DE102018214500A1

DE102018214500A1 - Method for operating a converter circuit and control device and converter circuit

Info

Publication number: DE102018214500A1
Application number: DE102018214500.8A
Authority: DE
Inventors: Emil Kovatchev; Aurel-Vasile Neic
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2018-08-28
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2020-03-05
Anticipated expiration: 2038-08-29
Also published as: DE102018214500B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Wandlerschaltung (10), welche eine elektrische Ausgabegröße (Vout) erzeugt, wobei durch eine Steuervorrichtung (17) der Wandlerschaltung (10) in Abhängigkeit von einem Unterschied zwischen einem Sollwertsignal (Vref) für die Ausgabegröße (Vout) und einem Istwertsignal (Vcomp) der Ausgabegröße (Vout) mittels eines Reglers (20) ein Stellsignal (Vc) zum Einstellen einer Pulsweite (D) einer Pulsweitenmodulation (PWM) erzeugt wird, wobei mittels der Pulsweitenmodulation (PWM) zumindest ein Schaltelement (S1...S5) zum Erzeugen der Ausgabegröße (Vout) geschaltet wird. Die Erfindung sieht vor, dass die Steuervorrichtung (17) das Stellsignal (Vc) des Reglers (20) mittels einer vorbestimmten Verzerrungsfunktion (V NL) in ein verzerrtes Stellsignal (Vmod) umwandelt, wobei die Verzerrungsfunktion (V_NL) eine konkave Krümmung (22) aufweist, und das verzerrte Stellsignal (Vmod) der Pulsweitenmodulation (PWM) bereitgestellt wird.

The invention relates to a method for operating a converter circuit (10) which generates an electrical output variable (Vout), whereby a control device (17) of the converter circuit (10) as a function of a difference between a setpoint signal (Vref) for the output variable (Vout ) and an actual value signal (Vcomp) of the output variable (Vout), a control signal (Vc) for setting a pulse width (D) of a pulse width modulation (PWM) is generated by means of a controller (20), wherein at least one switching element (S1 ... S5) is switched to generate the output variable (Vout). The invention provides that the control device (17) converts the control signal (Vc) of the controller (20) into a distorted control signal (Vmod) by means of a predetermined distortion function (Vmod), the distortion function (V_NL) having a concave curvature (22) has, and the distorted control signal (Vmod) of the pulse width modulation (PWM) is provided.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Wandlerschaltung, beispielsweise eines Hochsetzsteller oder Tiefsetzsteller. Die Wandlerschaltung ist dabei ein Schaltwandler, durch welchen Schaltelemente zum Erzeugen einer elektrischen Ausgabegröße, beispielsweise einer elektrischen Ausgabespannung, geschaltet werden. Zu der Erfindung gehören auch eine Steuervorrichtung, die das Verfahren durchführen kann, sowie eine Wandlerschaltung mit der Steuervorrichtung.The invention relates to a method for operating a converter circuit, for example a step-up converter or step-down converter. The converter circuit is a switching converter, by means of which switching elements for generating an electrical output variable, for example an electrical output voltage, are switched. The invention also includes a control device that can carry out the method and a converter circuit with the control device.

Die Wandlerschaltung kann als Hochsetzsteller (Boost-Converter) und/oder Tiefsetzsteller (Buck-Converter) betrieben werden und hierdurch eine elektrische Gleichspannung an einem Eingang in eine Ausgabespannung wandeln, die eine Wechselspannung oder eine Gleichspannung sein kann (DC/DC-Wandlung oder DC/AC-Wandlung; DC - Gleichstrom, AC - Wechselstrom).The converter circuit can be operated as a step-up converter (boost converter) and / or step-down converter (buck converter) and can thereby convert an electrical direct voltage at an input into an output voltage, which can be an alternating voltage or a direct voltage (DC / DC conversion or DC / AC conversion; DC - direct current, AC - alternating current).

Das Schalten der besagten Schaltelemente zum Einstellen des Werts der Ausgabegröße kann mittels einer Pulsweitenmodulation erfolgen. Eine Pulsweite D (auch als Tastgrad oder Duty-Cycle bezeichnet) kann hierbei in Abhängigkeit von einer Abweichung oder einem Unterschied des Istwerts der Ausgabegröße von einem Sollwert für die Ausgabegröße eingestellt werden. Hierzu kann mittels eines Reglers in Abhängigkeit von einem Unterschied zwischen einem Sollwertsignal für die Ausgabegröße und einem Istwertsignal ein Stellsignal zum Einstellen eines Werts der Pulsweite D erzeugt werden. Eine Veränderung des Stellsignals bewirkt also eine Veränderung der Pulsweite und dies wiederum bewirkt über die Pulsweitenmodulation durch Schalten der Schaltelemente eine Veränderung der Ausgabegröße. Hierbei ergibt sich eine Empfindlichkeit oder eine Verstärkung G (Gain), die dahingehend ausgedrückt werden kann, welche Veränderung sich in der Ausgabegröße ergibt, wenn eine vorgegebene Veränderung der Pulsweite vorliegt. Die Verstärkung G ergibt sich als Verhältnis der Ausgabegrößer Vout zur Eingangsgröße Vin der Wandlerschaltung, als G = Vout/Vin. Wenn die Verstärkung größer wird, reagiert sie damit aber auch empfindlicher auf eine Variation der Pulsweite D, was die Regelung instabiler machen kann.The switching elements can be switched to set the value of the output variable by means of pulse width modulation. A pulse width D (also known as duty cycle or duty cycle) can be set as a function of a deviation or a difference in the actual value of the output variable from a target value for the output variable. For this purpose, a control signal for setting a value of the pulse width can be used by means of a controller depending on a difference between a setpoint signal for the output variable and an actual value signal D be generated. A change in the control signal thus causes a change in the pulse width and this in turn causes a change in the output size via the pulse width modulation by switching the switching elements. This results in a sensitivity or an amplification G (Gain), which can be expressed in terms of the change in the output size when there is a predetermined change in the pulse width. The reinforcement G is the ratio of the output sizes Vout to the input variable Vin the converter circuit, as G = Vout / Vin. As the gain increases, however, it is also more sensitive to a variation in the pulse width D what can make the regulation more unstable.

1 veranschaulicht den Zusammenhang zwischen Stellsignal Vc und der sich ergebenden Verstärkung G in einem Diagramm, das über die möglichen Signalwerte des Stellsignals Vc (ausgedrückt als resultierende Pulsweite D in einem Bereich von 0% bis 100%) für eine spezifische Wandlerschaltung den jeweils resultierenden Wert für die Verstärkung G angibt. Beispielsweise kann sich für eine Wandlerschaltung der folgende Zusammenhang ergeben: G=Vout/Vin=D/(1-D). Zusätzlich ist eine Steigung oder ein Gradient des Verlaufs der Verstärkung G angegeben, also die Ableitung nach der Pulsweite D, was hier als dG/dD bezeichnet ist. 1 zeigt, dass die Verstärkung G und insbesondere der Gradient der Verstärkung, dG/dD, umso größer wird, je größer der Wert der mittels des Stellsignals Vc eingestellten Pulsweite D ist. Dies bedeutet, dass eine Veränderung des Stellsignals Vc um einen vorbestimmten Deltawert dV eine umso größere Veränderung der Ausgabegröße bewirkt, je größer der Ausgabewert der Pulsweite D ist, von welchem aus die Veränderung mittels des Deltawerts dV bewirkt wird. Mit anderen Worten reagiert die Wandlerschaltung umso empfindlicher auf eine Veränderung des Stellsignals Vc, je weiter der aktuelle Betriebspunkt mit einer Pulsweite D näher an 1 liegt. Diese steigende Empfindlichkeit mit steigendem Wert der Pulsweite D erfordert es von dem Regler für die Ausgabegröße Vout, dass er das Stellsignal Vc umso genauer erzeugen können muss, je größer der aktuelle Wert der Pulsweite D ist, um keine Schwankungen oder Oszillationen, die zu einer Instabilität der Regelschleife führen könnten, zu verursachen. 1 illustrates the relationship between the control signal Vc and the resulting reinforcement G in a diagram that shows the possible signal values of the control signal Vc (expressed as the resulting pulse width D in a range from 0% to 100%) for a specific converter circuit, the resulting value for the gain G indicates. For example, the following relationship can result for a converter circuit: G = Vout / Vin = D / (1-D). In addition there is a slope or a gradient of the course of the gain G specified, i.e. the derivative based on the pulse width D what is referred to here as dG / dD. 1 shows that reinforcement G and in particular the gradient of the gain, dG / dD, the greater the value of the gain by means of the control signal Vc set pulse width D is. This means that the control signal changes Vc the greater the output value of the pulse width, the greater the change in the output variable by a predetermined delta value dV D from which the change is effected by means of the delta value dV. In other words, the converter circuit is all the more sensitive to a change in the control signal Vc , the further the current operating point with a pulse width D closer to 1. This increasing sensitivity with increasing value of the pulse width D requires it from the controller for the output size Vout that he has the control signal Vc The greater the current value of the pulse width, the more precisely it must be able to generate D in order not to cause fluctuations or oscillations that could lead to instability in the control loop.

Aus der US 2007/0114985 A1 ist eine nicht-lineare Regelung für eine Wandlerschaltung bekannt, die eine Pulsweitenmodulation zum Steuern von Schaltelementen nutzt. Diese nicht-lineare Regelung ist aufwändig zu implementieren.From the US 2007/0114985 A1 a non-linear control for a converter circuit is known which uses pulse width modulation to control switching elements. This non-linear regulation is complex to implement.

Aus der US 7002327 B2 ist bekannt, einem Regler, mittels welchem eine Pulsweitenmodulation für eine Wandlerschaltung gesteuert wird, eine nicht-lineare Verarbeitung des Istwertsignals vorzuschalten. Dies kann nur für spezielle Schaltvorgänge genutzt werden.From the US 7002327 B2 It is known to connect a non-linear processing of the actual value signal to a controller by means of which pulse width modulation for a converter circuit is controlled. This can only be used for special switching operations.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wandlerschaltung mittels eines Reglers stabil zu betreiben.The invention is based, to operate a converter circuit by means of a controller stable the task.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren.The object is achieved by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims, the following description and the figures.

Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer Wandlerschaltung bereitgestellt. Das Verfahren geht davon aus, dass die Wandlerschaltung eine elektrische Ausgabegröße erzeugt und/oder ausgibt, beispielsweise eine elektrische Spannung oder einen elektrischen Strom oder eine elektrische Leistung. Die Wandlerschaltung kann durch das Verfahren als geregelter Schaltwandler betrieben werden. Durch eine Steuervorrichtung der Wandlerschaltung wird in Abhängigkeit von einem Unterschied zwischen einem Sollwertsignal für die Ausgabegröße und einem Istwertsignal der Ausgabegröße mittels eines Reglers ein Stellsignal zum Einstellen einer Pulsweite D einer Pulsweitenmodulation erzeugt. Das Stellsignal wird also derart eingestellt, dass sich ein Wert für die Pulsweite D ergibt, durch welchen der ermittelte Unterschied verringert wird. Der Regler kann hierzu beispielsweise als PI-Regler (PI - Proportional, Integral) oder als PID-Regler (PID - Proportional, Integral, Differenzial) ausgestaltet sein. Mittels der Pulsweitenmodulation wird in der Wandlerschaltung zumindest ein Schaltelement zum Erzeugen der Ausgabegröße geschaltet. Mittels der Pulsweitenmodulation wird also der Schaltwandler geschaltet.The invention provides a method for operating a converter circuit. The method assumes that the converter circuit generates and / or outputs an electrical output quantity, for example an electrical voltage or an electrical current or an electrical power. The converter circuit can be operated as a regulated switching converter by the method. A control device of the converter circuit converts an actuating signal as a function of a difference between a setpoint signal for the output variable and an actual value signal for the output variable Setting a pulse width D a pulse width modulation generated. The control signal is thus set such that there is a value for the pulse width D results in reducing the difference determined. For this purpose, the controller can be designed, for example, as a PI controller (PI - proportional, integral) or as a PID controller (PID - proportional, integral, differential). At least one switching element for generating the output variable is switched in the converter circuit by means of the pulse width modulation. The switching converter is therefore switched by means of pulse width modulation.

Hierbei kann sich in der beschriebenen Weise für immer größere Werte der Pulsweite D aufgrund der damit größer werdenden Verstärkung G und dem größer werdenden Gradienten dG/dD der Verstärkung eine Instabilität oder zumindest eine Ungenauigkeit bei der Regelung ergeben. Um dem entgegen zu wirken, ist vorgesehen, dass die Steuervorrichtung das Stellsignal des Reglers, also das Ausgabesignal des Reglers, nicht direkt an die Pulsweitenmodulation weitergibt, sondern das Stellsignal des Reglers mittels einer vorbestimmten Verzerrungsfunktion in ein verzerrtes Stellsignal umgewandelt wird. Bei dieser Verzerrungsfunktion handelt es sich um eine nicht-lineare Funktion oder nicht-lineare Abbildung. Es ergibt sich also eine nicht-lineare Verzerrung. Die Verzerrungsfunktion weist eine konkave Krümmung auf. Die Verzerrungsfunktion ist also eine konkave Funktion. Das verzerrte Stellsignal, also das Ausgabesignal der Verzerrungsfunktion, wird dann der Pulsweitenmodulation bereitgestellt. Aus Sicht des Reglers kann dessen Stellsignal also nur durch die Verzerrungsfunktion hindurch als verzerrtes Stellsignal an die Pulsweitenmodulation weitergegeben werden.Here, in the manner described, ever larger values of the pulse width can be found D because of the increasing gain G and the increasing gradient dG / dD the amplification result in an instability or at least an inaccuracy in the regulation. In order to counteract this, it is provided that the control device does not forward the control signal of the controller, that is, the output signal of the controller, directly to the pulse width modulation, but rather that the control signal of the controller is converted into a distorted control signal by means of a predetermined distortion function. This distortion function is a non-linear function or non-linear mapping. So there is a non-linear distortion. The distortion function has a concave curvature. The distortion function is therefore a concave function. The distorted control signal, ie the output signal of the distortion function, is then made available to the pulse width modulation. From the point of view of the controller, its control signal can therefore only be passed on to the pulse width modulation as a distorted control signal through the distortion function.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass mittels einer einfachen, insbesondere zeitlich unveränderlichen Verzerrungsfunktion der mit zunehmendem Wert der Pulsweite D zunehmenden Instabilität oder Ungenauigkeit einer Regelung entgegen gewirkt werden kann. Die konkave Krümmung der Verzerrungsfunktion bedeutet, dass diese Verzerrungsfunktion eine Krümmung, das heißt eine zweite mathematische Ableitung, mit einem Wert kleiner als 0 aufweist.The advantage of the invention is that by means of a simple, in particular temporally unchangeable distortion function, the pulse width increases with increasing value D increasing instability or inaccuracy of a regulation can be counteracted. The concave curvature of the distortion function means that this distortion function has a curvature, that is to say a second mathematical derivative, with a value less than 0.

Dabei ist insbesondere von Vorteil, wenn zumindest der Abschnitt der Verzerrungsfunktion eine konkave Krümmung, das heißt eine negative zweite Ableitung aufweist, für welche sich durch das Stellsignal, wenn man es direkt zur Pulsweitenmodulation durchleiten würde, eine Pulsweite D in einem Bereich größer als 0,5 oder 50% ergeben würde (D>50%) . Es lässt sich also ohne eine Zustandsüberwachung, nur mittels einer vorgebbaren Verzerrungsfunktion, die nicht adaptiert werden muss, die Regelung, das heißt der Vorgang des Regelns, stabilisieren.It is particularly advantageous if at least the section of the distortion function has a concave curvature, that is to say a negative second derivative, for which the control signal, if it were passed directly to pulse width modulation, results in a pulse width D would result in a range greater than 0.5 or 50% (D> 50%). Without condition monitoring, the regulation, that is to say the process of regulating, can only be stabilized by means of a predefinable distortion function that does not have to be adapted.

Der Regler und die Verzerrungsfunktion können auf der Grundlage einer digitalen Prozessoreinrichtung, beispielsweise eines Mikrocontrollers, realisiert sein. Der Regler kann ebenfalls als ein Programmodul für die Prozessoreinrichtung realisiert sein. Die Verzerrungsfunktion kann dann auf Grundlage einer digitalen Zuordnung, beispielsweise einer mathematischen Funktion oder als Tabelle oder Kennlinie, realisiert sein. Die Verzerrungsfunktion kann für den Fall, dass das Stellsignal ein analoges elektrisches Signal ist, mittels einer Schaltung realisiert sein, die beispielsweise auf diskreten Bauelementen und/oder einem integrierten Schaltkreis beruhen kann.The controller and the distortion function can be implemented on the basis of a digital processor device, for example a microcontroller. The controller can also be implemented as a program module for the processor device. The distortion function can then be implemented on the basis of a digital assignment, for example a mathematical function or as a table or characteristic curve. In the event that the control signal is an analog electrical signal, the distortion function can be implemented by means of a circuit which can be based, for example, on discrete components and / or an integrated circuit.

Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention also includes embodiments which result in additional advantages.

In einer Ausführungsform erzeugt die Verzerrungsfunktion einen jeweiligen aktuellen Signalwert des verzerrten Stellsignals nur aus einem korrespondierenden aktuellen Signalwert des Stellsignals des Reglers. Mit anderen Worten ist die Verzerrungsfunktion gedächtnisfrei oder speicherfrei. Es werden also keine zwei Signalwerte des Stellsignals kombiniert, um einen Signalwert für das verzerrte Stellsignal zu erzeugen. Es ergibt sich somit keine Glättung. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das verzerrte Stellsignal in Bezug auf das Stellsignal verzögerungsfrei erzeugt werden kann. Durch das Einführen der nicht-linearen Verzerrung ergibt sich also keine Zunahme an Verzögerung oder Trägheit in dem Regelvorgang.In one embodiment, the distortion function generates a respective current signal value of the distorted control signal only from a corresponding current signal value of the control signal of the controller. In other words, the distortion function is memory-free or memory-free. No two signal values of the control signal are therefore combined in order to generate a signal value for the distorted control signal. There is therefore no smoothing. This has the advantage that the distorted control signal can be generated without delay with respect to the control signal. By introducing the non-linear distortion there is no increase in delay or inertia in the control process.

In einer Ausführungsform wird durch die Pulsweitenmodulation die Pulsweite D in der beschriebenen Weise in Abhängigkeit von dem verzerrten Stellsignal eingestellt und eine betragsmäßige Verstärkung G der Wandlerschaltung ergibt sich hierbei proportional zum Absolutwert abs (D/ (1-D) ) . Hierbei ist abs (...) die Berechnung des Absolutwerts. Die Verstärkung G gibt hierbei ein Verhältnis der Ausgabegröße Vout zu einer elektrischen Eingangsgröße Vin an, beispielsweise einer Eingangsspannung oder eines Eingangsstroms oder einer Eingangsleistung. Es gilt also G=Vout/Vin. Die Verzerrungsfunktion weist hierbei bevorzugt in einem Wertebereich des Stellsignals, der ohne die Verzerrungsfunktion D>90% ergeben würde, insbesondere D>95%, eine Steigung kleiner als 1 auf. Die Steigung ist die besagte mathematische Ableitung oder der Gradient bezüglich des Stellsignals (normiert auf Vielfache von D). Mit anderen Worten verläuft die Verzerrungsfunktion für einen effektiven Wert des Stellsignals, das ohne die Verzerrungsfunktion zu einem Wert für die Pulsweite D >85%, insbesondere >90%, ergeben würde, derart flach, dass ihre Steigung oder ihre mathematische erste Ableitung kleiner als 1 ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Steigung der Verstärkung G entgegengewirkt wird. Effektiv ergibt sich bei einer Veränderung des Stellsignals also eine Veränderung der Verstärkung, die aufgrund Verzerrungsfunktion flacher verläuft.In one embodiment, the pulse width modulation is the pulse width D set in the manner described as a function of the distorted control signal and an amount-based gain G the converter circuit is proportional to the absolute value abs (D / (1-D)). Here abs (...) is the calculation of the absolute value. The reinforcement G gives a ratio of the output size Vout to an electrical input variable Vin on, for example an input voltage or an input current or an input power. So G = Vout / Vin. The distortion function preferably has a value range of the control signal that does not have the distortion function D > 90%, in particular D> 95%, would have a slope less than 1. The slope is the mathematical derivative or the gradient with respect to the control signal (normalized to multiples of D). In other words, the distortion function runs for an effective value of the actuating signal, which without the distortion function leads to a value for the pulse width D > 85%, in particular> 90%, would be so flat that its slope or its mathematical first derivative is less than 1. This has the advantage that the slope of the gain G is counteracted. This effectively results in a change in the control signal Change in gain, which is flatter due to the distortion function.

In einer Ausführungsform weist die Verzerrungsfunktion mit zunehmendem Signalwert des Stellsignals, also des Eingangssignals der Verzerrungsfunktion, eine abnehmende Steigung auf. Mit anderen Worten nimmt die Nicht-Linearität der Verzerrungsfunktion umso weiter zu, je größer der Signalwert des Stellsignals ist. Hierdurch wird der Einfluss der Verzerrungsfunktion umso größer, je größer der Signalwert des Stellsignals ist. Zudem ergibt sich ein gradueller Übergang in den nicht-linearen Bereich. Die Verzerrungsfunktion ist hierbei bevorzugt stetig und stetig differenzierbar. Dies verhindert Schalteffekte.In one embodiment, the distortion function has a decreasing slope with increasing signal value of the actuating signal, that is to say the input signal of the distortion function. In other words, the larger the signal value of the control signal, the more the non-linearity of the distortion function increases. As a result, the influence of the distortion function is greater, the greater the signal value of the control signal. There is also a gradual transition to the non-linear range. The distortion function is preferably continuously and continuously differentiable. This prevents switching effects.

In einer Ausführungsform weist die Verzerrungsfunktion für einen Maximalwert des Stellsignals eine Steigung von 0 auf. Mit anderen Worten ergibt sich eine Sättigung der Verzerrungsfunktion für den Maximalwert des Stellsignals. Hierdurch kann einem mathematischen Pol oder einer Unendlichkeitsstelle der Verzerrungsfunktion G entgegengewirkt werden (z.B. bei G=abs(D/(1-D)) ).In one embodiment, the distortion function has a slope of 0 for a maximum value of the actuating signal. In other words, the distortion function is saturated for the maximum value of the control signal. This can be a mathematical pole or an infinity point of the distortion function G can be counteracted (e.g. with G = abs (D / (1-D))).

In einer Ausführungsform ist ein maximaler Ausgabewert der Verzerrungsfunktion auf einen Wert kleiner als 100% oder 1 begrenzt. Mit anderen Worten kann mit der Verzerrungsfunktion kein Wert D=100% eingestellt werden, sondern es ist sichergestellt, dass sich stets eine Pulsweite D <100% ergibt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Wandlerschaltung stets ihre Wandlerfunktion beibehält und nicht durch einen Wert D=100% das periodische Schalten des zumindest einen Schaltelement der Wandlerschaltung unterbrochen wird.In one embodiment, a maximum output value of the distortion function is limited to a value less than 100% or 1. In other words, no value can be used with the distortion function D = 100%, but it is ensured that there is always a pulse width D <100% results. This ensures that the converter circuit always maintains its converter function and not by a value D = 100% the periodic switching of the at least one switching element of the converter circuit is interrupted.

Eine Ausführungsform bietet eine konkrete Ausgestaltung der Verzerrungsfunktion dahingehend, dass das Stellsignal Vc, mit 0≤Vc≤1 auf das verzerrte Stellsignal Vmod abgebildet wird und hierbei Vc = A * sin (pi/2 * abs (Vc) ) ist, wobei A eine vorbestimmte maximale Amplitude des verzerrten Stellsignals Vmod und pi die Kreiszahl ist. Durch Einstellen des Werts A<1 ergibt sich die beschriebenen Begrenzung des verzerrten Stellsignals dahingehend, dass sichergestellt ist, dass D<100% vermieden ist. Die beschriebene Sinus-Funktion weist den Vorteil auf, dass sie die beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen in sich vereinen kann.One embodiment offers a specific embodiment of the distortion function such that the control signal Vc , with 0≤Vc≤1 to the distorted control signal Vmod is mapped and here Vc = A * sin (pi / 2 * abs (Vc)), where A is a predetermined maximum amplitude of the distorted control signal Vmod and pi is the circle number. Setting the value A <1 results in the described limitation of the distorted actuating signal in such a way that it is ensured that D <100% is avoided. The sine function described has the advantage that it can combine the advantageous embodiments described.

Um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen ist durch die Erfindung auch eine Steuervorrichtung für eine Wandlerschaltung bereitgestellt. Die Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, aus einem Stellsignal eines Reglers der Steuervorrichtung ein verzerrtes Stellsignal zu erzeugen und dieses zum Einstellen einer Pulsweite D an eine Pulsweitenmodulation auszugeben. Das verzerrte Stellsignal ist also das sogenannte Modulationssignal. Mittels der Pulsweitenmodulation kann dann in der beschriebenen Weise zumindest ein Schaltelement eines Schaltwandlers geschaltet werden. Der Schaltwandler kann einen Hochsetzsteller und/oder einen Tiefsetzsteller realisieren. Es können hierbei die bekannten Arten von Schaltwandlern realisiert sein, wie sie z.B. im oben genannten Stand der Technik aufgelistet sind.In order to carry out the method according to the invention, the invention also provides a control device for a converter circuit. The control device is set up to generate a distorted control signal from a control signal of a controller of the control device and this for setting a pulse width D to output a pulse width modulation. The distorted control signal is therefore the so-called modulation signal. The pulse width modulation can then be used to switch at least one switching element of a switching converter in the manner described. The switching converter can implement a step-up converter and / or a step-down converter. The known types of switching converters, such as those listed in the abovementioned prior art, can be implemented here.

Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Steuervorrichtung kann hierzu die beschriebene Prozessoreinrichtung aufweisen, die beispielsweise auf der Grundlage zumindest eines Mikrocontrollers oder zumindest eines Mikroprozessors realisiert sein kann und/oder eine diskrete Logikschaltung und/oder eine analoge Schaltung aufweisen kann. Für eine Prozessoreinrichtung kann ein Programmcode bereitgestellt sein, der dazu eingerichtet sein kann, bei Ausführungen durch die Prozessoreinrichtung die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.The control device according to the invention is set up to carry out an embodiment of the method according to the invention. For this purpose, the control device can have the processor device described, which can be implemented, for example, on the basis of at least one microcontroller or at least one microprocessor and / or can have a discrete logic circuit and / or an analog circuit. A program code can be provided for a processor device, which can be configured to carry out the steps of the method according to the invention when executed by the processor device.

Die Erfindung umfasst schließlich auch eine Wandlerschaltung mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung. Die Wandlerschaltung kann in der beschriebenen Weise einen Schaltwandler umfassen, der dazu eingerichtet sein kann, als Hochsetzsteller und/oder als Tiefsetzsteller betrieben zu werden, wobei ein Schalten zumindest eines Schaltelements des Schaltwandlers durch die Steuervorrichtung mittels einer Pulsweitenmodulation vorgesehen ist.Finally, the invention also includes a converter circuit with an embodiment of the control device according to the invention. In the manner described, the converter circuit can comprise a switching converter, which can be set up to be operated as a step-up converter and / or as a step-down converter, with switching of at least one switching element of the switching converter being provided by the control device by means of pulse width modulation.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes combinations of the features of the described embodiments.

Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 ein Diagramm mit einer Funktion einer Verstärkung G einer Wandlerschaltung;
2 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Wandlerschaltung, die mittels einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gesteuert werden kann;
3 eine schematische Darstellung einer Steuervorrichtung zum Durchführen der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
4 ein Diagramm mit einem Graphen einer beispielhaften Verzerrungsfunktion;
5 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Einflusses der Verzerrungsfunktion auf eine Verstärkung der Wandlerschaltung und die Ableitung der Verstärkung; und
6 ein Diagramm mit zeitlichen Verläufen von Signalen, wie sie sich durch das Verfahren in der Wandlerschaltung ergeben können.

An exemplary embodiment of the invention is described below. This shows:

1 a diagram with a function of a gain G a converter circuit;
2 a schematic representation of an exemplary converter circuit which can be controlled by means of an embodiment of the method according to the invention;
3 a schematic representation of a control device for performing the embodiment of the method according to the invention;
4 a diagram with a graph of an exemplary distortion function;
5 a diagram illustrating an influence of the distortion function on a Amplification of the converter circuit and the derivation of the amplification; and
6 a diagram with temporal courses of signals, as they can result from the method in the converter circuit.

Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiment explained below is a preferred embodiment of the invention. In the exemplary embodiment, the described components of the embodiment each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another, which also further develop the invention independently of one another and are therefore also to be regarded individually or in a combination other than the one shown as part of the invention. Furthermore, the described embodiment can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.

In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures, elements with the same function are each provided with the same reference symbols.

1 zeigt ein Diagramm, das zu möglichen Werten eines Stellsignals Vc eine daraus resultierende Verstärkung G angibt. Die Verstärkung G berechnet sich als Verhältnis einer allgemein einer Ausgabegröße Vout (z.B. einer Ausgabespannung) einer Wandlerschaltung in Abhängigkeit der dazu korrespondierenden bereitgestellten Eingangsgröße Vin, also beispielsweise Eingangsspannung. Damit berechnet sich die Verstärkung G = Vout/Vin. Der Wert des Stellsignals Vc ist hier als Faktor oder Bruchteil einer Pulsweitenmodulation D gegeben, wie sie sich bei direkter Einspeisung des Stellsignals Vc in eine Pulsweitenmodulation ergibt. Zusätzlich zu der Verstärkung G ist auch die mathematische Ableitung oder der Gradient der Verstärkung G nach der Pulsweite D der Pulsweitenmodulation angegeben, also dG/dD. Wenn mittels des Stellsignals Vc eine größere Pulsweite D eingestellt wird, so ergeben sich auch eine größere Verstärkung G und auch ein größerer Gradient dG/dD. Dies bedeutet, dass mit steigendem Wert des Stellsignals Vc eine Empfindlichkeit der Wandlerschaltung oder der Steuerung der Wandlerschaltung zunimmt, da kleine Änderungen oder kleine Deltawerte dVc des Stellsignals Vc zu einer größeren prozentualen Veränderung der Ausgabegröße Vout ergeben, wenn der aktuelle Betriebspunkt von einem größeren Stellsignal Vc ausgeht. 1 shows a diagram showing possible values of an actuating signal Vc a resulting reinforcement G indicates. The reinforcement G is calculated as the ratio of a generally an output variable Vout (eg an output voltage) of a converter circuit depending on the corresponding input variable provided Vin , for example input voltage. This is how the gain is calculated G = Vout / Vin. The value of the control signal Vc is here as a factor or fraction of a pulse width modulation D given how they are when the control signal is fed directly Vc results in a pulse width modulation. In addition to the reinforcement G is also the mathematical derivation or the gradient of the gain G after the pulse width D the pulse width modulation specified, i.e. dG / dD. If by means of the control signal Vc a larger pulse width D is set, there is also a greater gain G and also a larger gradient dG / dD , This means that with increasing value of the control signal Vc sensitivity of the converter circuit or control of the converter circuit increases because of small changes or small delta values dVc of the control signal Vc to a larger percentage change in output size Vout result if the current operating point of a larger control signal Vc going out.

2 veranschaulicht eine beispielhafte Wandlerschaltung, mittels welcher aus eine Eingangsgröße Vin, beispielsweise einer Eingangsspannung, eine Ausgabegröße Vout, beispielsweise eine Ausgabespannung, erzeugt werden kann. Die Wandlerschaltung ist aber nur beispielhaft, die hier beschriebene Verzerrungsfunktion kann für jede beliebige Wandlerschaltung verwendet werden. 2 illustrates an exemplary converter circuit, by means of which an input variable Vin , for example an input voltage, an output variable Vout , for example an output voltage, can be generated. However, the converter circuit is only an example, the distortion function described here can be used for any converter circuit.

Die in 2 dargestellte Wandlerschaltung 10 kann die Eingangsgröße Vin zwischen einem Eingangsanschluss 11 und einem Massepotential 12 empfangen. Die Ausgabegröße Vout kann zwischen einem Ausgabeanschluss 13 und dem Massepotential 12 erzeugt werden. Die Wandlerschaltung 10 selbst kann Schaltelemente S1 bis S5 aufweisen sowie Freilaufdioden, zumindest eine Induktivität L1, L2 und eine Koppelkapazität Cb und für die Ausgabegröße Vout kann eine Pufferkapazität Co vorgesehen sein. Die Schaltelemente S1 bis S5 können jeweils auf der Grundlage zumindest eines Transistors realisiert sein. Die Schaltelemente S1 bis S5 können mittels Schaltsignalen ctrl_sw1 bis ctrl sw5 zwischen einem elektrisch leitenden Zustand und einem elektrisch sperrenden Zustand geschaltet werden. Die hier dargestellte Wandlerschaltung 10 kann als Kombination eines Hochsetzstellers 15 und eines Tiefsetzstellers 16 angesehen werden, wobei eine Eingangsspannung für den Tiefsetzsteller 16 durch die Koppelkapazität Cb aus dem Hochsetzsteller 15 übertragen werden kann. Eine Schaltreihenfolge zum Betrieb des Hochsetzstellers 15 und des Tiefsetzstellers 16 lässt sich wie folgt realisieren. Die Schaltelemente S2 und S3 können invers zueinander geschaltet werden (S3 elektrisch sperrend geschaltet, wenn S2 elektrisch leitend geschaltet und umgekehrt).In the 2 converter circuit shown 10 can be the input size Vin between an input port 11 and a ground potential 12 receive. The output size Vout can be between an output port 13 and the ground potential 12 be generated. The converter circuit 10 itself can switch elements S1 to S5 have and freewheeling diodes, at least one inductor L1 . L2 and a coupling capacity Cb and for the output size Vout can have a buffer capacity Co be provided. The switching elements S1 to S5 can each be implemented on the basis of at least one transistor. The switching elements S1 to S5 can by means of switching signals ctrl_sw1 to ctrl sw5 can be switched between an electrically conductive state and an electrically blocking state. The converter circuit shown here 10 can be used as a combination of a step-up converter 15 and a buck converter 16 are considered, with an input voltage for the buck converter 16 through the coupling capacity Cb from the boost converter 15 can be transferred. A switching sequence for operating the step-up converter 15 and the buck converter 16 can be realized as follows. The switching elements S2 and S3 can be switched inversely to each other ( S3 electrically locked if S2 switched electrically conductive and vice versa).

Für einen nicht-invertierenden Hochsetzstellerbetrieb kann S3 elektrisch leitend geschaltet sein, S1 elektrisch sperrend und durch abwechselndes Schalten von S4 und S5 die Ausgabegröße Vout erzeugt werden. Das abwechselnde Schalten kann mittels der beschriebenen Pulsweitenmodulation durchgeführt werden, wobei die Pulsweite D den Wert der Ausgabegröße Vout festlegt.For a non-inverting step-up converter operation S3 be electrically conductive, S1 electrically locking and by alternately switching S4 and S5 the output size Vout be generated. The alternating switching can be carried out by means of the pulse width modulation described, the pulse width D the value of the output size Vout specifies.

Für einen invertierenden Hochsetzstellerbetrieb kann S2 elektrisch leitend geschaltet und S4 elektrisch sperrend geschaltet sein. Durch abwechselndes Schalten von S1 und S5 kann die Ausgabegröße Vout erzeugt werden. Das abwechselnde Schalten kann mittels der beschriebenen Pulsweitenmodulation durchgeführt werden, wobei die Pulsweite D den Wert der Ausgabegröße Vout festlegt.For an inverting step-up converter operation S2 switched electrically conductive and S4 be electrically locked. By alternately switching S1 and S5 can be the output size Vout be generated. The alternating switching can be carried out by means of the pulse width modulation described, the pulse width D the value of the output size Vout specifies.

3 zeigt eine Steuervorrichtung 17, mittels welcher die Schaltsignale ctrl_sw1 bis ctrl_sw5 erzeugt werden können. Es kann mit der Steuervorrichtung 17 auch eine andere Wandlerschaltung als die in 2 gezeigte gesteuert werden. Hierzu ist dann ein Logikdecoder 18 anzupassen, welches ein pulsweitmoduliertes Signal 19 (PWM Signal) mit einer Pulsweite D in die Schaltsignale ctrl_sw1 bis ctrl_sw5 (oder entsprechend der Wandlerschaltung mehr oder weniger Schaltsignale) in an sich bekannter Weise umsetzt. Der Logikdecoder 18 kann z.B. Gate-Treiberschaltungen für Transistoren vorsehen. 3 shows a control device 17 , by means of which the switching signals ctrl_sw1 to ctrl_sw5 can be generated. It can with the control device 17 also a different converter circuit than that in 2 shown can be controlled. Then there is a logic decoder 18th adjust which is a pulse width modulated signal 19 ( PWM Signal) with a pulse width D in the switching signals ctrl_sw1 to ctrl_sw5 (or more or less switching signals according to the converter circuit) in a manner known per se. The logic decoder 18th can provide gate driver circuits for transistors, for example.

Das pulsweitmodulierte Signal 19 kann von einer Pulsweitenmodulation PWM erzeugt werden. Der Wert für die Pulsweite D kann hierbei an einem Modulationseingang MOD vorgegeben werden. Bei einer Steuervorrichtung gemäß dem Stand der Technik würde an der Modulationseingang MOD ein Stellsignal Vc eines Reglers 20 eingespeist, wie dies in 3 durch eine gestrichelt dargestellte Leitung 21 veranschaulicht ist. Der Regler 20 kann beispielsweise ein PID-Regler sein und gemäß dem Stand der Technik ausgestaltet sein. 3 veranschaulicht eine beispielhafte Schaltungsmöglichkeit des Reglers 20, wobei aber der Regler 20 auch auf eine andere Weise realisiert sein kann, beispielsweise mittels eines Mikrocontrollers. Der Regler 20 kann ein Sollwertsignal Vref kann mit einem Istwertsignal Vcomp vergleichen, das beispielsweise mittels eines Spannungswandlers aus der Ausgabegröße Vout in an sich bekannter Weise erzeugt werden kann. Durch den Vergleich wird ein Unterschied zwischen Sollwertsignal Vref und Istwertsignal Vcomp ermittelt und in Abhängigkeit von dem Unterschied wird in an sich bekannter Weise daraufhin das Stellsignal Vc eingestellt, um den Unterschied zu verringern. The pulse width modulated signal 19 can from a pulse width modulation PWM be generated. The value for the pulse width D can be connected to a modulation input MOD be specified. In a control device according to the prior art, the modulation input would MOD a control signal Vc of a regulator 20th fed in like this in 3 by a line shown in dashed lines 21 is illustrated. The regulator 20th can be, for example, a PID controller and be designed according to the prior art. 3 illustrates an exemplary circuit possibility of the controller 20th , but with the controller 20th can also be implemented in another way, for example by means of a microcontroller. The regulator 20th can be a setpoint signal Vref can with an actual value signal Vcomp compare, for example using a voltage converter from the output size Vout can be generated in a manner known per se. The comparison shows a difference between the setpoint signal Vref and actual value signal Vcomp determined and depending on the difference, the actuating signal is thereupon known Vc set to reduce the difference.

Eine Stabilität und/oder Präzision dieser Regelung kann auch von dem Gain G abhängen. Für Werte des Stellsignals Vc ergibt sich eine entsprechend große Verstärkung G (siehe 1), was der Stabilität und/oder Regelungspräzision entgegenwirken kann.A stability and / or precision of this regulation can also depend on the gain G depend. For values of the control signal Vc there is a correspondingly large gain G (please refer 1 ), which can counteract the stability and / or control precision.

Bei der Steuervorrichtung 17 ist dies vermieden, indem das Stellsignal Vc nicht direkt in den Modulationseingang MOD eingespeist wird (die Leitung 21 ist nicht vorhanden), sondern aus dem Stellsignal Vc wird mittels einer nicht-linearen Verzerrungsfunktion V_NL ein verzerrtes Stellsignal Vmod erzeugt, welches dann anstelle des eigentlichen Stellsignals Vc in die Pulsweitenmodulation PWM eingespeist wird. Die Verzerrungsfunktion V NL ist in 3 durch eine kontrollierte oder gesteuerte Spannungsquelle repräsentiert. Sie kann beispielsweise mittels eines Mikrocontrollers und/oder eines Schaltung aus diskreten Bauteilen und/oder mittels eines integrierten Schaltkreises realisiert sein.At the control device 17 this is avoided by the control signal Vc not directly into the modulation input MOD is fed (the line 21 is not available), but from the control signal Vc using a non-linear distortion function V_NL a distorted control signal Vmod generated, which then instead of the actual control signal Vc into pulse width modulation PWM is fed. The distortion function V NL is in 3 represented by a controlled or controlled voltage source. It can be implemented, for example, by means of a microcontroller and / or a circuit made up of discrete components and / or by means of an integrated circuit.

4 veranschaulicht einen möglichen Verlauf der Verzerrungsfunktion V_NL für unterschiedliche Werte des Stellsignals Vc. Das Stellsignal Vc ist hier wieder als Vielfaches der Werte der Pulsweitenmodulation D angegeben, wie sie sich ergeben würde, wenn das Stellsignal Vc direkt in den Modulationseingang MOD eingespeist würde (Leitung 21). In der Angabe der Verzerrungsfunktion V NL ist das Stellsignal Vc deshalb ebenfalls repräsentiert durch einen skalierten Wert, nämlich den Wert D. Es kann Vc = D gesetzt werden für die Veranschaulichung von 4. Zum Vergleich ist eine 1-zu-1-Abbildungsfunktion, d.h. die sogenannte Identitätsfunktion ID, angegeben, die angibt, welcher Wert am Modulationseingang MOD eingespeist würde, wenn die Leitung 21 vorhanden wäre (keine nicht-lineare Verzerrung). 4 illustrates a possible course of the distortion function V_NL for different values of the control signal Vc , The control signal Vc is here again as a multiple of the values of the pulse width modulation D specified how it would result if the control signal Vc directly into the modulation input MOD would be fed (line 21 ). The control signal is in the specification of the distortion function V NL Vc therefore also represented by a scaled value, namely the value D , Vc = D can be set to illustrate 4 , For comparison is a 1-to-1 mapping function, ie the so-called identity function ID , which indicates which value at the modulation input MOD would be fed if the line 21 would exist (no non-linear distortion).

Die Verzerrungsfunktion V_NL stellt eine Abbildungsfunktion dar, die lediglich den aktuellen Signalwert des Stellsignals Vc als Eingangswert aufnimmt und daraus einen aktuellen Signalwert des verzerrten Stellsignals Vmod erzeugt. Die Verzerrungsfunktion V_NL ist, wie in 4 dargestellt, mit einer konkaven Krümmung 22 ausgestaltet, das heißt die zweite Ableitung ist negativ. Die erste mathematische Ableitung oder Steigung dV_NL/dD der Verzerrungsfunktion V NL ist für Signalwerte des Stellsignals Vc größer als D>90% auf einem Wert kleiner als 1 eingestellt (siehe Gradient oder Steigung 23), was im Vergleich mit der Identitätsfunktion ID ersehen werden kann, die die Steigung 1 aufweist (siehe die Steigung 24).The distortion function V_NL represents a mapping function that only the current signal value of the control signal Vc as an input value and from this a current signal value of the distorted control signal Vmod generated. The distortion function V_NL is like in 4 shown with a concave curvature 22 designed, that is, the second derivative is negative. The first mathematical derivation or slope dV_NL / dD of the distortion function V NL is for signal values of the control signal Vc greater than D> 90% set to a value less than 1 (see gradient or slope 23 ) what compared to the identity function ID can be seen the the slope 1 exhibits (see the slope 24 ).

Die Steigung wird auch mit zunehmendem Signalwert des Stellsignals Vc geringer. Die Verzerrungsfunktion weist für einen Maximalwert 25 des Stellsignals Vc einen Gradienten oder eine Steigung 23 mit einem Wert 0 auf. Ein maximaler Ausgabewert 26 des Verzerrungsfunktion ist auf einen Wert kleiner als D=100% eingestellt (hier ergibt sich ein resultierendes D=92%). Die Verzerrungsfunktion kann gebildet sein als $Vmod = A * sin (pi / * abs (Vc)),$

wobei A die maximale Amplitude ist und für einen Signalwert Vc mit dem Wert D=100% dem Grenzwert oder maximalen Ausgabewert 26 entspricht.The slope also increases with the signal value of the control signal Vc less. The distortion function points for a maximum value 25th of the control signal Vc a gradient or slope 23 with a value 0 on. A maximum output value 26 The distortion function is set to a value less than D = 100% (this results in a resulting D = 92%). The distortion function can be formed as

Vmod = A * sin (pi / * Section (Vc)) .

where A is the maximum amplitude and for a signal value Vc with the value D = 100% of the limit value or maximum output value 26 equivalent.

5 veranschaulicht die Wirkung der Verzerrungsfunktion V NL, wozu in 5 das Diagramm von 1 wiederholt ist, in welchem die Verstärkung G und die Ableitung der Verstärkung, das heißt dG/dD, dargestellt sind. Zusätzlich ist nun die sich ergebende Verstärkung bei Verwendung der Verzerrungsfunktion V_NL angegeben, nämlich Gnl, sowie deren Ableitung dGnl/dD. Die Zunahme oder Steigung der Verstärkung für Signalwerte des Stellsignals Vc mit Werten D≥95% ist geringer als im Fall ohne die Verwendung der Verzerrungsfunktion V_NL. Die Wandlerschaltung reagiert damit weniger sensibel oder weniger Empfindlich auf eine Veränderung des Stellsignals Vc. Dies trägt zur Stabilität und/oder Regelungspräzision des Regelvorgangs bei. 5 illustrates the effect of the distortion function V NL, for which purpose in 5 the diagram of 1 is repeated in which the reinforcement G and the derivative of the gain, i.e. dG / dD, are shown. In addition, the resulting gain is now when using the distortion function V_NL specified, namely Gnl, and their derivation dGnl / dD , The increase or increase in the gain for signal values of the control signal Vc with values D≥95% is lower than in the case without using the distortion function V_NL , The converter circuit thus reacts less sensitively or less sensitively to a change in the control signal Vc , This contributes to the stability and / or control precision of the control process.

6 veranschaulicht über der Zeit t zum einen einen Verlauf des Sollwertsignals Vref und einen sich hierfür ergebenden Verlauf der Ausgabegröße Vout. Die Ausgabegröße Vout kann dem Sollwertsignal Vref folgen. Durch die Verzerrungsfunktion wird das Stellsignal Vc auf das verzerrte Stellsignal Vmod abgebildet oder darin umgewandelt. 6 zeigt einen Betriebspunkt, der in 4 an dem Signalwert des Stellsignals Vc von D=0, 8 oder 80% entspricht (im Diagramm von 4 ganz links) . Indem der Gradient oder die Steigung 23 einen Wert kleiner als 1 aufweist, ergibt sich eine Kompression der Dynamik, das heißt eine Welligkeit oder ein Rippel 27 des Stellsignals Vc ergibt eine geringere Welligkeit oder einen geringeren Rippel 28 im verzerrten Stellsignal Vmod. Dies reduziert die Empfindlichkeit und/oder steigert die Regelungspräzision. 6 illustrated over time t on the one hand, a course of the setpoint signal Vref and a resulting course of the output size Vout , The output size Vout can the setpoint signal Vref consequences. Through the distortion function, the control signal Vc to the distorted control signal Vmod mapped or converted into. 6 shows an operating point that is in 4 on the signal value of the control signal Vc of D = 0, 8 or 80% (in the diagram of 4 far left). By the gradient or the slope 23 has a value less than 1, there is a compression of the dynamics, that is, a ripple or a ripple 27 of the control signal Vc results in less ripple or less ripple 28 in the distorted control signal Vmod , This reduces sensitivity and / or increases control precision.

Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine nicht-lineare Modulationstechnik für Wandlerschaltungen (DC/DC-Wandler oder DC-AC-Wandler) bereitgestellt werden kann.Overall, the example shows how a non-linear modulation technique for converter circuits (DC / DC converter or DC-AC converter) can be provided by the invention.

BezugszeichenlisteReference list

1010: WandlerschaltungConverter circuit
1111: EingangsanschlussInput connector
1212th: MassepotentialGround potential
1313: AusgabeanschlussOutput port
1414: FreilaufdiodeFree-wheeling diode
1515: HochsetzstellerBoost converter
1616: TiefsetzstellerBuck converter
1717: Steuervorrichtungcontrol device
1818th: Decoderdecoder
1919: PWM Signal PWM signal
2020th: PID ReglerPID controller
2121: Leitungmanagement
2222: Krümmungcurvature
2323: Nicht-lineare SteigungNon-linear slope
2424: Linear SteigungLinear slope
2525: Maximalwert von VcMaximum value of Vc
2626: Maximaler Ausgabewert VmodMaximum output value Vmod
2727: Vc RippelVc ripple
2828: Vmod RippelVmod ripple
Cbcb: KoppelkapazitätCoupling capacity
CoCo: PufferkapazitätBuffer capacity
ctrl_sw1ctrl_sw1: Schaltsignal für S1 Switching signal for S1
ctrl_sw2ctrl_sw2: Schaltsignal für S2 Switching signal for S2
ctrl sw3ctrl sw3: Schaltsignal für S3 Switching signal for S3
ctrl_sw4ctrl_sw4: Schaltsignal für S4 Switching signal for S4
ctrl_sw5ctrl_sw5: Schaltsignal für S5 Switching signal for S5
DD: PulsweitePulse width
dG/dDdG / dD: Ableitung (Ableitung Gain)Derivation (Gain Derivation)
dGnl/dDdGnl / dD: Ableitung (nich-linearer Gain)Derivation (non-linear gain)
dVcdVc: Deltawert für VcDelta value for Vc
GG: Verstärkung (Gain) der WandlerschaltungGain of the converter circuit
GnlGnl: Verstärkung (nicht-linearer Gain)Gain (non-linear gain)
IDID: Identitätidentity
L1, L2L1, L2: InduktivitätInductance
MODMOD: ModulationseingangModulation input
PWMPWM: PulsweitenmodulationPulse width modulation
S1S1: SchaltelementSwitching element
S2S2: SchaltelementSwitching element
S3S3: SchaltelementSwitching element
S4S4: SchaltelementSwitching element
S5S5: SchaltelementSwitching element
tt: Zeittime
VcVc: Stellsignal aus dem PID-ReglerControl signal from the PID controller
VcompVcomp: IstwertsignalActual value signal
VinVin: EingangsgrößeInput variable
VmodVmod: verzerrtes Stellsignal für PWM Modulatordistorted control signal for PWM modulator
V_NLV_NL: VerzerrungsfunktionDistortion function
VoutVout: Ausgabegröße der WandlerschaltungOutput size of the converter circuit
VrefVref: SollwertsignalSetpoint signal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

US 2007/0114985 A1 [0005]
US 7002327 B2 [0006]

Claims

Method for operating a converter circuit (10) which generates an electrical output variable (Vout), whereby a control device (17) of the converter circuit (10) as a function of a difference between a setpoint signal (Vref) for the output variable (Vout) and an actual value signal (Vcomp) of the output variable (Vout), a control signal (Vc) for setting a pulse width D of a pulse width modulation (PWM) is generated by means of a controller (20), wherein at least one switching element (S1 ... S5) is used for the pulse width modulation (PWM) Generating the output variable (Vout), characterized in that the control device (17) converts the control signal (Vc) of the controller (20) into a distorted control signal (Vmod) by means of a predetermined distortion function (V_NL), the distortion function (V_NL) has a concave curvature (22), and the distorted control signal (Vmod) of the pulse width modulation (PWM) is provided.

Procedure according to Claim 1 , wherein the distortion function (V_NL) generates a respective current signal value of the distorted control signal (Vmod) only from a corresponding current signal value of the control signal (Vc) of the controller (20).

Method according to one of the preceding claims, wherein a magnitude gain G of the converter circuit (10) is proportional to abs (D / (1-D)), wherein the gain G describes a ratio of the output variable (Vout) to an electrical input variable (Vin) and where abs () is the absolute value function, and the distortion function (V_NL) has a slope of less than 1 in a value range of the actuating signal (Vc) which would result in the absence of the distortion function D> 90%.

Method according to one of the preceding claims, wherein the distortion function (V_NL) has a decreasing slope (23) with increasing signal value of the actuating signal (Vc).

Method according to one of the preceding claims, wherein the distortion function (V_NL) has a slope (23) of 0 for a maximum value (25) of the actuating signal (Vc).

Method according to one of the preceding claims, wherein a maximum output value (26) of the distortion function (V_NL) is limited to a value smaller than D = 100%.

Method according to one of the preceding claims, wherein the distortion function (V NL) maps the control signal Vc, with 0≤Vc≤1 to the distorted control signal Vmod and here Vmod = A * sin (pi / 2 * abs (Vc)), wherein A is a predetermined maximum amplitude (26) of the distorted control signal Vmod and pi is the number of circles.

Control device (17) for a converter circuit (10), the control device (17) being set up to generate a distorted control signal (Vmod) from a control signal (Vc) of a controller (20) of the control device (17) and for setting a pulse width Output D to a pulse width modulation (PWM), characterized in that the control device (17) is set up to carry out a method according to one of the preceding claims.

Converter circuit (10) with a control device (17) Claim 8 ,