用于汽車啟停系統(tǒng)的大功率高可靠電壓保持器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種汽車配件，具體是指一種用于汽車啟停系統(tǒng)的大功率高可靠電壓保持器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在汽車混合動力技術(shù)中，帶有啟?？刂频幕旌蟿恿?Start_Stop_System)開始大量普及。該型汽車遇紅燈停下時關(guān)斷汽油發(fā)動機，改由電池提供短時間動力；而當(dāng)紅燈變成綠燈時踩發(fā)動機油門，就會重新開啟汽油發(fā)動機，改回由汽油發(fā)動機提供汽車動力并為電池充電。顯然，這種技術(shù)比起汽車一直怠速等待更加節(jié)能；隨著帶有啟?？刂频幕旌蟿恿嚥粩嗤斗攀袌觯貙槠嚨墓?jié)能減排以及施行更高的汽車排放法規(guī)，起到極大的推動作用。
[0003]在汽車啟動時，蓄電池要帶動起動機引燃發(fā)動機。在電磁開關(guān)接通的瞬間，起動電流瞬時高達幾百安培(如150A到600A)，蓄電池電壓會跌落到6V左右。冷啟動電壓跌落幅度比熱啟動電壓跌落幅度更大，一般會增加IV。這種物理現(xiàn)象，在帶有啟?？刂频幕旌蟿恿囍校绮贿M行控制，會給汽車電氣系統(tǒng)帶來嚴重的沖擊干擾，使得汽車電器工作發(fā)生紊亂，給駕駛員造成極大的困惑。
[0004]當(dāng)前，市面上大多數(shù)電壓保持器為小功率低可靠性部件(如200W或400W)，對于功率要求不高一些混合動力汽車可以滿足要求。而對另外一些要求配置大功率高可靠電壓保持器的汽車來講，這些部件就無法滿足其工作要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種功率更大，可靠性更高，體積更小，紋波更小的用于汽車啟停系統(tǒng)的大功率高可靠電壓保持器。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:一種用于汽車啟停系統(tǒng)的大功率高可靠電壓保持器，它包括直通電路模塊、升壓電路模塊、反極性電路模塊、CAN收發(fā)器、CPU處理器、DSP數(shù)字信號處理器和電池；所述的直通電路模塊和升壓電路模塊上均設(shè)有電池輸入和輸出端口，所述的反極性電路模塊與升壓電路模塊電連接；所述的CAN收發(fā)器、CPU處理器和DSP數(shù)字信號處理器依次電連接；所述的CPU處理器與直通電路模塊通過I/O接口電連接，所述的DSP數(shù)字信號處理器與直通電路模塊通過I/O接口電連接；所述的DSP數(shù)字信號處理器同時與升壓電路模塊電連接。
[0007]作為優(yōu)選，所述的升壓電路模塊為多路交織升壓結(jié)構(gòu)，升壓電路模塊包括至少兩個并聯(lián)于保持器電池正極與保持器電壓輸出正極之間的boost升壓電路，保持器電壓輸出正極端連接有反交疊濾波器，反交疊濾波器連接有模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端后連接有第一運算放大器的負極，所述的第一運算放大器的正極接入有參考電壓，所述的第一運算放大器的輸出端連接有數(shù)字補償網(wǎng)絡(luò)模塊，所述的數(shù)字補償網(wǎng)絡(luò)模塊的輸出端連接有數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，所述的數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接有第二運算放大器的負極，所述的第二運算放大器的正極接入有單路電感電流，所述的第二運算放大器的輸出端連接有脈寬調(diào)制模塊，所述的脈寬調(diào)制模塊的輸出端接入到每個boost升壓電路的脈寬調(diào)制通道接口。
[0008]作為改進，電池的負極端設(shè)有用于保護電路中電子器件的大功率M0C管。
[0009]作為進一步改進，它還包括UART串行外設(shè)接口。
[0010]采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:在汽車啟動瞬間電壓跌落到10V以下，該電壓保持器能提供高達1500W、11V以上的短時升壓輸出功率，以及1000W的直通長時輸出功率，從而使得各汽車電子控制單元ECU可以正常工作。同時，直通長時輸出電路功能的可靠性等級為ASIL C，而短時升壓輸出電路功能的可靠性等級為ASIL B，以解決現(xiàn)有技術(shù)中因汽車啟動時導(dǎo)致汽車電器無法正常工作的困擾。另外，支持CAN2.0通信協(xié)議以及UDS診斷和KWP2000等功能，為該部件的實際使用提供了豐富的軟硬件支持環(huán)境。
[0011]綜上所述，本發(fā)明提供了一種功率更大，可靠性更高，體積更小，紋波更小的用于汽車啟停系統(tǒng)的大功率高可靠電壓保持器。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明中用于汽車啟停系統(tǒng)的大功率高可靠電壓保持器的電路方框示意圖。
[0013]圖2是圖1中的升壓電路模塊的電路方框示意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明中用于汽車啟停系統(tǒng)的大功率高可靠電壓保持器的功能示意圖。
[0015]圖4是本發(fā)明中用于汽車啟停系統(tǒng)的大功率高可靠電壓保持器的脈沖寬度調(diào)制示意圖。
[0016]圖5是本發(fā)明中用于汽車啟停系統(tǒng)的大功率高可靠電壓保持器的外圍接口示意圖。
[0017]如圖所示:1、直通電路模塊，2、升壓電路模塊，3、反極性電路模塊，4、CAN收發(fā)器，
5、CPU處理器，6、DSP數(shù)字信號處理器。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0019]結(jié)合附圖1到附圖5，一種用于汽車啟停系統(tǒng)的大功率高可靠電壓保持器，它包括直通電路模塊1、升壓電路模塊2、反極性電路模塊3、CAN收發(fā)器4、CPU處理器5、DSP數(shù)字信號處理器6和電池；所述的直通電路模塊1和升壓電路模塊2上均設(shè)有電池輸入和輸出端口，所述的反極性電路模塊3與升壓電路模塊2電連接；所述的CAN收發(fā)器4、CPU處理器5和DSP數(shù)字信號處理器6依次電連接；所述的CPU處理器5與直通電路模塊1通過1/0接口電連接，所述的DSP數(shù)字信號處理器6與直通電路模塊1通過I/O接口電連接；所述的DSP數(shù)字信號處理器6同時與升壓電路模塊2電連接。
[0020]作為優(yōu)選，所述的升壓電路模塊2為多路交織升壓結(jié)構(gòu)，升壓電路模塊2包括至少兩個并聯(lián)于保持器電池正極與保持器電壓輸出正極之間的boost升壓電路，保持器電壓輸出正極端連接有反交疊濾波器，反交疊濾波器連接有模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端后連接有第一運算放大器的負極，所述的第一運算放大器的正極接入有參考電壓，所述的第一運算放大器的輸出端連接有數(shù)字補償網(wǎng)絡(luò)模塊，所述的數(shù)字補償網(wǎng)絡(luò)模塊的輸出端連接有數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，所述的數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接有第二運算放大器的負極，所述的第二運算放大器的正極接入有單路電感電流，所述的第二運算放大器的輸出端連接有脈寬調(diào)制模塊，所述的脈寬調(diào)制模塊的輸出端接入到每個boost升壓電路的脈寬調(diào)制通道接
□ ο
[0021]作為改進，電池的負極端設(shè)有用于保護電路中電子器件的大功率M0C管。
[0022]作為進一步改進，它還包括UART串行外設(shè)接口。
[0023]本發(fā)明在具體實施時，為實現(xiàn)如圖2中1500W大功率的升壓電路功能，同時考慮到零件的小型化與散熱要求，采用多路交織的升壓電路拓撲即Interleaved Boosts。如多路交織數(shù)目為N，則相鄰單路升壓電路之間的相移就為2 31 /N。多路交織的升壓電路設(shè)計符合ASIL B準(zhǔn)則，所用電子零件如M0S管、電感、二極管等，必須符合相應(yīng)的認證要求。多路交織的升壓電路的整體工作頻率在IMhz以上，單路升壓電路的工作頻率在IMhz/N以上，這樣就使得零件的小型化與均勻散熱成為可能。同時，整個電路的輸出電壓紋波比較單路升壓電路的輸出電壓紋波至少壓縮N倍以上。
[0024]為實現(xiàn)如圖2中升壓電路控制功能，采用以數(shù)字信號處理器DSP為主的雙環(huán)控制模式，即電壓反饋環(huán)與電流反饋環(huán)。如圖2所示，電壓反饋環(huán)通過反交疊濾波器Anti_aliasing filter后進行AD采樣，并與設(shè)置電壓Vref相減后送到數(shù)字補償網(wǎng)絡(luò)Digitalcompensat1n network，然后通過DA轉(zhuǎn)換送出至T2點。電流反饋環(huán)的來源為單路電感電流IL_i。T2點的信號與每個升壓電路的輸入電流值IL_i進行比較，并用比較結(jié)果去調(diào)制該路PWM信號的輸出，達到電壓反饋環(huán)與電流反饋環(huán)并用進行控制的目的。這樣，既滿足了輸出電壓控制的準(zhǔn)確性和紋波減小要求，又滿足了對輸入電壓突變的快速響應(yīng)和調(diào)整。
[0025]為實現(xiàn)圖2中數(shù)字補償網(wǎng)絡(luò)的具體參數(shù)，首先根據(jù)小信號分析或?qū)嶋H測量確定多路交織升壓電路的幅頻與相頻特性，得到一個涵蓋不同的工況點的曲線族。然后，根據(jù)控制穩(wěn)定的條件要求構(gòu)造拉普拉斯頻域的補償網(wǎng)絡(luò)，并滿足上述整個曲線族的工況。把拉普拉斯頻域的補償網(wǎng)絡(luò)利用數(shù)字信號處理技術(shù)轉(zhuǎn)換到Z域，并進而得到可供DSP運算的數(shù)字差分方程即可。數(shù)字信號處理器DSP，具備多路PWM控制接口、AD采樣接口、DA輸出接口、GP10接口、I2C通信接口、RS232通信接口等。
[0026]為實現(xiàn)如圖2中直通電路(Bypass)功能，并使其安全等級符合ASILC (Automotive Safety Integrity Level)，對所有涉及該功能電路的模塊進行主備份冗余設(shè)計，包括2組獨立的M0S管、2組獨立的M0S管驅(qū)動器、2組獨立的工作電源、2組獨立的處理器(CPU/DSP)等，這樣既滿足了輸出功率達到1000W的要求，又保證了其ASIL C級的可靠性要求。
[0027]通用處理器CPU，具備AD采樣接口、GP10接口、CAN通信接口、I2C通信接口、RS232通信接口等。另外，高速CAN收發(fā)器模塊包括收發(fā)器芯片與無源網(wǎng)絡(luò)。
[0028]為實現(xiàn)圖2中反極性電路(Ant1-reverse polarity)的功能，使用大功率M0S管來開關(guān)地線通路。當(dāng)發(fā)生輸入與地反接或者輸出與地反接時均可阻斷其工作，從而起到防止人為連接差錯而損害該零件的作用。
[0029]綜上所述，本發(fā)明提供了一種用于汽車啟停系統(tǒng)的電壓保持器，它具有大功率、小體積、高可靠、小紋波的特點。它利用功率電子技術(shù)、自動控制原理和DSP技術(shù)，采用電壓環(huán)與電流環(huán)并用的方式，既滿足了輸出電壓的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性，又滿足了對輸入電壓跳變的快速響應(yīng)性。
[0030]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在不背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0031]本發(fā)明分為升壓電路(Boost)和直通電路(Bypass)兩部分功能組成:電壓保持器在bypass狀態(tài)時，電池電壓低于10V時，立即啟動boost，調(diào)節(jié)輸出電壓至11V以上，持續(xù)時間大于1秒；電壓保持器在Boost升壓狀態(tài)時，電池電壓恢復(fù)到11V以上時，輸出調(diào)節(jié)為bypass狀態(tài)，上述為應(yīng)對汽車Battery虧電時的一種調(diào)節(jié)過程以及battery電壓恢復(fù)后的還原狀態(tài)。
[0032]本發(fā)明利用了 DSP處理器內(nèi)部高速PWM模塊來進行Boost升壓功能，用于汽車電池電壓虧電時的升壓。同時進行N路BOOST升壓，使得輸出電流是單路BOOST的N倍，既加大了驅(qū)動負載的能力，同時也減輕硬件器件的負擔(dān)，延長硬件的使用壽命。另外，通過2 31 /N的移相輸出PWM，有效抑制紋波，相位偏移方案請參見圖4所示。
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