3]本发明在Boost状态时加入了自动控制理论中的反馈环路稳定的知识，首先利用频率响应分析仪研究系统的开环特性，根据所得数据的增益一频率，相位一频率特性，利用MATLAB对控制系统设计和分析的能力对所得开环系统的特性曲线进行补偿网络的设计，再根据环路稳定的条件:一:在穿越频率处，系统总开环相移动必须小于360度，包括负反馈带来的180度相移。二:在穿越频率处，相位余量至少要大于45度。三:在穿越频率处，增益的斜率应该小于-1。这三个要素设计出2阶反馈网络的S域补偿模型，由该S域模型推理得出差分方程公式，再利用DSP处理器对数据处理快速的特点有效地提高了反馈调节的稳定性和快速性。可灵活应对来自电池电压和负载变化产生的扰动。详细的反馈环路控制，请参阅图2，如图所示:Vout:电压保持器的输出电压，Battery+:电池输入电压，Ant1-asliasing filter 9khz:反交叠滤波器，用于滤除信号中的干扰，过滤9k以上的杂波。11_1:流经电路的采样电流，DSP1和DSP2:数字处理器DSP内部芯片处理的工作(包括AD采样输出电压与内部参考值进行比较，然后利用数字补偿网络算法，调节DA值(即模拟量输出)，与流经过的电流比较来调节占空比大小，即电流环控制)，图2显示了 N路PWM的控制算法。图2中的DSP1和DSP2则是反馈环路调节控制的算法，该算法采用差分方程以及信号离散化的特点展开实现的。
[0034]本发明支持多类通讯接口，支持CAN2.0Α/Β标准的汽车网络通信，支持LIN2.0标准的汽车网络通信，可以作为一个汽车ECU(电子控制单元)用于汽车总线与其他ECU的互相通信，实现汽车智能化的控制。
[0035]本发明有UART串行外设接口通信，可以和PC机的串口相连(或者可以用UART转USB,直接与PC机的USB相连)，通过PC机的上位机界面，可以直观和实时地读取相关的参数和电压保持器的控制状况。
[0036]本发明加入反交叠滤波器的相关硬件电路设计，对模拟信号的干扰起到了有效的抑制作用，也为后期进行自动环路的稳定控制奠定了扎实可靠的基础。
[0037]本发明加入了防反接保护功能，在Battery负极端有大功率M0S管控制，诸如Battery正负极反接，Vout反接，皆无法驱动M0S管导通，即无法形成环路。有效的保护电路中电子器件的安全。
[0038]本发明实现了 Bypass->Boost_>Bypass这样的循环状态，其中Boost持续时间彡1秒，整个系统软件中DSP处理器承担了 Boost和Bypass两部分功能，而CPU处理器承担了Bapass和各种汽车通信功能(CAN2.0/LIN2.0),同时DSP和CPU两处理器之间加入了 SPI高速通信，方便两处理器的协调工作能力，极大增加了整个系统的稳定性，减轻两个处理器的处理压力。
[0039]图3框图反应了该仪器在汽车启动瞬间所起的重要作用，初始状态，汽车电池为正常13.5V状态，电压保持器为bypass状态，当电池电压严重拉低时，电压保持器侦测到电池亏电，立即开启Boost功能升压来提供车载电子单元的正常工作电压，当电池再度恢复正常时，依然启动bypass状态。以此来完成汽车启停时电压异常使车载电器失灵的问题的解决方案。
[0040]本发明所实现功能如下:电压保持器在bypass状态时，电池电压低于10V，输出电压调节大于11V，持续时间彡1秒。电压保持器在Boost升压状态，电池电压恢复到11V以上，输出调节转换为bypass状态同时在Boost状态时加入过压保护功能。以此来保护过压引起的车载电器烧毁的可能。同时加入合理的环路控制算法来稳定在Boost状态时由于输入不稳定引起输出异常，以此来解决汽车在启动时电压下降引起的汽车电器运作不良的问题。本发明有着较为简单的硬件接口，参考图5，包括汽车Battery的正负极以外，还有一个Vout, Vout负极与Battery负极共用，以及通讯接口 CAN，UART，也属于集成化接口，按汽车接口标准来定义。
[0041]综上所述，本发明的汽车输出电压保持设备有效的弥补了汽车领域内汽车启停时电器性能异常的问题，同时提供了一定的输出功率，可以同时带动汽车上很多大功率器件，便于对将来汽车的一种升级改造，因为现有汽车的输出电压保持设备只能提供小功率的汽车仪器，所以在相同的体积下，输出功率越大的电压保持器自然更加稳定和可靠。冗余和升级的空间也自然更大。同时，加入各种异常保护措施，从硬件和软件上有效的抑制不可靠因素的发生。
[0042]本发明的主要特点如下:当输入电压低于设定值时(如10V)，启动Boost功能禁止Bypass功能，使输出升压到汽车电子控制单元能够正常运作的11V以上，安全等级为B级；当输入电压恢复到11V以上时恢复Bypass功能禁止Boost功能，安全等级为C级。另夕卜，该部件采用电流控制环与电压控制环并用的方式，既保证了输出电压的准确性，又保证的对输入电压跳变调整的及时性，很好地解决了系统调整过程中的振荡问题。
[0043]本发明所用的核心控制包括通用处理器CPU和数字处理器DSP两部分，其中具体模块介绍如下:数字处理器DSP包括:
[0044]AD模数转换采样模块:10位分辨率的模数转换采样提供了更精确的信号的获取和输出，增加了整个控制环路的稳定性。
[0045]高速PWM模块:40MIPS时的占空比，死区，相移，频率分辨率为1.04纳秒，8个PWM输出具有独立的限流输入，多相PWM改善了直流/直流转换器负载的瞬态响应，以及减小输出滤波电容和电感的体积。同时提供限流保护脚，更方便的控制PWM以及保护整个环路的安全。
[0046]DAC数模输出模块:高达10位分辨率的模拟量输出，便于后期使用限流保护功能来调节高速PWM。
[0047]UART模块:异步串行通信，便于与PC机等显示设备相连接，通过通信实时监测所以数据的状态和变化。(调试测试时便于观察数据)。
[0048]CAN模块:用于汽车电子网络CAN2.0的通信。
[0049]SPI模块:串行外设接口，负责和通用处理器CPU之间的数据通信。
[0050]DSP处理模块:DSP具有24位指令字，指令字带有长度可变的操作码字段。程序计数器(Program Counter, PC)为23位宽，可以寻址最大4M x 24位的用户程序存储空间。
[0051]DSP引擎模块:DSP引擎具有一个高速17位X 17位乘法器、一个40位ALU、两个40位饱和累加器和一个40位双向桶形移位寄存器。该桶形移位寄存器能在单个周期内将一个40位的值右移或左移最多16位。DSP指令可以无缝地与所有其他指令一起操作，且设计为能获得最佳实时性能。MAC指令和其他相关指令可以在同一个周期内，同时完成从存储器中取两个数据操作数，将两个W寄存器相乘并累加，且可选择使结果饱和。这要求RAM数据空间对于这些指令拆分为两块，但对于所有其他指令保持线性。数据空间分块是通过将某些工作寄存器专用于每个地址空间，以透明和灵活的方式实现的。
[0052]通用处理器CPU:进行数据运算与处理。
[0053]AD模数转换采样模块:10位分辨率的模数转换采样提供了更精确的信号的获取和输出，增加了通用处理器CPU控制的稳定性。
[0054]SPI模块:串行外设接口，负责和数字处理器DSP之间的数据通信。
[0055]CAN模块:用于汽车电子网络CAN2.0A, B的软件通信的标准，支持标准和扩展帧两种，0-8字节数据长度，可编程位速率高达1MBPS。
[0056]以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种用于汽车启停系统的大功率高可靠电压保持器，其特征在于: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I/O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￠)同时与升压电路模块(2)电连接。2.根据权利要求1所述的用于汽车启停系统的大功率高可靠电压保持器，其特征在于: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口。3.根据权利要求1所述的用于汽车启停系统的大功率高可靠电压保持器，其特征在于: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。4.根据权利要求1所述的用于汽车启停系统的大功率高可靠电压保持器，其特征在于:它还包括UART串行外设接口。
【专利摘要】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。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；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，反极性电路模块(3)与升压电路模块(2)电连接；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；CPU处理器(5)与直通电路模块(1)电连接，DSP数字信号处理器(6)与直通电路模块(1)电连接；DSP数字信号处理器(6)同时与升压电路模块(2)电连接。
【IPC分类】G05F1/569
【公开号】CN105388955
【申请号】CN201510982313
【发明人】彭雄飞, 陈晓华
【申请人】上海奉天电子股份有限公司
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年12月24日