转换电路的控制方法及车载转换器与流程

1.本发明涉及精密无线充电领域，特别是涉及一种转换电路的控制方法及车载转换器。


背景技术：

2.随着新能源汽车行业进入高速增长的新阶段，电动汽车作为新能源汽车的主力军，其中dcdc转换电路是电动汽车中重要的组成部分，市场对其可靠性和成本的要求不断提高。在具体的使用过程中，由于电动汽车负载具有大动态跳变的特性，因此dcdc转换电路要有较高的动态响应能力。目前，为了实现dcdc转换电路的高动态响应能量，主要使用峰值电流控制的双闭环控制方法，该控制方法享有暂态闭环响应快、增益带宽大、输出电感小等特点，非常适用于dcdc转换电路。但是该控制方法存在着峰值电流与平均输出电流难以校准造成输出偏差问题。
3.常用的解决方案是在副边输出回路中增加单独的电流采样电路，进行信号放大和滤波后进行检测，来实现对平均输出电流的控制。但是通常dcdc转换电路的低压输出电流比较大，通常需要将输出滤波电感电流中转到pcb板上，再通过电流采样电路进行检测，此时不仅占用pcb布板面积，同时成本也会上升，降低了产品的竞争力。


技术实现要素：

4.本发明为了解决上述现有技术中dcdc转换电路的峰值电流和平均输出电流的校准方案复杂且成本高的技术问题，提出一种转换电路的控制方法及车载转换器。
5.本发明采用的技术方案是：本发明提出了一种转换电路的控制方法及车载转换器，
6.其中，转换电路包括原边电路、副边电路以及连接原边电路和副边电路的变压器，转换电路的控制方法包括步骤：
7.步骤一，设置副边电路运行的预设参数；
8.步骤二，将所述预设参数带入预设运算模型中计算出原边电路的运行参数；
9.步骤三，根据所述运行参数调整所述原边电路的工作状态，使所述副边电路的输出参数工作于预设范围内。
10.进一步的，所述预设参数包括所述副边电路单位周期内的预设平均输出电流和预设输出电压，将所述预设平均输出电流代入第一预设运算模型计算出第一预设峰值电流，将所述预设输出电压代入第二预设运算模型计算出第二预设峰值电流，取所述第一预设峰值电流和所述第二预设峰值电流中的最小值为预设峰值电流，将所述原边电路在所述单位周期内的峰值电流调整为所述预设峰值电流，使副边电路的输出电流或输出电压工作于误差范围。
11.其中，当所述第一预设峰值电流小于所述第二预设峰值电流时，所述第一预设峰值电流为所述预设峰值电流，所述副边电路工作于恒流模式，所述预设峰值电流用于控制
副边电路在恒流模式时实际的输出电流处于所述预设平均输出电流的误差范围内；当所述第二预设峰值电流小于所述第一预设峰值电流时，所述第二预设峰值电流为所述预设峰值电流，所述副边电路工作于恒压模式，在恒压模式时实际的输出电压处于所述预设输出电压的误差范围内，而恒压模式为现有技术中已经实现的部分，不是本发明的重点，故不做详细说明。
12.进一步的，所述预设第一运算模型为：i
peak1
＝i
peak副
*n-i
补偿
，i
peak1
表示所述第一预设峰值电流，i
补偿
表示斜坡补偿电流，i
peak副
表示所述副边电路的峰值电流，n表示变压器的匝数比。
13.进一步的，所述副边电路的峰值电流满足：δi为所述副边电路中输出电感的电流变化值，i
avg
为所述预设平均输出电流。
14.进一步的，所述副边电路中输出电感的电流变化值满足：t
on
表示所述单位周期内所述副边电路开关管的导通时间，v
l
表示所述输出电感两端的电压，l表示所述输出电感的感量。
15.进一步的，所述输出电感两端的电压满足：v
l
＝v
in
*n-v
out
，v
in
表示所述原边电路的输入电压，v
out
表示所述副边电路的输出电压。
16.进一步的，所述副边电路的输出电压满足：duty表示所述副边电路中开关管的有效占空比，t
all
表示所述单位周期。
17.进一步的，通过调整所述原边电路开关管的占空比调整所述原边电路的峰值电流。
18.车载转换器，使用上文所述的转换电路的控制方法。
19.与现有技术比较，本发明提出的转换电路的控制方法通过采集原边电路的输入电压和副边电路的输出电压，再通过第一预设运算模型计算出第一预设平均输出电流，通过将原边电路的峰值电流调整为第一预设平均输出电流可以将副边电路实际的输出平均电流控制在预设平均电流的偏差范围内从而实现恒流控制。且该方法使低压侧大电流的部分可以不经过pcb进行中转，直接通过铜排与电感以及输出端子进行连接，减小了pcb走线的损耗，提高了效率，也提高了产品可靠性，降低了产品成本，提升了产品的竞争力。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明实施例中转换电路的控制方法的流程图；
22.图2为本发明实施例中仿真事例的原边电路的峰值电流和副边电路实际的平均输出电流的图表；
23.图3为本发明实施例中仿真事例的副边电路实际的平均输出电流和预设平均输出电流的折线图。
具体实施方式
24.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
25.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.为了解决转换电路中峰值电流与平均输出电流难以校准造成输出偏差问题，目前常用的解决方案是在副边电路中增加单独的电流采样电路，在信号放大和滤波后进行检测，来实现对平均输出电流的控制。但是通常转换电路中副边电路的低压输出电流比较大，需要将输出滤波电感电流中转到pcb板上，再通过电流采样电路进行检测。该方法不仅占用pcb布板面积，同时也会使成本上升，降低产品的竞争力。
29.为了以较低的成本、更简便却更精准的控制方法解决峰值电流和平均输出电流难以校准的问题，本发明提出一种转换电路的控制方法，其中转换电路包括原边电路、副边电路和连接原边电路和副边电路的变压器，转换电路的控制方法包括步骤：
30.步骤一，设置副边电路运行的预设参数；
31.步骤二，将预设参数带入预设运算模型中计算出原边电路的运行参数；
32.步骤三，根据运行参数调整原边电路的工作状态，使副边电路的输出参数工作于预设范围内。
33.其中，步骤一中的提出的“预设参数”包括：设置副边电路单位周期内的预设平均输出电流和预设输出电压；步骤二中提出的“将预设参数带入预设运算模型中计算出原边电路的运行参数”包括：将预设平均输出电流代入第一预设运算模型计算出第一预设峰值电流；将预设输出电压代入第二预设运算模型计算出第二预设峰值电流；步骤三中提出的“根据运行参数调整原边电路的工作状态，使副边电路的输出参数工作于预设范围内”包括：取第一预设峰值电流和第二预设峰值电流中的最小值为预设峰值电流，当第一预设峰值电流小于第二预设峰值电流时，第一预设峰值电流为预设峰值电流，副边电路工作于恒流模式，预设峰值电流用于控制副边电路在恒流模式时实际的输出电流处于预设平均输出电流的误差范围内；当第二预设峰值电流小于第一预设峰值电流时，第二预设峰值电流为预设峰值电流，副边电路工作于恒压模式，在恒压模式时实际的输出电压处于预设输出电
压的误差范围内。
34.下面结合附图以及实施例对本发明的原理及结构进行详细说明。
35.如图1所示，本发明提出的转换电路的控制方法中的三步骤的详细内容为：
36.步骤一，根据转换电路使用的具体情况设置合适的预设平均输出电流和预设输出电压，该预设平均输出电流表示副边电路在某个单位周期内最大的平均输出电流；
37.步骤二，(1)将预设平均输出电流输入电流环控制系统中，电流环控制系统按照第一预设运算模型工作以此计算出第一预设峰值电流，第一预设峰值电流可作为原边电路的峰值电流，使副边电路可以实现恒流模式，单位周期内副边电路平均输出电流的实际值在预设平均输出电流的误差范围内。(2)将预设输出电压输入电压环控制系统中，电压环控制系统按照第二预设运算模型工作以此计算出第二预设峰值电流，第二预设峰值电流可作为原边电路的峰值电流，使副边电路可以实现恒压模式，单位周期内副边电路的输出电压的实际值在预设输出电压的误差范围内；
38.步骤三，对比第一预设峰值电流和第二预设峰值电流，取两者中最小的一个作为预设峰值电流，将原边电路在该单位周期内的峰值电流调整为预设峰值电流对应的大小。其中，以第一预设峰值电流作为预设峰值电流时，副边电路工作于恒流模式，以第二预设峰值电流作为预设峰值电流时，副边电路工作于恒压模式。
39.进一步的，因为所以原边电路的峰值电流＝副边电路的峰值电流
×
变压器的匝数比。但是，同时需要考虑到在实际使用过程中斜坡补偿的因素，所以最终的原边电路的峰值电流＝副边电路的峰值电流
×
变压器的匝数比-斜坡补偿电流，即：修正因为斜坡补偿而带来的预设峰值电流按照一定斜率缓降，从而导致实际峰值电流比预设峰值电流的那部分，具体表达为：
40.i
peak1
＝i
peak副
*n-i
补偿
，其中i
peak1
表示所述第一预设峰值电流，i
补偿
表示斜坡补偿电流，i
peak副
表示所述副边电路的峰值电流，n表示变压器的匝数比。
41.再对单位周期内分析副边电路可知：再对单位周期内分析副边电路可知：再对单位周期内分析副边电路可知：即：
42.其中δi为副边电路中输出电流的变化量，i
avg
为预设平均输出电流。又因为输出电感在副边电路中，所以在单位周期内输出电感的电流变化值等于副边电路的输出电流的变化量，即δi也可以表示为副边电路中输出电感的电流变化值。再根据输出电感的感量、电压和电流的关系：根据输出电感的感量、电压和电流的关系：即：
43.由此可得：其中t
on
表示该单位周期内副边电路开关管的导通时
间，v
l
表示输出电感两端的电压，l表示输出电感的感量。又因为本发明提出的转换电路的控制方法是利用原边电路的峰值电流控制副边电路的平均输出电流，所以在设置了预设平均输出电流的前提下需要先获取原边电路的峰值电流，再通过控制原边电路开关管的占空比、副边电路开关管的占空比来调节，所以在第一预设运算模型中t
on
是未知的，我们需要将t
on
换成已知量。在本发明提出的第一预设模型中：
44.所以该单位周期内：所以该单位周期内：其中该单位周期是已知的，副边电路的输出电压也是通过采集已知的。
45.又因为在转换电路中又因为在转换电路中所以可以得出：且因为输出电感两端的电压＝副边电路的输入电压-副边电路的输出电压，所以等同替换后得：副边电路的输出电压，所以等同替换后得：若令副边电路中开关管的有效占空比为duty、单位周期为t
all
、v
in
为原边电路的输入电压、v
out
为副边输出电压，即可得出：为副边输出电压，即可得出：则可以简化为：所以再次等同替换后可以得出第一预设运算模型为：
[0046]46.其中f表示频率
[0047]
此外，第二预设运算模型为：根据预设输出电压的值和副边输出电压的采样值经过常用的pi调节器计算得到电压环输出结果，及第二预设峰值电流。
[0048]
且有图2和图3可知，若将本发明提出的第一预设运算模型计算出的第一预设峰值电流作为原边电路的峰值电流，那副边电路处于恒流模式时实际的输出电流和预设平均电流的差异在5％的误差范围内，所以当第一预设运算模型计算出的第一峰值电流作为原边电路的峰值电流时，原边电路的峰值电流和副边电路的平均输出电流能对应校准不会造成输出误差。
[0049]
在上文中为了便于理解都是将变压器的匝数比n等同于但是变压器的匝数比n还可以表示为然后再将上文中的第一预算
模型中的n替换成即可以得出相同的结果。
[0050]
此外，本发明还提出一种使用该转换电路的控制方法的车载转换器。
[0051]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。