一种级联式车载直-直转换系统和控制方法与流程

本发明涉及直直转换，尤其是涉及一种级联式车载直-直转换系统和控制方法。

背景技术：

1、在传统燃油车以及新能源汽车上，存在大量的低压电器，例如大灯、空调、风机等，这些电器在直流低压下工作，另外还需要给低压蓄电池充电，电压等级通常为9-16，车载直-直转换系统多由硬开关全桥、移相全桥等拓扑构成，随着新能源汽车的发展，电池的电压等级由400v向800v平台过渡，原有的车载直-直转换系统已不能满足当前电池电压等级，新的电压应力过大，导致系统向全碳化硅或者多电平方式转变，然而多电平会增加系统复杂度，碳化硅器件的应用将会进一步增加整车系统的成本。

2、现有控制电路中采用双闭环时，启动的时候会把buck电压先拉到0，然后再从0上升到闭环值，因为拉到了0，会引起电路重启。

3、因此，如何控制电路不重启，提高直-直转换效率，是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种级联式车载直-直转换系统和控制方法，在前级采用电压转换模块，将输入电压转换为后级需要的电压，提高后级转换效率，以前级当前占空比启动前级电路，保证前级电路不重启，在启动后正常工作时，改变前级控制信号的占空比，提高转换系统的带载能力。

2、第一方面，本发明的一种级联式车载直-直转换系统，通过以下技术方案得以实现：

3、一种级联式车载直-直转换系统，包括电压转换模块、llc谐振变换器模块、检测模块和控制模块，电压转换模块和llc谐振变换器模块依次连接，用于将输入电压转换成llc谐振变换器模块的输入电压范围，检测模块分别与电压转换模块和llc谐振变换器模块连接，用于检测电压转换模块和llc谐振变换器模块的电路参数，控制模块分别与电压转换模块、llc谐振变换器模块、检测模块连接，用于根据检测结果，采用电压外环与电流内环运算，控制电压转换模块、llc谐振变换器模块的工作。

4、本发明进一步设置为：电压转换模块包括同步buck电路，同步buck电路的输入端用于连接到直流电源的输出端，在直流电源的正输出端，连接第一功率管的输入端，第一功率管的输出端连接第二功率管的输入端、第一电感的一端，第一电感的另一端连接第一电容的一端，并作为电压转换模块的正输出端，第二功率管的输出端、第一电容的另一端连接直流电源的负输出端，并作为电压转换模块的负输出端。

5、本发明进一步设置为：llc谐振变换器模块包括相互连接的llc变换器和同步整流电路，llc变换器包括半桥和llc组合，半桥包括依次连接的第三功率管和第四功率管，第三功率管的输入端连接到电压转换模块的正输出端，其输出端连接到第四功率管的输入端、llc组合中第二电容一端，第四功率管的输出端连接到电压转换模块的负输出端、llc组合中变压器初级绕组的反相引出端，llc组合包括串联连接的第二电容、第二电感、变压器初级绕组；变压器的第一次级绕组的同相端连接到第五功率管的输入端，其反相端连接到第二次级绕组的同相端、滤波电容的一端，并作为llc谐振变换器模块的负输出端，第二次级绕组的反相端连接到第六功率管的输入端，第五功率管的输出端连接到滤波电容的另一端、第六功率管的输出端，并作为llc谐振变换器模块的正输出端。

6、本发明进一步设置为：同步整流电路包括同步整流芯片，连接到第五功率管、第六功率管，用于检测第五功率管漏源极之间的压降、第六功率管漏源极之间的压降，并根据检测结果，输出控制信号控制第五功率管、第六功率管的导通或截止。

7、本发明进一步设置为：控制模块包括依次连接的第一差分运算器、第一pi运算器、第二差分运算器、第二pi运算器、控制芯片，第一差分运算器、第一pi运算器用于进行电压外环运算，电压外环运算的结果，与电压转换模块中的电流用于进行电流内环运算，其运算结果输入控制芯片用于输出控制信号。

8、本发明进一步设置为：检测模块包括电压检测电路和电流检测电路，电压检测电路用于检测用于检测转换系统中的电压参数，电流检测电路用于检测转换系统中的电流参数。

9、第二方面，本发明的一种级联式车载直-直转换系统控制方法，通过以下技术方案得以实现：

10、一种级联式车载直-直转换系统控制方法，包括检测转换系统电路参数，根据电压转换模块的第一输入电压和第一输出电路，计算当前时刻电压转换模块的占空比，作为启动时电压转换模块中第一功率管的第一控制信号的最小占空比限幅值，限制电压转换模块启动时第一控制信号占空比幅度；根据系统第二输出电压与第二输出电压设定值，进行电压外环计算，以电压外环计算结果与电压转换模块的电流，进行电流内环计算，用电流内环计算结果作为第一控制信号的占空比，用最小占空比限幅值和最大占空比限幅值，限定第一控制信号占空比，结合llc谐振变换器模块的开环运行频率，控制电压转换模块中第一功率管的导通或截止，在第一功率管启动时同步启动转换系统中第三功率管，由同步整流电路控制变压器次级整流。

11、本发明进一步设置为：在转换系统的输出电压达到输出电压设定值时，改变第一功率管的第一控制信号占空比限幅范围为最大占空比限幅值与最小占空比限幅值，经过电压外环与电流内环的运算，确定第一控制信号占空比。

12、本发明进一步设置为：以限幅值范围对第一占空比进行限定，在第一占空比低于限幅值下限时，以限幅值下限作为控制信号占空比，在第一占空比高于限幅值上限时，以限幅值上限作为控制信号占空比，在第一占空比属于限幅值下限与限幅值上限之间时，以第一占空比作为控制信号占空比。

13、本发明进一步设置为：电压外环中，对转换系统输出电压与输出电压设定值的差值进行第一pi运算，得到第一pi运算结果，在电流内环中，对电压转换模块中第一电感电流与第一pi运算结果的差值进行第二pi运算，得到第二pi运算结果，作为第一占空比。

14、本发明进一步设置为：判断输出功率与轻载阈值的比较结果，根据比较结果控制转换系统是工作在轻载模式还是重载模式，在轻载模式时，控制同步整流电路停止工作，在重载模式时，根据电压外环与电流内环的计算结果，调整第一控制信号的占空比。

15、与现有技术相比，本申请的有益技术效果为：

16、1.本申请通过设置电压转换模块，将电池电压转换为llc变换器需要的电压，扩大了转换系统的输入电压范围；

17、2.进一步地，本申请通过设置在启动时电压转换模块的启动控制信号占空比，使启动时电压转换模块的输出从当前电压进行启动，防止了转换系统的反复重启；

18、3.进一步地，本申请通过在启动时与正常工作时，设置不同的占空比限幅区间，防止系统重启，保证了系统的正常运行。

技术特征：

1.一种级联式车载直-直转换系统，其特征在于：包括电压转换模块、llc谐振变换器模块、检测模块和控制模块，电压转换模块和llc谐振变换器模块依次连接，用于将输入电压转换成llc谐振变换器模块的输入电压范围，检测模块分别与电压转换模块和llc谐振变换器模块连接，用于检测电压转换模块和llc谐振变换器模块的电路参数，控制模块分别与电压转换模块、llc谐振变换器模块、检测模块连接，用于根据检测结果，采用电压外环与电流内环运算，控制电压转换模块、llc谐振变换器模块的工作。

2.根据权利要求1所述的一种级联式车载直-直转换系统，其特征在于：电压转换模块包括同步buck电路，同步buck电路的输入端用于连接到直流电源的输出端，在直流电源的正输出端，连接第一功率管的输入端，第一功率管的输出端连接第二功率管的输入端、第一电感的一端，第一电感的另一端连接第一电容的一端，并作为电压转换模块的正输出端，第二功率管的输出端、第一电容的另一端连接直流电源的负输出端，并作为电压转换模块的负输出端。

3.根据权利要求1所述的一种级联式车载直-直转换系统，其特征在于：llc谐振变换器模块包括相互连接的llc变换器和同步整流电路，llc变换器包括半桥和llc组合，半桥包括依次连接的第三功率管和第四功率管，第三功率管的输入端连接到电压转换模块的正输出端，其输出端连接到第四功率管的输入端、llc组合中第二电容一端，第四功率管的输出端连接到电压转换模块的负输出端、llc组合中变压器初级绕组的反相引出端，llc组合包括串联连接的第二电容、第二电感、变压器初级绕组；变压器的第一次级绕组的同相端连接到第五功率管的输入端，其反相端连接到第二次级绕组的同相端、滤波电容的一端，并作为llc谐振变换器模块的负输出端，第二次级绕组的反相端连接到第六功率管的输入端，第五功率管的输出端连接到滤波电容的另一端、第六功率管的输出端，并作为llc谐振变换器模块的正输出端。

4.根据权利要求3所述的一种级联式车载直-直转换系统，其特征在于：同步整流电路包括同步整流芯片，连接到第五功率管、第六功率管，用于检测第五功率管漏源极之间的压降、第六功率管漏源极之间的压降，并根据检测结果，输出控制信号控制第五功率管、第六功率管的导通或截止。

5.根据权利要求1所述的一种级联式车载直-直转换系统，其特征在于：控制模块包括依次连接的第一差分运算器、第一pi运算器、第二差分运算器、第二pi运算器、控制芯片，第一差分运算器、第一pi运算器用于进行电压外环运算，电压外环运算的结果，与电压转换模块中的电流用于进行电流内环运算，其运算结果输入控制芯片用于输出控制信号。

6.根据权利要求1所述的一种级联式车载直-直转换系统，其特征在于：检测模块包括电压检测电路和电流检测电路，电压检测电路用于检测用于检测转换系统中的电压参数，电流检测电路用于检测转换系统中的电流参数。

7.一种级联式车载直-直转换系统控制方法，其特征在于：包括检测转换系统电路参数，根据电压转换模块的第一输入电压和第一输出电路，计算当前时刻电压转换模块的占空比，作为启动时电压转换模块中第一功率管的第一控制信号的最小占空比限幅值，限制电压转换模块启动时第一控制信号占空比幅度；根据系统第二输出电压与第二输出电压设定值，进行电压外环计算，以电压外环计算结果与电压转换模块的电流，进行电流内环计算，用电流内环计算结果作为第一控制信号的占空比，用最小占空比限幅值和最大占空比限幅值，限定第一控制信号占空比，结合llc谐振变换器模块的开环运行频率，控制电压转换模块中第一功率管的导通或截止，在第一功率管启动时同步启动转换系统中第三功率管，由同步整流电路控制变压器次级整流。

8.根据权利要求7所述的一种级联式车载直-直转换系统控制方法，其特征在于：在转换系统的输出电压达到输出电压设定值时，改变第一功率管的第一控制信号占空比限幅范围为最大占空比限幅值与最小占空比限幅值，经过电压外环与电流内环的运算，确定第一控制信号占空比。

9.根据权利要求7或8所述的一种级联式车载直-直转换系统控制方法，其特征在于：以限幅值范围对第一占空比进行限定，在第一占空比低于限幅值下限时，以限幅值下限作为控制信号占空比，在第一占空比高于限幅值上限时，以限幅值上限作为控制信号占空比，在第一占空比属于限幅值下限与限幅值上限之间时，以第一占空比作为控制信号占空比。

10.根据权利要求7或8所述的一种级联式车载直-直转换系统控制方法，其特征在于：电压外环中，对转换系统输出电压与输出电压设定值的差值进行第一pi运算，得到第一pi运算结果，在电流内环中，对电压转换模块中第一电感电流与第一pi运算结果的差值进行第二pi运算，得到第二pi运算结果，作为第一占空比。

11.根据权利要求8所述的一种级联式车载直-直转换系统控制方法，其特征在于：判断输出功率与轻载阈值的比较结果，根据比较结果控制转换系统是工作在轻载模式还是重载模式，在轻载模式时，控制同步整流电路停止工作，在重载模式时，根据电压外环与电流内环的计算结果，调整第一控制信号的占空比。

技术总结
本发明涉及一种级联式车载直‑直转换系统和控制方法，包括电压转换模块、LLC谐振变换器模块、检测模块和控制模块，电压转换模块和LLC谐振变换器模块依次连接，用于将输入电压转换成LLC谐振变换器模块的输入电压范围，检测模块分别与电压转换模块和LLC谐振变换器模块连接，用于检测电压转换模块和LLC谐振变换器模块的电路参数，控制模块分别与电压转换模块、LLC谐振变换器模块、检测模块连接，用于根据检测结果，采用电压外环与电流内环运算，控制电压转换模块、LLC谐振变换器模块的工作。在启动时以当前电压转换模块的占空比作为第一控制信号占空比限幅值，在正常工作时以最小限幅值限定第一控制信号占空比下限，防止系统重启，提高转换效率。

技术研发人员：汪瑶
受保护的技术使用者：忱芯科技（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22