EP2156539A1 - Multiphasen-gleichspannungswandler - Google Patents

Multiphasen-gleichspannungswandler

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Publication number
EP2156539A1
EP2156539A1 EP08759739A EP08759739A EP2156539A1 EP 2156539 A1 EP2156539 A1 EP 2156539A1 EP 08759739 A EP08759739 A EP 08759739A EP 08759739 A EP08759739 A EP 08759739A EP 2156539 A1 EP2156539 A1 EP 2156539A1
Authority
EP
European Patent Office
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converter
output
multiphase
voltage
cells
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08759739A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Arthur Schaefert
Boris Blaumeiser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0012—Control circuits using digital or numerical techniques

Definitions

  • a multiphase DC-DC converter with the features specified in claim 1 has the advantage that the number of its current sensors is reduced. This significantly reduces the cost of a multi-phase DC-DC converter. In addition, space is saved and the weight of a multi-phase DC-DC converter is reduced. This favors the use of a multiphase DC voltage converter in the energy on-board network of a motor vehicle.
  • the voltage ripple of the individual converter cells cancel and the frequency of the output signal of the voltage converter increases by the number of offset clocked phases or converter cells compared to the basic clock frequency of the converter cells. Due to the smaller ripple and the higher frequency can the output filter of the multi-phase DC-DC converter are designed to be smaller, whereby a further cost and space advantage is achieved.
  • the control arrangement connected to the separator preferably has a plurality of regulators arranged parallel to one another, each of which is assigned to one of the converter cells, the input of each of the regulators being connected to the output of the respectively associated separator unit. In this way, a control signal can be provided in a simple manner for each of the converter cells, which influences the clock signal of the associated converter cell in the desired manner.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a multipath DC-DC converter 1 according to the invention.
  • This has an input terminal 2, to which the input voltage V ⁇ N of the converter is applied. This is for example 14 volts.
  • the task of the converter is to convert this input voltage into an output voltage which is for example 42 volts.
  • This output voltage V O u ⁇ of the converter is provided at an output terminal 10.
  • the multiphase DC voltage converter shown in FIG. 1 has an input filter 3 connected to the input terminal 2, which is a low-pass filter by means of which noise is filtered onto the input voltage.
  • the output of the input filter 3 is connected to a parallel circuit of a plurality of converter cells 4, 5, 6, wherein the number of these converter cells connected in parallel to each other depends on the respective application case.
  • a multi-phase DC-DC converter according to the invention, single-phase current measurement using a plurality of current sensors is not necessary. Only a single current sensor 8 is used, which is positioned between the outputs of the converter cells and the output filter. Furthermore, a voltage sensor 7 which is likewise positioned between the outputs of the converter cells and the output filter is provided, whose output signal is transmitted via an analogue-to-digital converter. Transducer 11 is forwarded to a separator 12. This decomposes the output signal of the analog-to-digital converter in the individual phases of the converter or the individual converter cells associated voltage values using a suitable trigge- tion. These are converted in a control arrangement 13 into control signals which influence the clock signals CK1, CK2, CK3 of the converter cells.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Multiphasen-Gleichspannungswandler, welcher mehrere parallel zueinander angeordnete, zeitversetzt getaktete Wandlerzellen (4, 5, 6) aufweist und an der Eingangsseite und/oder Ausgangsseite der Wandlerzellen mit einem Spannungssensor (7) oder einem Stromsensor versehen ist. Dieser ist über einen Analog-Digital-Wandler (11) mit einem Separator (12) verbunden, welcher zur Zerlegung des Ausgangssignals des Analog-Digital-Wandlers in den einzelnen Phasen des Wandlers zugeordnete Spannungs- oder Stromwerte vorgesehen ist. Der Separator (12) ist mit einer Regelanordnung (13) verbunden, die ausgangsseitig die Taktsignale der Wandlerzellen (4,5,6) beeinflussende Regelsignale bereitstellt.

Description

Multiphasen-Gleichspannungswandler
Die Erfindung betrifft einen Multiphasen-Gleichspannungs- wandler .
Stand der Technik
Aus der DE 101 10 615 Al ist ein Verfahren zur Erzeugung von Ansteuerimpulsen für Leistungshalbleiter, insbesondere zum Zwecke einer Generierung versetzter Ansteuerungs- impulse für Halbbrücken, die an Mehrphasenumrichtern oder Gleichspannungsumrichtern aufgenommen sind, bekannt. Bei diesem Verfahren erfolgt ein Verschieben der Referenzspannung um eine den Versetzungen entsprechende Verzögerungszeit oder ein Verschieben eines PWM-Signals um eine Verzögerungszeit, die der Periodendauer geteilt durch die Anzahl der Versetzungen entspricht.
Aus der DE 101 19 985 Al ist eine Vorrichtung zur Energieeinspeisung in ein Mehrspannungsbordnetz eines Kraft- fahrzeugs bekannt. Diese Vorrichtung weist ein in einem Kraftfahrzeug angeordnetes Mehrspannungsbordnetz auf, das zumindest ein erstes und ein zweites Spannungsniveau, jeweils von dem Bezugspotential verschieden, bereitstellt. Das Mehrspannungsbordnetz wird aus zumindest einem elekt- rischen Energiespeicher gespeist. Es weist des weiteren zumindest einen Wandler zur Verbindung der beiden Spannungsniveaus auf. Ferner sind Einspeisemittel zur externen Energieeinspeisung in das Mehrspannungsbordnetz vorgesehen. Der genannte Wandler kann in Form eines Multi- phasenwandlers realisiert sein. Bei derartigen Wandlern werden mehrere Wandlerzellen kleinerer Leistung parallel geschaltet und die Leistungsteile zeitversetzt getaktet. Hierbei werden auf Grund von Auslöschungseffekten Filter- bausteine eingespart. Mit derartigen Multiphasenwandlern wird es möglich, die ersten und zweiten Wandler mit den vorhandenen Phasen eines einzigen Multiphasenwandlers zu realisieren. Hierzu werden die Phasen aufgeteilt in Wand- ler mit Abwärts- und Aufwärtswandlerfunktion . Die Phasen werden dann wandlerintern über einen Schalter eingangs- seitig getrennt.
In zukünftigen Energiebordnetzen von Kraftfahrzeugen wer- den leistungsstarke Gleichspannungswandler benötigt, um den Energiefluss zwischen verschiedenen Spannungsebenen regeln zu können. Ein derartiger Einsatz im Kraftfahrzeugbereich erfordert auf Grund von Kosten-, Bauraum- und Gewichtsbeschränkungen eine Minimierung der Induktivitä- ten und Kapazitäten sowie der Anzahl der Bauelemente insgesamt. Diesen Beschränkungen kann man gerecht werden, indem man als Gleichspannungswandler Multiphasen-Gleich- spannungswandler verwendet. Bei diesen wird die zu übertragende Leistung auf mehrere Wandlerzellen aufgeteilt. Wendet man bei diesem Prinzip eine zeitversetzte Taktung der Wandlerzellen an, dann heben sich im überlagerten Ausgangssignal die Stromrippel teilweise auf bzw. reduzieren sich um einen wesentlichen Betrag. Die Frequenz des Ausgangssignals des Gleichspannungswandlers erhöht sich um die Anzahl der versetzt getakteten Wandlerzellen gegenüber der Grundtaktfrequenz der Wandlerzellen. Durch die kleineren Rippel und die höhere Frequenz können die Ausgangsfilter des Gleichspannungswandlers kleiner ausgelegt werden. Dadurch wird ein Kosten- und Bauraumvorteil erzielt.
Zur effizienten Nutzung dieses Verfahrens muss für jede Wandlerzelle ein Stromsensor verwendet werden, um die zugehörigen Stromrippel überwachen und regeln zu können. Ohne eine derartige Einzelphasenregelung können durch Bauteiletoleranzen die Rippel je Phase unterschiedlich hoch sein, wodurch der zuvor angesprochene Vorteil bei der Überlagerung der Ausgangssignale der Wandlerzellen nicht mehr wirksam ist. Die Rippel im Ausgangssignal werden größer und die Frequenz des Ausgangssignals nimmt wieder den gleichen Wert an wie die Schaltfrequenz der einzelnen Wandlerzellen. Dadurch werden die zuvor erwähn- ten Vorteile wieder aufgehoben.
Vorteile der Erfindung
Ein Multiphasen-Gleichspannungswandler mit den im An- spruch 1 angegebenen Merkmalen weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die Anzahl seiner Stromsensoren reduziert ist. Dadurch werden die Kosten eines Multiphasen- Gleichspannungswandlers wesentlich reduziert. Darüber hinaus wird Bauraum eingespart und das Gewicht eines MuI- tiphasen-Gleichspannungswandlers reduziert. Dies begünstigt die Verwendung eines Multiphasen-Gleichspannungs- wandlers im Energiebordnetz eines Kraftfahrzeugs.
Die vorstehend genannten Vorteile werden dadurch er- reicht, dass die parallel zueinander angeordneten und zeitversetzt getakteten Wandlerzellen eingangsseitig und/oder ausgangsseitig mit einem Spannungssensor verbunden sind, welcher über einen Analog-Digital-Wandler mit einem Separator verbunden ist, welcher zur Zerlegung des Ausgangssignals des Analog-Digital-Wandlers in den einzelnen Wandlerzellen des Multiphasen-Gleichspannungswand- lers zugeordnete Spannungswerte vorgesehen ist. Der Separator wiederum ist mit einer Regelanordnung verbunden, welche ausgangsseitig Regelsignale bereitstellt, durch welche die Taktsignale der Wandlerzellen derart beein- flusst bzw. geregelt werden, dass die den verschiedenen Wandlerzellen zugehörigen Spannungswerte übereinstimmen. Dies hat zur Folge, dass sich die Spannungsrippel der einzelnen Wandlerzellen aufheben und sich die Frequenz des Ausgangssignals des Spannungswandlers um die Anzahl der versetzt getakteten Phasen bzw. Wandlerzellen gegenüber der Grundtaktfrequenz der Wandlerzellen erhöht. Auf Grund der kleineren Rippel und der höheren Frequenz kann das Ausgangsfilter des Multiphasen-Gleichspannungswand- lers kleiner ausgelegt werden, wodurch ein weiterer Kosten- und Bauraumvorteil erzielt wird.
Vorzugsweise weist ein Multiphasen-Gleichspannungswandler gemäß der Erfindung einen Separator auf, der mehrere parallel zueinander angeordnete, zeitgetriggerte Separatoreinheiten enthält, von denen jede einer der Wandlerzellen zugeordnet ist. Durch diese Maßnahme kann gewährleis- tet werden, dass während des Einschaltens einer Wandlerzelle bzw. - je nach Tastverhältnis auch während des Ausschaltens einer Wandlerzelle - der in dieser Zeit gemessene Spannungspegel am Ausgang des Analog-Digital- Wandlers dieser Wandlerzelle direkt zugeordnet werden kann. Auf diese Weise kann aus dem Ausgangssignal des A- nalog-Digital-Wandlers für jede Wandlerzellenein zugehöriger Spannungspegel erhalten werden, der zur Beeinflussung des Taktsignals der jeweiligen Wandlerzelle verwendet wird.
Das zur Triggerung der Separatoreinheiten benötigte Triggersignal wird in vorteilhafter Weise vom Ausgangssignal eines PWM-Generators abgeleitet, welcher der jeweiligen Wandlerzelle zugeordnet ist und das Taktsignal für diese Wandlerzelle bereitstellt. Die Taktung einer Wandlerzelle und die Triggerung der zugehörigen Separatoreinheit können folglich in vorteilhafter Weise auf Basis eines einzigen Signals erfolgen, welches von einem PWM-Generator bereitgestellt wird.
Vorzugsweise weist die mit dem Separator verbundene Regelanordnung mehrere parallel zueinander angeordnete Regler auf, von denen jeder einer der Wandlerzellen zugeordnet ist, wobei der Eingang jedes der Regler mit dem Ausgang der jeweils zugehörigen Separatoreinheit verbunden ist. Auf diese Weise kann für jede der Wandlerzellen in einfacher Weise ein Regelsignal bereitgestellt werden, welches das Taktsignal der zugehörigen Wandlerzelle in gewünschter Weise beeinflusst.
In vorteilhafter Weise ist der Ausgang der Regler jeweils über einen Addierer mit dem jeweils zugehörigen PWM-
Signalgenerator verbunden. In diesem Addierer werden jeweils das vom zugehörigen Regler bereitgestellte Regelsignal sowie ein von einem weiteren Regler abgeleitetes weiteres Regelsignal überlagert. Dieser weitere Regler ist mit einem Stromsollwertgeber und über einen weiteren Analog-Digital-Wandler mit einem Stromsensor verbunden, welcher zwischen dem Ausgang der Wandlerzellen und einem Ausgangsfilter positioniert ist.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht nach alle- dem darin, dass ein Multiphasen-Gleichspannungswandler unabhängig von der Anzahl seiner Wandlerzellen bzw. Phasen mit nur einem einzigen Stromsensor auskommt, der auf der Ausgangsseite der Wandlerzellen angeordnet ist. Den- noch kann auf Grund der Verwendung eines auf der Eingangsseite bzw. der Ausgangsseite der Wandlerzellen vorgesehenen Spannungssensors, aus dessen Ausgangssignal mittels eines Separators den einzelnen Phasen des Wandlers zugehörige Spannungswerte bzw. Spannungspegel sepa- riert werden, eine individuelle Nachregelung jeder einzelnen Wandlerzelle erfolgen, so dass sich beispielsweise auf Grund von Bauteiletoleranzen gebildete Rippel reduzieren oder gegenseitig aufheben.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren beispielhafter Erläuterung anhand der Zeichnung .
Zeichnung
Die Figur 1 zeigt eine Blockdarstellung eines Multipha- sen-Gleichspannungswandlers gemäß der Erfindung. Die Figur 2 zeigt ein Schaltbild, in welchem der grundsätzliche Aufbau der Wandlerzellen eines Multiphasen- Gleichspannungswandlers ersichtlich ist.
Beschreibung
Die Figur 1 zeigt eine Blockdarstellung eines Multipha- sen-Gleichspannungswandlers 1 gemäß der Erfindung. Dieser weist einen Eingangsanschluss 2 auf, an welchem die Ein- gangsspannung VΣN des Wandlers anliegt. Diese beträgt beispielsweise 14 Volt. Die Aufgabe des Wandlers besteht darin, diese Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung umzuwandeln, die beispielsweise 42 Volt beträgt. Diese Ausgangsspannung VOuτ des Wandlers wird an einem Ausgangs- anschluss 10 zur Verfügung gestellt.
Der in der Figur 1 dargestellte Multiphasen-Gleich- spannungswandler weist ein mit dem Eingangsanschluss 2 verbundenes Eingangsfilter 3 auf, bei welchem es sich um ein Tiefpassfilter handelt, mittels welchem Störungen auf die Eingangsspannung gefiltert werden. Der Ausgang des Eingangsfilters 3 ist mit einer Parallelschaltung mehrerer Wandlerzellen 4, 5, 6 verbunden, wobei die Anzahl dieser parallel zueinander geschalteten Wandlerzellen vom jeweils vorliegenden Anwendungsfall abhängt.
Die Ausgänge der Wandlerzellen 4, 5, 6 sind wieder zusammengeführt und über einen Stromsensor 8 und ein Ausgangsfilter 9 mit dem Ausgangsanschluss 10 verbunden. Des wei- teren ist zwischen den Ausgängen der Wandlerzellen 4, 5, 6 und Masse ein Spannungssensor 7 vorgesehen. Bei dem Ausgangsfilter 9 handelt es sich beispielsweise ebenfalls um ein Tiefpassfilter.
Das Ausgangssignal des Spannungssensors 7 wird in einem Analog-Digital-Wandler 11 in ein digitales Signal umgesetzt. Dieses am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 11 vorliegende digitale Signal wird an einen Separator 12 weitergeleitet. Dieser wiederum ist mit einer Regelanordnung 13 verbunden, welche an ihren Ausgängen Regelsignale bereitstellt, mittels welcher die Taktsignale CKl, CK2, CK3 der Wandlerzellen 4, 5, 6 beeinflusst werden.
Der Separator 12 weist drei zueinander parallel geschaltete Separatoreinheiten 12a, 12b, 12c auf, deren Eingängen jeweils mit dem Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 11 verbunden sind. Die Separatoreinheit 12a hat die Auf- gäbe, aus dem Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers 11 einen der Wandlerzelle 4 zugeordneten Spannungspegel zu separieren. Zu diesem Zweck wird dem Triggereingang der Separatoreinheit 12a ein Triggersignal tl zugeführt, welches vom Taktsignal CKl der Wandlerzelle 4 abgeleitet ist und beim gezeigten Ausführungsbeispiel mit diesem übereinstimmt. Die Separatoreinheit 12b hat die Aufgabe, aus dem Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers 11 einen der Wandlerzelle 5 zugeordneten Spannungspegel zu separieren. Zu diesem Zweck wird dem Triggereingang der Se- paratoreinheit 12b ein Triggersignal 12 zugeführt, welches vom Taktsignal CK2 der Wandlerzelle 5 abgeleitet ist und beim gezeigten Ausführungsbeispiel mit diesem übereinstimmt. Die Separatoreinheit 12c hat die Aufgabe, aus dem Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers 11 einen der Wandlerzelle 6 zugeordneten Spannungspegel zu separieren. Zu diesem Zweck wird dem Triggereingang der Separatoreinheit 12c ein Triggersignal T3 zugeführt, welches vom Taktsignal CK3 der Wandlerzelle 6 abgeleitet ist und beim gezeigten Ausführungsbeispiel mit diesem überein- stimmt.
Der am Ausgang der Separatoreinheit 12a bereitgestellte Spannungspegel wird in einem Spannungsregler 13a der Regelanordnung 13 in ein der Wandlerzelle 4 zugeordnetes Regelsignal umgesetzt. Dieses Regelsignal wird in einem Addierer 15a mit dem Regelsignal eines weiteren Reglers 16 überlagert, bei dem es sich um einen Stromregler handelt. Dem Stromregler 16 werden eingangsseitig ein von einem Stromsollwertgeber 18 bereitgestellter Stromsollwert IsoLL und ein vom Stromsensor 8 abgeleitetes und über einen weiteren Analog-Digital-Wandler 17 geleitetes Stromwertsignal zugeführt. Das Ausgangssignal des Addie- rers 15a wird in einem PWM-Generator 14a in ein PWM-
Signal umgesetzt, bei welchem es sich um das Taktsignal CKl der Wandlerzelle 4 handelt.
Der am Ausgang der Separatoreinheit 12b bereitgestellte Spannungspegel wird in einem Spannungsregler 13b der
Regelanordnung 13 in ein der Wandlerzelle 5 zugeordnetes Regelsignal umgesetzt. Dieses Regelsignal wird in einem Addierer 15b ebenfalls mit dem Regelsignal des Stromreglers 16 überlagert. Das Ausgangssignal des Addierers 15b wird in einem PWM-Generator 14b in ein PWM-Signal umgesetzt, bei welchem es sich um das Taktsignal CK2 der Wandlerzelle 5 handelt.
Der am Ausgang der Separatoreinheit 12c bereitgestellte Spannungspegel wird in einem Spannungsregler 13c der
Regelanordnung 13 in ein der Wandlerzelle 6 zugeordnetes Regelsignal umgesetzt. Dieses Regelsignal wird in einem Addierer 15c ebenfalls mit dem Regelsignal des Stromreglers 16 überlagert. Das Ausgangssignal des Addierers 15c wird in einem PWM-Generator 14c in ein PWM-Signal umgesetzt, bei welchem es sich um das Taktsignal CK3 der Wandlerzelle 6 handelt.
Wie aus den vorstehenden Ausführungen ersichtlich ist, ist bei einem Multiphasen-Gleichspannungswandler gemäß der Erfindung eine unter Verwendung einer Vielzahl von Stromsensoren erfolgende Einzelphasenstrommessung nicht notwendig. Es wird nur ein einziger Stromsensor 8 verwendet, welcher zwischen den Ausgängen der Wandlerzellen und dem Ausgangsfilter positioniert ist. Des weiteren ist ein ebenfalls zwischen den Ausgängen der Wandlerzellen und dem Ausgangsfilter positionierter Spannungssensor 7 vorgesehen, dessen Ausgangssignal über einen Analog-Digital- Wandler 11 an einen Separator 12 weitergeleitet wird. Dieser zerlegt unter Anwendung einer geeigneten Trigge- rung das Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers in den einzelnen Phasen des Wandlers bzw. den einzelnen Wandlerzellen zugehörige Spannungswerte. Diese werden in einer Regelanordnung 13 in Regelsignale umgesetzt, welche die Taktsignale CKl, CK2, CK3 der Wandlerzellen beeinflussen .
Die Figur 2 zeigt ein Schaltbild, aus welchem der grundsätzliche Aufbau der Wandlerzellen eines Multiphasen- Gleichspannungswandlers ersichtlich ist. Aus diesem Schaltbild geht hervor, dass die am Eingangsanschluss anliegende Eingangsspannung VΣN über ein Tiefpassfilter, welches beispielsweise einen gegen Masse geschalteten
Kondensator CIN aufweist, an eine Parallelschaltung von n Wandlerzellen, beim gezeigten Ausführungsbeispiel drei Wandlerzellen, gelegt ist. Diese Wandlerzellen werden zeitversetzt getaktet.
Der Wandlerzelle 4 ist eine Phase 1, der Wandlerzelle 5 eine Phase 2 und der Wandlerzelle 6 eine Phase 3 zugeordnet. Die Wandlerzelle 4 weist einen mit dem Eingang der Parallelschaltung verbundenen Transistor Tu, einen an den Ausgang des PWM-Generators 14a angeschlossenen Transistor T12 und eine Spule L auf. Der eine Anschluss der Spule L ist an den Verbindungspunkt zwischen den beiden Transistoren Tu und Ti2 gelegt. Der andere Anschluss der Spule L ist mit dem Ausgang der Parallelschaltung verbun- den. Die Wandlerzelle 5 weist einen mit dem Eingang der Parallelschaltung verbundenen Transistor T2i, einen an den Ausgang des PWM-Generators 14b angeschlossenen Transistor T22 und eine Spule L auf. Der eine Anschluss der Spule L ist an den Verbindungspunkt zwischen den beiden Transistoren T2i und T22 gelegt. Der andere Anschluss der Spule L ist mit dem Ausgang der Parallelschaltung verbunden. Die Wandlerzelle 6 weist einen mit dem Eingang der Parallelschaltung verbundenen Transistor T31, einen an den Ausgang des PWM-Generators 14c angeschlossenen Transistor T32 und eine Spule L auf. Der eine Anschluss der Spule L ist an den Verbindungspunkt zwischen den beiden Transistoren T3i und T32 gelegt. Der andere Anschluss der Spule L ist mit dem Ausgang der Parallelschaltung verbunden .
Der Ausgang der Parallelschaltung ist über ein Ausgangsfilter, welches einen gegen Masse geschalteten Kondensa- tor COUT aufweist, mit dem Ausgangsanschluss VOuτ des MuI- tiphasen-Gleichspannungswandlers verbunden .
Durch die beschriebene zeitversetzte Taktung der Transistoren T12, T22 und T32 werden die Wandlerzellen des Multi- phasen-Gleichspannungswandlers zu unterschiedlichen Zeiten aktiviert. Während dieser Zeiten erfolgt - wie es im Zusammenhang mit der Figur 1 erläutert wurde - eine Erfassung des zugehörigen Spannungspegels am Ausgang des Wandlers unter Verwendung eines Spannungssensors, eines Analog-Digital-Wandlers und eines Separators. Dieser
Strompegel, welcher der jeweiligen Wandlerzelle individuell zugeordnet ist, wird in einem Regler in ein Regelsignal umgewandelt, welches zur Beeinflussung des Taktsignals für die jeweilige Wandlerzelle verwendet wird.
Eine alternative Ausführungsform besteht darin, zusätzlich zu dem am Ausgang der Wandlerzellen angeordneten Stromsensor auch am Eingang der Wandlerzellen einen Stromsensor anzuordnen, um auch eine Regelung des Ein- gangsstromes des Wandlers vorzunehmen.
Eine weitere Alternative besteht darin, einen bidirektionalen Multiphasen-Gleichspannungswandler zu realisieren. Bei diesem ist sowohl auf der Eingangsseite als auch auf der Ausgangsseite der Wandlerzellen jeweils ein Spannungssensor und ein Stromsensor vorgesehen, wobei das Ausgangssignal des Spannungssensors jeweils über einen Analog-Digital-Wandler und einen Separator ausgewertet wird.
Die in der Figur 1 gezeigten Bauteile 11, 12, 13, 14a, 14b, 14c, 15a, 15b, 15c, 16 und 17 können in Form einer diskreten Schaltung oder in Form eines Prozessors realisiert sein.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird eine Eingangsspannung von 14 V mittels des Gleichspannungswandlers umgesetzt in eine Ausgangsspannung von 42 V. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Eingangsspannung und die Ausgangsspannung können auch andere Werte aufweisen. Insbesondere kann die Eingangsspannung auch größer sein als die Ausgangsspannung.
Des weiteren kann es sich bei einem Multiphasen-Gleich- spannungswandler gemäß der Erfindung auch um einen bidi- rektionalen Hoch-/Tiefsetzsteiler mit vier Transistoren pro Wandlerzelle handeln. Hierbei werden je Anschlussseite der Wandlerzellen ein Spannungs- und ein Stromsensor eingesetzt .
Ferner wurde beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel das Ausgangssignal eines Spannungssensors 7 über einen Analog-Digital-Wandler 11 an einen Separator 12 geleitet. Alternativ hierzu kann auch ein Stromsensor als Signalquelle für den Separator dienen.

Claims

Patentansprüche
1. Multiphasen-Gleichspannungswandler, welcher mehrere parallel zueinander angeordnete, zeitversetzt getaktete Wandlerzellen (4, 5, 6) aufweist, dadurch gekenn- zeichnet, dass er auf der Eingangsseite und/oder Ausgangsseite der Wandlerzellen einen Spannungssensor (7) oder einen Stromsensor aufweist, der über einen Analog- Digital-Wandler (11) mit einem Separator (12) verbunden ist, welcher zur Zerlegung des Ausgangssignals des Ana- log-Digital-Wandlers (11) in den einzelnen Phasen des
Wandlers zugeordnete Spannungswerte oder Stromwerte vorgesehen ist, und dass der Separator (12) mit einer Regelanordnung (13) verbunden ist, die ausgangsseitig die Taktsignale der Wandlerzellen (4, 5, 6) beeinflussende Regelsignale bereitstellt.
2. Multiphasen-Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Seperator (12) mehrere parallel zueinander angeordnete zeitgetriggerte Separatoreinheiten (12a, 12b, 12c) aufweist, von denen jede einer der Wandlerzellen zugeordnet ist.
3. Multiphasen-Gleichspannungswandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Triggereingang der Separatoreinheiten (12a, 12b, 12c) jeweils mit dem Ausgang eines PWM-Signalgenerators (14a, 14b, 14c) verbunden ist, welcher einer zugehörigen Wandlerzelle zugeordnet ist.
4. Multiphasen-Gleichspannungswandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelanordnung (13) mehrere parallel zueinander angeordnete Regler (13a, 13b, 13c) aufweist, von denen jeder einer der Wandlerzellen (4, 5, 6) zugeordnet ist, und der Eingang jedes der Regler (13a, 13b, 13c) mit dem Ausgang der jeweils zugehörigen Seperatoreinheit (12a, 12b, 12c) verbunden ist.
5. Multiphasen-Gleichspannungswandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Regler (13a, 13b, 13c) jeweils über einen Addierer (15a, 15b, 15c) mit dem zugehörigen PWM-Signalgenerator (14a, 14b, 14c) verbunden ist.
6. Multiphasen-Gleichspannungswandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Addierer (15a, 15b, 15c) jeweils mit demselben Ausgang eines weiteren Reglers (16) verbunden sind.
7. Multiphasen-Gleichspannungswandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Regler
(16) ein Stromregler oder ein Spannungsregler ist und ein erster Eingang dieses weiteren Reglers mit einem Sollwertgeber (18) verbunden ist.
8 . Multiphasen-Gleichspannungswandler nach Anspruch 7 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , das s ein zweiter Ein- gang des weiteren Reglers (16) über einen weiteren Ana- log-Digital-Wandler (17) mit einem Stromsensor (8) oder einem Spannungssensor verbunden ist und der Stromsensor oder Spannungssensor zwischen dem Ausgang der Wandlerzellen (4, 5, 6) und einem Ausgangsanschluss (10) des Multi- phasen-Gleichspannungswandlers angeordnet ist.
9. Multiphasen-Gleichspannungswandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einen weiteren Stromsensor oder Spannungssensor aufweist, der zwischen dem Eingangsanschluss (2) des MuI- tiphasen-Gleichspannungswandlers und dem Eingang der Wandlerzellen (4, 5, 6) angeordnet ist.
10. Multiphasen-Gleichspannungswandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ein bidirektionaler Multiphasen-Gleich- spannungswandler ist und einen zweiten Spannungssensor oder Stromsensor aufweist, welcher auf der vom ersten Spannungssensor oder Stromsensor abgelegenen Seite der Wandlerzellen angeordnet ist.
EP08759739A 2007-05-31 2008-05-19 Multiphasen-gleichspannungswandler Withdrawn EP2156539A1 (de)

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP08759739A Withdrawn EP2156539A1 (de) 2007-05-31 2008-05-19 Multiphasen-gleichspannungswandler

Country Status (4)

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US (1) US20100176772A1 (de)
EP (1) EP2156539A1 (de)
DE (1) DE102007025229A1 (de)
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