直流变换器控制方法与流程

1.本发明涉及汽车电控技术领域，尤其涉及一种直流变换器控制方法。


背景技术：

2.随着新能源汽车市场不断扩大，高功率密度、低成本、高续航里程是汽车发展的大趋势。为了提高电机效率与驱动能力，充分利用电池电压，电控系统在动力电池与电机驱动逆变器之间增加了直流变换器。当电池电压较低时，直流变换器能够稳定控制输出电压，使得系统处于最优工况，且电机能够有效利用母线电压，随时发挥最大能力。当直流变换器发生升压故障导致无法闭环控制母线电压时，控制器一般会令直流变换器直接关管停止运行或上桥直通进入跛行状态。若令直流变换器直接关管，当电控回馈能量时将使母线电压过压，导致电控无法继续运行，还可能造成器件损坏；若令直流变换器直接上桥直通，电池电压与母线电压相差较大时将使得输入电容、电感、输出电容发生lc震荡，可能导致输入电容或输出电容过压、电感电流过流或后级电控不稳定。因此，如何对直流变换器进行控制，以使电控系统既具有跛行能力，又可避免发生lc震荡，成为一个亟待解决的问题。
3.上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供了一种直流变换器控制方法，旨在解决对直流变换器进行控制，以使电控系统既具有跛行能力，又可避免发生lc震荡的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种直流变换器控制方法，所述直流变换器控制方法包括以下步骤：
6.在直流变换器发生异常时，控制单元对输入至所述直流变换器的占空比指令进行调整，获得调整后的占空比指令；
7.通过所述调整后的占空比指令控制所述直流变换器的至少一个上开关管导通，所有下开关管保持关断，保持直流变换器两侧的能量双向流通。
8.可选地，所述在直流变换器发生异常时，控制单元对输入至所述直流变换器的占空比指令进行调整，获得调整后的占空比指令的步骤，具体包括：
9.在直流变换器发生异常时，控制单元通过母线电压开环控制对输入至所述直流变换器的占空比指令进行调整，获得调整后的占空比指令。
10.可选地，所述在直流变换器发生异常时，控制单元通过母线电压开环控制对输入至所述直流变换器的占空比指令进行调整，获得调整后的占空比指令的步骤，具体包括：
11.在直流变换器发生异常时，控制单元控制所述直流变换器的母线电压指令值降为所述直流变换器的输入电源电压，以对输入至所述直流变换器的占空比指令进行调整，获得调整后的占空比指令。
12.可选地，所述在直流变换器发生异常时，控制单元通过母线电压开环控制对输入
至所述直流变换器的占空比指令进行调整，获得调整后的占空比指令的步骤，具体包括：
13.在直流变换器发生异常时，控制单元控制所述直流变换器的母线电压指令值以预设电压下降梯度降为所述直流变换器的输入电源电压，以对输入至所述直流变换器的占空比指令进行调整，获得调整后的占空比指令。
14.可选地，所述在直流变换器发生异常时，控制单元对输入至所述直流变换器的占空比指令进行调整，获得调整后的占空比指令的步骤，具体包括：
15.在直流变换器发生异常时，控制单元通过占空比开环控制对输入至所述直流变换器的占空比指令进行调整，获得调整后的占空比指令。
16.可选地，所述在直流变换器发生异常时，控制单元通过占空比开环控制对输入至所述直流变换器的占空比指令进行调整，获得调整后的占空比指令的步骤，具体包括：
17.在直流变换器发生异常时，控制单元控制输入至所述直流变换器的当前占空比指令中的占空比进行升高，以对输入至所述直流变换器的占空比指令进行调整，获得调整后的占空比指令。
18.可选地，所述在直流变换器发生异常时，控制单元通过占空比开环控制对输入至所述直流变换器的占空比指令进行调整，获得调整后的占空比指令的步骤，具体包括：
19.在直流变换器发生异常时，控制单元控制输入至所述直流变换器的当前占空比指令中的当前占空比以预设占空比上升梯度进行升高，以对输入至所述直流变换器的占空比指令进行调整，获得调整后的占空比指令。
20.可选地，所述通过所述调整后的占空比指令控制所述直流变换器的至少一个上开关管导通，所有下开关管保持关断，保持直流变换器两侧的能量双向流通的步骤，具体包括：
21.通过pwm模块将所述调整后的占空比指令调制为pwm信号；
22.根据所述pwm信号控制所述直流变换器的至少一个上开关管导通，所有下开关管保持关断，保持直流变换器两侧的能量双向流通。
23.本发明通过在直流变换器发生异常时，控制单元对输入至所述直流变换器的占空比指令进行调整，获得调整后的占空比指令，然后通过调整后的占空比指令控制直流变换器的至少一个上开关管导通，所有下开关管保持关断，保持直流变换器两侧的能量双向流通。本发明通过在直流变换器发生异常时，控制单元对输入至直流变换器的占空比指令进行调整，相较于现有的令直流变换器直接关管或直接上桥直通，本发明上述方式能够通过调整输入至直流变换器的占空比指令，控制直流变换器的至少一个上开关管导通，所有下开关管保持关断，保持直流变换器两侧的能量双向流通，从而能够使直流变换器能够平滑切换至直通跛行状态，因此既能保证电控系统具有跛行能力，又可避免发生lc震荡。
附图说明
24.图1为本发明直流变换器控制方法第一实施例的流程示意图；
25.图2为本发明带有直流变换器的电控系统的一种结构示意图；
26.图3和图4为本发明直流变换器的一种结构示意图；
27.图5为本发明直流变换器正常运行时的控制环路；
28.图6为本发明直流变换器控制方法第二实施例的流程示意图；
29.图7为本发明母线电压开环控制示意图；
30.图8为本发明母线电压开环控制的母线电压变化示意图；
31.图9为本发明直流变换器控制方法第三实施例的流程示意图；
32.图10为本发明占空比开环控制的占空比变化示意图。
33.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
34.应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
35.本发明实施例提供了一种直流变换器控制方法，参照图1，图1为本发明直流变换器控制方法第一实施例的流程示意图。
36.本实施例中，所述直流变换器控制方法包括以下步骤：
37.步骤s10：在直流变换器发生异常时，控制单元对输入至所述直流变换器的占空比指令进行调整，获得调整后的占空比指令；
38.需要说明的是，本实施例的执行主体可以是一种控制单元，例如：cpu、mcu等，本实施例对此不做具体限制。
39.应理解的是，参照图2，图2为本发明带有直流变换器的电控系统的一种结构示意图。如图2所示，ubat为电池bat的电压，c1为第一电容，l1为电感，il为电感l1的电流，q1为第一开关管，q2为第二开关管，d1为第一二极管，d2为第二二极管，c2为第二电容，udc为母线电压，mg表示电机，图3中的第一电容c1、电感l1、第一开关管q1、第一二极管d1、第二开关管q2、第二二极管d2以及第二电容c2构成直流变换器。其中，第一二极管d1为第一开关管q1内置的体二极管，第二二极管d2为第二开关管q2内置的体二极管。
40.另外，参照图3和图4，图3和图4为本发明直流变换器的一种结构示意图。图2中的一部分、图3以及图4都是直流变换器的结构示意图，由图可知，图3比图2的直流变换器多出一个电感l2和两个开关管q3和q4，图4也比图2多出两个开关管q3和q4，还多出一个电容c3。
41.可理解的是，直流变换器可将直流电源(如蓄电池、太阳电池、燃料电池)的电压低电压升到高电压。然后通过逆变器将直流电压转换为交流电压，以驱动电机运行。
42.在具体实现中，直流变换器发生异常是指在处于升压状态的直流变换器发生故障导致无法继续升压，或在直流变换器发生故障导致无法继续升压，直流变换器发生升压故障，升压故障可定义为使直流变换器无法正常进行升压控制的故障。
43.进一步地，参照图5，图5为本发明直流变换器正常运行时的控制环路。如图5所示，外部电压环用于控制母线电压udc使其趋近电压指令uset，内部电流环用于控制电感电流il使其趋近电流指令iset，最终生成占空比指令dset用于控制图2中的第一开关管q1和第二开关管q2的开关情况，图4为直流变换器在正常工作状态时的控制环路，具体的电流指令计算和占空比指令计算可参照现有技术中的pid算法，本实施例对此不过多赘述。
44.步骤s20：通过所述调整后的占空比指令控制所述直流变换器的至少一个上开关管导通，所有下开关管保持关断，保持直流变换器两侧的能量双向流通。
45.可理解的是，本实施例可通过调整后的占空比指令控制控制直流变换器的至少一个上开关管导通，所有下开关管保持关断，具体地，图2中的q1导通，q2关断；图3中的q1或q2导通，或q1和q2都导通，q3和q4都关断；图4中的q1或q2导通，或q1和q2都导通，q3和q4都关
断。
46.应理解的是，在控制述直流变换器的至少一个上开关管导通，所有下开关管保持关断后，直流变换器两侧的能量可以双向流通，并且直流变换器将当前工作状态平滑切换为直通跛行状态，平滑切换是指在一定时间内进行切换，而不是立即切换。
47.在具体实现中，以图2中的直流变换器为例，若直流变换器不是平滑切换时，直流变换器会直接上桥直通，电池电压ubat与母线电压udc相差较大时将使得第一电容c1(输入电容)、电感l1、第二电容c2(输出电容)发生lc震荡，可能导致输入电容和输出电容过压、电感电流过流或后级电控系统不稳定。
48.进一步地，在本实施例中，所述步骤s20包括：通过pwm模块将所述调整后的占空比指令调制为pwm信号；根据所述pwm信号控制所述直流变换器的至少一个上开关管导通，所有下开关管保持关断，保持直流变换器两侧的能量双向流通。
49.在具体实现中，软件计算获得的调整后的占空比需要先经过pwm模块调制成pwm信号，pwm信号通过驱动电路才能直接控制直流变换器中的q1和q2的开关状态，也就是控制直流变换器的至少一个上开关管导通，所有下开关管保持关断，其中pwm模块可以是控制单元内的软件或硬件，也可以是外部电路。
50.本实施例通过在直流变换器发生异常时，控制单元对输入至所述直流变换器的占空比指令进行调整，获得调整后的占空比指令，然后通过调整后的占空比指令控制直流变换器的至少一个上开关管导通，所有下开关管保持关断，保持直流变换器两侧的能量双向流通。本实施例通过在直流变换器发生异常时，控制单元对输入至直流变换器的占空比指令进行调整，相较于现有的令直流变换器直接关管或直接上桥直通，本实施例上述方式能够通过调整输入至直流变换器的占空比指令，控制直流变换器的至少一个上开关管导通，所有下开关管保持关断，保持直流变换器两侧的能量双向流通，从而能够使直流变换器能够平滑切换至直通跛行状态，因此既能保证电控系统具有跛行能力，又可避免发生lc震荡。
51.参考图6，图6为本发明直流变换器控制方法第二实施例的流程示意图。
52.基于上述第一实施例，在本实施例中，所述步骤s10包括：
53.步骤s101：在直流变换器发生异常时，控制单元通过母线电压开环控制对输入至所述直流变换器的占空比指令进行调整，获得调整后的占空比指令。
54.应理解的是，母线电压开环控制是指对直流变换器的母线电压udc进行开环控制。
55.进一步地，为了实现母线电压开环控制，在本实施例中，所述步骤s101包括：在直流变换器发生异常时，控制单元控制所述直流变换器的母线电压指令值降为所述直流变换器的输入电源电压，以对输入至所述直流变换器的占空比指令进行调整，获得调整后的占空比指令。
56.可理解的是，本实施例中的母线电压开环控制的实现方式可以是控制母线电压开环控制的母线电压指令值从当前母线电压下降至当前输入电源电压，从而获得母线电压开环控制输出的占空比指令，最终希望实际的母线电压值能从最初的母线电压值udc下降至输入电源电压值ubat。另外，其实最终不一定要让母线电压值udc完全下降至电源电压值ubat，只要让母线电压值udc下降至足够低的电压值，使得切换为上桥直通跛行时产生的震荡足够小即可。具体的母线电压udc的下降方式可以是以任意下降斜率进行下降，即母线电压udc的下降轨迹可以是任意形状的曲线。
57.应理解的是，在母线电压udc的下降过程中需要保证突变量较小，小到输入电源电压ubat不会震荡过压，电感电流il不会震荡过流，母线电压udc不会震荡过压，只要满足上述下降过程中的条件，可以通过任意下降方式进行母线电压udc的下降。
58.在具体实现中，在直流变换器的母线电压udc降为直流变换器的输入电源电压ubat时，调整后的占空比指令中直流变换器对应的占空比为1。
59.进一步地，为了实现母线电压开环控制，并且使电控系统更加稳定，在本实施例中，所述步骤s101包括：在直流变换器发生异常时，控制单元控制所述直流变换器的母线电压指令值以预设电压下降梯度降为所述直流变换器的输入电源电压，以对输入至所述直流变换器的占空比指令进行调整，获得调整后的占空比指令。
60.应理解的是，参考图7，图7为本发明母线电压开环控制示意图。图7中的uset表示电压指令，ubat表示输入电源电压，dset表示调整后的占空比指令。本实施例可通过对uset和ubat进行处理，得到dset。
61.可理解的是，参考图8，图8为本发明母线电压开环控制的母线电压变化示意图。如图8所示，图8中的横坐标表示时间，纵坐标表示电压。
62.在具体实现中，图8中的t1时刻为直流变换器发生升压故障的时刻，t2时刻为直流变换器的母线电压udc等于直流变换器的输入电源电压ubat的时刻。图8中的直流变换器的母线电压udc以预设电压下降梯度降为直流变换器的输入电源电压ubat，也就是母线电压udc以固定斜率下降，固定斜率为一种优选的方案。本实施例中的母线电压udc不能在t1时刻立即降为输入电源电压ubat，须在一定时间内下降，否则会导致电控系统发生lc震荡。
63.本实施例通过在直流变换器发生异常时，控制单元通过母线电压开环控制对输入至所述直流变换器的占空比指令进行调整，获得调整后的占空比指令。本实施例通过在直流变换器发生异常时，控制单元通过母线电压开环控制对输入至直流变换器的占空比指令进行调整，能够使直流变换器中的第一开关管q1闭合，第二开关管q2关断，保持直流变换器两侧的能量双向流通，从而能够平滑切换至直通跛行状态，因此既能保证电控系统具有跛行能力，又可避免发生lc震荡。
64.参考图9，图9为本发明直流变换器控制方法第三实施例的流程示意图。
65.基于上述各实施例，在本实施例中，所述步骤s10包括：
66.步骤s101’：在直流变换器发生异常时，控制单元通过占空比开环控制对输入至所述直流变换器的占空比指令进行调整，获得调整后的占空比指令。
67.应理解的是，占空比开环控制是指对输入至所述直流变换器的占空比指令dset进行控制。
68.进一步地，为了实现占空比开环控制，在本实施例中，所述步骤s101’包括：在直流变换器发生异常时，控制单元在直流变换器发生升压故障时，控制输入至所述直流变换器的当前占空比指令中的占空比进行升高，以对输入至所述直流变换器的占空比指令进行调整，获得调整后的占空比指令。
69.可理解的是，本实施例中的占空比开环控制的实现方式可以是将占空比dpre升高为1，占空比dpre的升高方式可以是以任意上升斜率进行升高，即占空比dpre的上升轨迹可以是任意形状的曲线。
70.进一步地，为了实现占空比开环控制，并且使电控系统更加稳定，在本实施例中，
所述步骤s101’包括：在直流变换器发生异常时，控制单元控制输入至所述直流变换器的当前占空比指令中的占空比以预设占空比上升梯度进行升高，以对输入至所述直流变换器的占空比指令进行调整，获得调整后的占空比指令。
71.可理解的是，参考图10，图10为本发明占空比开环控制的占空比变化示意图。如图10所示，图10中的横坐标表示时间，纵坐标表示占空比。
72.在具体实现中，图10中的t1时刻为直流变换器发生升压故障的时刻，t2时刻为占空比dpre为1的时刻。图10中的输入至直流变换器的当前占空比指令中的占空比dpre以预设占空比上升梯度进行升高，也就是占空比dpre以固定斜率升高，固定斜率为一种优选的方案。本实施例中的占空比dpre不能在t1时刻立即升为1，须在一定时间内上升，否则会导致电控系统发生lc震荡。
73.本实施例在直流变换器发生异常时，控制单元通过占空比开环控制对输入至直流变换器的占空比指令进行调整，获得调整后的占空比指令。本实施例通过在在直流变换器发生异常时，控制单元通过占空比开环控制对输入至直流变换器的占空比指令进行调整，能够使直流变换器中的第一开关管q1闭合，第二开关管q2关断，保持直流变换器两侧的能量双向流通，从而能够平滑切换至直通跛行状态，因此既能保证电控系统具有跛行能力，又可避免发生lc震荡。
74.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
75.上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
76.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器/随机存取存储器、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
77.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。