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CN110920440A - 车载dcdc变换器放电方法、以及放电电路 - Google Patents

车载dcdc变换器放电方法、以及放电电路 Download PDF

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CN110920440A CN201911368291.9A CN201911368291A CN110920440A CN 110920440 A CN110920440 A CN 110920440A CN 201911368291 A CN201911368291 A CN 201911368291A CN 110920440 A CN110920440 A CN 110920440A
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冯颖盈
姚顺
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Abstract

本发明公开了车载DCDC变换器放电方法、以及放电电路，其中车载DCDC变换器放电方法包括：根据母线电压确定放电频率，将DCDC变换器中第一桥臂中的上桥臂功率开关和第二桥臂中的下桥臂功率开关分为一组、第二桥臂中的上桥臂功率开关和第一桥臂中的下桥臂功率开关分为另一组，控制两组中的功率开关按所述放电频率轮流通断形成放电回路，以消耗母线电容C2中的电荷；本发明利用车载DCDC变换器自身电路中原有的功率器件实现放电功能，使得输出端电压将降低到安全等级，不需要额外增加放电开关和电阻，减小了DCDC变换器的体积，降低了产品成本，增加了产品功率密度。

Description

车载DCDC变换器放电方法、以及放电电路
技术领域
本发明涉及电动汽车充电技术领域，具体涉及车载DCDC变换器主动放电方法、以及放电电路。
背景技术
车载DCDC变换器中的高压动力电池通过直流母线、母线电容C2（该电容连接在正、负极母线之间）、DCDC变换器连接低压负载，在停车前需要泄放母线电容C2上的电荷，以降低整机电压，保障系统安全延长使用寿命。参看图1，现有的泄放电荷方案是在正、负极母线之间之间增加一条放电支路，放电支路中有串联的MOS管Q9和放电电阻R1，MOS管Q9导通后利用放电电阻R1消耗母线电容C2中的电荷。但改方案需要增加一条放电支路，加大了DCDC变换器的体积，增加了产品成本，减小了产品功率密度。
因此，如何设计一种不增加零部件，即可实现母线电容C2放电的车载DCDC变换器放电方法、以及放电电路是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提出一种车载DCDC变换器放电方法、以及放电电路。
本发明采用的技术方案是设计一种车载DCDC变换器放电方法：根据母线电压确定放电频率，将DCDC变换器中第一桥臂中的上桥臂功率开关和第二桥臂中的下桥臂功率开关分为一组、第二桥臂中的上桥臂功率开关和第一桥臂中的下桥臂功率开关分为另一组，控制两组中的功率开关按所述放电频率轮流通断形成放电回路，以消耗母线电容C2中的电荷。
所述车载DCDC变换器放电方法包括以下控制步骤：
步骤1、断开串联在母线中的高压继电器，进入放电模式；
步骤2、采样母线电压；
步骤3、判断母线电压是否大于安全阈值，如高于安全阈值则转步骤4，如不高于安全阈值则转步骤6；
步骤4、根据母线电压确定放电频率；
步骤5、控制DCDC变换器中的功率开关按所述放电频率进行通断，转步骤2；
步骤6、退出放电模式。
所述步骤4包括根据公式： F= Ploss/(0.5*Cs*V2)计算放电频率，其中：F为放电频率，Ploss为功率开关的额定功率，Cs为功率开关寄生的结电容，V为母线电压。
所述步骤4包括将母线电压按幅值高低划分为多个电压档次，每个电压档次对应设置一个放电频率，根据采样到的母线电压确定其对应的放电频率。
在一个实施方案中，将所述电压档次和与之对应的放电频率制成表格，存放在存储器中供控制器调用。
在另一个实施方案中，将所述电压档次和与之对应的放电频率制成电压频率对照图，存放在存储器中供控制器调用。
所述放电频率采用的范围为：5kHz到1MHz。
本发明还公开了一种车载DCDC变换器放电电路，其包括依次连接的高压电池、母线、DCDC变换器、低压负载，所述母线包括正极母线和负极母线，正、负极母线之间连接母线电容C2，所述母线在连接高压电池的一侧串接高压继电器，控制器采用上述的车载DCDC变换器放电方法对DCDC变换器中的功率开关实施控制。
本发明提供的技术方案的有益效果是：利用车载DCDC变换器自身DCDC变换电路中原有的功率器件实现放电功能，使得输出端电压将降低到安全等级，不需要额外增加放电开关和电阻，减小了DCDC变换器的体积，降低了产品成本，增加了产品功率密度。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是现有车载DCDC变换器放电电路图；
图2是本发明DCDC变换器放电电路第一实施例示意图；
图3是本发明DCDC变换器放电电路第二实施例示意图；
图4是本发明DCDC变换器放电电路第三实施例示意图；
图5是本发明功率开关驱动对应关系图；
图6是本发明放电过程中开关与电容电压对应波形图的局部放大图；
图7是本发明放电过程中开关与电容电压对应波形图；
图8是本发明控制流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种车载DCDC变换器放电方法：根据母线电压确定放电频率，将DCDC变换器中第一桥臂中的上桥臂功率开关和第二桥臂中的下桥臂功率开关分为一组、第二桥臂中的上桥臂功率开关和第一桥臂中的下桥臂功率开关分为另一组，控制两组中的功率开关按所述放电频率轮流通断形成放电回路，以消耗母线电容C2中的电荷。
DCDC变换器正常工作时，电能一般由高压电池经DCDC变换器传输到低压负载。放电模式中电能不是由高压电池传输到低压负载，而是母线电容C2经过两组功率开关交替导通构建的放电回路进行消耗，直到母线和母线电容C2上的电压降到安全范围内。
参看图2示出的第一实施例，图中Q5和Q7是DCDC变换器中第一桥臂中的上桥臂功率开关和下桥臂功率开关，Q6和Q8是DCDC变换器中第二桥臂中的上桥臂功率开关和下桥臂功率开关，Q5、Q7 、Q6、Q8、C1组成高压电池侧。参看图5示出的是本发明功率开关驱动对应关系图，Q5和Q8为一组，同步导通和截止；Q6和Q7为另一组，同步导通和截止。D1、D2、L1、Co组成的低压电池侧。高压电池侧与低压电池侧之间通过变压器T1连接。由于半导体功率器件寄生电容的存在，在开通和关断都会产生损耗，且损耗和器件两端的电压、开关频率成正比。本发明利用车载DCDC变换器自身DCDC变换电路中原有的功率器件在高速的开关频率下，功率器件的开关损耗将HV端口母线电容C2上的能量损耗完，输出端电压将降低到安全。
图2、图3和图4中的低压电池侧相同，高压电池侧略有区别。图2示出的实施例中，Q5、Q7 、Q6、Q8、C1组成高压电池侧。图3示出的实施例中，Q5、Q7 、Q6、Q8、Lr组成高压电池侧。图4示出的实施例中，Q5、Q7 、Q6、Q8、C1、Lr组成高压电池侧。
参看图8示出的较佳实施例控制流程图，所述车载DCDC变换器放电方法包括以下控制步骤：
步骤1、断开串联在母线中的高压继电器，进入放电模式；
步骤2、采样母线电压；
步骤3、判断母线电压是否大于安全阈值，如高于安全阈值则转步骤4，如不高于安全阈值则转步骤6；
步骤4、根据母线电压确定放电频率；
步骤5、控制DCDC变换器中的功率开关按所述放电频率进行通断，转步骤2；
步骤6、退出放电模式。
参看图7示出的放电过程中开关与电容对应波形图，功率开关高速的进行导通和截止，电容C2（MCU电容）两端的电压迅速降低。图6是图7的局部展开图。
在一个实施例中，所述步骤4包括根据公式： F= Ploss/(0.5*Cs*V2) 计算放电频率，其中：F为放电频率，Ploss为功率开关的额定功率，Cs为功率开关寄生的结电容，V为母线电压。
由于功率开关管受到单管损耗以及结温的限制，上述公式中Ploss需要控制到适当的范围，由上述公式可知，高压侧单个功率开关管的损耗由频率F，功率开关的寄生电容Cs以及加在开关管两端的电压决定，寄生电容Cs由所选用器件决定，母线电压（HV）最大电压由高压电池决定。
为避免整个放电过程中功率开关管的瞬态温升过高，需确保器件的损耗是均匀的，由上述公式可知，为实现恒功率放电，在放电过程中，控制器（DSP）需根据母线电压，逐步提升开关频率f；在母线电压为最大值Vmax时，开关频率F为最小开关频率Fmin；反之，母线电压为最小值Vmin，开关频率F为最大开关频率Fmax。
在保证恒功率放电的前提下，放电时间t的计算方式如下：
Figure 183621DEST_PATH_IMAGE002
其中Cin为DCDC高压端口电容（即MCU电容C2），V1为放电前电容Cin上的电压，V2为电容Cin需要放置的最低安全电压，4Ploss为公式计算出的单个管的损耗乘以开关管数量。
在另一个实施例中，所述步骤4包括将母线电压按幅值高低划分为多个电压档次，每个电压档次对应设置一个放电频率，根据采样到的母线电压确定其对应的放电频率。
在上述实施例中，可以将所述电压档次和与之对应的放电频率制成表格，存放在存储器中供控制器调用。
在上述实施例中，还可以所述电压档次和与之对应的放电频率制成电压频率对照图，存放在存储器中供控制器调用。
放电频率是不同于DCDC变换器正常工作的开关频率的，DCDC变换器正常工作时能量由高压电池输向低压负载，开关频率不需要很高；而放电时需要利用功率器件高速开关来产生损耗，故此放电频率设置的很高，所述放电频率采用的范围为：5kHz到1MHz。
本发明还公开了一种车载DCDC变换器放电电路，其包括依次连接的高压电池、母线、DCDC变换器、低压负载，所述母线包括正极母线和负极母线，正、负极母线之间连接母线电容C2，所述母线在连接高压电池的一侧串接高压继电器，控制器采用上述的车载DCDC变换器放电方法对DCDC变换器中的功率开关实施控制。
以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本申请精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请的权利要求范围之中。

Claims (8)

1.一种车载DCDC变换器放电方法，其特征在于，根据母线电压确定放电频率，将DCDC变换器中第一桥臂中的上桥臂功率开关和第二桥臂中的下桥臂功率开关分为一组、第二桥臂中的上桥臂功率开关和第一桥臂中的下桥臂功率开关分为另一组，控制两组中的功率开关按所述放电频率轮流通断形成放电回路，以消耗母线电容C2中的电荷。
2.如权利要求1所述的车载DCDC变换器放电方法，其特征在于，包括以下控制步骤：
步骤1、断开串联在母线中的高压继电器，进入放电模式；
步骤2、采样母线电压；
步骤3、判断母线电压是否大于安全阈值，如高于安全阈值则转步骤4，如不高于安全阈值则转步骤6；
步骤4、根据母线电压确定放电频率；
步骤5、控制DCDC变换器中的功率开关按所述放电频率进行通断，转步骤2；
步骤6、退出放电模式。
3.如权利要求2所述的车载DCDC变换器放电方法，其特征在于，所述步骤4包括根据公式： F= Ploss/(0.5*Cs*V2)计算放电频率，其中：F为放电频率，Ploss为功率开关的额定功率，Cs为功率开关寄生的结电容，V为母线电压。
4.如权利要求2所述的车载DCDC变换器放电方法，其特征在于，所述步骤4包括将母线电压按幅值高低划分为多个电压档次，每个电压档次对应设置一个放电频率，根据采样到的母线电压确定其对应的放电频率。
5.如权利要求4所述的车载DCDC变换器放电方法，其特征在于，将所述电压档次和与之对应的放电频率制成表格，存放在存储器中供控制器调用。
6.如权利要求4所述的车载DCDC变换器放电方法，其特征在于，将所述电压档次和与之对应的放电频率制成电压频率对照图，存放在存储器中供控制器调用。
7.如权利要求1至6任一项所述的车载DCDC变换器放电方法，其特征在于，所述放电频率采用的范围为：5kHz到1MHz。
8.一种车载DCDC变换器放电电路，其特征在于，包括依次连接的高压电池、母线、DCDC变换器、低压负载，所述母线包括正极母线和负极母线，正、负极母线之间连接母线电容C2，所述母线在连接高压电池的一侧串接高压继电器，控制器采用权利要求1至7任一项所述的车载DCDC变换器放电方法对DCDC变换器中的功率开关实施控制。
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