涉及电学技术领域，特别涉及一种占空比控制电路及双向dcdc转换器的软启动方法。
背景技术：
dcdc指的是直流开关电源(又称dc-dc)，可以用于升压和降压。dcdc指利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关(mosfet等)进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容(或电感)里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。dcdc输出的功率或电压的能力与占空比(由开关导通时间与整个开关的周期的比值)有关。
现有技术中常用的dcdc产品有两种，一种为电荷泵(chargepump)，另一种为电感储能dcdc转换器。
双向同步整流dcdc转换器拓扑是工业界及新能源汽车中常用的一种拓扑结构。目前新能源汽车的48v轻混系统中广为应用，48v轻混系统具有改装简单，成本较低的特点，是吸引各个整车厂开始布局此类车型的重要因素。在48v轻混系统中dcdc转换器作为重要的能量转换零部件，基于双向同步整流dcdc转换器拓扑可以实现车辆当中48v侧与12v侧的直流电能转换。在车辆刚发动时，通过boost模式将12v侧电池电能转换到48v侧，给电机控制器上的电容充电，完成预先充电功能。车辆行驶过程中，主要依靠buck模式，将48v侧电池能量转换给12v侧负载使用，在特殊工况下也允许通过boost模式将12v侧电池能量转换到48v侧使用；因此dcdc转换器是整套系统中不可或缺的一个部件，其功能的好坏直接影响系统的响应。
48vdcdc转换器拓扑属于并联型的同步整流buck/boost拓扑，常见的控制方式使半桥上下管互补；但由于车载dcdc的两端都要连接电池，根据负载情况的不同，其表现出来的输出特性也不同。如图1a所示，轻载时，在需求为buck的模式下也会表现出boost特性，即同一个开关周期内出现了反向电流。由于同一个开关周期内buck及boost的共存特性，导致无论buck还是boost拓扑下的软启动过程都会出现强烈的反向行为，引发反向过流保护，导致出现软启动失败的现象；另一方面，在某些特殊的工况(例如：dcdc转换器接收到的输出电压指令低于输出电池电压；或者输入电池电压突然掉电)下，还会引发反向过流故障的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种占空比控制电路及双向dcdc转换器的软启动方法，以解决dcdc转换器软启动失败或反向电流故障的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种占空比控制电路，用于控制双向同步整流dcdc转换器的占空比，所述占空比控制电路包括：
电压单环，用于基于参考电压和双向同步整流dcdc转换器的输出端电压产生电压占空比；
电流单环，用于基于参考电流和双向同步整流dcdc转换器的输出端电流产生电流占空比；
最小电流环，用于基于预设最小电流和和双向同步整流dcdc转换器的输出端电流产生最小电流占空比；
取最小值模块，用于接收所述电压占空比和所述电流占空比，对所述电压占空比和所述电流占空比取最小值并输出；
取最大值模块，用于接收所述取最小值模块输出的结果和所述最小电流占空比，对所述取最小值模块输出的结果和所述最小电流占空比取最大值并输出作为所述双向同步整流dcdc转换器的占空比。
可选的，在所述的占空比控制电路中，所述电压单环包括：
第一减法器，用于对参考电压和双向同步整流dcdc转换器的输出端电压进行减法处理；
第一pid模块，用于接收所述第一减法器输出的结果，并根据所述第一减法器输出的结果产生电压占空比。
可选的，在所述的占空比控制电路中，所述电流单环包括：
第二减法器，用于对参考电流和双向同步整流dcdc转换器的输出端电流进行减法处理；
第二pid模块，用于接收所述第二减法器输出的结果，并根据所述第二减法器输出的结果产生电流占空比。
可选的，在所述的占空比控制电路中，所述最小电流环包括：
第三减法器，用于对预设最小电流和双向同步整流dcdc转换器的输出端电流进行减法处理；
第三pid模块，用于接收所述第三减法器输出的结果，并根据所述第三减法器输出的结果产生最小电流占空比。
可选的，在所述的占空比控制电路中，所述第一pid模块、所述第二pid模块和所述第三pid模块均采用增量式pid算法。
可选的，在所述的占空比控制电路中，所述预设最小电流为0a。
本发明还提供一种双向dcdc转换器的软启动方法，所述双向dcdc转换器的软启动方法包括：
提供一双向dcdc转换器；
使用上述占空比控制电路控制所述双向同步整流dcdc转换器的占空比；
确定双向同步整流dcdc转换器的工作模式，根据所述工作模式计算所述双向同步整流dcdc转换器的主管在伏秒平衡时的占空比，并将所述主管在伏秒平衡时的占空比作为所述占空比控制电路的初始占空比；
所述双向同步整流dcdc转换器在所述工作模式下进行软启动。
可选的，在双向dcdc转换器的软启动方法中，所述双向dcdc转换器的工作模式为升压模式或降压模式。
可选的，在双向dcdc转换器的软启动方法中，所述双向dcdc转换器的拓扑结构包括：第一直流电源、第二直流电源、第一mos开关、第二mos开关、电感和电容；所述第一直流电源、电感、第二直流电源依次串联，所述电容并联于所述第二直流电源的两端，所述第一mos开关设置于所述第一直流电源的正极与所述电感之间，所述第二mos开关设置于所述第一直流电源的负极与所述电感之间；
当确定所述双向同步整流dcdc转换器的工作模式为降压模式时，所述占空比控制电路的初始占空比等于双向同步整流dcdc转换器的输出端电压与双向同步整流dcdc转换器的输入端电压的比值；
当确定所述双向同步整流dcdc转换器的工作模式为升压模式时，所述占空比控制电路的初始占空比等于1减去双向同步整流dcdc转换器的输入端电压与双向同步整流dcdc转换器的输出端电压的比值。
在本发明所提供的占空比控制电路及双向dcdc转换器的软启动方法中，所述占空比控制电路包括电压单环、电流单环、最小电流环、取最小值模块及取最大值模块；取最小值模块接收电压单环产生的电压占空比和电流单环产生的电流占空比，对电压占空比和电流占空比取最小值并输出给取最大值模块，取最大值模块对取最小值模块输出的结果和最小电流环产生的最小电流占空比duty4mincur取最大值并输出作为双向同步整流dcdc转换器的占空比。相比现有的占空比控制电路增设了最小电流环和取最大值模块，在dcdc转换器输出电压指令偏低、泵电或dcdc转换器输入电压掉电时，最小电流环产生的最小电流环占空比将取代所述取最小值模块输出的结果，有效避免占空比的进一步下降，从而维持dcdc转换器以预设最小电流正向输出，有效避免反向过流故障。
附图说明
图1a是常规软启动，双向dcdc转换器的工作状态示意图；
图1b是常规软启动初期电感电流波形图；
图2是本发明实施例一中占空比控制电路的结构示意图；
图3是本发明实施例二中双向同步整流dcdc转换器的软启动方法的流程图；
图4是本发明实施例一或二中双向同步整流dcdc转换器的拓扑结构示意图。
图2中：电压单环-1；第一减法器-10；第一pid模块-11；电流单环-2；第二减法器-20；第二pid模块-21；最小电流环-3；第三减法器-30；第三pid模块-31；取最小值模块-4；取最大值模块-5；
图4中：第一直流电源-6；第二直流电源-7；第一mos开关-100；第二mos开关-101；电感-8；电容-9。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的占空比控制电路及双向dcdc转换器的软启动方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
<实施例一>
请参考图2，其为占空比控制电路的结构示意图，如图2所示，所述占空比控制电路包括：电压单环1、电流单环2、最小电流环3、取最小值模块4及取最大值模块5，电压单环1，用于基于参考电压vref和双向同步整流dcdc转换器的输出端电压vo产生电压占空比duty4vtg；所述电流单环2用于基于参考电流iref和双向同步整流dcdc转换器的输出端电流io产生电流占空比duty4cur；所述最小电流环3用于基于预设最小电流imin和和双向同步整流dcdc转换器的输出端电流io产生最小电流占空比duty4mincur；所述取最小值模块4用于接收所述电压占空比和所述电流占空比duty4cur，对所述电压占空比和所述电流占空比duty4cur取最小值并输出；所述取最大值模块5用于接收所述取最小值模块4输出的结果和所述最小电流占空比duty4mincur，对所述取最小值模块4输出的结果和所述最小电流占空比duty4mincur取最大值(结果为图2中duty4final)并输出作为所述双向同步整流dcdc转换器的占空比。其中，所述预设最小电流imin的数值根据需求进行设定，本实施中设定为0a。
通常的dcdc转换器采用取最小值模块4输出的结果作为占空比，因此在电压指令低于输出侧电池电压(或给输出端电池泵电)时，此时占空比将最终降为0，根据图1a的分析，将引发反向过流保护。另外，当输入电压掉电时，占空比将来不及调节，buck三角形的面积将快速降低至小于boost三角形的面积，引发反向过流故障。本发明的占空比控制电路由于最小电流环3的存在，在dcdc转换器输出电压指令偏低、泵电或dcdc转换器输入电压掉电时，最小电流环3产生的最小电流环占空比duty4mincur将取代所述取最小值模块4输出的结果，有效避免占空比的进一步下降，从而维持dcdc转换器以预设最小电流imin正向输出，有效避免反向过流故障。
请继续参考图2，所述电压单环1包括：第一减法器10及第一pid模块11；所述第一减法器10用于对参考电压vref和双向同步整流dcdc转换器的输出端电压vo进行减法处理；所述第一pid模块11用于接收所述第一减法器10输出的结果err1，并根据所述第一减法器10输出的结果err1产生电压占空比duty4vtg。
所述电流单环2包括：第二减法器20及第二pid模块21；所述第二减法器20用于对参考电流iref和双向同步整流dcdc转换器的输出端电流io进行减法处理；所述第二pid模块21用于接收所述第二减法器20输出的结果err2，并根据所述第二减法器20输出的结果err2产生电流占空比duty4cur。
所述最小电流环3包括：第三减法器30及第三pid模块31；所述第三减法器30用于对预设最小电流imin和双向同步整流dcdc转换器的输出端电流io进行减法处理；所述第三pid模块31用于接收所述第三减法器30输出的结果err3，并根据所述第三减法器30输出的结果err3产生最小电流占空比duty4mincur。
优选的，所述第一pid模块11、所述第二pid模块21和所述第三pid模块31均采用增量式pid算法。
<实施例二>
本实施例提供了一种双向同步整流dcdc转换器的软启动方法。主要根据双向同步整流dcdc转换器的工作状态计算一占空比作为双向同步整流dcdc转换器的初始占空比，以抑制双向同步整流dcdc转换器在软启动过程中同一开关周期内的反向模式，避免出现反向电流，确保双向同步整流dcdc转换器的正常软启动。
具体请结合图3及图4进行理解：
首先，执行步骤s1：提供一双向同步整流dcdc转换器；
接着，执行步骤s2：使用实施例一中占空比控制电路控制所述双向同步整流dcdc转换器的占空比；
接着，执行步骤s3：确定双向同步整流dcdc转换器的工作模式，根据所述工作模式计算所述双向同步整流dcdc转换器的主管在伏秒平衡时的占空比，并将所述主管在伏秒平衡时的占空比作为所述占空比控制电路的初始占空比；其中，所述双向dcdc转换器的工作模式为升压模式(也称boost模式)或降压模式(buck模式)。
接着，执行步骤s4：所述双向同步整流dcdc转换器在所述工作模式下进行软启动。软启动时，所述双向同步整流dcdc转换器的占空比是从所述初始占空比开始，而非从0开始。
本实施例的方法能够抑制双向同步整流dcdc转换器在软启动过程中同一开关周期内的反向模式，避免出现反向电流，确保双向同步整流dcdc转换器的正常软启动的原理如下：
请参考图1a及图4，以降压模式(也称buck模式)为例，如图1a所示，在一个工作周期内，如果横轴下面的三角形面积大于横轴上面的三角形面积，则总体表现为boost行为，反之是buck行为。如果boost行为过强，会产生较大的反向电流，严重情况下引发过流保护。为抑制反向电流，常见的做法是关闭同步整流管(对buck而言是下管，即第二mos开关)；为此，需要设计独立的半桥上下管驱动，独立的上下管驱动意味着隔离的驱动供电，会带来较高的产品成本。从降低成本的角度考虑，使用自举式驱动芯片是较好的选择，但上管的驱动电源依赖于下管导通时对自举电容的充电，下管在每个开关周期都要保证开通，这为抑制反向电流带来了困难。
常规的软启动方式，拓扑结构的主管(对buck而言是上管)占空比输出都是从0开始慢慢往上累加，从图1a可以看出，占空比越小，buck行为越弱，boost行为越强。在软启动的初期，boost行为最强，随着主管占空比的增加，boost行为慢慢减弱。软启动初期，电感电流波形如图1b所示，可以看到反向电流越来越大。
因此，软启动成功的关键在于抑制初期的反向电感8电流。
以双向同步整流dcdc转换器的拓扑结构为如图4所示的结构为例进行详细阐述，所述双向dcdc转换器的拓扑结构包括：第一直流电源6、第二直流电源7、第一mos开关100、第二mos开关101、电感8和电容9；所述第一直流电源6、电感8、第二直流电源7依次串联，所述电容9并联于所述第二直流电源7的两端，所述第一mos开关100设置于所述第一直流电源6的正极与所述电感8之间，所述第二mos开关101设置于所述第一直流电源6的负极与所述电感8之间。
以buck为例，主管(即上管，第一mos开关)导通阶段，主管关断阶段，
为抑制反向电流，要保证开关周期内平均电感8电流不小于0，即保证图4中buck三角形面积大于boost三角形面积。设一个开关周期内电感8电流上升为iincr，下降值为idecr则有：
iincr＝idecr时(即主管在伏秒平衡时)，此临界状态的占空比为
其中，dinit表示临界状态的占空比，d表示稳态占空比，vout表示输出电压，vin表示输入电压，ts表示开关周期。
同理，可推导得出boost模式下，临界状态的占空比为
由于软启动过程中占空比越来越大，据此，可在互补模式下设置初始占空比为dinit。
所示双向同步整流dcdc转换器的拓扑结构包括但不局限于图4所示的结构，也可以为其他的拓扑结构，只要根据拓扑结构及上述计算原理将主管在伏秒平衡时的临界状态的占空比作为dcdc转换器软启动的初始占空比即可。
初始占空比选为dinit，则电感电流平均值将一直保持为正值，系统可正常软启动。
软启动过程中，为了保证双向同步整流dcdc转换器软启动过程中占空比是从初始占空比dinit开始缓慢增加，需使用步进式pid，即电压指令指令缓慢增加的方式软启动。
采用步进式pid计算占空比采用如下式所示方式迭代计算：
err(n)＝ref_temp-out(n)；
duty(n)＝duty(n-1)+kp*[err(n)-err(n-1)]+ki*err(n)+kd*[err(n-2)+err(n)-2*err(n-1)]；
err(n-2)＝err(n-1)；
err(n-1)＝err(n)；
duty(n-1)＝duty(n)；
duty(0)＝dinit。
err(n)表示本次运算后参考值与输出值的差值，ref_temp表示参考值，out(n)表示本次运算后的输出值，duty(n)表示本次运算后的占空比，n表示本次运算，kp表示比例系数，ki表示积分系数，kd表示微分系数。
请继续参考图2，图2中的err1、err2、err3，在上述的增量式pid中应该表示为err1(n)、err2(n)、err3(n)，由于pid的表达方式不仅仅是增量式，故图2中没用err1(n)、err2(n)、err3(n)。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
综上，在本发明所提供的占空比控制电路及双向dcdc转换器的软启动方法中，所述占空比控制电路包括电压单环、电流单环、最小电流环、取最小值模块及取最大值模块；取最小值模块接收电压单环产生的电压占空比和电流单环产生的电流占空比，对电压占空比和电流占空比取最小值并输出给取最大值模块，取最大值模块对取最小值模块输出的结果和最小电流环产生的最小电流占空比取最大值并输出作为双向同步整流dcdc转换器的占空比。相比现有的占空比控制电路增设了最小电流环和取最大值模块，在dcdc转换器输出电压指令偏低、泵电或dcdc转换器输入电压掉电时，最小电流环产生的最小电流环占空比将取代所述取最小值模块输出的结果，有效避免占空比的进一步下降，从而维持dcdc转换器以预设最小电流正向输出，有效避免反向过流故障。