CN110337779B - 用于直流转换器的调节设备、直流转换器和用于调节直流转换器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于直流转换器的调节。通过如下方式补偿直流转换器的输入侧电压中的变化：计算所述变化的估计值，并且基于输入电压的估计值确定用于所述直流转换器的调节参量。输入电压的估计值例如可以基于多项式例如借助拉格朗日展开来确定。

Description

用于直流转换器的调节设备、直流转换器和用于调节直流转 换器的方法

技术领域

本发明涉及一种用于直流转换器的调节设备以及一种具有这种调节设备的直流转换器。此外，本发明涉及一种用于调节直流转换器的方法。

背景技术

直流转换器被使用在众多应用领域中。所述直流转换器将在输入侧提供的直流电压变换成输出电压，其中所述输出电压通常具有与输入电压不同的电压水平。输出电压在此可以大于或小于输入电压。

尤其是，例如在电动车辆或混合动力车辆中，可以借助直流转换器将具有数百伏特的高压车载电网与具有12伏特或必要时24伏特的电压的低压车载电网电耦合。以此方式，在车辆的高压车载电网与低压车载电网之间的能量交换是可能的。

出版物DE 10 2007 038 587 A1公开一种用于运行混合动力车辆中的直流电压转换器的方法。在这样的方法的范围内，对直流电压转换器的操控根据车辆的行驶状态和/或车载电网之一的电压进行。

发明内容

本发明公开了一种根据权利要求1所述的用于直流转换器的调节设备、一种根据权利要求8所述的直流转换器和一种根据权利要求9所述的用于调节直流转换器的方法。

因此规定：

用于直流转换器的调节设备，其具有计算装置和控制装置。调节设备的计算装置设计为，计算直流转换器的输入电压的估计值。控制装置设计为，基于直流转换器的输入电压的所计算的估计值确定直流转换器的调节参量。所确定的调节参量因此可以被提供给直流转换器。

此外规定：

用于将输入电压变换为输出电压的直流转换器，该直流转换器具有根据本发明的调节设备。此外，该直流转换器可以包括直流变换器。调节设备的调节参量可以被提供给直流变换器用以控制直流变换器。

此外规定：

一种用于调节直流转换器的方法，其具有如下步骤：计算直流转换器的输入电压的估计值，并且基于输入电压的所计算的估计值确定用于直流转换器的调节参量。

发明优点

本发明所基于的认识是：直流转换器的输入电压必要时并不是恒定的预先确定水平的理想直流电压，而是输入电压在实际运行中可能加载有不同的干扰、诸如纹波等。为了即使在这样的情况下、即在具有叠加的干扰的输入电压的情况下也能够提供恒定的输出电压，必须通过直流转换器中的调节补偿输入电压中的干扰。补偿直流转换器的输出电压中的变化的调节通常具有有限的延迟。因此，输入电压中的干扰也只有在有延迟的情况下通过调节来补偿。

因此，本发明的构思是考虑所述认识并且设置用于直流转换器的调节，该调节能够在带有干扰的输入电压情况下实现尽可能恒定的输出电压。为此规定，事先估计在输入电压中的变化、尤其干扰，并且因此将针对有干扰的输入电压的所述估计值一同纳入用于直流转换器的调节中。在此，可以非常良好地估计尤其周期性的干扰、诸如纹波等。因此，针对这样的干扰可以基于输入电压的估计值确定调节参量，所述调节参量可以补偿输入电压上的干扰。由于针对受干扰的输入电压的所述估计值的计算可以事先或实时地进行，所以在任何时刻都可以提供输入电压的合适的估计值用以调节直流转换器。以此方式，可以生成调节参量，所述调节参量可以以非常大的概率补偿在输入侧在直流转换器处施加的在输入电压中的干扰。由此，直流转换器的输出电压可以至少近似地被保持恒定。

根据一个实施方式，调节设备的计算装置设计为，基于多项式计算输入电压的估计值。尤其是，计算装置可以基于具有预先确定的阶的多项式来计算输入电压的估计值。在多项式的每个项中，可以将输入电压的值或时间上延迟的输入电压的值与事前确定的因数相乘。基于多项式对电压值的计算可以非常简单地来实施。由此，借助简单的且因此成本低的硬件可以确定输入电压的估计值。此外，可以非常简单地确定用于计算输入电压的估计值的这样的多项式的系数。

根据一个实施方式，计算装置设计为，根据直流转换器的电负荷设定用于计算输入电压的估计值的多项式的预先确定的阶。尤其是，多项式的阶例如可以根据直流转换器的所发出的电功率、直流转换器的输入端或输出端处的电流、直流转换器的输入端或输出端处的电压或直流转换器中的电压测量或温度测量来设定。以此方式可以实施对输入电压的估计值的高效且同时精确的确定。例如，用于计算输入电压的估计值的多项式的阶可以在1到4之间变化。在直流转换器的电负荷与多项式的待设定的阶之间的相关性例如可以基于在阶与电负荷之间的事先确定的预设来设定。

根据一个实施方式，计算装置设计为，根据直流转换器的输出电压适配用于计算输入电压的估计值的多项式。尤其时，用于计算输入电压的估计值的多项式的系数可以基于输出电压的测量值或输出电压的变化过程来确定。为此，尤其可以使用任意传统的或新型的用于确定系数的方法。

根据一个实施方式，输入电压的估计值包括交流电压偏移。尤其是，输入电压的估计值例如可以包括具有所谓纹波等的输入电压。这种干扰、诸如纹波例如非常频繁地在用于具有变流器的电驱动系统的电压供给中出现。尤其是，周期性信号、例如交流电压偏移等等可以非常好地事先被估计。因此，针对这种应用情况可以执行对直流转换器的输入电压中的干扰的非常良好的补偿。

根据一个实施方式，计算装置设计为，将交流电压偏移的幅度限制到预先确定的值。以此方式可以使用于直流转换器的调节稳定。例如，可以将输入电压中的交流电压偏移的幅度限制到30伏特、20伏特、15伏特、10伏特或5伏特的值。

根据一个实施方式，计算装置设计为，将输入电压的估计值的交流电压偏移的频率限制到预先确定的频率。具有更高频率的干扰部分通常可以通过替选的措施、诸如频率滤波器、滤波电容器等非常好地被补偿。然而在此此外即使在出现更高频率的干扰时也可以估计和补偿在具有处于预给定极限值、诸如10 kHz之下的频率的输入电压中的干扰部分。

根据一个实施方式，由控制装置确定的调节参量包括占空比、相位角或其他用于操控直流转换器中的开关元件的参数。尤其是，在基于脉宽调制工作的直流转换器情况下可以通过在控制装置中确定调节参量来设定所需的占空比。

上述的扩展方案和改进方案只要合理就可以彼此任意组合。本发明的其他扩展方案、改进方案和实施方案也包括先前或在下文中关于实施例所描述的本发明特征的未明确提到的组合。尤其是在此，本领域技术人员也可将把各单方面作为改善或者补充添加到本发明的相应基本形式上。

附图说明

以下根据在附图的示意性图中说明的实施例更详细地阐述本发明。在此：

图1示出根据一个实施方式的具有调节设备的直流转换器的示意图；

图2示出如一个实施方式所基于的用于在计算装置中计算输入电压的估计值的示意图；以及

图3示出如根据一个实施方式的用于调节直流转换器的方法所基于的流程图的示意图。

具体实施方式

图1示出用于将输入电压变换成输出电压的直流转换器的示意图。该直流转换器（Gleichspannungswandler）包括直流变换器（Gleichspannungskonverter）3，在所述直流变换器处在输入侧提供输入电压。因此，直流转换器3基于调节参量R将输入电压变换成输出电压。在此可以借助控制装置2在使用不同的参数的情况下确定调节参量R。尤其是，控制装置2可以基于预给定的额定输出电压U_des确定用于直流变换器3的调节参量R。此外，控制装置为了确定调节参量可以考虑直流转换器的（理论）输入电压。同样可以考虑其他参数、诸如直流转换器的输出侧负荷、发出的功率或直流转换器的输出端处的电流。必要时，也可能的是，借助多个单独确定的子调节参量的组合来确定调节参量R。例如，第一调节参量可以在使用额定输出电压U_des和（理论）输入电压U_in的情况下来计算。此外，另一调节参量可以借助独立的装置在使用当前的输出电压以及必要时其他参数的情况下来计算。在此情况下，各个调节参量可以被组合，例如相加，用于得到总调节参量R用以操控直流变换器3。

如果直流转换器的输入电压U_in变化，则该变化通常首先也将影响由直流转换器发出的输出电压。因此，必要时可以检测输出电压的变化，并且接着相应地适配用于操控直流变换器3的调节参量R。然而在此情况下，只有当事先确定了输出电压与预给定的额定值的偏差时，才可以进行调节参量R的校正。因此，在常规的直流转换器中，通常至少暂时也在直流转换器的输出端处使人感觉到输入电压U_in中的变化。尤其是，在较高的输入电压的情况下，通常出于安全原因不能或只能以非常高的耗费直接检测输入电压。因此，在众多应用情况下不存在关于输入电压U_in的直接信息。

如果输入电压U_in被加载有干扰，则因此在电压转换器的输出电压上也使人感觉到该干扰。然而在众多应用情况下，可以至少近似地估计加载有干扰的输入电压的时间变化过程。尤其是当输入电压被加载有周期性干扰时，则可以确定该周期性干扰。因此，可以基于在输入电压中的该所确定的干扰相应地适配调节参量R。

如果直流转换器的输入电压例如是来自电动车辆或混合动力车辆的高压电网的电压，则该输入电压由于车辆的驱动系统中的电变流器而可能加载有所谓的纹波。纹波的频率或频率分量在此尤其与电动车辆或混合动力车辆的驱动系统中的变流器的相应时钟频率有关。通常，在此情况下也可能出现具有直至30伏特或更大的幅度的电压波动。

为了补偿输入电压中的干扰或电压波动，直流转换器的计算装置1可以计算直流转换器的输入电压的估计值。输入电压的该估计值例如可以基于直流转换器的输出电压中的事先探测的电压波动来确定。尤其是当在电压转换器的输出电压中探测到周期性波动时，则这可以表明为对直流转换器的输入电压中的周期性干扰的提示。相应地，输入电压的其他变化过程可以基于直流转换器的输出电压中的事前确定的波动来估计。

计算装置1例如可以将所计算的校正值加到在计算装置1处提供的用于输入电压的值上或减去所计算的校正值。尤其是，该校正值可以基于直流转换器的输出电压中的事先确定的波动来确定。

尤其是，可以基于多项式计算针对直流转换器的输入电压的校正值的估计。尤其是为此例如可以使用针对多项式的朗格朗日展开，所述多项式提供用于计算输入电压的估计值的基础。拉格朗日多项式的系数的确定普遍已知，并且因此在下文中并未更详细地阐述。此外，用于估计直流转换器的输入电压的任意其他方法原则上也是可能的。

如果应该基于多项式计算输入电压的估计值，则为此事先已经可以确定用于该多项式的最大阶。尤其是，例如具有直至第四阶的多项式的拉格朗展开是合适的。然而此外，必要时也可以使用具有更高阶的多项式。尤其是也可能的是，动态地适配用于确定输入电压的估计值的多项式的阶。

例如可能的是，根据直流转换器的负荷适配用于估计输入电压U_in的多项式的阶。直流转换器的负荷例如可以基于所发出的电功率、直流转换器中的电流和/或电压来确定。尤其可能的是，随着直流转换器的负荷升高而降低用于确定输入电压的估计值U_est的多项式的阶。例如，在直流转换器的电负荷低时，可以使用第四阶的多项式来计算估计值U_est。随着负荷升高，可以降低多项式的该阶，并且在达到预给定的功率的情况下，多项式的阶必要时也可以仅仅为一。在直流转换器的电负荷与用于计算输入电压的估计值U_est的多项式的分别使用的阶之间的关系在此必要时可以事先确定并且存储在计算装置1中。如果应该降低多项式的阶，则为此例如可以将更高阶的系数设置成零。

用于估计输入电压的多项式的系数的确定例如可以在初始化时或者在启动直流转换器时来确定。例如，在启动直流转换器之后可以分析直流转换器的输出电压并且在此情况下可以识别输出电压中的变化。基于输出电压中的所述变化可以计算用于估计输入电压的多项式的系数。因此，可以计算输入电压的估计值U_est并且基于输入电压的该估计值U_est可以相应地适配用于控制直流变换器3的调节参量R。如果据此确定直流转换器的输出电压至少近似地保持恒定，也就是说输出电压的偏差的数值保持低于预给定的阈值，则用于估计输入电压的多项式的所确定的系数在进一步的过程中可以被保持恒定。

必要时，可以规律地针对预给定的事件重新计算用于估计输入电压的系数。例如分别在预先确定的时间间隔之后可以将计算装置1复位。为此，首先将多项式的所有系数例如设置为零。接着，对直流转换器的输出电压进行评估。因此，基于直流转换器的输出电压在复位之后的变化可以重新确定用于估计输入电压的合适系数。

此外也可能的是，如果直流转换器的输出电压与输出电压的额定值偏差大于预给定的极限值，则分别重新确定或适配用于估计输入电压的系数。此外，触发用于估计输入电压的系数的校正或重新计算的其他标准和事件同样是可能的。

图2示出根据一个实施方式的用于在计算装置1中估计输入电压的示意图。为多项式展开、例如第四阶的拉格朗日多项式首先确定和提供校正因数f0至f4。如果应该为了估计输入电压使用具有小于四的阶的多项式，则例如可以将相应的系数设置成零。输入电压U_in的值在输入侧被提供并且通过延迟环节31至34连续地被延迟。输入电压U_in的值或输入电压U_in的所延迟的值在乘法元件20至24中与系数f0至f4相乘并且相应的乘积接着在加法环节10至14中与临时的校正值一起相加。临时的校正值在此情况下从预给定的输入电压U_in与输入电压的之前的估计值U_est_pre之间的差得到。必要时，可以将所述差与另一因数f_k相乘。

附加地还可能的是，必要时在最大值确定单元41中确定用于要估计的输入电压的最大值。类似地，在单元42中可以确定用于要估计的输入电压的最小值。在此情况下可以在限制单元40中将输入电压的所估计的值限制到所述最大值或最小值。作为输出，计算单元1因此提供直流转换器的输入电压的估计值U_est。该估计值U_est因此可以在控制装置2中被用于计算直流变换器3的控制参量R。

图3示出如根据一个实施方式的用于调节直流转换器的方法所基于的流程图的示意图。在步骤S1中首先计算直流转换器的输入电压的估计值U_est。在步骤S2中，基于输入电压的该所计算的估计值可以计算直流转换器的调节参量R。因此，基于该调节参量R可以操控直流转换器。

总而言之，本发明涉及用于直流转换器的调节。在直流转换器的输入侧电压中的变化通过如下方式来补偿：计算变化的估计值并且基于输入电压的估计值确定用于直流转换器的调节参量。用于输入电压的估计值例如可以基于多项式、例如借助拉格朗日展开来确定。

Claims (8)

1.一种用于直流转换器（3）的调节设备，具有：

计算装置（1），所述计算装置设计为，计算所述直流转换器的输入电压的估计值（U_est）；和控制装置（2），所述控制装置设计为，基于所述直流转换器的输入电压的估计值（U_est）确定用于所述直流转换器的调节参量（R），其中所述计算装置（1）设计为，基于具有预先确定的阶的多项式和临时的校正值来计算所述输入电压的估计值（U_est），其特征在于，

所述计算装置（1）设计为，在所述多项式的每个项中将输入电压（U_in）的值或时间上延迟的输入电压的值与事前确定的因数（f0、…、f4）相乘并且在此情况下从预给定的输入电压（U_in）与所述输入电压的之前的估计值（U_est_pre）之间的差中确定所述临时的校正值。

2.根据权利要求1所述的调节设备，所述计算装置（1）设计为，根据所述直流转换器（3）的电负荷设定所述多项式的预先确定的阶。

3.根据权利要求1或2所述的调节设备，其中所述计算装置（1）设计为，根据所述直流转换器的输出电压适配用于计算所述输入电压的估计值（U_est）的多项式。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的调节设备，其中所述输入电压的估计值（U_est）包括交流电压偏移。

5.根据权利要求4所述的调节设备，其中所述计算装置（1）设计为，将所述交流电压偏移的幅度限制到预先确定的值。

6.根据权利要求1至2中任一项所述的调节设备，其中所述调节参量（R）包括用于操控所述直流转换器中的开关元件的占空比。

7.一种用于将输入电压变换成输出电压的直流转换器，所述直流转换器具有根据权利要求1至6中任一项所述的调节设备。

8.一种用于调节直流转换器（3）的方法，具有如下步骤：

计算（S1）所述直流转换器（3）的输入电压的估计值（U_est）；以及

基于所述输入电压的所计算的估计值（U_est）确定（S2）用于所述直流转换器（3）的调节参量（R），其中基于具有预先确定的阶的多项式和临时的校正值来计算所述输入电压的估计值（U_est），其特征在于，

在所述多项式的每个项中将输入电压（U_in）的值或时间上延迟的输入电压的值与事前确定的因数（f0、…、f4）相乘并且在此情况下从预给定的输入电压（U_in）与所述输入电压的之前的估计值（U_est_pre）之间的差中确定所述临时的校正值。

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