專利名稱：一種基于脈寬調(diào)制的汽車發(fā)電機(jī)電壓控制器及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)電機(jī)電壓控制器及控制方法，特別是關(guān)于一種基于脈寬調(diào)制的汽車發(fā)電機(jī)電壓控制器及控制方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的汽車發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)方式主要為開關(guān)式調(diào)節(jié)，且多為硬件電路搭建，電壓調(diào)節(jié)的穩(wěn)定度、準(zhǔn)確度和靈活性都不能得到有效保障。特別是采用發(fā)電機(jī)一蓄電池供電方式的汽車，當(dāng)根據(jù)最新電源策略要求，發(fā)電機(jī)根據(jù)電池和整車情況進(jìn)行間歇式工作，原有的開關(guān)式電壓調(diào)節(jié)在發(fā)電機(jī)狀態(tài)變換瞬間容易產(chǎn)生沖擊，不能適應(yīng)新的工作方式。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種基于脈寬調(diào)制的汽車發(fā)電機(jī)電壓控制器及控制方法，該電壓控制器能夠利用內(nèi)置的PID算法實(shí)時(shí)調(diào)整輸出的高頻方波信號(hào)占空t匕，從而控制汽車發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流通斷，進(jìn)而間接控制汽車發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流大小，解決汽車發(fā)電機(jī)電壓穩(wěn)定問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種基于脈寬調(diào)制的汽車發(fā)電機(jī)電壓控制器，其特征在于:它包括電壓采集單元、電壓控制單元、通訊單元、功率放大單元和驅(qū)動(dòng)單元；所述電壓采集單元輸入端連接汽車發(fā)電機(jī)輸出端，輸出端連接所述電壓控制單元輸入端，所述電壓控制單元輸出端連接所述功率放大單元輸入端，所述功率放大單元輸出端連接所述驅(qū)動(dòng)單元輸入端，所述驅(qū)動(dòng)單元輸出端連接汽車發(fā)電機(jī)輸入端，同時(shí)所述電壓控制單元還數(shù)據(jù)連接所述通訊單元，所述通訊單元數(shù)據(jù)連接上位機(jī)。上述基于脈寬調(diào)制的汽車發(fā)電機(jī)電壓控制器的控制方法，其包括以下步驟:電壓采集單元實(shí)時(shí)采集汽車發(fā)電機(jī)的實(shí)際輸出電壓，將其傳給電壓控制單元；通訊單元與上位機(jī)通訊，從上位機(jī)獲取整車用電參考電壓，以及上傳汽車電源系統(tǒng)信息至上位機(jī)；電壓控制單元產(chǎn)生用于控制汽車發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的高頻方波信號(hào)，且根據(jù)電壓采集單元采集的發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出電壓和通訊單元獲取的整車用電參考電壓調(diào)整高頻方波信號(hào)的占空比；功率放大單元提高電壓控制單元輸出的高頻方波信號(hào)功率；驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)功率放大單元輸出的高頻方波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)功率MOS管，以控制汽車發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流通斷。上述一種基于脈寬調(diào)制的汽車發(fā)電機(jī)電壓控制器的控制方法，其特征在于，所述電壓控制單元根據(jù)發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出電壓和整車用電參考電壓的差值，實(shí)時(shí)計(jì)算所需高頻方波信號(hào)的占空比，其包括以下步驟:1)電壓控制單元獲得通訊單元傳來(lái)的整車用電參考電壓R和電壓采集單元傳來(lái)的汽車發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出電壓V后，檢查R是否為零:如果是，進(jìn)入步驟2);否則，進(jìn)入步驟3) ;2)檢查占空比是否為零:如果是，保持占空比為零，進(jìn)入步驟
4);否則，進(jìn)入步驟3) ；3)計(jì)算R與V之間的電壓差值ek，將其與給定的電壓閾值U進(jìn)行比較:如果ek的絕對(duì)值大于U，則線性改變占空比，進(jìn)入步驟4);如果ek的絕對(duì)值小于U，則采用PID算法實(shí)時(shí)計(jì)算所需高頻方波信號(hào)的占空比，進(jìn)入步驟4) ；4)結(jié)束。
上述PID算法為增量式。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明借助電壓控制器產(chǎn)生占空比可控的高頻方波，對(duì)汽車發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流進(jìn)行控制，由于方波頻率高，在勵(lì)磁線圈電感的作用下勵(lì)磁線圈內(nèi)部的勵(lì)磁電流會(huì)更加平穩(wěn)，相應(yīng)地汽車發(fā)電機(jī)輸出電壓也會(huì)更加平穩(wěn)。2、本發(fā)明通過(guò)上位機(jī)設(shè)置電壓控制器產(chǎn)生高頻方波的占空比，能夠通過(guò)改變PID算法中比例、積分、微分參數(shù)的大小，實(shí)現(xiàn)不同的控制目標(biāo)，比硬件電路更為靈活可變，且參考電壓為數(shù)字量，長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性好。3、本發(fā)明能夠?qū)㈦娫聪到y(tǒng)的信息實(shí)時(shí)上傳至上位機(jī)，乃至汽車通訊總線，便于整車安全管理，可以與智能電源控制器(已申請(qǐng)專利，專利公開號(hào)CN102545758A)進(jìn)行結(jié)合，更好地實(shí)現(xiàn)汽車電源系統(tǒng)的智能控制。本發(fā)明可以廣泛適用于采用發(fā)電機(jī)一蓄電池供電方式的汽車。


圖1是本發(fā)明電壓控制器的組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明電壓控制器的電壓采集單元電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明電壓控制器的功率放大單元和驅(qū)動(dòng)單元電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明電壓控制器工作流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1所示，本發(fā)明的汽車發(fā)電機(jī)電壓控制器包括電壓采集單元1、電壓控制單元
2、通訊單元3、功率放大單元4和驅(qū)動(dòng)單元5。其中，電壓采集單元I輸入端連接汽車發(fā)電機(jī)6輸出端，輸出端連接電壓控制單元2輸入端，電壓控制單元2輸出端連接功率放大單元4輸入端，功率放大單元4輸出端連接驅(qū)動(dòng)單元5輸入端，驅(qū)動(dòng)單元5輸出端連接汽車發(fā)電機(jī)6輸入端，同時(shí)電壓控制單元2還數(shù)據(jù)連接通訊單元3，通訊單元3數(shù)據(jù)連接上位機(jī)7。如圖2所示，為電壓采集單元I的一種電路圖。其中，所采集的電壓VB經(jīng)過(guò)電阻R30和R34的分壓，經(jīng)過(guò)電阻R31、電容C2的濾波，再經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓二極管DZl的穩(wěn)壓，輸入給放大器U6，經(jīng)放大器U6輸出端PVl傳給電壓控制單元2中，電容C19進(jìn)行濾波，穩(wěn)定放大器U6的電源，使U16更好的工作。VIO是放大器U6正常工作所需電源。如圖3所示，為功率放大單元4和驅(qū)動(dòng)單元5的一種電路圖。其中，Port輸出代表電壓控制單元2輸出的高頻方波信號(hào)。當(dāng)Port輸出為高電壓時(shí)，NPN型三極管Ql基極為高位，Ql導(dǎo)通，PNP型三極管Q2基極為低位，Q2導(dǎo)通，NPN型三極管Q3與PNP型三極管Q4基極為高位，Q3導(dǎo)通，Q4截止，MOS管(MOSFET-N) Q5柵極為高位，Q5導(dǎo)通，蓄電池為勵(lì)磁線圈LI (Inductor)供電；反之，當(dāng)Port輸出為低電壓時(shí)，Ql基極為低位，Ql截止，Q2基極為高位，Q2截止，Q3與Q4基極為低位，Q3截止，Q4導(dǎo)通，MOS管Q5柵極為低位，Q5截止，存儲(chǔ)的電荷由Q4接地釋放，為勵(lì)磁線圈LI供電停止，Dl和D2為蓄流二極管(Diode)，用于保護(hù)電路在勵(lì)磁線圈LI放電時(shí)不受破壞。Rl R7為電阻，12V是功率放大單元4和驅(qū)動(dòng)單元5控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈LI通斷所需電源。本發(fā)明電壓控制器工作時(shí)，包括以下步驟:電壓采集單元實(shí)時(shí)采集汽車發(fā)電機(jī)的實(shí)際輸出電壓，將其傳給電壓控制單元；
通訊單元與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，從上位機(jī)獲取整車用電參考電壓，將其傳給電壓控制單元，以及上傳汽車電源系統(tǒng)信息至上位機(jī)；電壓控制單元產(chǎn)生用于控制汽車發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的高頻方波信號(hào)，且根據(jù)電壓采集單元采集的發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出電壓和通訊單元獲取的整車用電參考電壓調(diào)整高頻方波信號(hào)的占空比；功率放大單元提高電壓控制單元輸出的高頻方波信號(hào)功率；驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)功率放大單元輸出的高頻方波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)功率MOS管，以控制汽車發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流通斷，從而達(dá)到控制勵(lì)磁電流大小的目的，進(jìn)而使發(fā)電機(jī)輸出的電壓更平穩(wěn)。上述步驟中，所述電壓控制單元可以根據(jù)發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出電壓和整車用電參考電壓的差值，實(shí)時(shí)計(jì)算所需高頻方波信號(hào)的占空比。如圖4所示，電壓控制器的工作流程如下:I)電壓控制單元獲得通訊單元傳來(lái)的整車用電參考電壓R和電壓采集單元傳來(lái)的汽車發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出電壓V后，檢查R是否為零:如果是，進(jìn)入步驟2);否則，進(jìn)入步驟3);2)檢查占空比是否為零:如果是，說(shuō)明已經(jīng)到達(dá)調(diào)節(jié)穩(wěn)定狀態(tài)，則無(wú)需浪費(fèi)計(jì)算資源，保持占空比為零，進(jìn)入步驟4)； 否則，進(jìn)入步驟3);3)計(jì)算R與V之間的電壓差值ek，將其與給定的電壓閾值U (正值)進(jìn)行比較:如果ek的絕對(duì)值大于U，則線性改變占空比，以線性改變勵(lì)磁線圈電流大小，避免積分運(yùn)算累積差值過(guò)大，進(jìn)入步驟4)；如果ek的絕對(duì)值小于U，則采用PID算法實(shí)時(shí)計(jì)算所需高頻方波信號(hào)的占空比，進(jìn)入步驟4)。4)結(jié)束。上述步驟3)中，線性改變占空比時(shí)，如果ek大于U，則線性遞增占空比，如果ek小于-U，則線性遞減占空比。上述步驟3)中，如果采用經(jīng)典數(shù)字PID算法，有:
權(quán)利要求
1.一種基于脈寬調(diào)制的汽車發(fā)電機(jī)電壓控制器，其特征在于:它包括電壓采集單元、電壓控制單元、通訊單元、功率放大單元和驅(qū)動(dòng)單元；所述電壓采集單元輸入端連接汽車發(fā)電機(jī)輸出端，輸出端連接所述電壓控制單元輸入端，所述電壓控制單元輸出端連接所述功率放大單元輸入端，所述功率放大單元輸出端連接所述驅(qū)動(dòng)單元輸入端，所述驅(qū)動(dòng)單元輸出端連接汽車發(fā)電機(jī)輸入端，同時(shí)所述電壓控制單元還數(shù)據(jù)連接所述通訊單元，所述通訊單元數(shù)據(jù)連接上位機(jī)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的基于脈寬調(diào)制的汽車發(fā)電機(jī)電壓控制器的控制方法，其包括以下步驟: 電壓采集單元實(shí)時(shí)采集汽車發(fā)電機(jī)的實(shí)際輸出電壓，將其傳給電壓控制單元； 通訊單元與上位機(jī)通訊，從上位機(jī)獲取整車用電參考電壓，以及上傳汽車電源系統(tǒng)信息至上位機(jī)； 電壓控制單元產(chǎn)生用于控制汽車發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的高頻方波信號(hào)，且根據(jù)電壓采集單元采集的發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出電壓和通訊單元獲取的整車用電參考電壓調(diào)整高頻方波信號(hào)的占空比； 功率放大單元提高電壓控制單元輸出的高頻方波信號(hào)功率； 驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)功率放大單元輸出的高頻方波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)功率MOS管，以控制汽車發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流通斷。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于脈寬調(diào)制的汽車發(fā)電機(jī)電壓控制器的控制方法，其特征在于，所述電壓控制單元根據(jù)發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出電壓和整車用電參考電壓的差值，實(shí)時(shí)計(jì)算所需高頻方波信號(hào)的占空比，其包括以下步驟: 1)電壓控制單元獲得通訊單元傳來(lái)的整車用電參考電壓R和電壓采集單元傳來(lái)的汽車發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出電壓V后，檢查R是否為零: 如果是，進(jìn)入步驟2); 否則，進(jìn)入步驟3); 2)檢查占空比是否為零: 如果是，保持占空比為零，進(jìn)入步驟4)； 否則，進(jìn)入步驟3); 3)計(jì)算R與V之間的電壓差值ek，將其與給定的電壓閾值U進(jìn)行比較: 如果ek的絕對(duì)值大于U，則線性改變占空比，進(jìn)入步驟4)； 如果ek的絕對(duì)值小于U，則采用PID算法實(shí)時(shí)計(jì)算所需高頻方波信號(hào)的占空比，進(jìn)入步驟4)； 4)結(jié)束。
4.如權(quán)利要求3所述的一種基于脈寬調(diào)制的汽車發(fā)電機(jī)電壓控制器的控制方法，其特征在于:所述PID算法為增量式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于脈寬調(diào)制的汽車發(fā)電機(jī)電壓控制器及控制方法，控制器由電壓采集單元、電壓控制單元、通訊單元、功率放大單元和驅(qū)動(dòng)單元組成。其中，電壓控制單元產(chǎn)生高頻方波信號(hào)，并根據(jù)電壓采集單元采集的汽車發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出電壓和通訊單元獲取的整車用電參考電壓調(diào)整高頻方波信號(hào)的占空比，功率放大單元提高高頻方波信號(hào)的功率后傳給驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)功率放大單元輸出的高頻方波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)功率MOS管，以控制汽車發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流通斷，進(jìn)而間接控制汽車發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流大小的，解決汽車發(fā)電機(jī)電壓穩(wěn)定問(wèn)題，為汽車智能電源的使用提供更好的基礎(chǔ)。本發(fā)明可以廣泛適用于采用發(fā)電機(jī)－蓄電池供電方式的汽車。
文檔編號(hào)H02P9/30GK103199783SQ20131011223
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月2日
發(fā)明者連小珉, 楊殿閣, 沙毅寧, 孔偉偉, 李兵 申請(qǐng)人:清華大學(xué)