CN112740525B - 功率转换器、车辆和用于操作功率转换器的方法 - Google Patents

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Abstract

一种功率转换器（1），具有初级侧（2）和与其电流隔离的次级侧（4），包括：次级侧功能单元（12），能够依据在初级侧上生成的辅助信息（28）进行操作，初级侧电压供应装置（5），设置为提供电源电压（6），功率传输装置（14），具有切换电源电压的切换单元（35）和设置为将切换的电源电压传输到次级侧以将电源电压转换为用于功能单元的操作电压（27）的传输单元（36），初级侧调制装置（7），设置为向切换单元提供时钟信号（34）且根据辅助信息改变时钟信号（34）的频率，和次级侧解调装置（13），设置为从由传输单元（36）提供的次级电压（42）生成代表辅助信息的至少一个使用信号（45、46、47）以及向功能单元提供使用信号（47）。

Description

功率转换器、车辆和用于操作功率转换器的方法
技术领域
本发明涉及一种功率转换器，该功率转换器具有初级侧和与其电流隔离的次级侧，该功率转换器包括次级侧功能单元、初级侧电压供应装置和功率传输装置。次级侧功能单元可响应于初级侧上生成的辅助信息进行操作，初级侧电压供应装置设置为提供电源电压，功率传输装置具有用于切换电源电压的切换单元和设置为将切换的电源电压传输到次级侧以将电源电压转换成用于功能单元的操作电压的传输单元。
此外，本发明涉及一种车辆和用于操作功率转换器的方法。
背景技术
具体而言，在车辆驱动技术领域中，功率转换器分为初级侧和次级侧，初级侧通常实现低电压电平的控制任务，次级侧通过功率电子器件实现电流类型及其特性参数的转换。这种电流隔离是一种隔离屏障，其一方面用于确保转换器的电气安全，尤其是在IT（Isolé Terre，隔离接地）系统中使用时保护人员，并且另一方面用于在初级侧和次级侧以不同的（有时是变化的）电势操作时进行功能划分。
次级侧通常还具有功能单元，例如用于功率电子器件的驱动器装置，该功能单元的操作电压通过功率传输装置从初级侧上的电源电压转换。为了也实现功能单元的电流隔离，功率传输装置具有实现电流隔离的传输单元。功能单元可以根据在初级侧生成的、要通过隔离屏障传输的辅助信息来操作。已知的是，通过电感耦合、设计为集成电路的微型变压器或者通过光耦合器光学地将这种辅助信息从初级侧传输到次级侧。或者，电流隔离可以以电容方式、压电方式或声学方式实现。
然而，这种用于辅助信息的传输装置导致额外的部件工作量并且需要在印刷电路板上设置额外的区域及放置工作量，这进而导致功率转换器的成本较高。每个额外传输装置还增加了初级侧与次级侧之间的总有效耦合电容，这对转换器的电磁兼容性具有负面影响。
因此，本发明基于如下任务：提供一种从转换器的初级侧到次级侧传输辅助信息的改进的、尤其是成本更低和/或电磁兼容性更好的方法。
发明内容
为了解决该问题，本发明提出了上述类型的功率转换器，进一步包括初级侧调制装置和次级侧解调装置，初级侧调制装置设置为向切换单元提供时钟信号并且依据辅助信息改变时钟信号的频率，次级侧解调装置设置为从由传输单元提供的次级电压生成代表辅助信息的至少一个使用信号并且向功能单元提供使用信号。
本发明基于的构思是，不仅将功率传输装置的传输单元用于功率传输，而且还用于将辅助信息从初级侧传输到次级侧。换句话说，功率传输和信息传输被集成到传输单元中，其至少分段地实现了初级侧和次级侧之间的隔离屏障。为此，首先在初级侧上设置调制装置，该调制装置根据辅助信息实现用于开关单元的时钟信号的频率调制。然后，可以通过传输单元将经切换的电源电压和调制到其上的辅助信息一起从初级侧传输到次级侧，在次级侧解调装置可以以一个或更多个使用信号的形式复原辅助信息。
有利地，由此可以省去用于传输辅助信息的额外传输装置，因为功率传输装置也用于传输辅助信息。因此，功率转换器以更节省空间的方式实现，因为省去的传输装置必须满足额外的间隙和爬电距离要求，而这些要求已经通过传输单元实现。同样，由于省去额外传输装置导致初级侧与次级侧之间的耦合电容增加，因此实现了改进的电磁兼容性。
根据本发明的转换器通过电流隔离优选地实现至少1kV、优选地至少2kV、特别优选地至少3kV、非常特别优选地至少4kV的额定绝缘电压。通常，转换器的仅初级侧部件和转换器的仅次级侧部件在空间上彼此分离，特别是彼此间隔开，使得维持沿非导电表面的爬电距离所需的距离得以保持。部件之间的空间通常填充有介电强度足够高的介质，包括空气。
调制装置通常包括信号发生器单元和调制器单元，通过信号发生器单元可以提供载波信号，通过调制器单元可以由描述辅助信息的信号调制载波信号，并且可以提供时钟信号。调制装置还包括编码单元，辅助信息的信息状态通过编码单元被分配用编码信号表示的信号状态。在次级侧，传输单元之后通常是整流器单元和/或平滑单元。次级电压可以在传输单元的次级线圈和整流器单元之间分接，并且可以用于解调装置的输入。电源电压和操作电压通常是DC电压。
优选地，在根据本发明的转换器中，调制装置设置成在其中功率传输装置的输入电压和输出电压的变压比基本无频率改变的频率间隔内改变时钟信号的频率。这样，可以避免次级电压以及因此用于功能单元的操作电压由于调制时钟信号而显著改变。在上下文中，术语“基本无频率改变”意味着，通过利用任意信息状态对的调制生成的操作电压相差不超过20%，优选不超过10%，特别优选不超过5%。
在根据本发明的转换器中，功率传输装置可具有硬切换拓扑结构。这种功率传输装置的一个例子是反激式转换器。这里，特别优选的是，调制装置设置为提供时钟信号，使得功率传输装置以连续操作模式操作。适当地，在调制装置提供的时钟信号的频率下，功率传输装置还设置为以连续操作模式操作。实际上，在连续操作模式中，调制对于功率传输装置的输入电压和输出电压的变压比没有明显的影响。
可替代地，根据本发明的转换器的功率传输装置可以是终末谐振类型。这种功率传输装置的典型代表是LLC转换器。为了在此实现相对于输入电压和输出电压的频率不变的变压比，有利地，调制装置设置为预设时钟信号的频率，使得该频率是功率传输装置的归一化开关频率的至少0.2倍、优选地0.6倍、特别优选地0.8倍、最优选地1.0倍。归一化开关频率对应于时钟信号的频率与功率传输装置的初级侧谐振频率的比率。
对于根据本发明的转换器的解调装置，优选地，解调装置具有单稳态触发器单元，单稳态触发器单元的保持时间小于时钟信号的最短周期，分配有辅助信息的信息状态，并且设置为提供脉冲调制使用信号。解调装置因此可以用很少的电路实现，例如通过定时器部件（NE555）或分立的晶体管电路。在时钟信号的典型频率下，当使用单稳态触发器单元时，肯定可以传输六个、八个、十二个或更多个信息状态。
有利地，还可以规定，解调装置包括低通单元，低通单元连接在单稳态触发器单元的下游并且设置为从脉冲调制使用信号提供模拟使用信号。因此，可以实现时钟信号的频率和模拟使用信号的电压之间的基本线性关系。低通单元可以是RC元件或其他平均滤波器。
可替代地或另外地，根据本发明的转换器可以配备有解调装置，该解调装置包括设置为提供模拟使用信号的PLL单元。PLL单元（锁相环）使得能够传输宽范围的辅助信息的信息状态值，因为即使小的频率变化也会导致相对大的使用信号电压变化。一方面，这种较高的灵敏度使调制装置部分所需的频率变化最小化，另一方面，消除了上述平均。此外，与单稳态触发器单元相比，传输时间短。此外，PLL单元可以通过标准化的集成电路来实现，因为对于根据本发明的转换器的典型操作场景，对PLL单元的质量的要求较低。因此，可相对地节省PLL单元的成本和空间。PLL单元方便地设置为提供PLL单元的压控振荡器的输入信号作为模拟使用信号。
此外，解调装置可具有设置为将模拟使用信号转换成数字使用信号的模数转换器单元。这允许在次级侧进一步处理使用信号或辅助信息。
在根据本发明的转换器的另一有利实施例中，解调装置具有滤波器单元，滤波器单元具有至少一个滤波器元件，至少一个滤波器元件的频率响应选择为使得滤波器元件在由调制装置预先确定的频率下在阻带或通带中操作。方便地，为辅助信息的n种可能的信息状态设置至少n-1个滤波器元件。滤波器单元之后可以是提供使用信号的判定单元。滤波器元件可以是无源滤波器元件，这使得能够在电路方面实现简单的实施方式。为了能够可靠地检测信息状态，特别是在预期时钟频率之间的小间隔处，滤波器元件可以是具有更陡峭的频率响应的有源滤波器元件。滤波器元件可以具有高通特性、低通特性、带通特性或带阻特性。特别地，滤波器元件可以是陷波滤波器。
根据本发明的转换器通常具有次级侧功率单元，次级侧功率单元具有至少一个功率开关元件，功率开关元件能够根据在初级侧上生成的驱动信号而被控制。功率开关元件通常是半导体功率开关元件，尤其是IGBT或功率MOSFET。有利的是，功率转换器在初级侧具有控制装置，该控制装置设计为用于根据功率转换器的操作参数生成驱动信号和/或辅助信息。
根据一个特别优选的实施例，功能单元是驱动器装置，驱动器装置设置为根据驱动信号驱动至少一个功率开关元件。驱动器装置尤其可以包括用于每个功率开关元件的驱动单元，该驱动器单元设置为用于驱动功率开关元件。
特别优选的是，驱动器装置具有连接在功率开关元件的控制输入端的上游的电阻器单元，电阻器单元的电阻值可以通过使用信号来改变。可替代地，驱动器装置具有连接在功率开关元件的控制输入端的上游的带有电流源特性的驱动器单元，驱动器单元的电流值和/或电流曲线可以通过使用信号来改变。这样，辅助信息可以用于指定功率开关元件的开关速度。
有利地，转换器还具有传输装置，传输装置至少部分地将初级侧与次级侧电流隔离，并且控制信号能够经由传输装置传输到次级侧。因此，建议的是提供用于传输控制信号的专用传输装置。这允许对常规转换器进行特别简单的改型，因为辅助信息传输和功率传输的集成不影响控制信号的传输，这通常必须满足更高的安全要求。
此外，可以规定，根据本发明的转换器设计为逆变器，并且功率单元设置为用于在次级侧将输入DC电压转换成输出AC电压。可替代地，根据本发明的转换器设计为DC/DC转换器，并且功率单元设置为用于在次级侧将输入DC电压转换成输出DC电压。作为另一种替代方案，功率转换器可以设计为有源整流器，并且功率单元可以设置为用于将输入AC电压转换成输出DC电压。
此外，本发明涉及一种包括根据本发明的功率转换器的车辆。当功率转换器设计为逆变器时，功率转换器可设置为用于例如将由高压源提供的DC输入电压转换成为电机供电的AC电压。例如，功率转换器可以向用于驱动车辆的电机供电。如果功率转换器是DC-DC转换器或有源整流器，则功率转换器可以设置为例如用于对车辆电池充电的充电装置。车辆可以是陆地车辆，特别是客车或卡车，或水上车辆或飞机。
本发明还涉及一种用于操作转换器的方法，转换器具有初级侧和与初级侧电流隔离的次级侧，转换器包括：次级侧功能单元，其可依据在初级侧上生成的辅助信息进行操作，初级侧电压供应装置，其设置为提供电源电压，以及功率传输装置，其具有用于切换电源电压的切换单元以及设置为将切换的电源电压传输到次级侧以将电源电压转换为用于功能单元的操作电压的传输单元。该方法包括以下步骤：初级侧为向切换单元提供时钟信号，在初级侧上根据辅助信息改变时钟信号的频率；次级侧从由传输单元提供的次级电压生成代表辅助信息的至少一个使用信号；以及次级侧向功能单元提供使用信号。
与本发明的转换器相关的所有说明可类似地应用于本发明的车辆和本发明的方法，使得上述优点也可以通过这些来实现。
附图说明
本发明的进一步的优点和细节将从以下描述的实施例和附图中变得明显。附图是示意性图示并且示出如下内容：
图1是根据本发明一个实施例的转换器的电路图；
图2是图1所示的转换器操作期间的次级电压图像和使用信号随时间变化的图；
图3是模拟使用信号在分配有不同信息状态的图1所示转换器的时钟信号的频率下的电压值；
图4是根据本发明另一实施例的转换器的单稳态触发器单元的电路图；
图5至图7分别是根据本发明另一实施例的转换器的解调单元的框图；
图8是图7所示的解调单元的滤波器元件的电路图；
图9是根据本发明另一实施例的转换器的滤波器元件的电路图；
图10是图8和图9所示的滤波器元件的幅度频率响应；
图11是根据本发明另一实施例的转换器的功率传输装置的电路图；
图12是输入电压和输出电压在图11所示的功率传输装置的归一化开关频率内的变压比；以及
图13示出了根据本发明实施例的车辆。
具体实施方式
图1是根据一个实施例的功率转换器1的电路图，功率转换器1具有通过隔离屏障3将其隔开的初级侧2和次级侧4。
在初级侧，转换器1包括电压供应装置5、调制装置7和两个控制单元8、9，电压供应装置设置为提供电源电压6。在该实施例中，调制装置7和控制单元8、9在由微控制器实现的控制装置10中实现。在次级侧，转换器1具有功率单元11、功能单元12和解调装置13。隔离屏障3由功率传输装置14以及传输装置15实现，例如，以光耦合器或电感变压器的形式实现。因此，功率传输装置14和传输装置15可以分配给初级侧2和次级侧4两者。
在本实施例中，功率转换器1设计为逆变器，使得功率单元11设置为用于在次级侧将功率转换器1的输入端16处的输入DC电压转换为功率转换器1的输出端17处的输出AC电压。在输入端16和功率单元11之间，功率转换器1具有DC链路电容器18。功率单元11包括多个功率开关元件20，所述多个功率开关元件20连接形成半桥19，每个功率开关元件包括具有并联连接的二极管22或功率MOSFET的IGBT 21。
为了驱动相应的功率开关元件20，第二控制单元9设置为生成驱动信号20a，该驱动信号经由传输装置15传输到次级侧并在那里通过驱动器装置23放大到适于切换功率开关元件20的切换电压电平。
驱动器装置23在该情况下形成功能单元12，其针对每个功率开关元件20包括呈推挽式输出级形式的驱动器单元24和电阻值可变的电阻器单元26，电阻器单元26连接在相应的功率开关元件20的控制输入端25和驱动器单元24之间。通过可变电阻值，可以调节功率开关元件20的开关速度。为了给功能单元12或驱动器装置23提供操作电压27，驱动器装置23在次级侧连接到功率传输装置14。因此，这提供了与初级侧2电流隔离的上述切换电压电平作为转换的电源电压6。
电阻器单元26的电阻值通过辅助信息28来设置，该辅助信息可以呈现两个或更多个信息状态，并且通过初级侧上的第一控制单元8根据转换器1的操作参数来确定。为了将辅助信息28从初级侧2传输到次级侧4，省去了类似于传输装置12的用于控制信号的另一传输装置。相反，可以呈现若干信息状态的辅助信息28通过调制装置7进行频率调制，通过功率传输装置14跨绝缘屏障3传输并且通过解调装置13在次级侧上复原。
调制装置7具有编码单元29，编码单元对信息状态进行编码，并将代表辅助信息28的编码信号31提供给调制单元30。调制单元30根据编码信号31对信号发生器单元32提供的载波信号33进行频率调制。在输出侧，调制单元30提供可用于功率传输装置14的时钟信号34。
功率传输装置14设计为反激式转换器并且包括开关单元35和感应传输单元36，该感应传输单元36分段地感应耦合初级侧2和次级侧4。在功率传输装置14的初级侧，主电感38建模为与传输单元36的初级绕组37并联。开关单元35在其控制输入端39接收通过驱动器40放大的时钟信号34。调制装置7设置为使得时钟信号34引起功率传输装置14的连续操作。结果，跨传输单元36的次级绕组41下降的次级电压42基本上与时钟信号34的频率无关，其通过调制而发生变化。在次级侧，功率传输装置14还具有二极管形式的整流器单元43和电容器形式的平滑单元44，平滑单元44平滑经整流的次级电压42，从而为功能单元12或驱动器装置23提供操作电压27。
次级侧解调装置13设置为生成使用信号45、46、47，每个使用信号各自代表辅助信息。为此，解调装置13的输入端48连接到功率传输装置14，从而将次级电压42施加到输入端48。
解调装置13包括单稳态触发器单元49形式的解调单元，该单稳态触发器单元49接收次级电压42作为输入信号。在本实施例中，单稳态触发器单元49由集成NE555装置形式的有线定时器元件50形成。由此，单稳态触发器单元49配置为使其保持时间小于分配有辅助信息28的信息状态的时钟信号34的最短周期。在此，保持时间是根据以下公式通过将定时器元件50的阈值端子THRS连接到由电阻器51和电容器52形成的RC元件而获得的：
ton = ln(3) ∙ R ∙ C，
其中，ton是保持时间，运算符ln(∙)是自然对数，R是电阻器51的电阻值，C是电容器52的电容。
定时器元件50的VCC端子连接到操作电压55，操作电压55可对应于操作电压27。由连接到触发器端子TRIG的电阻器53和电容器54组成的额外RC元件形成高通滤波器，并且将次级电压42分化为针状脉冲。另外，定时器元件50的控制端子CV连接到接地的另一电容器56，以防止定时器元件50振荡。单稳态触发器单元49因此在次级电压42的每个上升下降沿处以及相应地在时钟信号34的每个上升沿处生成保持时间的持续时间方波脉冲，其中两个方波脉冲之间的时间间隔取决于时钟信号34的周期持续时间并且因此取决于辅助信息28。因此，脉冲调制使用信号45可以在定时器元件50的输出端子OUT处被分接。
解调装置13进一步包括连接在解调装置49的下游的低通单元57，在该情况下低通单元57由具有电阻器58和电容器59的RC元件形成。低通单元平滑脉冲调制使用信号45并且使用脉冲调制使用信号来提供模拟使用信号46，该模拟使用信号46的电压对应于辅助信息28的相应信息状态。
此外，解调装置13包括连接在低通单元57的下游并且将模拟使用信号46转换成数字使用信号47的模数转换单元60。因此，数字使用信号47代表辅助信息28并且用于设定驱动器装置23的电阻器单元26。因此，辅助信息28可以通过传输单元36从初级侧2传输到次级侧4，而无需额外的传输装置。
图2示出了次级电压42、脉冲调制使用信号45和模拟使用信号46随时间t变化的图像42'的曲线，其中，上图所示的曲线涉及频率为200kHz的时钟信号34，下面的曲线涉及频率为300kHz的时钟信号34。
使用信号45、46的波形进一步基于图1所示的解调装置13的配置，其中，电阻器51的电阻值是27kΩ，电容器52的电容值是100pF，其根据上述公式产生约3.0 µs的保持时间。电阻53的电阻值为4.7kΩ，电容54的电容值为10pF，电容56的电容值为10nF。在低通单元57中，电阻器58具有160kΩ的电阻值且电容器59具有1nF的电容值，从而产生约0.995kHz的RC元件截止频率。操作电压55为15V。显然，脉冲调制使用信号45因此变成足够恒定的模拟使用信号46，其在200kHz的时钟信号34的频率处约为9V并且在300kHz的时钟信号34的频率处约为13V。显然，单稳态触发器单元49使用下降沿作为触发。
图3示出了时钟信号34的频率f和模拟使用信号46的电压U之间的关系。显然，几乎是线性回归，其允许以大约1.1v的示例性离散距离在典型用于功率传输装置14连续操作的时钟频率34的量级上传输八个信息状态。
线性过程由补偿线61来近似，其由函数给出并描述
U(f)/V = 0.0442 ∙ f/kHz + 0.176
显然，最小开关频率和最大开关频率之间的电压摆动大约为8.8V。
在下文中，描述了转换器1的另外的实施例，由此起相同或类似作用的部件具有相同的附图标记。除非另有说明，否则前面的说明也适用于其他实施例。
图4是根据本发明另一实施例的转换器1的单稳态触发器单元49的电路图，其中使用离散晶体管电路代替定时器元件50。
为此，单稳态触发器单元49具有两个晶体管62、63，在此示例性地将其设计为BC547C类型的npn双极晶体管。单稳态触发器单元49的保持时间由连接到晶体管62的控制端子的电阻器64和电容器65确定。经由另一电阻器66，输入端48处的次级电压42被提供给晶体管63的控制端，此外，还提供了将晶体管电路连接到操作电压55的电阻器68、69和电阻器67。
电阻器64和电容器65的配置可以根据以下公式确定：
ton = ln(2) ∙ R ∙ C,
可指定保持时间ton，其中R描述电阻器64的电阻值，C描述电容器65的电容。对于电阻器64的电阻值为18kΩ并且电容器65的电容值为220pF的示例性配置，这产生约2.7µs的保持时间。其他电阻器值是10kΩ（电阻器66、67）和1kΩ（电阻器68、69）。
图5是根据另一实施例的功率转换器1的解调装置13的框图，其中提供PLL单元70来代替单稳态触发器单元49和低通单元57。
PLL单元70包括相位比较器70a、环路滤波器70b和压控振荡器70c。相位比较器在输入端48处接收次级电压42。压控振荡器70c的输入信号或环路滤波器70b的输出信号被分接为模拟使用信号46。
PLL单元70允许传输辅助信息28的相对大范围的值或者大量的信息状态，同时实现比前述实施例中更短的传输时间。因此，甚至小的频率变化也可导致模拟使用信号46的相对大的变化，这导致更高的灵敏度。由此，一方面，调制单元7（参见图1）所需的频率变化可被最小化，另一方面，低通单元57的平均可被省略。为了实现具有较少电路工作量的PLL单元70，PLL单元70被实现为节省成本和空间的集成电路。模数转换器单元60将PLL单元70的模拟使用信号46转换为数字使用信号47。
图6是根据另一实施例的功率转换器1的解调装置13的框图，其由滤波器单元71和判定单元72形成。
滤波器单元71包括设计为低通滤波器的滤波器元件73和设计为高通滤波器的滤波器元件74。滤波器元件73、74的截止频率选择为位于在每种情况下被分配给辅助信息28的信息状态的时钟信号34的两个频率之间。判定单元72具有用于每个滤波器元件73的比较器75、76，当上游滤波器元件73、74允许施加到输入端48的次级电压42的光谱分量通过时，比较器75、76在每种情况下将信号输出到选择元件77（参见图1）。选择元件77可以设置为多路复用器并且提供数字使用信号47，或者设置为模拟电路并且提供模拟信号46。图6所示的解调装置13提供了用于解调三值辅助信息（dreiwertigen Hilfsinformation）28的另一可能性，其可以用很少的电路来实现。
图7是根据另一实施例的功率转换器1的解调装置13的框图，与图6所示的实施例类似，功率转换器1包括滤波器单元71和判定单元72。
滤波器单元71在此包括带阻滤波器（陷波滤波器）形式的三个或更多个滤波器元件73a-73c，其输出信号取决于施加到输入端48的次级电压42是位于通带还是阻带中。因此，判定单元72具有与滤波器元件73a-73c的数量相对应的多个比较器75a-75c。
图8是设计为无源陷波滤波器的滤波器元件73a的电路图。
滤波器元件73a具有纵向连接的电阻器78、79、纵向连接的电容器80、81、横向连接的电阻器82和横向连接的电容器83。为了实现300kHz的抑制频率（Sperrfrequenz），将电阻器值选择为7.5kΩ（电阻器78、79）和1.8kΩ（电阻器82），并且将电容器80、81、83的电容值各自选择为100pF。
图9示出了根据另一实施例的具有图7所示的解调装置13的转换器1的滤波器单元73a。与图8相比，这里实现了有源陷波滤波器，其还具有双运算放大器电路84。电阻器78、79、82和电容器80、81、83的配置如图8所述。
图10示出了图8所示的滤波器元件73a的幅度频率响应85和图9所示的滤波器元件73a的幅度频率响应86，其各自的配置均包括300kHz的阻带频率。显然，频率响应86实现了更高的斜率或改进的频率选择性，这使得能够更可靠地检测辅助信息28的信息状态，即使在解调较窄的时钟信号34频率值范围时也是如此。
图7中的滤波器元件73b、73c可以与前述滤波器元件73a类似地实施，其配置适于不同的抑制频率。
根据另外的实施例，还可以想到的是，将根据图6的滤波器元件73、74与根据图7的滤波器元件73a-73c进行组合，例如以提供设计为低通滤波器的滤波器元件73来代替用于时钟信号34的最低频率的滤波器元件73a，和/或提供设计为高通滤波器的滤波器元件74来代替用于时钟信号34的最高频率的滤波器元件73c。根据另一实施例，所有滤波器元元件3a-73c均为低通滤波器或高通滤波器，其中选择元件77配置为n中取1解码器。
图11是根据另一实施例的转换器1的功率传输装置14的电路图，其中功率传输装置14由终末谐振LLC转换器代替反激式转换器来实现。
开关单元35由两个功率开关元件87、88的半桥形成，每个功率开关元件87、88由功率MOSFET 89实现或可替代地由IGBT或双极晶体管（BJT）实现，并可由时钟信号34驱动。此外，在初级侧2，控制装置14具有谐振电路单元90，该谐振电路单元90具有与传输单元36的初级绕组37并联连接的电容器91和串联连接的电感器92和磁化电感器93。在次级侧，整流器单元43通过由多个二极管94构成的桥式整流器来实现。
图12示出了输入电压和输出电压（Vout/Vin）在归一化开关频率（fs/fs0）内的变压比96a-96e。
在此，输入电压和输出电压的变压比描述了电源电压6与操作电压27之间的比率。归一化开关频率描述了时钟信号34的频率与由电容器91和电感器92形成的串联谐振电路的谐振频率的比率。变压比96a-96e涉及不同的归一化负载电阻QL，其为功率传输装置40的电阻性负载与特性阻抗的比率
其中，L描述电感器92的电感值，C描述电容器91的电容值。在此，变压比96a基于QL=0.1，变压比96b基于QL=1，变压比96c基于QL=5，变压比96d基于QL=10，变压比96e基于QL→∞。
如从图12中可以看出的，在足够大的归一化负载电阻的情况下，例如通常在转换器1的操作期间出现的，负载谐振功率传输装置14使得能够在宽的归一化开关频率范围内实现频率不变的操作。因此，调制装置7设置为预设时钟信号34的频率，使得其至少对应于功率传输装置14的谐振频率。这样，类似于根据图1的硬切换功率传输装置14的连续操作，可以实现辅助信息28的传输，而不会明显地影响操作电压27。
根据未示出的另一实施例，代替电阻器单元26，驱动器装置23具有驱动器单元，该驱动器单元连接在功率开关元件20的控制输入端25的上游并具有电流源特性，其电流值可通过使用信号来改变。
图13是一个实施例的车辆97的示意性简图，其包括连接到根据上述实施例之一的功率转换器1的输出端17的电机98，所述功率转换器1设置为对由DC电压源99在输出16处提供的DC电压进行转换以向电机98供电。在该示例中，车辆97设计为客车形式的陆地车辆。
在功率转换器1或车辆97的前述实施例中，功率转换器1设计为逆变器。然而，功率转换器1还可设置为DC/DC转换器，例如用于车辆97的充电装置。根据另一实施例，功率转换器1设计为有源整流器，并且功率单元设置为用于将输入AC电压转换成输出DC电压。这种功率转换器还可用于例如车辆97的充电装置中。
此外，示例性地选择驱动器装置23作为功能单元12。还可以为可响应于在初级侧上生成的辅助信息28进行操作的任何其他次级侧功能单元12提供经由功率传输装置14进行的辅助信息28传输。
即使在每个前述实施例中仅使用数字使用信号47来控制功能单元12，根据另外的实施例，当然也可以使用其他使用信号45、46来控制功能单元12。

Claims (14)

1.一种功率转换器（1），具有初级侧（2）和与所述初级侧电流隔离的次级侧（4），所述功率转换器包括：
—次级侧功能单元（12），能够依据在所述初级侧上生成的辅助信息（28）进行操作，
—初级侧电压供应装置（5），设置为提供电源电压（6），以及
—功率传输装置（14），具有用于切换所述电源电压（6）的切换单元（35）以及设置为将切换的电源电压（6）传输到所述次级侧（4）以将所述电源电压（6）转换为用于所述功能单元（12）的操作电压（27）的传输单元（36），
其特征在于：
—初级侧调制装置（7），设置为向所述切换单元（35）提供时钟信号（34）并且依据所述辅助信息（28）改变所述时钟信号（34）的频率，以及
—次级侧解调装置（13），设置为从由所述传输单元（36）提供的次级电压（42）生成代表所述辅助信息（28）的至少一个使用信号（45、46、47）并且向所述功能单元（12）提供使用信号（47），
其中所述调制装置（7）适于在其中所述功率传输装置（14）的输入电压和输出电压的变压比基本无频率改变的频率间隔内改变所述时钟信号（34）的频率。
2. 根据权利要求1所述的功率转换器，其中
—所述功率传输装置（14）具有硬切换拓扑结构，并且所述调制装置（7）设置为提供所述时钟信号（34），使得所述功率传输装置（14）以连续操作模式操作，或者
—所述功率传输装置（14）具有负载谐振拓扑结构，并且所述调制装置（7）设置为预设所述频率而使得所述频率为所述功率传输装置（14）的归一化开关频率的至少0.2倍。
3.根据前述权利要求中任一项所述的功率转换器，其中所述解调装置（13）包括单稳态触发器单元（49），所述单稳态触发器单元（49）的保持时间小于分配有所述辅助信息（28）的信息状态的所述时钟信号（34）的最短周期，并且所述单稳态触发器单元（49）设置为提供脉冲调制使用信号（45）。
4.根据权利要求3所述的功率转换器，其中所述解调装置（13）包括低通单元（57），所述低通单元（57）连接在所述单稳态触发器单元（49）的下游并且设置为从所述脉冲调制使用信号（45）提供模拟使用信号（46）。
5.根据前述权利要求中任一项所述的功率转换器，其中所述解调装置（13）包括设置为提供模拟使用信号（46）的PLL单元（70）。
6.根据权利要求4或5所述的功率转换器，其中所述解调装置（13）包括设置为将所述模拟使用信号（46）转换成数字使用信号（47）的模数转换器单元（60）。
7.根据前述权利要求中任一项所述的功率转换器，其中所述解调装置（13）具有滤波器单元（71），所述滤波器单元具有至少一个滤波器元件（73、73a-73c、74），所述至少一个滤波器元件的频率响应选择为使得所述滤波器元件（73、73a-73c、74）在由所述调制装置（7）预先确定的频率下在阻带或通带中操作，其中，提供所述使用信号（46，47）的判定单元（72）设置在所述滤波器单元（71）的下游。
8.根据前述权利要求中任一项所述的功率转换器，所述功率转换器具有次级侧功率单元（11），所述次级侧功率单元具有能够根据在所述初级侧上生成的驱动信号而被驱动至少一个功率开关元件（20）。
9.根据权利要求8所述的功率转换器，其中所述功能单元（12）是驱动器装置（23），设置为根据所述驱动信号驱动所述至少一个功率开关元件（20）。
10.根据权利要求9所述的功率转换器，其中，所述驱动器装置（23）具有连接在功率开关元件（20）的控制输入端（25）的上游的至少一个电阻器单元（26），所述电阻器单元（26）的电阻值能够通过使用信号（47）来改变，或者其中所述驱动器装置（23）具有连接在功率开关元件的控制输入端（25）的上游的带有电流源特性的驱动器单元，所述驱动器单元（26）的电流值和/或电流曲线能够通过所述使用信号（47）来改变。
11.根据权利要求8至10中的任一项所述的功率转换器，所述功率转换器具有传输装置（15），所述传输装置（15）至少部分地将所述初级侧（2）与所述次级侧（4）电流隔离，并且控制信号经由所述传输装置（15）传输到所述次级侧（4）。
12.根据权利要求8至11中的任一项所述的功率转换器，其中，所述功率转换器（1）设计为逆变器，并且所述功率单元（11）设置为用于在次级侧将输入DC电压转换成输出AC电压，或者其中，所述功率转换器设计为DC/DC转换器，并且所述功率单元设置为用于在次级侧将输入DC电压转换成输出DC电压，或者其中，所述功率转换器设计为有源整流器，并且所述功率单元设置为用于将输入AC电压转换成输出DC电压。
13.一种车辆（97），包括根据前述权利要求中任一项所述的功率转换器（1）。
14.一种用于操作转换器（1）的方法，所述转换器具有初级侧（2）和与所述初级侧电流隔离的次级侧（4），所述转换器包括：
—次级侧功能单元（12），能够依据在所述初级侧上生成的辅助信息（28）进行操作，
—初级侧电压供应装置（5），设置为提供电源电压（6），以及
—功率传输装置（14），具有用于切换所述电源电压（6）的切换单元（35）以及设置为将切换的电源电压（6）传输到所述次级侧（4）以将所述电源电压（6）转换为用于所述功能单元（12）的操作电压（27）的传输单元（36），
所述方法包括以下步骤：
—初级侧为向所述切换单元（35）提供时钟信号（34），在所述初级侧上根据所述辅助信息（28）改变所述时钟信号（34）的频率；其中调制装置（7）适于在其中所述功率传输装置（14）的输入电压和输出电压的变压比基本无频率改变的频率间隔内改变所述时钟信号（34）的频率；
—次级侧从由所述传输单元（36）提供的次级电压（42）生成代表所述辅助信息（28）的至少一个使用信号（45、46、47）；以及
—次级侧向所述功能单元（12）提供使用信号（47）。
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