CN102967744B - Dc-dc转换器的二次侧的电流失衡确定装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定DC‑DC转换器的二次侧电流失衡的DC‑DC转换器的二次侧的电流失衡确定装置，其中，二次侧是中心抽头，该电流失衡确定装置包括：电压测量部，通过将DC电力供给到DC‑DC转换器的输出侧来测量DC‑DC转换器的各个连接部的电压降；标准电阻(ΔR’)计算部，从所测量的电压降计算标准电阻；饱和基准值计算部，确定饱和基准值；以及饱和确定部，将饱和基准值与标准电阻进行比较，以确定转换器的二次侧电流的饱和状态。特别地，可以通过在将低电压DC电力供给到输出侧之后测量各个接触部的电压降而不操作转换器来进行产品是否饱和的确定。

Description

DC-DC转换器的二次侧的电流失衡确定装置和方法

相关申请的交叉参考

本申请要求在2011年8月30日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2011-0087312号的优先权和权益，该申请的全部内容引入本文作为参考。

技术领域

本发明涉及一种用于确定DC-DC转换器的电流失衡的装置和方法。更具体地，本发明涉及一种用于在DC电力供给到输出侧之后测量各个连接部的电压降而通过不操作DC-DC转换器来简便地检测饱和状态，从而确定DC-DC转换器的电流失衡的装置和方法。

背景技术

通常，DC-DC转换器提升或降低DC电压以便后续在各种领域使用。DC-DC转换器包括在变压器的一次侧将输入DC电压转换成AC电压的电源模块、以及在变压器的二次侧将所转换的AC电压整流成DC电压的整流部。

电源模块包括作为开关元件的两对晶体管，其中，根据晶体管的操作指令将DC电压转换成周期性的AC信号。

图6示出了常规的绝缘型的全桥转换器的电路，其中，一次侧是全桥且二次侧是中心抽头，并且可适用于要求高电容、小尺寸和重量轻的车用DC-DC转换器。

然而，这种全桥式转换器的最大缺点在于变压器铁芯的饱和。具体而言，当变压器变得饱和时，其释放自身会破坏转换器的磁特性。

可能存在两种变压器饱和的潜在原因。第一种情况发生在变压器输入电压的平均电压不为0的时候；第二种情况发生在变压器的二次侧阻抗不匹配的时候。

图7示出变压器铁芯的B-H曲线，其中，图7(a)示出变压器铁芯没有超出饱和区域且工作在正常的范围内，图7(b)和(c)示出变压器因变压器的工作区域偏向一侧而处于饱和的正常范围之外。

图8进一步示出在正常情况下变压器的一次侧电流(I_p)波形。如图8所示，电流波形具有上/下对称结构以使其不会偏向一侧。相反，图9示出在发生饱和且电流向上倾斜的情况下变压器的电流波形，其显示为电流波形中的急剧上升。这表示变压器饱和并且在该区域中不能起到磁构件的功能。

然而，该用于通过如上所述的波形的使用来确定转换器的失衡的方法是不客观的，因此，不是一种用于确定转换器是否工作在正常范围或是否饱和的合适或可靠方法。

此背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景技术的理解，因此，可能包含不构成对本国本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明旨在提供一种具有如下优点的方法，即通过在将低压电压DC电力供给到绝缘型DC-DC转换器的输出侧之后仅仅简单地测量各个接触部的电压降而不操作转换器来检查产品是否饱和。转换器还具有带有中心抽头结构的二次侧，其能够解决可能因二次侧的组件缺陷而产生的变压器的电流失衡问题。

根据本发明的示例性实施方式，确定DC-DC转换器的二次侧电流失衡且其二次侧是中心抽头的DC-DC转换器的二次侧的电流失衡确定装置可以包括，通过将DC电力供给到DC-DC转换器的输出侧来测量各个连接部的电压降的电压测量部、从由电压测量部测量的电压计算标准电阻的标准电阻(ΔR’)计算部、确定饱和基准值的饱和基准值计算部、以及将饱和基准值与标准电阻进行比较以确定转换器的二次侧电流的饱和状态的饱和确定部。

如果标准电阻(ΔR’)小于饱和基准值(α)，则饱和确定部可以确定产品是正常的，如果标准电阻(ΔR’)大于饱和基准值(α)，则饱和确定部可以确定产品有缺陷而产生电流失衡。

标准电阻可以通过折算电阻(reduced resistance)来计算，该折算电阻是各个连接部的电压除以变压器的二次侧线电压(wire voltage)。

根据本发明的示例性实施方式的确定其二次侧是中心抽头的DC-DC转换器的二次侧电流失衡的DC-DC转换器的二次侧的电流失衡确定方法可以包括，通过将DC电力供给到DC-DC转换器的输出侧来测量各个连接部的电压降，通过在连接部所测量的电压来计算标准电阻(ΔR’)，确定饱和基准值(α)，将饱和基准值与标准电阻比较，并且如果饱和基准值大于标准电阻，则确定产品是正常的，如果饱和基准值小于标准电阻，则确定产品是有缺陷的。

本发明的示例性实施方式可以在将低电压DC电力供给到输出侧之后通过测量各个连接部的电压降而不操作转换器来检查产品是否饱和。

附图说明

图1是根据本发明的示例性实施方式的DC-DC转换器的电流失衡确定装置的示意图。

图2是根据本发明的示例性实施方式的DC-DC转换器的电流失衡确定步骤的流程图。

图3是示出根据本发明的示例性实施方式的电压测量点的图。

图4是在DC电源连接至根据本发明的示例性实施方式的DC-DC转换器的情况下的等效电路图。

图5是随着根据本发明的示例性实施方式的二极管的组装而包括阻抗的电路图。

图6是其二次侧是中心抽头的DC-DC转换器的电路图。

图7示出DC-DC转换器中的变压器铁芯的B-H曲线。

图8示出在正常的DC-DC转换器中的变压器的一次侧电流波形。

图9示出处于饱和状态的DC-DC转换器中的变压器的一次侧电流波形。

符号说明：

10：电压测量部

20：标准电阻计算部

30：饱和确定部

40：饱和基准值计算部

50：显示部

60：第一二极管

61：第二二极管

70：电源

具体实施方式

下文将详细参照附图描述本发明的示例性实施方式，以使与本发明有关的本领域普通技术人员可以容易地实施本发明。

正如本领域技术人员将认识到，所描述的实施方式可以在不偏离本发明的精神或范围的情况下，以各种不同的方式修改。

图1是根据本发明的示例性实施方式的DC-DC转换器的电流失衡确定装置的示意图。如图1所示，电流失衡确定装置包括，将DC电力供给到输出侧并测量电压的电压测量部10、使用所测量的电压来计算标准电阻的标准电阻计算部20、计算作为用于确定饱和状态的基础值的饱和基准值的饱和基准值计算部40、将饱和基准值与标准电阻进行比较以确定饱和状态的饱和确定部30、以及显示该状态的显示部50。

如图3所示，在电压测量部10中，如果供应低电压DC电力的电源70连接至DC-DC转换器的输出侧，则一对二极管60和61起到正向导通从而使电流流动的整流器的作用。

如图5所示，如果将DC电力反向地供给到输出侧，则在二次侧形成两个闭合电路(A、B)。在该情况下，当测量各个连接部的电压降时，所产生的电压降量根据各部分的电阻和在两侧流动的电流I₁和I₂变化。

在图5的这种情况下，R_ab是Ls1变压器和第一二极管60的正(+)极之间的组装电阻，R_cm是第一二极管60的负(-)极和连接部m之间的组装电阻，R_ga是变压器二次侧Ls1线路的电阻，R_de是Ls2变压器和第二二极管61的正(+)极之间的组装电阻，R_fm是第二二极管61的负(-)极和连接部m之间的组装电阻，R_gd是变压器二次侧Ls2线路的电阻。

在这种情况下，闭合电路(A，B)的电阻分别是R_A＝R_ab+R_cm+R_ga和R_B＝R_de+R_fm+R_gd。

图4所示的等效电路中画出了用于测量电压降的各个连接部(a-f、m)。

图4的各部电压可以整理如下：

V_ga＝I₁R_ga V_gd＝I₂R_gd

V_ab＝I₁R_ab V_de＝I₂R_de

V_cm＝I₁R_cm V_fm＝I₂R_fm

标准电阻计算部20计算在电压测量部10所测量的各个连接部的电压，以计算标准电阻。然而，由于电流值I₁和I₂根据电阻变化而变化，使用各个连接部的电压的电阻计算是复杂的。因此，有必要消除电流部分以便解决该问题，并且作为变压器的线路电阻的R_ga和R_gd电阻值可以通过管理产品规格维持在相同值。因此，通过将各个连接部的电压值除以变压器二次侧线路的电压值以计算折算电阻，从而消除电流部分。

折算电阻是各连接部的电压除以二次侧线路的电压的值。

即，消除电流部分的折算电阻可以如下计算：

饱和基准值计算部40使用在标准电阻计算部20所计算的折算电阻来找出各个电感器电阻的总和，并接着计算各个电感器的整个折算电阻的差以输出如下结果。

∑R′_left＝R_g2′+R_ab′+R_cm′＝1+R_ab/R_g2+R_cm/R_g2

∑R′_right＝R_gd′+R_de′+R_fm′＝1+R_de/R_gd+R_fm/R_gd

∑R′_left-∑R′_right＝(R_ab/R_g2+R_cm/R_g2)-(R_de/R_gd+R_fm/R_gd)

在等式中，ΣR_left是闭合电路A中的折算电阻的总和，∑R_left是闭合电路B中的折算电阻的总和。

如果假定通过产品规格管理使变压器二次侧线路的电阻相等，则等式可以整理如下，并相应地计算标准电阻值ΔR’。

即，R_ga＝R_gd，并用下列等式计算标准电阻。

ΔR′＝∑R′_left-∑R′_right＝((R_ab+R_cm)-(R_de+R_fm))/R_g2

在这种情况下，饱和基准值通过下列等式计算。

B_max＝B_dc+△B/2

其中N_p是一次侧转数，N_s是二次侧转数，l_e是磁通量的有效长度，A_e是变压器的有效截面，B_max是变压器的最大磁通量密度，V_in是输入电压，I_s，avg是变压器的二次侧平均电流，B_dc是变压器磁密度的DC分量。

在这种情况下，变压器二次侧的平均值和标准电阻成比例，并且其比例系数按实验计算。

即，I_s,avg＝kΔR’。

而且，饱和基准值(α)表述如下。

$\mathrm{\α}\≈(B_{\max }-\frac{V_{in}\mathrm{\Δ}t}{N_p{A}_e})\left(\frac{l_e}{4\mathrm{\π}{10}^{-7}{N}_{s}k}\right)$

饱和确定部30将所计算的标准电阻(ΔR’)与饱和基准值(α)进行比较，如果标准电阻小于饱和基准值，则确定所制造的DC-DC转换器正常组装，不会根据电阻故障而产生电流失衡。

然而，如果标准电阻大于饱和基准值，则确定所制造的DC-DC转换器有故障且根据电阻故障而产生电流失衡。

其后，所确定的结果通过显示部50显示，从而可以容易地判断所制造的产品是正常的还是有缺陷的。

以下，将参照图2描述根据本发明的示例性实施方式的用于确定DC-DC转换器的二次侧的电流失衡的方法。

首先，将DC电力供给到DC-DC转换器的二次侧的输出侧，在S102中在各个连接部测量电压，所测量的电压被用来在S103中计算标准电阻(ΔR’)，并且在计算标准电阻(ΔR’)之前计算折算电阻。

根据该方法，可以不影响各部分的电流来测量各部分的电阻。在计算标准电阻值后，分别计算闭合电路(A、B)中的折算电阻的总和(∑R_left、∑R_right)，并且其差被用来计算标准电阻(ΔR’)。

独立地，在S104中计算饱和基准值(α)，并且在S105中将标准电阻(ΔR’)与饱和基准值(α)彼此进行比较。在S107中，如果S105中的标准电阻(ΔR’)小于饱和基准值，则产品被确定为正常。在S106中，如果标准电阻大于饱和基准值，则产品的电流被确定为失衡。

如上所述，通过简单地将DC电力供给到输出侧而不操作DC-DC转换器，能够作出二次侧的电流失衡与否的确定。

此外，上述处理和方法可以通过控制逻辑来实施，控制逻辑具体表达为含有由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的计算机可读媒介。计算机可读介质的实例包括但不限于，ROM、RAM、光盘(CD)-ROMs、磁带、软盘、闪存盘、智能卡和光数据存储装置。计算机可读记录介质也可以分布在网络连接计算机系统，以使计算机可读介质通过例如远程通讯服务器以分布式存储和执行。

尽管已经结合现在被视为可实施的示例性实施方式来描述本发明，然而，应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改方式和等效配置。

Claims (4)

1.一种DC-DC转换器的二次侧的电流失衡确定装置，其确定DC-DC转换器的二次侧电流失衡，其中所述二次侧是中心抽头，所述电流失衡确定装置包括：

电压测量部，通过将DC电力供给到所述DC-DC转换器的输出侧来测量所述DC-DC转换器的各个连接部的电压降；

标准电阻(ΔR’)计算部，从所测量的各个连接部的电压降计算标准电阻；

饱和基准值计算部，确定饱和基准值；以及

饱和确定部，将所述饱和基准值与所述标准电阻进行比较，以确定所述DC-DC转换器的二次侧电流的饱和状态。

2.根据权利要求1所述的电流失衡确定装置，其中，如果所述标准电阻(ΔR’)小于饱和基准值(α)，则所述饱和确定部确定产品正常，如果所述标准电阻(ΔR’)大于所述饱和基准值(α)，则所述饱和确定部确定产品有缺陷且产生电流失衡。

3.根据权利要求1所述的电流失衡确定装置，其中，所述标准电阻通过折算电阻计算，所述折算电阻是各个连接部的电压除以变压器的二次侧线电压。

4.一种DC-DC转换器的二次侧的电流失衡确定方法，其确定DC-DC转换器的二次侧电流失衡，其中所述二次侧是中心抽头，所述电流失衡确定方法包括：

通过将DC电力供给到所述DC-DC转换器的输出侧来测量所述DC-DC转换器的各个连接部的电压降；

从所测量的各个连接部的电压降计算标准电阻(ΔR’)；

确定饱和基准值(α)；

将所述饱和基准值与所述标准电阻相比较；以及

如果所述饱和基准值大于所述标准电阻，则确定产品正常，如果所述饱和基准值小于所述标准电阻，则确定产品有缺陷。