DE102021130495A1

DE102021130495A1 - Vorrichtung und verfahren zur steuerung eines wandlers

Info

Publication number: DE102021130495A1
Application number: DE102021130495.4A
Authority: DE
Inventors: Shin Hye Chun; Dong Gyun Woo
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2021-05-11
Filing date: 2021-11-22
Publication date: 2022-11-17
Also published as: US20220368224A1; CN115333369A; KR20220153399A; US11876447B2

Abstract

Eine Vorrichtung zur Steuerung eines Wandlers, der eine erste Ausgabevariable und eine zweite Ausgabevariable aufweist, die durch einen Tastgrad eines Schaltelements eingestellt werden. Die Vorrichtung umfasst eine erste Steuervorrichtung, die einen ersten Tastgrad basierend auf einem ersten Fehler zwischen einem vorbestimmten Begrenzungsreferenzwert, der zu einem Referenzwert korrespondiert, der eine Größe der ersten Ausgabevariable begrenzt, und einem Messwert der ersten Ausgabevariable, gemessen an einer Last von einem Wandler, erzeugt. Eine zweite Steuervorrichtung erzeugt einen zweiten Tastgrad basierend auf einem zweiten Fehler zwischen einem vorbestimmten Referenzwert der zweiten Ausgabevariable und einem Messwert der zweiten Ausgabevariable, gemessen an der Last des Wandlers. Eine Tastgradermittlungseinheit leitet einen endgültigen Tastgrad des Schaltelements basierend auf dem ersten Tastgrad und dem zweiten Tastgrad ab.

Description

HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
1. Gebiet der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines Wandlers und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines Wandlers, der durch einen Tastgrad eines Schaltelements angepasst wird, was einen breiten oberen Bereich eines Steuerbands und eine sichere stabile Steuerungsperformance bereitstellt, zum Kompensieren von Störungen bezüglich einer sich schnell ändernden Last durch Begrenzung einer Ausgabe durch einen begrenzten Tastgrad-Wert, der von parallel geschalteten Steuerschleifen abgeleitet wird.
2. Beschreibung der bezogenen Technik
Wenn aufgrund von Hardware, die einen Aufwärts- oder Abwärtswandler bildet, eine Resonanz einer festen Frequenz auftritt, betreibt eine Wandler-Steuervorrichtung den Wandler so, dass die Resonanz gedämpft wird, um den Einfluss der Resonanz zu beseitigen. Wenn jedoch eine HardwareResonanzfrequenz und ein Steuerband des Wandlers nahe beieinander liegen, sind Verfahren zum Lösen des Problems durch eine Wandler-Steuervorrichtung begrenzt. Um dies zu lösen, können Verfahren zum Ändern einzigartiger Eigenschaften von Hardware mit Resonanz (Verschieben einer Resonanzfrequenz) durch Umkonstruieren der Hardware oder Anwenden einer Steuervorrichtung in einer neuen Konfiguration, die von einer Grundstruktur abgeändert wurde, erdacht werden.
Allgemein ist die Kaskadensteuerung weit verbreitet, da sie schnell und stabil auf Störungen reagiert. Bei dieser Steuerung erfordert jedoch eine innere Schleife eine schnellere Reaktion als eine äußere Schleife, um eine Störung (Interferenz) zwischen zwei oder mehr Rückkopplungsschleifen zu verhindern. Wenn dementsprechend eine Aufwärtsverschiebung des Steuerbandes der inneren Schleife aufgrund der Eigenschaften eines Systems (z.B. einer Anlage) mit Resonanz, die durch Hardware verursacht wird, begrenzt ist, ist eine Aufwärtsverschiebung des Bandes der äußeren Schleife auf natürliche Weise begrenzt. Insbesondere ist es für eine herkömmliche Steuerung schwierig, eine schnelle Reaktion zu erreichen. Dementsprechend besteht ein Bedarf an einem Steuerverfahren zum Stabilisieren eines Systems durch Verhindern einer Verschlechterung der Einschwingverhaltensperformance und Verringern einer Wahrscheinlichkeit der Erzeugung von Überspannung/Überstrom in einem Wandlersteuerfeld.
Es versteht sich, dass die oben in der bezogenen Technik beschriebenen Angelegenheiten lediglich der Förderung des Verständnisses des Hintergrunds der Offenbarung dienen und nicht als dem Fachmann wohlbekannter Stand der Technik angesehen werden sollten.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Daher wurde die vorliegende Offenbarung angesichts der obigen Probleme gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines Wandlers bereitzustellen, der durch einen Tastgrad eines Schaltelements angepasst wird, die einen breiten oberen Bereich eines Steuerbandes bereitstellen können und sicheres stabiles Steuerverhalten zum Kompensieren von Störungen in Bezug auf eine sich schnell ändernde Last durch Begrenzen einer Ausgabe (z.B. Leistung) durch einen begrenzten Tastgradwert, der von parallel geschalteten Steuerschleifen abgeleitet wird.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung können die obigen und andere Aufgaben gelöst werden durch die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Steuerung eines Wandlers mit einer ersten Ausgabevariable (anders ausgedrückt, Ausgangsgröße) und einer zweiten Ausgabevariable (Ausgangsgröße), die durch einen Tastgrad eines Schaltelements angepasst werden, aufweisend eine erste Steuervorrichtung, die eingerichtet ist, um einen ersten Tastgrad basierend auf einem ersten Fehler zwischen einem vorbestimmten Begrenzungsreferenzwert, der zu einem Referenzwert korrespondiert, der eine Größe der ersten Ausgabevariable begrenzt, und einem Messwert der ersten Ausgabevariable, der an einer Last eines Wandlers gemessen wurde, zu erzeugen; eine zweite Steuervorrichtung, die eingerichtet ist, um einen zweiten Tastgrad basierend auf einem zweiten Fehler zwischen einem vorbestimmten Referenzwert der zweiten Ausgabevariable und einem Messwert der zweiten Ausgabevariable, der an der Last des Wandlers gemessen wurde, zu erzeugen, und eine Tastgradermittlungseinheit, die eingerichtet ist, um einen endgültigen Tastgrad des Schaltelements basierend auf dem ersten Tastgrad und den zweiten Tastgrad abzuleiten.
Die Tastgradermittlungseinheit kann eingerichtet sein, um den kleineren Wert aus dem ersten Tastgrad und dem zweiten Tastgrad als den endgültigen Tastgrad abzuleiten. Die Tastgradermittlungseinheit kann eingerichtet sein, um einen repräsentativen Wert zwischen dem ersten Tastgrad und dem zweiten Tastgrad als den endgültigen Tastgrad abzuleiten. Die erste Ausgabevariable kann ein Ausgabestrom (anders ausgedrückt, Ausgangsstrom) sein und die zweite Ausgabevariable kann eine Ausgabespannung (anders ausgedrückt, Ausgangsspannung) sein.
Der Begrenzungsreferenzwert kann abnehmen, wenn der Messwert der ersten Ausgabevariable oder der Messwert der zweiten Ausgabevariable, gemessen an der Last des Wandlers, oder die Temperatur des Wandlers steigt. Der Begrenzungsreferenzwert kann abnehmen, wenn eine Entlademenge einer Batterie zunimmt. Die erste Steuervorrichtung kann Wirkungsgraddaten in Bezug auf eine Beziehung zwischen der zweiten Ausgabevariable und dem Wirkungsgrad aufweisen, und der Begrenzungsreferenzwert kann die erste Ausgabevariable sein, die mit der zweiten Ausgabevariable gemäß einem Punkt maximalen Wirkungsgrades übereinstimmt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann ein Verfahren zum Steuern eines Wandlers mit einer ersten Ausgabevariable und einer zweiten Ausgabevariable, die durch einen Tastgrad eines Schaltelements angepasst werden, aufweisen: ein Erzeugen, mittels einer ersten Steuervorrichtung, eines ersten Tastgrads basierend auf einem ersten Fehler zwischen einem vorbestimmten Begrenzungsreferenzwert, der zu einem Referenzwert, der eine Größe der ersten Ausgabevariable begrenzt, und einem Messwert der ersten Ausgabevariable, gemessen an einer Last eines Wandlers, korrespondiert; ein Erzeugen, mittels einer zweiten Steuervorrichtung, eines zweiten Tastgrads basierend auf einem zweiten Fehler zwischen einem vorbestimmten Referenzwert der zweiten Ausgabevariable und einem Messwert der zweiten Ausgabevariable, gemessen an der Last des Wandlers; und ein Ableiten (anders ausgedrückt, Herleiten), mittels einer Tastgradermittlungseinheit, eines endgültigen Tastgrads des Schaltelements basierend auf dem ersten Tastgrad und dem zweiten Tastgrad.
Das Ableiten des endgültigen Tastgrads des Schaltelements kann das Ableiten des kleineren Wertes aus dem ersten Tastgrad und dem zweiten Tastgrad als der endgültige Tastgrad aufweisen. Die erste Ausgabevariable kann ein Ausgabestrom beim Erzeugen des ersten Tastgrads sein, und die zweite Ausgabevariable kann eine Ausgabespannung beim Erzeugen des zweiten Tastgrads sein.
Der Begrenzungsreferenzwert kann abnehmen, wenn eine Entlademenge einer Batterie beim Erzeugen des ersten Tastgrads zunimmt. Der Begrenzungsreferenzwert kann abnehmen, wenn der Messwert der ersten Ausgabevariable oder der Messwert der zweiten Ausgabevariable, gemessen an der Last des Wandlers, oder die Temperatur des Wandlers bei der Erzeugung des ersten Tastgrads ansteigt.
Wirkungsgraddaten mit Bezug auf eine Beziehung zwischen der zweiten Ausgabevariable und dem Wirkungsgrad können bereitgestellt werden, und der Begrenzungsreferenzwert kann die erste Ausgabevariable sein, die mit der zweiten Ausgabevariable gemäß einem Punkt maximalen Wirkungsgrades bei der Erzeugung des ersten Tastgrads übereinstimmt.
Figurenliste
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen klarer verstanden, in denen:

1 ein Blockdiagramm einer herkömmlichen Wandler-Steuervorrichtung zum Begrenzen der Ausgabe ist;
2 und 3 Konfigurationsdiagramme einer Vorrichtung zur Steuerung eines Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sind;
4 ein Diagramm ist, das Ergebnisse der Anwendung der Vorrichtung zur Steuerung eines Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung im Zeitverlauf zeigt;
5 ein Diagramm ist, das eine Kompensationssteuerung einer herkömmlichen Wandler-Steuervorrichtung und der Wandler-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bei einer Störung zeigt; und
6 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Verfahren zum Steuern eines Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es versteht sich, dass der Begriff „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug-“ oder ein anderer ähnlicher Begriff, wie er hier verwendet wird, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen einschließt, wie Personenkraftwagen einschließlich Sport Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Flugzeuge, und dergleichen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Verbrennungs-, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und Fahrzeuge mit anderen alternativen Kraftstoffen (z. B. Kraftstoffe, die aus anderen Rohstoffen als Erdöl gewonnenen wurden) umfasst.
Obwohl eine beispielhafte Ausführungsform so beschrieben ist, dass sie eine Vielzahl von Einheiten verwendet, um den beispielhaften Prozess durchzuführen, versteht es sich, dass die beispielhaften Prozesse auch von einem oder einer Vielzahl von Modulen durchgeführt werden können. Weiterhin versteht es sich, dass sich der Begriff Steuervorrichtung/Steuereinheit auf eine Hardwarevorrichtung bezieht, die einen Speicher und einen Prozessor aufweist und speziell programmiert ist, um die hierin beschriebenen Prozesse auszuführen. Der Speicher ist eingerichtet, um die Module zu speichern, und der Prozessor ist speziell eingerichtet, um die Module auszuführen, um einen oder mehrere Prozesse durchzuführen, die weiter unten beschrieben sind.
Weiterhin kann die Steuerlogik der vorliegenden Offenbarung als nicht-flüchtige computerlesbare Daten auf einem computerlesbaren Medium verkörpert sein, das ausführbare Programmanweisungen enthält, die von einem Prozessor, einer Steuervorrichtung/Steuereinheit (z.B. einem Controller) oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele für computerlesbare Medien umfassen ROM, RAM, Compact Disc (CD)-ROMs, Magnetbänder, Disketten, Flash-Laufwerke, Smartcards und optische Datenspeichervorrichtungen, sind aber nicht darauf beschränkt. Das computerlesbare Speichermedium kann auch in netzwerkgekoppelten Computersystemen verteilt sein, so dass das computerlesbare Medium auf verteilte Weise gespeichert und ausgeführt wird, z. B. durch einen Telematikserver oder ein Controller Area Network (CAN).
Die hierin verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll die Offenbarung nicht einschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen einschließen, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „umfassen“ und/oder „aufweisen“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „und/oder“ beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgelisteten Elemente.
Sofern nicht spezifisch angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, wird der Begriff „ungefähr“, wie er hier verwendet wird, als innerhalb eines Bereichs der normalen Toleranz im Stand der Technik verstanden, beispielsweise innerhalb von 2 Standardabweichungen des Mittelwerts. „Ungefähr“ kann als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des angegebenen Wertes verstanden werden. Sofern aus dem Kontext nicht anders ersichtlich, werden alle hierin bereitgestellten numerischen Werte durch den Begriff „ungefähr“ modifiziert.
Spezifische strukturelle und funktionale Beschreibungen von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, die in der vorliegenden Beschreibung oder Anmeldung offenbart sind, werden zum Zweck der Beschreibung von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht, und Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung können in verschiedenen Formen implementiert werden und sollten nicht als auf die in der vorliegenden Beschreibung und Anmeldung beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden. Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Wandler-Steuervorrichtung zum Begrenzen der Ausgabe; 2 und 3 sind Konfigurationsdiagramme einer Vorrichtung zum Steuern eines Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; 4 ist ein Diagramm, das Ergebnisse einer Anwendung der Vorrichtung zum Steuern eines Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung im Zeitverlauf zeigt; 5 ist ein Graph, der eine Kompensationssteuerung einer herkömmlichen Wandler-Steuervorrichtung und der Wandler-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bei einer Störung zeigt; und 6 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
1 ist ein Blockdiagramm einer herkömmlichen Wandler-Steuervorrichtung zum Begrenzen einer Ausgabe. Eine Wandler-Steuervorrichtung ist im Allgemeinen ein System (Kaskadensteuerung) zur Steuerung einer Mehrschichtschleife. Da insbesondere ein Wandler im Allgemeinen eine schnellere Induktorstromreaktion als die Lade-/Entladereaktion einer Batteriespannung aufweist, kann eine innere (untergeordnete) Schleife eine Stromsteuervorrichtung aufweisen und kann eine äußere (Haupt-)Schleife eine Spannungssteuervorrichtung aufweisen. Die Strom-Steuervorrichtung der inneren Schleife empfängt einen Fehler zwischen einem Stromreferenzwert I_{o_REF} und einem Induktorstrom I_L und gibt einen Tastgrad (engl.: „duty“) d basierend auf dem Fehler aus. Der Tastgrad d ist ein Wert T_on/T, der dadurch erhalten wird, dass eine Einschaltzeit Ton eines Schalters (Zeitdauer, während der der Schalter eingeschaltet ist) durch eine Schaltzeit T geteilt wird, wobei die Schaltzeit T gleich der Summe aus Einschaltzeit Ton des Schalters und Ausschaltzeit Toff des Schalters (Zeitdauer, während der der Schalter ausgeschaltet ist) ist. Danach wird der von der Stromsteuervorrichtung als Ergebniswert ausgegebene Tastgrad d durch eine Übertragungsfunktion $(\frac{V_{0} (z)}{d (z)}) :$
Wandler-Übertragungsfunktion (Ausgabespannung zu Tastgrad)) der äußeren Schleife und eine Übertragungsfunktion $(\frac{I_{L} (z)}{d (z)}) :$
Wandler-Übertragungsfunktion (Induktor-Ausgabestrom zu Einschaltzeit)) der inneren Schleife umgewandelt und in die innere Schleife und die äußere Schleife eingegeben als ein Induktor-Ausgabestrom I_L der inneren Schleife und eine Ausgabespannung V_o oder ein Ausgabestrom I_ο der äußeren Schleife.
Weiterhin empfängt die Spannungs-Steuervorrichtung der äußeren Schleife in 1 einen Fehler zwischen einem Spannungsreferenzwert V_o REF und der Ausgabespannung V_o und gibt den Stromreferenzwert I_o REF basierend auf dem Fehler aus. Insbesondere kann der Spannungsreferenzwert V_{o_REF} begrenzt werden, das heißt reduziert werden, indem ein Ausgabespannungsbegrenzungsreferenzwert V_{o_RMT_REF} mit einem negativen Wert durch eine Ausgabestrombegrenzungssteuervorrichtung empfangen wird. Der Ausgabespannungsbegrenzungsreferenzwert wird basierend auf einem Fehler zwischen dem Ausgabestrom I_ο und einem Ausgabestrombegrenzungsreferenzwert I_{o_RMT_REF} ausgegeben.
Auf diese Weise weist die Kaskadensteuerung von 1 eine schnelle Reaktion auf Störungen auf mittels zweier Steuerungen haben und kann somit schnelle Störungen innerhalb eines stabilen Bereichs steuern (z.B. regeln). Ferner kann die Kaskadensteuerung einen breiten Störungsbereich innerhalb eines stabilen Bereichs entsprechend einer hohen Störungsstabilität steuern (z.B. regeln), indem verhindert wird, dass eine Variation (Störung) in einem untergeordneten Steuerbetrag einen Hauptsteuerbetrag beeinflusst. Bei der Kaskadensteuerung wird jedoch ein Ausgabewert der inneren Schleife durch einen Eingabewert der äußeren Schleife angepasst und weist somit eine Abhängigkeit auf. Wenn dementsprechend ein Steuerband der äußeren Schleife, das in der Kaskadensteuerung abhängig eingestellt wird, und eine Resonanzfrequenz der inneren Schleife, die die Steuerung durchführt, nahe beieinander liegen, tritt eine gegenseitige Interferenz aufgrund von Resonanz dazwischen auf. Um dies zu verhindern, muss die innere Schleife mindestens fünf- bis zehnmal schneller reagieren als die äußere Schleife. Wenn jedoch das Steuerband der inneren Schleife der Kaskadensteuerung von 1 nach oben verschoben werden soll, ist das aufgrund der Abhängigkeit der Reaktion der inneren Schleife begrenzt. Dementsprechend ist es auch schwierig, das Steuerband der äußeren Schleife nach oben zu verschieben.
Daher ist eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Steuervorrichtung-Konfiguration zur Lösung eines solchen Problems. Mit anderen Worten betreibt eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen Wandler durch Ausgabewerte einer ersten Steuervorrichtung C1 und einer zweiten Steuervorrichtung C2, um der Abhängigkeit der Kaskade zu entkommen. Dementsprechend ist es möglich, eine für Steuerungszwecke geeignete Reaktionsgeschwindigkeit zu konzipieren, und somit wird ein Freiheitsgrad bei der Bandgestaltung durch eine Vorrichtung zum Steuern eines Wandlers der vorliegenden Ausführungsform verbessert.
2 und 3 sind Konfigurationsdiagramme, die eine Vorrichtung zum Steuern eines Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellen. Die Vorrichtung zum Steuern eines Wandlers mit einer ersten Ausgabevariable und einer zweiten Ausgabevariable, die durch einen Tastgrad eines Schaltelements eingestellt werden, gemäß der vorliegenden Offenbarung in 2 und 3 weist eine erste Steuervorrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen ersten Tastgrad basierend auf einem ersten Fehler zwischen einem vorbestimmten Begrenzungsreferenzwert, der ein Referenzwert ist, der die Größe der ersten Ausgabevariablen begrenzt, und einem Messwert der ersten Ausgabevariablen, gemessen an einer Last des Wandlers, zu erzeugen, eine zweite Steuervorrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen zweiten Tastgrad basierend auf einem zweiten Fehler zwischen einem vorbestimmten Referenzwert der zweiten Ausgabevariablen und einem Messwert der zweiten Ausgabevariable, gemessen an der Last des Wandlers, zu erzeugen, und eine Tastgradermittlungseinheit, die eingerichtet ist, um einen endgültigen Tastgrad des Schaltelements basierend auf dem ersten Tastgrad und dem zweiten Tastgrad abzuleiten, auf.
Ein Schaltbild im unteren Bereich von 2 ist ein Schaltbild eines Abwärtswandlers (engl. Buck-Converter), das die Verbindung (Verschaltung) eines Schaltelements (z. B. eines MOSFETs) mit einer Einschaltzeit d, einer Diode, einer Induktivität und eines Leiters zeigt. Insbesondere empfängt eine Wandler-Steuervorrichtung L gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die erste Ausgabevariable und die zweite Ausgabevariable umfassend einen Ausgabestrom I_o bzw. eine Ausgabespannung V_o, gemessen an einer Last R_o. Die erste Steuervorrichtung C1 kann eingerichtet sein, um den ersten Tastgrad basierend auf dem ersten Fehler zwischen dem vorbestimmten Begrenzungsreferenzwert und dem Messwert der ersten Ausgabevariable zu erzeugen. Die zweite Steuervorrichtung C2 kann eingerichtet sein, um den zweiten Tastgrad basierend auf dem zweiten Fehler zwischen dem vorbestimmten Referenzwert der zweiten Ausgabevariable und dem Messwert der zweiten Ausgabevariable zu erzeugen. Insbesondere ist der erste Tastgrad bzw. der zweite Tastgrad ein Wert T_on/T, der dadurch erhalten wird, dass eine Schaltereinschaltzeit Ton durch eine Schaltzeit T der ersten Ausgabevariable bzw. der zweiten Ausgabevariable geteilt wird, wobei die Schaltzeit T die Summe aus Schaltereinschaltzeit Ton und Schalterausschaltzeit Toff ist. Zusätzlich kann die Tastgradermittlungseinheit D eingerichtet sein, um einen endgültigen Tastgrad d_final des Schaltelements basierend auf dem ersten Tastgrad und dem zweiten Tastgrad abzuleiten. Dieser endgültige Tastgrad d_final ist ein endgültiger Tastgrad der ersten Ausgabevariable und/oder der zweiten Ausgabevariable und stellt schließlich die Ausgabe des Wandlers bei Eingabe der ersten Ausgabevariable/zweiten Ausgabevariable ein, die über Übertragungsfunktionen $\frac{V_{0} (s)}{d (s)}$
und $\frac{I_{L} (s)}{d (s)}$
übertragen werden. Ferner können die erste Steuervorrichtung C1 und die zweite Steuervorrichtung C2 eingerichtet sein, um die zuvor erwähnte Steuerung wiederholt durchzuführen.
3 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Wandler-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Insbesondere ist die in 3 gezeigte Ausführungsform eine Wandler-Steuervorrichtung mit einem Ausgabestrom und einer Ausgabespannung als die erste Ausgabevariable und die zweite Ausgabevariable. In 3 sind Blöcke, die zu der ersten Steuervorrichtung C1, der zweiten Steuervorrichtung C2 und der Tastgradermittlungseinheit D der vorliegenden Ausführungsform korrespondieren, durch gestrichelte Linien unterteilt. Die erste Steuervorrichtung C1 kann dazu eingerichtet sein, einen Ausgabestrombegrenzung-Steuervorrichtung-Ausgabetastgrad d_cur_LMT, der ein erster Tastgrad ist, basierend auf einem Fehler zwischen einem Induktor-Ausgabestrom I_L, der durch einen endgültigen Tastgrad d_final und einem Begrenzungsreferenzwert I_{0_LMT_REF} der ersten Ausgabevariablen angepasst wird, zu erzeugen. Die zweite Steuervorrichtung C2 kann eingerichtet sein, um einen Ausgabespannung-Steuervorrichtung-Ausgabetastgrad d_vc, der ein zweiter Tastgrad ist, basierend auf einem Fehler zwischen einer Ausgabespannung V_o, die durch den endgültigen Tastgrad d_final gesteuert wird, und einem Spannungsreferenzwert V_{o_REF} zu erzeugen. Die Tastgradermittlungseinheit D kann eingerichtet sein, um den endgültigen Tastgrad d_final eines Schaltelements, der ein Minimalwert ist, basierend auf dem ersten Tastgrad und dem zweiten Tastgrad abzuleiten. Der endgültige Tastgrad d_final wird auf den Induktorstrom I_L als der Ausgabestrom, der die erste Ausgabevariable ist, oder als die Ausgabespannung V_o, die die zweite Ausgabevariable ist, durch eine Übertragungsfunktion $\frac{V_{0} (s)}{d (s)}$
oder $\frac{I_{L} (s)}{d (s)}$
des ersten Tastgrads (oder des zweiten Tastgrads) rückgekoppelt.
Wie oben beschrieben, kann in der Wandler-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung der erste/zweite Tastgrad basierend auf dem Fehler zwischen der ersten/zweiten Ausgabevariable und dem (Begrenzungs-)Referenzwert unabhängig voneinander abgeleitet werden. Dementsprechend existiert die Abhängigkeit zwischen einer äußeren Schleife und einer inneren Schleife bezogen auf die Steuerungsreaktion nicht anders als bei der Wandler-Steuervorrichtung von 1. Daher kann, selbst wenn eine Resonanzfrequenz und ein Steuerband nahe beieinander liegen, die Wandler-Steuervorrichtung der in 2 gezeigten Ausführungsform ein Steuerband frei nach oben verschieben, um eine gegenseitige Interferenz zu vermeiden. Dementsprechend verbessert die vorliegende Ausführungsform das Einschwingverhalten (engl.: Transient Response Performance) und verhindert eine abrupte Laständerung oder die Erzeugung von Überstrom im Voraus, um die Systemstabilität zu verbessern.
Weiterhin kann die Wandler-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen Betriebsumfang und eine Betriebszeit der Steuerung reduzieren, so dass eine Betriebsgeschwindigkeit erhöht werden kann. Eine herkömmliche Kaskadensteuerung erfordert mindestens drei Schritte des Durchlaufens der Ausgabestrombegrenzung-Steuervorrichtung, der Spannung-Steuervorrichtung und der Strom-Steuervorrichtung, um den endgültigen Tastgrad d_final abzuleiten. Ferner enthält die herkömmliche Kaskadensteuerung aufgrund der Abhängigkeit drei Standby-Zeiten zum Warten auf Ausgabewerte der drei Schritte. Andererseits können in der vorliegenden Ausführungsform die erste Ausgabevariable und/oder die zweite Ausgabevariable durch den endgültigen Tastgrad angepasst werden, der basierend auf dem ersten Tastgrad /zweiten Tastgrad abgeleitet wird. Mit anderen Worten: es werden in der vorliegenden Ausführungsform nur Operationen von zwei Schritten wiederholt durchgeführt. Weiterhin erfordert die vorliegende Ausführungsform aufgrund der Unabhängigkeit keine zwei Standby-Zeiten zum Warten auf Ausgabewerte der beiden Schritte. Dementsprechend reduziert die vorliegende Ausführungsform einen Betriebsumfang und eine Standby-Zeit der Steuerung, so dass eine Betriebsgeschwindigkeit erhöht wird. Dies verringert eine Lastrate einer Mikrosteuervorrichtung (Microcontroller), welche die endgültige Steuerung durchführt.
Obwohl ein Abwärtswandler (Buck-Converter) in 2 als Wandler veranschaulicht ist, kann der Wandler, der eine Vorrichtung zum Umwandeln von Energie ist, einen AC-DC-Wandler, einen DC-DC-Wandler, einen DC-AC-Wandler und einen AC-AC-Wandler aufweisen, gemäß dem Energietyp vor und nach der Umwandlung. Weiterhin kann der Wandler einen Aufwärtswandler (engl.: Boost-Converter), einen Abwärts-/Aufwärtswandler (Buck-Boost-Converter), einen Vollbrückenwandler, einen Halbbrückenwandler, einen Gegentaktwandler (engl.: Push-Pull-Converter), einen Booster-Halbbrückenwandler oder eine Kombination davon als Energie-Wandler-Vorrichtung aufweisen. Weiterhin können die erste und zweite Steuervorrichtung C1 und C2, welche den ersten Tastgrad und den zweiten Tastgrad basierend auf dem ersten Fehler und dem zweiten Fehler erzeugen, eingerichtet sein, um eine grundlegende Steuerung durchzuführen, wie beispielsweise PD-Steuerung und PID-Steuerung, PI-D-Steuerung und PI-PD-Steuerung als Steuerung mit zwei Freiheitsgraden, bei der unterschiedliche Steuervorrichtungen auf einem Vorwärtspfad (Feedforward-Pfad) und einem Rückkopplungspfad (Feedback-Pfad), eine Nacheilungskompensationssteuerung, eine Voreilungsverzögerungs-Kompensationssteuerung und eine Reihenkombination oder Parallelkombination davon vorgesehen sind, durchführen. Dementsprechend können die erste und zweite Steuervorrichtung in einem daraus ausgewählten Steuerschema gemäß der Eigenschaft, Stabilität, Betriebsumfang und Betriebsgeschwindigkeit eines Steuerziels entworfen werden.
Weiterhin können die Anzahl der vorbestimmten Begrenzungsreferenzwerte, die Referenzwerte sind, welche die Größe der ersten Ausgabevariable begrenzen, und die Anzahl der vorbestimmten Referenzwerte der zweiten Ausgabevariable eins oder mehr sein. Wenn es eine Vielzahl von Begrenzungsreferenzwerten und Referenzwerten gibt, kann ein Kriterium zum Umschalten zwischen den Referenzwerten von Parametern abhängen, die gemäß der Verwendung des Wandlers akkumuliert sind und erhöht oder verringert werden, wie beispielsweise ein Wandler (zeitgemittelter)-Ausgabewert für eine bestimmte Zeit. Die Parameter können eine (zeitgemittelte) Ausgabe des Wandlers, eine Wandler-Eingabespannung V_I, eine Wandler-Ausgabespannung V_o, eine Temperaturschwankung gemäß der Ausgabe des Wandlers und eine Eingabe-/Ausgabespannung V_I, die mit einem Punkt maximalen Wirkungsgrades des Wandlers übereinstimmt (übereinstimmen), aufweisen. Mit anderen Worten, wenn die durchschnittliche Ausgabe des Wandlers ansteigt, so dass sie Referenzwerte wie beispielsweise eine erste Ausgabe, eine zweite Ausgabe und eine dritte Ausgabe überschreitet, kann die Ausgabe des Wandlers durch ein Verfahren zum Einführen eines unteren Begrenzungsreferenzwertes oder Referenzwertes begrenzt werden.
Insbesondere sind die erste Ausgabevariable und die zweite Ausgabevariable Variablen (Größen), die mit zunehmender Ausgabe des Wandlers ansteigen. Die erste/zweite Ausgabevariable kann eines sein von einem Ausgabewert, dem Ausgabestrom I_ο, beispielsweise dem Induktorstrom I_L, oder der Ausgabespannung V_o. Ferner kann die erste/zweite Ausgabevariable ein Wert sein, der als Kombination der oben genannten drei Variablen oder ein Gewicht abgeleitet ist. Das Gewicht kann basierend auf einem Wirkungsgrad gemäß der Ausgabespannung V_o und dem Ausgabestrom I_ο oder einem Leistungsfaktor, der ein Kosinus-Wert einer Phasendifferenz ist, berechnet werden. Weiterhin kann die erste/zweite Ausgabevariable eine Temperaturschwankung im Wandler oder eine Entlademenge einer parallel zum Wandler geschalteten Batterie sein, die mit zunehmender Leistung des Wandlers ansteigt. Der endgültige Tastgrad d_final ist ein Wert, der durch Dividieren der Schaltereinschaltzeit Ton durch die Schaltzeit T erhalten wird und kann durch Einstellen der Schaltereinschaltzeit Ton oder der Schaltzeit T abgeleitet werden. Im ersteren Fall wird die Breite eines Schaltsignals gesteuert und eine Schaltfrequenz ist in der entsprechenden Ausführungsform konstant, und somit kann Schaltrauschen vorhergesagt werden und die Filterverarbeitung wird erleichtert. Im letzteren Fall wird die Frequenz des Schaltsignals moduliert und der Schaltverlust kann reduziert werden, wenn ein Lastbetrag des Wandlers in der entsprechenden Ausführungsform klein ist.
Die Tastgradermittlungseinheit D der Wandler-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann eingerichtet sein, um den kleineren Wert von dem ersten Tastgrad und dem zweiten Tastgrad als den endgültigen Tastgrad d_final abzuleiten. 4 ist ein Diagramm, das Ergebnisse der Anwendung der Wandler-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung im Zeitverlauf zeigt. 5 ist ein Diagramm, das eine Kompensationssteuerung einer herkömmlichen Wandler-Steuervorrichtung und der Wandler-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bei einer Störung zeigt. Als eine weitere Ausführungsform kann die Tastgradermittlungseinheit eingerichtet sein, um einen repräsentativen Wert zwischen dem ersten Tastgrad und dem zweiten Tastgrad als den endgültigen Tastgrad abzuleiten. Mit anderen Worten, die vorliegende Ausführungsform kann einen optimalen endgültigen Tastgrad ableiten, indem der erste Tastgrad oder der zweite Tastgrad ausgewählt wird oder der erste Tastgrad und der zweite Tastgrad kombiniert werden.
4 ist ein Diagramm, das Ergebnisse der Anwendung der Wandler-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung im Zeitverlauf zeigt. Insbesondere ist 4 ein Diagramm, das die Korrelation von Wandler-Ausgaben zeigt, die durch Implementieren einer Steuervorrichtung unter Verwendung von C-Code und Ausführen der Steuervorrichtung getestet wurden. In 4 wird die erste Ausgabevariable auf den Ausgabestrom I_ο gesetzt und die zweite Ausgabevariable wird auf die Ausgabespannung V_o gesetzt. Weiterhin wird ein Ausgabespannung-Steuervorrichtung-Ausgabetastgrad d_vc in einer ersten Stufe und ein Ausgabestrombegrenzung-Steuervorrichtung-Ausgabetastgrad d_cur_LMT, der niedriger als der Ausgabespannung-Steuervorrichtung-Ausgabetastgrad d_vc ist und in einer dritten Stufe stufenweise abnimmt, als Tastgrade in einer Ausführungsform von 4 eingestellt. Die Tastgradermittlungseinheit D kann eingerichtet sein, um einen Minimalwert des ersten/zweiten Tastgrades als den endgültigen Tastgrad d_final abzuleiten.
Als Ergebnis kann in einer ersten Periode, in der die Ausgabespannungssteuervorrichtung die Steuerung in 4 ausführt, die Ausgabespannung, die zu der zweiten Ausgabevariable korrespondiert, durch den Ausgabespannung-Steuervorrichtung-Ausgabetastgrad d_vc, der ein minimaler Wert zwischen (z.B. von) den zwei Tastgraden ist, eingestellt werden. In einer zweiten Periode bis vierten Periode kann der Ausgabestrom, der zu der ersten Ausgabevariable korrespondiert, durch den Ausgabestrombegrenzung-Steuervorrichtung-Ausgabetastgrad d_cur_LMT, der ein Minimalwert zwischen (z.B. von) den beiden Tastgraden ist, eingestellt werden. Danach tritt die Steuerung in einen der Ausgabestrombegrenzungsmodi 1, 2 und 3 gemäß voreingestellten Ausgabebegrenzungsbedingungen ein. Insbesondere wird ein Parameter, der gemäß einem an den Ausgabeanschluss des Wandlers angelegten Ausgabebetrag akkumuliert wird, auf eine Ausgabebegrenzungsbedingung eingestellt, und der Ausgabestrombegrenzung-Steuervorrichtung-Ausgabetastgrad d_cur_LMT wird stufenweise reduziert, wann immer der Parameter einen bestimmten Wert oder mehr in 4 annimmt.
Dementsprechend kann die Wandler-Ausgabe so betrieben werden, dass der Ausgabestrombegrenzung-Steuervorrichtung-Ausgabetastgrad d_cur_LMT entsprechend dem Wandler-Ausgabebetrags für eine bestimmte Zeit abnimmt, welcher ein Minimalwert zwischen (z.B. von) dem Ausgabestrombegrenzung-Steuervorrichtung-Ausgabetastgrad d_cur_LMT und dedemr Ausgabespannung-Steuervorrichtung-Ausgabetastgrad d_vc in 4 ist. Folglich nimmt der Ausgabestrom I_ο, der durch den Ausgabestrombegrenzung-Steuervorrichtung-Ausgabetastgrad d_cur_LMT gesteuert wird, stufenweise ab gemäß einem spezifischen Ausgabebetrag, während in die Ausgabestrombegrenzungsmodi 1, 2 und 3 eingetreten wird.
Weiterhin kann an den Ausgabeanschluss des Wandlers in 4 zusätzlich zu einer Last R_o eine Batterie parallel angeschlossen sein. Dementsprechend kann, wenn die Wandler-Steuervorrichtung L in einen der Ausgabestrombegrenzungsmodi 1, 2 und 3 eintritt, die Wandler-Steuervorrichtung L eingerichtet sein, um einen Ausgabestrom korrespondierend zu einem spezifischen Prozentsatz einer erforderlichen Last auszugeben, und die Batterie kann eingerichtet sein, einen dem verbleibenden Prozentsatz entsprechenden Ausgabestrom auszugeben. Wenn beispielsweise ein Strom, der etwa 80% einer erforderlichen Last des Systems entspricht, im Ausgabestrombegrenzungsmodus 1 begrenzt wird, gibt die Batterie einen Strom aus, der etwa 20% entspricht. Dementsprechend nimmt die Ausgabespannung V_o des Ausgabeanschlusses des Wandlers ab, da sich die Batterie in den Ausgabestrombegrenzungsmodi 1, 2 und 3 in 4 in einem entladenen Zustand befindet.
Die Tastgradermittlungseinheit D der Wandler-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann eingerichtet sein, um den kleineren Wert von dem ersten Tastgrad und dem zweiten Tastgrad als den endgültigen Tastgrad d_final abzuleiten (mit anderen Worten kann der endgültige Tastgrad der kleinere der beiden Tastgrade (erster Tastgrad und zweiter Tastgrad) sein). 5 ist ein Diagramm, das eine Kompensationssteuerung einer herkömmlichen Wandler-Steuervorrichtung und der Wandler-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bei einer Störung zeigt. 5 zeigt die Steuerung einer Ausgabespannung V_o innerhalb eines stabilisierten Bereichs in Reaktion auf eine Störung eines Ausgabestroms einer Last, d. h. ein schneller Anstieg in einem Ausgabestrom I_ο im Vergleich zu der herkömmlichen Wandler-Steuervorrichtung auf der linken Seite, wenn der gleiche Ausgabewert unter der gleichen Eingabespannung V_I erhöht wird. Eine Abstufung beträgt 2 V auf der linken Seite und 1 V auf der rechten Seite in 5, und die Diagramme auf beiden Seiten zeigen, wie schnell Ausgabespannungen mit stabilisierter Variation in einem Zustand, in dem der gleiche Ausgabewert erhöht wurde, ausgegeben werden. Im Unterschied zur herkömmlichen Wandler-Steuervorrichtung links in 5 kann eine stabilisierte Kompensationssteuerung (innerhalb von 1,5 V) in der Wandler-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bestätigt werden.
Wie oben beschrieben, kann die Tastgradermittlungseinheit D der Wandler-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eingerichtet sein, um einen Minimalwert zwischen (z.B. von) dem ersten und zweiten Tastgrad als den endgültigen Tastgrad d_final abzuleiten, so dass es möglich ist, dass nur dann, wenn Ausgabebegrenzung erforderlich ist, ein Ausgabebegrenzungsmodus ausgeführt wird. Weiterhin kann die vorliegende Ausführungsform, wenn eine Ausgabebegrenzung erforderlich ist, einen Grad der Ausgabebegrenzung in Stufen verstärken, indem eine Vielzahl vorbestimmter unterer Ausgabestrombegrenzung-Steuervorrichtung-Ausgabetastgraden d_cur_LMT eingestellt werden. Wenn andererseits keine Ausgabebegrenzung erforderlich ist, kann die vorliegende Ausführungsform einen Ausgabebegrenzungsgrad verringern durch Einstellen eines einzelnen vorbestimmten höheren Ausgabespannung-Steuervorrichtung-Ausgabetastgrades d_vc, wie in 4 gezeigt ist, oder einer Vielzahl von vorbestimmten höheren Ausgabespannung-Steuervorrichtung-Ausgabetastgraden d_vc. Dementsprechend kann die Wandler-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen Grad der Ausgabebegrenzung flexibel gestalten und selektiv nur eine gewünschte Ausgabevariable (die erste Ausgabevariable oder die zweite Ausgabevariable) durch Ableiten eines Minimalwerts begrenzen. Dementsprechend kann die vorliegende Ausführungsform einen Betriebsumfang der Steuerung (anders ausgedrückt, einen Umfang des Steuerungsbetriebs) reduzieren und den Wandler stabil und schnell steuern.
Als eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Tastgradermittlungseinheit D eingerichtet sein, um einen repräsentativen Wert zwischen dem ersten Tastgrad und dem zweiten Tastgrad als den endgültigen Tastgrad d final abzuleiten. Insbesondere ist der repräsentative Wert ein Wert, der einen bestimmten Datensatz repräsentiert. In einer parallelen Beziehung zwischen der ersten Steuervorrichtung C1 und der zweiten Steuervorrichtung C2 kann die Anzahl an inneren Schleifen jeder Steuervorrichtung eins oder mehr betragen. Dementsprechend kann die Anzahl an ersten Tastgraden und zweiten Tastgraden jeweils eins oder mehr betragen. Daher kann die Auswahl eines Minimalwerts zwischen (z.B. von) dem ersten Tastgrad und dem zweiten Tastgrad als der endgültige Tastgrad d_final in der oben beschriebenen Ausführungsform im Ergebnis die Begrenzung aller Schleifen der ersten Steuervorrichtung C1 oder aller Schleifen der zweiten Steuervorrichtung C2 auf einen minimalen Tastgrad und das Auswählen nur einer Schleife bedeuten. Dies ist nicht wünschenswert, da in einem Steuerungssystem, in dem eine Vielzahl erster Tastgrade und zweiter Tastgrade durch eine Vielzahl von Schleifen abgeleitet werden, kein optimaler Steuerwert abgeleitet werden kann und eine Vielzahl von Schleifen nicht ausgewählt werden können. Dementsprechend kann eine Wandler-Steuervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die einen repräsentativen Wert ableitet, der einen Tastgrad, der als ein endgültiger Tastgrad eingestellt ist, repräsentiert, ein Steuerungssystem bereitstellen, das für ein Multisystem optimiert ist, in dem eine Vielzahl von Ausgabewerten durch eine Vielzahl von Steuerungsvariablen abgeleitet werden und rückgekoppelt werden.
Insbesondere kann ein repräsentativer Wert ein Mittelwert, ein Median, ein Modus oder ein Perzentil sein. Ein Mittelwert kann ein Potenzmittelwert $M (k) = {(\frac{1}{n} Σ a_{l}^{k})}^{\frac{1}{k}},$
ein arithmetisches Mittel (k=1), das durch Addieren aller n Variablen gemäß der Datenform und Dividieren des Ergebnisses durch die Anzahl erhalten wird, ein geometrisches Mittel (k=0), das eine n-te Quadratwurzel eines Produkts von n Variablen ist, oder ein harmonisches Mittel (k=-1), das ein Kehrwert eines arithmetischen Mittels der Kehrwerte von n Variablen ist, sein. Ein arithmetischer Mittelwert kann ein Populationsmittelwert, ein Stichprobenmittelwert, der ein Mittelwert von Stichprobendaten ist, oder ein gewichteter Mittelwert, der durch Multiplizieren einzelner Werte mit einer Gewichtung berechnet wird, sein.
Ein Median ist ein Wert, der in der Mitte der nach Größe angeordneten Variablen ist, ein Modus ist ein Wert mit der höchsten Häufigkeit, und ein Perzentil ist ein Wert einer bestimmten Position, der in Prozent unter den nach Größe angeordneten Variablen angegeben ist. Zum Beispiel ist das 20-Perzentil von 100 ersten Tastgraden und zweiten Tastgraden der zwanzigstkleinste Wert der 100 Werte. Wenn n Variablen 0 enthalten, kann weiterhin ein Mittelwert einschließlich eines geometrischen Mittelwerts außer 0 berechnet werden. Ein Mittelwert einschließlich eines arithmetischen Mittelwerts kann einen Ausreißer unter n Variablen ausschließen. Insbesondere kann der Ausreißer ein höchster Punkt, ein tiefster Punkt oder ein Wert innerhalb eines bestimmten Bereichs (z. B. 10%) beider Extreme sein.
Ein arithmetisches Mittel, das zu einem endgültigen Tastgrad korrespondiert, der von der Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung abgeleitet wird, kann eine Tendenz des Tastgrads darstellen, ein geometrisches Mittel, das zu dem endgültigen Tastgrad korrespondiert, kann ein Mittel von zeitlich aufeinanderfolgenden Tastgraden darstellen, und ein harmonischer Mittelwert, der zu dem endgültigen Tastgrad korrespondiert, kann den gleichen Anteil von Abtastungen unter aufeinanderfolgenden Raten (z.B. Tastgraden) darstellen (z. B. ein mittlerer Tastgrad in mehreren Wandlern).
In 2 und 3, die Konfigurationen der Wandler-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigen, kann die erste Ausgabevariable ein Ausgabestrom sein und kann die zweite Ausgabevariable eine Ausgabespannung sein. Mit anderen Worten, die vorliegende Ausführungsform leitet den endgültigen Tastgrad d final basierend auf dem Ausgabestrombegrenzung-Steuervorrichtung-Ausgabetastgrad d_cur_LMT und dem Ausgabespannung-Steuervorrichtung-Ausgabetastgrad d_vc des Wandlers ab.
Der Wandler kann eingerichtet sein, um einen Ausgabespannungstyp für eine Eingabespannung umzuwandeln oder den Pegel der Ausgabespannung zu erhöhen oder zu verringern, und die Ausgabespannung kann basierend auf einer Vorrichtung festgelegt werden, die der Wandler zu betreiben beabsichtigt. Um die Ausgabe des Wandlers zu begrenzen, ist es daher wünschenswert, dass die Wandler-Steuervorrichtung den Ausgabestrom des Wandlers begrenzt. Dementsprechend kann die Wandler-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eingerichtet sein, um zu bewirken, dass die erste Steuervorrichtung C1, die eine Steuerung durch einen Begrenzungsreferenzwert durchführt, den Ausgabestrom begrenzt, um stabil Energie einer Vorrichtung zuzuführen, die der Wandler zu betreiben beabsichtigt, und um mit einer sich schnell ändernden Belastung zurechtzukommen. Daher kann die vorliegende Ausführungsform die Vorrichtung stabil ein-/ausschalten, während gleichzeitig eine Verschlechterung der Dauer und Performance der Vorrichtung verhindert wird.
In 2 und 3, welche Konfigurationen der Wandler-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigen, kann der Begrenzungsreferenzwert abnehmen, wenn der Messwert der ersten Ausgabevariable oder der Messwert der zweiten Ausgabevariable, gemessen an der Last des Wandlers, zunimmt oder die Temperatur des Wandlers zunimmt. Ferner kann der Begrenzungsreferenzwert abnehmen, wenn eine Entlademenge der Batterie zunimmt. Mit anderen Worten, der Begrenzungsreferenzwert der vorliegenden Ausführungsform kann gemäß Parametern, die mit der Last des Wandlers in Zusammenhang stehen, weiter begrenzt werden.
Der Begrenzungsreferenzwert ist ein Referenzwert in einem Prozess, bei dem die erste Steuervorrichtung C1 den ersten Tastgrad basierend auf dem ersten Fehler erzeugt. Dies ist ein Ausgabebegrenzungswert zur Bewältigung der sich schnell ändernden Last des Wandlers. Insbesondere ist es auch möglich, mit der Last des Wandlers zurechtzukommen mittels Messwerten der ersten Ausgabevariable und der zweiten Ausgabevariable des Wandlers, oder der Temperatur oder der Wärmemenge des Wandlers, die mit Ansteigen der ersten Ausgabevariable und/oder der zweiten Ausgabevariable ansteigt. Dementsprechend kann die Wandler-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Ausgabebegrenzungsstufe basierend auf einem Lastgrad anheben, indem der Begrenzungsreferenzwert verringert wird, wenn ein Messwert der ersten Ausgabevariable oder ein Messwert der zweiten Ausgabevariable, der als Reaktion auf die Last des Wandlers für eine bestimmte Zeit erzeugt wird, ansteigt.
Weiterhin kann, wenn eine Batterie parallel zum Wandler geschaltet ist und somit der Wandler die Ausgabe der Last zusammen mit der Batterie bewältigt, die Batterie einen Teil der Last des Wandlers bewältigen. Ferner kann ein Teil der Ausgabe (z.B. der Ausgangsleistung) des Wandlers verwendet werden, um die Batterie zu laden. Dementsprechend kann ein Grad der Last durch die Entlademenge der Batterie ermittelt werden. Insbesondere kann ein Teil der Last durch die Batterie angetrieben werden, um die Kraftstoffeffizienz einer Brennstoffzelle der Fahrmobilität oder einer mit der Batterie verbundenen Vorrichtung, eines Energiegenerators, wie beispielsweise eines Verbrennungsmotors, oder einer Antriebsvorrichtung zu verbessern oder eine Verschlechterung ihrer Lebensdauer zu verhindern. Insbesondere muss die Batterie eine minimale Lademenge aufweisen, um die Last zu bewältigen. Dann muss die Ausgabe des zum Laden der Batterie dienenden Wandlers weiter begrenzt werden. Dementsprechend kann die Wandler-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Ausgabebegrenzungsstufe gemäß einem Lastgrad in einem System anheben, das einen Begrenzungsreferenzwert als die Entlademenge einer Batterie reduziert, so dass die Batterie und ein Wandler gemeinsam Ausgaben (z.B. Leistungen) erzeugen.
In 2 und 3, welche Konfigurationen der Wandler-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigen, kann die erste Steuervorrichtung C1 Wirkungsgraddaten bezüglich einer Beziehung zwischen der zweiten Ausgabevariable und dem Wirkungsgrad aufweisen, und der Begrenzungsreferenzwert kann die erste Ausgabevariable sein, die mit der zweiten Ausgabevariable gemäß einem Punkt maximalen Wirkungsgrades übereinstimmt. Mit anderen Worten, wenn die Wandler-Steuervorrichtung in einen Ausgabebegrenzungsmodus eintritt, kann die Wandler-Steuervorrichtung eingerichtet sein, den Wandler so zu betreiben, dass sich die Wandler-Ausgabe einer Ausgabe am Punkt maximalen Wirkungsgrades annähert.
Die Ausgabe (z.B. Leistung) des Wandlers kann im Allgemeinen basierend auf einer erforderlichen Last eines Fahrzeugs (Lastfolge) betrieben werden. Im Fall einer Ausgabebegrenzung, d. h. wenn die erste Ausgabevariable oder die erste Steuervorrichtung C1 auf einen voreingestellten Wert gemäß dem endgültigen Tastgrad d_final des Schaltelements begrenzt wird, kann der Wandler jedoch eingerichtet sein, um die zweite Ausgabevariable beliebig anzupassen, um die Ausgabeeffizienz zu maximieren. Insbesondere wenn die erste Ausgabevariable der Ausgabestrom und die zweite Ausgabevariable die Ausgabespannung ist, kann die Wandler-Steuervorrichtung Wirkungsgraddaten über eine Beziehung mit einem Wirkungsgrad in einer Beziehung zwischen einem Produkt eines Ausgabestroms und einer Ausgabespannung und einer Eingabespannung in einem Ausgabestrom-Ausgabespannungs-Diagramm aufweisen. Insbesondere kann ein Ausgabestrom, der zu einer Ausgabespannung korrespondiert gemäß dem Punkt maximalen Wirkungsgrades, auf einen Begrenzungsreferenzwert eingestellt werden. Folglich erhöht die vorliegende Ausführungsform eine hocheffiziente Betriebszeit des Wandlers in einem Ausgabebegrenzungszustand. Die Konstantstrom-Steuerung der Wandler-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann eine Vorrichtung und ein System stabilisieren, an die Leistung von dem Wandler ausgegeben wird, den Schutz des Wandlers verstärken und bewirken, dass das entsprechende System effizient arbeitet.
Insbesondere kann der Wirkungsgrad ein Verhältnis von Ausgangsleistung zu Eingangsleistung sein. Der Wirkungsgrad variiert entsprechend einem Ausgabestrom, der für eine Ausgabespannung geeignet ist, in Übereinstimmung mit den Charakteristiken jeder durch den Wandler angesteuerten Vorrichtung. Wenn der Wandler dementsprechend zusammen mit einer Batterie eine von einem System benötigte Ausgabe bereitstellt, kann der Wandler, falls die Ausgabe (z.B. Leistung) und die Lademenge der Batterie unzureichend oder ausreichend sind, so betrieben werden, dass die Ausgabe den Punkt des maximalen Wirkungsgrads erreicht. Weiterhin kann eine Leistungsumwandlung einschließlich einer AC-Leistungsverteilung einen Leistungsfaktor als Wirkungsgrad aufweisen. Der Leistungsfaktor ist ein Verhältnis der Wirkleistung, für die eine Last verwendet wird, zur Scheinleistung, die eine AC-Übertragungsleistung ist. Eine Phasenabweichung gemäß einer kapazitiven Last oder einer induktiven Last verursacht die Erzeugung eines großen Übergangsstroms einschließlich einer Hochfrequenz- oder Niederfrequenzkomponente, und wenn ein Ausgabestrom mit dem gleichen Spitzenwert beibehalten wird, ist eine höhere Eingangsleistung erforderlich. Dementsprechend hat ein Leistungswandler mit einem niedrigen Leistungsfaktor einen geringen Wirkungsgrad. Daher umfasst der Wirkungsgrad einen Wirkungsgrad einer quantitativen Energie und einen Leistungsfaktor einer qualitativen Energie. Dies kann von einer Steuerung einer Leistungsfaktorkorrektur (PFC) Vorrichtung begleitet werden.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Das Verfahren zum Steuern eines Wandlers mit einer ersten Ausgabevariable und einer zweiten Ausgabevariable, die durch einen Tastgrad eines Schaltelements angepasst werden, gemäß der vorliegenden Offenbarung kann aufweisen: einen Schritt S100, in dem eine erste Steuervorrichtung einen ersten Tastgrad erzeugt basierend auf einem ersten Fehler zwischen einem vorbestimmten Begrenzungsreferenzwert, der ein Referenzwert ist, der die Größe der ersten Ausgabevariable begrenzt, und einem Messwert der ersten Ausgabevariable, der an einer Last des Wandlers gemessen wird; einen Schritt S200, in dem eine zweite Steuervorrichtung einen zweiten Tastgrad basierend auf einem zweiten Fehler zwischen einem vorbestimmten Referenzwert der zweiten Ausgabevariable und einem Messwert der zweiten Ausgabevariable, der an der Last des Wandlers gemessen wird, erzeugt; und einen Schritt S300, in dem eine Tastgradermittlungseinheit einen endgültigen Tastgrad des Schaltelements ableitet basierend auf dem ersten Tastgrad und dem zweiten Tastgrad.
Bei dem Wandler-Steuerverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, das in 6 gezeigt ist, kann die erste Steuervorrichtung eingerichtet sein, um den ersten Tastgrad basierend auf dem ersten Fehler zwischen dem vorbestimmten Begrenzungsreferenzwert, der ein Referenzwert ist, der die Größe der ersten Ausgabevariablen begrenzt, und dem Messwert der ersten Ausgabevariablen, gemessen an der Last des Wandlers (S100), zu erzeugen. Insbesondere kann die Anzahl der Begrenzungsreferenzwerte eins oder mehr betragen. Ferner kann die erste Steuervorrichtung, die eingerichtet ist, um den ersten Tastgrad zu erzeugen, eingerichtet sein, um eine beliebige grundlegende Steuerung auszuführen, wie beispielsweise P-Steuerung, PI-Steuerung, PD-Steuerung, PID-Steuerung, Voreilungskompensation, Nacheilungskompensation und Voreilungsverzögerungskompensation, zwei Freiheitsgrade-Steuerung, und Serienkompensation oder Parallelkompensation davon.
Als nächster Schritt kann die zweite Steuervorrichtung eingerichtet sein, um den zweiten Tastgrad basierend auf dem zweiten Fehler zwischen dem vorbestimmten Referenzwert der zweiten Ausgabevariable und dem Messwert der zweiten Ausgabevariable, gemessen an der Last des Wandlers, zu erzeugen (S200). Die Anzahl der Referenzwerte kann, wie oben beschrieben, eins oder mehr betragen. Wenn mehrere Referenzwerte bereitgestellt werden, kann das Kriterium dafür von den oben erwähnten Parametern abhängen, und die zweite Steuervorrichtung kann eingerichtet sein, um eines der oben erwähnten Steuerschemata auszuführen.
Als nächster Schritt kann die Tastgradermittlungseinheit eingerichtet sein, um den endgültigen Tastgrad des Schaltelements basierend auf dem ersten Tastgrad und dem zweiten Tastgrad abzuleiten (S300). Insbesondere ist der endgültige Tastgrad d_final ein Wert, der durch Teilen einer Schaltereinschaltzeit Ton durch eine Schaltzeit T erhalten wird und durch Einstellen der Schaltereinschaltzeit Ton oder der Schaltzeit T abgeleitet werden kann. Dann kann die erste Ausgabevariable oder die zweite Ausgabevariable gemäß dem endgültigen Tastgrad angepasst werden (S400). Alternativ können die erste Ausgabevariable und die zweite Ausgabevariable gemäß dem endgültigen Tastgrad angepasst werden. Schließlich kann überprüft werden, ob der Betrieb des Wandlers endet und die Steuerung des Wandlers abgeschlossen ist (S500).
Das Wandler-Steuerverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, das in 6 gezeigt ist, erzeugt den ersten Tastgrad basierend auf dem ersten Fehler des Begrenzungsreferenzwertes und erzeugt dann den zweiten Tastgrad basierend auf dem zweiten Fehler des Referenzwerts. Dementsprechend erhöht die vorliegende Ausführungsform eine Betriebsgeschwindigkeit gemäß der Konsistenz der Algorithmussequenz. Darüber hinaus kann es gemäß dem Wandler-Steuerungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung möglich sein, der Abhängigkeit der herkömmlichen Kaskadensteuerung zu entkommen, indem der Wandler unter Verwendung von Ausgabewerten des ersten Tastgrads in der ersten Steuervorrichtung und des zweiten Tastgrads in der zweiten Steuervorrichtung betrieben wird. Wenn eine Resonanzfrequenz und ein Steuerband nahe beieinander liegen, kann es dementsprechend gemäß dem in 6 gezeigten Wandler-Steuerverfahren möglich sein, das Steuerband frei nach oben zu verschieben, um eine gegenseitige Störung zu vermeiden. Daher verbessert das Wandler-Steuerverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Einschwingverhalten und verhindert eine abrupte Laständerung oder die Erzeugung von Überstrom im Voraus, um die Systemstabilität zu verbessern.
In 6, das ein Ablaufdiagramm des Wandler-Steuerverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, kann in Schritt S300 des Ableitens des endgültigen Tastgrads des Schaltelements der kleinere Wert von dem ersten Tastgrad und dem zweiten Tastgrad als der endgültige Tastgrad abgeleitet werden (mit anderen Worten kann der kleinere der beiden Tastgrade als der endgültige Tastgrad verwendet werden). Mit anderen Worten, in dem Wandler-Steuerverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die erste Steuervorrichtung unter Verwendung des Begrenzungsreferenzwerts flexibel einen Grad der Ausgabebegrenzung konzipieren und selektiv nur eine gewünschte Ausgabevariable (z. B. die erste Ausgabevariable oder die zweite Ausgabevariable) durch Ableitung eines Minimalwertes begrenzen. Dementsprechend kann das Wandler-Steuerverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung den Betriebsumfang und eine Betriebszeit der Steuerung reduzieren, um eine Betriebsgeschwindigkeit zu erhöhen, indem ein kleiner Wert zwischen dem ersten Tastgrad und dem zweiten Tastgrad gewählt wird. Dies verringert eine Lastrate einer Mikrosteuervorrichtung (Mikrocontroller), welche die endgültige Steuerung durchführt.
In 6, die ein Ablaufdiagramm des Wandler-Steuerverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, kann die erste Ausgabevariable ein Ausgabestrom in Schritt S100 des Erzeugens des ersten Tastgrads sein und die zweite Ausgabevariable kann eine Ausgabespannung in Schritt S200 des Erzeugens des zweiten Tastgrads sein. Mit anderen Worten kann das Wandler-Steuerverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bewirken, dass die erste Steuervorrichtung den Ausgabestrom begrenzt, um eine Vorrichtung, die der Wandler zu betreiben beabsichtigt, stabil mit Leistung zu versorgen und eine sich schnell ändernde Last zu bewältigen. Daher kann das Wandler-Steuerverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Vorrichtung stabil ein-/ausschalten, während es gleichzeitig eine Verschlechterung der Haltbarkeit und Performance der Vorrichtung verhindert.
In 6, die ein Ablaufdiagramm des Wandler-Steuerverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, kann der Begrenzungsreferenzwert abnehmen, wenn die Entlademenge einer Batterie in Schritt S100 des Erzeugens des ersten Tastgrads zunimmt. Wenn die Batterie parallel mit dem Wandler verbunden ist, bewältigt der Wandler zusammen mit der Batterie eine Ausgabe an eine Last und die Batterie bewältigt einen Teil der Last des Wandlers. Weiterhin kann ein Teil der Ausgabe (z.B. der Leistung) des Wandlers verwendet werden, um die Batterie zu laden. Dementsprechend kann ein Grad der Last durch die Entlademenge der Batterie ermittelt werden. Insbesondere kann ein Teil der Last durch die Batterie angetrieben werden, um die Kraftstoffeffizienz einer Brennstoffzelle zur Fahrmobilität oder einer Vorrichtung, die mit der Batterie verbundenen ist, eines Energiegenerators, wie beispielsweise eines Verbrennungsmotors, oder einer Antriebsvorrichtung zu verbessern oder eine Verschlechterung der Lebensdauer davon zu verhindern. Insbesondere muss die Batterie eine minimale Lademenge aufweisen, um die Last zu bewältigen. Dann muss die Ausgabe (z.B. Leistung) des zum Laden der Batterie dienenden Wandlers weiter begrenzt werden. Dementsprechend kann das Wandler-Steuerverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Ausgabebegrenzungsstufe gemäß einem Lastgrad in einem System, das einen Begrenzungsreferenzwert als die Entlademenge einer Batterie reduziert, erhöhen, so dass die Batterie und ein Wandler zusammen Ausgaben erzeugen.
In 6, die ein Ablaufdiagramm des Wandler-Steuerverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, kann der Begrenzungsreferenzwert abnehmen, wenn der Messwert der ersten Ausgabevariable oder der Messwert der zweiten Ausgabevariable, gemessen an der Last des Wandlers, oder die Temperatur des Wandlers in Schritt S100 des Erzeugens des ersten Tastgrads steigt. Insbesondere ist der Begrenzungsreferenzwert ein Referenzwert in einem Prozess, bei dem die erste Steuervorrichtung den ersten Tastgrad basierend auf dem ersten Fehler erzeugt. Dies ist ein Ausgabebegrenzungswert zur Bewältigung der sich schnell ändernden Last des Wandlers. Insbesondere ist es auch möglich, die Last des Wandlers durch Messwerte der ersten Ausgabevariable und der zweiten Ausgabevariable des Wandlers, oder der Temperatur oder der Wärmemenge des Wandlers, die mit einem Anstieg der ersten Ausgabevariable und/oder der zweiten Ausgabevariable ansteigt, zu bewältigen. Dementsprechend kann das Wandler-Steuerverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Ausgabebegrenzungsstufe abhängig von einem Lastgrad anheben, indem der Begrenzungsreferenzwert verringert wird, wenn der Messwert der ersten Ausgabevariable oder der Messwert der zweiten Ausgabevariable, die in Reaktion auf die Last des Wandlers für eine bestimmte Zeit erzeugt wird, sich erhöht.
In 6, die ein Ablaufdiagramm des Wandler-Steuerverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, können Wirkungsgraddaten über eine Beziehung zwischen der zweiten Ausgabevariable und dem Wirkungsgrad in dem Schritt des Erzeugens des ersten Tastgrads bereitgestellt werden, und der Begrenzungsreferenzwert kann die erste Ausgabevariable sein, die mit der zweiten Ausgabevariable übereinstimmt gemäß einem Punkt maximalen Wirkungsgrades. Mit anderen Worten, wenn die Steuerung in einen Ausgabebegrenzungsmodus eintritt, kann die vorliegende Ausführungsform eingerichtet sein, um den Wandler so zu betreiben, dass sich die Wandler-Ausgabe einer Ausgabe am Punkt maximalen Wirkungsgrades annähert.
Insbesondere wenn die erste Ausgabevariable der Ausgabestrom ist und die zweite Ausgabevariable die Ausgabespannung ist, können Wirkungsgraddaten über die Beziehung mit dem Wirkungsgrad in einem Produkt eines Ausgabestroms und einer Ausgabespannung und einer Eingabespannung in einem Ausgabestrom-Ausgabespannung-Diagramm bereitgestellt werden. In diesem Fall wird ein Ausgabestrom, der zu einer Ausgabespannung gemäß dem Punkt maximalen Wirkungsgrades korrespondiert, auf einen Begrenzungsreferenzwert eingestellt. Folglich erhöht die vorliegende Ausführungsform eine hocheffiziente Betriebszeit des Wandlers in einem Ausgabebegrenzungszustand. Eine solche Konstantstrom-Steuerung des Wandler-Steuerverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann eine Vorrichtung und ein System stabilisieren, an die Leistung von dem Wandler ausgegeben wird, kann den Schutz des Wandlers verstärken und kann bewirken, dass das entsprechende System effizient arbeitet.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine/ein Wandler-Steuervorrichtung und -Verfahren und insbesondere auf eine/ein Wandler-Steuervorrichtung und -Verfahren zum Begrenzen einer Ausgabe durch Tastgradwerte einer parallel geschalteten Steuervorrichtung. Insbesondere kann die vorliegende Offenbarung einen breiten oberen Bereich eines Steuerbands bereitstellen und eine stabile Steuerungsperformance zum Kompensieren von Störungen in Bezug auf eine sich schnell ändernde Last durch Begrenzen einer Ausgabe durch begrenzte Tastgradwerte, die von parallel geschalteten Steuerschleifen abgeleitet werden, sicherstellen.
Wenn eine Hardwareresonanzfrequenz und ein Steuerband eines Wandlers nahe beieinander liegen, wird die Steuerungsperformance aufgrund gegenseitiger Interferenz instabil. Dementsprechend wenden die Wandler-Steuervorrichtung und das Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zum Lösen solcher Probleme eine Steuervorrichtung in einer neuen Konfiguration an, die durch Ändern einer grundlegenden Struktur erzeugt wurde. Bei der gewöhnlich verwendeten Kaskadensteuerung muss eine innere Schleife immer schneller reagieren als eine äußere Schleife, um eine Störung zwischen zwei oder mehr Rückkopplungsschleifen zu vermeiden. Wenn dementsprechend eine Aufwärtsverschiebung des Steuerbandes der inneren Schleife aufgrund der Eigenschaften eines Systems mit Resonanz, die durch Hardware verursacht wird, begrenzt ist, ist eine Aufwärtsverschiebung des Bandes der äußeren Schleife auf natürliche Weise begrenzt. Insbesondere ist es für eine herkömmliche Steuerung schwierig, eine schnelle Reaktion in einem Niederfrequenzband zu erreichen.
Andererseits kann es gemäß der/dem Wandler-Steuervorrichtung und -Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung möglich sein, den Wandler durch einen endgültigen Tastgrad zu betreiben, der basierend auf dem ersten Tastgrad/zweiten Tastgrad der ersten Steuervorrichtung C1 und der zweiten Steuervorrichtung C2 ohne Abhängigkeit von einer Kaskadensteuerung abgeleitet (anders ausgedrückt, ermittelt) wird. Dementsprechend kann es möglich sein, durch die Wandler-Steuervorrichtung und das Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Reaktionsgeschwindigkeit zu entwerfen, die für einen Steuerungszweck geeignet ist, und einen Freiheitsgrad beim Banddesign zu verbessern. Daher ist die vorliegende Ausführungsform eine neue Steuerungslösung zum Verbessern der Übergangsreaktionsperformance und zum Verhindern von abruptem Lastwechsel oder Überstromerzeugung im Voraus, um die Systemstabilität zu verbessern.
Gemäß der Vorrichtung und dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung zum Steuern eines Wandlers, der durch einen Tastgrad eines Schaltelements angepasst wird, können Effekte des Bereitstellens eines breiten oberen Bereichs eines Steuerbands und des Sicherstellens einer stabilen Steuerungsperformance zum Kompensieren von Störungen in Bezug auf eine sich schnell ändernde Last durch Begrenzen einer Ausgabe durch begrenzte Tastgrade, die von parallel geschalteten Steuerschleifen abgeleitet werden, erzielt werden.
Obwohl spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu Veranschaulichungszwecken offenbart wurden, werden Fachleute erkennen, dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne vom Umfang der Offenbarung, wie er in den beigefügten Ansprüchen offenbart ist, abzuweichen.

Claims

Vorrichtung zum Steuern eines Wandlers mit einer ersten Ausgabevariable und einer zweiten Ausgabevariable, die durch einen Tastgrad eines Schaltelements eingestellt werden, aufweisend: eine erste Steuervorrichtung (C1), die dazu eingerichtet ist, einen ersten Tastgrad basierend auf einem ersten Fehler zwischen einem vorbestimmten Begrenzungsreferenzwert, der zu einem Referenzwert korrespondiert, der eine Größe der ersten Ausgabevariable begrenzt, und einem Messwert der ersten Ausgabevariable, an einer Last eines Wandlers gemessen, zu erzeugen; eine zweite Steuervorrichtung (C2), die dazu eingerichtet ist, einen zweiten Tastgrad basierend auf einem zweiten Fehler zwischen einem vorbestimmten Referenzwert der zweiten Ausgabevariable und einem Messwert der zweiten Ausgabevariable, an der Last des Wandlers gemessen, zu erzeugen; und eine Tastgradermittlungseinheit (D), die dazu eingerichtet ist, einen endgültigen Tastgrad (d_final) des Schaltelements basierend auf dem ersten Tastgrad und dem zweiten Tastgrad abzuleiten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Tastgradermittlungseinheit (D) eingerichtet ist, um von dem ersten Tastgrad und dem zweiten Tastgrad den kleineren Wert als den endgültigen Tastgrad (d_final) abzuleiten.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Tastgradermittlungseinheit (D) eingerichtet ist, um einen repräsentativen Wert zwischen dem ersten Tastgrad und dem zweiten Tastgrad als den endgültigen Tastgrad (d_final) abzuleiten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Ausgabevariable ein Ausgabestrom (I_ο) und die zweite Ausgabevariable eine Ausgabespannung (V_o) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Begrenzungsreferenzwert abnimmt mit, gemessen an der Last des Wandlers, steigendem Messwert der ersten Ausgabevariable oder steigendem Messwert der zweiten Ausgabevariable, oder mit steigender Temperatur des Wandlers.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Begrenzungsreferenzwert abnimmt, wenn eine Entlademenge einer Batterie zunimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Steuervorrichtung (C1) Wirkungsgraddaten bezüglich einer Beziehung zwischen der zweiten Ausgabevariable und dem Wirkungsgrad aufweist und der Begrenzungsreferenzwert die erste Ausgabevariable ist, die mit der zweiten Ausgabevariable gemäß einem Punkt maximalen Wirkungsgrades übereinstimmt.
Verfahren zum Steuern eines Wandlers mit einer ersten Ausgabevariable und einer zweiten Ausgabevariable, die durch einen Tastgrad eines Schaltelements eingestellt werden, aufweisend: Erzeugen (S100), mittels einer ersten Steuervorrichtung (C1), eines ersten Tastgrads basierend auf einem ersten Fehler zwischen einem vorbestimmten Begrenzungsreferenzwert, der zu einem Referenzwert korrespondiert, der eine Größe der ersten Ausgabevariable begrenzt, und einem Messwert der ersten Ausgabevariable, der an einer Last eines Wandlers gemessen wird; Erzeugen (S200), mittels einer zweiten Steuervorrichtung (C2), eines zweiten Tastgrads basierend auf einem zweiten Fehler zwischen einem vorbestimmten Referenzwert der zweiten Ausgabevariable und einem Messwert der zweiten Ausgabevariable, der an der Last des Wandlers gemessen wird; und Ableiten (S300), mittels einer Tastgradermittlungseinheit (D), eines endgültigen Tastgrads (d_final) des Schaltelements basierend auf dem ersten Tastgrad und dem zweiten Tastgrad.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Ableiten (S300) des endgültigen Tastgrads (d_final) des Schaltelements das Ableiten des kleineren Werts von dem ersten Tastgrad und dem zweiten Tastgrad als den endgültigen Tastgrad (d_final) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die erste Ausgabevariable ein Ausgabestrom beim Erzeugen des ersten Tastgrads ist und die zweite Ausgabevariable eine Ausgabespannung beim Erzeugen des zweiten Tastgrads ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Begrenzungsreferenzwert abnimmt, wenn eine Entlademenge einer Batterie beim Erzeugen des ersten Tastgrads zunimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der Begrenzungsreferenzwert kleiner wird, wenn der Messwert der ersten Ausgabevariable oder der Messwert der zweiten Ausgabevariable, gemessen an der Last des Wandlers, zunimmt oder die Temperatur des Wandlers beim Erzeugen des ersten Tastgrads zunimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei Wirkungsgraddaten bezüglich einer Beziehung zwischen der zweiten Ausgabevariable und dem Wirkungsgrad bereitgestellt werden und der Begrenzungsreferenzwert die erste Ausgabevariable ist, die mit der zweiten Ausgabevariable gemäß einem Punkt maximalen Wirkungsgrades übereinstimmt, bei der Erzeugung des ersten Tastgrads.