CN103493350A - 包括在准谐振零电压切换模式下运行的两个静态转换器的电子电路及这种电路的运行方法 - Google Patents

包括在准谐振零电压切换模式下运行的两个静态转换器的电子电路及这种电路的运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电子电路(10)的运行方法，所述电路包括两个静态转换器：-主转换器(ConvM)，该主转换器(ConvM)包括主PWM控制器(M)和切换器(TM)，-从转换器(ConvE)，该从转换器(ConvE)包括从PWM控制器(E)和切换器(TE)，两个静态转换器适用于将电路的输入电压(Vin)提升到输出电压(Vout)，每个所述转换器通过将它们各自的切换器切换至零电压而在准谐振模式下运行，其中：-当接通所述主转换器的切换器时及当相移的预定标准被验证时，主控制器发送控制信号至从控制器，从控制器关断(OFF)所述从转换器的切换器；-当探测到跨所述切换器的端子的零电压(zvd)时，主和从控制器接通(ON)它们各自的转换器的切换器，其特征在于，在主转换器的切换器中测量电流密度(Im)，以及当所述测得的密度达到预设值时，验证相移的预定标准。

Description

包括在准谐振零电压切换模式下运行的两个静态转换器的电子电路及这种电路的运行方法
技术领域
本发明涉及机动车辆的电子电路及这种电路的运行方法。通常情况下，本发明的技术领域为电压转换器的技术领域。更具体地，本发明涉及两个静态转换器的控制，所述两个静态转换器适用于将由蓄电池提供的输入电压提升，以传送较高的输出电压。
背景技术
在现有技术中，已熟知通过脉冲宽度调制PWM(英语为《Pulse-WidthModulation》)控制电子电路，所述电子电路包括直流一直流或英语为DC/DC(直流电)类型的升压转换器，以电流模式和准谐振模式运行。可以理解，通过准谐振转换器，静态转换器的两个切换之一是固有的，另一个可为协助的。这种电路跨它们的切换器端子使用零切换器触发电压。一旦探测到漏极电压下降终止，便触发场效应晶体管型切换器。
因此，PWM控制专用于执行零电压触发，以便减小切换损耗。该类型的控制要求使用电流模式的电流传感器和准谐振模式的零电压探测器。作为提醒，在零电压触发和电流模式的准谐振转换器中，在切换周期内有三个阶段。
在第一阶段期间，PWM控制器探测到晶体管电压接近0V，触发晶体管及电流穿过线圈自其负值不断线性增加，直到达到电流探测的设定点。
在第二阶段、即续流阶段期间，电路电流探测器切断晶体管，及线圈通过二极管和DC/DC转换器的输出端被退磁。
在第三阶段期间，一旦线圈的电流为零，谐振电容通过线圈放电并提供负电流。一旦电容电压达到0V，探测到另一个零电压，并开始另一个循环。
但是，实际上，该类型的电路引起大输入电流脉动及因此是有害的。
在现有技术中，同样已知的是，电路关联独立准谐振电压的并联的多个升压转换器，以便增加可用输出功率范围。
但是，实际上，该类型的电路呈现了很动荡的三角形输入电流脉动，在其输入滤波器的电平处具有高电流峰值，这明显降低了其寿命及必须提供适当的电容及显著的滤波。
在现有技术中，有时控制两个转换器，其中一个作为主机运行另一个作为从机运行，用以减小电流脉动，但是这些因此不是在准谐振模式下运行的。
发明内容
本发明的目的在于解决如前所述的技术问题。
在本发明中，实施的电路包括两个交织的升压转换器，配置每个所述转换器用以在准谐振模式下用零电压切换运行。
因此，本发明的目的在于提供一种电子电路的运行方法，所述电路包括两个静态转换器，其中一个是主转换器，主转换器尤其包括主PWM控制器和切换器，及另一个为从转换器，从转换器尤其包括从PWM控制器和切换器，两个静态转换器适用于将电路的输入电压提升，用以传送较高的输出电压，通过将它们各自的切换器切换至零电压，每个所述转换器在准谐振模式下运行。
根据本发明的方法包括如下步骤：
·当接通所述主转换器的切换器时及当相移的预定标准被验证时，主PWM控制器发送控制信号给从PWM控制器，该从PWM控制器响应所述控制信号，关断所述从转换器的切换器，
·当探测到跨所述切换器的端子的零电压时，主PWM控制器和从PWM控制器接通它们各自的转换器的切换器。
本发明的有益特征在于，所述方法包括附加步骤，在该附加步骤中，测量主转换器的切换器的电流密度，当所述测得的密度达到预设值时，验证相移的预定标准。
发明人确定出这些设置是最佳的，及由于这些设置，最小化切换损耗。
根据特定特征，预设值在主转换器的切换器的所述电流的预设峰值的三分之一和三分之二之间。
发明人确定出这些设置是最佳的。
根据特定特征，借由低通滤波器对电子电路的输入电压进行滤波。
由于这些设置，最小化所述电路的输入电流的脉动。
根据特定特征，在电路的预定运行阶段期间，只要电路的输出电压超过预设值，主PWM控制器保持从转换器的切换器关断。
由于这些设置，所有特定事件的控制和管理是通过单一逻辑信号完成的。
本发明的目的还在于提供一种电子电路，包括两个静态转换器，其中一个是主转换器，该主转换器尤其包括主PWM控制器和切换器，及另一个为从转换器，该从转换器尤其包括从PWM控制器和切换器，两个静态转换器适用于将电路的输入电压提升，用以传送较高的输出电压，每个所述转换器通过将它们各自的切换器切换至零电压而在准谐振模式下运行，装置其中：
·主PWM控制器，被配置用于在所述主转换器的切换器被接通时及在验证了相移的预定标准时，发送控制信号给从PWM控制器，所述从PWM控制器被配置用于响应所述控制信号关断所述从转换器的切换器，
·主PWM控制器和从PWM控制器被配置用于当探测到跨所述切换器的端子的零电压时，接通它们各自的转换器的切换器。
根据本发明的特定特征，所述电路还包括用于测量主转换器的切换器的电流密度的装置，以及当所述测得的密度达到预设值时，验证相移的预定标准。
有利地，该电路的目的和特定特征与本发明提供的方法的目的和特征相似，此处不再重复。
根据特定特征，所述电路还包括低通滤波器，适用于对电路的输入电压进行滤波，所述滤波器优选地包括电感线圈和两个电容。
根据特定特征，主PWM控制器被配置，用以在电路的预定运行阶段期间，只要所述电路的输出电压超过预设值，保持从转换器的切换器关断。
本发明的目的还在于提供一种机动车辆类型的车辆，其特征在于车辆包括这种电路。
该车辆的优点、目的和特定特征与本发明提供的方法的优点、目的和特定特征相似，此处不再重复。
附图说明
本发明及其不同的应用在阅读接下来的描述及对附图的审核中被更好地理解。
本发明的这些附图只是说明性的而非限定性的。图中示出：
-图1为根据本发明的实施例的车辆的电子电路的示意图；
-图2为根据本发明的实施例的所述电路的控制方法的第一图形表示。
在这些图中，相同的元件保留有同一参考标号。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明的实施例的车辆的电子电路10。
根据本发明，电路10包括DC/DC类型的两个静态转换器ConvM和ConvE，适用于将由蓄电池(未示出)提供的输入电压Vin提升，用以传送比输入电压Vin更高的输出电压Vout。
所述转换器之一被配置用以用作主转换器ConvM，通过主PWM控制器M实现，主转换器ConvM还包括切换器TM、电感线圈LM、二极管DM、通过电阻Rshunt实现的分流器、谐振电容CresM和四个电容CzvdM、CoutM、CSM和CVM。
所述转换器的另一个被配置用以用作从转换器ConvE，通过从PWM控制器E实现，从转换器ConvE还包括控制器、切换器TE、电感线圈LE、二极管DE、谐振电容CresE和三个电容CzvdE、CoutE和CVE。
通过将每个所述转换器各自的切换器TM和TE切换为零电压，以准谐振模式运行各个所述转换器。
电路10在输入端处包括低通滤波器F，低通滤波器F由电感线圈Lfil和安置在所述线圈两侧的两个电容Cfil1和Cfil2构成。更确切地，在支路5上安置电容Cfil1，所述支路5将所述滤波器的输入端Fe连接到电接地，及在支路6上安置电容Cfil2，所述支路6将所述滤波器的输出端Fs连接到所述电接地。
低通滤波器F适用于对电路10的输入电压Vin进行滤波，用以限制其脉动。
在低通滤波器F的输出端处，电路在交点11处被分为两个支路12和14。第一支路12包括串联安置的电感线圈LE和二极管DE，用以在第一支路12的端部处提供电压Vout。
第二支路14包括线圈LM。
在线圈LM的下游，支路14分为两个支路24和26。支路24包括二极管DM，在交点29处与支路12相接合。支路26分为三个支路28、30和32。
支路28包括电容CzvdM，与PWM控制器M相连接。支路30包括呈现有两个输出端34和36的切换器TM。在本发明的一个实施例中，切换器TM为MOSFET晶体管。在一种变型中，所述切换器为简单开关。
支路32包括与晶体管TM并联放置的谐振电容CresM，并与支路36相接合。安置在支路38上的分流器相对支路36并联放置。支路40将支路38连接到电接地。
通过支路41为PWM控制器M供应电压VCC。
支路43经由去耦电容CVM将支路41连接到电接地。
支路42经由电容CoutM将支路24连接到电接地。
支路52在交点54处被连接至支路12。支路52分成三个支路56、58和60。
支路56包括电容CzvdE，与PWM控制器E相连接。支路58包括呈现有两个输出端62和64的切换器TE。支路62将PWM控制器E连接至切换器TE，及支路64将所述切换器TE连接至电接地。在根据本发明的一个实施例中，切换器TE为晶体管MOSFET。在一种变型中，所述切换器为简单开关。
支路60包括与晶体管TE并联放置的电容CresE并与支路64相接合。
同样通过支路45和支路65为PWM控制器E供应电压VCC。支路66经由去耦电容CVE将支路65连接到电接地。
在交点29和支路12的端部之间，支路68经由电容CoutE将支路12连接到电接地。
例如，PWM控制器M和E根据本发明是可编程微控制器，用以实施如下所述的方法。
在非限定性的举例中，PWM控制器M和E分别包括9个管脚SHUTDOWN、VCC、GND、SEL_SLV、SYNC、CS_N、CS_P、G_DRIVE及ZVD。
通过管脚VCC达到电压VCC。PWM控制器M的管脚VCC与支路41相连接。PWM控制器E的管脚VCC与支路65相连接。
PWM控制器M和E的每一个的管脚GND连接到电接地。
通过管脚ZVD达到零电压探测信息zvd。PWM控制器M的管脚ZVD被连接到支路28。PWM控制器E的管脚ZVD被连接到支路56。
使用管脚G_DRIVE用以控制切换器TM、TE。PWM控制器M的管脚G_DRIVE通过支路34直接连接至转换器ConvM的切换器TM。PWM控制器E的管脚G_DRIVE通过支路62直接连接至转换器ConvE的切换器TE。
管脚SEL_SLV允许以主(通过连接至电接地)和从(通过连接至电压VCC)模式配置PWM控制器M和E。PWM控制器M的管脚SEL_SLV被连接到电接地，而PWM控制器E的管脚SEL_SLV被连接至电压VCC。
一旦将管脚SEL_SLV连接至电压VCC，管脚SHUTDOWN被激活，及通过从模式PWM控制器E释译在该支路SHUTDOWN上接收的控制信号。尤其是，一旦被激活，管脚SHUTDOWN允许接收控制信号，响应该信号，从模式PWM控制器E必须关断切换器TE，如将在下面所述的。
主PWM控制器M的管脚SHUTDOWN经由电容CVM连接至电接地。
管脚SYNC为输出管脚，用于发送控制信号。通过主控制器M使用管脚SYNC，用以同步从控制器E。通过支路48将PWM控制器M的管脚SYNC连接至PWM控制器E的管脚SHUTDOWN。从模式PWM控制器E的管脚SYNC连接至电接地。
通过主模式PWM控制器M使用管脚CS_N和CS_P，以确定在切换器TM中流通的电流密度，如将在下面所述的。分别通过支路38和支路36将PWM控制器M的管脚CS_N和管脚CS_P连接至电阻Rshunt的端子。使用电阻Rshunt以测量在切换器TM中流通的电流密度。
从模式PWM控制器E的管脚CS_N和CS_P直接连接至电接地。
在本发明的优选实施例中，电路10的功率大约为125W。
图2以图形示出了根据本发明的优选实施例的所述电路的控制方法的原理。
现有技术的准谐振转换器的输入电流呈现了三角形的大脉动。为减小该脉动，在本发明中，使用并联安置的两个高功率DC/DC转换器ConvM和ConvE，具有相同的切换频率和相移。
配置转换器ConvM和ConvE是为了通过切换在准谐振模式下运行，即通过接通它们各自的切换器或置于ON状态实现，及通过关断它们各自的切换器或置于OFF状态实现。
配置主转换器ConvM用以在它的切换器TM被接通时和在验证相移的预定标准时，向从转换器ConvE发送控制信号，该从转换器ConvE响应所述控制信号而关断其切换器TE。
配置主转换器ConvM和从转换器ConvE，用以在探测到跨其切换器的端子的零电压zvd时自主地接通其各自的切换器TM和TE，所述电压zvd通过它们的PWM控制器的管脚ZVD被测量。
在本发明的优选实施例中，当测得的密度Im达到预设值时，验证相的移预定标准。
在该例子中，预设电流密度Im为所述电流的峰值Imc的一半。更一般地，预设电流密度Im在峰值Imc的三分之一和三分之二之间。
根据本发明的一个实施例的电子电路10的控制方法包括如下步骤，其中：
-测量主转换器ConvM的切换器TM中的电流密度Im，用以探测零电压zvd，
-借由低通滤波器F对电子电路10的输入电压Vin进行滤波，
-在电路的预设运行阶段期间，只要电路的输出电压Vout超过预设阈值，主PWM控制器M保持从转换器ConvE的切换器TE关断。
特别地，根据可以由所述电路的不同电子元件经受的电压预设该电压阈值。
主转换器ConvM应该控制从转换器ConvE，以获得相同的频率和适当的延迟以便减小输入脉动。
在现有技术的切换结构中，通过将从转换器ConvE置于ON状态执行该控制，该转换器保持自主用于在电流模式下切换到OFF。
根据本发明，将从转换器ConvE置于ON状态、即接通切换器TE，通过探测跨切换器TE的与所述从PWM控制器E的管脚ZVD相连接的端子的零电压zvd，由从PWM控制器E自主地执行。将从转换器ConvE置于OFF状态、即关断切换器TE，根据测量流经与主转换器ConvM的主PWM控制器M的管脚CS_P和CS_N相连接的电阻Rshunt的密度Im由主转换器ConvM来控制。
通过指示切换器TE应该被关闭用以将从转换器ConvE切换到其OFF状态的控制信号，主PWM控制器M于是控制从PWM控制器E。一旦在切换器TM中的电流密度Im达到其预设值，就传送控制信号到主PWM控制器M的管脚SYNC上。可以理解该电流密度Im的预设值允许在切换器TM和切换器TE中的电流之间的相移。尤其是，在峰值Imc的三分之一和三分之二之间的预设值允许建立大约一半周期的相移并允许减小电流脉动。
主PWM控制器M与其管脚ZVD一起工作，用以探测零电压zvd，并与电阻Rshunt一起工作，用以测量密度Im。PWM控制器M将控制信号移到管脚SYNC上以断开从PWM控制器E，管脚SYNC与PWM控制器E的管脚SHUTDOWN相连接。
从PWM控制器E与其管脚ZVD一起工作，用以探测零电压zvd，并与其管脚SHUTDOWN一起工作，用以接收PWM控制器M的控制信号。被施加到管脚SHUTDOWN的控制信号通过切换器TE的所述从PWM控制器E发起关断。
本发明允许两个转换器的控制以可变频率运行，而保持准谐振模式，即用于两个结构的零漏极电压切换。
在本发明中，电流和准谐振模式下的控制通过信号来执行用以将从机E置于状态OFF，该从机通过其自己对零漏极电压的适当探测而保持自主用于切换到状态ON。由于本发明，特定事件的所有控制和管理由单个逻辑信号完成。

Claims (8)

1.一种电子电路(10)的运行方法，所述电路包括两个静态转换器(ConvM；ConvE)，其中一个是主转换器(ConvM)，该主转换器(ConvM)尤其包括主PWM控制器(M)和切换器(TM)，及另一个为从转换器(ConvE)，该从转换器(ConvE)尤其包括从PWM控制器(E)和切换器(TE)，两个静态转换器适用于将电路的输入电压(Vin)提升，用以传送较高的输出电压(Vout)，每个所述转换器通过它们各自的切换器(TM；TE)的零电压切换在准谐振模式下运行，其中：
·当接通所述主转换器(ConvM)的切换器(TM)时及当相移的预定标准被验证时，主PWM控制器(M)发送控制信号至从PWM控制器(E)，该从PWM控制器(E)响应所述控制信号，关断(OFF)所述从转换器(ConvE)的切换器(TE)，
·当探测到跨所述切换器(TM；TE)的端子的零电压(zvd)时，主PWM控制器(M)和从PWM控制器(E)接通(ON)它们各自的转换器(ConvM；ConvE)的切换器(TM；TE)，其特征在于，在主转换器(ConvM)的切换器(TM)中测量电流密度(Im)，及其当所述测得的密度(Im)达到预设值时，验证相移的预定标准。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预设值在主转换器(ConvM)的切换器(TM)的所述电流的预设峰值(Imc)的三分之一和三分之二之间。
3.根据前述权利要求中之一项所述的方法，其特征在于，借由低通滤波器(F)对电子电路(10)的输入电压(Vin)进行滤波。
4.根据前述权利要求中之一项所述的方法，其特征在于，在电路的预设运行阶段期间，只要电路的输出电压(Vout)超过预设值，主PWM控制器(M)保持从转换器(ConvE)的切换器(TE)关断。
5.一种电子电路(10)，包括两个静态转换器(ConvM；ConvE)，其中一个是主转换器(ConvM)，该主转换器(ConvM)尤其包括主PWM控制器(M)和切换器(TM)，及另一个为从转换器(ConvE)，该从转换器(ConvE)尤其包括从PWM控制器(E)和切换器(TE)，两个静态转换器适用于将电路的输入电压(Vin)提升，用以传送较高的输出电压(Vout)，每个所述转换器通过它们各自的切换器(TM；TE)的零电压切换在准谐振模式下运行，其中：
·主PWM控制器(M)被配置，用于在所述主转换器(ConvM)的切换器(TM)接通时及在验证相移的预定标准时，发送控制信号给从PWM控制器(E)，所述从PWM控制器(E)被配置用于响应所述控制信号而关断(OFF)所述从转换器(ConvE)的切换器(TE)，
·主PWM控制器(M)和从PWM控制器(E)被配置用以当探测到跨所述切换器(TM；TE)的端子的零电压(zvd)时，接通(ON)它们各自的转换器(ConvM；ConvE)的切换器(TM；TE)，
其特征在于，所述电路包括用于测量主转换器(ConvM)的切换器(TM)中的电流密度(Im)的装置，及当所述测得的密度(Im)达到预设值时，验证相移的预定标准。
6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述电路包括低通滤波器(F)，其适用于对电路的输入电压(Vin)进行滤波，所述滤波器优选地包括电感线圈(Lfil)和两个电容(Cfil1；Cfil2)。
7.根据权利要求5和6中之一项所述的电路，其特征在于，主PWM控制器(M)被配置，用以在电路的预定运行阶段期间，只要所述电路的输出电压(Vout)超过预设值，保持从转换器(ConvE)的切换器(TE)关断。
8.一种机动车类型的车辆，其特征在于，所述车辆包括根据权利要求5至7之一所述的电路。
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