[实用新型]使用数字控制的DC/DC转换器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种使用数字控制的DC/DC转换器。

背景技术

作为混合动力、纯电动汽车关键能量转换部件之一，DC/DC转换器的功能是将车载高压电池组的电压转换为14V电源以供应常规低压车载设备（单向降压模式），或同时附带14V升压助推能力（双向模式）。DC/DC转换器具有多种实现方式,如丰田汽车公司的凯美瑞混合动力车早期所采用的升压加半桥的两级转换电路，及更普遍的全桥移相零电压开关电路实现。

从控制方式方面，这些DC/DC转换器均采用模拟控制，其核心控制功能，如误差放大器、斜坡发生器、脉宽调制器（PWM）及过压过流保护、软启动等均由专门的开关电源控制集成电路完成。经过几十年的发展，采用模拟控制的顶级规范DC/DC转换器性能已经基本到达其顶峰。使用熟悉的传统模拟控制驱动设计仅允许在转换效率和功率密度指标方面做非常小的改进。

实用新型内容

一种使用数字控制的DC/DC转换器，其实现了DC/DC转换器的数字控制，同时自适应的同步整流器对死区时间实现优化进而达到更高的转换效率。

为了解决现有技术中的这些问题，本实用新型提供的技术方案是：

一种使用数字控制的DC/DC转换器，包括功率级电路以及控制单元两部分，功率级电路的初级包括由四组开关场效应管Q1、Q2、Q3、Q4组成的全桥逆变电路，全桥逆变电路的输入端与直流高压相连接且输出端与高频变压器的初级绕组相接，高频变压器的次级绕组输出经整流滤波后与直流低压输出连接，次级采用由两个场效应管Q5、Q6组成的同步整流器降低次级的导通损耗，控制单元的高精度脉宽调制（HRPWM）输出经驱动电路后接入所述的场效应管Q1～Q6的栅极。

对于上述技术方案，实用新型人还有进一步的优化实施方案。

作为优化，在功率级电路的初级中设有电流变压器，用于向控制单元提供所需的电流信号。

作为优化，全桥逆变电路的输出端还设有换流电感，换流电感同高频变压器的初级绕组串联，再与源边桥臂的寄生电容形成谐振电路实现ZVS操作。

作为优化，控制单元包括微处理器、数据存储器、模数转换器（ADC）、高精度脉宽调制器（HRPWM）、控制律协处理器（CLA），

DC/DC转换器中的功率级电路的模拟信号经缓冲电路同模数转换器相接；

高精度脉宽调制器负责产生功率级开关器件Q1～Q6的栅极控制信号，栅极控制信号的控制量包括精确的周期、相移和死区时间；

控制律协处理器用于对电流进行快速调节，微处理器用于实现低速的输出电压控制及系统监测功；

微处理器与控制律协处理器之间的通信协调通过数据存储器的共享区域完成。

作为优化，控制单元中还设有模拟比较器，DC/DC转换器中的模拟信号送入到模拟比较器，模拟比较器比较电压、电流、温度信号判断是否存在过压、过流和超温，并且根据判定结果通过高精度脉宽调制器实现对DC/DC转换器的功率级电路的控制，用于实现快速系统保护避免损坏DC/DC转换器硬件。

作为优化，DC/DC转换器中的功率级电路的模拟信号包括输入电压、输出电压、电流以及温度信号。

基于上述使用数字控制的DC/DC转换器实用新型人可采用如下效率优化方法，所述方法用于搜索最佳的延迟时间t_d1和t_d2，t_d1以Q₂控制PWM的下降沿为参考，t_d2以Q₄控制PWM的下降沿为参考，使转换器的稳态占空比最小，DC/DC转换器的控制单元的多路PWM共享同一时间基准，具体优化流程（以搜索t_d1为例描述）如下：

步骤1、开始将t_d1设定为一充分小的时间值以保证DC/DC转换器安全运行，保存此值作为最优值；

步骤2、等待系统达到稳态，控制器保存相应的稳态占空比；

步骤3、控制器按步长Δt_d1递增死区时间t_d1；

步骤4、算法待系统达到新的稳态，控制器获取t_d1增加后的占空比并与第3步的占空比进行比较；

步骤5、如果新的稳态占空比小于或等于保存的占空比值，算法以新占空比值覆盖旧值后返回步骤3，重复步骤3～5；

步骤6、新的稳态占空比大于保存的占空比值，算法设定递增前的t_d1为最优值并结束t_d1搜索；