控制变换器的方法和系统与流程

本发明涉及双向变换器，且更具体地，涉及一种防止当变换器的输出端的负载为低负载时发生的逆向供电(reverse powering)的控制变换器的方法和系统。

背景技术：

近来，已经开发出包括使用现有内燃机和电池两者作为动力源的混合动力车辆在内的环境友好车辆。混合动力车辆可在起动时由电动机驱动，并且在车辆行驶时由电动机和内燃机驱动。在混合动力车辆的通常的驱动系统中，功率变换器的输入侧连接至大容量高电压电池，并且其输出侧连接至电动机或辅助电池。

配置成转换用于对作为电力传输媒介的辅助电池充电的电压的DC-DC变换器，布置在高电压电池和辅助电池之间，通常被称作低压DC-DC变换器(LDC)。使用二极管器件的LDC和使用开关器件(晶体管、MOSFET等)的LDC已被用作现有技术中的LDC。近来，使用开关器件的变换器可双向升压和降压。基于开关器件的通/断控制，使用开关器件的双向变换器具有不同的变换器效率。因此，现有技术中的方法当双向变换器的输出容量增加时，减小开关器件的工作周期以增加变压器的工作频率，并且当其输出容量减小时，增加开关器件的工作周期以减小变压器的工作频率，从而在使用一个变压器时，分别对降压模式和升压模式优化变换器的效率。然而，即使通过上述方法，由于由开关器件替代变换器的二极管可产生从辅助电池向高电压电池侧流动的逆向电流，因此变换器仍可具有降低的效率和耐久性。

本文所提供的作为背景技术说明的事项仅用于协助对本发明的背景的理解，而不应被认为对应于本领域的技术人员已知的现有技术。

技术实现要素：

本发明提供一种在使用开关器件的变换器中，通过防止当变换器 的输出端的负载为低负载时发生的逆向供电而提高变换器的效率和变换器的内部器件的耐久性的控制变换器的方法和系统。

根据本发明的示例性实施例，控制变换器的方法可包括以下步骤：通过控制器感测设置于变换器中的变换器的次级侧开关的接通/关断状态；通过控制器得出变换器的电流命令；通过控制器将电流命令与基于次级侧开关的接通/关断状态分别设置的预设的电流基准值进行比较；以及通过控制器基于电流命令与电流基准值比较的结果，改变或保持次级侧开关的接通/关断状态。

得出电流命令的步骤可包括：通过控制器感测变换器的输出电压；通过控制器得出输出电压和变换器的输出电压命令之间的电压差值；以及通过控制器将电压差值应用于电压控制器以得出变换器的电流命令。电压控制器可以是积分控制器。在改变或保持步骤中，当变换器的次级侧开关处于接通状态，并且得出的变换器的电流命令小于预设的接通电流基准值时，控制器可配置成将次级侧开关的接通状态改变成关断状态。另外，在改变或保持步骤中，当变换器的次级侧开关处于接通状态，并且得出的变换器的电流命令等于或大于预设的接通电流基准值时，控制器可配置成保持次级侧开关的接通状态。

此外，在改变或保持步骤中，当变换器的次级侧开关处于关断状态，并且得出的变换器的电流命令小于预设的关断电流基准值时，控制器可配置成将次级侧开关的关断状态改变成接通状态。另外，在改变或保持步骤中，当变换器的次级侧开关处于关断状态，并且得出的变换器的电流命令等于或大于预设的关断电流基准值时，控制器可配置成保持次级侧开关的关断状态。接通电流基准值可通过将变换器的负载作为输入并且将接通电流基准值作为输出的映射数据而得出。关断电流基准值可通过将变换器的负载作为输入并且将关断电流基准值作为输出的映射数据而得出。

根据本发明的另一示例性实施例，控制变换器的系统可包括：变换器，其配置成基于设置在内部的开关器件的控制而双向地转换电压；传感器，其配置成感测变换器的输出电压；以及控制器，其配置成从传感器接收输出电压以得出与变换器的输出电压命令的差值，将该差值应用于电压控制器以得出变换器的电流命令，将电流命令与基于变 换器的次级侧开关的接通/关断状态分别设置的预设的电流基准值进行比较，并且根据电流命令与电流基准值比较的结果，改变或保持次级侧开关的接通/关断状态。

附图说明

现在将参照附图中示出的本发明的示例性实施例详细说明本发明的上述及其他特征，附图在下文中仅以例示的方式给出，因此并不限制本发明，并且其中：

图1是根据本发明的示例性实施例的控制变换器的方法的流程图；

图2是根据本发明的示例性实施例的变换器的内部配置图；并且

图3是根据本发明的示例性实施例的变换器系统的配置图。

具体实施方式

应当理解，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他相似术语包括一般的机动车辆，例如包括运动型多用途车(SUV)、公交车、卡车、各式商用车辆在内的载客车辆，包括各种艇和船在内的水运工具，以及航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其他代用燃料车辆(例如，从石油以外的资源取得的燃料)。如本文所提及的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如，既被汽油驱动又被电驱动的车辆。

虽然示例性实施例被描述成使用多个单元来执行示例性处理，但应当理解的是，示例性处理也可由一个或多个模块执行。此外，应当理解的是，术语“控制器/控制单元”指的是包括存储器和处理器的硬件设备。存储器配置成存储模块，并且处理器专门配置成执行所述模块，以便执行以下进一步说明的一个或多个处理。

此外，本发明的控制逻辑可实施为包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存盘、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录介质也可分布在网络连接的计算机系统中，以便例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网络(CAN)，以分布方式存储和执行计 算机可读介质。

本文所使用的专有名词仅是为了说明特定实施例的目的，而非意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”意在也包括复数形式，除非上下文另外清楚表明。还将理解的是，当在本说明书中使用时，词语“包括”和/或“包含”规定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其集合的存在或添加。如本文所使用的，词语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和全部组合。

在下文中，将参照附图说明本发明的示例性实施例。

如图1中所示，根据本发明的示例性实施例的控制变换器10的方法可包括：通过控制器30使用传感器感测变换器10的次级侧开关40的接通/关断状态(S10)；通过控制器30使用传感器感测变换器10的输出电压(S20)；通过控制器30得出变换器10的输出电压命令和输出电压之间的电压差值(S30)；通过控制器30将电压差值应用于电压控制器以得出变换器10的电流命令(S40)；通过控制器30将电流命令与基于次级侧开关40的接通/关断状态分别设置的预设的电流基准值进行比较(S50)；以及通过控制器30基于电流命令与电流基准值比较的结果，改变或保持次级侧开关40的接通/关断状态。

在说明根据本发明的示例性实施例的控制方法之前，将说明图2中示出的变换器10的内部配置图。参照图2，变压器可以全桥形式形成，因此可分为配置成接收输入功率的初级侧，以及配置成输出由变压器转换的电压的次级侧。在变换器10中，设置在初级侧和次级侧的整流电路可包括二极管或开关器件。近来，已主要使用配置成通过控制使变换器10的功率损耗最小化的开关器件。因此，在根据本发明的示例性实施例的变换器10中，初级侧和次级侧的整流电路可使用开关器件，并且具体地，如图2中所示，整流电路可由MOSFET器件构成。

因此，参照图2的变换器10的内部配置来参照图1中示出的流程图，在感测次级侧开关40的接通/关断状态的步骤(S10)中，次级侧开关40可表示在图2的变换器10的次级侧的整流电路中设置的两个开关器件。具体地，可执行感测变换器10的次级侧开关40的接通/关 断状态的步骤，并且当次级侧开关40处于接通状态时，可能会发生变换器10的逆向供电。

具体地，逆向供电可表示逆向电流从变换器10的输出端向输入端流动的状态。现有的使用二极管的变换器10由于二极管防止逆向电流，而不会引发逆向供电的问题。根据本发明的示例性实施例，在使用开关器件的变换器10中，开关器件不会阻断逆向电流，因此可能会发生逆向供电的问题。因此，在防止逆向供电的步骤中，可感测次级侧开关40的接通/关断状态。当次级侧开关40处于关断状态时，电流从变换器10的输出端向输入端流动的可能性会最小，因此，已经提示将变换器10的次级侧开关40的通/断作为逆向供电的有无的判断标准。

在感测次级侧开关40的接通/关断状态的步骤(S10)之后，可得出变换器10的电流命令。可得出变换器10的电流命令以执行次级侧开关40的通/断控制。另外，当在变换器10中产生的逆向电流并不频发，以及当不产生逆向电流时，可接通次级侧开关40以提高变换器10的效率。因此，需要用于控制的控制标准，并且因此，本发明提供电流命令作为控制标准。

与现有技术中一般的变换器10的控制(例如，使用变换器10的输出电压或输出电流的控制)不同，使用本发明中的电流命令比使用输出电压或输出电流的现有技术更有效率。具体地，当根据现有技术使用输出电流时，需要双向电流传感器，因此变换器的成本会增加，并且添加传感器会因此产生延迟和偏差。此外，当使用输出电压时，在变换器10的驱动过程中，输出电压和辅助电池的电压相等，因此，尽管考虑到关于输出电压的信息，但是可能仍无法感测到变换器10的逆向供电。

因此，作为无需单独的传感器也可感测逆向供电的方法，根据本发明的示例性实施例提供了使用变换器10的电流命令的方法。得出电流命令的方法在图1中示出。

得出电流命令的步骤可包括感测变换器10的输出电压的步骤(S20)。如上所述，在变换器10的驱动过程中，变换器10的输出电压可与连接至变换器10的输出端的辅助电池的电压相等，因此，利用这一点可更容易地感测变换器10的输出电压。在感测变换器10的输 出电压之后，控制器30可配置成得出输出电压和变换器10的输出电压命令之间的电压差值(S30)。具体地，输出电压命令可以是由用户设为目标(例如，用户意图)的变换器10的输出电压，并且可被认为是理想状态下的变换器10的输出电压。此外，可以得出电压差值，以便因此通过使本发明中的电压差最小化的调整，而得出变换器10的电流命令。

因此，在得出电压差值的步骤(S30)之后，控制器30可配置成将电压差值应用于电压控制器，以得出变换器10的电流命令(S40)。具体地，电压控制器可配置成使电压差值最小化，以将变换器10的输出电压命令调整成等于实际输出电压。电压控制器可以是积分控制器。

当通过上述过程得出作为本发明中的控制标准的电流命令时，控制器30可配置成将电流命令与基于次级侧开关40的接通/关断状态分别设置的预设的电流基准值进行比较(S50)，并且根据电流命令与电流基准值比较的结果，控制器30可配置成改变或保持次级侧开关40的接通/关断状态。具体地，当变换器10的次级侧开关40处于接通状态，并且得出的变换器10的电流命令小于预设的接通电流基准值时，控制器30可配置成将次级侧开关40的接通状态改变成关断状态(S62)。接通电流基准值可表示当次级侧开关40处于接通状态时，处于可发生逆向供电的状态的电流命令值。

因此，可通过各种方法得出接通电流基准值。一般地，接通电流基准值可基于变换器10的输出端的负载而变化，因此在设定接通电流基准值的过程中可考虑输出端的负载值。因此，根据本发明，对于得出接通电流基准值的方法，提供一种使用映射数据的方法，该映射数据将变换器10的负载作为输入，并且将接通电流基准值作为输出。通过该方法得出的接通电流基准值可存储在控制器30中，或者也可存储在与控制器分开设置的存储单元中。

在通过上述方法得出的接通电流基准值与电流命令进行比较的过程中，当电流命令小于接通电流基准值时可发生逆向供电，因此控制器30可配置成关断次级侧开关40，以阻断由于逆向供电引起的逆向电流。此外，当变换器10的次级侧开关40处于接通状态，并且得出的变换器10的电流命令等于或大于预设的接通电流基准值时，与前述情 况不同，逆向供电将不太可能发生。具体地，可将次级侧开关40保持在接通状态(S64)，以防止变换器10的效率下降。

次级侧开关40处于关断状态时的控制方法与前述方法类似。当变换器10的次级侧开关40处于关断状态，并且得出的变换器10的电流命令小于预设的关断电流基准值时，控制器30可配置成将次级侧开关40的关断状态改变成接通状态(S72)，当变换器10的次级侧开关40处于关断状态，并且得出的变换器10的电流命令等于或大于预设的关断电流基准值时，控制器30可配置成保持次级侧开关40的关断状态(S74)。具体地，关断电流基准值也可通过将变换器10的负载作为输入并且将关断电流基准值作为输出的映射数据得出。可以使用输入和输出预先存储映射图，并可存储在控制器的存储器中。当电流命令小于关断电流基准值时，由于不太可能发生逆向供电，因此可接通次级侧开关40以提高变换器10的效率，当电流命令等于或大于关断电流基准值时，由于可能会发生逆向供电，因此可保持次级侧开关40的关断状态。

另外，根据本发明的示例性实施例的控制变换器10的系统可包括：变换器10，其配置成基于设置在内部的开关器件的控制而双向地转换电压；传感器20，其配置成感测变换器10的输出电压；以及控制器30，其配置成从传感器20接收输出电压以得出与变换器10的输出电压命令的差值，将该差值应用于电压控制器以得出变换器10的电流命令，将电流命令与基于变换器10的次级侧开关40的接通/关断状态分别设置的预设的电流基准值进行比较，并且根据电流命令与电流基准值比较的结果，改变或保持次级侧开关40的接通/关断状态。

如上所示，本发明可获得以下效果。

首先，通过阻断在变换器的低负载时可能产生的逆向供电电流，可提高变换器的能量效率，并可防止变换器中的器件受到损坏。

其次，可使用变换器的电流命令执行控制，因此可不单独需要另外的传感器，从而节省了成本。

尽管已参照示例性实施例示出和说明了本发明，但是对于本领域的技术人员显而易见的是，在不违背由以下权利要求所限定的本发明的思想和范围的情况下，可对本发明做出各种修改和变化。