直流到直流电压转换器的控制方法

摘要

本发明的目的在于一种用于控制直流到直流电压转换器的方法，该直流到直流电压转换器用于电流驱动机动车辆热力发动机的至少一个燃料喷射器。该方法尤其包括：确定步骤（E1），其确定输出电压跨过预定高压阈值的时刻，称为“恢复时刻”；确定步骤（E2），其确定与喷射开始相对应的时刻，称为“下降时刻”，在该时刻输出电压减小至预定高压阈值以下；计算步骤（E3），其计算恢复时刻和下降时刻之间经过的持续时间。

说明书

技术领域

本发明涉及直流到直流电压转换器的领域，并且更特别地涉及这样的直流到直流电压转换器：其旨在车载在热力发动机型机动车辆中例如以提供驱动燃料喷射器所需的能量，本发明还涉及这样的直流到直流电压转换器的控制方法。

背景技术

在热力发动机型机动车辆中，已知使用直流到直流（也称为DCDC）电压转换器来提供驱动燃料喷射器所需的能量。这样的转换器尤其是使得能够将例如约12V的由车辆电池提供的电压转换为较高（例如65V）的目标输出电压，目标输出电压使得能够对称为“中间”电容的电容进行再充电，中间电容连接到转换器的输出端并将电流提供给控制器，控制器使得能够根据计算机的操控来激活燃料喷射器。

于是，当计算机操控控制器时，控制器使用由中间电容提供的电流来驱动燃料喷射器。这样，中间电容放电，然后转换器激活以对其再充电，直到输出电压再次升至其目标值。

转换器的内部工作原理在于，用由电池提供的电流对线圈充电，并借助于开关、尤其是晶体管（例如MOS型晶体管）周期性地切断电流。当开关闭合时，线圈充电，而当开关断开时，存储在线圈中的能量以电流的形式传输到中间电容以对其进行再充电。于是，开关的闭合和断开状态的交替产生锯齿状电流，称为尖峰电流。

该尖峰电流的强度使得输出电压能够更快或更慢地再次上升。于是，当尖峰电流的强度较高时，转换器的输出电压在电压下降之后很快再次上升，相反，当尖峰电流的强度较低时，转换器的输出电压缓慢地再次上升。在这两种情况下，当输出电压达到其目标值时，转换器停止产生尖峰电流。

为了使得能够操控转换器以使输出电压再次上升至其目标值，已知在转换器的输出和输入之间安装调节模块，例如PID或起停（Bang Bang）型模块，其对于本领域技术人员而言是众所周知的。起停型调节在于测量输出电压并在需要将转换器的输出电压快速提高至其目标值时操控尖峰电流的强度达到其最大阈值，以及在测得的转换器输出电压等于其目标值时操控尖峰电流停止。然而，这种类型的调节快速地补偿了输出电压，但由于以在其最大功率下或在其停止状态下的二元方式（称为“全有或全无”模式）使用转换器，因此导致转换器的效率不高，这具有显著缺点。

为了弥补该缺点，使用PID型调节，其在于测量转换器的输出电压，并根据输出电压的值的演变逐步地增大或减小输出电压。然而，在车辆热力发动机中，已知进行多次喷射器操控以优化燃料喷射。由于这些喷射应非常接近，因此需要以快速的方式操控转换器。然而事实证明，在喷射接近的这样的情况中，PID型调节可能不够快速，以至于当触发新的喷射操控时输出电压尚未达到其目标值，这可能导致无效的燃料喷射，这可能会损坏发动机并且也具有显著缺点。

因此，需要一种简单、快速、可靠、廉价且高效的解决方案来优化对转换器的尖峰电流的强度的操控。

发明内容

为此，本发明首先目的在于一种用于控制直流到直流电压转换器的方法，该直流到直流电压转换器用于电流驱动机动车辆热力发动机的至少一个燃料喷射器，所述转换器包括控制模块和连接到场效应晶体管的感应线圈，场效应晶体管包括漏极、源极和栅极，所述栅极连接到控制模块以使所述控制模块操控晶体管处于导通状态或阻断状态，在导通状态中电流在漏极和源极之间导通，在阻断状态中在漏极和源极之间阻断电流，晶体管的导通和阻断状态的交替产生锯齿状电流，称为尖峰电流，其强度在0至可变的最大幅度的值之间变化，最大幅度的值由最小阈值和最大阈值来界定，并且尖峰电流使得转换器能够向称为“中间”电容的电容的端子递送输出电压，由计算机经由驱动模块来操控中间电容的放电以便操控至少一个燃料喷射器，转换器被配置成使所述输出电压趋向于目标值，该方法的特征在于其包括：

• 确定步骤，其确定输出电压跨过预定高压阈值的时刻，称为“恢复时刻”，

• 确定步骤，其确定与喷射开始相对应的时刻，称为“下降时刻”，在该时刻输出电压减小至预定高压阈值以下，

• 计算步骤，其计算恢复时刻和下降时刻之间经过的持续时间，

• 减小步骤，如果计算出的持续时间大于称为“目标持续时间阈值”的预定持续时间阈值，并且如果尖峰电流的最大幅度的值大于最小阈值，则减小尖峰电流的最大幅度的值，

• 增大步骤，如果计算出的持续时间小于所述目标持续时间阈值，并且如果尖峰电流的最大幅度的值小于最大阈值，则增大尖峰电流的最大幅度的值。

因此，根据本发明的方法使得能够调整输出电压的再次上升，使得输出电压的再次上升尽可能地接近燃料喷射请求触发的下一次电压下降但在其之前进行。这尤其避免了如在起停型调节的情况中那样必须从与尖峰电流的强度的最大阈值相等的值开始刻板地操控输出电压的再次上升，从而显著提高了转换器的效率。此外，这使得能够精细地操控输出电压的再次上升，使得该再次上升快速进行而没有如在使用PID型调节时的情况可能的太大的延迟。

优选地，目标持续时间阈值是可调整的，以便优化尖峰电流的最大幅度的值的增大或减小之间的选择，从而优化转换器的效率，同时保证了相对于系统变化的足够的安全余量。例如，目标持续时间阈值可以在200至500µs之间。

有利地，通过减少与尖峰电流的强度的最大阈值的分数相对应的预定值来减小尖峰电流的最大幅度的值。该预定值可以被选为使得能够或快或慢地减小尖峰电流的最大幅度的值，以便优化转换器的效率。例如，该预定值可以是尖峰电流的强度的最大阈值的0.4%（当电流的值以8比特编码时）。

仍有利地，通过增加与尖峰电流的强度的最大阈值的分数相对应的预定值来增大尖峰电流的最大幅度的值。该预定值可以被选为使得能够或快或慢地增大尖峰电流的最大幅度的值，以便优化转换器的效率。例如，该预定值可以是尖峰电流的强度的最大阈值的0.4%（8比特）。

优选地，预定减少值等于预定增加值，以便简化实施方法的该部分的控制模块的算法。

根据本发明的一个方面，该方法还包括：测量步骤，其测量从下降时刻开始经过的持续时间；以及增大步骤，当输出电压在称为“再次上升持续时间阈值”的预定持续时间阈值结束时未跨过预定高压阈值时，将尖峰电流的最大幅度的值增大到强度的最大阈值，以使得输出电压能够尽可能快地再次上升至预定高压阈值以上。

有利地，当输出电压跨过了预定高压阈值时、当计算出的持续时间大于目标持续时间阈值时、并且当尖峰电流的最大幅度的值等于其最小阈值时，该方法包括保持步骤，其在尖峰电流的下一个尖峰处将尖峰电流的最大幅度的值保持在其最小阈值。

有利地，当输出电压跨过了预定高压阈值时、当计算出的持续时间大于目标持续时间阈值时、并且当尖峰电流的最大幅度的值等于其最大阈值时，该方法包括保持步骤，其在尖峰电流的下一个尖峰处将尖峰电流的最大幅度的值保持在其最大阈值。

本发明还涉及一种直流到直流电压转换器，该直流到直流电压转换器用于电流驱动机动车辆热力发动机的至少一个燃料喷射器，所述转换器包括控制模块和连接到场效应晶体管的感应线圈，场效应晶体管包括漏极、源极和栅极，所述栅极连接到控制模块以使所述控制模块操控晶体管处于导通状态或阻断状态，在导通状态中电流在漏极和源极之间导通，在阻断状态中在漏极和源极之间阻断电流，晶体管的导通和阻断状态的交替产生锯齿状电流，称为尖峰电流，其强度在0至可变的最大幅度的值之间变化，所述最大幅度的值由最小阈值和最大阈值来界定，并且尖峰电流使得转换器能够向称为“中间”电容的电容的端子递送输出电压，由计算机经由驱动模块来操控中间电容的放电以便操控至少一个燃料喷射器，转换器被配置成使所述输出电压趋向于目标值。控制模块被配置成：

• 确定输出电压跨过预定高压阈值的时刻，称为“恢复时刻”，

• 确定与喷射开始相对应的时刻，称为“下降时刻”，在该时刻输出电压减小至预定高压阈值以下，

• 计算恢复时刻和下降时刻之间经过的持续时间，

• 如果计算出的持续时间大于称为“目标持续时间阈值”的预定持续时间阈值，并且如果尖峰电流的最大幅度的值大于最小阈值，则减小尖峰电流的最大幅度的值，

• 如果计算出的持续时间小于所述目标持续时间阈值，并且如果尖峰电流的最大幅度的值小于最大阈值，则增大尖峰电流的最大幅度的值。

优选地，目标持续时间阈值是可调整的。例如，目标持续时间阈值可以在200至500µs之间。

有利地，转换器被配置成通过减少与尖峰电流的强度的最大阈值的分数相对应的预定值来减小尖峰电流的最大幅度的值。

仍有利地，控制模块被配置成通过增加与尖峰电流的强度的最大阈值的分数相对应的预定值来增大尖峰电流的最大幅度的值。

根据本发明的一个方面，预定减少值等于预定增加值。

根据本发明的一个方面，转换器还被配置成：测量从下降时刻开始经过的持续时间，并且当输出电压在称为“再次上升持续时间阈值”的预定持续时间阈值结束时未跨过预定高压阈值时，将尖峰电流的最大幅度的值增大到尖峰电流的强度的最大阈值。

最后，本发明涉及一种包括如上所述的转换器的机动车辆。

附图说明

在参考附图进行的以下描述期间，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，附图是以非限制性示例的名义给出的，并且其中，向相似的对象赋予相同的附图标记。

- 图1示出了根据本发明的转换器的一个实施形式。

- 图2示出了根据本发明的方法的一个实施例。

- 图3是曲线图的第一示例，其示出了转换器的输出电压的演变。

图4是曲线图的第二示例，其示出了转换器的输出电压的演变。

图5是曲线图的第三示例，其示出了转换器的输出电压的演变。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的转换器1的示例。转换器1旨在安装在机动车辆中，例如以便提供使得能够控制燃料喷射器2的输出电压Vout。转换器1是直流到直流电压转换器。

在下面描述的示例中，但非限制性地，转换器1是升压（boost）转换器1，其使得能够对称为“中间”电容的电容Cint进行再充电，该电容用来操控用于驱动燃料喷射的驱动模块2。

转换器1将由馈电（例如，车辆的电池）提供的输入电压Vin（输入电流I

转换器1包括驱动模块10、感应线圈20、场效应晶体管30、第一电压比较器40、第二电压比较器50、检测模块60和电压参考70。

感应线圈20安装在电路的输入端，以便在输入电流I

晶体管30包括漏极D、源极S和栅极G，所述栅极G连接到控制模块10，以使所述控制模块10操控晶体管30处于导通状态或阻断状态，在导通状态中电流在漏极D和源极S之间导通，在阻断状态中在漏极D和源极S之间阻断电流。源极经由分流电阻Rs连接到地线。

晶体管30的导通和阻断状态的交替产生锯齿状电流，称为尖峰电流Ipic。尖峰电流Ipic在0至可变的最大幅度的值之间变化。最大幅度的值以最小阈值Ipic_min为下限，并且以最大阈值Ipic_max为上限。

晶体管30的导通和阻断状态的交替使得转换器1能够向称为“中间”电容的电容的端子递送输出电压Vout，由计算机经由控制器（未示出，称为“喷射驱动器”）来操控中间电容的放电，以便操控车辆发动机的至少一个燃料喷射器2。

驱动模块10使得能够操控晶体管30，使得所述晶体管30处于阻断状态或导通状态。基于第一电压比较器40和第二电压比较器50提供的结果来进行该操控。

第一比较器40将转换器1的输出电压Vout与称为“高压阈值”VTH_high的预定电压阈值进行比较，并将结果同时提供给驱动模块10和检测模块60。

只要输出电压Vout小于预定高压阈值VTH_high，转换器1就是活动的。当比较器40检测到转换器1的输出电压Vout大于预定高压阈值VTH_high时，比较器40将超出信号发送到驱动模块10，驱动模块10于是中断转换器1的运转。

第二比较器50将定义在分流电阻器Rs两端的电压（即，表示穿过晶体管30的尖峰电流Ipic的电压）与电压参考70所定义的电压进行比较，电压参考对应于称为Ipic_ref的电流参考的强度值，并将结果提供给驱动模块10，以控制晶体管30处于导通或阻断状态。

相反，当定义在分流电阻器Rs两端的电压值大于电压参考70所定义的电压值时，于是晶体管30阻断并且流过它的电流变为零。当所述转换器1以固定频率运转时，转换器的运转然后在预定持续时间（其例如是根据转换器1的运转频率）结束时重新开始。比较器50操控转换器1的运转的重新开始。

检测模块60连接在第一电压比较器40的输出端与电压参考70之间，并且被配置成检测输出电压Vout变为预定高压阈值VTH_high以上或以下，并改变电压参考70的值，如下文将描述的。

如上所述，电压参考70定义了参考强度值Ipic_ref，其将由尖峰电流Ipic的最大幅度来设定。该参考强度值Ipic_ref在尖峰电流Ipic的强度的最小阈值Ipic_min和最大阈值Ipic_max之间，最小阈值Ipic_min和最大阈值Ipic_max定义了转换器1的运转范围。尤其是，尖峰电流Ipic的强度的最大阈值定义了转换器1可以递送的最大功率。

借助于由中间电容Cint递送的电流来激活喷射器2。中间电容Cint的电荷下降使得转换器1的输出电压Vout下降。

当转换器1的输出电压Vout变为预定高压阈值VTH_high以下时，转换器1激活以使所述输出电压Vout再次上升至其目标值Vc。

当转换器1的输出电压Vout增大时，检测模块60被配置成确定称为“恢复时刻”T1的时刻，在该时刻处输出电压Vout再次跨过预定高压阈值VTH_high。

当在喷射器2开始燃料喷射之后转换器1的输出电压Vout减小时，检测模块60被配置成确定称为“下降时刻”T2的时刻，在该时刻处输出电压Vout减小至预定高压阈值VTH_high以下。

检测模块60被配置成计算在恢复时刻T1和下降时刻T2之间经过的持续时间ΔT。

当计算出的持续时间ΔT大于称为“目标持续时间阈值”ΔT0的预定持续时间阈值时并且当尖峰电流Ipic的最大幅度的值大于最小阈值Ipic_min时，检测模块60被配置成通过降低参考电压70的值、即通过减小参考强度值Ipic_ref来在最小阈值Ipic_min的限度内减小尖峰电流Ipic的最大幅度的值。

相反，当计算出的持续时间ΔT小于所述目标持续时间阈值ΔT0时并且当尖峰电流Ipic的最大幅度的值小于最大阈值Ipic_max时，检测模块60被配置成通过增大参考电压70的值、从而增大参考强度值Ipic_ref来在其最大阈值Ipic_max的限度内增大尖峰电流Ipic的最大幅度的值。

预定目标持续时间阈值ΔT0对应于期望输出电压Vout达到预定高压阈值VTH_high的目标时刻与随后的下降时刻之间的时间间隔。

实际上，期望在下一次燃料喷射请求之前输出电压再次上升至预定高压阈值VTH_high，以实现最佳喷射效率，但是也希望该再次上升不会进行得太早，因为这将意味着为了进行该电压再次上升，尖峰电流Ipic的最大幅度的值过高，这等同于转换器1的效率降低。

有利地，预定目标持续时间阈值ΔT0是可调整的，例如可以在200至500µs之间。

在最大幅度的值减小的情况下，检测模块60被配置成通过减少与最大阈值Ipic_max的分数（例如在0.2%至1%之间）相对应的预定值来减小尖峰电流Ipic的最大幅度的所述值。

在最大幅度的值增大的情况下，检测模块60被配置成通过增加与最大阈值Ipic_max的分数（例如在0.2%至1%之间）相对应的预定值来增大尖峰电流Ipic的最大幅度的所述值。

优选地，预定减少值等于预定增加值。

检测模块60还被配置成测量从下降时刻T2开始经过的持续时间，并且当输出电压Vout在称为“再次上升持续时间阈值”∆T2的预定持续时间阈值结束时未跨过预定高压阈值VTH_high时，将尖峰电流Ipic的最大幅度的值增大到最大阈值Ipic_max。

预定再次上升持续时间阈值ΔT2对应于下降时刻T2与输出电压Vout再次上升至预定高压阈值VTH_high之间的最大可接受时间间隔。实际上，期望尖峰电流Ipic的最大幅度的值尽可能低，以便具有转换器1的可能的最佳效率，但是如果出现未预见到的或大量的燃料喷射请求，则希望能够保证转换器1的效率和灵敏性。优选地，可根据燃料喷射之间的最小时间差来配置预定再次上升持续时间阈值ΔT2。

现在将参考图2至图5来描述转换器1的实施示例。

图3至图5示出了转换器1的输出电压Vout随时间t的演变，该演变是根据馈送喷射器2的喷射电流Iinj的方波所体现的各个喷射P。

首先，在步骤E1中，检测模块60确定称为“恢复时刻”T1的时刻，在该时刻处输出电压Vout跨过预定高压阈值VTH_high。

在步骤E2中，检测模块60确定与喷射开始相对应的称为“下降时刻”T2的时刻，在该时刻处输出电压Vout减小至预定高压阈值VTH_high以下。

随后，在步骤E3中，检测模块60计算在恢复时刻T1和下降时刻T2之间经过的持续时间ΔT。

参考图2和图3，当计算出的持续时间ΔT大于所述目标持续时间阈值ΔT0时并且当尖峰电流Ipic的最大幅度的值大于最小阈值Ipic_min时，检测模块60在步骤E4中将参考电压70的值减小减少值，以减小参考强度值Ipic_ref。

参考图2和图4，当计算出的持续时间ΔT小于称为“目标持续时间阈值”ΔT0的预定持续时间阈值时并且当尖峰电流Ipic的最大幅度的值小于最大阈值Ipic_max时，检测模块60在步骤E5中将参考电压70的值增大增加值，以便增大参考强度值Ipic_ref。

当转换器1的输出电压Vout跨过了预定高压阈值VTH_high时、当计算出的持续时间ΔT大于目标持续时间阈值ΔT0时、并且当尖峰电流Ipic的最大幅度的值等于最小阈值Ipic_min时，检测模块60在尖峰电流Ipic的下一个尖峰期间将尖峰电流Ipic的最大幅度的所述值保持在最小阈值Ipic_min。

当转换器1的输出电压Vout跨过了预定高压阈值VTH_high时、当计算出的持续时间ΔT小于目标持续时间阈值ΔT0时、并且当尖峰电流Ipic的最大幅度的值等于最大阈值Ipic_max时，检测模块60在尖峰电流Ipic的下一个尖峰期间将尖峰电流Ipic的最大幅度的值保持在最大阈值Ipic_max。

并行地，检测模块60还测量从下降时刻T2开始经过的持续时间（步骤E6）。因此，参考图5，当输出电压Vout在称为“再次上升持续时间阈值”∆T2的预定持续时间阈值结束时未跨过预定高压阈值VTH_high时，检测模块60针对下一个尖峰将尖峰电流Ipic的最大幅度的值增大到最大阈值Ipic_max。

根据本发明的方法使得能够根据转换器1的输出电压Vout的或快或慢的再次上升来调整尖峰电流Ipic的最大幅度的值，以便提高其效率，同时降低损耗，并且确保在大量喷射请求的情况下尽可能快地再次上升。