EP4256684A1 - Steuervorrichtung für einen gleichspannungswandler, gleichspannungswandlervorrichtung sowie verfahren zur ansteuerung eines gleichspannungswandlers - Google Patents

Steuervorrichtung für einen gleichspannungswandler, gleichspannungswandlervorrichtung sowie verfahren zur ansteuerung eines gleichspannungswandlers

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EP4256684A1
EP4256684A1 EP21787433.8A EP21787433A EP4256684A1 EP 4256684 A1 EP4256684 A1 EP 4256684A1 EP 21787433 A EP21787433 A EP 21787433A EP 4256684 A1 EP4256684 A1 EP 4256684A1
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EP
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converter
current
voltage
output
ratio
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EP21787433.8A
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English (en)
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Gholamabas Esteghlal
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • Control device for a DC-DC converter DC-DC converter device and method for controlling a DC-DC converter
  • the present invention relates to a control device for a DC-DC converter and a DC-DC converter device with such a control device.
  • the present invention also relates to a method for driving a DC-DC converter.
  • DC-DC converters are used in numerous areas of application.
  • DC converters can be used to transfer electrical energy from a high-voltage network of an electric vehicle to a low-voltage network of the vehicle.
  • Such DC-DC converters can, for example, comprise a control circuit which controls the DC-DC converter using one or more specified setpoint values and measured values recorded by sensors. The reliability of the measured values recorded by sensors is of essential importance here.
  • flyback converters or also fly-back converters can be used as DC voltage converters.
  • the publication DE 195 07 084 A1 discloses, for example, a flyback converter designed as a switching controller.
  • the present invention creates a control device for a DC-DC converter, a DC-DC converter device and a method for controlling a DC-DC converter with the features of the independent patent claims. Further advantageous embodiments are the subject matter of the dependent patent claims.
  • a control device for a DC-DC converter serves to convert an input DC voltage into an output DC voltage.
  • the control device is designed to calculate a first ratio between an input current and an output current of the DC/DC converter.
  • the first ratio between the input current and the output current can be calculated in particular using a duty cycle used for driving the DC-DC converter.
  • the control device is also designed to calculate a second ratio between the input current and the output current of the DC/DC converter.
  • the second ratio between the input current and the output current can be calculated in particular using an input voltage and an output voltage of the DC/DC converter.
  • the control device is designed to detect a malfunction.
  • the malfunction can in particular be a malfunction of a voltage and/or current sensor which provides sensor values for the actuation of the DC-DC converter.
  • the malfunction can be detected in particular if the calculated first ratio between the input current and the output current and the calculated second ratio between the input current and the output current deviate from one another.
  • a malfunction can be detected if the two ratios between the input current and the output current deviate from one another by more than a predetermined threshold value.
  • a DC-DC converter device with a DC-DC converter and a control device according to the invention for the DC-DC converter is designed to convert an input DC voltage into a predetermined output DC voltage.
  • the control device is designed in particular to determine a duty cycle for driving the DC-DC converter and to drive the DC-DC converter using the determined duty cycle.
  • the DC-DC converter can be controlled, for example, with a pulse-width modulated control with a predetermined duty cycle.
  • a method of driving a DC-DC converter The DC-DC converter for this method is designed to convert a DC input voltage into a DC output voltage.
  • the method includes a step of calculating a first ratio between an input current and an output current of the DC/DC converter.
  • the first ratio between the input current and the output current can be calculated in particular using a duty cycle used for driving the DC-DC converter.
  • the method further includes a step of calculating a second ratio between the input current and the output current of the DC/DC converter.
  • the second ratio between the input current and the output current can be calculated in particular using an input voltage and an output voltage of the DC/DC converter.
  • the method includes a step for detecting a malfunction.
  • a malfunction can be detected if the calculated first ratio between the input current and the output current and the calculated second ratio between the input current and the output current of the DC-DC converter deviate from one another.
  • a malfunction can be detected in particular when the two ratios between the input current and the output current deviate from one another by more than a predetermined desired value.
  • the present invention is based on the finding that for the operation of a DC-DC converter and in particular for safe or reliable regulation of the output parameters of a DC-DC converter, the operating parameters such as the electrical voltages at the input and/or output of the DC-DC converter must be reliably known.
  • the relevant measured values can be recorded and verified using a plurality of redundant sensors, if necessary.
  • such a redundant design of the system is associated with greater effort and higher costs.
  • the present invention provides for determining the relationships between the parameters required for controlling the DC-DC converter using two different calculation methods. Since in some cases different operating parameters are included for the two different calculation methods, discrepancies in the sensor values can be recognized very easily. If the different calculation methods lead to a discrepancy, this indicates a malfunction, for example of a sensor relevant to the regulation of the DC-DC converter. The reliability of the sensors used can thus also be verified without having to use complex and cost-intensive redundant sensor systems for this purpose.
  • any suitable DC converter can be used as a DC converter for such a system.
  • any direct voltage converter can be used, which is regulated on the basis of a pulse duty factor of a pulse width modulated control.
  • the DC voltage converter can be what is known as a flyback converter or flyback converter.
  • the DC voltage converter can be a unidirectional DC voltage converter that can convert an electrical DC voltage into a further electrical DC voltage in only one direction.
  • basically bidirectional DC voltage converters are also possible, which can convert an electrical DC voltage between two different voltage levels in both directions.
  • a ratio between an input current and an output current is formed to check the current and voltage values for plausibility.
  • any other relationships can also be formed for plausibility checks.
  • the control device is designed to alternatively control the DC-DC converter either in a discontinuous operating mode (discontinuous conduction mode, DCM) or in a non-discontinuous operating mode (continuous conduction mode, CCM).
  • the control device can be designed to calculate the ratio between the input current and the output current, taking into account the respective current control mode for the DC-DC converter.
  • DCM discontinuous conduction mode
  • CCM continuous conduction mode
  • the control device can be designed to calculate the ratio between the input current and the output current, taking into account the respective current control mode for the DC-DC converter.
  • different mathematical relationships result depending on the operating mode. Accordingly, by considering the operating mode of the DC-DC converter, the appropriate calculation scheme can be selected and used.
  • the control device is designed to regulate the pulse duty factor for driving the DC-DC converter using a predetermined target value for the output voltage and/or a predetermined target value for the output current.
  • a control loop can be implemented in the control device for the DC-DC converter, which regulates the respective duty cycle for the control of the DC-DC converter using a predetermined setpoint based on a sensor value for the output voltage or the output current.
  • a pulse duty factor for driving the DC-DC converter can be determined in order to set the desired setpoint values at the output of the DC-DC converter.
  • the control device is designed to output a signal if a malfunction has been detected.
  • This signaling can be an electronic signal, for example, which can be output to one or more other components.
  • a malfunction can be signaled to a higher-level control authority in this way.
  • an optical or acoustic signal can also be output, for example, in order to indicate the malfunction to a user.
  • the DC-DC converter can include a flyback converter. Flyback converters are also known by the term "flyback converters".
  • any other suitable DC voltage converter is of course also possible.
  • the DC-DC converter can be a DC-DC converter which can be regulated on the basis of a pulse width modulated signal.
  • the DC-DC converter can include a first current sensor, which is designed to detect an input current of the DC-DC converter.
  • the DC-DC converter can also include a first voltage sensor configured to detect an input voltage of the DC-DC converter.
  • the DC-DC converter can include a second current sensor, which is designed to detect an output current of the DC-DC converter.
  • the DC-DC converter can also include a second voltage sensor, which is designed to detect an output voltage of the DC-DC converter.
  • the control device can be designed to check at least one of the sensor values using the first ratio between input current and output voltage.
  • the currently used duty cycle for controlling the DC-DC converter is included in the calculation of the first ratio between input current and output current, and this duty cycle is determined, for example, on the basis of a control loop, it can be checked whether the duty cycle of the control loop corresponds to that provided by the sensors Values and thus also in accordance with the second ratio between input voltage and output voltage.
  • Fig. 1 a schematic representation of a block diagram of a
  • Fig. 2 a schematic representation of a basic circuit diagram of a
  • Fig. 3 a flowchart of how a method for controlling a
  • DC-DC converter is based according to one embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a DC voltage converter arrangement 1 according to an embodiment.
  • the DC-DC converter arrangement 1 includes a DC-DC converter 10 which can be controlled by a control device 20 by means of control signals.
  • An input DC voltage UJn can be provided at the input of the DC voltage converter 10, for example. If electrical energy is transferred from the input side of DC-DC converter 10 to an output side, an electrical current I Jn flows into DC-DC converter 10.
  • DC-DC converter 10 converts the electrical DC voltage UJn provided at the input into an electrical output DC voltage with electrical voltage U_out. If electrical energy is transmitted from the input side to the output side of the DC-DC converter 10, then an electric current I_out flows out of the DC-DC converter 10 on the output side.
  • a current sensor 12 can be provided for detecting the input current I Jn in the DC-DC converter 10 .
  • the input voltage UJn can, for example, by means of a suitable voltage sensor 11 are monitored.
  • the output current I_out from the DC-DC converter 10 can be detected using a suitable current sensor 14 and the output voltage U_out can be monitored using a corresponding voltage sensor 13 .
  • the sensor values recorded by the sensors 11 to 14 can be made available to a control device 20 .
  • the control device 20 can then control the DC-DC converter 10 using the detected sensor values in such a way that, for example, a predetermined target voltage is provided at the output of the DC-DC converter 10 .
  • the output current I_out can also be set to a specified target value.
  • one or more target values S can be provided at the control device 20 .
  • the output of the DC-DC converter 10 can be set to the predetermined desired value(s) by adjusting a duty cycle in the case of a pulse-width-modulated control of the DC-DC converter 10 .
  • a control loop can be provided in the control device 20, which determines a corresponding pulse duty factor D using the specified setpoint value S and one or more sensor values from the voltage and/or current sensors 11 to 14.
  • the sensor values may have to be at least partially checked for plausibility.
  • control device can, for example, use a number of different methods to calculate relationships between input variables and output variables. If the different calculation methods are based on different variables and the different methods lead to the same or at least approximately the same values, then the sensor values on which they are based can be regarded as plausible. On the other hand, when calculating using If a significant deviation, for example a deviation by more than a predetermined threshold value, is determined using different calculation methods, this can indicate an error within the control loop or in at least one of the voltage or current sensors 11 to 14 .
  • the function of the DC-DC converter 10 can be restricted or the DC-DC converter can be completely deactivated if necessary.
  • a relationship, for example a quotient, between the input current I Jn and the output current l_out can be calculated in a first step, with this ratio being calculated in the first step using the currently set duty cycle D for driving the DC-DC converter 10 is calculated.
  • the relationships between the pulse duty factor D and the other sensor values to be applied here can depend on the individual structure of the DC-DC converter 10 and the currently set operating mode of the DC-DC converter 10 . Specific examples of such a calculation are detailed further below.
  • the ratio between the input current I Jn and the output current I_out can also be calculated using the current input voltage UJn and the current output voltage U_out.
  • the current and voltage values of the corresponding current and voltage sensors 11 to 14 can be used for this purpose, for example.
  • the control device 20 can, for example, on the one hand calculate the ratio of the input current I Jn and the output current l_out, taking into account the currently set pulse duty factor D, and on the other hand calculate the ratio of the input current I Jn and the output current l_out on the basis of the input voltage U Jn and the output voltage U_out.
  • this second ratio is calculated without taking into account the currently set duty cycle in DC-DC converter 10. If the two ratios of input current I Jn and output current l_out are the same or at least approximately the same, this can be taken as an indication of correct sensor values. If, on the other hand, the two ratios of input current I Jn and output current I_out deviate significantly, i.e. by more than a predetermined threshold value, a malfunction of DC-DC converter 10 or at least one of current or voltage sensors 11 to 14 can be concluded.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a basic circuit diagram of a flyback converter, as can be used, for example, as a DC-DC converter 10 in the DC-DC converter arrangement 1 according to one embodiment.
  • the DC-DC converter 10 in this exemplary embodiment comprises a transformer Tr.
  • This transformer can, for example, have a number of turns N_p on the primary side and a number of turns N_s on the secondary side.
  • the leakage inductance of this transformer Tr is represented by the additional inductance Ls.
  • the primary side of the transformer Tr is connected to the input terminals of the DC/DC converter 10 in series with a first switching element TI.
  • a second switching element T2 is arranged in series with a first capacitor CI in parallel with the primary-side terminals of the transformer Tr.
  • the secondary side of the transformer Tr is connected to the output terminals of the DC/DC converter 10 in series with a third switching element T3.
  • a second capacitor C2 is provided in parallel.
  • L stands for the main inductance of the flyback converter
  • f for the switching frequency at which the flyback converter is operated
  • R for the ohmic losses of the flyback converter
  • a current ratio between the input current IJn and the output current I_out can be calculated from the duty cycle D and the other known properties of the flyback converter. This ratio can be compared to the ratio of the input current IJn and output current I_out already described above based on the corresponding input voltage UJn and output voltage U_out, which has been calculated without using the duty cycle D.
  • DC-DC converter arrangements taking into account the respective properties of the control parameters, in particular a duty cycle for a pulse-width modulated control, analogous relationships are formed in order to compare the ratio between the input current and the output current on the one hand based on the corresponding voltages and on the other hand on the basis of the control parameters set in each case. Due to the plausibility check of the sensor values, a redundant design of the individual sensors can be dispensed with.
  • FIG. 3 shows a flow chart on how a method for controlling a DC-DC converter according to one embodiment is based.
  • the method can include any steps as have already been described above in connection with the DC-DC converter arrangement 1 .
  • the above-described DC-DC converter arrangement 1 and in particular the control device 20 can also include any components that are required to implement the method described below.
  • a first ratio between the input current I Jn and the output current I_out of the DC-DC converter 10 is calculated.
  • This first ratio is calculated, in particular, using a control parameter, such as a duty cycle D, that is required for driving the DC-DC converter.
  • step S2 a second ratio between input current I Jn and output current I_out of DC-DC converter 10 is calculated in parallel.
  • This second ratio is calculated in particular using an input voltage U Jn and an output voltage U_out of the DC-DC converter. As already mentioned above, the second ratio is calculated here without taking the pulse duty factor D into account.
  • a malfunction can then be detected in step S3 if the two calculated ratios deviate from one another.
  • a malfunction can be detected if the two calculated ratios deviate from one another by more than a predefined threshold value.
  • the method for controlling the DC-DC converter 10 can in particular include a step for detecting the output voltage U_out of the DC-DC converter 10 . Based on this detected voltage value of the output voltage U_out, a Control parameters, such as a duty cycle D for a pulse width modulated control of the DC-DC converter 10 are determined. In this way, a control circuit for setting a predetermined setpoint for the output voltage U_out of the DC-DC converter 10 can be implemented. The pulse duty factor D determined by this control loop can thus be used to determine the ratio between the input current I Jn and the output current I_out of the DC/DC converter 10 to calculate the first ratio in step S1.
  • step S3 the activation of the DC-DC converter 10 can then be stopped, for example.
  • the actuation of the DC-DC converter 10 can also only be restricted, or only a signal for a malfunction can be output to a further instance.
  • the present invention relates to a plausibility check of operating parameters, in particular of sensor-detected input and output values of a DC-DC converter.
  • a ratio between the input current and the output current of a DC-DC converter is calculated on the basis of two different calculation methods, the different calculation methods being based at least in part on different parameters. If the two calculation methods lead to the same or at least approximately the same ratio of input current to output current, the reliability of the parameters used can be checked for plausibility in this way.

Landscapes

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

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verifizierung von Betriebsparametern, insbesondere von sensorisch erfassten Eingangs- und Ausgangswerten eines Gleichspannungswandlers. Hierzu wird ein Verhältnis zwischen Eingangsstrom und Ausgangsstrom eines Gleichspannungswandlers auf Grundlage von zwei unterschiedlichen Berechnungsverfahren berechnet, wobei den unterschiedlichen Berechnungsverfahren zumindest teilweise unterschiedliche Parameter zugrunde liegen. Führen die beiden Berechnungsverfahren zu einem gleichen oder zumindest annähernd gleichen Verhältnis von Eingangsstrom zu Ausgangsstrom, so kann auf diese Weise die Zuverlässigkeit der verwendeten Parameter plausibilisiert werden.

Description

Beschreibung
Titel
Steuervorrichtung für einen Gleichspannungswandler, Gleichspannungswandlervorrichtung sowie Verfahren zur Ansteuerung eines Gleichspannungswandlers
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Gleichspannungswandler sowie eine Gleichspannungswandlervorrichtung mit einer solchen Steuervorrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Ansteuerung eines Gleichspannungswandlers.
Stand der Technik
Gleichspannungswandler finden in zahlreichen Anwendungsgebieten Verwendung. Beispielsweise können Gleichspannungswandler dazu eingesetzt werden, um elektrische Energie von einem Hochvoltnetz eines Elektrofahrzeugs zu einem Niedervoltnetz des Fahrzeugs zu übertragen. Derartige Gleichspannungswandler können beispielsweise einen Regelkreis umfassen, welcher die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers unter Verwendung eines oder mehrerer vorgegebenen Sollwerte sowie sensorisch erfasster Messwerte ausführt. Hierbei kommt der Zuverlässigkeit der sensorisch erfassten Messwerte eine essentielle Bedeutung zu.
Als Gleichspannungswandler können beispielsweise sogenannte Sperrwandler oder auch Fly-Back-Wandler eingesetzt werden. Die Druckschrift DE 195 07 084 Al offenbart beispielsweise einen als Schaltregler ausgebildeten Sperrwandler.
Offenbarung der Erfindung Die vorliegende Erfindung schafft eine Steuervorrichtung für einen Gleichspannungswandler, eine Gleichspannungswandlervorrichtung sowie ein Verfahren zur Ansteuerung eines Gleichspannungswandlers mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Demgemäß ist vorgesehen:
Eine Steuervorrichtung für einen Gleichspannungswandler. Der Gleichspannungswandler dient dabei dazu, eine Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung zu konvertieren. Die Steuervorrichtung ist dazu ausgelegt, ein erstes Verhältnis zwischen einem Eingangsstrom und einem Ausgangsstrom des Gleichspannungswandlers zu berechnen. Das erste Verhältnis zwischen Eingangsstrom und Ausgangsstrom kann insbesondere unter Verwendung eines für die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers verwendeten Tastverhältnisses berechnet werden. Die Steuervorrichtung ist weiterhin dazu ausgelegt, ein zweites Verhältnis zwischen dem Eingangsstrom und dem Ausgangsstrom des Gleichspannungswandlers zu berechnen. Das zweite Verhältnis zwischen Eingangsstrom und Ausgangsstrom kann insbesondere unter Verwendung einer Eingangsspannung und einer Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers berechnet werden. Ferner ist die Steuervorrichtung dazu ausgelegt, eine Fehlfunktion zu detektieren. Bei der Fehlfunktion kann es sich insbesondere um eine Fehlfunktion eines Spannungs- und/oder Stromsensors handeln, welcher Sensorwerte für die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers bereitstellt. Darüber hinaus sind jedoch auch andere Fehlfunktionen beispielsweise im Regelkreis der Steuervorrichtung möglich. Die Fehlfunktion kann insbesondere dann detektiert werden, falls das berechnete erste Verhältnis zwischen Eingangsstrom und Ausgangsstrom und das berechnete zweite Verhältnis zwischen Eingangsstrom und Ausgangsstrom voneinander abweichen. Insbesondere kann eine Fehlfunktion detektiert werden, wenn die beiden Verhältnisse zwischen Eingangsstrom und Ausgangsstrom um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert voneinander abweichen.
Weiterhin ist vorgesehen: Eine Gleichspannungswandlervorrichtung mit einem Gleichspannungswandler und einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für den Gleichspannungswandler. Der Gleichspannungswandler ist dazu ausgelegt, eine Einganggleichspannung in eine vorbestimmte Ausgangsgleichspannung zu konvertieren. Die Steuervorrichtung ist insbesondere dazu ausgelegt, ein Tastverhältnis für die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers zu ermitteln und den Gleichspannungswandler unter Verwendung des ermittelten Tastverhältnisses anzusteuern. Entsprechend kann der Gleichspannungswandler zum Beispiel mit einer pulsbreiten modulierten Ansteuerung mit einem vorgegebenen Tastverhältnis angesteuert werden.
Schließlich ist vorgesehen:
Ein Verfahren zur Ansteuerung eines Gleichspannungswandlers. Der Gleichspannungswandler für dieses Verfahren ist dazu ausgelegt, eine Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung zu konvertieren. Das Verfahren umfasst einen Schritt zum Berechnen eines ersten Verhältnisses zwischen einem Eingangsstrom und einem Ausgangsstrom des Gleichspannungswandlers. Das erste Verhältnis zwischen Eingangsstrom und Ausgangsstrom kann insbesondere unter Verwendung eines für die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers verwendeten Tastverhältnisses berechnet werden. Das Verfahren umfasst weiter einen Schritt zum Berechnen eines zweiten Verhältnisses zwischen dem Eingangsstrom und dem Ausgangsstrom des Gleichspannungswandlers. Das zweite Verhältnis zwischen Eingangsstrom und Ausgangsstrom kann insbesondere unter Verwendung einer Eingangsspannung und einer Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers berechnet werden. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt zum Detektieren einer Fehlfunktion. Insbesondere kann eine Fehlfunktion detektiert werden, falls das berechnete erste Verhältnis zwischen Eingangsstrom und Ausgangsstrom und das berechnete zweite Verhältnis zwischen Eingangsstrom und Ausgangsstrom des Gleichspannungswandlers voneinander abweichen. Eine Fehlfunktion kann insbesondere dann detektiert werden, wenn die beiden Verhältnisse zwischen Eingangsstrom und Ausgangsstrom um mehr als einen vorgegebenen Sollwert voneinander abweichen. Vorteile der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass für den Betrieb eines Gleichspannungswandlers und insbesondere für eine sichere oder zuverlässige Regelung der Ausgangsparameter eines Gleichspannungswandlers, die Betriebsparameter wie zum Beispiel die elektrischen Spannungen am Eingang und/oder Ausgang des Gleichspannungswandlers zuverlässig bekannt sein müssen. Um die Zuverlässigkeit der ermittelten Messwerte während des Betriebs und insbesondere über die gesamte Lebensdauer zuverlässig bereitstellen zu können und dabei gegebenenfalls Sensorfehler frühzeitig zu detektieren, können die relevanten Messwerte gegebenenfalls mittels mehrerer redundanter Sensoren erfasst und verifiziert werden. Eine derartige redundante Auslegung des Systems ist jedoch mit höherem Aufwand und auch mit höheren Kosten verbunden.
Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, um die Zuverlässigkeit der für die Regelung eines Gleichspannungswandlers erforderlichen Strom- und/oder Spannungswerte möglichst ohne redundante Sensoren gewährleisten zu können. Hierzu sieht die vorliegende Erfindung vor, die Zusammenhänge der für die Regelung des Gleichspannungswandlers erforderlichen Parameter auf zwei unterschiedliche Berechnungsmethoden zu bestimmen. Da für die beiden unterschiedlichen Berechnungsverfahren hierbei zum Teil unterschiedliche Betriebsparameter mit einfließen, können Unstimmigkeiten in den Sensorwerten sehr einfach erkannt werden. Führen die unterschiedlichen Berechnungsverfahren zu einer Diskrepanz, so weist dies auf eine Fehlfunktion beispielsweise eines für die Regelung des Gleichspannungswandlers relevanten Sensors hin. Somit kann die Zuverlässigkeit der eingesetzten Sensoren auch verifiziert werden, ohne dass hierzu aufwändige und kostenintensive redundante Sensorsysteme eingesetzt werden müssten.
Als Gleichspannungswandler für ein solches System sind grundsätzlich beliebige geeignete Gleichspannungswandler möglich. Insbesondere können beliebige Gleichspannungswandler eingesetzt werden, deren Regelung auf Grundlage eines Tastverhältnisses einer pulsbreitenmodulierten Ansteuerung erfolgt. Beispielsweise kann es sich bei dem Gleichspannungswandler um einen sogenannten Sperrwandler oder Fly-Back-Wandler handeln. Bei dem Gleichspannungswandler kann es sich sowohl um einen unidirektionalen Gleichspannungswandler handeln, der eine elektrische Gleichspannung nur in eine Richtung in eine weitere elektrische Gleichspannung wandeln kann. Alternativ sind auch grundsätzlich bidirektionale Gleichspannungswandler möglich, die zwischen zwei verschiedenen Spannungsebenen in beide Richtungen eine elektrische Gleichspannung wandeln können.
Zur Plausibilisierung der Strom- und Spannungswerte wird ein Verhältnis zwischen einem Eingangsstrom und einem Ausgangsstrom gebildet. Es versteht sich jedoch, dass grundsätzlich zur Plausibilisierung auch beliebige andere Beziehungen gebildet werden können. Darüber hinaus ist es ebenso möglich, einen oder mehrere vorgegebene Strom- und/oder Spannungswerte für den Gleichspannungswandler zu berechnen und diese berechneten Werte als Grundlage für die Plausibilisierung heranzuziehen. Größe, falls auch möglich, auf zwei unterschiedliche Rechenvorschriften jeweils einen einzelnen Strom- oder Spannungswert zu berechnen. Derartige Werte stehen in direktem Zusammenhang zu dem Verhältnis zwischen Eingangsstrom und Ausgangsstrom und können somit direkt aus diesem Verhältnis abgeleitet werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu ausgelegt, den Gleichspannungswandler alternativ entweder in einem lückenden Betriebsmodus (discontinuous conduction mode, DCM) oder einem nicht-lückenden Betriebsmodus (continuous conduction mode, CCM) anzusteuern. Hierbei kann die Steuervorrichtung dazu ausgelegt sein, das Verhältnis zwischen Eingangsstrom und Ausgangsstrom unter Berücksichtigung des jeweils aktuellen Ansteuerungsmodus für den Gleichspannungswandler zu berechnen. Insbesondere bei der Berechnung des Verhältnisses zwischen Eingangsstrom und Ausgangsstrom auf Grundlage des für die Regelung des Gleichspannungswandlers verwendeten Tastverhältnisses ergeben sich je nach Betriebsmodus unterschiedliche mathematische Zusammenhänge. Entsprechend kann durch die Berücksichtigung des Betriebsmodus des Gleichspannungswandlers das jeweils geeignete Berechnungsschema ausgewählt und angewendet werden. Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, das Tastverhältnis für die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers unter Verwendung eines vorbestimmten Sollwertes für die Ausgangsspannung und/oder eines vorbestimmten Sollwertes für den Ausgangsstrom zu regeln. Beispielsweise kann hierzu in der Steuervorrichtung für den Gleichspannungswandler ein Regelkreis implementiert werden, welcher auf Grundlage eines Sensorwerts für die Ausgangsspannung bzw. den Ausgangsstrom das jeweilige Tastverhältnis für die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers unter Verwendung eines vorgegebenen Sollwertes regelt. Hierdurch kann ein Tastverhältnis für die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers ermittelt werden, um am Ausgang des Gleichspannungswandlers die gewünschten Sollwerte einzustellen. Falls an einem Sensor für die entsprechenden Ausgangswerte des Gleichspannungswandlers ein Fehler auftritt und somit die Sensorwerte fehlerbehaftet sein sollten, so ergibt sich daraus ein Tastverhältnis, welches bei der Berechnung des Verhältnisses zwischen Eingangsstrom und Ausgangsstrom zu einer Diskrepanz führen würde. Aus dieser Diskrepanz kann daraufhin auf eine Fehlfunktion innerhalb des Gleichspannungswandlers oder der für die Regelung des Gleichspannungswandlers verwendeten Sensoren geschlossen werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, eine Signalisierung auszugeben, falls eine Fehlfunktion detektiert worden. Bei dieser Signalisierung kann es sich beispielsweise um ein elektronisches Signal handeln, welches an eine oder mehrere weitere Komponenten ausgegeben werden kann. Beispielsweise kann einer übergeordneten Kontrollinstanz auf diese Weise eine Fehlfunktion signalisiert werden. Darüber hinaus kann beispielsweise auch ein optisches oder akustisches Signal ausgegeben werden, um einem Benutzer die Fehlfunktion anzuzeigen. Ferner ist es auch möglich, bei der Detektion einer Fehlfunktion die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers bzw. den gesamten Gleichspannungswandler abzuschalten und gegebenenfalls gefährliche Betriebszustände zu vermeiden. Gemäß einer Ausführungsform kann der Gleichspannungswandler einen Sperrwandler umfassen. Sperrwandler sind auch unter dem Begriff „Fly- Back- Wandler“ bekannt. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch beliebige andere geeignete Gleichspannungswandler möglich. Insbesondere kann es sich bei dem Gleichspannungswandler um einen Gleichspannungswandler handeln, dessen Regelung auf Basis eines pulsbreitenmodulierten Signals erfolgen kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Gleichspannungswandler einen ersten Stromsensor umfassen, der dazu ausgelegt ist, einen Eingangsstrom des Gleichspannungswandlers zu erfassen. Der Gleichspannungswandler kann auch einen ersten Spannungssensor umfassen, der dazu ausgelegt ist, eine Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers zu erfassen. Weiterhin kann der Gleichspannungswandler einen zweiten Stromsensor umfassen, der dazu ausgelegt ist, einen Ausgangsstrom des Gleichspannungswandlers zu erfassen. Schließlich kann der Gleichspannungswandler auch einen zweiten Spannungssensor umfassen, der dazu ausgelegt ist, eine Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers zu erfassen. Entsprechend kann die Steuervorrichtung dazu ausgelegt sein, mindestens einen der Sensorwerte unter Verwendung des Erstverhältnisses zwischen Eingangsstrom und Ausgangsspannung zu überprüfen. Da für die Berechnung des ersten Verhältnisses zwischen Eingangsstrom und Ausgangsstrom das aktuell verwendete Tastverhältnis für die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers miteinfließt, und dieses Tastverhältnis beispielsweise auf Basis eines Regelkreises ermittelt wird, kann überprüft werden, ob das Tastverhältnis des Regelkreises in Übereinstimmung mit den von den Sensoren bereitgestellten Werten und somit auch in Übereinstimmung mit dem zweiten Verhältnis zwischen Eingangsspannung und Ausgangsspannung steht.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen:
Fig 1: eine schematische Darstellung eines Blockschaubilds einer
Gleichspannungswandleranordnung mit einer Steuervorrichtung für einen Gleichspannungswandler gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 2: eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds eines
Sperrwandlers; und
Fig. 3: ein Ablaufdiagramm, wie es einem Verfahren zur Ansteuerung eines
Gleichspannungswandlers gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Gleichspannungswandleranordnung 1 gemäß einer Ausführungsform. Die Gleichspannungswandleranordnung 1 umfasst einen Gleichspannungswandler 10, der mittels Ansteuersignalen von einer Steuervorrichtung 20 angesteuert werden kann. Am Eingang des Gleichspannungswandlers 10 kann beispielsweise eine Eingangsgleichspannung UJn bereitgestellt werden. Wird elektrische Energie von der Eingangsseite des Gleichspannungswandlers 10 zu einer Ausgangsseite übertragen, so fließt hierbei ein elektrischer Strom I Jn in den Gleichspannungswandler 10. Der Gleichspannungswandler 10 wandelt die am Eingang bereitgestellte elektrische Gleichspannung UJn in eine elektrische Ausgangsgleichspannung mit der elektrischen Spannung U_out. Wird elektrische Energie von der Eingangsseite zur Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers 10 übertragen, so fließt an der Ausgangsseite ein elektrischer Strom l_out aus dem Gleichspannungswandler 10 heraus. Für die Erfassung des Eingangsstroms I Jn in den Gleichspannungswandler 10 kann beispielsweise ein Stromsensor 12 vorgesehen sein. Die Eingangsspannung UJn kann beispielsweise mittels eines geeigneten Spannungssensors 11 überwacht werden. Analog kann der Ausgangsstrom l_out aus dem Gleichspannungswandler 10 heraus mittels eines geeigneten Stromsensors 14 erfasst werden, und die Ausgangsspannung U_out kann mittels eines entsprechenden Spannungssensors 13 überwacht werden.
Die von den Sensoren 11 bis 14 erfassten Sensorwerte können an einer Steuervorrichtung 20 bereitgestellt werden. Die Steuervorrichtung 20 kann daraufhin unter Verwendung der erfassten Sensorwerte den Gleichspannungswandler 10 derart ansteuern, dass beispielsweise am Ausgang des Gleichspannungswandlers 10 eine vorbestimmte Sollspannung bereitgestellt wird. Alternativ kann gegebenenfalls auch der Ausgangsstrom l_out auf einen vorgegebenen Sollwert eingestellt werden. Hierzu können zum Beispiel an der Steuervorrichtung 20 ein oder mehrere Sollwerte S bereitgestellt werden.
Beispielsweise kann durch Anpassen eines Tastverhältnisses bei einer pulsbreitenmodulierten Ansteuerung des Gleichspannungswandlers 10 die Ausgabe des Gleichspannungswandlers 10 auf den oder die vorgegebenen Sollwerte eingestellt werden. Hierzu kann beispielsweise in der Steuervorrichtung 20 eine Regelschleife vorgesehen sein, welche unter Verwendung des vorgegebenen Sollwerts S und einem oder mehreren Sensorwerte von den Spannungs- und/oder Stromsensoren 11 bis 14 ein entsprechendes Tastverhältnis D ermittelt.
Da für eine solche Regelung des Gleichspannungswandlers 10 hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit der von den Spannungs- und Stromsensoren 11 bis 14 bereitgestellten Sensorwerte gestellt werden, müssen die Sensorwerte gegebenenfalls zumindest teilweise plausibilisiert werden.
Hierzu kann die Steuervorrichtung beispielsweise mittels mehrerer unterschiedlicher Verfahren Zusammenhänge zwischen Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen berechnen. Werden den unterschiedlichen Berechnungsverfahren dabei unterschiedliche Größen zugrunde gelegt, und führen die unterschiedlichen Verfahren dabei zu gleichen oder zumindest annähernd gleichen Werten, so können die zugrunde liegenden Sensorwerte als plausibel angesehen werden. Wird dagegen bei der Berechnung mittels unterschiedlicher Berechnungsverfahren eine signifikante Abweichung, beispielsweise eine Abweichung um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert, festgestellt, so kann dies auf einen Fehler innerhalb des Regelkreises oder bei mindestens einem der Spannungs- oder Stromsensoren 11 bis 14 hinweisen.
Wird ein solcher Fehler detektiert, so kann eine entsprechende Signalisierung ausgegeben werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Funktion des Gleichspannungswandlers 10 eingeschränkt oder der Gleichspannungswandler kann gegebenenfalls komplett deaktiviert werden.
Um die von den Strom- und Spannungssensoren 11 bis 14 bereitgestellten Sensorwerte zu plausibilisieren kann beispielsweise in einem ersten Schritt ein Zusammenhang, beispielsweise ein Quotient, zwischen dem Eingangsstrom I Jn und dem Ausgangsstrom l_out berechnet werden, wobei in dem ersten Schritt dieses Verhältnis unter Verwendung des aktuell eingestellten Tastverhältnisses D für die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers 10 berechnet wird. Die hierbei anzusetzenden Beziehungen zwischen dem Tastverhältnis D und den weiteren Sensorwerten kann dabei von dem individuellen Aufbau des Gleichspannungswandlers 10 und dem aktuell eingestellten Betriebsmodus des Gleichspannungswandlers 10 abhängen. Konkrete Beispiele für eine solche Berechnung werden weiter unten noch detailliert ausgeführt.
Weiter kann parallel hierzu das Verhältnis zwischen Eingangsstrom I Jn und Ausgangsstrom l_out auch unter Verwendung der aktuellen Eingangsspannung UJn und der aktuellen Ausgangsspannung U_out berechnet werden. Hierzu können beispielsweise jeweils die Strom- und Spannungswerte der entsprechenden Strom- und Spannungssensoren 11 bis 14 verwendet werden. Beispielsweise kann bei einem entsprechenden Gleichspannungswandler das Verhältnis zwischen Eingangsstrom I Jn und Ausgangsstrom l_out aus der Eigenschaft abgeleitet werden, dass der Quotient aus Eingangsstrom und Ausgangsstrom (l_in/l_out) umgekehrt proportional zu den Quotienten aus Eingangspannung (U_in/U_out) ist: l_out / I Jn = UJn / U_out Die Steuervorrichtung 20 kann beispielsweise einerseits das Verhältnis aus Eingangsstrom I Jn und Ausgangsstrom l_out unter Berücksichtigung des aktuell eingestellten Tastverhältnisses D berechnen und andererseits das Verhältnis aus Eingangsstrom I Jn und Ausgangsstrom l_out auf Grundlage der Eingangsspannung U Jn und der Ausgangsspannung U_out berechnen. Insbesondere erfolgt die Berechnung des dieses zweiten Verhältnisses ohne Berücksichtigung des aktuell eingestellten Tastverhältnisses in dem Gleichspannungswandler 10. Sind die beiden Verhältnisse aus Eingangsstrom I Jn und Ausgangsstrom l_out gleich oder zumindest annähernd gleich, so kann dies als ein Hinweis auf korrekte Sensorwerte betrachtet werden. Weichen dagegen die beiden Verhältnisse aus Eingangsstrom I Jn und Ausgangsstrom l_out signifikant, das heißt um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert voneinander ab, so kann daraus auf eine Fehlfunktion des Gleichspannungswandlers 10 oder mindestens eines der Strom- bzw. Spannungssensoren 11 bis 14 geschlossen werden.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds eines Sperrwandlers, wie er beispielsweise als Gleichspannungswandler 10 in der Gleichspannungswandleranordnung 1 gemäß einer Ausführungsform eingesetzt werden kann. Der Gleichspannungswandler 10 in diesem Ausführungsbeispiel umfasst einen Transformator Tr. Dieser Transformator kann beispielsweise auf der Primärseite eine Windungsanzahl N_p und auf der Sekundärseite eine Windungszahl von N_s aufweisen. Die Streuinduktivität dieses Transformators Tr ist exemplarisch durch die zusätzliche Induktivität Ls dargestellt. Die Primärseite des Transformators Tr ist in Serie mit einem ersten Schaltelement TI an den Eingangsanschlüssen des Gleichspannungswandlers 10 angeschlossen. Parallel zu den primärseitigen Anschlüssen des Transformators Tr ist ein zweites Schaltelement T2 in Serie mit einem ersten Kondensator CI angeordnet. Die Sekundärseite des Transformators Tr ist in Serie mit einem dritten Schaltelement T3 an die Ausgangsanschlüsse des Gleichspannungswandlers 10 angeschlossen. Parallel dazu ist ein zweiter Kondensator C2 vorgesehen. Der detaillierte Aufbau sowie der prinzipielle Betrieb und die Ansteuerung eines solchen Sperrwandlers in den unterschiedlichen Betriebsmodi ist grundsätzlich bekannt und wird daher nicht im Detail erläutert. In einem nicht-lückenden Betriebsmodus (Continuous Conduction Mode, CCM) ergibt sich für das Verhältnis zwischen Eingangsstrom I Jn und Ausgangsstrom l_out der folgende Zusammenhang.
I_in D N_s
I_out 1 — D N_p
Für einen lückenden Betrieb des Sperrwandlers (Discontinuous Conduction Mode, DCM) ergibt sich dagegen für das Verhältnis zwischen Eingangsstrom I Jn und Ausgangsstrom l_out der folgende Zusammenhang:
I_in I_out J 2 ■ L ■ f
Hierbei steht L für die Hauptinduktivität des Sperrwandlers, f für die Schaltfrequenz mit der der Sperrwandler betrieben wird und R für die Ohmschen Verluste des Sperrwandlers.
Somit kann je nach Betriebsmodus eines solchen Sperrwandlers aus dem Tastverhältnis D und den bekannten weiteren Eigenschaften des Sperrwandlers jeweils ein aktuelles Verhältnis zwischen Eingangsstrom IJn und Ausgangsstrom l_out berechnet werden. Dieses Verhältnis kann mit dem weiter oben bereits beschriebenen Verhältnis des Eingangsstroms IJn und Ausgangsstrom l_out auf Grundlage der entsprechenden Eingangsspannung UJn und Ausgangsspannung U_out verglichen werden, welches ohne die Verwendung des Tastverhältnisses D berechnet worden ist.
Selbstverständlich können auch für andere
Gleichspannungswandleranordnungen unter Berücksichtigung der jeweiligen Eigenschaften der Ansteuerungsparameter, insbesondere eines Tastverhältnisses für eine pulsbreitenmodulierte Ansteuerung analoge Zusammenhänge gebildet werden, um das Verhältnis zwischen Eingangsstrom und Ausgangsstrom einerseits auf Grundlage der korrespondierenden Spannungen und andererseits auf Grundlage der jeweils eingestellten Ansteuerparameter zu vergleichen. Durch die Plausibilisierung der Sensorwerte kann auf eine redundante Ausführung der einzelnen Sensoren verzichtet werden.
Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm, wie es einem Verfahren zur Ansteuerung eines Gleichspannungswandlers gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. Das Verfahren kann grundsätzlich beliebige Schritte umfassen, wie sie zuvor bereits im Zusammenhang mit der Gleichspannungswandleranordnung 1 beschrieben worden sind. Analog kann auch die oben beschriebene Gleichspannungswandleranordnung 1 und insbesondere die Steuervorrichtung 20 auch beliebige Komponenten umfassen, wie sie zur Realisierung des nachfolgenden beschriebenen Verfahrens erforderlich sind.
In einem Schritt S1 wird ein erstes Verhältnis zwischen Eingangsstrom I Jn und Ausgangsstrom l_out des Gleichspannungswandlers 10 berechnet. Dieses erste Verhältnis wird insbesondere unter Verwendung eines für die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers erforderlichen Steuerparameters, wie beispielsweise eines Tastverhältnisses D berechnet.
In Schritt S2 wird parallel dazu ein zweites Verhältnis zwischen Eingangsstrom I Jn und Ausgangsstrom l_out des Gleichspannungswandlers 10 berechnet. Dieses zweite Verhältnis wird insbesondere unter Verwendung einer Eingangsspannung U Jn und einer Ausgangsspannung U_out des Gleichspannungswandlers berechnet. Wie oben bereits angeführt, wird das zweite Verhältnis hierbei ohne Berücksichtigung des Tastverhältnisses D berechnet.
Daraufhin kann in Schritt S3 eine Fehlfunktion detektiert werden, falls die beiden berechneten Verhältnisse voneinander abweichen. Insbesondere kann eine Fehlfunktion detektiert werden, wenn die beiden berechneten Verhältnisse um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert voneinander abweichen.
Das Verfahren zur Ansteuerung des Gleichspannungswandlers 10 kann insbesondere einen Schritt zum Erfassen der Ausgangsspannung U_out des Gleichspannungswandlers 10 umfassen. Auf Grundlage dieses erfassten Spannungswertes der Ausgangsspannung U_out kann daraufhin ein Ansteuerparameter, beispielsweise ein Tastverhältnis D für eine pulsbreitenmodulierte Ansteuerung des Gleichspannungswandlers 10 ermittelt werden. Auf diese Weise kann ein Regelkreis zur Einstellung eines vorgegebenen Sollwertes für die Ausgangsspannung U_out des Gleichspannungswandlers 10 realisiert werden. Somit kann das durch diese Regelschleife ermittelte Tastverhältnis D für die Bestimmung des Verhältnisses zwischen Eingangsstrom I Jn und Ausgangsstrom l_out des Gleichspannungswandlers 10 zur Berechnung des ersten Verhältnisses in Schritt S1 verwendet werden.
Wird in Schritt S3 eine Fehlfunktion detektiert, so kann daraufhin beispielsweise die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers 10 gestoppt werden. Alternativ kann die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers 10 auch nur eingeschränkt werden, oder nur eine Signalisierung für eine Fehlfunktion an eine weitere Instanz ausgegeben werden.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Plausibilisierung von Betriebsparametern, insbesondere von sensorisch erfassten Eingangs- und Ausgangswerten eines Gleichspannungswandlers. Hierzu wird ein Verhältnis zwischen Eingangsstrom und Ausgangsstrom eines Gleichspannungswandlers auf Grundlage von zwei unterschiedlichen Berechnungsverfahren berechnet, wobei den unterschiedlichen Berechnungsverfahren zumindest teilweise unterschiedliche Parameter zugrunde liegen. Führen die beiden Berechnungsverfahren zu einem gleichen oder zumindest annähernd gleichen Verhältnis von Eingangsstrom zu Ausgangsstrom, so kann auf diese Weise die Zuverlässigkeit der verwendeten Parameter plausibilisiert werden.

Claims

Ansprüche
1. Steuervorrichtung (20) für einen Gleichspannungswandler (10), der dazu ausgelegt ist, eine Eingangsgleichspannung (U Jn) und eine
Ausgangsgleichspannung (U_out) zu konvertieren, wobei die Steuervorrichtung (20) dazu ausgelegt ist: ein erstes Verhältnis zwischen einem Eingangsstrom (l_in) und einem Ausgangsstrom (l_out) des Gleichspannungswandlers (10) unter Verwendung eines für die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers (10) verwendeten Tastverhältnis (D) zu berechnen, ein zweites Verhältnis zwischen dem Eingangsstrom (l_in) und dem Ausgangsstrom (l_out) des Gleichspannungswandlers (10) unter Verwendung einer Eingangsspannung (U Jn) und einer Ausgangsspannung (U_out) des Gleichspannungswandlers (10) zu berechnen, und eine Fehlfunktion zu detektieren, falls das berechnete erste Verhältnis und das berechnete zweite Verhältnis zwischen Eingangsstrom (l_in) und Ausgangsstrom (l_out) des Gleichspannungswandlers (10) um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert voneinander abweichen.
2. Steuervorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung (20) dazu ausgelegt ist, den Gleichspannungswandler (10) entweder in einem lückenden Betriebsmodus oder einem nicht-lückenden Betriebsmodus anzusteuern, und wobei die Steuervorrichtung (20) dazu ausgelegt ist, das erste Verhältnis zwischen Eingangsstrom (l_in) und Ausgangsstrom (l_out) unter Berücksichtigung des jeweils aktuellen Ansteuermodus für den Gleichspannungswandler (10) zu berechnen.
3. Steuervorrichtung (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung (20) dazu ausgelegt ist, das Tastverhältnis für die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers (10) unter Verwendung eines vorbestimmten Sollwerts (S) für die Ausgangsspannung (U_out) und/oder den Ausgangsstrom (l_out) zu regeln.
4. Steuervorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinrichtung (20) dazu ausgelegt ist, eine Signalisierung auszugeben, falls eine Fehlfunktion detektiert worden ist.
5. Gleichspannungswandlervorrichtung (1), mit: einem Gleichspannungswandler (10), der dazu ausgelegt ist, eine Eingangsgleichspannung (U Jn) in eine vorbestimmte Ausgangsgleichspannung (U_out) zu konvertieren; und einer Steuervorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuervorrichtung (20) dazu ausgelegt ist, ein Tastverhältnis (D) für die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers (10) zu ermitteln und den Gleichspannungswandler (10) unter Verwendung des ermittelten Tastverhältnisses (D) anzusteuern.
6. Gleichspannungswandlervorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei der Gleichspannungswandler (10) einen Sperrwandler umfasst.
7. Gleichspannungswandlervorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, mit einem ersten Stromsensor (12), der dazu ausgelegt ist, einen Eingangsstrom (l_in) des Gleichspannungswandlers (10) zu erfassen, einem ersten Spannungssensor (11), der dazu ausgelegt ist, eine Eingangsspannung (U Jn) an dem Gleichspannungswandler zu (10) erfassen, einem zweiten Stromsensor (14), der dazu ausgelegt ist, einen Ausgangsstrom (l_out) des Gleichspannungswandlers (10) zu erfassen, und - 17 - einem zweiten Spannungssensor (13), der dazu ausgelegt ist, eine Ausgangsspannung (U_out) an dem Gleichspannungswandler (10) zu erfassen, wobei die Steuervorrichtung (20) dazu ausgelegt ist, mindestens einen der Sensorwerte unter Verwendung des ersten Verhältnisses zwischen Eingangsstrom (l_in) und Ausgangsstrom (l_out) zu überprüfen.
8. Verfahren zur Ansteuerung eines Gleichspannungswandlers (10), der dazu ausgelegt ist, eine Eingangsgleichspannung (U Jn) und eine Ausgangsgleichspannung (U_out) zu konvertieren, mit den Schritten:
Berechnen (Sl) eines ersten Verhältnisses zwischen einem Eingangsstrom (l_in) und einem Ausgangsstrom (l_out) des Gleichspannungswandlers (10) unter Verwendung eines für die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers (10) verwendeten Tastverhältnis (D);
Berechnen (S2) eines zweiten Verhältnisses zwischen dem Eingangsstrom (l_in) und dem Ausgangsstrom (l_out) des Gleichspannungswandlers (10) unter Verwendung einer Eingangsspannung (U Jn) und einer Ausgangsspannung (U_out) des Gleichspannungswandlers (10); und
Detektieren (S3) einer Fehlfunktion, falls das berechnete erste Verhältnis und das berechnete zweite Verhältnis zwischen Eingangsstrom (l_in) und Ausgangsstrom (l_out) des Gleichspannungswandlers (10) um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert voneinander abweichen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, mit den Schritten
Erfassen einer Ausgangsspannung (U_out) des Gleichspannungswandlers (10); und
Einstellen des Tastverhältnisses (D) für die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers (10) unter Verwendung der erfassten - 18 -
Ausgangsspannung (U_out) und eines vorbestimmten Sollwertes (S) für die Ausgangsspannung, wobei das erste Verhältnis zwischen Eingangsstrom (l_in) und Ausgangsstrom (l_out) des Gleichspannungswandlers (10) unter Verwendung des eingestellten
Tastverhältnisses (D) in einem stationären Regelzustand berechnet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, mit einem Schritt zum Stoppen der Ansteuerung für den Gleichspannungswandler (10), falls eine Fehlfunktion detektiert worden ist.
EP21787433.8A 2020-12-01 2021-10-06 Steuervorrichtung für einen gleichspannungswandler, gleichspannungswandlervorrichtung sowie verfahren zur ansteuerung eines gleichspannungswandlers Pending EP4256684A1 (de)

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