用于控制转换器的装置的制作方法

本公开涉及一种转换器控制装置，并且更具体地涉及一种用于提高转换器效率的转换器控制装置。

背景技术：

本部分的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可不构成现有技术。

使用存储在高电压主电池中的电能驱动环保交通工具，诸如电动交通工具/混合动力交通工具、插电式混合动力交通工具和燃料电池交通工具。该环保交通工具包括用于将从主电池输出的高电压电力转换成低电压的低电压DC-DC转换器(LDC)，以便向由低电压驱动的低电压电负载提供电源电压。

通常，LDC使用场效应晶体管(FET)作为开关器件，其开/关由PWM控制。在这方面，由于施加用于控制FET的开/关的PWM信号的FET的栅极电阻减小，因此开关损耗减小。基于这种特性降低FET栅极电阻的方法是提高LDC效率的一种方法。

然而，减小栅极电阻的方法造成LDC难以作为重负载工作。这是因为，当使用小尺寸的栅极电阻器时，FET的漏极和源极之间的电压朝向高负载增加，并且相应地，FET可被损坏。

当在LDC设计期间设置栅极电阻的大小时，在驱动期间根据负载的效率曲线可不会改变。也就是说，传统的LDC难以反映根据驾驶员负载模式优化的效率曲线。

技术实现要素：

本公开提供一种用于根据负载量通过改变转换器中的开关器件的栅极电阻来提高转换器效率的转换器控制装置。

在本公开的一些方面中，提供了一种包括脉冲宽度调制(PWM)控制的多个开关器件的转换器控制装置，所述转换器控制装置包括：效率确定器，其被配置为可变地改变栅极端子的电阻，其中基于流过所述转换器的电流的量，将用于对所述开关器件进行PWM控制的PWM信号施加到栅极端子。

效率确定器可包括负载量确定器，其被配置为检测流过所述转换器的所述电流的量；将流过所述转换器的所述电流的量与预设参考值进行比较；以及确定所述转换器的负载的量是重负载还是轻负载；以及栅极电阻设置单元，其被配置为当由所述负载量确定器确定的所述负载的量是所述重负载时，增加所述栅极端子的电阻；以及当由所述负载量确定器确定的所述负载的量是所述轻负载时，减小所述栅极端子的所述电阻。

负载量确定器可包括电流变换器，其被配置为输出对应于流过所述转换器的所述电流的量的电流；电阻器，其被配置为产生对应于所述电流变换器的输出电流的量的检测电压；以及比较器，其被配置为输出所述检测电压与所述预设参考电压之间的比较结果。

栅极电阻设置单元可包括其中一端连接到所述栅极端子的第一电阻器，以及串联连接的第二电阻器和开关，所述第二电阻器和所述开关之间的串联连接结构并联连接到所述第一电阻器，所述PWM信号被输入到第一电阻器的另一端，并且基于所述负载量确定器对所述重负载和所述轻负载的确定结果来确定所述开关的短路和开路状态。

当由所述负载量确定器确定的所述负载的量是所述重负载时，所述开关可被开路，以及当由所述负载量确定器确定的所述负载的量是所述轻负载时，所述开关可短路。

开关可为p-MOSFET，所述p-MOSFET的漏极和源极分别连接到所述第一电阻器和所述第二电阻器，以及所述栅极电阻设置单元可包括第一晶体管，包括：集电极，其连接到所述p-MOSFET的栅极；以及发射极，其中负电压值被施加到所述发射极；以及第二晶体管，包括：集电极，其连接到所述第一晶体管的基极；接地的发射极；以及基极，其中由所述负载量确定器的输出被施加到所述基极。

转换器控制装置可进一步包括控制器，其被配置为控制所述效率确定器以便以预定周期重复地改变所述栅极端子的所述电阻，而与流过所述转换器的所述电流的量无关。

转换器控制装置可进一步包括控制器，其被配置为控制所述开关，以便以预定周期被重复地短路/开路，而与流过所述转换器的所述电流的量无关。

在本公开的另一个方面中，提供了包括多个开关器件的转换器控制装置，所述开关器件包括栅极端子，其中用于PWM控制的脉冲宽度调制(PWM)被施加到所述栅极端子，所述转换器控制装置包括负载量确定器，包括：电流变换器，其被配置为输出对应于流过所述转换器的所述电流的量的电流；电阻器，其被配置为生成对应于所述电流变换器的输出电流的量的检测电压；以及比较器，其被配置为输出所述检测电压和预设参考电压之间的比较结果；以及其中一端连接到所述栅极端子的第一电阻器，以及串联连接的第二电阻器和开关，其中所述第二电阻器和所述开关之间的串联连接结构并联连接到所述第一电阻器，所述PWM信号可被输入到所述第一电阻器的另一端，并且可基于所述比较器的输出来确定所述开关的短路和开路状态。

当所述检测电压大于所述参考值时，所述比较器可输出第一确定信号，并且当所述检测电压小于所述参考值时，所述比较器可输出第二确定信号；以及当所述比较器输出所述第一确定信号时，所述开关可被开路，并且当所述比较器输出所述第二确定信号时，所述开关可短路。

开关可为p-MOSFET，其中所述p-MOSFET的漏极和源极分别连接到所述第一电阻器和所述第二电阻器；以及所述栅极电阻设置单元可包括第一晶体管包括：集电极，其连接到所述p-MOSFET的栅极；以及发射极，其中负电压值被施加到所述发射极；以及第二晶体管，包括：集电极，其连接到所述第一晶体管的基极；接地的发射极；以及基极，其中所述第一确定信号或所述第二确定信号被施加到所述基极。

在本公开的另一个方面中，提供了一种包括多个开关器件的转换器控制装置，所述开关器件包括栅极端子，其中用于PWM控制的脉冲宽度调制(PWM)被施加到栅极端子，所述转换器控制装置包括栅极电阻设置单元包括：第一电阻器，其中一端连接到所述栅极端子，并且所述PWM信号被输入到另一端，以及串联连接的第二电阻器和开关，其中所述第二电阻器与所述开关之间的串联连接结构并联连接到所述第一电阻器，并且所述PWM信号被输入到所述第一电阻器的另一端，以及控制器，其被配置为控制所述开关，以便以预定周期重复地短路/开路。

所述开关可为p-MOSFET，其中所述p-MOSFET的漏极和源极分别连接到所述第一电阻器和所述第二电阻器；以及所述栅极电阻设置单元可包括第一晶体管，包括：集电极，其连接到所述p-MOSFET的栅极；以及发射极，其中负电压值被施加到所述发射极；以及第二晶体管，包括：集电极，其连接到所述第一晶体管的基极；接地的发射极；以及基极，其中所述控制器的控制信号被输入到所述基极。

其他应用领域将从本文提供的描述变得显而易见。应该理解的是，描述和具体示例仅用于说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。

附图说明

为了能够很好地理解本发明，现在将参考附图通过示例的方式描述本公开的各种形式，其中：

图1是转换器控制装置和包括所述转换器控制装置的交通工具系统的示意性方框图；

图2是示出转换器控制装置的效率确定器的方框图；

图3是转换器控制装置的效率确定器中的负载量确定器的详细电路图以及转换器和负载量确定器之间的连接关系的电路图；

图4是转换器控制装置的效率确定器的栅极电阻设置单元的详细电路图；以及

图5和图6是用于说明转换器控制装置的操作的曲线图。

这里描述的附图仅用于说明目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。

具体实施方式

以下描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或用途。应该理解的是，在整个附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部分和特征。

图1是根据本公开的一些形式的转换器控制装置和包括所述转换器控制装置的交通工具系统的示意性方框图。

参考图1，包括根据本公开的一些形式的转换器控制装置的交通工具系统可以包括具有高电压输出的主电池11，用于将主电池11的高电压转换为低电压的的低电压DC-DC转换器(LDC)13，以及利用LDC 13转换的低电压电力来操作的电场负载15。

通常，通过由电能驱动的马达产生驱动力的环保交通工具可以包括主电池11，以用于驱动马达并向高电压电场负载供应高电压电力，以及LDC 13，以用于将主电池11的电压转换成低电压，以便向利用低电压电力操作的低电压电场负载15供电。尽管未示出，但是环保交通工具可以包括作为用于向低电压电场负载15供电的另一个部件的辅助电池，并且辅助电池可以在没有通过LDC 13实现电压转换的同时存储将被提供给低电压电场负载15的电能，可接收由LDC 13转换并输出的电力，并且可以用电力进行再充电。

应用于根据本发明的一些形式的环保交通工具的电气系统的转换器控制装置可以包括效率确定器20，以用于基于流过LDC 13的电流来可变地控制被包括在LDC 13中的开关器件的栅极端子的电阻。效率确定器20可以改变被包括在LDC 13中的开关器件的栅极端子的电阻，并且改变根据LDC 13的负载状态施加的效率曲线，从而提高LDC 13在宽动态范围中的效率。

图2是示出根据本公开的一些形式的转换器控制装置的效率确定器20的方框图。

参考图2，根据本公开的一些形式的转换器控制装置的效率确定器20可以包括负载量确定器21，其检测流过转换器的电流量，将转换器的电流量与预设参考值进行比较，以及确定转换器的负载的量是重负载还是轻负载；以及栅极电阻设置单元23，当由负载量确定器21确定的负载的量是重负载时，所述栅极电阻设置单元23增加LDC 13中的开关器件的栅极端子的电阻，并且当由负载量确定器21确定的负载的量是轻负载时，减小LDC 13中的开关器件的栅极端子的电阻。

包括根据本公开的一些形式的转换器控制装置中的效率确定器可以使用负载量确定器基于LDC 13的电流量来确定LDC 13的负载是重负载还是轻负载。LDC 13可以包括开关器件，所述开关器件根据作为脉冲信号的脉冲宽度调制(PWM)信号导通/关闭，所述脉冲信号具有由控制器30确定的占空比以进行PWM控制，并且PWM信号的占空比可以由控制器30根据LDC 13的负载状态来确定。也就是说，控制器30可以根据从LDC 13接收电源电压的电场负载15所需的电力来控制PWM信号的占空比，以确定流过LDC 13的电流，并且就此而言，LDC 13的电流量可以在其中电场负载15需要大量电力的重负载状态下增加，并且可以在其中电场负载15需要少量电力的轻负载状态下减小。

因此，负载量确定器21可以检测流过LDC 13的电流，以确定LDC 13的负载状态。

在根据本公开的一些形式的转换器控制装置中包括的效率确定器中，栅极电阻设置单元23可以根据负载量确定器21确定的LDC 13的负载状态来确定LDC中开关器件的栅极端子的电阻。当由负载量确定器21确定的负载的量对应于轻负载时，栅极电阻设置单元23可以减小LDC13中的开关器件的栅极端子的电阻，以提高开关器件的导通速度，从而提高LDC 13在轻负载情况下的效率。另外，当由负载量确定器21确定的负载的量对应于重负载时，栅极电阻设置单元23可以增加LDC 13中的开关器件的栅极端子的电阻，以减小开关器件的电压应力，从而防止开关器件被损坏，并实现稳定的操作。

图3是根据本发明的一些形式的转换器控制装置的效率确定器中的负载量确定器21的详细电路图以及转换器和负载量确定器21之间的连接关系的电路图。

参考图3，负载量确定器21可以包括电流变换器211，以用于检测流过LDC 13的电流；电阻器213至216，以用于产生对应于由电流变换器211检测的电流量的检测电压；以及比较器217，以用于输出电阻器213至216的检测电压和预设参考电压Vref的比较结果。

电流变换器211可用于检测在LDC 13中流动的电流，尽管图3示出其中电流变换器211设置在LDC 13的两个开关器件Q1和Q3之间的情况，电流变换器211可以被设置并安装在各个位置。电流变换器211可以输出由流过LDC 13的电流感应的感应电流。也就是说，电流变换器211可以输出对应于在LDC 13中流动的电流的量的电流。

从电流变换器211输出的电流可以通过电阻器213至216被转换为电压。也就是说，可以将与电流变换器211输出的电流成比例的电压施加到电阻器213至216。可以根据需要适当地调整电阻器213至216的数量，并且可以将从电阻器213至216中的任一个的一端划分的电压输入到比较器217。

比较器217可将施加到电阻器213到216的检测电压与预设参考电压Vref进行比较并输出比较结果。例如，当被施加到电阻器213到216的检测电压小于参考电压Vref时，可以输出具有对应于高的值的电压信号，并且当被施加到电阻器213到216的检测电压大于参考电压Vref时，可以输出对应于低的信号。也就是说，其中检测电压大于参考电压Vref的情况是其中大量电流在LDC 13中流动的状态，并且因此当比较器217输出低时，可以将电流状态确定为重负载状态。另外，其中检测电压小于参考电压Vref的情况是其中少量电流在LDC 13中流动的状态，并且因此当比较器217输出高的情况下，可将电流状态确定为轻负载状态。

LDC 13可以被实现为包括开关器件Q1至Q4和电子变压器Tr的绝缘类型转换器，并且开关器件Q1和Q2以及开关器件Q3和Q4可以被PWM控制，以便在互补关系中开路/短路。

图4是根据本公开的一些形式的转换器控制装置的效率确定器的栅极电阻设置单元23的详细电路图。

如图4所示，被包括在根据本公开的一些形式的转换器控制装置的效率确定器20中的栅极电阻设置单元23可以包括第一电阻器233，其中一端连接到LDC 13中的开关器件131的栅极端子；以及串联连接的第二电阻器234和开关235。这里，第二电阻器234和开关235之间的串联连接结构可以并联连接到第一电阻器233，并且用于开关器件131的PWM控制的PWM信号可以被输入到第一电阻器233的另一端。根据负载量确定器21的重负载和轻负载的确定结果，开关235可以被配置为处于短路和开路状态。

也就是说，在其中具有上述电路配置的负载量确定器21的比较器217输出高的轻负载状态的情况下，栅极电阻设置单元23的开关235可被导通，并且总电阻值(即根据第一电阻器233和第二电阻器234之间的并联连接的小的电阻值)可以被施加到开关器件131的栅极端子。另一方面，在其中比较器217输出低的重负载状态的情况下，栅极电阻设置单元23的开关235可以被关闭，并且电阻值(即根据第一电阻器233的大的电阻值)可以被施加到开关器件131的栅极端子。

这样，栅极电阻设置单元23可以根据LDC 13的轻负载/重负载状态可变地控制施加到开关器件131的栅极端子的电阻值的幅度。根据栅极电阻设置单元23的操作，当LDC 13的负载的量对应于轻负载时，栅极端子的电阻可以被减小并且开关器件的导通速度可以被增大，从而提高LDC 13在轻负载情况下的效率，并且当LDC 13的负载的量对应于重负载时，LDC 13中的开关器件的栅极端子的电阻可被增大，并且开关器件的电压应力可被减小，从而以防止开关器件被损坏，并实现稳定的操作。

对于栅极电阻设置单元23的上述操作，可以以这种方式配置栅极电阻设置单元23，即使得开关235被实现为p-MOSFET并且p-MOSFET的漏极和源极分别连接到第一电阻器233和第二电阻器234，并且可以包括晶体管232，所述晶体管232包括连接到p-MOSFET的栅极的集电极以及向其施加负电压值(例如，具有与电源电压相同振幅的负电压)的发射极，以及晶体管231，所述晶体管231包括连接到晶体管232的基极的集电极，接地的发射极以及向其施加负载量确定器21的输出的基极。

根据该配置，当LDC 13处于轻负载模式时，可以将高信号施加到晶体管231的基极以导通晶体管231，并且晶体管232可以根据晶体管231的导通来导通。当开关235导通开关235时，可将负电压施加到p-MOSFET的栅极，并且可以将第一电阻器233和第二电阻器234的并联合成电阻施加到开关器件131的栅极端子，并且因此，与其中仅将第一电阻器233的电阻施加到栅极端子的情况相比，开关器件131的栅极端子的电阻可被减小。具体地，当开关器件131的栅极端子的电阻减小时，开关器件131的导通速度可以增大，并且当开关器件131被关闭时，由于负电压被施加到栅极端子，因此关闭速度可增大。因此，开关器件131的导通和关闭速度都可以增大，并且因此可以降低开关频率，并且转换器效率，特别是轻负载效率可以显着地提高效率。

当LDC 13处于重负载模式时，可以将低信号施加到晶体管231的基极，并且可以根据晶体管231的关闭来关闭晶体管232。因此，作为开关235的p-MOSFET也可以被关闭，并且仅根据第一电阻器233的电阻值可以被施加到开关器件131的栅极端子，并且因此与其中施加第一电阻器233和第二电阻器234的并联合成电阻的情况相比，开关器件131的栅极端子的电阻可被增大。因此，开关器件131的开/关速度减小，但是电压应力可被减小以减小纹波并稳定开关电压。

图5是用于说明根据本公开的一些形式的转换器控制装置的操作的曲线图。

如图5所示，在本公开的各种形式中，在流过LDC 13的少量电流的情况下，即在轻负载状态(53)中，被包括在LDC 13中的开关器件的栅极端子的电阻可被减小以迅速导通/关闭开关器件，并且因此，当开关损耗减小时，可在轻负载状态下根据曲线51以高效率操作转换器控制装置。另一方面，在流过LDC 13的大量电流的情况下，即在重负载状态(57)中，被包括在LDC 13中的开关器件的栅极端子的电阻可被增大，并且因此，当开关器件的导通/关闭速度减小(55)时，开关器件的效率稍微降低，但是可以通过减小输出纹波和增大开关器件的相反电压(漏源电压)的电压稳定来防止开关器件被损坏。

根据本公开的一些形式，由栅极电阻设置单元23设置的LDC 13中的开关器件的栅极端子的电阻可以被任意地控制，而与LDC 13的负载的量无关，以增强电磁干扰(EMI)性能。也就是说，当控制器30以预定周期将具有重复的高/低的控制信号输入到栅极电阻设置单元23的晶体管231的基极时，晶体管231和232以及开关235可被重复地导通/关闭，并且因此，LDC 13中的开关器件的栅极端子的电阻可以以一定周期被重复地改变为大或小的值。

由于LDC 13中的开关器件的栅极端子的电阻被重复地改变，开关器件的导通/关闭速度可被重复地改变为大或小的速度，并且相反电压(漏极-源极电压)的峰值可被重复地改变，如图6所示。也就是说，可以减小经由开关器件的切换的EMI的平均值，从而提高LDC 13的EMI性能。

从以上描述中显而易见的是，被包括在转换器中的开关器件的栅极端子的电阻可以根据转换器的负载状态变化。因此，在轻负载的情况下可以减小栅极端子的电阻以提高效率，并且在重负载的情况下可以增大栅极端子的电阻以实现电压稳定。

具体地，当转换器处于轻负载状态时，被包括在转换器中的开关器件的栅极端子的电阻可以被减小以快速地导通/开关闭开关器件，并且因此，当开关损耗减小时，可在轻负载状态下根据曲线以高效率操作转换器控制装置。另一方面，当转换器处于重负载状态时，被包括在转换器中的开关器件的栅极端子的电阻可被增大，并且因此，当开关器件的导通/关闭速度减小时，开关器件的效率稍微降低。然而，可以通过减小输出纹波和增大开关器件的相反电压(漏源电压)的电压稳定来防止开关器件被损坏。

另外，转换器中的开关器件的栅极端子的电阻可以在控制器的控制下以一定周期被重复地改变为大或小的值。因此，开关器件的导通/关闭速度可被重复地改变为大或小的速度，并且开关器件的相反电压(漏极-源极电压)的峰值可以被重复地改变，从而降低转换器的EMI的平均值。

本公开的描述本质上仅仅是示例性的，并且因此，不脱离本公开的实质的变型旨在被包括在本公开的范围内。这样的变型不被认为是脱离本公开的精神和范围。