CN116054621A - 增压转换器状态控制 - Google Patents

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Abstract

提供了针对用于控制增压控制电路的系统和方法的实施例。实施例包括电源和耦合到电源的增压转换器电路，其中增压转换器电路可操作以向负载提供功率。实施例还包括耦合到增压转换器的3‑相逆变器，其中3‑相逆变器可操作以提供3‑相输出，以及耦合到增压转换器和3‑相逆变器的控制器。所述控制器可以配置成：接收电源的电压电平和3‑相逆变器的电压电平；将功率阈值与以下中的至少一个进行比较：电源的电压电平和3‑相逆变器的电压电平；以及至少部分地基于所述比较来控制增压转换器电路的操作以在增压模式或整流模式中操作。

Description

增压转换器状态控制
技术领域
本公开涉及转换器，并且更具体地，涉及用于增压转换器状态控制的系统和方法。
背景技术
转换器可以用于调节来自源的用于可能具有不同功率要求的各种应用的功率。因此，可能存在对使用增压转换器来增加从源供应的电压或使用降压转换器来减小电压的需要。此外，各种类型的转换器可以用于将直流（DC）修改成交流（AC）并且反之亦然，这取决于使用功率的各种应用。电动运输制冷单元通常依赖于转换器来驱动负载（诸如用于冷却货物的压缩机）。可能存在对提供与压缩机有效对接的转换器的需要。
发明内容
根据实施例，提供了一种用于控制增压控制电路的系统。所述系统可以包括：可操作以向负载供应功率的电源；耦合到所述电源的增压转换器电路，其中所述增压转换器电路可操作以向所述负载提供功率；耦合到所述增压转换器的3-相逆变器，其中所述3-相逆变器可操作以提供3-相输出；以及耦合到所述增压转换器和所述3-相逆变器的控制器。所述控制器可以配置成：接收电源的电压电平和3-相逆变器的电压电平；将功率阈值与以下中的至少一个进行比较：所述电源的所述电压电平和所述3-相逆变器的所述电压电平；以及至少部分地基于所述比较来控制所述增压转换器电路的操作以在增压模式或整流模式中操作。
除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，进一步的实施例包括进一步控制器，所述控制器配置成当所述电源的所述电压电平或所述3-相逆变器的所述电压电平大于所述功率阈值时，在所述增压模式中操作所述增压转换器电路。
除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，进一步的实施例包括控制器，所述控制器进一步配置成当所述电源的所述电压电平或所述3-相逆变器的所述电压电平小于所述功率阈值时，在所述整流模式中操作所述增压转换器电路。
除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，进一步的实施例包括控制器，所述控制器配置成将所述电源的所述电压电平与所述3-相逆变器的所述电压或所述负载的电压电平进行比较。
除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，进一步的实施例包括配置成当所述电源的所述电压电平小于所述3-相逆变器的所述电压电平或所述负载的所述电压电平时，在所述增压模式中操作所述增压转换器电路的控制器。
除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，进一步的实施例包括控制器，所述控制器配置成当所述电源的所述电压电平大于所述3-相逆变器的所述电压电平或所述负载的所述电压电平时，在所述整流模式中操作所述增压转换器电路。
除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，进一步的实施例包括变换模块，所述变换模块配置成将所述3-相逆变器的输出变换成同步帧电压电平。
除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，进一步的实施例包括执行ABC-到-dq转换的变换模块。
除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，进一步的实施例包括直流（DC）电源。
根据实施例，提供了一种用于控制增压转换器电路的方法。所述方法包括：在控制器处接收电源的电压电平和3-相逆变器的电压电平；将功率阈值与以下中的至少一个进行比较：所述电源的所述电压电平和所述3-相逆变器的所述电压电平；以及至少部分地基于所述比较来控制所述增压转换器电路的操作以在增压模式或整流模式中操作。
除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，进一步的实施例包括当所述电源的所述电压电平或所述3-相逆变器的所述电压电平大于所述功率阈值时，在所述增压模式中操作所述增压转换器电路。
除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，进一步的实施例包括当所述电源的所述电压电平或所述3-相逆变器的所述电压电平的功率小于所述功率阈值时，在所述整流模式中操作所述增压转换器电路。
除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，进一步的实施例包括将所述电源的所述电压电平与所述3-相逆变器的所述电压电平或负载的电压电平进行比较。
除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，进一步的实施例包括当所述电源的所述电压电平小于以下中的至少一个时：所述3-相逆变器的所述电压电平和所述负载的所述电压电平，在所述增压模式中操作所述增压转换器电路。
除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，进一步的实施例包括当所述电源的所述电压电平大于以下中的至少一个时：所述3-相逆变器的所述电压电平和所述负载的所述电压电平，在所述整流模式中操作所述增压转换器电路。
除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，进一步的实施例包括将所述3-相逆变器的输出变换成同步帧电压电平。
除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，进一步的实施例包括变换，所述变换是ABC-到-dq转换。
除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，进一步的实施例包括直流（DC）电源。
除非以其它方式明确指示，否则前述特征和元件可按各种组合进行组合，而没有排他性。鉴于以下描述和附图，这些特征和元件以及其操作将变得更加明显。然而，应该理解，以下描述和附图意在本质上是说明性和解释性的并且非限制性的。
附图说明
以下描述不应被视为以任何方式的限制。参考附图，相似的元件被相同地编号：
图1示出根据本公开的一个或多个实施例的示例系统；
图2示出根据本公开的一个或多个实施例的在图1的系统中使用的示例3-相逆变器；以及
图3示出根据本公开的一个或多个实施例的描绘用于操作增压转换器以防止不连续模式（DCM）的示例性方法的流程图。
具体实施方式
转换器通常用于调节用于各种负载的功率。由于电动运输制冷单元（eTRU）的高纹波电流，存在峰值电流大于增压转换器的DC电流的高可能性。在这种情况下，增压转换器将进入不连续模式（DCM）。在DCM中，增压转换器102（诸如图1中所示的增压转换器）的电感器电流可以下降到零，这在DC-到-DC转换器中是非常常见的，并且使DC链路电容器处的DC电压不可控制。本文描述的技术的一个或多个实施例通过控制增压转换器的低侧绝缘栅双极晶体管（IGBT）以在增压模式中操作增压转换器来防止转换器进入DCM，并且通过在来自负载的低需求时段期间在整流模式（非增压模式）中操作转换器来进一步增加效率。
在诸如压缩机马达的马达向耦合到增压转换器的逆变器呈现较高负载的情况下，增压转换器将通过使能具有低侧IGBT和高侧肖特基二极管的电路的增压模式操作来响应。
在本公开的一个或多个实施例中，基于abc-dq转换的比较来控制开关。所述比较防止系统进入DCM。本文描述的技术通过到低侧IGBT的栅极驱动器信号防止转换器进入DCM。
在图1中所示的实施例中，系统100包括增压转换器102、3-相逆变器104和3-相马达或负载106。在本公开的一个或多个实施例中，增压转换器102包括电源108、电感器L1、二极管D1、栅极驱动GD、开关S1和DC链路电容器C1。电源108电耦合到电感器L1，并且当开关S1闭合时，增加电感器L1的电压。栅极驱动器GD耦合到开关S1的控制端子，所述端子在控制器120的控制信号的控制下。
当开关S1断开时，允许来自电感器L1的电流流经二极管D1并流动到DC链路和DC链路电容器C1。当从电感器L1提供电压时，它的磁场减小，并且当开关S1被控制器120闭合时，电感器L1将被周期性地充电。增压转换器102的正常操作允许当负载106的需求增加时，电感器L1增压电压。在本公开的一个或多个实施例中，控制器120可以基于电源108的功率电平进入操作的增压模式。例如，可以使用对于各种电压电平和功率电平的阈值来确定系统100何时应该进入操作的增压模式或整流模式。然而，如果没有从增压转换器102提供足够的电压，则当来自负载106的需求超过电源108的容量时，3-相逆变器的操作可以被中断。在一个或多个实施例中，电源108是诸如电池的DC源。电源108可以是另一类型的DC源。当负载106要求低功率需求时，增压转换器102可以在整流模式中操作以整流来自电源108的功率来为负载106提供所要求的电压。在此类模式中，开关S2被控制为断开以防止增压转换器102的增压操作。
第一电压传感器（“传感器1”）与电源108并联电耦合，并检测从电源108输出的电压。来自传感器1的“传感器1输出”（表示电源电压电平的电压电平）被提供到控制器120。第二电压传感器（“传感器2”）和第三电压（“传感器3”）分别与作为3-相逆变器104的输出的BC相和AB相并联电耦合。传感器2和传感器3向控制器120提供电压电平V_AB和V_BC。在本公开的一个或多个实施例中，3-相逆变器104的电压电平V_AB和V_BC被提供到ABC/dq变换模块122。在本公开的一个或多个实施例中，ABC/dq变换模块122可以并入控制器120中。作为示例，DQ变换用于简化3-相同步机器的分析或简化用于控制3-相逆变器的计算。在3-相同步机器的分析中，所述变换将3-相定子和转子量转变到单个旋转参考系中以消除时变电感的影响并将系统变换成线性非时变系统。应该理解，变换可以在控制器120中执行，并且可以以或者硬件、或者软件或其任何组合来执行。通过将3-相逆变器输出变换成dq-帧，控制器120可以将3-相逆变器输出和电源108处的电压电平进行比较。
比较器124接收来自ABC/dq变换模块122的输出，并比较由传感器1输出指示的电源108的电压电平。在本公开的一个或多个实施例中，比较器124可以在控制器120中执行。在一些实施例中，比较器124可以将电压（Vdq）的绝对值与电源108的阈值电压进行比较。例如，将电压的绝对值|Vdq|与电源电压的阈值电压95%（0.95 *电源电压）进行比较。在|Vdq|等于或超过95%的情况下，DCM开关S2闭合以允许电感器L1充电。可以从控制器120传送DCM控制信号以控制DCM开关S2。DCM控制信号可以断开和闭合开关S2，以在整流模式（非增压模式）和增压模式中操作增压转换器102来增加电压以满足负载106的需求。在非限制性实施例中，当DCM开关S2被控制成保持断开时，增压转换器102可以在整流模式（非增压模式）中操作，并且当DCM开关S2闭合时，增压转换器102可以在增压模式中操作。在增压模式期间，开关S1可以根据从控制器120提供的PWM信号切换，并且当在增压模式中操作时可操作以将输入电压增加或升高到期望电平。
本文描述了本公开的一个或多个说明性实施例。此类实施例仅仅是对本公开的范围的说明，并且不意图以任何方式进行限制。相应地，本文公开的实施例的变化、修改和等效物也在本公开的范围内。
图2示出图1中所示的3-相逆变器104的非限制性示例。3-相逆变器104包括3对晶体管（T1，T4）、（T2，T5）、（T3，T6），其中每对晶体管以互补的方式操作以分别生成对应的3-相输出（A，B，C）。晶体管T1-T6可以实现为金属氧化物半导体装置或其它可控制装置，诸如双极结晶体管（BJT）装置、IGBT装置等等。晶体管T1-T6的控制端子中的每个电耦合到控制器120。3-相逆变器的布置可以使用已知技术（诸如脉宽调制（PWM））来操作。应该理解，可以使用其它布置来生成3-相输出。
图3描绘了根据本公开的一个或多个实施例的用于控制增压转换器102的方法300的流程图。方法300可以在诸如图1中所示的系统100中实现，方法300开始于框302，并前进到提供在控制器处接收电源的电压电平和3-相逆变器的电压电平的框304。在增压转换器102的操作期间，控制器120可以监测和接收对应于DC电池源和3-相逆变器的输出的输出电压电平。可以领会，控制器120还可以从布置在系统100中的电流传感器和/或电压传感器接收其它信息。另外，控制器120可以自从耦合到电源、3-相逆变器、负载等的传感器得到的电压和电流信息来确定功率。在本公开的一个或多个实施例中，可以基于超过功率阈值或输出电平与电源的百分比之间的比较来实现增压转换器102的增压操作。在此类场景中，当在整流模式（非增压模式）中操作时，负载或马达的电压接近增压转换器102的整流电压。在不同的场景中，当输出处的负载电压增加到高于电压阈值时，增压转换器从整流模式切换到增压模式，以供应负载所需求的电压。通过实现各种阈值来检测电压电平和功率电平，使能增压转换器102的稳定操作以避免响应于检测到的条件的DCM。
框306将功率阈值与以下中的至少一个进行比较：电源的电压电平和3-相逆变器的电压电平。在一些实施例中，可以使用电源电平的95%的阈值电平。阈值可以包括诸如96%、97%等的较高阈值或诸如94%、93%等的较低阈值。应该理解，阈值不意图受本文描述的示例中的任何限制，而是可以是基于应用的可配置成任何值的任何阈值。3-相逆变器的3-相输出被变换到dq-参考系。所述变换允许控制器120将变换的3-相输出与电源108的DC电压进行比较。在本公开的一个或多个实施例中，控制器120可以确定3-相逆变器的输出是超过电源108的阈值电压还是低于所述阈值电压。
框308至少部分地基于所述比较来控制增压转换器电路的操作以在增压模式或整流模式中操作。在本公开的一个或多个实施例中，当电源的电压或3-相逆变器的电压大于功率阈值时，控制器配置成在增压模式中操作增压转换器电路。控制器120向低侧DCM开关提供控制信号以闭合所述开关来使能增压转换器102的增压模式以增加提供到3-相逆变器104和负载106的电压。通过在检测到增加的功率需求时控制开关在增压模式中操作，防止增压转换器102进入DCM。当电源或3-相逆变器的功率小于功率阈值时，控制器配置成在整流模式中操作增压转换器电路。在整流模式中，控制器维持DCM开关断开以防止PWM信号进入增压模式。
在本公开的一个或多个实施例中，所述比较进一步包括将电源的电压电平与以下中的至少一个进行比较：3-相逆变器的电压和负载的电压电平。当电源的电压电平小于以下中的至少一个时：3-相逆变器的电压电平和负载的电压电平，控制器120配置成在增压模式中操作增压转换器。当电源的电压电平大于以下中的至少一个时：3-相逆变器的电压电平和负载的电压电平，控制器配置成在整流模式中操作增压转换器。
方法300结束于框310。应该理解，附加步骤或步骤的不同顺序可以包括在本公开的各种实施例中，并且不意图受图3中所示的步骤限制。
技术效果和益处包括降低来自电池-DC总线功率电子接口（power electronicsinterface）的损耗。此外，通过在整流模式和增压模式中操作增压转换器，在低负载下改进了eTRU逆变器的稳定性，并且改进了整体效率。技术效果和益处包括可通过可变速度操作来操作。
本文参考附图，通过示例而非限制的方式呈现了所公开的设备和方法的一个或多个实施例的详细描述。
术语“大约”意在包括与基于在提交申请时可用的设备的特定量的测量关联的误差度。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不意在限制本公开。本文所用的单数形式“一”、“一个”和“该”意在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。将进一步理解，术语“包括”当在本说明书中使用时，规定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或者添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件组件和/或其群组。
虽然已经参考一个或多个示例性实施例描述了本公开，但本领域技术人员将理解，可进行各种改变，并且可在不脱离本公开的范围的情况下用等同物替代元件。此外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定情形或材料适于本公开的教导。因此，意图的是本公开并不限于设想用于实行本公开的最佳模式而公开的特定实施例，而是本公开将包括落入权利要求书范围内的所有实施例。

Claims (18)

1.一种用于控制增压控制电路的系统，所述系统包括：
可操作以向负载供应功率的电源；
耦合到所述电源的增压转换器电路，其中所述增压转换器电路可操作以向所述负载提供功率；
耦合到所述增压转换器电路的3-相逆变器，其中所述3-相逆变器可操作以提供3-相输出；
耦合到所述增压转换器电路和所述3-相逆变器的控制器，其中所述控制器进一步配置成：
接收电源的电压电平和3-相逆变器的电压电平；
将功率阈值与以下中的至少一个进行比较：所述电源的所述电压电平和所述3-相逆变器的所述电压电平；以及
至少部分地基于所述比较来控制所述增压转换器电路的操作以在增压模式或整流模式中操作。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器进一步配置成当所述电源的所述电压电平或所述3-相逆变器的所述电压电平大于所述功率阈值时，在所述增压模式中操作所述增压转换器电路。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器进一步配置成当所述电源的所述电压电平或所述3-相逆变器的所述电压电平小于所述功率阈值时，在所述整流模式中操作所述增压转换器电路。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器进一步配置成将所述电源的所述电压电平与所述3-相逆变器的所述电压或所述负载的电压电平进行比较。
5.如权利要求4所述的系统，其中，所述控制器进一步配置成当所述电源的所述电压电平小于所述3-相逆变器的所述电压电平或所述负载的所述电压电平时在所述增压模式中操作所述增压转换器电路。
6.如权利要求4所述的系统，其中，所述控制器进一步配置成当所述电源的所述电压电平大于所述3-相逆变器的所述电压电平或所述负载的所述电压电平时在所述整流模式中操作所述增压转换器电路。
7.如权利要求1所述的系统，进一步包括变换模块，所述变换模块配置成将所述3-相逆变器的输出变换成同步帧电压电平。
8.如权利要求7所述的系统，其中，所述变换模块执行ABC-到-dq转换。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述电源是DC电源。
10.一种用于控制增压转换器电路的方法，所述方法包括：
在控制器处接收电源的电压电平和3-相逆变器的电压电平；
将功率阈值与以下中的至少一个进行比较：所述电源的所述电压电平和所述3-相逆变器的所述电压电平；以及
至少部分地基于所述比较来控制所述增压转换器电路的操作以在增压模式或整流模式中操作。
11.如权利要求10所述的方法，其中，当所述电源的所述电压电平或所述3-相逆变器的所述电压电平大于所述功率阈值时，所述增压转换器电路在所述增压模式中操作。
12.如权利要求10所述的方法，其中，当所述电源的所述电压电平或所述3-相逆变器的所述电压电平小于所述功率阈值时，所述增压转换器电路在所述整流模式中操作。
13.如权利要求10所述的方法，其中，所述比较进一步包括将所述电源的所述电压电平与所述3-相逆变器的所述电压或负载的电压电平进行比较。
14.如权利要求13所述的方法，其中，当所述电源的所述电压电平小于以下中的至少一个时：所述3-相逆变器的所述电压电平和所述负载的所述电压电平，所述增压转换器电路在所述增压模式中操作。
15.如权利要求13所述的方法，其中，当所述电源的所述电压电平大于以下中的至少一个时：所述3-相逆变器的所述电压电平和所述负载的所述电压电平，所述增压转换器电路在所述整流模式中操作。
16.如权利要求10所述的方法，进一步包括将所述3-相逆变器的输出变换成同步帧电压电平。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述变换是ABC-到-dq转换。
18.如权利要求10所述的方法，其中，所述电源是直流DC电源。
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