CN111566920A - 用于运行电压转换器的方法、电压转换器 - Google Patents

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CN111566920A CN201880080410.8A CN201880080410A CN111566920A CN 111566920 A CN111566920 A CN 111566920A CN 201880080410 A CN201880080410 A CN 201880080410A CN 111566920 A CN111566920 A CN 111566920A
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Abstract

本发明公开一种用于运行双向电压转换器（SW）的方法，所述双向电压转换器包括输入侧半桥电路（H1），其分别具有彼此串联连接的正电压侧晶体管开关（S1）和负电压侧晶体管开关（S2）；输出侧半桥电路（H2），其分别具有彼此串联连接的正电压侧晶体管开关（S3）和负电压侧晶体管开关（S4）；以及具有电桥电感（L）的电桥支路（BZ）；‑其中在相应的当前开关循环T0中针对晶体管开关（S1、S2、S3、S4）的相应的后续开关循环T1确定流过电桥支路（BZ）的电桥电流（IL）的电桥电流实际平均值IL_avg_mess;‑其中利用所确定的电桥电流实际平均值IL_avg_mess来针对相应的后续开关循环T1确定相应的晶体管开关（S1、S2、S3、S4）的接通时间点和接通持续时间；‑其中在相应的后续开关循环T1中在相应的所确定的接通时间点接通相应的晶体管开关（S1、S2、S3、S4）并且使其接通相应的所确定的接通持续时间。

Description

用于运行电压转换器的方法、电压转换器
技术领域：
本发明涉及一种用于运行双向电压转换器的方法以及双向电压转换器。
背景技术
现有技术和发明任务：
具有H桥的用于双向电压转换的电压转换器是已知的，并且尤其被用在汽车领域中。
在此，存在尽可能损耗功率低地运行电压转换器的一般性要求。
因此，本发明的任务在于，提供以下可能性，利用所述可能性可以减少双向电压转换器的损耗功率。
发明内容
该任务通过独立权利要求的主题解决。有利的构型是从属权利要求的主题。
根据本发明的第一方面，提供一种用于运行双向电压转换器、尤其是双向直流电压转换器的方法，所述双向电压转换器包括输入侧半桥电路，其分别具有彼此串联连接的正电压侧晶体管开关和负电压侧晶体管开关；输出侧半桥电路，其分别具有彼此串联连接的正电压侧晶体管开关和负电压侧晶体管开关；以及具有电桥电感L或以线圈形式的在两个半桥电路的中间抽头之间的电桥支路。
根据该方法，在相应的当前开关循环T0中对于晶体管开关的相应的后续开关循环T1测量或确定在相应的当前开关循环T0中流过电桥支路的电桥电流的电桥电流实际平均值IL_avg_mess。电桥电流实际平均值IL_avg_mess在此是在当前开关循环T0中测量的电桥电流的算术平均值。
然后，利用（或基于）所确定的电桥电流实际平均值IL_avg_mess来对于相应的后续开关循环T1确定相应的晶体管开关的接通时间点和接通持续时间。然后，在相应的后续开关循环T1中，在相应的所确定的接通时间点接通相应的晶体管开关并且使其接通相应的所确定的接通持续时间。
本发明所基于的思想是，在晶体管开关处的开关损耗是在电压转换器处的总损耗功率的占优势的部分。
为了减少总损耗功率，应当减少或尽可能在很大程度上消除在电压转换器的所有工作点中的开关损耗。由于工作点又与电桥电流有关，因此考虑电桥电流用于确定接通时间点和接通持续时间。由于电桥电流又在整个开关循环上变化，因此考虑电桥电流的实际平均值IL_avg_mess用于确定。基于该电桥电流实际平均值IL_avg_mess确定的接通时间点和接通持续时间确保：在关断晶体管之一时，具有事先定义的瞬时电流值的电桥电流流过电桥电感，所述瞬时电流值保证到按电势与要关断的晶体管开关相对的晶体管开关上的自然换向。如果在相应的要接通的晶体管开关上施加电压约为0伏（“零电压切换（ZeroVoltage Switching）”），则在此总是在成功自然换向之后，接通晶体管开关中的每一个。该方法在此与输入电压、输出电压、电流方向和电流数值无关地确保“零电压切换”。
因此，提供减少双向电压转换器的损耗功率的可能性。
尤其是，利用脉宽调制信号并且利用可变信号周期接通和关断晶体管开关。
例如，此外利用预给定的电桥电流额定平均值IL_avg_soll确定接通时间点和接通持续时间。
在此情况下，电桥电流额定平均值IL_avg_soll是在开关循环T1应该流过电桥支路、也即流过电桥电感的电桥电流的平均值。在此，电桥电流额定平均值IL_avg_soll被预给定为调节参量，或者从调节参量和测量参量、尤其是从电压调节器的输入电压和输出电压U1、U2中被确定和预给定。
例如，在所确定的电桥电流实际平均值IL_avg_mess和预给定的电桥电流额定平均值IL_avg_soll之间计算电流差∆I，其中适用的是：
Figure 662210DEST_PATH_IMAGE002
Figure 650894DEST_PATH_IMAGE003
。然后从电流差∆I计算占空率校正值∆DC。然后，此外从所计算的占空率校正值∆DC来确定接通时间点和接通持续时间。
例如，在相应的当前开关循环T0中此外测量或确定应该在晶体管开关之一从接通状态被切换到关断状态的时间点流过电桥支路的电桥电流的电桥电流瞬时值Istart1a、Istart1b；Istart2a、Istart2b; Istart3a、Istart3b。然后，此外利用所确定的电桥电流瞬时值Istart1a、Istart1b；Istart2a、Istart2b; Istart3a、Istart3b确定接通时间点和接通持续时间。在此，电桥电流瞬时值尤其始终具有与电桥电流额定平均值不同的符号。
在此情况下，电桥电流瞬时值是为了确保自然换向而在当前开关循环T0中紧接在关断晶体管开关之一之前达到的瞬间值。
例如，电桥电流瞬时值Istart1a、Istart1b；Istart2a、Istart2b; Istart3a、Istart3b从晶体管开关的电荷交换电容和电桥电感L来确定。
利用电桥电流瞬时值Istart1a、Istart1b；Istart2a、Istart2b; Istart3a、Istart3b对于后续开关循环T1确定晶体管开关的接通时间点和关断时间点。
在此情况下，周期持续时间Tper是相应的各个晶体管开关的相应的接通持续时间和关断持续时间的持续时间总和。
例如，此外利用电桥电流实际平均值IL_avg_mess来确定所述周期持续时间。
例如，在相应的当前开关循环T0中，在输入侧半桥电路处测量输入电压U1，并且在输出侧半桥电路处测量输出电压U2。随后将所测量的输入电压和输出电压U1、U2进行相互比较。然后，例如此外根据输入电压U1和输出电压U2之间的比较结果来确定接通时间点、接通持续时间和/或周期持续时间。
例如，除了晶体管开关的电荷交换电容和电桥电感L之外，例如也从输入电压和输出电压U1、U2确定电桥电流瞬时值Istart1a、Istart1b；Istart2a、Istart2b; Istart3a、Istart3b。
情况1：
在所测量的输入电压U1与所测量的输出电压U2之间的以下关系情况下，即其中适用的是：
Figure 262004DEST_PATH_IMAGE004
，其中k1>1，尤其是k1 = 1.2，在后续开关循环中例如：
-输入侧半桥电路的正电压侧晶体管开关连续地被接通（即，持久地切换为“高”）；
-输入侧半桥电路的负电压侧晶体管开关连续地被关断（即持久地切换为“低”）；
-输出侧半桥电路的负电压侧晶体管开关从开关循环T1的开始在第一接通持续时间tein_S4内被接通并且在后续开关循环T1的周期持续时间Tper的剩余时间内被关断；以及
-输出侧半桥电路的正电压侧晶体管开关从开关循环T1的开始在第一接通持续时间tein_S4内被关断，并且在后续开关循环T1的周期持续时间Tper的剩余时间内被接通。
在此，适用于第一接通持续时间tein_S4的是：
在
Figure 677942DEST_PATH_IMAGE006
安培（其中预给定的电桥电流瞬时值Istart1a小于0安培（或具有与预给定的电桥电流额定平均值IL_avg_soll不同的符号），并且在关断输出侧半桥电路的正电压侧晶体管开关时被达到）情况下，
Figure 741713DEST_PATH_IMAGE007
或者
在
Figure 5860DEST_PATH_IMAGE008
安培（其中预给定的电桥电流瞬时值Istart1b大于0安培（或具有与预给定的电桥电流额定平均值IL_avg_soll不同的符号），并且在关断输出侧半桥电路的负电压侧晶体管开关时被达到）情况下，
Figure 268214DEST_PATH_IMAGE009
。
在情况1中例如根据以下方程式来确定针对相应的后续开关循环T1的周期持续时间Tper：
在
Figure 589474DEST_PATH_IMAGE011
安培情况下，
Figure 140541DEST_PATH_IMAGE012
，或者
在
Figure 939870DEST_PATH_IMAGE013
安培情况下，
Figure 525572DEST_PATH_IMAGE014
。
情况2：
在所测量的输入电压U1与所测量的输出电压U2之间的以下关系情况下，即其中适用的是：
Figure 814471DEST_PATH_IMAGE015
，其中k1>1，尤其是k1=1.2，以及k2<1，尤其是k2= 0.8，在随后开关周期中例如：
-输入侧半桥电路的正电压侧晶体管开关和输出侧半桥电路的负电压侧晶体管开关从开关循环T1的开始在第二接通持续时间tein_S4内被接通，并且在后续开关循环T1的周期持续时间Tper的剩余时间内被关断；和
-输入侧半桥电路的负电压侧晶体管开关和输出侧半桥电路的正电压侧晶体管开关从开关循环T1的开始在第二接通持续时间tein_S4内被关断，并且在后续开关循环T1的周期持续时间Tper的剩余时间内被接通。
在此，适用于第二接通持续时间tein_S4的是：
在
Figure 849904DEST_PATH_IMAGE017
安培（其中预给定的电桥电流瞬时值Istart2a小于0安培（或具有与预给定的电桥电流额定平均值IL_avg_soll不同的符号），并且在关断输入侧半桥电路的负电压侧晶体管开关和输出侧半桥电路的正电压侧晶体管开关时被达到）情况下，
Figure 984082DEST_PATH_IMAGE018
，
或者
在
Figure 689870DEST_PATH_IMAGE019
安培（其中预给定的电桥电流瞬时值Istart2b大于0安培（或具有与预给定的电桥电流额定平均值IL_avg_soll不同的符号），并且在关断输入侧半桥电路的正电压侧晶体管开关和输出侧半桥电路的负电压侧晶体管开关时被达到）情况下，
Figure 821774DEST_PATH_IMAGE020
。
在情况2中例如根据以下方程式确定针对相应的后续开关循环T1的周期持续时间Tper：
在
Figure 409750DEST_PATH_IMAGE021
安培情况下，
Figure 550882DEST_PATH_IMAGE022
，或者
在
Figure 314438DEST_PATH_IMAGE023
安培情况下，
Figure 882823DEST_PATH_IMAGE024
。
情况3：
在所测量的输入电压U1与所测量的输出电压U2之间的以下关系情况下，即其中适用的是：
Figure 961025DEST_PATH_IMAGE025
，其中k2<1，尤其是k2 = 0.8，在后续开关循环中例如：
-输出侧半桥电路的正电压侧晶体管开关连续地被接通（即持久地被切换为“高”）；
-输出侧半桥电路的负电压侧晶体管开关连续地被关断（即持久地被切换为“低”）；
-输入侧半桥电路的正电压侧晶体管开关从开关循环T1开始在第三接通持续时间tein_S1内被接通，并且在后续开关循环T1的周期持续时间Tper的剩余时间内被关断；以及
-输入侧半桥电路的负电压侧晶体管开关从开关循环T1的开始在第三接通持续时间tein_S1内被关断，并且在后续开关循环T1的周期持续时间Tper的剩余时间内被接通。
在此，适用于第三接通持续时间tein_S1的是：
在
Figure 640268DEST_PATH_IMAGE027
安培（其中预给定的电桥电流瞬时值Istart3a小于0安培（或具有与预给定的电桥电流额定平均值IL_avg_soll不同的符号），并且在关断输入侧半桥电路的负电压侧晶体管开关时被达到）情况下，
Figure 55069DEST_PATH_IMAGE028
或者
在
Figure 59934DEST_PATH_IMAGE029
安培（其中预给定的电桥电流瞬时值Istart3b大于0安培（或具有与预给定的电桥电流额定平均值IL_avg_soll不同的符号），并且在关断输入侧半桥电路的正电压侧晶体管开关时被达到）情况下，
Figure 560185DEST_PATH_IMAGE030
。
在情况3中，例如根据以下方程式来确定针对相应的后续开关循环T1的周期持续时间Tper：
在
Figure 839857DEST_PATH_IMAGE032
安培情况下，
Figure 374743DEST_PATH_IMAGE033
，或者
在
Figure 485263DEST_PATH_IMAGE034
安培情况下，
Figure 738390DEST_PATH_IMAGE035
。
根据本发明的另一方面，提供一种用于双向电压转换的电压转换器、尤其是直流电压转换器。
电压转换器包括输入侧半桥电路，所述输入侧半桥电路分别具有彼此串联地连接的正电压侧晶体管开关和负电压侧晶体管开关。
电压转换器此外包括输出侧半桥电路，所述输出侧半桥电路分别具有彼此串联地连接的另一正电压侧晶体管开关和另一负电压侧晶体管开关。
电压转换器此外包括具有电桥电感L或以线圈形式的在两个半桥电路的中间抽头之间的电桥支路。
电压转换器此外包括测量装置，所述测量装置被设立用于在相应的当前开关循环中针对四个晶体管开关（两个半桥电路）的相应的后续开关循环测量在整个当前开关循环上流过电桥支路的电桥电流。
电压转换器此外包括确定装置，所述确定装置被设立用于从所测量的电桥电流来确定电桥电流实际平均值IL_avg_mess，并且从电桥电流实际平均值IL_avg_mess针对相应的后续开关循环T1确定相应的晶体管开关的接通时间点和接通持续时间。
电压转换器此外包括控制装置，所述控制装置被设立用于在相应的后续开关循环T1中在相应的所确定的接通时间点接通相应的晶体管开关并且使其接通相应的所确定的接通持续时间。
上面描述的方法的有利的构型只要有可能就可以转用到上面提及的电压转换器上，也可以被认为是电压变换器的有利的构型。
附图说明：
下面参照所附附图更详细地阐述本发明的示例性实施方式。在此，唯一的附图以示意图示出根据本发明的示例性实施方式的双向H桥电压转换器SW。
具体实施方式
电压转换器SW在电流输入侧通过两个电流输入端子A11、A12电连接在输入电压U1上，并且在电流输出侧通过两个电流输出端子A21、A22电连接在输出电压U2上。电压转换器SW用于在输入电压和输出电压U1、U2之间进行双向电压转换。
电压转换器SW包括输入侧半桥电路H1，所述输入侧半桥电路H1分别具有正电压侧晶体管开关和负电压侧晶体管开关S1、S2，所述正电压侧晶体管开关和负电压侧晶体管开关彼此串联地电连接并且电连接在两个电流输入端子A11、A12之间。
电压转换器SW此外包括输出侧半桥电路H2，所述输出侧半桥电路分别具有正电压侧晶体管开关和负电压侧晶体管开关S3、S4，所述正电压侧晶体管开关和负电压侧晶体管开关彼此串联地电连接并且电连接在两个电流输出端子A21、A22之间。
电压转换器SW此外包括电桥支路BZ，所述电桥支路BZ将两个半桥电路H1、H2或其中间抽头彼此电连接。线圈形式的电桥电感L电连接在电桥支路BZ中。
电压转换器SW此外包括两个电容器C1和C2，所述电容器C1和C2分别电连接在两个电流输入端子A11、A12之间并且因此与输入侧半桥电路H1并联地电连接，或者电连接在两个电流输出端子A21、A22之间并且因此与输出侧半桥电路H2并联地电连接。电容器C1和C2用于平滑输入电压或输出电压U1、U2。
电压转换器SW此外包括测量装置，所述测量装置包括电流计A和两个电压表V1、V2。
电流计A在电桥支路BZ中与线圈串联连接，并且用于测量流过电桥支路BZ的电桥电流IL。
两个电压表V1、V2分别连接在两个电流输入端子A11、A12之间或连接在两个电流输出端子A21、A22之间，并且分别用于测量输入电压或输出电压U1、U2。
电压转换器SW此外包括确定装置EA，所述确定装置在信号输入侧与电流计/电压表A、V1、V2的信号输出端在信号技术上连接。确定装置EA通过信号连接从电流计/电压表A、V1、V2获得电桥电流IL和两个电压U1、U2的测量值。确定装置EA此外被设立用于根据所测量的电流值和电压值针对相应的后续开关循环来确定相应的晶体管开关S1、S2、S3、S4的周期持续时间、接通时间点和接通持续时间。
电压转换器SW此外包括用于控制四个晶体管开关S1、S2、S3、S4的控制装置。该控制装置包括四个栅极驱动器GT1、GT2、GT3、GT4，其用于操控四个晶体管开关S1、S2、S3、S4中的分别一个晶体管开关。
栅极驱动器GT1、GT2、GT3、GT4在信号输入侧分别与确定装置EA的四个信号输出端中的一个信号输出端在信号技术上连接，并且在控制信号输出侧分别与相应的晶体管开关S1、S2、S3、S4的控制端子连接。栅极驱动器GT1、GT2、GT3、GT4被设立用于在相应的开关循环中基于由确定装置EA确定的周期持续时间、接通时间点和接通持续时间以控制的方式接通/关断相应的晶体管开关S1、S2、S3、S4。
在根据图描述了电压转换器SW的电路拓扑之后，下面将更详细地描述用于操控电压转换器SW或四个晶体管开关S1、S2、S3、S4的方法：
首先，两个电压表V1、V2和电流计A在相应的当前开关循环T0中测量输入电压和输出电压U1、U2以及流过电桥支路的电桥电流IL。在此，电流计A在当前开关循环T0的整个持续时间上测量电桥电流IL。
确定装置EA从电桥电流测量值来确定电桥电流实际平均值IL_avg_mess。确定装置EA此外从所测量的输入电压和输出电压U1、U2以及其他调节参量中来确定电桥电流额定平均值IL_avg_soll，并且将该电桥电流额定平均值预给定为调节参量。
根据方程式：
Figure 556173DEST_PATH_IMAGE037
，确定装置EA从电桥电流实际平均值IL_avg_mess和预给定的电桥电流额定平均值IL_avg_soll中计算电流差∆I。然后，确定装置EA从电流差∆I中计算占空率校正值∆DC。
此外，确定装置EA从晶体管开关S1、S2、S3、S4的预先已知的电荷交换电容（Umladekapazität）和电桥电感L以及输入电压和输出电压U1、U2来确定电桥电流瞬时值Istart1a、Istart1b、Istart2a、Istart2b、Istart3a或Istart3b，所述电桥电流瞬时值在晶体管开关S1、S2、S3、S4中的一个晶体管开关从接通状态被切换到关断状态的时间点应该流过电桥支路BZ。
此外，确定装置EA将输入电压和输出电压U1、U2相互比较。根据两个电压U1、U2的比较结果，确定装置EA如下所述的那样针对后续开关循环T1确定所有四个晶体管开关S1、S2、S3、S4的周期持续时间、接通时间点和接通持续时间。
控制装置或栅极驱动器GT1、GT2、GT3和GT4在相应的后续开关循环中基于所确定的周期持续时间、接通时间点和接通持续时间来控制相应的晶体管开关S1、S2、S3、S4。
情况1：输出电压U2大于输出电压U1，其中适用的是：
Figure 148829DEST_PATH_IMAGE004
，其中k1>1，尤其是k1 = 1.2。
在这种情况下，在后续开关循环T1中如下运行晶体管开关S1、S2、S3、S4：
-输入侧半桥电路H1的正电压侧晶体管开关S1连续地被接通（即，持久地切换为“高”）。
-输入侧半桥电路H1的负电压侧晶体管开关S2连续地被关断（即持久地切换为“低”）。
-输出侧半桥电路H2的负电压侧晶体管开关S4从开关循环T1的开始在第一接通持续时间tein_S4内被接通并且在后续开关循环T1的周期持续时间Tper的剩余时间内被关断。
-输出侧半桥电路H2的正电压侧晶体管开关S3从开关循环T1的开始在第一接通持续时间tein_S4内被关断，并且在后续开关循环T1的周期持续时间Tper的剩余时间内被接通。
在此，根据以下方程式确定第一接通持续时间tein_S4：
在
Figure 292234DEST_PATH_IMAGE006
安培（也即电桥电流IL应该从输入侧半桥电路H1流入输出侧半桥电路H2中）情况下，
Figure 829395DEST_PATH_IMAGE038
或者
在
Figure 857394DEST_PATH_IMAGE039
安培（也即电桥电流IL应该从输出侧半桥电路H2流入输入侧半桥电路H1中）情况下，
Figure 900960DEST_PATH_IMAGE040
。
根据以下方程式来确定周期持续时间Tper：
在
Figure 418529DEST_PATH_IMAGE011
安培情况下，
Figure 911828DEST_PATH_IMAGE012
，或者
在
Figure 540255DEST_PATH_IMAGE013
安培情况下，
Figure 841923DEST_PATH_IMAGE041
。
情况2：输出电压U2大约与输入电压大小相同，其中适用的是：
Figure 530394DEST_PATH_IMAGE015
，其中k1>1，尤其是k1=1.2，以及k2<1，尤其是k2= 0.8。
在这种情况下，在后续开关循环T1中如下运行晶体管开关S1、S2、S3、S4：
-输入侧半桥电路H1的正电压侧晶体管开关S1和输出侧半桥电路H2的负电压侧晶体管开关S4从开关循环T1的开始在第二接通持续时间tein_S4内被接通，并且在后续开关循环T1的周期持续时间Tper的剩余时间内被关断。
-输入侧半桥电路H1的负电压侧晶体管开关S2和输出侧半桥电路H2的正电压侧晶体管开关S3从开关循环T1的开始在第二接通持续时间tein_S4内被关断，并且在后续开关循环T1的周期持续时间Tper的剩余时间内被接通。
在此，根据以下方程式确定第二接通持续时间tein_S4：
在
Figure 835954DEST_PATH_IMAGE043
安培（也即电桥电流IL应该从输入侧半桥电路H1流入输出侧半桥电路H2中）情况下，
Figure 2494DEST_PATH_IMAGE044
，
或者
在
Figure 955406DEST_PATH_IMAGE045
安培（也即电桥电流IL应该从输出侧半桥电路H2流入输入侧半桥电路H1中）情况下，
Figure 814778DEST_PATH_IMAGE046
。
根据以下方程式确定周期持续时间Tper：
在
Figure 485931DEST_PATH_IMAGE021
安培情况下，
Figure 987319DEST_PATH_IMAGE047
，或者
在
Figure 263580DEST_PATH_IMAGE023
安培情况下，
Figure 90590DEST_PATH_IMAGE024
。
情况3：输出电压U2小于输入电压U1，其中适用的是：
Figure 986389DEST_PATH_IMAGE025
，其中k2<1，尤其是k2 = 0.8。
在该情况下，在后续开关循环T1中如下运行晶体管开关S1、S2、S3、S4：
-输出侧半桥电路H2的正电压侧晶体管开关S3连续地被接通（即持久地被切换为“高”）。
-输出侧半桥电路H2的负电压侧晶体管开关S4连续地被关断（即持久地被切换为“低”）。
-输入侧半桥电路H1的正电压侧晶体管开关S1从开关循环T1开始在第三接通持续时间tein_S1内被接通，并且在后续开关循环T1的周期持续时间Tper的剩余时间内被关断。
-输入侧半桥电路H1的负电压侧晶体管开关S2从开关循环T1的开始在第三接通持续时间tein_S1内被关断，并且在后续开关循环T1的周期持续时间Tper的剩余时间内被接通。
在此，根据以下方程式确定第三接通持续时间tein_S1：
在
Figure 760310DEST_PATH_IMAGE027
安培（也即电桥电流IL应该从输入侧半桥电路H1流入输出侧半桥电路H2中）情况下，
Figure 156657DEST_PATH_IMAGE048
或者
在
Figure 357831DEST_PATH_IMAGE029
安培（也即电桥电流IL应该从输出侧半桥电路H2流入输入侧半桥电路H1中）情况下，
Figure 269155DEST_PATH_IMAGE030
。
根据以下方程式来确定周期持续时间Tper：
在
Figure 784450DEST_PATH_IMAGE032
安培情况下，
Figure 832040DEST_PATH_IMAGE049
，或者
在
Figure 469695DEST_PATH_IMAGE050
安培情况下，
Figure 602736DEST_PATH_IMAGE051
。
因此，先前描述的三种情况涵盖三个区域，在所述三个区域中输入电压和输出电压U1、U2的所有可能关系均适用：U2＜U1、U2
Figure 921722DEST_PATH_IMAGE052
U1或U2＞U1。
关系
Figure 844327DEST_PATH_IMAGE054
安培或
Figure DEST_PATH_IMAGE055
安培显示电桥电流IL的额定电流方向。
必须选择两个因子k1和k2，使得在输入电压和输出电压U1和U2处在给定的电压测量精度情况下此外确保在U1= U2的情况下应用在情况2时的方程式。
上面描述的方法具有以下优点：在以下关系之一适用的所有情况下，电压转换器SW可以（双向地）且损耗功率低地进行转换：
-在
Figure DEST_PATH_IMAGE057
或
Figure 511937DEST_PATH_IMAGE058
时，U1>U2（情况1）；
-在
Figure 132275DEST_PATH_IMAGE060
或
Figure 254951DEST_PATH_IMAGE062
时，U1=U2（情况2）;
-在
Figure 11555DEST_PATH_IMAGE063
或
Figure 991012DEST_PATH_IMAGE065
时，U1<U2（情况3）;
该方法确保：可以在ZVS模式（英文为“Zero Voltage Switching Mode，零电压切换模式”）下与工作点无关地、也即与电压关系、电流方向和电流大小无关地运行电压转换器SW，其中晶体管开关S1、S2、S3和S4的开关损耗在电压转换器SW的所有工作点中在很大程度上被消除，并且总损耗功率被减小到最小值。
由于执行该方法的一部分的栅极驱动器GT1、GT2、GT3、GT4、电流计/电压表A、V1、V2本身作为用于调节电压转换器SW的组件已经存在，因此除了执行该方法外，仅需要确定装置EA。因为确定装置EA也可以在功能上以电压转换器SW的已经存在的调节器来实现，所以可以在无附加电路组件的情况下并且因此在无附加结构空间的情况下实现电压转换器SW。
由于总损耗功率被减少，因此需要少量的冷却耗费，并且因此需要用于电压转换器SW的相应小地确定尺寸的冷却装置。
所描述的方法尤其应用于机动车、特别是混合动力/电动汽车中，其中应该借助于一个或多个成本低的H桥电压转换器SW损耗低地来传输电功率。
这种应用的示例是：
-用于使蓄电池电压与逆变器电压适配的升压转换器（英文为“Boost-Converter（升压转换器）”）（直流-直流应用，即将直流电压源的输出电压转换成用于直流电压宿（Gleichspannungs-Senke）的充电电压）；
-用于使蓄电池电压与直流充电站的电压适配的降压升压转换器（英文为“ Buck-Boost-Converter（降压升压转换器）”）（直流-直流应用，即将直流电压充电站的输出电压转换成用于蓄电池的充电电压；
-用于使交流充电站交流电压与蓄电池电压适配的降压升压转换器（整流，交流-直流应用）；
-用于使蓄电池电压与AC运行装置的标称电压适配的降压升压转换器（例如电机，直流-交流应用）。
尤其实现开关损耗功率的减小，其中根据工作点（输入电压U1、输出电压U2、实际电桥电流和额定电桥电流），对于分别跟随的开关循环T1，半桥电路H1、H2的晶体管开关S1、S2、S3、S4被接通所计算的接通持续时间，并且被关断所计算的关断持续时间。在此分别进行计算，使得在关断晶体管开关S1、S2、S3、S4中的一个晶体管开关时，先前定义的电桥电流流过电桥电感，所述电桥电流确保自然换向到按电势相对的晶体管开关S1、S2、S3、S4上。在此，如果在晶体管晶体管开关S1、S2、S3、S4上施加电压约为0伏（英语为“Zero VoltageSwitching（零电压切换”），则总是在成功的自然换向之后接通该晶体管晶体管开关S1、S2、S3、S4。尤其是，实施切换动作，使得分别在关断晶体管开关S1、S2、S3、S4中的一个晶体管开关时，电桥电感L处的电桥电流具有流动方向和最小幅度，使得电压通过恰好该电桥电流而不通过接通互补的晶体管（晶体管S3在此与晶体管S4互补，晶体管S4与晶体管S3互补，晶体管S1与晶体管S2互补，晶体管S2与晶体管S1互补）换向。所计算的模型与实际行为之间的偏差借助于PI电流调节器来校正。
所描述的方法具有决定性的优点：不仅在所有固定工作点中而且在工作点发生变化的情况下可以维持ZVS运行（“零电压切换”运行），而且在输入电压与输出电压之间的三种可能关系：U1<U2、U1= U2、U1> U2下，对于所有运行状态维持ZVS运行。
如已经提到的，测量输入电压和输出电压U1、U2。电桥电流额定平均值IL_avg_soll和电桥电流瞬时值Istart1a、Istart1b; Istart2a、Istart2b；Istart3a、Istart3b被预给定。从这些值来确定周期持续时间、接通时间点和接通持续时间，并且从而确定占空比。可以利用上面描述的方法利用电桥电流额定平均值IL_avg_soll和电桥电流瞬时值Istart1a、Istart1b；Istart2a、Istart2b；Istart3a、Istart3b清除关于得出的电桥电流变化过程在从周期持续时间、接通时间点和接通持续时间得出的电流三角形的开关周期上平行偏移任意偏移量的不可靠性。

Claims (15)

1.一种用于运行双向电压转换器（SW）的方法，所述双向电压转换器包括输入侧半桥电路（H1），其分别具有彼此串联连接的正电压侧晶体管开关（S1）和负电压侧晶体管开关（S2）；输出侧半桥电路（H2），其分别具有彼此串联连接的正电压侧晶体管开关（S3）和负电压侧晶体管开关（S4）；以及具有电桥电感（L）的电桥支路（BZ）；
-其中在相应的当前开关循环T0中针对晶体管开关（S1、S2、S3、S4）的相应的后续开关循环T1确定流过所述电桥支路（BZ）的电桥电流（IL）的电桥电流实际平均值IL_avg_mess;
-其中利用所确定的电桥电流实际平均值IL_avg_mess针对所述相应的后续开关循环T1确定相应的晶体管开关（S1、S2、S3、S4）的接通时间点和接通持续时间；
-其中在所述相应的后续开关循环T1中在相应的所确定的接通时间点接通所述相应的晶体管开关（S1、S2、S3、S4）并且使其接通相应的所确定的接通持续时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，此外利用预给定的电桥电流额定平均值IL_avg_soll来确定所述接通时间点和所述接通持续时间。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所确定的电桥电流实际平均值IL_avg_mess与预给定的电桥电流额定平均值IL_avg_soll之间计算电流差∆I，并且利用所述电流差∆I计算占空率校正值∆DC，并且此外利用所计算的占空率校正值∆DC确定所述接通时间点和所述接通持续时间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中
-在所述相应的当前开关循环T0中，此外确定应该在所述晶体管开关（S1、S2、S3、S4）之一从接通状态被切换到关断状态的时间点流过所述电桥支路（BZ）的电桥电流（IL）的电桥电流瞬时值Istart1a、Istart1b；Istart2a、Istart2b; Istart3a、Istart3b，以及
-此外利用所确定的电桥电流瞬时值Istart1a、Istart1b；Istart2a、Istart2b;Istart3a、Istart3b确定所述接通时间点和所述接通持续时间。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，从所述晶体管开关（S1、S2、S3、S4）的电荷交换电容和所述电桥电感（L）来确定所述电桥电流瞬时值Istart1a、Istart1b；Istart2a、Istart2b； Istart3a、Istart3b。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，利用所述电桥电流瞬时值Istart1a、Istart1b； Istart2a、Istart2b；Istart3a、Istart3b在所述相应的后续开关循环T1中来确定周期持续时间，并且在所述相应的后续开关循环T1中将所述晶体管开关（S1、S2、S3、S4）接通或关断所确定的周期持续时间。
7.根据权利要求2和6所述的方法，其中，此外利用所述电桥电流实际平均值IL_avg_mess确定所述周期持续时间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，
-在所述相应的当前开关循环T0中，在所述输入侧半桥电路（H1）处测量输入电压U1，并且在所述输出侧半桥电路（H2）处测量输出电压U2；
-将所述输入电压U1与所述输出电压U2进行相互比较；和
-根据所述输入电压U1和所述输出电压U2之间的比较结果，确定所述接通时间点、所述接通持续时间和/或所述周期持续时间。
9.根据权利要求2、4和8所述的方法，其中在所测量的输入电压U1与所测量的输出电压U2之间的以下关系情况下，即：
Figure 32009DEST_PATH_IMAGE001
，其中适用的是k1>1，尤其是k1 = 1.2，在所述后续开关循环T1中，
-所述输入侧半桥电路（H1）的正电压侧晶体管开关（S1）连续地被接通（持久地切换为“高”）；
-所述输入侧半桥电路（H1）的负电压侧晶体管开关（S2）连续地被关断（持久地切换为“低”）；
-所述输出侧半桥电路（H2）的负电压侧晶体管开关（S4）从开关循环T1的开始在第一接通持续时间tein_S4内被接通并且在所述后续开关循环T1的周期持续时间Tper的剩余时间内被关断；以及
-所述输出侧半桥电路（H2）的正电压侧晶体管开关（S3）从所述开关循环T1的开始在所述第一接通持续时间tein_S4内被关断，并且在所述后续开关循环T1的周期持续时间Tper的剩余时间内被接通；
-其中适用于所述第一接通持续时间tein_S4的是：
在
Figure 480308DEST_PATH_IMAGE002
安培情况下，
Figure 791204DEST_PATH_IMAGE003
或者
在
Figure 451992DEST_PATH_IMAGE004
安培情况下，
Figure 797523DEST_PATH_IMAGE005
。
10.根据权利要求9所述的方法，其中根据以下方程式来确定针对相应的后续开关循环T1的周期持续时间Tper：
在
Figure 151144DEST_PATH_IMAGE006
安培情况下，
Figure 949336DEST_PATH_IMAGE007
，或者
在
Figure 679394DEST_PATH_IMAGE008
安培情况下，
Figure 879431DEST_PATH_IMAGE009
。
11.根据权利要求2、4和8所述的方法，其中在所测量的输入电压U1与所测量的输出电压U2之间的以下关系情况下，即：
Figure 221199DEST_PATH_IMAGE010
，其中适用的是k2<=1，尤其是k2= 0.8以及k1>=1，尤其是k1=1.2，在所述随后开关周期T1中，
-所述输入侧半桥电路（H1）的正电压侧晶体管开关（S1）和所述输出侧半桥电路（H2）的负电压侧晶体管开关（S4）从开关循环T1的开始在第二接通持续时间tein_S4内被接通，并且在所述后续开关循环T1的周期持续时间Tper的剩余时间内被关断；
-所述输入侧半桥电路（H1）的负电压侧晶体管开关（S2）和所述输出侧半桥电路（H2）的正电压侧晶体管开关（S3）从所述开关循环T1的开始在所述第二接通持续时间tein_S4内被关断，并且在所述后续开关循环T1的周期持续时间Tper的剩余时间内被接通，
-其中适用于所述第二接通持续时间tein_S4的是：
在
Figure 506687DEST_PATH_IMAGE011
安培情况下，
Figure 774857DEST_PATH_IMAGE012
，
或者
在
Figure 829401DEST_PATH_IMAGE013
安培情况下，
Figure 790404DEST_PATH_IMAGE014
。
12.根据权利要求11所述的方法，其中根据以下方程式确定针对所述相应的后续开关循环T1的周期持续时间Tper：
在
Figure 297608DEST_PATH_IMAGE015
安培情况下，
Figure 103890DEST_PATH_IMAGE016
，或者
在
Figure 278520DEST_PATH_IMAGE017
安培情况下，
Figure 144845DEST_PATH_IMAGE018
。
13.根据权利要求2、4和8所述的方法，其中在所测量的输入电压U1与所测量的输出电压U2之间的以下关系情况下，即：
Figure 201662DEST_PATH_IMAGE019
，其中适用的是k2<1，尤其是k2 = 0.8，在所述后续开关循环T1中：
-所述输出侧半桥电路（H2）的正电压侧晶体管开关（S3）连续地被接通（持久地切换为“高”）；
-所述输出侧半桥电路（H2）的负电压侧晶体管开关（S4）连续地被关断（持久地切换为“低”）；
-所述输入侧半桥电路（H1）的正电压侧晶体管开关（S1）从开关循环T1开始在第三接通持续时间tein_S1内被接通，并且在所述后续开关循环T1的周期持续时间Tper的剩余时间内被关断；以及
-所述输入侧半桥电路（H1）的负电压侧晶体管开关（S2）从所述开关循环T1的开始在所述第三接通持续时间tein_S1内被关断，并且在所述后续开关循环T1的周期持续时间Tper的剩余时间内被接通，
-其中适用于所述第三接通持续时间tein_S1的是：
在
Figure 14898DEST_PATH_IMAGE020
安培情况下，
Figure 44033DEST_PATH_IMAGE021
或者
在
Figure 346839DEST_PATH_IMAGE022
安培情况下，
Figure 828636DEST_PATH_IMAGE023
。
14.根据权利要求13所述的方法，其中根据以下方程式来确定针对所述相应的后续开关循环T1的周期持续时间Tper：
在
Figure 242300DEST_PATH_IMAGE024
安培情况下，
Figure 925609DEST_PATH_IMAGE025
，或者
在
Figure 399316DEST_PATH_IMAGE026
安培情况下，
Figure 368409DEST_PATH_IMAGE027
。
15.一种用于双向电压转换的电压转换器（SW），包括：
-输入侧半桥电路（H1），所述输入侧半桥电路分别具有彼此串联连接的正电压侧晶体管开关（S1）和负电压侧晶体管开关（S2）；
-输出侧半桥电路（H2），所述输出侧半桥电路分别具有彼此串联连接的正电压侧晶体管开关（S3）和负电压侧晶体管开关（S4）；
-具有电桥电感（L）的电桥支路（BZ）；
-测量装置（A、V1、V2），所述测量装置被设立用于在相应的当前开关循环上针对所述晶体管开关（S1、S2、S3、S4）的相应的后续开关循环T1测量在整个当前开关循环T0上流过所述电桥支路（BZ）的电桥电流（IL）；
-确定装置（EA），所述确定装置被设立用于从所测量的电桥电流（IL）来确定电桥电流实际平均值IL_avg_mess，并且从所述电桥电流实际平均值IL_avg_mess对于所述相应的后续开关循环T1确定相应的晶体管开关（S1、S2、S3、S4）的接通时间点和接通持续时间；
-控制装置（GT1、GT2、GT3、GT4），所述控制装置被设立用于在所述相应的后续开关循环T1中在相应的所确定的接通时间点接通所述相应的晶体管开关（S1、S2、S3、S4）和使其接通相应的所确定的接通持续时间。
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