估计dc-dc转换器中的电流的系统和方法
【专利摘要】本发明提供了一种估计DC-DC转换器中的电流的系统和方法。所述方法包括：由处理器基于DC-DC转换器的输出电压，校正电流互感器（CT)传感器的输出电压；由处理器使用CT传感器的校正后的输出电压，在电流图中计算DC-DC转换器的输入电流值；以及由处理器使用输入电流值，在效率图中计算DC-DC转换器的效率。电流图和效率图以2D形式配置，因为CT传感器的输出电压取决于PWM占空比而变化。
【专利说明】估计DC-DC转换器中的电流的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及估计直流到直流（DC-DC)转换器中的电流的系统和方法。更特别地， 本发明涉及用于车辆用DC-DC转换器的输出端子电流估计逻辑。
【背景技术】
[0002] 图14是示出传统的车辆用DC-DC转换器的结构和电流传感器的位置的示例图。传 统DC-DC转换器包括感测输出端子处的电流的电流传感器10、和感测输入端子处的电流的 电流互感器（CT)传感器20。输入端子处的电流传感器10执行以下操作 ：
[0003] (1)在过电流的情况下，电流传感器10检测过电流并执行保护功能；
[0004] (2)在过热的情况下，电流传感器10通过输出电流限制控制来执行保护功能；
[0005] (3)电流传感器10计算DC-DC转换器的高电压输入端处的功率消耗以便用于车辆 中控制器的高电压功率分配；以及
[0006] (4)在极低的负载的情况下，电流传感器10执行输出开启/关闭控制(例如，确定 模式进入和退出条件)。
[0007] 此外，感测输入侧的电流的CT传感器20在输入端子短路(例如臂短路）的情况下 执行快速故障检测，并检测次级(输出）侧的电流不平衡。
[0008] 图15是示出输入端子电流传感器和输出端子电流传感器之间的差异的示例性表 格。如图15所示，传统的车辆用DC-DC转换器包括配置成实现上述两个目的的不用类型的 电流传感器。然而，由于传统的DC-DC转换器包括执行电流测量的不同类型的电流传感器， 所以成本或电路尺寸会增加。
[0009] 本部分中公开的上述信息只是为了增强对本发明的背景的理解，并且因此可能包 含不构成在该国对本领域普通技术人员而言已知的现有技术的信息。
【发明内容】
[0010] 本发明提供了一种电流估计系统和方法，其可以使用应用于输出端子的电流互感 器（CT)传感器来执行现有的输出端子电流传感器的功能，而无需使用输出端子电流传感 器。
[0011] 在一个方面中，本发明提供了一种估计直流到直流（DC-DC)转换器的输出电流的 系统和方法，该方法可以包括：基于DC-DC转换器的输出电压校正电流互感器（CT)传感器 的输出电压；使用CT传感器的校正后的输出电压在电流图中计算DC-DC转换器的输入电流 值；以及使用输入电流值在效率图中计算DC-DC转换器的效率。
[0012] 在不例性实施例中，在基于DC-DC转换器的输出电压校正CT传感器的输出电压的 步骤中，CT传感器的输出电压可以被校正为等于在DC-DC转换器的预存储的输出电压下CT 传感器的输出电压值。
[0013] 在另一示例性实施例中，在使用CT传感器的校正后的输出电压计算输入电流值 的步骤中，可以把在电流图中与CT传感器的校正后的输出电压和DC-DC转换器的输入电压 相对应的电流值计算为输入电流值。
[0014] 在又一示例性实施例中，在使用输入电流值在效率图中计算DC-DC转换器的效率 的步骤中，可以选择取决于DC-DC转换器的输入电流值和输入电压值的效率。
[0015] 在又一示例性实施例中，在使用输入电流值在效率图中计算DC-DC转换器的效率 之后，可以使用该效率校正每个输出电压的效率，可以基于每个输出电压的校正后的效率 计算输出功率，并且可以基于该输出功率计算输出电流。
[0016] 在又一不例性实施例中，在基于DC-DC转换器的输出电压校正CT传感器的输出电 压之前，可以使用低通滤波器将DC-DC转换器的CT传感器的输出电压调整为直流波形，可 以通过把CT传感器的调整后的输出电压乘以DC-DC转换器的输入电压来计算输入功率值， 可以通过把输入功率值乘以取决于输入电压的输出功率效率来计算输出功率值，并且可以 通过将输出功率值除以DC-DC转换器的输出电压来计算输出电流。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 现在将参考通过附图示出的本发明的示例性实施例来详细描述本发明的上述及 其它特征，其中附图将在下文中仅通过例证的方式给出，并且因此并非对本发明进行限制， 其中：
[0018] 图1是示出根据本发明示例性实施例的使用CT传感器测量输出电压的方法的示 例图；
[0019] 图2是示出根据本发明示例性实施例的与同一初级电流相对应的CT传感器的输 出电压的波形的示例性曲线图；
[0020] 图3是示出根据本发明示例性实施例的在每个输入电流下CT传感器的输出特性 的示例性曲线图；
[0021] 图4是示出根据本发明示例性实施例的与相对于同一输入电压的不同输出电压 相对应的每个输入电流下的CT传感器的效率的示例性曲线图；
[0022] 图5是示出根据本发明示例性实施例的使用CT传感器估计输出电流的方法的示 例图；
[0023] 图6是示出根据本发明示例性实施例的在处理器中执行的计算输出电流的处理 的示例性框图；
[0024] 图7是示出根据本发明示例性实施例的校正DC-DC转换器的最终输出电流的逻辑 的示例图；
[0025] 图8是示出根据本发明示例性实施例的根据DC-DC转换器的输出电压对CT传感 器的输出电压进行预校正的方法的示例性曲线图；
[0026] 图9是示出根据本发明示例性实施例的通过提取依赖于输出电压的数据并获得 校正函数来校正效率图中的效率值的方法的示例性曲线图；
[0027] 图10是根据本发明示例性实施例的转换器的测量输出电流和监测电流估计值的 示例性对照表；
[0028] 图11是示出根据本发明示例性实施例的当负载装置的电流水平以恒定的梯度增 长到过电流水平时，输出电流的波形被转换器上执行的输出限制控制所限制的示例性曲线 图；
[0029] 图12是示出根据本发明示例性实施例的在对转换器的过热进行模拟时，执行用 于过热保护的电流限制功能后的波形的示例性曲线图；
[0030] 图13是示出根据本发明示例性实施例的当执行用于过电流和过热期间的保护的 电流限制功能时，与以恒定速率增大的输出电流成反比地以恒定速率减小输出电压的逻辑 的示例性曲线图；
[0031] 图14是示出根据相关技术的传统车辆用DC-DC转换器的结构和电流传感器的位 置的示例图；并且
[0032] 图15是示出根据相关技术的输入端子电流传感器和输出端子电流传感器之间的 差异的示例性表格。
[0033] 附图中陈列的附图标记包括对下面进一步讨论的以下元件的引用：
[0034] 10 :电流传感器 20 :CT传感器
[0035] 100 :CT传感器 200 :低通滤波器
[0036] 300 :处理器 310 :输入功率值
[0037] 320 :效率图 330 :低通滤波器
[0038] 应该理解的是，附图不一定要依比例，而是呈现出说明本发明的基本原理的各种 优选特征的稍微简化的表示。本文中公开的本发明的特定设计特征，包括例如特定尺寸、方 向、位置和形状，将部分地由期望的特定应用和使用环境来确定。在附图中，附图标记在附 图的几幅图中始终指代本发明的相同或等效部分。
【具体实施方式】
[0039] 应理解的是，本文中使用的术语"车辆"或"车辆的"或其它类似术语包括一般的机 动车辆(诸如包括运动型多功能车（SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的客车)、包括 各种艇和船在内的水运工具、飞行器等，并且包括混合动力车、电动车、插电式混合电动车、 氢动力车以及其它代用燃料车(例如从除石油以外的资源中取得的燃料)。
[0040] 尽管示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性处理，但应理解的是，所 述示例性处理也可以由一个或多个模块来执行。另外，应理解的是，术语"控制器/控制单 元"是指包括存储器和处理器的硬件装置。所述存储器被配置成存储各模块，并且所述处理 器被具体地配置成执行所述模块以执行下面进一步描述的一个或多个处理。
[0041] 此外，本发明的控制逻辑可以实施为包含由处理器、控制器/控制单元等执行的 可执行程序指令的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的实例包括但不限于ROM、 RAM、压缩盘（⑶)-R0M、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记 录介质也可以分布在网络连接的计算机系统中，使得计算机可读介质以分布式方式(例如 通过远程信息处理服务器或控制器局域网（CAN))被存储和执行。
[0042] 本文中所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且并非旨在对本发明进行限 制。如本文中所使用的那样，单数形式的"一"旨在也包括复数形式，除非文中清楚地指出。 还应理解的是，术语"包括"在本说明书中被使用时，指的是所陈述的特征、整数、步骤、操 作、元件和/或组件的存在，而并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件 和/或其组合的存在或附加。如本文中使用的那样，术语"和/或"包括一个或多个相关列 出条目的任何和全部组合。
[0043] 除非明确陈述或根据上下文可明显得出，否则本文中使用的术语"大约"应被理解 为处于本领域的正常容差范围内，例如在2个平均标准差内。"大约"可以被理解为在所陈 述的值的 1〇%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0· 5%、0· 1%、0· 05% 或 0· 01% 内。除非根据上 下文清楚地得出，否则本文中提供的所有数值都受术语"大约"的修正。
[0044] 现在将在下文中详细参考本发明的各种示例性实施例，其实例在附图中示出并在 下面描述。尽管将结合示例性实施例描述本发明，但是应理解的是，本说明并非意在将本发 明限于那些示例性实施例。相反，本发明意在不仅覆盖示例性实施例，而且覆盖可被包括在 如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代形式、改型、等效形式和其它 实施例。
[0045] 图1是示出使用CT传感器测量输出电压的方法的示例图。电流互感器（CT)传感 器可以配置成使用电流互感器利用与初级电流成反比的次级侧电流来测量电流的量。电压 可以通过将电阻器（R)连接到该传感器的输出来测量。换言之，CT传感器的输出电压可以 用以下等式表示：
[0046]
【权利要求】
1. 一种估计直流到直流（DC-DC)转换器的输出电流的方法，所述方法包括： 由处理器基于所述DC-DC转换器的输出电压，校正电流互感器（CT)传感器的输出电 压； 由所述处理器使用所述CT传感器的校正后的输出电压，在电流图中计算所述DC-DC转 换器的输入电流值；以及 由所述处理器使用所述输入电流值，在效率图中计算所述DC-DC转换器的效率。
2. 如权利要求1所述的方法，其中在基于所述DC-DC转换器的输出电压校正所述CT传 感器的输出电压的步骤中，所述CT传感器的输出电压被校正为约等于在所述DC-DC转换器 的预存储的输出电压下CT传感器的输出电压值。
3. 如权利要求1所述的方法，其中在使用所述CT传感器的校正后的输出电压计算所 述输入电流值的步骤中，把在所述电流图中与所述CT传感器的校正后的输出电压和所述 DC-DC转换器的输入电压相对应的电流值计算为所述输入电流值。
4. 如权利要求1所述的方法，其中在使用所述输入电流值在所述效率图中计算所述 DC-DC转换器的效率的步骤中，选择取决于所述DC-DC转换器的所述输入电流值和输入电 压值的效率。
5. 如权利要求1所述的方法，还包括： 由所述处理器使用所述效率，校正每个输出电压的效率； 由所述处理器基于每个输出电压的校正后的效率，计算输出功率；以及 由所述处理器基于所述输出功率计算输出电流。
6. 如权利要求1所述的方法，还包括： 在校正所述CT传感器的输出电压之前，由所述处理器使用低通滤波器将所述DC-DC转 换器的CT传感器的输出电压调整为直流波形； 由所述处理器通过把所述CT传感器的调整后的输出电压乘以所述DC-DC转换器的输 入电压,来计算输入功率值； 由所述处理器通过把所述输入功率值乘以输出功率的效率，来计算输出功率值，其中 所述输出功率的效率取决于所述输入电压；以及 由所述处理器通过把所述输出功率值除以所述DC-DC转换器的输出电压，来计算输出 电流。
7. -种估计直流到直流（DC-DC)转换器的输出电流的系统，所述系统包括： 配置成存储程序指令的存储器；以及 配置成执行存储在所述存储器中的程序指令的处理器，所述程序指令在执行时被配置 成： 基于所述DC-DC转换器的输出电压，校正电流互感器（CT)传感器的输出电压； 使用所述CT传感器的校正后的输出电压，在电流图中计算所述DC-DC转换器的输入电 流值；以及 使用所述输入电流值，在效率图中计算所述DC-DC转换器的效率。
8. 如权利要求7所述的系统，其中在基于所述DC-DC转换器的输出电压校正所述CT传 感器的输出电压的处理中，所述CT传感器的输出电压被校正为约等于在所述DC-DC转换器 的预存储的输出电压下CT传感器的输出电压值。
9. 如权利要求7所述的系统，其中在使用所述CT传感器的校正后的输出电压计算所 述输入电流值的处理中，把在所述电流图中与所述CT传感器的校正后的输出电压和所述 DC-DC转换器的输入电压相对应的电流值计算为所述输入电流值。
10. 如权利要求7所述的系统，其中在使用所述输入电流值在所述效率图中计算所述 DC-DC转换器的效率的处理中，选择取决于所述DC-DC转换器的所述输入电流值和输入电 压值的效率。
11. 如权利要求7所述的系统，其中所述程序指令在执行时还被配置成： 使用所述效率校正每个输出电压的效率； 基于每个输出电压的校正后的效率，计算输出功率；以及 基于所述输出功率计算输出电流。
12. 如权利要求7所述的系统，其中所述程序指令在执行时还被配置成： 在校正所述CT传感器的输出电压之前，使用低通滤波器将所述DC-DC转换器的CT传 感器的输出电压调整为直流波形； 通过把所述CT传感器的调整后的输出电压乘以所述DC-DC转换器的输入电压，来计算 输入功率值； 通过把所述输入功率值乘以输出功率的效率，来计算输出功率值，其中所述输出功率 的效率取决于所述输入电压；以及 通过把所述输出功率值除以所述DC-DC转换器的输出电压，来计算输出电流。
13. -种包含由处理器执行的程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述计算机可读 介质包括： 基于DC-DC转换器的输出电压，校正电流互感器（CT)传感器的输出电压的程序指令； 使用所述CT传感器的校正后的输出电压，在电流图中计算所述DC-DC转换器的输入电 流值的程序指令；以及 使用所述输入电流值，在效率图中计算所述DC-DC转换器的效率的程序指令。
14. 如权利要求13所述的非暂时性计算机可读介质，其中在基于所述DC-DC转换器的 输出电压校正所述CT传感器的输出电压的处理中，所述CT传感器的输出电压被校正为约 等于在所述DC-DC转换器的预存储的输出电压下CT传感器的输出电压值。
15. 如权利要求13所述的非暂时性计算机可读介质，其中在使用所述CT传感器的校正 后的输出电压计算所述输入电流值的处理中，把在所述电流图中与所述CT传感器的校正 后的输出电压和所述DC-DC转换器的输入电压相对应的电流值计算为所述输入电流值。
16. 如权利要求13所述的非暂时性计算机可读介质，其中在使用所述输入电流值在所 述效率图中计算所述DC-DC转换器的效率的处理中，选择取决于所述DC-DC转换器的所述 输入电流值和输入电压值的效率。
17. 如权利要求13所述的非暂时性计算机可读介质，还包括： 使用所述效率校正每个输出电压的效率的程序指令； 基于每个输出电压的校正后的效率计算输出功率的程序指令；以及 基于所述输出功率计算输出电流的程序指令。
18. 如权利要求13所述的非暂时性计算机可读介质，还包括： 在校正所述CT传感器的输出电压之前，使用低通滤波器将所述DC-DC转换器的CT传 感器的输出电压调整为直流波形的程序指令； 通过把所述CT传感器的调整后的输出电压乘以所述DC-DC转换器的输入电压，来计算 输入功率值的程序指令； 通过把所述输入功率值乘以输出功率的效率来计算输出功率值的程序指令，其中所述 输出功率的效率取决于所述输入电压；以及 通过把所述输出功率值除以所述DC-DC转换器的输出电压，来计算输出电流的程序指 令。
【文档编号】G01R19/00GK104215813SQ201310533366
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年5月30日
【发明者】全信慧, 李东俊 申请人:现代自动车株式会社