專利名稱：Pwm變換器的電流校正方法
技術領域：
本發明涉及一種用于環境友好型車輛的DC/DC變換器和逆變器(自此以后，稱為PWM逆變器)的電流補償方法。更具體地，本發明涉及一種用于環境友好型車輛的PWM變換器的電流補償方法，該方法檢測從變換器內部的電感器以斬波形式輸出的脈動電流的平均值以及發動機的每一個相(U、V、W)以實時補償偏移值。
背景技術：
具有發動機和至少一個驅動電動機的環境友好型車輛，對應于提高燃料消耗效率和廢氣排放強制規定的需求而正被開發。環境友好型車輛包括燃料電池車輛、電動車輛、插電式電動車輛等，并使用高電壓/高電流電源以產生驅動扭矩。環境友好型車輛包括產生所需驅動扭矩的電動機、控制該電動機的逆變器、以及DC/DC變換器，該DC/DC變換器將電池中所存儲的電壓升壓到350至450V，以將該升壓后的電壓供給所述逆變器。該DC-DC變換器是雙向升壓器(booster)型，被配置在高電壓電池與逆變器之間，并將低電壓升至高電壓。當該PWM變換器正在升高電壓時，環境友好型車輛檢測由電感所輸出的電流以實施電流控制和功率限制。并且，逆變器檢測電動機的每一個相的電流流動以控制電流并通過該電流控制產生電動機的驅動力。電感器的電流具有脈動(斬波)形狀，該形狀根據電能開關元件的開關狀態以預定的斜率重復地上升和下降。在這種狀態下，從電感器輸出的單周期平均電流值被用于限制所增加的電流和所輸出的功率。圖8示出了傳統環境友好型車輛的DC-DC變換器中的電感器電流的偏移。參見圖8，當第一和第二開關元件根據傳輸自控制器的第一 PWM負載信號(dutysignal) (PWM P)和第二PWM負載信號(PWM N)而開關時，通過第一和第二開關元件的接通/關斷延遲、電流傳感器的相延遲、濾波電路的相延遲等，在電感器的實際輸出電流(Ideal)和檢測電流(Real)中形成相對輸出的Tdl和Td2延遲，以產生土偏移值。因此，在PWM變換器中的電感器電流的偏移的產生影響了控制精度(電流控制和扭矩控制)和電流相關的保護功能。因為電感器電流的感知延遲是不可避免的，因此使用快速接通/關斷特性的電源模塊和相延遲響應優異的傳感器和濾波電路，從而使延遲最小化，但是這些元件非常昂貴并且滿足環境友好型車輛所需條款的元件非常有限。在從電感器輸出電流的實際時間與其測量時間之間產生差異的情況下，因為在實際車輛的最大驅動和再生制動期間的電流測量時間的誤差，功率限制功能可發生故障，從而能夠產生使驅動的車輛停止的難題。在傳統的環境友好型車輛中，應用A/D感測延遲(A/D sensing delay)法、相位延遲法、平均電流計算法等來測量DC-DC變換器的電感器電流。A/D感測延遲法通過使用傳感器的硬件(H/W)或者通過軟件(S/W)的評估方法，為在從電感器輸出電流的實際時間與其測量時間之間的誤差評估延遲時間(tdelay)，以調整電感器電流的測量時間。然而，該方法存在的問題是它受到在數字控制中用于控制電流的處理器的計算的限制。相延遲法使所測量的電流的相延遲90度，并且該方法能被應用到控制響應相對慢的系統，但是不能被應用到控制響應快速的系統。同樣，通過對單周期電流采樣兩次以要求對單周期多次采樣，平均電流計算法計算平均電流，并因此該方法可被應用到在單周期內要求一次控制的控制方法，但不適合于在單周期內要求多次控制的控制方法。同樣，在測量時間的延遲大于所傳輸的PWM負載信號的狀態下，存在當補償偏移值時產生錯誤的問題。在本背景技術部分所公開的上述信息僅用于增強對本發明背景技術的理解，并且因此它可包括不構成在本國中對于本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。
發明內容
本發明為了提供一種用于環境友好型車輛的DC/DC變換器的電流補償方法，該方法檢測從DC-DC變換器的電感器以斬波形式輸出的脈動電流的上升斜率和下降斜率以計算電流的變化量，通過考慮實際電流和測量電流的延遲，根據PWM負載信號計算電感器的平均電流以實時計算偏移值，并補償該偏移值。根據本發明的一個示例性實施方式的PWM變換器的電流補償方法可包括分析用于開關PWM變換器的PWM信號，如果該PWM信號是接通，則比較檢測電流和由電感器輸出的實際電流之間的延遲時間與上升半周期長度(rise half cycle size),根據所述上升半周期長度和所述延遲時間的比較結果計算電流變化量并確定用于補償電流變化量的偏移補償值，并應用該偏移補償值來補償電感器的檢測電流。如果PWM信號是關斷，該方法可進一步地包括比較下降半周期長度(descent halfcycle size)和從電感器輸出的實際電流與檢測電流之間的延遲時間，根據下降半周期長度和延遲時間的比較結果計算電流變化量以確定用于補償該電流變化量的偏移補償值，并應用該偏移補償值來補償電感器的檢測電流。當上升半周期的長度與延遲時間在PWM信號為接通的條件下比較時，如果上升半周期的長度小于延遲時間，那么能夠確定從電感器輸出的實際輸出的斜率不同于檢測電流的斜率，并且計算上升斜率的電流變化量以確定用于補償電流變化量的偏移補償值。當上升半周期的長度與延遲時間比較時，如果該上升半周期的長度大于延遲時間，那么能夠確定從電感器輸出的實際電流的斜率等于檢測電流的斜率，并且計算上升斜率的電流變化量以確定用于補償電流變化量的偏移補償值。當下降半周期的長度與延遲時間在PWM信號為關斷的條件下比較時，如果下降半周期的長度小于延遲時間，那么能夠確定從電感器輸出的實際電流的斜率不同于檢測電流的斜率，并且計算下降斜率的電流變化量以確定用于補償電流變化量的偏移補償值。當下降半周期的長度與延遲時間在PWM信號為關斷的條件下比較時，如果下降半周期的長度大于延遲時間，那么能夠確定從電感器輸出的實際電流的斜率等于檢測電流的斜率，并且計算下降斜率的電流變化量以確定用于補償電流變化量的偏移補償值。根據本發明的一個示例性實施方式的非短暫計算機可讀介質含有通過處理器或控制器執行的程序指令，用于實施PWM變換器的電流補償方法。該計算機可讀介質包括分析用于開關PWM變換器的PWM信號的程序指令；如果PWM信號為接通，則比較檢測電流和從電感器輸出的實際電流之間的延遲時間與上升半周期長度的程序指令；根據所述上升半周期長度和所述延遲時間的比較結果計算電流變化量并確定用于補償電流變化量的偏移補償值的程序指令；以及應用該偏移補償值來補償電感器的檢測電流的程序指令。在本發明的這樣的環境友好型車輛中，針對PWM變換器的電感器輸出電流考慮實際電流輸出時間與電流的測量時間之間的延遲，以計算實際時間中的電流的平均電流，使得該偏移值被精確地補償，并且從而穩定和可靠地限制PWM變換器的輸出和功率。定義本文所用的術語僅是出于描述特定實施方式的目的，不是要限定本發明。如本文所使用的單數形式的“一個”、“一種”和“所述”也要包括復數形式，除非本文的上下文有不同的清楚地說明。應該進一步理解，術語“包括”和/或“含有”，當在本說明書中使用時，指定了規定的特征、整體、步驟、操作、部件和/或元件的存在，但并不排除一個或多個其它的特征、整體、步驟、操作、部件、元件和/或它們的組合的存在或附加。正如本文所使用的，術語“和/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意一個和全部組合。應該理解術語“車輛”或“車輛的”或本文所用的其它類似術語通常包括機動車，例如包括多功能運動車(SUV)、公共車輛、卡車、各種商用車的載客汽車；包括各種船和艇的水運工具；飛行器等，并包括混合動力車、電動車、插電式混合電動車、氫動力車以及其它替代燃料的車輛(例如從石油之外的資源所獲得的燃料)。在本文提及的混合動力車是具有兩種或更多種動力源的車輛，比如汽油動力和電動力車輛。
圖1示意性的示出了根據本發明的一個示例性實施方式的用于環境友好型車輛的DC-DC變換器和逆變器。圖2示出了根據本發明的一個示例性實施方式的用于環境友好型車輛的DC-DC變換器的電感器所輸出的電流波形。圖3示出了根據本發明的一個示例性實施方式的用于環境友好型車輛的DC-DC變換器的開關和電感器的電流輸出關系。圖4是示出根據本發明的一個示例性實施方式的用于環境友好型車輛的DC-DC變換器的開關和電感器的電流輸出關系的第一圖解。
圖5是不出根據本發明的一個不例性實施方式的用于環境友好型車輛的DC-DC變換器的開關和電感器的電流輸出關系的第二圖解。圖6是不出根據本發明的一個不例性實施方式的用于環境友好型車輛的DC-DC變換器的開關和電感器的電流輸出關系的第三圖解。圖7是示出根據本發明的一個示例性實施方式的用于環境友好型車輛的DC-DC變換器的電流測量步驟的流程圖。圖8示出用于環境友好型車輛的DC-DC變換器中的電感器電流的偏移。下面所列的附圖標記用于方便讀者理解:101:電池102 =DC-DC 變換器103:逆變器104:電動機200:控制器
具體實施例方式此后，參照附圖將更完整地描述本發明，在附圖中示出了本發明的示例性實施方式。本領域技術人員將認識到，只要不偏離本發明的精神和范圍，可以以各種不同的方式對所述的實施方式進行修改。為了闡明本發明，將省略與說明不相關的部分，并且在整個說明書中，相同的元件或等效物將引用相同的附圖標記。同樣，每一個元件的長度和厚度在附圖中隨意地示出，但是本發明不因此而受限制，并且在附圖中，為了清楚，層、膜、平板、區域等的厚度都被放大了。圖1示意性地示出了根據本發明的一個示例性實施方式的用于環境友好型車輛的DC-DC變換器的電流補償裝置。參照圖1，本發明的一個示例性實施方式包括電池101、DC-DC變換器102、逆變器103、電動機104以及控制器200。電池101包括以高電壓存儲DC電能的多個單元電池。電池101可包括鎳氫電池、鋰離子可充電電池以及大容量電容器中的一種以將所存儲的DC高電壓供應至DC-DC變換器102。DC/DC變換器102被配置在電池101與逆變器103之間，并根據控制器200的PWM負載信號將從電池101供應的DC電壓升高至預定的水平，以將其輸出到逆變器103。DC-DC變換器102包括平滑電容器(Cbe)、電感器(L)、第一開關元件S1、第二開關元件S2以及DC鏈接電容器(DC link capacitor) (Cdc)。平滑電容器(Cbe)使電池101兩端之間的電壓變化平滑以穩定從電池101輸出的電壓。電感器(L)根據通過平滑電容器(Cbe)供應的電壓的變化量阻止電流的快速變化。根據從控制器200傳輸的PWM負載信號，第一開關兀件SI和第二開關兀件S2將經過電感器(L)供應的電池101的電壓升高至預定的高水平。
DC鏈接電容器(Cd。)臨時存儲通過第一開關元件SI和第二開關元件S2而升高的電壓以將其供給至逆變器103。逆變器103將根據控制器200的PWM負載信號通過DC-DC變換器102升高的DC電壓轉換至三相AC電壓，并且該AC電壓被供應至電動機104以驅動該電動機104。輸出U、V和W相的電源開關元件被配置在逆變器103內以串聯連接的上側和下側上。該電源開關元件包括NPN晶體管、IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)以及MOSFET中的一種。電動機104為三相AC型，通過從逆變器103供應的三相AC電壓產生驅動扭矩，并在車輛的再生制動期間作為發電機而工作。控制器200應用預定的電流指令圖(instruction map)數據,根據從高級控制器傳輸的扭矩指令產生用于開關DC-DC變換器105的PWM信號，由此開關第一開關元件SI和第二開關元件S2以將電池101的電壓升至預定的水平，并且將升高的電壓供應到逆變器103。在控制器200根據控制器的扭矩指令產生PWM負載信號(PWMS1、PWM S2)以開關第一開關兀件SI和第二開關兀件S2,使得電池101的電壓升高時，電池101的輸出電壓(Vb)通過平滑電容器(Cbc)檢測，并且DC-DC變換器的輸出電壓(Vdc)利用輸出電流(Ib)和電感器(L)的DC鏈接電容器(Cd。)被充電，以輸出遵循要求指令的功率。當電池101 的電壓通過DC-DC變換器102的第一開關元件SI和第二開關元件S2的開關而升高時，控制器200檢測從電感器(L)以斬波形式輸出的脈動電流的上升斜率和下降斜率以計算電流變化量，通過考慮實際電流和檢測電流的延遲根據PWM負載信號計算電感器的平均電流以實時產生偏移值，并補償該偏移值使得穩定地進行電流控制和功率限制。如下面所列，本發明的操作包括上述的功能。本發明涉及補償以脈動型從DC-DC變換器的電感器(L)輸出的實際電流和檢測電流的時間差異的方法，并且該方法將被描述為用于在環境友好型車輛的駕駛期間，當電池101的電壓通過DC-DC變換器102的開關而升高時。其它的控制操作與那些傳統的環境友好型車輛相似或相同，并因此省略對它們的具體描述。圖2示出從根據本發明的一個示例性實施方式的用于環境友好型車輛的DC-DC變換器的電感器輸出的電流波形。參照圖2，當通過被配置在DC-DC變換器102中的第一開關元件SI和第二開關元件S2的開關使電池101的電壓升高時，電感器(L)輸出脈動型電流。在該過程中，如果使用電壓方程，由電感器(L)所輸出的電流的上升斜率可如方程I所述計算，并且其下降斜率可如方程2所述計算。(方程I)Δ =
L(方程2)Δ = —
L
因此，應用電感器(L)電流的長度和斜率，從而能夠在方程3中計算上升斜率的電流變化量，并在方程4中計算下降斜率的電流變化量。(方程3)
權利要求
1.一種PWM變換器的電流補償方法，包括: 分析用于開關PWM變換器的PWM信號； 如果該P麗信號為接通，則在檢測電流和由電感器輸出的實際電流之間比較延遲時間與上升半周期長度； 根據所述上升半周期長度與所述延遲時間的比較結果計算電流變化量并確定用于補償電流變化量的偏移補償值；以及 應用所述偏移補償值來補償所述電感器的所述檢測電流。
2.根據權利要求1所述的PWM變換器的電流補償方法，其中如果所述PWM信號為關斷，那么所述方法還包括: 比較下降半周期長度和從電感器輸出的實際電流與檢測電流之間的延遲時間； 根據下降半周期長度與延遲時間的比較結果計算電流變化量，以確定用于補償該電流變化量的偏移補償值；以及 應用所述偏移補償值來補償所述電感器的所述檢測電流。
3.根據權利要求1所述的PWM變換器的電流補償方法，其中當在所述PWM信號為接通的條件下比較上升半周期的長度與延遲時間時，如果上升半周期的長度小于延遲時間，則確定從電感器輸出的實際輸出的斜率不同于檢測電流的斜率，并且計算上升斜率的電流變化量以確定用于補償電流變化量的偏移補償值。
4.根據權利要求1所述的PWM變換器的電流補償方法，其中當上升半周期的長度與延遲時間比較時，如果該上升半周期的長度大于延遲時間，則確定從電感器輸出的實際電流的斜率等于檢測電流的斜率，并且計算上升斜率的電流變化量以確定用于補償電流變化量的偏移補償值。
5.根據權利要求2所述的PWM變換器的電流補償方法，其中當在所述PWM信號為關斷的條件下比較下降半周期的長度與延遲時間時，如果下降半周期的長度小于延遲時間，則確定從電感器輸出的實際電流的斜率不同于檢測電流的斜率，并且計算下降斜率的電流變化量以確定用于補償電流變化量的偏移補償值。
6.根據權利要求2所述的PWM變換器的電流補償方法，其中當在所述PWM信號為關斷的條件下比較下降半周期的長度與延遲時間時，如果下降半周期的長度大于延遲時間，則確定從電感器輸出的實際電流的斜率等于檢測電流的斜率，并且計算下降斜率的電流變化量以確定用于補償電流變化量的偏移補償值。
7.一種非短暫計算機可讀介質，含有由處理器或控制器執行的程序指令，用于實施PWM變換器的電流補償方法，所述計算機可讀介質包括: 分析用于開關PWM變換器的PWM信號的程序指令； 如果PWM信號為接通，則在檢測電流和從電感器輸出的實際電流之間比較延遲時間與上升半周期長度的程序指令； 根據所述上升半周期長度與所述延遲時間的比較結果計算電流變化量并確定用于補償電流變化量的偏移補償值的程序指令；以及 應用所述偏移補償值來補償所述電感器的所述檢測電流的程序指令。
全文摘要
本發明涉及一種用于DC/DC變換器的電流補償方法，該方法檢測從被用于DC-DC變換器中的電感器以斬波形式輸出的脈動電流的平均值，以實時補償偏移值。根據本發明的一個示例性實施方式的DC/DC變換器的電流補償方法可包括，分析用于開關DC-DC變換器的PWM信號，如果該PWM信號為接通，則比較檢測電流和由電感器輸出的實際電流之間的延遲時間與上升半周期長度，根據所述上升半周期長度和所述延遲時間的比較結果計算電流變化量并確定用于補償電流變化量的偏移補償值，并應用該偏移補償值來補償電感器的檢測電流。
文檔編號H02M3/335GK103166472SQ201210278809
公開日2013年6月19日 申請日期2012年6月29日 優先權日2011年12月8日
發明者金成奎, 崔遠景, 郭武信, 裴秀炫 申請人:現代自動車株式會社