用于汽车启停系统的大功率高可靠电压保持器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种汽车配件，具体是指一种用于汽车启停系统的大功率高可靠电压保持器。
【背景技术】
[0002]目前，在汽车混合动力技术中，带有启停控制的混合动力车(Start_Stop_System)开始大量普及。该型汽车遇红灯停下时关断汽油发动机，改由电池提供短时间动力；而当红灯变成绿灯时踩发动机油门，就会重新开启汽油发动机，改回由汽油发动机提供汽车动力并为电池充电。显然，这种技术比起汽车一直怠速等待更加节能；随着带有启停控制的混合动力车不断投放市场，必将为汽车的节能减排以及施行更高的汽车排放法规，起到极大的推动作用。
[0003]在汽车启动时，蓄电池要带动起动机引燃发动机。在电磁开关接通的瞬间，起动电流瞬时高达几百安培(如150A到600A)，蓄电池电压会跌落到6V左右。冷启动电压跌落幅度比热启动电压跌落幅度更大，一般会增加IV。这种物理现象，在带有启停控制的混合动力车中，如不进行控制，会给汽车电气系统带来严重的冲击干扰，使得汽车电器工作发生紊乱，给驾驶员造成极大的困惑。
[0004]当前，市面上大多数电压保持器为小功率低可靠性部件(如200W或400W)，对于功率要求不高一些混合动力汽车可以满足要求。而对另外一些要求配置大功率高可靠电压保持器的汽车来讲，这些部件就无法满足其工作要求。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是，提供一种功率更大，可靠性更高，体积更小，纹波更小的用于汽车启停系统的大功率高可靠电压保持器。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为:一种用于汽车启停系统的大功率高可靠电压保持器，它包括直通电路模块、升压电路模块、反极性电路模块、CAN收发器、CPU处理器、DSP数字信号处理器和电池；所述的直通电路模块和升压电路模块上均设有电池输入和输出端口，所述的反极性电路模块与升压电路模块电连接；所述的CAN收发器、CPU处理器和DSP数字信号处理器依次电连接；所述的CPU处理器与直通电路模块通过I/O接口电连接，所述的DSP数字信号处理器与直通电路模块通过I/O接口电连接；所述的DSP数字信号处理器同时与升压电路模块电连接。
[0007]作为优选，所述的升压电路模块为多路交织升压结构，升压电路模块包括至少两个并联于保持器电池正极与保持器电压输出正极之间的boost升压电路，保持器电压输出正极端连接有反交叠滤波器，反交叠滤波器连接有模数转换模块，模数转换模块的输出端后连接有第一运算放大器的负极，所述的第一运算放大器的正极接入有参考电压，所述的第一运算放大器的输出端连接有数字补偿网络模块，所述的数字补偿网络模块的输出端连接有数模转换模块，所述的数转换模块的输出端连接有第二运算放大器的负极，所述的第二运算放大器的正极接入有单路电感电流，所述的第二运算放大器的输出端连接有脉宽调制模块，所述的脉宽调制模块的输出端接入到每个boost升压电路的脉宽调制通道接口。
[0008]作为改进，电池的负极端设有用于保护电路中电子器件的大功率M0C管。
[0009]作为进一步改进，它还包括UART串行外设接口。
[0010]采用上述结构后，本发明具有如下优点:在汽车启动瞬间电压跌落到10V以下，该电压保持器能提供高达1500W、11V以上的短时升压输出功率，以及1000W的直通长时输出功率，从而使得各汽车电子控制单元ECU可以正常工作。同时，直通长时输出电路功能的可靠性等级为ASIL C，而短时升压输出电路功能的可靠性等级为ASIL B，以解决现有技术中因汽车启动时导致汽车电器无法正常工作的困扰。另外，支持CAN2.0通信协议以及UDS诊断和KWP2000等功能，为该部件的实际使用提供了丰富的软硬件支持环境。
[0011]综上所述，本发明提供了一种功率更大，可靠性更高，体积更小，纹波更小的用于汽车启停系统的大功率高可靠电压保持器。
【附图说明】
[0012]图1是本发明中用于汽车启停系统的大功率高可靠电压保持器的电路方框示意图。
[0013]图2是图1中的升压电路模块的电路方框示意图。
[0014]图3是本发明中用于汽车启停系统的大功率高可靠电压保持器的功能示意图。
[0015]图4是本发明中用于汽车启停系统的大功率高可靠电压保持器的脉冲宽度调制示意图。
[0016]图5是本发明中用于汽车启停系统的大功率高可靠电压保持器的外围接口示意图。
[0017]如图所示:1、直通电路模块，2、升压电路模块，3、反极性电路模块，4、CAN收发器，
5、CPU处理器，6、DSP数字信号处理器。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
[0019]结合附图1到附图5，一种用于汽车启停系统的大功率高可靠电压保持器，它包括直通电路模块1、升压电路模块2、反极性电路模块3、CAN收发器4、CPU处理器5、DSP数字信号处理器6和电池；所述的直通电路模块1和升压电路模块2上均设有电池输入和输出端口，所述的反极性电路模块3与升压电路模块2电连接；所述的CAN收发器4、CPU处理器5和DSP数字信号处理器6依次电连接；所述的CPU处理器5与直通电路模块1通过1/0接口电连接，所述的DSP数字信号处理器6与直通电路模块1通过I/O接口电连接；所述的DSP数字信号处理器6同时与升压电路模块2电连接。
[0020]作为优选，所述的升压电路模块2为多路交织升压结构，升压电路模块2包括至少两个并联于保持器电池正极与保持器电压输出正极之间的boost升压电路，保持器电压输出正极端连接有反交叠滤波器，反交叠滤波器连接有模数转换模块，模数转换模块的输出端后连接有第一运算放大器的负极，所述的第一运算放大器的正极接入有参考电压，所述的第一运算放大器的输出端连接有数字补偿网络模块，所述的数字补偿网络模块的输出端连接有数模转换模块，所述的数转换模块的输出端连接有第二运算放大器的负极，所述的第二运算放大器的正极接入有单路电感电流，所述的第二运算放大器的输出端连接有脉宽调制模块，所述的脉宽调制模块的输出端接入到每个boost升压电路的脉宽调制通道接
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[0021]作为改进，电池的负极端设有用于保护电路中电子器件的大功率M0C管。
[0022]作为进一步改进，它还包括UART串行外设接口。
[0023]本发明在具体实施时，为实现如图2中1500W大功率的升压电路功能，同时考虑到零件的小型化与散热要求，采用多路交织的升压电路拓扑即Interleaved Boosts。如多路交织数目为N，则相邻单路升压电路之间的相移就为2 31 /N。多路交织的升压电路设计符合ASIL B准则，所用电子零件如M0S管、电感、二极管等，必须符合相应的认证要求。多路交织的升压电路的整体工作频率在IMhz以上，单路升压电路的工作频率在IMhz/N以上，这样就使得零件的小型化与均匀散热成为可能。同时，整个电路的输出电压纹波比较单路升压电路的输出电压纹波至少压缩N倍以上。
[0024]为实现如图2中升压电路控制功能，采用以数字信号处理器DSP为主的双环控制模式，即电压反馈环与电流反馈环。如图2所示，电压反馈环通过反交叠滤波器Anti_aliasing filter后进行AD采样，并与设置电压Vref相减后送到数字补偿网络Digitalcompensat1n network，然后通过DA转换送出至T2点。电流反馈环的来源为单路电感电流IL_i。T2点的信号与每个升压电路的输入电流值IL_i进行比较，并用比较结果去调制该路PWM信号的输出，达到电压反馈环与电流反馈环并用进行控制的目的。这样，既满足了输出电压控制的准确性和纹波减小要求，又满足了对输入电压突变的快速响应和调整。
[0025]为实现图2中数字补偿网络的具体参数，首先根据小信号分析或实际测量确定多路交织升压电路的幅频与相频特性，得到一个涵盖不同的工况点的曲线族。然后，根据控制稳定的条件要求构造拉普拉斯频域的补偿网络，并满足上述整个曲线族的工况。把拉普拉斯频域的补偿网络利用数字信号处理技术转换到Z域，并进而得到可供DSP运算的数字差分方程即可。数字信号处理器DSP，具备多路PWM控制接口、AD采样接口、DA输出接口、GP10接口、I2C通信接口、RS232通信接口等。
[0026]为实现如图2中直通电路(Bypass)功能，并使其安全等级符合ASILC (Automotive Safety Integrity Level)，对所有涉及该功能电路的模块进行主备份冗余设计，包括2组独立的M0S管、2组独立的M0S管驱动器、2组独立的工作电源、2组独立的处理器(CPU/DSP)等，这样既满足了输出功率达到1000W的要求，又保证了其ASIL C级的可靠性要求。
[0027]通用处理器CPU，具备AD采样接口、GP10接口、CAN通信接口、I2C通信接口、RS232通信接口等。另外，高速CAN收发器模块包括收发器芯片与无源网络。
[0028]为实现图2中反极性电路(Ant1-reverse polarity)的功能，使用大功率M0S管来开关地线通路。当发生输入与地反接或者输出与地反接时均可阻断其工作，从而起到防止人为连接差错而损害该零件的作用。
[0029]综上所述，本发明提供了一种用于汽车启停系统的电压保持器，它具有大功率、小体积、高可靠、小纹波的特点。它利用功率电子技术、自动控制原理和DSP技术，采用电压环与电流环并用的方式，既满足了输出电压的准确性与稳定性，又满足了对输入电压跳变的快速响应性。
[0030]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0031]本发明分为升压电路(Boost)和直通电路(Bypass)两部分功能组成:电压保持器在bypass状态时，电池电压低于10V时，立即启动boost，调节输出电压至11V以上，持续时间大于1秒；电压保持器在Boost升压状态时，电池电压恢复到11V以上时，输出调节为bypass状态，上述为应对汽车Battery亏电时的一种调节过程以及battery电压恢复后的还原状态。
[0032]本发明利用了 DSP处理器内部高速PWM模块来进行Boost升压功能，用于汽车电池电压亏电时的升压。同时进行N路BOOST升压，使得输出电流是单路BOOST的N倍，既加大了驱动负载的能力，同时也减轻硬件器件的负担，延长硬件的使用寿命。另外，通过2 31 /N的移相输出PWM，有效抑制纹波，相位偏移方案请参见图4所示。
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