DC-DC转换器模块及其控制方法技术

根据本发明专利技术的一个示例方面，提供了一种直流(DC)‑DC的转换器模块(400)，该DC‑DC转换器模块具有多个并联连接的DC‑DC转换器(441‑444)以及连接到DC‑DC转换器(441‑444)的控制电路系统(450)，所述控制电路系统被配置为基于DC‑DC转换器(441‑444)的占空比来控制DC‑DC转换器(441‑444)的操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】DC-DC转换器模块及其控制方法
如芬兰专利申请20175422中所讨论的，可以使用DC-DC转换器模块按需求提高DC电压来为电机供电。通常，这种模块的电源电压非常低，很多时候低于10伏，并且通常低于5伏。为了使这种低电压提供足够的功率来驱动车辆和其他应用中使用的电机，大电流是必需的。
技术介绍
这些大电流存在于DC-DC转换器模块和用于驱动电机的任何其他中间电路系统中，诸如电机驱动器。电机驱动器和电机本身对输入电流的快速变化都很敏感。例如，由于电子电机的感应性质，当输入电流波动时，损耗会大大增加。此外，强电磁场可能会导致电机中的损坏，甚至可能导致连接到电机的驱动器和转换器损坏。此外，电流中的波动会导致整个连接电子设备的损耗增加，并且可能导致电磁干扰。这些问题甚至可能导致某些车辆在认证过程期间出现问题。当DC-DC转换器在单个降压或升压周期中工作时，输入电流的波动范围为0-100％，没有使用任何无功元件(诸如电容器)来使电流平滑。例如，如果转换器将5伏输入电压转换为10伏输出，则占空比如下。它在2/3的周期时间向电感器充电，并在剩余的1/3时间放电。释放电感器中存储的电流时，从电池中吸取的电流约为0。在许多应用中，通过使用电容器来减小这种间隙。在传统的DC-DC转换器模块中，除了上述原因外，通过该模块的输入和输出电流因各种原因而波动。模块中部件的接通和关断时间也可能在电流中引入变化。例如，在DC-DC转换器模块中使用的开关可能需要花费时间来完全打开和闭合，从而导致易变的电流。因此，在传统的转换器模块中，通过提供与模块的输入和输出并联的大电容来使输入和输出电流平滑。然而，考虑到在许多应用中所经历的大电流和大功率消耗，电容的需求相当大，因此需要许多大且昂贵的电容器。这些电容器不仅增加了与使用标准DC-DC转换器模块相关联的成本，而且还增加了DC-DC转换器模块的尺寸和重量。此外，电容器引入损耗，从而降低模块的效率。在标准模块上的测试已经表明，使电流平滑所需的电容器是标准DC-DC转换器模块中最大的损耗源。如图1A和1B所示，在标准电源和本实例中的电机驱动器之间使用电容器。在电机驱动器的操作期间，驱动器的输入电流需求将会变化。在图1B的示例中，电容器两端的过大的电压(Vs)显示为增加的变化。通常，特别是当使用电池作为电源时，电压将保持相对稳定，然而，出于说明目的，图1B的顶部波形示出了周期性变化的输出电压Vs。当从电机驱动器吸取的电流增加超过电池能够提供的电流时，输出电压会下降到低于电容器的电压，电容器开始放电，并且保持高于由图1B中的第二波形的红线所示处的变化输出电压的电压。如下所述，在图1A的电机驱动器的实例中，连接到这种电源的负载会经历如图1B最后的波形所示的波动输入电流。如图1A所示使用电容器不仅可以避免如上所讨论的损耗，而且还可以避免损坏电源，诸如可能会由于电流消耗中的大波动而损坏的电池。在电机驱动器的输出侧使用了同样的概念，其中供电电流中的甚至更大的波动都可以通过电容元件进行平衡。如图所示，标准的DC-DC转换器模块输出的波动电流，不适合用于电机应用。这种波动的电流通常通过使用昂贵的电容器来进行平滑，并且增加了标准转换器模块的尺寸和重量两者。
技术实现思路
为了提高操作和生产中的效率，控制DC-DC转换器模块中的多个DC-DC转换器的操作，以使输入和输出电流中的波动最小化。这可以通过独立地控制DC-DC转换器模块的单独的DC-DC转换器来实现，使得它们的输出交错。本专利技术由独立权利要求的特征限定。一些具体实施例在从属权利要求中限定。根据本专利技术的第一方面，提供了一种直流(DC)到DC转换器模块，该转换器模块包括：多个DC-DC转换器；和连接到DC-DC转换器并且被配置为单独地控制DC-DC转换器的操作的控制电路系统。该控制电路系统被配置为单独地控制DC-DC转换器的操作，使得DC-DC转换器的开关操作异步。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于控制具有多个DC-DC转换器的DC-DC转换器模块的操作的方法，所述方法包括单独地控制DC-DC转换器的操作，使得DC-DC转换器的开关操作异步。附图说明图1A和图1B示出了在电源与电机驱动器或DC-DC转换器之间的滤波电容器的标准实现。图2A和图2B示出了单个DC-DC转换器(2A)和具有四个以同步方式操作的DC-DC转换器(2B)的DC-DC转换器模块的输入电流波形。图3示出了根据本专利技术的至少一些实施例的独立的DC-DC转换器的输入电流和包含转换器的DC-DC转换器模块的总输入电流；图4示出了根据本专利技术的至少一个实施例的示例DC-DC转换器模块。图5A和图5B示出了DC-DC转换器模块的四个DC-DC转换器(A–D)的输出电流波形，和当DC-DC转换器以同步(5A)和异步(5B)方式操作时模块的总输出电流。图6示出了根据本专利技术的至少一个实施例的示例DC-DC转换器模块。具体实施方式定义在本文中，术语操作或开关周期是指在一个周期循环期间DC-DC转换器在关断状态下花费的时间加上转换器在接通状态下花费的时间。例如，在降压-升压转换器中，接通状态的时间是占空比乘以开关周期或TON＝DxTS。如图2A所示，当仅使用单个DC-DC转换器时，在本实例中，在80％占空比的情况下操作的降压-升压转换器在没有任何平滑电容的情况下的输入电流变化很大。如图2B所示，该影响在具有多个DC-DC转换器的DC-DC转换器模块中被放大。四个转换器(A、B、C和D)的输入电流和所有输入电流的和(SUM)在图2B中示出。如图所示，当多个DC-DC转换器以同步方式作为一组进行使用和控制时，电流波动根据DC-DC转换器数目增加。为了便于说明，图2A和图2B未示出电感和电容的影响。然而，在根据本专利技术的具有多个转换器的DC-DC转换器模块中，可以独立地控制转换器的开关，从而到达更稳定的输入电流和输出电流。在本专利技术的某些实施例中，提供了具有多个独立地控制的DC-DC转换器的DC-DC转换器模块。控制每个DC-DC转换器的开关部件使得整个输入和输出电流尽可能平滑。例如，根据本专利技术的DC-DC转换器模块中使用的四个DC-DC转换器的输入电流在图3中示出。如图所示，转换器A-D的开关是受控的，使得两个转换器不会同时接通。这将导致整体更平滑的总输入电流，如转换器A-D的输入电流的SUM所示。显然，与图2A所示的单个转换器模块的输入电流中所示的较大变化相比，输入电流从未下降到低于某个最小水平，并且仅短暂地达到峰值两次。图4示出了根据本专利技术的至少一些实施例的DC-DC转换器模块400。所示出的DC-DC转换器模块400被放置在电源480与电机490之间，然而转换器模块可以在各种应用中找到用途。DC-DC转换器模块400包括多个DC-DC转换器441-444；输入端子411、412；输出端子421、422；以及控制电路系统450，该控制电路系统具有用于接收表示所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流DC-DC转换器模块(400)，包括：/n-并联连接的多个DC-DC转换器(441-444)；/n-控制电路系统(450)，连接到所述DC-DC转换器(441-444)并且被配置为单独地控制所述DC-DC转换器的操作；/n其特征在于/n-所述控制电路系统(450)被配置为单独地控制所述DC-DC转换器的操作，使得所述DC-DC转换器的多个开关操作或不同DC-DC转换器的开关操作之间的时间至少部分地基于所述DC-DC转换器的占空比来调整。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171023 FI 201759381.一种直流DC-DC转换器模块(400)，包括：
-并联连接的多个DC-DC转换器(441-444)；
-控制电路系统(450)，连接到所述DC-DC转换器(441-444)并且被配置为单独地控制所述DC-DC转换器的操作；
其特征在于
-所述控制电路系统(450)被配置为单独地控制所述DC-DC转换器的操作，使得所述DC-DC转换器的多个开关操作或不同DC-DC转换器的开关操作之间的时间至少部分地基于所述DC-DC转换器的占空比来调整。


2.根据前述权利要求中任一项所述的DC-DC转换器模块(400)，其中所述DC-DC转换器(441-444)各自具有相同的占空比。


3.根据前述权利要求中任一项所述的DC-DC转换器模块(400)，其中开关次数等于DC-DC转换器的数目，除非转换器的数目除以所述占空比的倒数大于或等于二，此时DC-DC转换器将被配置为分组触发。


4.根据前述权利要求中任一项所述的DC-DC转换器模块，其中所述控制电路系统(450)被配置为使得存在DC-DC转换器(441–444)接通的至少两个离散时间。


5.根据前述权利要求中任一项所述的DC-DC转换器模块(400)，其中至少有四个DC-DC转换器(441-444)。


6.根据前述权利要求中任一项所述的DC-DC转换器模块(400)，其中所述控制电路系统被配置为使得所述DC-DC转换器的所述开关操作在多个离散开关时间之间均匀分布。


7.根据权利要求6所述的DC-DC转换器模块(400)，其中开关次数等于所述占空比的所述倒数，如果所述倒数不是整数，则将所述倒数进位到下一个最高整数。


8.根据前述权利要求中任一项所述的DC-DC转换器模块，其中所述控制电路系统(450)被配置为导致所述DC-DC转换器(441-444)的异步操作，使得两个DC-DC转换器不会同时切换到关断状态。


9.根据前述权利要求中任一项所述的DC-DC转换器模块(400)，其中所述控制电路系统(450)被配置为导致所述DC...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·萨洛南，
申请(专利权)人：L七驱动公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI