用于操控降压-升压转换器的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于操控直流电压转换器、尤其被时钟控制的降压

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于操控降压
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升压转换器的方法


[0001]本专利技术一般来说涉及电工
、尤其功率电子学以及功率电子电路的领域。本专利技术尤其涉及一种用于操控直流电压转换器法、尤其时钟控制的降压
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升压转换器的方法，该降压
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升压转换器具有至少两个开关元件并且具有电感或扼流圈并由该降压
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升压转换器将输入电压转换为经调节的输出电压。为此，降压
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升压转换器的开关元件借助经脉冲宽度和频率调制的控制信号以共同的可变的开关频率相应地被操控。用于相应的开关元件的相应的经脉冲宽度和频率调制的控制信号从被控变量导出，所述被控变量由用于调节输出电压的调节器单元提供。

技术介绍

[0002]现今，也被称为开关设备的开关电源作为用于例如控制设备、电子设备、控制装置、驱动器等的电源被用于许多领域（例如自动化、汽车领域等）中。开关电源尤其被用于将负载或消耗器连接到电网或电源（例如电池）上并给负载或消耗器供应大多恒定的且经常预先给定的电压。为此，开关电源将大多不稳定的输入电压（通常源自电源的直流或交流电压）转换为恒定的输出电压，其中通过控制到开关电源和所连接的消耗器中的能量流，实现输出电压和/或输出电流的恒定性。视应用而定或视相应的消耗器的需求而定，输出电压可以大于或小于输入电压。
[0003]开关电源以多种多样的表现形式已知。例如，为了连接到交流电压网或交流电压源上，可以执行开关电网中的输入电压或交流电压的整流。为了将经整流的输入电压或不稳定的和/或波动的直流电压转换为恒定的输出电压，在开关电源中通常使用所谓的直流电压转换器或DC
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DC转换器。此外，直流电压转换器尤其可以在高功率应用中例如被用作滤波器和/或用于开关电源中的有源功率因数校正（PFC），以便例如将对电网的消极影响（所谓的电网反馈）保持尽可能小。
[0004]直流电压转换器或DC
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DC转换器通常表示将在输入端处作为输入电压所供应的直流电压（例如经整流的交流电压或来自电池模块的直流电压）转换为具有更高的、相等的或更低的电压水平的输出电压的电路。将输入电压转化为大多预先给定的输出电压通常借助至少一个周期性工作的电子开关元件并且借助至少一个储能器进行，该储能器例如可以实施为（视转换器的拓扑结构而定）线圈或扼流圈或转换器变压器形式的电感（“电感式转换器”）。与此不同，具有电容存储的转换器（电容式转换器）被称为电荷泵。
[0005]应提供（视应用情况而定）大于、等于和/或小于输入电压的输出电压的直流电压转换器通常被称为降压
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升压转换器（Tief
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Hochsetzsteller）或降压
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升压型转换器（Abw
ä
rts
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Aufw
ä
rtswandler）或Buck
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Boost转换器。在降压
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升压转换器中例如升压转换器或升压型转换器连接在降压转换器或降压型转换器的下游。在此情况下，不仅降压转换器而且升压转换器分别具有至少一个开关元件并分享实施为电感或线圈的共同的储能器。Buck
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Boost转换器或降压
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升压转换器的示例性电路例如从文献EP 2 188 886 Bl或EP 2 479 878 Bl中已知。
[0006]降压
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升压转换器在波动的输入电压、诸如具有所谓的纹波或残余纹波的经整流的交流电压的情况下被使用。在此，降压
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升压转换器在不同的运行模式下根据输入电压和输出电压之间的比值工作。如果输入电压例如大于输出电压，则降压
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升压转换器只在降压或Buck模式下运行。也就是说，在该模式下，仅降压转换器的开关元件被切换，而升压转换器的开关元件恒定地保持关断。如果降压
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升压转换器的输入电压和输出电压之间的差分电压低于某个最小值，则降压
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升压转换器通常以所谓的混合运行方式运行。也就是说，不仅降压转换器的开关元件而且升压转换器的开关元件以相同的频率但是不同的接通时间被时钟控制。对降压
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升压转换器的操控例如可以包含脉冲宽度调制器，该脉冲宽度调制器的占空比可以为了调节的目的而被改变，例如被改变到恒定的输出电压。
[0007]针对例如具有两个或四个开关元件以及共同的电感或扼流圈的降压
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升压转换器的操控，例如存在在市场上可用的操控单元，这种操控单元尤其可以在较小的输入或输出电压（例如直至50伏）的情况下被使用。这些操控单元例如以固定的开关频率运行降压
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升压转换器，即开关元件以每个时间间隔固定数量的接通和关断过程被切换。这尤其在较高的输入电压或输出电压的情况下具有如下缺点：开关元件并不在最优的时刻被接通并且通过固定频率的操控可能（例如以噪声和/或电磁辐射（EMC干扰）的形式）出现高的开关损耗和高的干扰发射。
[0008]特别是在降压
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升压转换器的连续运行（CCM
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continuous conduction mode（连续导通模式））中，但是也在降压
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升压转换器的不连续或间歇模式（DCM
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discontinuous conduction mode（不连续导通模式））中，在该降压
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升压转换器中相应的开关元件在电感消磁并且出现死区时间之后被接通，如果例如包含在开关元件（例如场效应晶体管等）中和在电感（例如变压器、扼流圈等）中的寄生电容在下一接通时刻之前被充电到相应高的电压，则在开关元件的固定频率的操控的情况下可能发生高的开关损耗。如果开关元件在下一时钟周期中接通，则寄生电容器经由晶体管被放电或再充电，并且在此情况下视所施加的电压而定产生或多或少高的电流峰值，所述电压峰值在相应高的电压的情况下导致高的开关损耗。
[0009]从S. Waffler等人的文献“A Novel Low
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Loss Modulation Strategy for High
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Power Bi
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directional Buck+Boost Converters”（IEEE Transactions on Power Electronics，第24卷，第6期，第1589
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1599页，2009年6月）中已知用于具有四个开关元件的降压
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升压转换器的操控方法。在此情况下，开关元件始终在零电压期间被接通，以便使开关损耗最小化。即执行所谓的零电压切换（ZVS）。为此，为了实现零电压切换条件，开关元件有针对性地被操控，以便始终确保在开关周期的开始和结束时电感中的负电流，由此没有寄生电容必须被硬性再充电。这种操控虽然也可以在相对高的输入或输出电压的情况下（例如在100直至1000伏的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于操控降压
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升压转换器（TH）的方法，所述降压
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升压转换器具有至少两个开关元件并且具有电感，由所述降压
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升压转换器将输入电压（Ue）转换为经调节的输出电压（Ua），其中所述降压
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升压转换器（TH）的两个开关元件通过经脉冲宽度和频率调制的控制信号（S1，S2）以共同的、可变的开关频率来操控，并且其中用于相应的开关元件的相应的经脉冲宽度和频率调制的控制信号（S1，S2）从由用于调节所述输出电压的调节器单元（RE）提供的被控变量（SG）导出，其特征在于，连续地确定所述开关元件上的电压曲线（101），在识别出所述开关元件上的所确定的电压曲线的电压最小值（102）时，只要超过了预先给定的最小周期持续时间（Tmin）（103），就接通所述开关元件（104），并且如果直至预先给定的最大周期持续时间到期（106）在所述开关元件上的电压曲线中都没有确定电压最小值（102），则在所述预先给定的最大周期持续时间（Tmax）到期之后接通所述开关元件（104）。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相应的开关元件的切断时刻通过由所述调节器单元（RE）提供的被控变量来规定（105），从所述被控变量导出用于所述相应的开关元件的相应的经脉冲宽度和频率调制的控制信号（S1，S2）。3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了生成所述相应的经脉冲宽度和频率调制的控制信号（S1，S2）以时钟控制所述相应的开关元件，从由用于调节所述输出电压（Ua）的调节器单元（RE）提供的被控变量（SG）根据所述降压
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升压转换器（TH）的相应的输入电压（Ue）和相应的输出电压（Ua）导出对于所述相应的开关元件而言特定的被控变量（SG1，SG2）。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了生成用于所述开关元件的经脉冲宽度和频率调制的控制信号（S1，S2），使用由振荡器单元（OS）产生的锯齿波信号（CT，CT1）。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将可预先给定的偏移值（CToffset）添加到所述锯齿波信号（CT）。6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，具有下属的电流调节的电压调节器被用作用于调节所述降压
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【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：