控制低壓直流電壓V2穩定在相應的目標電壓值。

值得注意的是，在部分實施例中，步驟S920可進一步包含由處理電路140，選擇性地啟動電性耦接於高壓側之高壓電壓控制電路124、電性耦接於低壓側之低壓電壓控制電路126或電性耦接於低壓側之輸出電流控制電路127。於輸出電流控制電路127啟動時，透過輸出電流控制電路127，偵測輸出電流Io並相應輸出第三控制訊號CT3。在步驟S950中，驅動電路128更根據第三控制訊號CT3輸出驅動訊號PWM驅動電源轉換電路122，以相應於第三控制訊號CT3控制輸出電流Io。其具體內容以於先前段落中詳細說明，故於此不再贅述。

於上述之內容中，包含示例性的步驟。然而此些步驟並不必需依序執行。在本實施方式中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行。

所屬技術領域具有通常知識者可直接瞭解此控制方法900如何基於上述多個不同實施例中的電源轉換系統100以執行該等操作及功能，故不再此贅述。

綜上所述，在本揭示內容各個實施例中，於高壓側儲能裝置130與直流發電機110解聯或發生異常時，透過處理電路140輸出相應的高壓電壓命令HVcmd控制高壓電壓控制電路124根據高壓電壓命令HVcmd輸出第一控制訊號CT1至驅動電路128，使得驅動電路128控制高壓直流電壓V1穩定在相應的目標電壓值，便可避免過電壓或過電流保護機制啟動。如此一來，在高壓電池異常失效或極低溫環境導致高壓電池無法工作的狀況下，電源轉換器120可主動穩定高壓電源，確保電動車或油電混合車可以正常行駛，進而提高系統可靠度。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧電源轉換系統

110‧‧‧直流發電機

120‧‧‧電源轉換器

122‧‧‧電源轉換電路

124‧‧‧高壓電壓控制電路

126‧‧‧低壓電壓控制電路

127‧‧‧輸出電流控制電路

128‧‧‧驅動電路

130‧‧‧高壓側儲能裝置

140‧‧‧處理電路

150‧‧‧低壓側儲能裝置

170‧‧‧低壓負載裝置

210、230‧‧‧RC濾波電路

220、260‧‧‧分壓電路

240、280、290‧‧‧補償電路

270‧‧‧電流偵測電路

900‧‧‧控制方法

S910、S920、S930、S940、S950‧‧‧步驟

V1‧‧‧高壓直流電壓

V2‧‧‧低壓直流電壓

R1~R10‧‧‧電阻

OP1~OP3‧‧‧比較放大器

D1、D2、D3‧‧‧整流元件

Io‧‧‧輸出電流

PWM‧‧‧驅動訊號

CT1~CT3‧‧‧控制訊號

HVcmd、HVdis‧‧‧高壓電壓命令

LVcmd、LVdis‧‧‧低壓電壓命令

Icmd、Idis‧‧‧輸出電流命令

Vd1、Vd2‧‧‧電壓偵測訊號

Vd3‧‧‧輸出電流偵測訊號

第1圖為根據本案部分實施例所繪示的電源轉換系統的示意圖。第2A圖與第2B圖分別為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電源轉換器的操作示意圖。第3圖為根據本案其他部分實施例所繪示的電源轉換系統的示意圖。第4A圖~第4C圖分別為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電源轉換器的操作示意圖。第5圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電源轉換器的控制方法的流程圖。

Claims

一種電源轉換器，包含：一電源轉換電路，用以自一高壓側接收一高壓直流電壓並將該高壓直流電壓轉換為一低壓直流電壓輸出至一低壓側；一高壓電壓控制電路，電性耦接於該高壓側，用以偵測該高壓直流電壓並根據該高壓直流電壓輸出一第一控制訊號；一低壓電壓控制電路，電性耦接於該低壓側，用以偵測該低壓直流電壓並根據該低壓直流電壓輸出一第二控制訊號；以及一驅動電路，用以選擇性地根據該第一控制訊號或該第二控制訊號輸出一驅動訊號驅動該電源轉換電路，其中該高壓電壓控制電路更用以自一處理電路接收一高壓電壓命令，以根據該高壓電壓命令輸出該第一控制訊號至該驅動電路，使得該驅動電路控制該高壓直流電壓穩定在相應的一第一目標電壓值。
如請求項1所述之電源轉換器，其中該高壓電壓控制電路包含：一第一分壓電路，用以對該高壓直流電壓進行分壓以輸出一第一電壓偵測訊號；一第一補償電路，電性耦接於該第一分壓電路與該驅動電路之間，用以接收該第一電壓偵測訊號；以及一第一比較放大器，該第一比較放大器的一第一端用以接收該高壓電壓命令，該第一比較放大器的一第二端電性耦接於該第一補償電路，該第一比較放大器的一輸出端電性耦接於該驅動電路。
如請求項1所述之電源轉換器，其中該低壓電壓控制電路更用以自該處理電路接收一低壓電壓命令，以根據該低壓電壓命令輸出該第二控制訊號至該驅動電路，使得該驅動電路控制該低壓直流電壓穩定在相應的一第二目標電壓值。
如請求項3所述之電源轉換器，其中該低壓電壓控制電路包含：一第二分壓電路，用以對該低壓直流電壓進行分壓以輸出一第二電壓偵測訊號；一第二補償電路，電性耦接於該第二分壓電路與該驅動電路之間，用以接收該第二電壓偵測訊號；以及一第二比較放大器，該第二比較放大器的一第一端用以接收該低壓電壓命令，該第二比較放大器的一第二端電性耦接於該第二補償電路，該第二比較放大器的一輸出端電性耦接於該驅動電路。
如請求項1所述之電源轉換器，更包含：一輸出電流控制電路，電性耦接於該低壓側，用以偵測該電源轉換電路的一輸出電流，並自該處理電路接收一輸出電流命令，並根據該輸出電流與該輸出電流命令輸出一第三控制訊號；其中該驅動電路更用以選擇性地根據該第一控制訊號、該第二控制訊號或該第三控制訊號輸出該驅動訊號。
如請求項5所述之電源轉換器，其中該輸出電流控制電路包含：一電流偵測電路，用以根據該輸出電流輸出一輸出電流偵測訊號；一第三補償電路，電性耦接於該電流偵測電路與該驅動電路之間，用以接收該輸出電流偵測訊號；以及一第三比較放大器，該第三比較放大器的一第一端用以接收該輸出電流命令，該第三比較放大器的一第二端電性耦接於該第三補償電路，該第三比較放大器的一輸出端電性耦接於該驅動電路。
一種電源轉換系統，包含：一直流發電機，用以輸出一高壓直流電壓；一電源轉換電路，該電源轉換電路之一高壓側電性耦接該直流發電機，用以將該高壓直流電壓轉換為一低壓直流電壓輸出至該電源轉換電路之一低壓側；一高壓電壓控制電路，電性耦接於該高壓側，用以偵測該高壓直流電壓並相應輸出一第一控制訊號；一低壓電壓控制電路，電性耦接於該低壓側，用以偵測該低壓直流電壓並相應輸出一第二控制訊號；一處理電路，用以分別輸出一高壓電壓命令與一低壓電壓命令至該高壓電壓控制電路與該低壓電壓控制電路，以控制該高壓電壓控制電路及該低壓電壓控制電路是否啟動；以及一驅動電路，用以選擇性地根據該第一控制訊號或該第二控制訊號輸出一驅動訊號驅動該電源轉換電路，其中該第一控制訊號使得該驅動電路控制該高壓直流電壓穩定在相應的一第一目標電壓值。
如請求項7所述之電源轉換系統，其中該高壓電壓控制電路包含：一第一分壓電路，用以對該高壓直流電壓進行分壓以輸出一第一電壓偵測訊號；一第一補償電路，電性耦接於該第一分壓電路與該驅動電路之間，用以接收該第一電壓偵測訊號；以及一第一比較放大器，該第一比較放大器的一第一端用以接收該高壓電壓命令，該第一比較放大器的一第二端電性耦接於該第一補償電路，該第一比較放大器的一輸出端電性耦接於該驅動電路。
如請求項7所述之電源轉換系統，其中該低壓電壓控制電路包含：一第二分壓電路，用以對該低壓直流電壓進行分壓以輸出一第二電壓偵測訊號；一第二補償電路，電性耦接於該第二分壓電路與該驅動電路之間，用以接收該第二電壓偵測訊號；以及一第二比較放大器，該第二比較放大器的一第一端用以接收該低壓電壓命令，該第二比較放大器的一第二端電性耦接於該第二補償電路，該第二比較放大器的一輸出端電性耦接於該驅動電路。
如請求項9所述之電源轉換系統，更包含：一高壓側儲能裝置，電性耦接於該直流發電機以及該電源轉換電路之該高壓側；其中於該高壓側儲能裝置與該直流發電機解聯或發生異常時，該處理電路用以輸出相應的該高壓電壓命令控制該高壓電壓控制電路根據該高壓電壓命令輸出該第一控制訊號至該驅動電路，使得該驅動電路控制該高壓直流電壓穩定在相應的該第一目標電壓值。
如請求項10所述之電源轉換系統，其中於該高壓側儲能裝置與該直流發電機解聯或發生異常時，該處理電路更用以輸出相應的該低壓電壓命令控制該低壓電壓控制電路關閉。
如請求項10所述之電源轉換系統，更包含：一輸出電流控制電路，電性耦接於該低壓側，用以偵測該電源轉換電路的一輸出電流，並根據該輸出電流輸出一第三控制訊號；其中該處理電路用以輸出一輸出電流命令，以控制該輸出電流控制電路是否啟動，該驅動電路更用以選擇性地根據該第一控制訊號、該第二控制訊號或該第三控制訊號輸出該驅動訊號。
如請求項12所述之電源轉換系統，其中於該高壓側儲能裝置操作正常時，該處理電路用以輸出相應的該高壓電壓命令、該低壓電壓命令與該輸出電流命令，以控制該低壓電壓控制電路與該輸出電流控制電路其中之一者啟動。
如請求項12所述之電源轉換系統，其中於該低壓電壓控制電路啟動時，該低壓電壓控制電路用以根據該低壓電壓命令輸出該第二控制訊號至該驅動電路，使得該驅動電路控制該低壓直流電壓穩定在相應的一第二目標電壓值，該輸出電流控制電路根據相應的該輸出電流命令關閉。
如請求項12所述之電源轉換系統，其中於該輸出電流控制電路啟動時，該輸出電流控制電路用以根據該輸出電流命令輸出該第三控制訊號至該驅動電路，使得該驅動電路控制該輸出電流穩定在相應的一目標電流值，該低壓電壓控制電路根據相應的該低壓電壓命令關閉。
如請求項12所述之電源轉換系統，其中於該高壓側儲能裝置操作正常時，該高壓電壓控制電路根據相應的該高壓電壓命令關閉。
如請求項12所述之電源轉換系統，其中該輸出電流控制電路包含：一電流偵測電路，用以根據該輸出電流輸出一輸出電流偵測訊號；一第三補償電路，電性耦接於該電流偵測電路與該驅動電路之間，用以接收該輸出電流偵測訊號；以及一第三比較放大器，該第三比較放大器的一第一端用以接收該輸出電流命令，該第三比較放大器的一第二端電性耦接於該第三補償電路，該第三比較放大器的一輸出端電性耦接於該驅動電路。
一種電源轉換器的控制方法，包含：由一電源轉換電路，將一高壓側之一高壓直流電壓轉換為一低壓直流電壓輸出至一低壓側；由一處理電路，選擇性地啟動電性耦接於該高壓側之一高壓電壓控制電路或電性耦接於該低壓側之一低壓電壓控制電路；於該高壓電壓控制電路啟動時，透過該高壓電壓控制電路，偵測該高壓直流電壓並相應依據來自該處理電路的一高壓電壓命令輸出一第一控制訊號；於該低壓電壓控制電路啟動時，透過該低壓電壓控制電路，偵測該低壓直流電壓並相應輸出一第二控制訊號；以及由一驅動電路，根據該第一控制訊號或該第二控制訊號輸出一驅動訊號驅動該電源轉換電路，以相應於該第一控制訊號控制該高壓直流電壓，或相應於該第二控制訊號控制該低壓直流電壓，其中該第一控制訊號使得該驅動電路控制該高壓直流電壓穩定在相應的一目標電壓值。
如請求項18所述之電源轉換器的控制方法，更包含：於耦接於該高壓側之一高壓側儲能裝置與一直流發電機解聯或發生異常時，透過該處理電路輸出相應的該高壓電壓命令至該高壓電壓控制電路；由該高壓電壓控制電路，根據該高壓電壓命令輸出該第一控制訊號至該驅動電路；以及由該驅動電路，根據該第一控制訊號控制該高壓直流電壓穩定在相應的該目標電壓值。