CN109565241A - 直流电压转换器和用于调节直流电压转换器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对直流电压转换器的输出端电压的调节。在此，被提供给直流电压转换器的调节器的调节参量由电压调节器的调节参量和预控制的另一调节参量组成。在此，电压调节器的调节参量直接从输出端电压与额定电压的比较中得到。预控制的调节参量尤其考虑直流电压转换器的输入端电流，其中输入端电流的值可以被修正为使得电压调节器可以在静态运行下接近零点地运行。以这种方式得到对输出端电压的更快的并且更精确的调节。

Description

直流电压转换器和用于调节直流电压转换器的方法

技术领域

本发明涉及一种直流电压转换器以及一种用于调节直流电压转换器的方法。本发明尤其涉及一种用于将输入端直流电压转换成预先确定的输出端直流电压的直流电压转换器。

背景技术

在电动车辆或混合动力车辆中，通过车辆的高压电网可以确保对低压车载电网的供电。在此，车辆的高压电网尤其被用于给电驱动装置供电。为了通过高压电网将电能馈入到电动车辆或混合动力车辆的低压车载电网中，例如可以使用直流电压变换器。这种直流电压变换器可以从高压电网中提取电能并且将高压电网的电压转换成相对应的车载电网电压。

出版文献DE 10 2011 083 010 A1公开了一种用于直流电压变换器的控制设备以及一种用于运行直流电压变换器来从高压电网对混合动力车辆的车载电网进行电压供应的方法。为此，设置电压调节装置，该电压调节装置调节直流电压变换器的输出端电压，作为调节参量。还设置电流调节装置，该电流调节装置调节直流电压变换器的输出电流，作为调节参量。

发明内容

本发明涉及一种具有专利权利要求1的特征的用于将输入端直流电压转换成预先确定的输出端直流电压的直流电压转换器以及一种具有专利权利要求5的特征的用于调节直流电压转换器的方法。

因此规定：

一种用于将输入端直流电压转换成预先确定的输出端直流电压的直流电压转换器，该直流电压转换器具有比较装置、修正装置、调节装置、计算装置和直流电压变换器。比较装置被设计为：基于直流电压转换器的输出端直流电压的值与针对输出端直流电压预先给定的额定电压值的比较来提供调节参量。修正装置被设计为：基于事先确定的修正函数来使直流电压转换器的输入端电流的值适配，而且将经适配的输入端电流的值输出。调节装置被设计为：在使用经适配的输入端电流和针对输出端直流电压预先给定的额定电压值的情况下计算另一调节参量。计算装置被设计为：根据比较装置的调节参量和调节装置的另一调节参量来计算调节器值。直流电压变换器被设计为：在使用由计算装置计算出的调节器值的情况下将输入端直流电压转换成输出端直流电压。

此外还规定：

一种用于调节直流电压转换器的方法，该方法具有如下步骤：基于直流电压转换器的输出端直流电压的值与针对输出端直流电压预先给定的额定电压值的比较来确定调节参量；基于事先确定的修正函数来使直流电压转换器的输入端电流的值适配；在使用经适配的输入端电流的值和针对输出端直流电压预先给定的额定电压值的情况下计算另一调节参量；将所确定的调节参量与所计算出的另一调节参量组合成调节器值；而且基于该调节器值来控制直流电压变换器的输出端电压。

本发明的优点

本发明所基于的认识在于：如果相对应的调节器只需要补偿微小的调节偏差，则可以特别快并且高效地执行调节、诸如对直流电压变换器的电压调节。

因而，本发明的思路是：考虑该认识并且针对直流电压变换器的输出端电压的电压调节设置预控制，该预控制能与直流电压变换器的输入端电流自适应地适配。因此，通过预控制的调节参量与输入端电流的自适应的适配，对于真正的电压调节器来说只需要补偿在直流电压变换器的输出端上留下的、微小的电压波动。

在此，预控制的自适应的适配导致在工作点变换时的相对微小的调节偏差。经此，可以改善直流电压转换器的电压调节的动态响应。

按照一个实施方式，修正装置被设计为：在使用通过比较装置确定的调节参量和输入端电流的值的情况下计算用于使输入端电流的值适配的修正函数。如果尤其是在静态运行下依据调节参量探测到：比较装置的调节参量在静态运行下必须对调节进行干预，以便在直流电压变换器的输出端上实现所希望的输出端电压，则这是预控制以及尤其是对直流电压转换器的当前的输入端电流的考虑没有最优地被设定的标志。于是，通过用于使输入端电流的值适配的修正函数的自适应，可以使预控制适配，使得在静态运行下，尽可能不需要通过比较装置的调节参量来进行干预或者只需要通过比较装置的调节参量进行非常小的干预。

按照一个实施方式，修正装置被设计为：当满足预先给定的准许条件时，使修正函数适配。这种准许条件例如可包括参数，诸如直流电压变换器的运行模式、输入到直流电压变换器中的输入端电流的值域、对直流电压变换器的输出端直流电压的分析和/或比较装置的调节参量与预先给定的阈值的比较。之前提到的参数可以彼此间相关联，以及必要时与其它参数相关联，以便据此将用于使修正函数适配的准许条件初始化。

按照一个实施方式，直流电压变换器包括变压器。在此，调节装置可以被设计为：在使用变压器的变压比的情况下计算修正值。通过对在直流电压变换器中的变压器的变压比的考虑，可以根据在直流电压转换器的输入侧的电压情况推断出在输出侧的电压情况。

按照用于调节直流电压转换器的方法的一个实施方式，在使用所确定的调节参量和输入端电流的值的情况下计算修正函数。

按照另一实施方式，当满足预先给定的准许条件时，计算修正函数。在此，该准许条件可考虑参数，如直流电压变换器的运行模式、输入到直流电压变换器中的输入端电流的值域、对直流电压变换器的输出端电压的分析和/或调节参量与预先确定的阈值的比较。

按照另一实施方式，在使用输入到直流电压变换器中的输入端直流电压的值的情况下计算调节器值。通过对输入到直流电压变换器中的输入端直流电压的考虑，尤其也可以一并考虑寄生效应、诸如在导线或器件上的电压降等等。

只要合理，上面的设计方案和扩展方案就可以彼此任意地组合。本发明的其它设计方案、扩展方案和实现方案也包括本发明的之前或者在下文关于实施例所描述的特征的没有明确提到的组合。在此，本领域技术人员尤其是也将把单个方面作为改善方案或补充方案添加到本发明的相应的基本形式。

附图说明

随后，本发明依据在附图的示意图中说明的实施例进一步予以阐述。在此：

图1示出了按照实施例的直流电压转换器的示意图；

图2示出了用于确定准许条件的图表的示意图，如按照实施例的直流电压转换器所基于的那样；而

图3示出了用于调节直流电压转换器的方法的流程图，如实施例所基于的那样。

具体实施方式

在所有附图中，只要不另作说明，相同或功能相同的元件和装置就配备有相同的附图标记。

图1示出了按照一个实施方式的直流电压转换器1的方框电路图的示意图。在此，在直流电压变换器20中，将输入端直流电压转换成输出端直流电压。在此，为了针对直流电压转换器1的输出端电压实现具有预先给定的电压大小的恒定的输出端直流电压，进行电压调节。在此，该电压调节包括：基于输入端电流I_in的值借助于修正装置11以及调节装置12进行预控制，而且借助于比较装置10进行电压调节。比较装置10和预控制的调节参量在计算装置13中彼此组合并且作为调节器值R3被输送给直流电压变换器20。

直流电压变换器20接收调节器值R3，该调节器值根据比较装置10的调节参量R1与预控制的另一、第二调节参量R2的组合而得到。基于所接收到的调节器值R3，在直流电压变换器20中使工作点适配。例如，根据所接收到的调节器值R3可以使占空比适配，用来操控在直流电压变换器20中的开关元件。此外，用于使工作点适配的任意的、适当的其它措施都是可能的，以便根据所接收到的调节器值R3使直流电压变换器20的输出端电压U_out适配。

在此，直流电压变换器20可以是任意的直流电压变换器，该直流电压变换器的输出端电压能根据调节器值R3来适配。尤其是，直流电压变换器20例如可以是降压转换器，该降压转换器将输入端直流电压U_in转换成更低的输出端直流电压U_out。但是升压转换器或者组合式升压-降压转换器也都是可能的。尤其是，直流电压变换器20例如可以包括逆变器、变压器和下游的整流器的组合。在此，根据所接收到的调节器值可以使对这种直流电压变换器的逆变器的开关元件的操控和/或对在直流电压变换器中的有源整流器的开关元件的操控适配。此外，针对直流电压变换器的任意的其它电路配置同样是可能的。

在此，直流电压变换器20即使在输入端电压U_in有波动的情况下也应该尽可能地输出尽可能恒定的输出端直流电压U_out。在此，针对输出端直流电压U_out预先给定的额定电压值U_soll可以固定地预先给定。然而，替选地也可能的是：针对输出端直流电压U_out的额定电压值U_soll能适配。

为了调节输出端电压U_out，将输出端直流电压U_out的值输送给比较装置10，而且在比较装置10中将输出端直流电压U_out的值与预先给定的额定电压值U_soll进行比较。根据在输出端直流电压U_out的值与额定电压值U_soll之间的比较，比较装置10确定第一调节参量R1并且在比较装置10的输出端上提供该第一调节参量。

此外，调节装置12生成第二调节参量R2。在此，为了生成第二调节参量R2，调节装置12将针对输出端直流电压预先给定的额定电压值U_soll与和输入端电流I_in相对应的值进行比较。以这种方式，调节装置12可以生成第二调节参量R2，该第二调节参量考虑在输入端电流I_in中的波动。于是，在计算装置13中，将比较装置10的第一调节参量R1与调节装置12的第二调节参量R2彼此组合。在此，第一调节参量R1和第二调节参量R2的模拟或数字信号例如可以相加或叠加。因此，根据第一调节参量R1和第二调节参量R2的组合，计算装置13生成调节器值R3，该调节器值被用于控制直流电压变换器20的运行并且尤其是被用于使直流电压变换器20的输出端直流电压U_out适配。

在此，由系统造成地，也许在检测输入端电流I_in时可能发生错误。例如，被用于检测输入端电流I_in的值的电流传感器可能错误地被校准，或者由于温度影响或老化而可能提供不精确的测量值。当然，导致输入端电流I_in的错误或不精确的值的其它影响也是可能的。在这种情况下，调节装置12会提供调节参量作为第二调节参量R2，该调节参量会促使直流电压变换器20输出如下输出端直流电压U_out，该输出端直流电压U_out的值不同于预先给定的额定电压值U_soll。为了补偿该偏差，比较装置10必须连续地生成第一调节参量R1，该第一调节参量将该偏差抵消。在这种情况下，在计算装置13中将第一调节参量R1与第二调节参量R2组合也导致：直流电压变换器20以预先给定的电压大小来提供输出端直流电压U_out。

然而，为了避免比较装置10在静态运行下、尤其是在输入端直流电压U_in恒定的情况下也必须对调节事件进行干预，在修正装置11中使输入端电流I_in的值适配。为此，修正装置11接收直流电压转换器1的输入端电流I_in的值。例如，输入端电流I_in的该值可以已经由电流传感器或诸如此类的来检测。基于事先确定的修正函数，在修正装置11中使输入端电流I_in的值适配，而且于是提供该经适配的值I_in,kor，作为调节装置12的输入参数。在此，对于用于使输入端电流I_in的值适配的修正函数来说，任意的适当的函数都是可能的。在最简单的情况下，例如可以将恒定的偏移量加到输入端电流I_in的值或者从输入端电流I_in的值减去。附加地或替选地，与适当的修正因子相乘也是可能的。此外，也可能的是确定更复杂的修正函数，用于使输入端电流I_in的值适配。在下文，确定用于使输入端电流I_in的值适配的修正函数的示例还进一步予以描述。

因此，修正装置11根据输入端电流的经适配的值I_in,kor和预先给定的额定电压值U_soll来确定第二调节参量R2，该第二调节参量作为一个成分加入到对用于控制直流电压变换器20的调节器值R3的计算中。在此，目标是：在静态运行下、也就是说在恒定的输入端直流电压U_in和静止的运行条件的情况下，获得如下输出端直流电压U_out，该输出端直流电压U_out尽可能不需要借助于第一调节参量R1来干预比较装置10。为此，必要时，除了输入端电流的经修正的值I_in,kor之外，也还可以在通过调节装置12确定第二调节参量R2时一并注入输入端电压U_in的值，该输入端电压U_in附在直流电压变换器20上。在此，通过考虑输入端电压U_in，例如可以一并考虑在导线或构件上有波动的电压降。

为了在修正装置11中适配或确定修正函数，例如可以使用第一调节参量R1，该第一调节参量是由比较装置10生成的。如果在静态运行下通过比较装置10来生成第一调节参量R1，该第一调节参量由输出端直流电压U_out与额定电压值U_soll的差中间值而造成，则调节装置12的第二调节参量R2没有最优地被设定。这尤其可能由在修正装置11中对输入端电流的值I_in,kor的错误适配而造成。如果在静态运行下通过修正装置11来探测这种第一调节参量R1，则在修正装置11中可以使修正函数相对应地适配。尤其可以使输入端电流I_in的值的修正适配为使得比较装置10的第一调节参量R1在静态运行下变为零。为此，修正装置10例如可以在使用第一调节参量R1的情况下使偏移量和/或修正因子适配。在修正装置11中对修正函数的适配结束之后，尽可能仅仅通过第二调节参量R2来调节直流电压变换器20的输出端电压。在此，在静态运行下，比较装置10的第一调节参量R1应该尽可能地接近零点。

然而，在此并没有连续地在修正装置11中使修正函数适配，而是只在事先所规定的框架条件下在修正装置11中使修正函数适配。为此，例如只有当满足预先给定的准许条件时，才可以在修正装置11中使修正函数适配。例如，在修正装置11上可提供激活信号A。只有当该激活信号A活跃（例如为逻辑1）时，才分析用于使修正函数适配的第一调节参量R1。

图2示出了按照一个实施方式的生成用于使修正函数适配的准许条件的示意图。例如，为了确定准许条件，可以分析直流电压变换器20的运行模式M。尤其是，激活只能限于预先确定的运行模式M，诸如降压转换器运行、升压转换器运行等等。

此外，也可以分析在电压转换器1中流动的直流电流I_in。例如，用于使修正函数适配的准许可限于针对输入端电流I_in事先确定的值域。例如，以这种方式可以保证：直流电压变换器20没有处在有缺陷的运行下而且因此不会存在线性的框架条件。

为了确定准许条件A，例如还可以检查系统是否处在稳定状态下。如果例如输出端直流电压U_out与预先给定的额定电压值U_soll偏差得超过预先确定的阈值ΔU，则系统还没有被调整好。在这种情况下，不应该准许使修正函数适配。

此外，也可以检查例如附在直流电压变换器20上的输入端电压U_in是否稳定。

此外，也可设想的是：只有当比较装置10的第一调节参量R1的干预超过预先给定的阈值ΔR时，才实施对修正函数的适配。

当然，对准许条件的计算并不限于事先确定的条件。可能的是：使所有事先确定的框架条件彼此组合，或者也只分析之前描述的框架条件中的一部分框架条件，用于准许条件A。此外，也可以将其它框架条件作为用于确定准许条件A的参数一并包括在内。

图3示出了用于调节直流电压转换器的方法的流程图的示意图。在步骤S1中，基于直流电压变换器20的输出端直流电压U_out的值与针对输出端直流电压U_out预先给定的额定电压值U_soll的比较来确定调节参量R1。在步骤S2中，基于事先确定的修正函数来适配直流电压变换器20的输入端电流I_in的值。在步骤S3中，在使用经适配的输入端电流的值I_in,kor和针对输出端直流电压U_out预先给定的额定电压值U_soll的情况下计算另一调节参量R2。在步骤S4中，将所确定的调节参量R1和所计算出的另一调节参量R2组合成调节器值R3。最后，在步骤S5中，基于调节器值R3来操控直流电压变换器20。

概括来说，本发明涉及对直流电压转换器的输出端电压的调节。在此，被提供给直流电压转换器的调节器的调节参量由电压调节器的调节参量和预控制的另一调节参量组成。在此，电压调节器的调节参量直接从输出端电压与额定电压的比较中得到。预控制的调节参量尤其考虑直流电压转换器的输入端电流，其中输入端电流的值可以被修正为使得电压调节器可以在静态运行下接近零点地运行。以这种方式得到对输出端电压的更快的并且更精确的调节。

Claims (9)

1.一种用于将输入端直流电压（U_in）转换成预先确定的输出端直流电压（U_out）的直流电压转换器（1），所述直流电压转换器具有：

比较装置（10），所述比较装置被设计为：基于所述直流电压转换器（1）的输出端直流电压（U_out）的值与针对所述输出端直流电压（U_out）预先给定的额定电压值（U_soll）的比较来提供调节参量（R1）；

修正装置（11），所述修正装置被设计为：基于事先确定的修正函数来使所述直流电压转换器（1）的输入端电流（I_in）的值适配，而且将经适配的输入端电流的值（I_in,kor）输出；

调节装置（12），所述调节装置被设计为：在使用经适配的输入端电流的值（I_in,kor）和针对所述输出端直流电压（U_out）预先给定的额定电压值（U_soll）的情况下计算另一调节参量（R2）；

计算装置（13），所述计算装置被设计为：根据所述比较装置（10）的调节参量（R1）和所述调节装置（12）的另一调节参量（R2）来计算调节器值（R3）；和

直流电压变换器（20），所述直流电压变换器被设计为：在使用由所述计算装置（13）计算出的调节器值（R3）的情况下将所述输入端直流电压（U_in）转换成所述输出端直流电压（U_out）。

2.根据权利要求1所述的直流电压转换器（1），其中所述修正装置（11）被设计为：在使用所确定的调节参量（R1）和所述输入端电流（I_in）的值的情况下计算所述修正函数。

3.根据权利要求2所述的直流电压转换器（1），其中所述修正装置（11）被设计为：当满足预先给定的准许条件（A）时，使所述修正函数适配。

4.根据权利要求1至3之一所述的直流电压转换器（1），其中所述直流电压变换器（20）包括变压器，而且其中所述调节装置（12）被设计为：在使用所述变压器的变压比的情况下计算修正值。

5.一种用于调节直流电压转换器（1）的方法，所述方法具有如下步骤：

基于所述直流电压转换器（1）的输出端直流电压（U_out）的值与针对所述输出端直流电压预先给定的额定电压值（U_soll）的比较来确定（S1）调节参量（R1）；

基于事先确定的修正函数来适配（S2）所述直流电压转换器（1）的输入端电流的值（I_in,kor）；

在使用经适配的输入端电流的值（I_in,kor）和针对所述输出端直流电压（U_out）预先给定的额定电压值（U_soll）的情况下，计算（S3）另一调节参量（R2）；

将所确定的调节参量（R1）和所计算出的另一调节参量（R2）组合（S4）成调节器值（R3）；而且

基于所述调节器值（R3）来控制（S5）所述直流电压转换器（1）的直流电压变换器（20）的输出端直流电压（U_out）。

6.根据权利要求5所述的方法，其中在使用所确定的调节参量（R1）和所述输入端电流（I_in）的值的情况下计算所述修正函数。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中当满足预先给定的准许条件（A）时，计算所述修正函数。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述预先给定的准许条件（A）包括：所述直流电压变换器（20）的预先确定的运行模式（M）；输入到所述直流电压变换器（20）中的输入端电流（I_in）；对所述直流电压变换器（20）的输入端电压（U_in）的分析；对所述直流电压变换器（20）的输出端直流电压（U_out）的分析；和/或所述调节参量（R1）与预先给定的阈值的比较。

9.根据权利要求5至8之一所述的方法，其中计算所述另一调节参量（R2），所述另一调节参量（R2）还在使用输入到所述直流电压变换器（1）中的输入端直流电压（U_in）的值的情况下被计算。