CN104685752B - 具有谐振变换器的电路布置和用于运行谐振变换器的方法 - Google Patents

具有谐振变换器的电路布置和用于运行谐振变换器的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104685752B
CN104685752B CN201380051609.5A CN201380051609A CN104685752B CN 104685752 B CN104685752 B CN 104685752B CN 201380051609 A CN201380051609 A CN 201380051609A CN 104685752 B CN104685752 B CN 104685752B
Authority
CN
China
Prior art keywords
resonance
resonant converter
controlled resonant
frequency
circuit arrangement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201380051609.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104685752A (zh
Inventor
斯特凡·鲁普夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of CN104685752A publication Critical patent/CN104685752A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104685752B publication Critical patent/CN104685752B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/337Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in push-pull configuration
    • H02M3/3376Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in push-pull configuration with automatic control of output voltage or current
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054Transistor switching losses
    • H02M1/0058Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本发明涉及一种具有谐振变换器的电路布置以及用于运行谐振变换器的方法,电路布置(28)包括:设计用于在超谐振的范围内运行的、使能量输送到变压器(5)的初级绕组(6)中的谐振变换器(12)以及为了对其进行驱控而设置的驱控电路(34),该驱控电路具有多个模块(29,30,31,32),即‑能以变化的频率控制的频率发生器(29),‑设计用于保护谐振变换器(12)的半导体组件的短路监控单元(30),‑谐振故障监控单元(31),以及‑谐振趋势识别单元(32),其中,谐振趋势识别单元(32)设计用于对谐振变换器(12)的频率进行再调整,以便对谐振变换器(12)的运行向谐振区域的靠近进行补偿,并且其中,谐振故障监控单元(31)设计用于在检测到谐振变换器(12)的运行向谐振区域的靠近时断开谐振变换器(12)。

Description

具有谐振变换器的电路布置和用于运行谐振变换器的方法
技术领域
本发明涉及一种具有谐振变换器的电路布置以及用于运行谐振变换器的方法。
背景技术
谐振变换器是一种直流电压变换器,其利用振荡回路工作并且将直流电压转换成单相或者多相交流电压。如果在谐振变换器的输出端不进行整流,那么其也被称为逆变器。
逆变器的简单构造形式例如由US 2 783 384 A所公开,该逆变器相应以一对晶体管作为开关件工作。
由DE 10 2008 027 126 A1公开了一种用于运行具有至少两个电子开关的振荡回路的方法。在断开开关期间或者断开开关后经过该开关的电流达到或者超过预设的阈值时,应该断开在谐振变换器内部形成的振荡回路。谐振变换器用于在功率部分(发电机)和与之电隔离的消耗部分之间借助于变压器进行功率传输,其中,功率部分和消耗部分能够是家用设备系统的一部分。在DE 10 2008 027 126 A1中公开了一种咖啡机作为实例。
由EP 0 820 653 B1公开了一种具有感应地耦合装置的牵引电池充电系统。在此,充电能量作为在10kHz至200kHz范围中的交流电从充电站传输到电动车辆上并且在电动车辆中进行整流。牵引电池充电系统应该尤其适用于车辆,其配备有电池能量管理系统(BEMS)。存在于电动车辆中的车内部的电池专用的充电控制模块做出决定并且将有关充电电流的大小和时间点的信号发送给充电站。在EP 0 820 653 B1中,充电站在以下意义上被称为通用的,即应该能够连接多种不同的电动车辆。
发明内容
本发明的目的在于,不仅特别可靠地运行也经济地运行适用于无线电池充电系统中、尤其适用于电动车辆的谐振变换器。
根据本发明,该目的通过包括有谐振变换器的电路布置实现以及通过具有用于运行谐振变换器的方法来实现。接下来联系电路布置阐述的设计方案和优点在大体上也适用于该方法,并且反之亦然。
电路布置包括:设计用于在超谐振的范围内运行的、将能量输送到变压器的初级绕组中的谐振变换器以及为了对其进行驱控而设置的驱控电路,驱控电路具有多个模块,即
-能以变化的频率运行的频率发生器,
-设计用于保护谐振变换器的半导体组件的短路监控单元,
-谐振故障监控单元,以及
-谐振趋势识别单元。
在此,谐振趋势识别单元设计用于对谐振变换器的频率进行再调整,从而-一旦可能-对谐振变换器的运行向谐振区域的靠近进行补偿。在此,谐振变换器的频率的所调节的变化被称为“再调整”,其尤其实现对谐振频率的变化做出反应。谐振故障监控单元设计用于在识别到谐振变换器的运行向谐振区域的靠近时断开谐振变换器。当通过再调整频率不能足够地对向谐振区域的靠近进行补偿时,尤其是当谐振变换器过于快速地进入到其谐振区域附近中时,谐振故障监控单元在此尤其仅仅-通过断开谐振变换器-做出行动,以便能够通过再调整来对其进行安全地补偿。
优选的是,谐振趋势识别单元不仅仅用于对谐振变换器的频率进行再调整,而且此外也用于在-尽管尝试对频率进行再调整-识别到严重地接近谐振频率时,断开谐振变换器。在本发明的该实施方案中,不仅谐振故障监控单元而且谐振趋势识别单元都设计用于在识别到谐振变换器的运行向谐振区域接近时断开谐振变换器。然而,在此谐振故障监控单元的反应速度高于谐振趋势识别单元的反应速度,从而在快速地、跳跃式地接近谐振频率时,在谐振故障识别单元的作用下可靠地断开谐振变换器,而谐振趋势识别单元对缓慢地(时间上缓慢地推进)靠近谐振频率尤其敏感地做出反应。
本发明从这样的考虑出发,即谐振变换器能够以最经济的方式在其谐振频率附近运行,其中,不应该精确地达到该谐振频率,以避免组件的过载。只要频率可靠地保持谐振频率之上、即在超谐振的区域中,就特别地能够实现谐振变换器的无干扰运行。相反在最不利的情况中,从超谐振区域到亚谐振区域的过渡会导致组件、尤其是功率半导体的损毁。
在用于电动车辆的无线电池充电系统中的谐振变换器的应用中,能量能从位置固定的充电站借助于变压器传输至电动车辆,该变压器的初级侧位于充电站中并且其次级侧位于车辆中。变压器的传输性能基本上取决于车辆相对于充电站的布置。通常相对于充电站存在车辆的唯一的理想定位,在定位时给出在充电站和车辆之间的理想能量传递并且同时给出电池充电系统的安全运行。该理想定位的每个通常在变压器的初级侧和次级侧之间完全地掩盖时存在的偏差都会改变传输性能。同样,传输性能的变化也能够由侵入到变压器的初级侧和次级侧之间的气隙中的材料造成。在此,传输性能的变化意味着尤其是谐振频率的移动,该谐振频率通过形成振荡回路的一个组件的变压器的主电感和漏电感来确定。此外,在较小的范围中,谐振频率的移动也由于温度的变化或者由于组件的老化而出现。
因此,总体上给出了对电池充电系统的电性能的大量可能影响,其位置固定的部分中的初级电压借助于谐振变换器来生成,该谐振变换器例如通过半桥或者全桥运行,其中,具有电压或电流强度的至少近似正弦的曲线的电流与通过功率电子元件激发的振荡回路并联地退耦。
根据本发明,所有的所谓影响在谐振变换器的实际运行中、特别是在电池充电系统的内部通过多级的安全概念来管理,其包括不同的组件,即尤其是谐振故障监控单元和谐振趋势识别单元,二者在其敏感度上进行区分。在此,谐振趋势识别单元及时地在达到安全技术上的临界状态之前对谐振变换器的频率进行再调整,从而能够在许多情况中避免断开谐振变换器。只有在通过再调整不能避免向谐振区域的严重靠近时,例如因为谐振频率过快和/或过强地变化时,谐振变换器才被断开。在这些情况中,优选冗余的、已经对向边界状态发展的趋势做出反应的谐振变换器的保护装置通过谐振故障识别单元和通过谐振趋势识别单元自身在具有不精确地确定的几何形状的、如其在对电动车辆进行充电时可能出现的那样的配置中实现谐振变换器在超谐振区域中的特别经济的运行,其中,尽管没有精确预定运行条件,而仅仅保持了到谐振频率的较小的安全间距。
谐振变换器优选在使用为了对其进行驱控而设置的控制器的情况下在超谐振区域中运行,其中,向谐振频率的靠近借助于与控制器共同作用的两个模块、即谐振故障监控模块以及谐振趋势识别模块来监控,二者以不同的反应速度识别谐振变换器的运行向谐振区域的靠近。
尤其在控制器的非同步性方面相关于谐振变换器的功率电子桥接的工作频率以及相关于控制器的功能失误的可能性来确保两个分别能够对谐振变换器的断开产生影响的所述的模块的独立性。用于识别谐振变换器的次谐振运行的特殊的、昂贵的传感器系统由于其在超谐振区域中的多重保险而不是必要的,并且因此优选地也没有设置。
谐振故障监控单元在优选的设计方案中包括比较器和连接在比较器下游的两个触发器,其中,比较器对在谐振变换器中流动的电流与开关阈值进行比较。在此,触发器中的一个构造为D触发器并且另一个触发器构造为RS触发器。D触发器在此以优选的方式直接与比较器的输出端连接,而RS触发器与D触发器连接。优选地,比较器的开关阈值是能设定的。
谐振趋势识别单元以优选的方式包括两个逆相驱控的、级联的(也就是串联的)取样和保持电路。在此优选地,第二(连接在下游的)取样和保持电路的输出端位于控制器的数模转换器的输入端上。为了对频率进行再调整,优选地在控制器中执行调节算法、尤其是以PI调节器的形式,为控制器提供作为调节参量(实际值)的第二取样和保持电路的输出信号。
在该方法的优选的改进方案中,在至少通过模块谐振故障监控单元和谐振趋势识别单元中的一个触发谐振变换器断开之后,谐振变换器以提高的频率自动地再次进入到运行状态。在谐振变换器自动地再次进入到运行状态中之后,优选地逐步地减小谐振变换器运行所用的频率。
本发明的优点尤其在于,谐振变换器能够可靠地在超谐振区域中、但是接近其谐振频率地运行,其中设置有对不可靠地接近谐振区域的多重保护措施。为此目的而存在不同的模块、即谐振故障监控单元和谐振趋势识别单元,二者在偏离于确定的运行时首先对频率进行再调整(调整地升高或者降低)以及在再调整失效时断开谐振变换器。优选的是,多个模块在断开谐振变换器方面冗余地、但是以不同的惯性做出反应,从而能够持续测量地对谐振频率的不仅缓慢的还有快速的变化做出反应。
附图说明
接下来根据附图对本发明的实施例进一步详细描述。在此示出、部分地以粗略的简化方式示出:
图1是具有谐振变换器的用于无线地对电池进行充电的电池充电系统的框图,
图2是具有阐明的调节回路的根据图1的电池充电系统的简易图,
图3是根据图1的电池充电系统的另外的简易图,其中详细地示出了对于调节回路来说重要的传感器系统和执行机构,
图4是设置在根据图1的电池充电系统内部的电路布置,其包括谐振变换器以及用于对其进行驱控的驱控电路,
图5是根据图4的电路布置的频率发生器的第一区段,
图6是根据图4的电路布置的短路监控单元的第二区段,
图7是根据图4的电路布置的谐振故障监控单元的第三区段,
图8是根据图4的电路布置的谐振趋势识别单元的第四区段,
图9是根据图4的电路布置,其与图4示出的图示相比具有各个模块,即频率发生器、短路监控单元、谐振故障监控单元以及谐振趋势识别单元。
相互对应的部分和参数在所有附图中以相同的标号标出。
具体实施方式
总体上以标号1标识的、在图1中以框图的形式示出的电池充电系统1由位置固定的初级侧2和次级侧3组成,该次级侧处于具有待充电的电池4的、未进一步示出的电动车辆上。
在初级侧2和次级侧3之间的接口通过具有初级绕组6(初级线圈)和次级绕组7的变压器5形成。
电池充电系统1的初级侧2还包括整流器8、功率因数校正过滤器9(PFC=PowerFactor Correction)、中间回路10(DC-link)以及放大器11,该放大器将电功率输送给谐振变换器12,谐振变换器利用振荡回路工作,此外,其频率取决于变压器5的初级绕组6的电感。
谐振变换器12借助于控制器13驱控,该控制器同样位于电池充电系统1的初级侧2上。附加地存在初级侧的电流传感器14和次级侧的电压传感器15。为了例如与上级的控制器交换数据而设置有通信单元16。附加的内部的通信元件17能应用于校正和维护目的。初级侧2的另外的组件是电源18和空气控制装置19。
电容20以及整流器21位于连接在次级绕组7下游的次级侧3上。与初级侧2类似,次级侧3也具有控制器22、电流传感器23以及电压传感器24。与内部的初级侧通信元件17类似,在次级侧3上也设置有尤其用于校准和维护目的的内部的通信元件25。取代通信单元16,在次级侧3上存在有安装到车辆中的车辆通信元件26。取代如设置在初级侧2上的提供交流电压的电源18,次级侧3仅仅具有辅助电源27。
在图2中示出了电池充电系统1的调节的基本特征,其示出了根据图1的布置的简化图。能够看到初级侧的功率调节回路RL。在次级侧3上没有设置电流调节。从次级侧3至初级侧2的数据反馈DR涉及校正数据,其在次级侧3上为了对电池充电系统1进行功率校正而循环地(然而以不同的时间间隔)检测。
在图3中,电池充电系统1相较于图1和图2,尤其是涉及次级侧3的那些部分被再次简化地示出,其中电容20和次级侧整流器21在该种情况中被虚拟示出为唯一的组件。用于电压和电流强度检测的初级侧传感器系统在此被详细地示出。
图4以放大的细节示出了根据图1的布置的一个区段、即电路布置28,其包括初级侧控制器13和谐振变换器12。控制器13与四个接下来还要进一步描述的模块29,30,31,32以及连接电路33共同形成用于驱控谐振变换器12的驱控电路34。谐振变换器12包括多个功率电子组件,即门驱动器35,36,门桥37和电流互感器38。处理器单元39是控制器13的一部分。
与控制器13共同作用的单独的模块29,30,31,32是频率发生器29,短路监控单元30,谐振故障监控单元31和谐振趋势识别单元32。这些模块29,30,31,32在接下来根据图5至8进一步描述。
频率发生器29(Dual Phase Frequency Generator,双相位频率发生器,图5)对于谐振变换器12的运行来说是必须的,并且具有由控制器13控制的数字或者模拟地构造的、在频率方面可控的发生器40,其在此根据电压可控振荡器(VCO=voltage controlledoscillator)的类型或者数字的(可编程的)分配器来设计。频率发生器29的频率能够以足够精确的跨度来控制和调节,以便能够在频率发生变化时可靠地阻止谐振变换器12的次谐振运行。发生器40的频率能由控制器通过接口40a设定。经由接口40b(GPIO=GeneralPurpose Input Output,通用目的输入/输出),控制器13控制连接电路33,以便将发生器40与谐振变换器12连接或者为了断开后者而从谐振变换器12处断开。
短路监控单元30(图6)仅仅用于对流过谐振变换器12的组件的电流的短路进行监控。短路监控单元30包括能通过控制器13经过接口40c设定的最大电流单元41、与之连接的、也连接在电流互感器38上的比较器42以及RS触发器43,其与比较器42、与控制器13的接口44(GPIO=General Purpose Input Output)并且与连接电路33连接,该连接电路直接与谐振变换器12共同作用并且在故障情况中将这些元件断开。
在此,在短路时谐振变换器12的断开通过短路监控单元30自动地实现,无需控制器13的直接干预。在这种情况中,该控制器仅仅用于调整电流界限值。因此,短路监控单元30的特征在于特别耐用的功能。该实际情况的附加优点在于,电流互感器38能够多次地使用,即也附加地在谐振故障监控单元31和谐振趋势识别单元32中使用。
谐振故障监控单元31(图7)用于使得谐振变换器12可靠地在超谐振区域中运行。谐振变换器在超谐振区域中的运行在原理上从开头引用的文件DE 10 2008 027 126 A1中已知,其中为了解释技术背景,特别地在该文件的图1B,3A,3B,4A,4B中进行说明。
谐振变换器12通过谐振故障监控单元31在故障情况中马上达到临界状态之前,也就是达到谐振频率时断开。该功能借助于两个触发器45,46,也即是D触发器45和RS触发器46实现。在此,D触发器45与比较器47的输出端连接,其输入端连接至电流互感器38以及连接至能够通过控制器13经过接口47a设定的谐振界限电流单元48。
在图6以及7中分别作为单独的部件示出的、分别与另外的部件用于限制电流的模块41,48也能够不同于示意性地示出的图示实现在控制器13的内部。然而,在这两种情况中,通过触发器43或者触发器45,46触发的安全技术决定的断开功能是不取决于控制器的。在具有谐振故障监控单元31的情况中,这尤其具有的优点是,单独对于每个振荡特性都实现非常快速的开关。因此,谐振故障监控单元31的特征在于非常高的反应速度。对此,其开关功能以简单的不敏感的部件、尤其是触发器45,46为基础。
在D触发器45中,利用从对谐振变换器12进行驱控的栅极-源极桥控制信号中获得的所限定的时钟沿接收比较器47的输出信号。比较器47确定的是,由电流互感器38提供的电流是否假定为小于零的值,其中其开关阈值能借助于控制器13设定。如果开关阈值实际上设定成小于零的值,那么就通过比较器47示出,是否已经在桥转换相期间有负电流流过谐振变换器12的驱控半导体。
比较器47的开关阈值能够以优选的方式设定成大于零的较小值,从而安全地避免负的反向电流并且在此也考虑到断开的惯性。在断开谐振变换器12的情况中,D触发器45锁定了其桥驱控,其中这是动态过程。为了安全地识别该状态,在D触发器45的下游连接RS触发器46,其连接在控制器13的接口49上。借此,控制器13获得关于包括两个D触发器45,46的电路的当前状态的信息。
在借助于D触发器45,46触发谐振变换器12断开之后,在常规运行中为谐振变换器12提供输出信号的频率发生器29被锁止。同样,D触发器45,46被复位。
谐振变换器12的再一次的自动运行相较于之前在确定的运行中给出的频率以提高的频率实现。该首先设定的被提高的频率在进一步的运行进程中又被逐步降低,其中频率降低的步距足够的小,以避免强烈地靠近谐振频率并进而避免再一次断开。
要么在谐振趋势识别单元31没有足够快速地对偏离于电池充电系统1的可靠的运行参数做出响应时、要么在控制器13坏掉时,谐振故障监控单元31开始运行。第一个提及的故障情况尤其能够考虑的是,对磁路产生干扰的物体以较高的速度在初级绕组6和次级绕组7之间侵入到变压器5的气隙中,或者在充电过程中,初级侧2和次级侧3之间的几何位置关系发生变化。次级侧3上的快速的负载变化也能够触发谐振故障监控单元31。
谐振趋势识别单元32(图8)具有相较于谐振故障监控单元31来说更小的反应速度,然而其基本上用于相同的目的,即在不可靠地偏离与确定的运行时断开谐振变换器12。此外,其还用于对谐振变换器12的频率进行再调整,从而通过相应的频率变化来补偿谐振变换器12向其谐振区域的靠近并且进而使谐振变换器12保持在超谐振运行中。
谐振趋势识别单元32包括两个逆相驱控的级联取样和保持电路50,51。两个取样和保持电路50,51的输入端在此在输入侧与谐振变换器12连接。第一取样和保持电路50的另外的输入端连接至电流互感器38的输出端。第一取样和保持电路50的输出端连接至第二取样和保持电路51的另外的输入端。第二取样和保持电路51的输出端(“相位”)直接放置在控制器13的数模转换器52的输入端上,控制器借此获得关于谐振变换器12的谐振点与频率发生器29的实际频率的偏差的信息。
第一取样和保持电路50在全栅极驱控相位期间记录下源极电流或者桥电流作为模拟电压值并且精确地在该相位的断开时间点保留该电压值。然后,第二取样和保持电路51逆相地接收存储的模拟电压值并且将其提供给控制器13的模数转换器52。因为频率发生器29的可变频率与控制器13的时钟频率是不同步的,因此能够借助于级联的取样和保持电路50,51特别良好地跟踪电流偏差。借此,借助于控制器13能够选择谐振变换器12的工作点,该工作点足够接近谐振点,从而实现电池充电系统1的经济运行,然而同时与谐振点保持安全距离。为了对频率进行相应的再调整,在控制器13中在编程技术上执行PI调节器,其获得第二取样和保持电路51的数字化输出信号作为调节参量(实际值)。控制器13和在其中执行的PI调节器因此形成谐振趋势识别单元32的功能组成部分(与通过谐振趋势识别单元32形成的调节回路相同)。
与谐振故障监控单元31相比并且尤其与短路监控单元30相比反应相对缓慢的谐振趋势识别单元32开始运行,只要在次级侧3上存在仅仅缓慢并且持续地变化的负载并且电池充电系统1的效率同样最缓慢地并且持续地变化。在此,仅当尽管对频率进行了再调整也不能阻止向谐振区域的严重靠近时,谐振趋势识别单元32的断开功能才起作用。
图9示出了电路装置28,其中,-与图4不同-单独的模块29,30,31,32不是仅仅作为示意性的组块,而是相应于图5至8详细地示出。不依赖于模块29,30,31,32的精确地根据硬件的分布,通过短路监控单元30、谐振故障监控单元31以及谐振趋势识别单元32为电池充电系统1给出了总共三重的保险,该保险尤其在电动车辆的无线充电时应付变化的运行条件。
本发明的主题不受之前描述的实施例的限制。更确切地说,本领域技术人员能够从之前的描述中推导出本发明的另外的实施例。

Claims (19)

1.一种电路布置(28)包括:设计用于在超谐振的范围内运行的、使能量输送到变压器(5)的初级绕组(6)中的谐振变换器(12)以及为了对所述谐振变换器进行驱控而设置的驱控电路(34),所述驱控电路具有多个模块,即
-能以变化的频率控制的频率发生器(29),
-设计用于保护所述谐振变换器(12)的半导体组件的短路监控单元(30),
-谐振故障监控单元(31),以及
-谐振趋势识别单元(32),
其中,所述谐振趋势识别单元(32)设计用于,根据所述谐振变换器的谐振点与所述频率发生器的实际频率的偏差,对所述谐振变换器(12)的频率进行再调整,以便对所述谐振变换器(12)的运行向谐振区域的靠近进行补偿,并且其中,所述谐振故障监控单元(31)设计用于在检测到所述谐振变换器(12)的所述运行向所述谐振区域的靠近时,断开所述谐振变换器(12)。
2.根据权利要求1所述的电路布置(28),其特征在于,所述谐振趋势识别单元(32)也设计用于在检测到所述谐振变换器(12)的所述运行向所述谐振区域的靠近时,断开所述谐振变换器(12),其中,所述谐振故障监控单元(31)的反应速度高于所述谐振趋势识别单元(32)的反应速度。
3.根据权利要求1或2所述的电路布置(28),其特征在于,所述谐振故障监控单元(31)包括比较器(47)以及两个连接在所述比较器(47)下游的触发器,其中,所述比较器对在所述谐振变换器中流动的电流与开关阈值进行比较。
4.根据权利要求3所述的电路布置(28),其特征在于,所述触发器中的一个构造为D触发器(45)并且另一个触发器构造为RS触发器(46)。
5.根据权利要求4所述的电路布置(28),其特征在于,所述D触发器(45)直接与所述比较器(47)的输出端连接并且所述RS触发器(46)与所述D触发器(45)连接。
6.根据权利要求3所述的电路布置(28),其特征在于,所述比较器(47)的所述开关阈值是能设定的。
7.根据权利要求5所述的电路布置(28),其特征在于,所述比较器(47)的所述开关阈值是能设定的。
8.根据权利要求1或2所述的电路布置(28),其特征在于,所述谐振趋势识别单元(32)包括两个逆相驱控的、级联的取样和保持电路(50,51)。
9.根据权利要求7所述的电路布置(28),其特征在于,所述谐振趋势识别单元(32)包括两个逆相驱控的、级联的取样和保持电路(50,51)。
10.根据权利要求8所述的电路布置(28),其特征在于,连接在下游的所述取样和保持电路(50,51)的输出端与设置用于驱控所述谐振变换器(12)的控制器(13)的数模转换器(52)的输入端直接连接。
11.根据权利要求9所述的电路布置(28),其特征在于,连接在下游的所述取样和保持电路(50,51)的输出端与设置用于驱控所述谐振变换器(12)的控制器(13)的数模转换器(52)的输入端直接连接。
12.一种根据权利要求1至11中任一项所述的电路布置(28)在无线电池充电系统(1)中的应用。
13.根据权利要求12所述的应用,其特征在于,所述变压器(5)的所述初级绕组(6)布置在位置固定的充电站中,并且所属的次级绕组(7)布置在具有待充电的电池(4)的车辆中。
14.一种用于运行谐振变换器(12)的方法,所述谐振变换器在使用设置用于驱控所述谐振变换器的控制器(13)和频率发生器时在超谐振区域中运行,其中,借助于至少两个与所述控制器(13)共同作用的模块、即谐振故障监控单元(31)以及谐振趋势识别单元(32)来监控向谐振频率的靠近,其中,所述谐振趋势识别单元(32)以比所述谐振故障监控单元(31)更小的反应速度来检测所述谐振变换器(12)的运行向谐振区域的靠近,其中,所述谐振趋势识别单元设计用于,根据所述谐振变换器的谐振点与所述频率发生器的实际频率的偏差,对所述谐振变换器的频率进行再调整。
15.根据权利要求14所述的方法,其特征在于,为了对由所述谐振趋势识别单元(12)检测到的向所述谐振频率的靠近进行补偿,对所述谐振变换器(12)的频率进行再调整。
16.根据权利要求14或15所述的方法,其特征在于,在至少通过所述模块的谐振故障监控单元(31)和谐振趋势识别单元(32)中的一个触发的所述谐振变换器(12)的断开之后,所述谐振变换器以提高的频率自动地再次进入到运行状态。
17.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,在所述谐振变换器(12)自动地再次进入到运行状态中之后,逐步地减小所述谐振变换器(12)运行所用的所述频率。
18.根据权利要求14或15所述的方法,其特征在于,借助于短路监控单元(30)附加地对流过所述谐振变换器(12)的半导体组件的电流进行监控。
19.根据权利要求17所述的方法,其特征在于,借助于短路监控单元(30)附加地对流过所述谐振变换器(12)的半导体组件的电流进行监控。
CN201380051609.5A 2012-10-01 2013-09-12 具有谐振变换器的电路布置和用于运行谐振变换器的方法 Active CN104685752B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12186787.3 2012-10-01
EP12186787.3A EP2713470A1 (de) 2012-10-01 2012-10-01 Schaltungsanordnung mit einem Resonanzwandler und Verfahren zum Betreiben eines Resonanzwandlers
PCT/EP2013/068905 WO2014053294A1 (de) 2012-10-01 2013-09-12 Schaltungsanordnung mit einem resonanzwandler und verfahren zum betreiben eines resonanzwandlers

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104685752A CN104685752A (zh) 2015-06-03
CN104685752B true CN104685752B (zh) 2018-01-23

Family

ID=47080213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380051609.5A Active CN104685752B (zh) 2012-10-01 2013-09-12 具有谐振变换器的电路布置和用于运行谐振变换器的方法

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP2713470A1 (zh)
CN (1) CN104685752B (zh)
DE (1) DE112013004831A5 (zh)
WO (1) WO2014053294A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013224586A1 (de) 2013-11-29 2015-06-03 Siemens Aktiengesellschaft Frequenzerzeugung für einen Resonanzwandler
CN106300919B (zh) * 2015-05-11 2020-03-31 福州瑞芯微电子股份有限公司 一种开关电源控制装置、方法、以及一种开关电源
DE102018222659A1 (de) * 2018-12-20 2020-06-25 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Diagnose einer Sicherheitskomponente in einem Kraftfahrzeug

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4758940A (en) * 1987-05-04 1988-07-19 General Electric Company Control circuit for insuring super-resonant operation of resonant converter
US4935875A (en) * 1987-12-02 1990-06-19 Data Chem, Inc. Chemical analyzer
CN102084442A (zh) * 2008-03-17 2011-06-01 普迈公司 感应传输系统

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL101202C (zh) 1954-04-06
US4935857A (en) * 1989-08-22 1990-06-19 Sundstrand Corporation Transistor conduction-angle control for a series-parallel resonant converter
US5594318A (en) 1995-04-10 1997-01-14 Norvik Traction Inc. Traction battery charging with inductive coupling
DE102008027126A1 (de) 2008-06-06 2009-12-10 BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH Verfahren zum Betreiben eines Schwingkreises mit mindestens zwei elektronischen Schaltern und Schwingkreis

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4758940A (en) * 1987-05-04 1988-07-19 General Electric Company Control circuit for insuring super-resonant operation of resonant converter
US4935875A (en) * 1987-12-02 1990-06-19 Data Chem, Inc. Chemical analyzer
CN102084442A (zh) * 2008-03-17 2011-06-01 普迈公司 感应传输系统

Also Published As

Publication number Publication date
DE112013004831A5 (de) 2015-08-27
CN104685752A (zh) 2015-06-03
WO2014053294A1 (de) 2014-04-10
EP2713470A1 (de) 2014-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10243409B2 (en) Load control for bi-directional inductive power transfer systems
CN102868234B (zh) 非接触供电设备
EP2879265B1 (en) Coil unit and apparatus for detecting foreign matter
US9608530B2 (en) Circuit configuration having a resonant converter, and method for operating a resonant converter
CN104396109B (zh) 用于感应功率传输系统的var控制
US9640976B2 (en) Overvoltage protection system for wireless power transfer systems
EP3113328B1 (en) Wireless power supply system and power transmission device
EP3113329B1 (en) Non-contact power supply system and power transmission device
EP2879140B1 (en) Coil unit and apparatus for detecting foreign matter
US20150188346A1 (en) Electronic device, charge, and electronic device system
EP2104217A2 (en) Motor controller
CN102326310A (zh) 用于并网过渡的功率逆变器控制
KR101816471B1 (ko) 비접촉 급전 시스템 및 송전 장치
CN104685752B (zh) 具有谐振变换器的电路布置和用于运行谐振变换器的方法
JP2018528743A (ja) 無線電力伝送システム及びその駆動方法
WO2021211177A1 (en) Safety circuits for wireless power transfer
JP2015512235A (ja) 電気自動車のバッテリの非接触充電のための方法
JP6809420B2 (ja) 送電装置、受電装置および非接触電力伝送システム
JP6094204B2 (ja) ワイヤレス電力伝送システム
CN105190327A (zh) 非接触电力输送系统的检查装置及检查方法
De Alwis et al. Control of Inductive Power Transfer systems: A comparison
Dai et al. Short current control method for inductively coupled power transfer system

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220815

Address after: German ANGARAN

Patentee after: Siemens AG

Address before: Munich, Germany

Patentee before: SIEMENS AG

TR01 Transfer of patent right