專利名稱：車載低電壓直流電源轉換裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種車載低電壓直流電源轉換裝置，具體而言，改善高速PWM切換方法，是節(jié)省生產(chǎn)成本、實現(xiàn)全方位數(shù)字化控制目的的車載低電壓直流電源轉換裝置。
背景技術：
圖1為傳統(tǒng)車載低電壓直流電源轉換裝置(Low voltage DC-DC Converter,以下簡稱LDC)的概略性電路圖，圖1所示的LDC 10將汽車高電壓電池的輸入電壓轉換為低電壓給車載電子設備供電。如圖1所示，LDC 10接收高電壓電池的高電壓(Vin)，通過按照LDC控制器(未圖示)的輸出電壓指令產(chǎn)生的PWM切換信號，驅動輸入側MOSFET部12的電源開關元件(FET)，控制變壓器14的輸入側輸入電流。并且，變壓器14的輸出側根據(jù)圈數(shù)比產(chǎn)生輸出電流，經(jīng)過輸出側的二極管整流器以及具有平滑功能的電容器產(chǎn)生輸出電壓(Vout)。為了進行電力轉換，LDC 10采用切換能力達到數(shù)百千赫級的高速電源開關元件(FET)，同時為了驅動電源開關元件，采用高效率的高速PWM切換方法-移相全橋零電壓開關(Full-bridge phase shift zero voltage switching,以下簡稱 FB-ZVS)技法。換句話說，傳統(tǒng)的LDC通過包括FB-ZVS信號產(chǎn)生專用元件(IC)在內的PWM產(chǎn)生電路，按照LDC控制器(未圖示)的輸出電壓指令，產(chǎn)生圖1所示的輸入側MOSFET部12各電源開關元件(FET)的切換所需的高速PWM切換信號(S1+、S1-、S2+、S2-)。如圖2所示，PWM產(chǎn)生電路通常是由輸出電壓指令電路、輸出電壓傳感電路、輸出電流傳感電路、FB-ZVS信號發(fā)生專用IC等模擬電路來實現(xiàn)的。在微機等LDC控制器向輸出電壓指令電路傳達指令時，由輸出電壓傳感電路進行比較，生成要輸入到FB-ZVS信號發(fā)生專用IC所需的控制信號。FB-ZVS信號發(fā)生專用IC根據(jù)所輸入的控制信號，生成四個驅動輸入側MOSFET部12的電源開關元件(FET)所需的PWM切換信號(SI+、S1-、S2+、S2-)。但是，在傳統(tǒng)的LDC10中發(fā)生PWM切換信號的FB-ZVS信號發(fā)生專用IC屬于高價零部件，是用以提高生產(chǎn)成本的主要途徑。另外，因為包括FB-ZVS信號發(fā)生專用IC在內的PWM產(chǎn)生電路為模擬電路，所以最近隨著全方面數(shù)字控制的需求增長，人們需要找到有效的替代方法，但是還欠缺相關的開發(fā)。

發(fā)明內容
技術課題
本發(fā)明旨在于，利用微機以軟件化的方式實現(xiàn)傳統(tǒng)生成輸入側MOSFET部切換信號的FB-ZVS信號發(fā)生專用IC等在內的PWM產(chǎn)生電路，提供可以節(jié)省生產(chǎn)成本、更容易實現(xiàn)全方位數(shù)字化的車載低電壓直流電源轉換裝置。技術方案 為了解決上述技術問題，本發(fā)明的車載低電壓直流電源轉換裝置的特征在于，包括:利用事先設定的輸出電壓指令值和內置的PWM S/W計數(shù)模塊，生成和輸出PWM切換信號的LDC控制器；利用根據(jù)從LDC控制器輸入的PWM切換信號來切換的復數(shù)個電源開關元件，將從外部輸入的直流高電壓轉換為交流高電壓的輸入側MOSFET部。上述電源開關元件采用全橋(full bridge)方式由四個FET元件組成，PWM切換信號可以是 FB-ZVS(Full-bridge phase shift zero voltage switching)切換信號。上述PWM S/W計數(shù)模塊的計數(shù)周期與PWM切換信號的周期一致，上述PWM切換信號的負載可以為50%。在這里，上述LDC控制器還可以具備，為了與PWM S/W計數(shù)模塊的計數(shù)周期同步，利用PWM S/W計數(shù)模塊的計數(shù)最大值“Ts”、輸出電壓指令值“Vref ”以及從輸入側MOSFET部輸入的輸入電壓“Vdc”，發(fā)生PWM切換信號“S1+”、“S1-”、“S2+”以及“S2-”所需的PWM
信號發(fā)生模塊。上述PWM信號發(fā)生模塊中，“SI+”在PWM S/W計數(shù)模塊的計數(shù)“0” “(Ts/2)_1”范圍內是開啟(ON)信號，在“(Ts/2)” “Ts-1”范圍內是關閉(OFF)信號，上述的“S2-”在PWM S/W計數(shù)模塊的計數(shù)“0” “a-1”范圍內是關閉(OFF)信號，在“a_l” “b_l”范圍內是開啟(ON)信號，在“b-1” “Ts-1”范圍內是關閉(OFF)信號，上述“SI+”是將“S1-”的相位倒過來發(fā)生的，上述的“S2+”是將“S2-”的相位倒過來發(fā)生的，上述的a可以在計算式“(Ts/2) - (Ts/2)* (Vref/Vdc)” 中求得，上述的 b 可以在計算式 “Ts - (Ts/2) * (Vref/Vdc)”中求得。另外,上述PWM信號發(fā)生模塊感應輸入電壓(Vdc)及其對應的輸入電流以及輸入側MOSFET部輸出的輸出電壓及其輸出電流，感應結果發(fā)現(xiàn)傳感狀態(tài)有異常時發(fā)生警報，關閉PWM信號發(fā)生模塊的動作。有益效果
如上所述，本發(fā)明利用LDC控制器以軟件的方式實現(xiàn)，傳統(tǒng)生成包括輸入側MOSFET部切換信號的FB-ZVS信號發(fā)生專用IC等在內的PWM產(chǎn)生電路，既可以節(jié)省生產(chǎn)成本，又可以體現(xiàn)全方位數(shù)字化。


圖1為傳統(tǒng)車載低電壓直流電源轉換裝置的概略性電路 圖2為傳統(tǒng)PWM產(chǎn)生電路的概略性電路 圖3為與本發(fā)明一個實施方式相關的車載低電壓直流電源轉換裝置的LDC控制器方框
圖4為說明與本發(fā)明一個實施方式相關的車載低電壓直流電源轉換裝置的控制程序
圖5為說明與本發(fā)明一個實施方式相關的車載低電壓直流電源轉換裝置的操作波形圖。附圖標記說明
10: LDC控制器 12: PWM S/W計數(shù)模塊14: PWM信號發(fā)生模塊。
具體實施例方式下面結合附圖詳細說明與本發(fā)明一個實施方式相關的車載低電壓直流電源轉換
裝直。圖3為與本發(fā)明一個實施方式相關的車載低電壓直流電源轉換裝置的LDC控制器方框圖。如圖3所示，在與本發(fā)明一個實施方式相關的車載低電壓直流電源轉換裝置中，LDC控制器10向輸入側MOSFET部輸出PWM切換信號(SI+、S1-、S2+、S2-)。與本發(fā)明實施方式相關的車載低電壓直流電源轉換裝置可以具備，對輸入側MOSFET部轉換的交流電壓進行感應的變壓器以及將經(jīng)變壓器降壓的交流電壓轉換為直流電壓輸出的輸出側整流部。輸入側MOSFET部利用根據(jù)LDC控制器10輸入的PWM切換信號(SI+，S1-, S2+，S2-)進行切換的復數(shù)個電源開關元件(FET)，將從高電壓電池中輸入的直流高電壓(Vin)轉換為交流高電壓。在這里，電源開關元件采用通過FB-ZVS(Full-bridge phase shift zero voltageswitching)切換信號切換的全橋(full bridge)方式由四個FET元件組成。LDC控制器10利用事先設定的輸出電壓指令值和內置的PWM S/W計數(shù)模塊12，生成PWM切換信號(SI+、S1-、S2+、S2-)輸出到輸入側MOSFET部。如圖3所示，LDC控制器10可以由PWM S/W計數(shù)模塊12和PWM信號發(fā)生模塊14組成。如圖5所示，為了使PWM S/W計數(shù)模塊12的計數(shù)周期與PWM切換信號(S1+、S1_、S2+、S2_)的周期一致，可以設置計數(shù)最大值“Ts”，使PWM切換信號(S1+、S1-、S2+、S2_)與計數(shù)周期同步。例如，使計數(shù)周期“Ts”與頻率相當于100 KHz的PWM發(fā)生周期同步。如圖5的最上方曲線圖顯示，PWM S/W計數(shù)模塊12的最大值為“Ts”，進行向上計數(shù)直到“Ts”，達到“Ts”后數(shù)值將被重置，從“0”開始計數(shù)。為了使PWM信號發(fā)生模塊周期14與PWM S/W計數(shù)模塊12的計數(shù)周期同步，通過計數(shù)最大值“Ts”、輸出電壓指令值“Vref”以及從輸入側MOSFET部輸入的輸入電壓“Vdc”，產(chǎn)生PWM切換信號“SI+”、“S1-”、“S2+”以及“S2-”，輸出到輸入側MOSFET部。在這里，具體說明PWM切換信號FB-ZVS的“S1+”、“S1_”、“S2+”以及“S2_”的發(fā)生。本實施例中，首先生成PWM切換信號“SI+”以及“S2-”，然后將生成的“SI+”和“S2-”的相位倒過來分別生成“S1-”和“S2+”信號。PWM切換信號“SI+”的生成與圖5的最上方所示的PWM S/W計數(shù)模塊12的計數(shù)周期同步發(fā)生。具體而言，“SI+”在PWM S/W計數(shù)模塊12的計數(shù)“0” “(Ts/2)-1”范圍內是開啟(ON)信號，在“(Ts/2)” “Ts-1”范圍內是關閉(OFF)信號。PWM切換信號“S2-”的生成與圖5的最上方所示的PWM S/W計數(shù)模塊12的計數(shù)周期同步發(fā)生。具體而言，“S2-”在PWM S/W計數(shù)模塊12的計數(shù)范圍“0” “a-1”內是關閉(OFF)信號，在“a-1” “b-1”范圍內是開啟(ON)信號，在“b-1” “Ts-1”范圍內又是關閉(OFF)信號。
在這里，如圖5所示，a可以在計算式“ (Ts/2) - (Ts/2) * (Vref/Vdc) ”中求得，b可以在計算式“Ts - (Ts/2) * (Vref/Vdc) ”中求得。如前所述，PWM信號發(fā)生模塊14是將生成的“S1+”、“S2_”的相位倒過來分別生成“S1-”、“S2+”信號，產(chǎn)生PWM切換信號“SI+”、“S1-”、“S2+”以及“S2-”，然后輸出到輸入側MOSFET部。由此，可以得到如圖5最下方顯示的負載驅動電壓“Vab”的波形。另外，PWM信號發(fā)生模塊14感應輸入電壓(Vdc)及其對應的輸入電流以及從輸入側MOSFET部110輸出的輸出電壓以及輸出電流，感應結果傳感狀態(tài)有異常時發(fā)生報警，關閉PWM信號發(fā)生模塊14的動作。下面結合附圖4詳細說明本發(fā)明實施方式中車載低電壓直流電源轉換裝置的操作。首先，LDC控制器10在驅動的同時啟動時鐘中斷服務程序(S405)，感應輸入到輸入側MOSFET部110的輸入電壓(Vdc)、輸入電流以及從輸入側MOSFET部110輸出的輸出電壓和輸出電流(S410)。然后，LDC控制器10利用在S410階段感應到的結果，檢查傳感狀態(tài)是否有異常(S415)，根據(jù)該檢查判斷是否報警(S420)。判斷結果為報警狀態(tài)時，結束本控制程序。S420階段的判斷結果為非報警狀態(tài)時，LDC控制器10設置輸入側MOSFET部110的控制所需的輸出電壓指令值“Vref” (S425)。然后，LDC控制器10利用以上設定的“Vref”計算FB-ZVS切換信號(SI+、S1-、S2+.S2-) (S430)，再輸出到輸入側MOSFET部110的電源開關元件(S435)。按照在S435階段輸出的FB-ZVS切換信號，輸入側MOSFET部110的電源開關元件被切換并將直流電源轉換為交流電源(S440)。如上所述，本實施方式中的車載低電壓直流電源轉換裝置通過微機形態(tài)的LDC控制器簡單的軟件工作邏輯，實現(xiàn)傳統(tǒng)模擬方式的PWM發(fā)生電路的功能，減少部件數(shù)，節(jié)省生產(chǎn)成本，實現(xiàn)傳統(tǒng)PWM發(fā)生電路的數(shù)字化。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種車載低電壓直流電源轉換裝置，其特征在于，包括: 利用事先設定的輸出電壓指令值和內置的PWM S/W計數(shù)模塊，生成和輸出PWM切換信號的低電壓直流電源轉換裝置控制器；以及 利用從低電壓直流電源轉換裝置控制器輸入的PWM切換信號進行切換的復數(shù)個電源開關元件，將從外部輸入的直流高電壓轉換為交流高電壓的輸入側MOSFET部。
2.根據(jù)權利要求1所述的車載低電壓直流電源轉換裝置，其特征在于， 上述電源開關元件采用全橋方式由四個FET元件組成，上述PWM切換信號為移相全橋零電壓開關切換信號。
3.根據(jù)權利要求2所述的車載低電壓直流電源轉換裝置，其特征在于， 上述PWM S/W計數(shù)模塊的計數(shù)周期與PWM切換信號的周期一致，上述PWM切換信號的負載為50%。
4.根據(jù)權利要求3所述的車載低電壓直流電源轉換裝置，其特征在于，上述低電壓直流電源轉換裝置控制器還包括: 為了與PWM S/W計數(shù)模塊的計數(shù)周期同步，利用PWM S/W計數(shù)模塊的計數(shù)最大值“Ts”、輸出電壓指令值“Vref”以及輸入到輸入側MOSFET部的輸入電壓“Vdc”，產(chǎn)生PWM切換信號“S1+”、“S1-”、“S2+”以及“S2-”所需的PWM信號發(fā)生模塊。
5.根據(jù)權利要求4所述的車載低電壓直流電源轉換裝置，其特征在于， 上述PWM信號發(fā)生模塊中，“ SI+”在PWM S/W計數(shù)模塊的計數(shù)范圍“ 0，， “ (Ts/2) -1”內是開啟信號，在“(Ts/2)” “Ts-1”范圍內是關閉信號，上述“S2-”在PWM S/W計數(shù)模塊的計數(shù)“0” “a-1”范圍內是關閉信號，在“b-1”范圍內是開啟信號，再在“Ts-1”范圍內產(chǎn)生為關閉信號的周期，上述“SI+”是將“S1-”的相位倒過來發(fā)生的，“S2+”是將“S2-”的相位倒過來發(fā)生的； 上述a是由計算式“(Ts/2) - (TS/2)*(Vref/VdC)”求得，上述b是由計算式“Ts -(Ts/2) * (Vref/Vdc) ” 求得。
6.根據(jù)權利要求4所述的車載低電壓直流電源轉換裝置，其特征在于， 上述PWM信號發(fā)生模塊感應輸入電壓(Vdc)以及與之對應的輸入電流、從輸入側MOSFET部輸出的輸出電壓和輸出電流，感應結果發(fā)現(xiàn)傳感器狀態(tài)有異常時發(fā)生警報，關閉PWM信號發(fā)生模塊的動作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種車載低電壓直流電源轉換裝置，其特征在于，包括利用事先設定的輸出電壓指令值和內置的PWMS/W計數(shù)模塊，生成和輸出PWM切換信號的LDC控制器；以及，通過從LDC控制器輸入的PWM切換信號切換的復數(shù)個電源開關元件，將從外部輸入的直流高電壓轉換為交流高電壓的輸入側MOSFET部。因此，本發(fā)明利用LDC控制器以軟件的方式實現(xiàn)PWM產(chǎn)生電路，其包括傳統(tǒng)的生成輸入側MOSFET部切換信號的FB-ZVS信號發(fā)生專用IC等，不僅可以節(jié)省生產(chǎn)成本，還可以實現(xiàn)全面數(shù)字化。
文檔編號H02M3/335GK103138584SQ20121028992
公開日2013年6月5日 申請日期2012年8月15日 優(yōu)先權日2011年12月2日
發(fā)明者金元坤 申請人:現(xiàn)代摩比斯株式會社