EP4623509A1 - Gleichspannungswandlervorrichtung und verfahren zum betreiben einer gleichspannungswandlervorrichtung - Google Patents

Gleichspannungswandlervorrichtung und verfahren zum betreiben einer gleichspannungswandlervorrichtung

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EP4623509A1
EP4623509A1 EP23786016.8A EP23786016A EP4623509A1 EP 4623509 A1 EP4623509 A1 EP 4623509A1 EP 23786016 A EP23786016 A EP 23786016A EP 4623509 A1 EP4623509 A1 EP 4623509A1
Authority
EP
European Patent Office
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converter
controlled variable
voltage
control device
operating mode
Prior art date
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Pending
Application number
EP23786016.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gholamabas Esteghlal
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • 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
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    • H02M1/0022—Control circuits providing compensation of output voltage deviations using feedforward of disturbance parameters the disturbance parameters being input voltage fluctuations
    • 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
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    • 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
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    • 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
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a DC-DC converter device and a method for operating a DC-DC converter device.
  • Vehicles that are fully or at least partially electrically powered usually have an electrical energy storage device, such as a traction battery.
  • This traction battery provides the electrical energy required to drive the electric vehicle.
  • the traction battery usually delivers an output voltage of several hundred volts and feeds what is known as a high-voltage network of the vehicle.
  • such a vehicle usually includes several electrical consumers that are supplied with a lower electrical voltage via a low-voltage network.
  • DC-DC converters can be provided, which convert a DC voltage from the high-voltage network into a DC voltage for the low-voltage network.
  • the publication DE 2009 028 147 A1 describes a circuit arrangement for an on-board power supply system of an electric vehicle, wherein a direct current converter (DC/DC converter) is provided for coupling between two on-board power supply units.
  • DC/DC converter direct current converter
  • the present invention discloses a DC-DC converter device and a method for operating a DC-DC converter device with the features of the independent patent claims. Further advantageous embodiments are the subject of the dependent patent claims.
  • the filtering of the measured value for the input voltage can, for example, comprise low-pass filtering or temporal averaging.
  • the control device is designed to control the DC-DC converter in a first operating mode using a combination of the first controlled variable, the second controlled variable and the third controlled variable. Furthermore, the control device is designed to control the DC-DC converter in a second operating mode using a combination of the first controlled variable, the second controlled variable and a measured value for the input voltage of the DC-DC converter.
  • Such a controller structure can therefore process low-frequency or averaged voltage values in a conventional manner and provide control variables based on these.
  • the higher-frequency disturbance components such as voltage ripple, can be detected using suitable faster-operating components and, based on this, a further control variable can be provided which compensates for these disturbances.
  • control device is designed to control the DC-DC converter in the second operating mode using a measured value for an output current of the DC-DC converter. In this way, for example, influences caused by load jumps on the output side of the DC-DC converter can be compensated very quickly.
  • control device is designed to record the measured value for the input DC voltage at a sampling rate that is higher than the sampling rate for recording the measured value of the input DC voltage for the pilot control device.
  • control device can be designed to record frequency components in the input DC voltage up to at least 10 kHz. This means that on the one hand, interference or
  • Voltage fluctuations such as voltage ripple or similar, can be detected and compensated.
  • simple and inexpensive Components can be used which only need to be designed for a lower sampling rate.
  • the DC-DC converter device is designed to carry out the determination of the first controlled variable, the second controlled variable and the third controlled variable, as well as the control of the DC-DC converter in the first operating mode using a first computing device.
  • the first computing device can comprise at least one microcontroller.
  • the DC-DC converter device can be designed to carry out the control of the DC-DC converter in the second operating mode using a second computing device.
  • the second computing device can be designed to receive and process the measured value for the input voltage of the DC-DC converter.
  • the second computing device can comprise a multi-channel sequencer, for example.
  • any other components are also possible as second computing devices, which, in addition to the microcontroller used for the first device, enable very rapid processing of software components.
  • the DC-DC converter device comprises a plurality of DC-DC converters.
  • a separate current regulator can be provided for each DC-DC converter of the DC-DC converter device.
  • a separate control device can be provided for each DC-DC converter of the DC-DC converter device.
  • a common voltage regulator can be provided for all DC-DC converters of the DC-DC converter device.
  • a common pilot control device can be provided for all DC-DC converters of the DC-DC converter device. In this way, for example, the performance of the DC-DC converter device can be increased by connecting a plurality of DC-DC converters in parallel.
  • Fig. 2 a schematic representation of a DC-DC converter device with a control device according to a further embodiment
  • Fig. 3 a flow chart underlying a method according to an embodiment.
  • Figure 1 shows a block diagram of how a DC-DC converter device 1 can be based according to one embodiment.
  • the DC-DC converter device 1 comprises a DC-DC converter 2.
  • the DC-DC converter 2 converts a DC voltage provided on the input side into an output DC voltage.
  • the input DC voltage can be greater than the DC output voltage.
  • the DC-DC converter 2 can be operated in a step-down converter mode (buck mode), for example.
  • the DC-DC converter 2 could, for example, be a so-called active clamp flyback DC-DC converter. Since the basic structure of such DC-DC converters, especially flyback DC-DC converters, is known, it will not be discussed in more detail here.
  • a controlled variable R can be provided to the DC-DC converter 2, for example in the form of a duty cycle for a pulse width modulated (PWM) control.
  • PWM pulse width modulated
  • the DC-DC converter device 1 comprises a voltage regulator 11, a current regulator 12, a pilot control device 13 and a control device 14.
  • the voltage regulator 11 generates a first controlled variable RI. To do this, the voltage regulator 11 compares a value of the output DC voltage U_out with a specified setpoint value U_soll. This setpoint value U_soll can, for example, be a value for the target voltage.
  • the current regulator 12 generates a second control variable R2, which is determined, for example, on the basis of the electrical current l_dc in the DC-DC converter 2. For this purpose, for example, an input current and/or an output current can be detected at the DC-DC converter 2 and provided to the current regulator 12. For example, the current regulator 12 can monitor the electrical current into the DC-DC converter 2, out of the DC-DC converter 2 or within the DC-DC converter 2 and, for example, limit the current to a maximum value. If a predetermined maximum value for the electrical current is exceeded, the current regulator 12 can generate a second control variable R2 output to counteract a further increase in current. Furthermore, the current regulator 12 can output an activation signal Fl, which can be provided, for example, to the current regulator 11. As a result, the voltage regulator 11 can be deactivated or placed in a state in which the voltage regulator 11 does not counteract the current limitation by the current regulator 12.
  • a pilot control device 13 is also provided.
  • This pilot control device 13 can, for example, determine a third controlled variable R3 on the basis of the input DC voltage U_in, the target voltage U_soll, and possibly also electrical currents l_dc within the DC-DC converter 2, at the input and/or at the output of the DC-DC converter 2.
  • a third control variable R3 can be generated by means of the pilot control device 13, which is suitable for generating an output voltage by means of the DC-DC converter 2 that is in the range of the specified target voltage U_soll.
  • the input voltage at the input of the DC-DC converter 2 can be digitally recorded, for example, with a first sampling rate and processed as the first measured value U_inl in the pilot control device 13.
  • filtering of the input voltage recorded in the DC-DC converter 2 is also possible for this processing.
  • This filtering can, for example, be an averaging over a predetermined period of time, a This could be low-pass filtering with a predefined cut-off frequency or something similar. In principle, such filtering can also be carried out in other suitable ways.
  • the voltage can also be recorded with a correspondingly low sampling rate.
  • the current regulator 12 can be used to monitor and limit the electrical currents at the DC-DC converter 2 as mentioned above.
  • the above-mentioned processing for the voltage regulator 11, the current regulator 12 and the pilot control device 13 can be carried out, for example, by means of one or more microcontrollers.
  • the voltage regulator 11, current regulator 12 and pilot control device 13 can be implemented as software modules that are carried out by means of a microcontroller.
  • the previously described functions of the control device 14, which carries out the control of the DC-DC converter 2 on the basis of the combination of the first controlled variable RI, the second controlled variable R2 and the third controlled variable R3, can also be carried out by means of the microcontroller.
  • a microcontroller may not be able to process the data quickly enough to react quickly enough to high-frequency influences, such as voltage ripples in the input voltage. Therefore, a second operating mode is provided in the DC-DC converter device 1. in which high-frequency influences, such as the voltage ripples mentioned above, can be reacted to quickly enough.
  • the control device 14 can detect the electrical voltage at the input of the DC-DC converter 2 with a high sampling rate, for example with a sampling frequency of 10 kHz or more.
  • the sampling rate for these second measured values U_in2 of the input voltage at the DC-DC converter 2 can be higher than the sampling rate for the first measured values U_inl of the input voltage, which are processed by the pre-control calculation 13.
  • the control device 14 can use the second measured values U_in2, which have been recorded at a high sampling rate, to generate the controlled variable R for controlling the DC-DC converter 2.
  • the control device 14 can generate the controlled variable R for controlling the DC-DC converter 2 using the first controlled variable RI, the second controlled variable R2 and the measured value U_in2 of the rapidly sampled input voltage of the DC-DC converter 2.
  • the third controlled variable R3 can be provided to the control device 14 so that the control device 14 subtracts the third controlled variable R3 from the provided combination of first controlled variable RI, second controlled variable R2 and third controlled variable R3 according to Figure 1 and then supplements this result with a further controlled variable based on the measured value U_in2 of the rapidly sampled input voltage.
  • control device 14 may additionally generate the controlled variable R for controlling the DC-DC converter 2 on the basis of a rapidly sampled measured value for the output current at the DC-DC converter 2. In this way, load jumps or the like can also be compensated very quickly.
  • this processing of rapid changes in the input voltage can be suspended.
  • a further control signal F2 can be output by the pilot control device 13 and provided to the control device 14, which indicates the respective operating mode to the control device 14.
  • the pilot control device 14 determines during the analysis of the slowly sampled or filtered input voltage U_inl that significant variations occur in the input voltage, the first operating mode can be set first. These significant variations can, for example, be voltage jumps, particularly when switching on.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a DC-DC converter device 1 according to a further embodiment.
  • the embodiment shown in Figure 2 differs from the previously described embodiment in particular in that several DC-DC converters 2 are provided here. By connecting several DC-DC converters 2 in parallel, the total power for the DC-DC converters can be increased, for example. Insofar as applicable, all embodiments already made previously in connection with Figure 1 also apply.
  • a common pilot control device 13 and a common voltage regulator 11 can be provided for the DC-DC converter device 1 with several DC-DC converters 2.
  • an individual voltage regulator 12 and an individual control device 14 can be provided for each voltage converter 2.
  • FIG. 3 shows a flow chart underlying a method for operating a DC-DC converter device 1 according to an embodiment.
  • the method can basically comprise any steps as have already been described in connection with the DC-DC converter device 1.
  • the DC-DC converter device 1 described above can also have any suitable components as are required to implement the method described below.
  • the method comprises a step S1 for determining a first controlled variable RI for the DC-DC converter 2.
  • the first controlled variable RI can be determined in particular using a setpoint value U_setpoint for the output voltage of the DC-DC converter 2 and a measured value U_out for the output voltage of the DC-DC converter 2.
  • the method comprises a step S2 for determining a second controlled variable R2 for the DC-DC converter 2.
  • the second controlled variable R2 can be determined in particular using a current control variable l_soll and a current current value l_dc of the DC-DC converter 2.
  • the method further comprises a step S3 for determining a third controlled variable R3.
  • the third controlled variable R3 can be determined in particular using the setpoint value U_setpoint for the output voltage of the DC-DC converter 2 and a filtered measured value U_inl for the input voltage of the DC-DC converter 2.
  • the method comprises a step S4 for controlling the DC-DC converter 2 in a first operating mode.
  • the control takes place in particular using a combination of the first controlled variable RI, the second controlled variable R2 and the third controlled variable R3.
  • the method can control the DC-DC converter 2 in a second operating mode in a step S5.
  • the DC-DC converter 2 is controlled using a combination of the first controlled variable RI, the second controlled variable R2 and a rapidly sampled measured value U_in2 for the input voltage of the DC-DC converter.
  • the DC-DC converter 2 can initially be controlled in the first operating mode after initialization. Furthermore, the DC-DC converter 2 can be controlled by switching to the second operating mode after, for example, a quasi-stationary operating state has been established in the DC-DC converter.
  • the present invention relates to a DC-DC converter arrangement with an operating mode in which an input voltage is sampled at a high sampling rate and the control variable for controlling a DC-DC converter can be adjusted on the basis of the rapidly sampled input voltage.
  • the processing of the highly sampled input voltage can be carried out in a separate computing unit.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gleichspannungswandleranordnung mit einem Betriebsmodus, in dem eine Eingangsspannung mit einer hohen Abtastrate abgetastet wird und die Regelgröße zur Ansteuerung eines Gleichspannungswandlers auf Grundlage der schnell abgetasteten Eingangsspannung angepasst werden kann. Insbesondere kann die Verarbeitung der hoch abgetasteten Eingangsspannung in einer separaten Recheneinheit ausgeführt werden.

Description

Beschreibung
Titel
Gleichspannungswandlervorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Gleichspannungswandlervorrichtung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleichspannungswandlervorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Gleichspannungswandlervorrichtung.
Stand der Technik
Ganz oder zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge verfügen in der Regel über einen elektrischen Energiespeicher, wie zum Beispiel eine Traktionsbatterie. Diese Traktionsbatterie stellt die zum Antrieb des elektrischen Fahrzeugs erforderliche elektrische Energie bereit. Die Traktionsbatterie liefert in der Regel eine Ausgangsspannung von mehreren Hundert Volt und speist ein sogenanntes Hochvoltnetz des Fahrzeugs. Darüber hinaus umfasst ein solches Fahrzeug in der Regel mehrere elektrische Verbraucher, welche über ein Niedervoltnetz mit einer geringeren elektrischen Spannung versorgt werden. Zur Kopplung des Hochvoltnetzes und des Niedervoltnetzes und insbesondere zur Übertragung elektrischer Energie von dem Hochvoltnetz in das Niedervoltnetz können sogenannten Gleichspannungswandler vorgesehen sein, welche eine elektrische Gleichspannung von dem Hochvoltnetz in eine Gleichspannung für das Niedervoltnetz konvertieren.
Die Druckschrift DE 2009 028 147 Al beschreibt eine Schaltungsanordnung für ein Bordnetz eines Elektrofahrzeugs, wobei ein Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) zur Kopplung zwischen zwei Bordnetzteilen vorgesehen ist.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung offenbart eine Gleichspannungswandlervorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Gleichspannungswandlervorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Demgemäß ist vorgesehen:
Eine Gleichspannungswandlervorrichtung mit einem Gleichspannungswandler, einem Spannungsregler, einem Stromregler, einer Vorsteuereinrichtung und einer Steuereinrichtung. Der Spannungsregler ist dazu ausgelegt, unter Verwendung eines Sollwertes für die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers und eines Messwerts für die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers eine erste Regelgröße für den Gleichspannungswandler zu bestimmen. Der Stromregler ist dazu ausgelegt, unter Verwendung einer Stromregelgröße und einem aktuellen Stromwert des Gleichspannungswandlers eine zweite Regelgröße für den Gleichspannungswandler zu bestimmen. Die Vorsteuereinrichtung ist dazu ausgelegt, unter Verwendung des Sollwertes für die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers und eines gefilterten Messwerts für die Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers eine dritte Regelgröße zu bestimmen. Die Filterung des Messwerts für die Eingangsspannung kann beispielsweise eine Tiefpassfilterung oder eine zeitliche Mittelwertbildung umfassen. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, in einem ersten Betriebsmodus den Gleichspannungswandler unter Verwendung einer Kombination der ersten Regelgröße, der zweiten Regelgröße und der dritten Regelgröße anzusteuern. Ferner ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, in einem zweiten Betriebsmodus den Gleichspannungswandler unter Verwendung einer Kombination der ersten Regelgröße, der zweiten Regelgröße und einem Messwert für die Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers anzusteuern.
Weiterhin ist vorgesehen:
Ein Verfahren zum Betreiben einer Gleichspannungswandlervorrichtung mit mindestens einem Gleichspannungswandler. Das Verfahren umfasst einen Schritt zum Ermitteln einer ersten Regelgröße für den Gleichspannungswandler. Die erste Regelgröße wird insbesondere unter Verwendung eines Sollwertes für die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers und eines Messwerts für die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers ermittelt. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt zum Ermitteln einer zweiten Regelgröße für den Gleichspannungswandler. Die zweite Regelgröße wird insbesondere unter Verwendung einer Sollwert oder einem vorgegebenen maximalen Stromwert in dem Gleichspannungswandler und einem aktuellen Stromwert des Gleichspannungswandlers ermittelt. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt zum Ermitteln einer dritten Regelgröße unter Verwendung des Sollwertes für die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers und eines gefilterten Messwerts für die Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers. Die Filterung kann beispielsweis eine Mittelwertbildung über eine vorgegebene Zeitspanne oder eine Tiefpassfilterung umfassen. Darüber hinaus umfasst das Verfahren einen Schritt zum Ansteuern des Gleichspannungswandlers in einem ersten Betriebsmodus oder einem zweiten Betriebsmodus. In dem ersten Betriebsmodus wird der Gleichspannungswandler unter Verwendung einer Kombination der ersten Regelgröße, der zweiten Regelgröße und der dritten Regelgröße angesteuert. In dem zweiten Betriebsmodus erfolgt das Ansteuern des Gleichspannungswandlers unter Verwendung einer Kombination der ersten Regelgröße, der zweiten Regelgröße und einem Messwert für die Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers.
Vorteile der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine elektrische Spannung am Eingang eines Gleichspannungswandlers mit Störungen, insbesondere sogenannten Ripple, behaftet sein kann. Bei einem konstanten Übersetzungsverhältnis zwischen Eingangsgleichspannung und Ausgangsgleichspannung übertragen sich somit die Störungen der elektrischen Spannung am Eingang des Gleichspannungswandlers gemäß dem Übersetzungsverhältnis auf die elektrische Spannung am Ausgang des Gleichspannungswandler. Andererseits ist jedoch für zahlreiche Anwendungen eine möglichst störungsfreie konstante Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers wünschenswert. Konventionelle Regelungen für die Stabilisierung der Ausgangsspannung eines Gleichspannungswandlers, insbesondere Regelungen auf Basis von Mikrocontroller, sind jedoch nur sehr begrenzt in der Lage, den schnellen Spannungsänderungen von Störungen am Eingang des Gleichspannungswandlers zu folgen.
Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine Reglerstruktur zu schaffen, welche in der Lage ist, Spannungsänderungen, insbesondere höherfrequente Störungen, welche einer Gleichspannung überlagern, mit ausreichender Geschwindigkeit zu folgen, um die Spannungsschwankungen auszugleichen und somit am Ausgang des Gleichspannungswandlers eine möglichst konstante Gleichspannung bereitstellen zu können.
Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, für die Spannungsregelung neben einer konventionellen Regelung auf Basis eines Mikrocontroller eine weitere Regelung vorzusehen, welche Spannungsvariationen sehr rasch folgen kann. Auf diese Weise ist es möglich, auch höherfrequenten und schnellen Spannungsänderungen am Eingang eines Gleichspannungswandlers zu folgen und diese auszugleichen. Somit kann die Konstanz der bereitgestellten Ausgangsspannung am Gleichspannungswandler verbessert werden. Darüber hinaus wird auch die Gefahr von Schwingungen im Regelsystem aufgrund von höherfrequente Störungen gemindert.
Insbesondere ist es möglich, durch die Ergänzung der Spannungsregelung um die weitere Regelungskomponente, auf bestehende Regelstrukturen aufzubauen und diese auf einfache Weise zu anzupassen. Dies vereinfacht die Konstruktion und das Design derartiger Gleichspannungswandleranordnungen.
Für die Spannungsregelung der höherfrequenten Störungen können insbesondere sehr schnell operierende Komponenten eingesetzt werden. Diese können eine Recheneinheit bilden, welche parallel zu einem konventionellen Mikrocontroller sehr rasch Befehle ausführen kann. Auf diese Weise können kleine Teile von Software in solche zusätzlichen Komponenten ausgelagert werden, um beispielsweise die entsprechenden Ansteuersignale zur Kompensation von höherfrequenten Störungen zu berechnen.
Eine solche Reglerstruktur kann somit einerseits auf konventionelle Weise niederfrequente bzw. gemittelte Spannungswerte verarbeiten und hierauf basierend Regelgrößen bereitstellen. Darüber hinaus können die höherfrequenten Störungsanteile, wie zum Beispiel Spannungsripple, mittels geeigneter schneller operierender Komponenten erfasst werden und darauf basierend eine weitere Regelgröße bereitgestellt werden, welche diese Störungen ausgleicht.
Somit kann der Gleichspannungswandler in einer Weise angesteuert werden, um die Eingangsseite den Störungen auszugleichen und ausgangsseitig eine möglichst konstante Gleichspannung bereitzustellen.
Um darüber hinaus ein stabiles Anlaufen einer solche Regelstruktur zu ermöglichen, können in der erfindungsgemäßen Regelung eines Gleichspannungswandlers mehrere Betriebsmodi vorgesehen sein. Beispielsweise kann in einem ersten Betriebsmodus zunächst eine Regelung des Gleichspannungswandlers ohne die Kompensation höherfrequenter Anteile erfolgen. Somit sinkt die Gefahr, dass es bei dem Anlaufen bzw. der Initialisierung zu Schwingungen oder Instabilitäten kommen kann. Ist daraufhin ein zumindest annähernd stationärer Zustand, beispielsweise ein quasistationärer Zustand, erreicht, so kann in einen weiteren Betriebsmodus gewechselt werden, in welchem die zusätzliche Regelung auf Grundlage einer schnellen Auswertung der Eingangsspannung aktiviert wird. Dieser weitere Betriebsmodus kann zum Beispiel solange aufrechterhalten werden, wie die Eingangsspannung, insbesondere die niederfrequenten Anteile der Eingangsgleichspannung sich auf einem zumindest annähernd konstanten Niveau befinden. Kommt es bei der Eingangsspannung beispielsweise zur Spannungssprüngen oder irgendwelchen anderen signifikanten Störungen im Betriebsverhalten, so kann zumindest zeitweise von diesem weiteren Betriebsmodus in den initialen Betriebsmodus gewechselt werden, bei welchem die Kompensation von hochfrequenten Anteilen in der Eingangsspannung ausgesetzt wird. Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, in dem zweiten Betriebsmodus den Gleichspannungswandler unter Verwendung eines Messwerts für einen Ausgangsstrom des Gleichspannungswandlers anzusteuern. Auf diese Weise können beispielsweise auch Einflüsse durch Lastsprünge an der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers sehr rasch kompensiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Vorsteuereinrichtung dazu ausgelegt, ein Steuersignal an der Steuereinrichtung bereitzustellen. Ferner kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, unter Verwendung des Steuersignals von der Vorsteuereinrichtung entweder den ersten Betriebsmodus oder den zweiten Betriebsmodus einzustellen. Auf diese Weise kann die Vorsteuereinrichtung die Kompensation von hochfrequenten Störungsanteilen in der Eingangsspannung aktivieren bzw. deaktivieren. Beispielsweise kann die Vorsteuereinrichtung bei einer Initialisierung oder einem Hochfahren zunächst die Kompensation der hochfrequenten Störanteile solange deaktivieren, bis ein quasi-stationärer Zustand, als ein Zustand mit zumindest annähernd gleichbleibenden Verhältnissen, erreicht ist. Ferner kann beispielsweise auch bei signifikanten Schwankungen in der Eingangsspannung oder anderen Ereignissen die Kompensation von hochfrequenten Störeinflüssen zumindest zeitweise deaktiviert werden, bis sich in der Gleichspannungswandlervorrichtung wieder stabile Betriebsverhältnisse eingestellt haben.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, den Messwert für die Eingangsgleichspannung mit einer Abtastrate zu erfassen, welche höher ist, als eine Abtastrate zu Erfassung des Messwerts der Eingangsgleichspannung für die Vorsteuereinrichtung. Insbesondere kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, Frequenzanteile in der Eingangsgleichspannung bis mindestens 10 kHz zu erfassen. Somit können einerseits in der Steuereinrichtung auch Störungen bzw.
Spannungsschwankungen, wie zum Beispiel Spannungsripple o. ä., erfasst und kompensiert werden. Andererseits können für die Erfassung und Verarbeitung der Eingangsspannung in der Vorsteuereinrichtung einfache und preiswerte Komponenten genutzt werden, welche nur für eine geringere Abtastrate ausgelegt sein müssen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Gleichspannungswandlervorrichtung dazu ausgelegt, die Bestimmung der ersten Regelgröße, der zweiten Regelgröße und der dritten Regelgröße, sowie die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers im ersten Betriebsmodus unter Verwendung einer ersten Recheneinrichtung auszuführen. Hierbei kann die erste Recheneinrichtung mindestens einen Mikrocontroller umfassen. Ferner kann die Gleichspannungswandlervorrichtung dazu ausgelegt sein, die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers in dem zweiten Betriebsmodus unter Verwendung einer zweiten Recheneinrichtung auszuführen. Hierbei kann die zweite Recheneinrichtung dazu ausgelegt sein, den Messwert für die Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers zu empfangen und zu verarbeiten. Insbesondere kann die zweite Recheneinrichtung beispielsweise einen Multi Channel Sequencer umfassen. Grundsätzlich sind jedoch auch beliebige andere Komponenten als zweite Recheneinrichtungen möglich, welche neben dem für die erste Einrichtung verwendeten Mikrocontroller eine sehr rasche Bearbeitung von Softwarekomponenten ermöglichen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Gleichspannungswandlervorrichtung mehrere Gleichspannungswandler. Hierbei kann für jeden Gleichspannungswandler der Gleichspannungswandlervorrichtung jeweils ein separater Stromregler vorgesehen sein. Ebenso kann für jeden Gleichspannungswandler der Gleichspannungswandlervorrichtung eine separate Steuereinrichtung vorgesehen sein. Ferner kann für alle Gleichspannungswandler der Gleichspannungswandlervorrichtung ein gemeinsamer Spannungsregler vorgesehen sein. Ebenso kann für alle Gleichspannungswandler der Gleichspannungswandlervorrichtung eine gemeinsame Vorsteuereinrichtung vorgesehen sein. Diese Weise kann beispielsweise die Leistungsfähigkeit der Gleichspannungswandlervorrichtung durch Parallelschaltung mehrerer Gleichspannungswandler gesteigert werden.
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 einer Gleichspannungswandlervorrichtung mit einer Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 2: eine schematische Darstellung einer Gleichspannungswandlervorrichtung mit einer Steuervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
Fig. 3: ein Ablaufdiagramm, wie es einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Beschreibung von Ausführungsformen
Figur 1 zeigt ein Blockschaubild, wie es einer Gleichspannungswandlervorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegen kann. Die Gleichspannungswandlervorrichtung 1 umfasst in der hier dargestellten Ausführungsform einen Gleichspannungswandler 2.
Der Gleichspannungswandler 2 wandelt eine eingangsseitig bereitgestellte Gleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung. Insbesondere kann hierbei beispielsweise die Eingangsgleichspannung größer sein, als die Ausgangsgleichspannung. Der Gleichspannungswandler 2 kann hierzu beispielsweise in einem Tiefsetzsteller-Modus (Buck-Modus) betrieben werden.
Bei dem Gleichspannungswandler 2 kann ich beispielsweise um einen sogenannten Active Clamp Flyback-Gleichspannungswandler handeln. Da der grundsätzliche Aufbau derartiger Gleichspannungswandler, insbesondere auch von Flyback-Gleichspannungswandler bekannt ist, wird hierauf jedoch nicht näher eingegangen.
Zur Regelung bzw. Ansteuerung des Gleichspannungswandlers 2 kann dem Gleichspannungswandler 2 eine Regelgröße R, beispielsweise in Form eines Tastverhältnisses für eine pulsbreitenmodulierte (PWM) Ansteuerung bereitgestellt werden. Das Grundprinzip eines Gleichspannungswandlers mit pulsbreitenmodulierter Ansteuerung wird hierbei ebenfalls als bekannt vorausgesetzt und nicht näher erläutert.
Zur Generierung der Regelgröße R umfasst die Gleichspannungswandlervorrichtung 1 einen Spannungsregler 11, einen Stromregler 12, eine Vorsteuereinrichtung 13 sowie eine Steuereinrichtung 14.
Der Spannungsregler 11 generiert eine erste Regelgröße RI. Hierzu vergleicht der Spannungsregler 11 einen Wert der Ausgangsgleichspannung U_out mit einem vorgegebenen Sollwert U_soll. Bei diesen Sollwert U_soll kann es sich beispielsweise um einen Wert für die Zielspannung handeln.
Der Stromregler 12 generiert eine zweite Regelgröße R2, welche beispielsweise auf Grundlage des elektrischen Stromes l_dc in dem Gleichspannungswandlers 2 ermittelt wird. Hierzu kann beispielsweise ein Eingangsstrom und/oder ein Ausgangsstrom an dem Gleichspannungswandler 2 erfasst und dem Stromregler 12 bereitgestellt werden. Beispielsweise kann der Stromregler 12 den elektrischen Strom in den Gleichspannungswandler 2 hinein, aus dem Gleichspannungswandler 2 heraus oder innerhalb des Gleichspannungswandlers 2 zu überwachen und zum Beispiel den Strom auf einen maximalen Wert zu begrenzen. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Maximalwertes für den elektrischen Strom kann von dem Stromregler 12 eine zweite Regelgröße R2 ausgegeben werden, um einem weiteren Stromanstieg entgegenzuwirken. Ferner kann der Stromregler 12 ein Aktivierungssignal Fl ausgeben, welches zum Beispiel an dem Stromregler 11 bereitgestellt werden kann. Hierdurch kann der Spannungsregler 11 deaktiviert oder in einem Zustand versetzt werden, in welchem der Spannungsregler 11 der Strombegrenzung durch den Stromregler 12 nicht entgegenwirkt.
Neben dem primären Spannungsregler 11 ist ferner eine Vorsteuereinrichtung 13 vorgesehen. Diese Vorsteuereinrichtung 13 kann zum Beispiel eine dritte Regelgröße R3 auf Grundlage der Eingangsgleichspannung U_in, der Sollspannung U_soll, sowie gegebenenfalls auch elektrischen Ströme l_dc innerhalb des Gleichspannungswandlers 2, am Eingang und/oder am Ausgang des Gleichspannungswandlers 2 ermitteln.
Die erste Regelgröße RI, die zweite Regelgröße R2 und die dritte Regelgröße R3 können miteinander kombiniert werden und diese Kombination kann der Steuereinrichtung 14 bereitgestellt werden. Beispielsweise kann zunächst die erste Regelgröße RI von dem Spannungsregler 11 und die dritte Regelgröße R3 von der Vorsteuereinrichtung 13 in einem ersten Summierglied 21 miteinander kombiniert werden. Anschließend kann diese Summe mit der zweiten Regelgröße R2 von dem Stromregler 12 in dem zweiten Summierglied 22 kombiniert werden. Das Resultat dieser Kombination kann von der Steuereinrichtung 14 dazu verwendet werden, in einem ersten Betriebsmodus den Gleichspannungswandler 2 anzusteuern.
Durch ein solches Schaltungskonzept kann somit zunächst mittels der Vorsteuereinrichtung 13 eine dritte Regelgröße R3 generiert werden, die dazu geeignet ist mittels des Gleichspannungswandlers 2 eine Ausgangsspannung zu generieren, die im Bereich der vorgegebenen Zielspannung U_soll liegt. Hierzu kann die Eingangsspannung am Eingang des Gleichspannungswandlers 2 beispielsweise mit einer ersten Abtastrate digital erfasst und als erster Messwert U_inl in der Vorsteuereinrichtung 13 verarbeitet werden. Insbesondere ist für diese Verarbeitung auch eine Filterung der in der erfassten Eingangsspannung am Gleichspannungswandler 2 möglich. Bei dieser Filterung kann es sich zum Beispiel um eine Mittelwertbildung über eine vorbestimmte Zeitspanne, eine Tiefpassfilterung mit einer auf vorgegebenen Grenzfrequenz oder ähnlichem handeln. Grundsätzlich kann ein solche Filterung auch auf andere geeignete Weise erfolgen. Zum Beispiel kann die Spannung auch mit einer entsprechend geringen Abtastrate erfasst werden.
Weiterhin kann der Spannungsregler 11, wie oben bereits beschrieben, den Messwert U_out der Ausgangsspannung mit der vorgegebenen Soll- oder Zielspannung U_soll vergleichen und daraufhin die erste Regelgröße RI ausgeben, um gegebenenfalls vorhandene Abweichungen zwischen Zielspannung U_soll und tatsächlicher Ausgangsspannung U_out zu korrigieren. Diese Weise muss der Spannungsregler 11 jeweils nur geringe Abweichungen korrigieren, um die dritte Regelgröße R3, die von der Vorsteuereinrichtung 13 vorgegeben wurde, mittels der ersten Regelgröße RI auf einen Wert anzupassen, sodass die Spannung am Ausgang des Gleichspannungswandlers 2 dem vorgegebenen Sollwert U_soll entspricht.
Darüber hinaus kann durch den Stromregler 12, die oben bereits angeführte Überwachung und Begrenzung der elektrischen Ströme am Gleichspannungswandler 2 erfolgen.
Die oben genannten Verarbeitungen für den Spannungsregler 11, den Stromregler 12 sowie der Vorsteuereinrichtung 13 können zum Beispiel mittels eines oder mehrerer Mikrocontroller ausgeführt werden. Zum Beispiel können Spannungsregler 11, Stromregler 12 und Vorsteuereinrichtung 13 als Softwaremodule implementiert werden, die mittels eines Mikrocontrollers ausgeführt werden. Gegebenenfalls können auch die bisher beschriebenen Funktionen der Steuereinrichtung 14, welche die Regelung des Gleichspannungswandlers 2 auf Grundlage der Kombination aus erster Regelgröße RI, zweiter Regelgröße R2 und dritter Regelgröße R3 ausführt, mittels des Mikrocontroller ausgeführt werden.
Ein solcher Mikrocontroller kann jedoch gegebenenfalls die Daten nicht schnell genug verarbeiten, um auf hochfrequente Einflüsse, wie zum Beispiel Spannungsrippei in der Eingangsspannung, schnell genug zu reagieren. Daher ist in der Gleichspannungswandlervorrichtung 1 ein zweiter Betriebsmodus vorgesehen, in welcher auch auf hochfrequente Einflüsse, wie beispielsweise die genannten Spannungsrippei, schnell genug reagiert werden kann.
In diesem zweiten Betriebsmodus kann die Steuervorrichtung 14 die elektrische Spannung am Eingang des Gleichspannungswandlers 2 mit einer hohen Abtastrate, beispielsweise mit einer Abtastfrequenz von 10 kHz oder mehr, erfassen. Insbesondere kann die Abtastrate für diese zweiten Messwerte U_in2 der Eingangsspannung am Gleichspannungswandler 2 höher sein, als die Abtastrate für die ersten Messwerte U_inl der Eingangsspannung, welche durch die Vorsteuerrechnung 13 verarbeitet werden.
In diesem zweiten Betriebsmodus kann die Steuereinrichtung 14 die zweiten Messwerte U_in2, welche mit einer hohen Abtastrate erfasst worden sind, dazu nutzen, um die Regelgröße R zur Ansteuerung des Gleichspannungswandlers 2 zu generieren. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 14 in diesem zweiten Betriebsmodus die Regelgröße R für die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers 2 unter Verwendung der ersten Regelgröße RI, der zweiten Regelgröße R2 und dem Messwert U_in2 der schnell abgetasteten Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers 2 generieren. Hierzu kann beispielsweise die dritte Regelgröße R3 an der Steuereinrichtung 14 bereitgestellt werden, sodass die Steuereinrichtung 14 die gemäß Figur 1 von der bereitgestellten Kombination aus erster Regelgröße RI, zweite Regelgröße R2 und dritte Regelgröße R3 die dritte Regelgröße R3 subtrahiert und daraufhin dieses Resultat um eine weitere Regelgröße auf Grundlage des Messwerts U_in2 der schnell abgetasteten Eingangsspannung ergänzt.
Gegebenenfalls ist es auch möglich, dass die Steuereinrichtung 14 die Regelgröße R zur Ansteuerung des Gleichspannungswandlers 2 zusätzlich auf Grundlage eines schnell abgetasteten Messwerts für den Ausgangsstrom am Gleichspannungswandler 2 generiert. Auf diese Weise können auch Lastsprünge o. ä. sehr rasch kompensiert werden.
Die oben beschriebene Verarbeitung zur Ermittlung einer Regelgröße R für die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers 2 zur Kompensation von schnellen, hochfrequenten Einflüssen kann dabei mittels einer zusätzlichen Recheneinheit 15 ausgeführt werden. Insbesondere kann es sich bei dieser zusätzlichen Recheneinheit 15 um eine schnell operierende Verarbeitungseinheit handeln, welche die erforderlichen Verarbeitungsschritte außerhalb eines oben beschriebenen Mikrocontrollers ausführt. Zum Beispiel kann für diese zusätzliche Recheneinheit 15 um ein sogenannter Multi Channel Sequencer MCS eingesetzt werden, der als Recheneinheit parallel zu dem Mikrocontroller Befehle ausführen kann. Ein solcher MCS ist beispielsweise in der Lage, vorgegebene Teile einer Software außerhalb des Mikrocontroller mit einer sehr hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit auszuführen.
Durch das oben beschriebene Konzept ist es somit möglich, in dem zweiten Betriebsmodus auch sehr schnelle Änderungen in der Eingangsspannung, wie sie zum Beispiel aufgrund von Spannungsrippei oder ähnlichem auftreten können, bei der Ansteuerung des Gleichspannungswandlers 2 zu berücksichtigen und damit den Gleichspannungswandler 2 derart anzusteuern, dass sich diese hochfrequenten Einflüsse nicht oder zumindest nicht vollständig auf der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers 2 widerspiegeln.
Darüber hinaus kann in dem ersten Betriebsmodus diese Verarbeitung von schnellen Änderungen in der Eingangsspannung ausgesetzt werden. Auf diese Weise kann zum Beispiel die Stabilität beim Anlaufen bzw. einer Initialisierung der Gleichspannungswandlervorrichtung 1 gesteigert werden. Hierzu kann zum Beispiel von der Vorsteuereinrichtung 13 ein weiteres Steuersignal F2 ausgegeben und an der Steuervorrichtung 14 bereitgestellt werden, welches der Steuervorrichtung 14 den jeweiligen Betriebsmodus anzeigt. Stellt beispielsweise die Vorsteuerrichtung 14 bei der Analyse der langsam abgetasteten bzw. gefilterten Eingangsspannung U_inl fest, dass in der Eingangsspannung signifikante Variationen auftreten, so kann zunächst der erste Betriebsmodus eingestellt werden. Bei diesen signifikant Variationen kann es sich beispielsweise um Spannungssprünge insbesondere beim Einschalten handeln. Liegt dagegen ein zumindest annähernd stationär war Zustand (quasi-stationärer Zustand) vor, so kann daraufhin in den zweiten Betriebsmodus gewechselt werden, um auch schnelle, hochfrequente Einflüsse kompensieren zu können. Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Gleichspannungswandlervorrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführungsform insbesondere dadurch, dass hierbei mehrere Gleichspannungswandler 2 vorgesehen sind. Durch das Parallelschalten mehrerer Gleichspannungswandler 2 kann dabei beispielsweise die Gesamtleistung für die Gleichspannungswandler gesteigert werden. Soweit anwendbar gelten darüber hinaus sämtliche bereits zuvor in Zusammenhang mit Figur 1 gemachten Ausführungsformen.
Wie in Figur 2 zuerkennen ist, kann für die Gleichspannungswandlervorrichtung 1 mit mehreren Gleichspannungswandler 2 jeweils eine gemeinsame Vorsteuereinrichtung 13 und ein gemeinsamer Spannungsregler 11 vorgesehen sein. Darüber hinaus kann für jeden Spannungswandler 2 ein individueller Spannungsregler 12 sowie eine individuelle Steuereinrichtung 14 vorgesehen sein.
Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm, wie es einem Verfahren zum Betreiben einer Gleichspannungswandlervorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. Das Verfahren kann grundsätzlich beliebige Schritte umfassen, wie sie zuvor bereits in Zusammenhang mit der Gleichspannungswandlervorrichtung 1 beschrieben worden sind. Analog kann auch die oben beschriebene Gleichspannungswandlervorrichtung 1 beliebige geeignete Komponenten aufweisen, wie sie zur Implementierung des nachfolgend beschriebenen Verfahrens erforderlich sind.
Das Verfahren umfasst einen Schritt S1 zum Ermitteln einer ersten Regelgröße RI für den Gleichspannungswandler 2. Die erste Regelgröße RI kann insbesondere unter Verwendung eines Sollwertes U_soll für die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 2 und eines Messwerts U_out für die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 2 ermittelt werden.
Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt S2 zum Ermitteln einer zweiten Regelgröße R2 für den Gleichspannungswandler 2. Die zweite Regelgröße R2 kann insbesondere unter Verwendung einer Stromregelgröße l_soll und einem aktuellen Stromwert l_dc des Gleichspannungswandlers 2 ermittelt werden.
Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt S3 zum Ermitteln einer dritten Regelgröße R3. Die dritte Regelgröße R3 kann insbesondere unter Verwendung des Sollwertes U_soll für die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 2 und eines gefilterten Messwerts U_inl für die Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers 2 ermittelt werden.
Darüber hinaus umfasst das Verfahren einen Schritt S4 zum Ansteuern des Gleichspannungswandlers 2 in einem ersten Betriebsmodus. In diesem ersten Betriebsmodus erfolgt das Ansteuern insbesondere unter Verwendung einer Kombination der ersten Regelgröße RI, der zweiten Regelgröße R2 und der dritten Regelgröße R3.
Alternativ kann das Verfahren in einem Schritt S5 den Gleichspannungswandler 2 in einem zweiten Betriebsmodus ansteuern. In diesem zweiten Betriebsmodus wird der Gleichspannungswandler 2 unter Verwendung einer Kombination der ersten Regelgröße RI, der zweiten Regelgröße R2 und einem schnell abgetasteten Messwert U_in2 für die Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers angesteuert.
Wie zuvor bereits ausgeführt kann der Gleichspannungswandler 2 nach einer Initialisierung zunächst in dem ersten Betriebsmodus angesteuert werden. Ferner kann für die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers 2 in den zweiten Betriebsmodus gewechselt werden, nachdem sich beispielsweise ein quasistationärer Betriebszustand in dem Gleichspannungswandler eingestellt hat.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Gleichspannungswandleranordnung mit einem Betriebsmodus, in dem eine Eingangsspannung mit einer hohen Abtastrate abgetastet wird und die Regelgröße zur Ansteuerung eines Gleichspannungswandlers auf Grundlage der schnell abgetasteten Eingangsspannung angepasst werden kann. Insbesondere kann die Verarbeitung der hoch abgetasteten Eingangsspannung in einer separaten Recheneinheit ausgeführt werden.

Claims

Ansprüche
1. Gleichspannungswandlervorrichtung (1), mit: einem Gleichspannungswandler (2), der dazu ausgelegt ist, eine Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung zu konvertieren; einem Spannungsregler (11), der dazu ausgelegt ist, unter Verwendung eines Sollwertes (U_soll) für die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (2) und eines Messwerts (U_out) für die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (2) eine erste Regelgröße (RI) für den Gleichspannungswandler (2) zu bestimmen; einem Stromregler (12), der dazu ausgelegt ist, unter Verwendung einer Stromregelgröße (l_soll) und einem aktuellen Stromwert (l_dc) des Gleichspannungswandlers (2) eine zweite Regelgröße (R2) für den Gleichspannungswandler (2) zu bestimmen; einer Vorsteuereinrichtung (13), die dazu ausgelegt ist, unter Verwendung des Sollwertes (U_soll) für die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (2) und eines gefilterten Messwerts (U_inl) für die Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers (2) eine dritte Regelgröße (R3) zu bestimmen; einer Steuereinrichtung (14), die dazu ausgelegt ist, in einem ersten Betriebsmodus den Gleichspannungswandler (2) unter Verwendung einer Kombination der ersten Regelgröße (RI), der zweiten Regelgröße (R2) und der dritten Regelgröße (R3) anzusteuern, und in einem zweiten Betriebsmodus den Gleichspannungswandler (2) unter Verwendung einer Kombination der ersten Regelgröße (RI), der zweiten Regelgröße (R2) und einem Messwert (U_in2) für die Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers (2) anzusteuern.
2. Gleichspannungswandlervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (14) dazu ausgelegt ist, in dem zweiten Betriebsmodus den Gleichspannungswandler (2) ferner unter Verwendung eines Messwerts für einen Ausgangsstrom des Gleichspannungswandlers (2) anzusteuern.
3. Gleichspannungswandlervorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorsteuereinrichtung (13) dazu ausgelegt ist, ein Steuersignal (F2) an der Steuereinrichtung (14) bereitzustellen, und wobei die Steuereinrichtung (14) dazu ausgelegt ist, unter Verwendung des Steuersignals (F2) von der Vorsteuereinrichtung (13) entweder den ersten Betriebsmodus oder den zweiten Betriebsmodus einzustellen.
4. Gleichspannungswandlervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinrichtung (14) dazu ausgelegt ist, den Messwert (U_in2) für die Eingangsgleichspannung mit einer Abtastrate zu erfassen, welche höher ist, als eine Abtastrate zu Erfassung des Messwerts (U_inl) der Eingangsgleichspannung für die Vorsteuereinrichtung (13).
5. Gleichspannungswandlervorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die Steuereinrichtung (14) dazu ausgelegt ist, Frequenzanteile in der Eingangsgleichspannung bis mindestens 10 kHz zu erfassen.
6. Gleichspannungswandlervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Gleichspannungswandlervorrichtung (1) dazu ausgelegt ist, die Bestimmung der ersten Regelgröße (RI), der zweiten Regelgröße (R2) und der dritten Regelgröße (R3) sowie die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers (2) im ersten Betriebsmodus unter Verwendung einer ersten Recheneinrichtung auszuführen, wobei die erste Recheneinrichtung mindestens einen Mikrocontroller umfasst, und wobei die Gleichspannungswandlervorrichtung (1) dazu ausgelegt ist, die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers (2) in dem zweiten Betriebsmodus ferner unter Verwendung einer zweiten Recheneinrichtung (15) auszuführen, wobei die zweite Recheneinrichtung (15) dazu ausgelegt ist, den Messwert (U_in2) für die Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers (2) zu empfangen und zu verarbeiten.
7. Gleichspannungswandlervorrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei die zweite Recheneinrichtung (15) einen Multi Channel Sequencer umfasst.
8. Gleichspannungswandlervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Gleichspannungswandlervorrichtung (1) mehrere Gleichspannungswandler (2) umfasst, wobei für jeden Gleichspannungswandler (2) der Gleichspannungswandlervorrichtung (1) ein separater Stromregler (12) und eine separate Steuereinrichtung (14) vorgesehen ist, und wobei für alle Gleichspannungswandler (2) der Gleichspannungswandlervorrichtung (1) ein gemeinsamer Spannungsregler (11) und eine gemeinsame Vorsteuereinrichtung (13) vorgesehen ist.
9. Verfahren zum Betreiben einer Gleichspannungswandlervorrichtung (1) mit mindestens einem Gleichspannungswandler (2), mit den Schritten:
Ermitteln (Sl) einer ersten Regelgröße (RI) für den Gleichspannungswandler (2) unter Verwendung eines Sollwertes (U_soll) für die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (2) und eines Messwerts (U_out) für die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (2);
Ermitteln (S2) einer zweiten Regelgröße (R2) für den Gleichspannungswandler (2) unter Verwendung einer Stromregelgröße (l_soll) und einem aktuellen Stromwert (l_dc) des Gleichspannungswandlers (2);
Ermitteln (S3) einer dritten Regelgröße (R3) unter Verwendung des Sollwertes (U_soll) für die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (2) und eines gefilterten Messwerts (U_inl) für die Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers (2); und
Ansteuern (S4) des Gleichspannungswandlers (2) in einem ersten Betriebsmodus unter Verwendung einer Kombination der ersten Regelgröße, der zweiten Regelgröße und der dritten Regelgröße oder Ansteuern (S 5) des Gleichspannungswandlers (2) in einem zweiten Betriebsmodus unter Verwendung einer Kombination der ersten Regelgröße (RI), der zweiten Regelgröße (R 2) und einem Messwert (U_in2) für die Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers (2).
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Gleichspannungswandler (2) nach einer Initialisierung zunächst in dem ersten Betriebsmodus angesteuert wird, und anschließend in den zweiten Betriebsmodus gewechselt wird, nachdem sich ein quasi-stationärer Betriebszustand in dem Gleichspannungswandler (2) eingestellt hat.
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