CN100470994C - 使直流电压转换器受控并联运行的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

这里给出了使直流电压转换器受控并联运行的装置和方法，特别适用于汽车的多级电压车载电网中，具有两个电压范围(U1)和(U2)。并联连接的电压转换器位于这些电压范围之间，其中，电压转换器中仅有一个作为有效的电压调节器，它不断地工作。其余的(n-1)个转换器，相应于所需要的功率，或者在满负荷状态下运行，或者处于空载状态。

Description

使直流电压转换器受控并联运行的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于使直流电压转换器受控并联运行的方法和相应的装置。
背景技术
为了提高DC/DC-转换器的功率，它们工作于主从运行中。在主从运行中，所谓的主运行在上级承担着对整个系统的调节任务，而下级的转换器(从)工作于被调节的运行中，这样意味着能够使电功率倍增。从转换器的控制能够通过传输整流器的开关命令(如开关晶体管的控制信号)来实现。
DC/DC-转换器被用来产生一个或多个电压，或者是在两个不同的电压(如汽车中的两级电压车载电网14V/42V)之间传递能量。为了灵活地对所希望的最大输出功率作出反应，在输出端，提供了具有n个单一转换器模件的并联线路。这样的设置在图1中予以示出。
输入电压一侧在此例如与汽车的发电机相连接。如果每一个转换器都具有一个独立的电压调节器，则通过输出一侧的连接可能产生耦合震荡。
发明内容
本发明的任务是，通过多个单个转换器的受控并联运行，并且同时避免出现耦合震荡，来提高直流转换器(DC/DC-转换器)的功率。根据本发明，提出一种使多个直流电压转换器受控运行的方法，这些电压转换器相互并联或依次串连连接并且连接在第一电压线路(U1)和第二电压线路(U2)之间，该方法包括有步骤：
(1)确定第一个电压转换器是否能够满足功率需求；
(2)如果确定结果为是，则该第一个电压转换器就承担输出电压的调节任务，补充有效的、或变化的功率，其余的电压转换器无需运行，处于空载状态；
(3)如果确定结果为否，该第一个电压转换器转入满负荷运行，提供其最大的输出电流，将电压调节任务交给第二个电压转换器；
(4)对第二个电压转换器重复上述步骤(1)—(3)，使得当对功率需求继续增加时，更多个电压转换器依次进入满负荷运行状态，下一个电压转换器承担所剩余的部分负荷，即承担输出电压的调节任务；
(5)在相反的情况下，即当对功率需求降低时，对该多个电压转换器反向执行上述步骤(4)—(1)且这些电压转换器被依次从满负荷运行转换成部分负荷运行。
根据本发明，还提出一种用于实施本发明方法的装置，具有相互并联连接或依次串连连接并且连接在第一电压线路(U1)和第二电压线路(U2)之间的多个电压转换器，其特征在于：还包括有
一控制操作电子装置，分别与这些电压转换器连接，用于确定第一个电压转换器是否能够满足功率需求；如果确定结果为是，则该第一个电压转换器就承担输出电压的调节任务，补充有效的、或变化的功率，其余的电压转换器无需运行，处于空载状态；如果确定结果为否，该第一个电压转换器转入满负荷运行，提供其最大的输出电流，将电压调节任务交给第二个电压转换器；并对第二个电压转换器重复上述处理，使得当对功率需求继续增加时，更多个电压转换器依次进入满负荷运行状态，下一个电压转换器承担所剩余的部分负荷，即承担输出电压的调节任务；在相反的情况下，即当对功率需求降低时，对该多个电压转换器反向执行上述处理且这些电压转换器被依次从满负荷运行转换成部分负荷运行。
所述的负荷分配的原理，以有利的方式避免了并联运行的电压调节中发生耦合震荡的危险。转换器安装时的相对空间位置，既可以相互接近，也可以彼此分开。与已知方法不同的是，转换器之间的信息交流必须仅仅在转换时才能发生。为此，低频带宽度(如CAN)的连接就足够了。串联式的控制结构具有的优点是，它允许转换器具有相同的结构。
通过进一步的措施使本发明具有另外的优点。
附图说明
附图中给出了本发明的实施例，在以下的描述中对其进行详细说明。具体地，图1示出了多个转换器的模块式并联线路，图2给出的是对某一时刻功率需求进行分配的例子，图3示出的是一个分级控制结构，图4是串联式控制结构的设置。
具体实施方式
图1示出了几个DC/DC-转换器1，2，...，n的一个模块式并联线路，它适合来对所希望的最大输出功率作出灵活反应。而本发明可以在其中得到应用。输入电压例如汽车的车载电网电压，利用U1来表示，而DC/DC-转换器的输出电压用U2来表示。在一个两级电压车载电网中，所述的电压例如是14和42伏特。
如果每一个DC/DC-转换器1，2，...，n都具有一个独立的电压调节器，就可能通过输出端的连接产生耦合震荡。为了避免相互之间的调节影响，建议将有效电压调节器减少到只有一个。必要的功率需求被分配到(n-1)个或者满负荷运行，或者空载运行的转换器上，并且分配到另一个转换器上，它承担部分负荷运行状态下的电压调节任务。
在图2中举例示出了五个并联转换器的负荷分配。转换器1，2和3工作于满负荷状态，在它们的输出端提供最大的输出电流。转换器4承担电压调节任务，覆盖“有效”功率区。转换器5处于空载状态。
调节方式如下所述：
--如果一个转换器已经能够满足功率需求，该转换器就承担了输出电压的调节任务。其余的转换器无需运行。
--如果对功率的需求超过了一个转换器(转换器1)所能提供的功率，该转换器将电压调节任务转交给下一个转换器(转换器2)。转换器1转入满负荷运行，提供其最大的输出电流。
--对功率需求继续增加时，几个转换器依次进入满负荷运行状态。而总是由另外的一个转换器承担所剩余的部分负荷。
--在相反的情况下，即当对功率需求降低时，满负荷运行的转换器依次转回到部分负荷运行状态。
为实现上述控制，可以使用下面的控制结构：
分级控制结构
应用一个分级控制结构时，一个中心控制/操作电子装置承担各个转换器之间的协调任务。它从那个承担调节电压任务的转换器得到有关其瞬时输出功率的信息，并将其它转换器设定于满负荷或者空载状态。一个这样的分级控制结构在图3中给出。所属的控制/操作电子装置6也可以被集成到一个转换器中，例如集成到转换器1中去。数据的交换可以通过一个串联的数据总线(如CAN)或者通过专用信号线7、8、9以双向传送方式来进行。
某些DC/DC-转换器不能在空载状态下运行。它们需要一个输出端的基底负荷。在这种情况下，对电压调节的任务从一个转换器向下一个转换器移交时的转换阈值必须要匹配。当需求增加时，接通阈值不再是P＝P最大，而是P＝P最大—P基底。当需求降低时，关断阈值在这种情况下与基底负荷P基底相同。
如果所使用的转换器效率的最大值处于部分负荷区域，为了对效率进行优化，受控制的转换器也可运行于该部分负荷区域中。为此，该控制信号由中心控制电子装置6预定。当总的功率输出尚不足时，受控的转换器的输出将随后增加，可一直到达到其最大功率。
串联结构(控制结构)
当使用串联结构时，如图4所示的那样，可以放弃图3的中心控制电子装置。所有转换器可以被构造得完全相同。其连接仅仅通过外部线路来实现。
系统启动例如可以通过对该链上的第一个转换器输入一个接通命令“EIN”来实现。第一个转换器承担电压调节任务。当转换器1达到其功率上限时，通过发出信号P＝P最大，将电压调节任务移交给转换器2。这是一个信号，表示达到最大功率。转换器1在其输出处提供其最大的功率及最大电流。增加的功率需求将使得电压调节任务通过信号P＝P最大逐个向下移交。
如果功率需求降低，目前正承担电压调节任务的转换器，通过信息P＝O向先前的一个转换器发出信号：它已经处于空载状态。这时，该先前的转换器就作为电压调节器来工作。这样，转换器一个接一个地进入空载状态，在所示的例子中，该过程从转换器3开始，到转换器1结束。
如同结合图3中实施例所叙述的那样，作为开关阈值，也可以将基底负荷或者最大效率点综合考虑到其中。
数据的交换同样可以通过一个串联总线(如CAN)或者通过专用信号导线来实现。
所说明的对电压转换器(DC/DC-转换器)进行受控并联运行的装置及相应的方法，例如被应用于汽车车载电网上。它也适用于其他的需要转换高功率的应用场合。重要的是，转换器之一运行于有效工作区域中，而所有的其它转换器或者运行于满负荷状态下，或者处于空载状态。

Claims (8)

1、一种使多个直流电压转换器受控运行的方法，这些电压转换器相互并联或依次串连连接并且连接在第一电压线路(U1)和第二电压线路(U2)之间，该方法包括有步骤：
步骤一、确定第一个电压转换器是否能够满足功率需求；
步骤二、如果确定结果为是，则该第一个电压转换器就承担输出电压的调节任务，补充有效的、或变化的功率，其余的电压转换器无需运行，处于空载状态；
步骤三、如果确定结果为否，该第一个电压转换器转入满负荷运行，提供其最大的输出电流，将电压调节任务交给第二个电压转换器；
步骤四、对第二个电压转换器重复上述步骤一至三，使得当对功率需求继续增加时，更多个电压转换器依次进入满负荷运行状态，下一个电压转换器承担所剩余的部分负荷，即承担输出电压的调节任务；
步骤五、在相反的情况下，即当对功率需求降低时，这些电压转换器被依次从满负荷运行转换成部分负荷运行。
2、如权利要求1所述的方法，其特征为：对电压转换器的控制是通过一个分级控制结构由一个控制操作电子装置来进行的，所述控制操作电子装置控制所有的电压转换器并从这些电压转换器获得数据，其中数据的交换是通过一条串联总线来实现的，或者是通过专用信号线来进行。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征为：所述串联总线是CAN总线。
4、如权利要求2所述的方法，其特征为：控制操作电子装置被集成到电压转换器之一中。
5、如权利要求1—4中任一项所述的方法，其特征为：基底负荷P基底或者最大效率点，被利用来作为用于电压调节或断开任务移交的开关阈值P。
6、如权利要求5所述的方法，其特征为：可预定的电压转换器至少运行于一个输出端的基底负荷下，用于电压调节任务移交的转换阈值与此基底负荷P基底匹配，使得
在步骤一至四中，当增加功率需求时，确定电压转换器是否能够满足功率需求的接通阈值为P＝P最大—P基底，其中P最大表示各转换器的最大负荷；
在步骤五中，当功率需求降低时，确定电压转换器是否能够满足功率需求的断开阈值等于基底负荷P基底。
7、用于实施如前述权利要求之一所述方法的装置，具有相互并联连接或依次串连连接并且连接在第一电压线路(U1)和第二电压线路(U2)之间的多个电压转换器，其特征在于：还包括有
一控制操作电子装置，分别与这些电压转换器连接，用于确定第一个电压转换器是否能够满足功率需求；如果确定结果为是，则该第一个电压转换器就承担输出电压的调节任务，补充有效的、或变化的功率，其余的电压转换器无需运行，处于空载状态；如果确定结果为否，该第一个电压转换器转入满负荷运行，提供其最大的输出电流，将电压调节任务交给第二个电压转换器；并对第二个电压转换器重复上述处理，使得当对功率需求继续增加时，更多个电压转换器依次进入满负荷运行状态，下一个电压转换器承担所剩余的部分负荷，即承担输出电压的调节任务；在相反的情况下，即当对功率需求降低时，这些电压转换器被依次从满负荷运行转换成部分负荷运行。
8、如权利要求7所述的装置，其特征为：该控制操作电子装置被集成到电压转换器之一中。
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