WO1999041817A1 - Vorrichtung und verfahren zur regelung parallel geschalteter spannungswandler - Google Patents
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
- H02J1/10—Parallel operation of dc sources
- H02J1/102—Parallel operation of dc sources being switching converters
Definitions
- Network links caused by the spatially separated arrangement of the single converter.
- converters are connected in parallel by operating several independent converters in parallel. (Master-slave operation).
- the valve control signal transistor control signal
- the switch-on pulses of the switching transistors of the master converter are transferred to the slave converters.
- the master generates control signals for the power semiconductors, which are then transmitted to the output stages of the converters connected in parallel.
- the main advantage of the inventive concept presented here is that the vibration problem is solved with voltage converters connected in parallel.
- the state of the art is represented primarily by the parallel connection of identical single converters. In the case presented here, however, each individual converter retains parts of the controller and above all the actuator with the associated signal linkage for the different operating modes.
- the advantage here is that even spatially separate systems can be operated safely. A restriction to a predetermined number of converters is not necessary.
- the output of setpoints for a subordinate control loop or an actuator results in a symmetrization of the load on the individual converter.
- the higher-level converter can also selectively switch off individual lower-level converters.
- a further advantage in the parallelization of the converters is a better efficiency of the overall system, since the individual converter is loaded less (load current or can be operated at optimum efficiency).
- FIG. 1 shows an arrangement of the individual converters using the example of a DC / DC converter
- FIG. 2 shows a control structure of the superimposed circuit of converter 1
- FIG. 3 shows a structure of the subordinate control and actuating elements.
- FIG. 1 shows the arrangement of the individual converters in a system with several voltage converters using the example of DC / DC converters. Such an arrangement can e.g. in one
- Vehicle electrical system with different voltages are used.
- a two or multi-voltage electrical system e.g. Ul the vehicle electrical system voltage, which is supplied by the generator.
- the DC / DC converters 10, 11 and 12 supply the voltage U2.
- the DC / DC converter is connected via a parallel bus 13.
- FIG. 2 shows the control structure of the superposed circuit of the transducer 1, for example, the transducer 10 of FIG. 1 corresponds to and which operates as the main converter. It includes one
- the controller 17 determines the internal manipulated variable (output variable) IB. In this arrangement, when using a parallel bus, the first converter 1 must assume the management function.
- the internal manipulated variable can be, for example, an analog current setpoint for a lower-level current controller or a digital manipulated variable.
- the transmission for digital values can be optical or performance-related.
- transducers themselves can be freely arranged in space, the superimposed control being carried out by transducer 1, i.e. the voltage regulation to the controlled variable only takes place at the geometric location of converter 1.
- the output variable of the main converter (or of the higher-level controller in converter 1) serves as a setpoint specification for the lower-level controllers.
- the structure shown in FIG. 3 is obtained for the subordinate controllers in converters 1 to n (10, 11, 12, ).
- the setpoint specification for this subordinate circuit is free, i.e. to be seen analog or digital.
- the output variable of the higher-level controller in converter 1 serves as setpoint specification 19 and is supplied via a parallel bus. From the setpoint specification 19 and
- the internal command variable 21 is formed for the lower-level controller and the actuator 21 to form the manipulated variable 21.
- the control functions can be carried out according to the following two modifications:
- Modification 1 The controller integrated in the master passes on its PWM signal to the slave converter unfiltered, but transmits additional signals, such as the enable signals for transistors, synchronous rectifiers, as well as the current sign (in bi-directional operation). Furthermore, switch-on and switch-off signals for the Transfer total converter to switch the supply on and off.
- Modification 2 The controller integrated in the master transmits its subordinate current setpoint analog or digital to the slave output stages, but, as already mentioned in modification 1, transmits additional signals.
- the lower-level converter can thus be completely controlled by the master (from switching on and off to assigning the lower-level current setpoints for the output stages).
- the devices shown and the associated methods for controlling voltage converters connected in parallel can be e.g. Use in vehicle electrical systems or in any power supply that requires a high output power and should be distributed to several converters if possible.
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- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Es werden Vorrichtungen und Verfahren zur Regelung parallelgeschalteter Spannungswandler, insbesondere in einem Mehrspannungsbordnetz bei einem Fahrzeug mit Spannungsbereichen (U1, U2) zwischen denen die Spannungswandler liegen, beschrieben, bei denen ein erster Spannungswandler als Hauptwandler arbeitet, der die Führungsfunktion bei der Regelung übernimmt und die weiteren Spannungswandler als unterlagerte Wandler arbeiten und mit dem Hauptwandler in Verbindung stehen.
Description
Vorrichtung und Verfahren zur Regelung parallel geschalteter Ξpannungswandler
Stand der Technik
Im Rahmen der Weiterentwicklungen von Spannungsregelungskonzepten ist es notwendig, mehrere
Spannungswandler parallel zu betreiben, um eine Erhöhung der Ausgangsleistung zu erreichen. Es soll dabei sichergestellt werden, daß die Anordnung mit den parallel betriebenen Spannungswandler nicht zu unkontrollierten Schwingungen am Ausgang neigt. Diese Schwingungen werden durch
Netzverkoppelungen verursacht, die durch die räumlich getrennte Anordnung der Einzelwandler verursacht werden.
Im Regelfall wird die Parallelschaltung von Wandlern durch Nebeneinanderbetrieb von mehreren selbständigen Wandlern realisiert. (Master-Slave-Betrieb) . In Einzelfällen wird auch ein Weiterleiten des Ventil-Ansteuersignais (Transistor-Ansteuersignal) bei multiresonanten Wandlern vorgenommen. Es werden dabei die Einschaltimpulse der Schalttransistoren des Master-Wandlers an die Slave-Wandler übergeben. Der Master erzeugt dabei Ansteuersignale für die Leistungshalbleiter, diese werden dann auf die Endstufen der parallel geschalteten Wandler übertragen.
- 2 - O 99/41817 PCT/DE99/00374
Vorteile der Erfindung
Der Hauptvorteil des hier vorgestellten erfindungsgemäßen Konzepts besteht darin, daß die Schwingungsproblematik bei parallel verschalteten Spannungswandlern gelöst wird. Der Stand der Technik wird vor allem durch das Parallelschalten von identischen Einzelwandlern dargestellt. Im hier vorgestellten Fall behält jedoch jeder einzelne Wandler Teile des Reglers und vor allem das Stellglied mit der dazugehörigen Signal erknüpfung für die unterschiedlichen Betriebsarten. Der Vorteil hierbei ist, daß auch räumlich getrennte Systeme sicher betrieben werden können. Eine Beschränkung auf eine vorgegebene Wandlεrzahl ist nicht notwendig .
Durch die Ausgabe von Sollwerten für einen unterlagerten Regelkreis bzw. einen Steller erhält man eine Symmetrierung der Belastung der Einεelwandler . Um für den einzelnen
Wandler unter Umständen eine Minimallast sicherzustellen, kann der überlagerte Wandler nach Wahl auch einzelne unterlagerte Wandler gezielt abschalten.
Ein weiterer Vorteil bei der Parallεlisierung der Wandler ist ein besserer Wirkungsgrad des Gesamtsystems, da der Einzelwandler geringer belastet wird (Laststrom bzw. im Wirkungsgradoptimum betrieben werden kann.
Erzielt werden diese Vorteile durch Vorrichtungen und/oder
Verfahren zur Regelung parallel geschalteter Spannungsregler mit der Merkmalskombination des Anspruchs 1 sowie der Unteransprüche .
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt Figur 1 eine Anordnung der Einzelwandler am Beispiel DC/DC-Wandler, Figur 2 eine Regelstrukutur des überlagerten Kreises von Wandler 1 und Figur 3 eine Struktur der unterlagerten Regel- und Stellglieder.
Beschreibung
Figur 1 zeigt die Anordnung der Einzelwandler bei einem System mit mehreren Spannungswandlern am Beispiel von DC/DC- Wandlern. Eine solche Anordnung kann z.B. in einem
Fahrzeugbordnetz mit unterschiedlichen Spannungen zum Einsatz kommen. Bei einem solchen Zwei- bzw. Mehrspannungsbordnetz ist z.B. Ul die Bordnetzspannung, die vom Generator geliefert wird. Ausgangsseitig liefern die DC/DC-Wandler 10, 11 und 12 die Spannung U2. Die Verbindung der DC/DC-Wandler erfolgt über einen Parallelbus 13.
Figur 2 zeigt die Regelstruktur des überlagerten Kreises des Wandlers 1, der z.B. dem Wandler 10 nach Fig., 1 entspricht und der als Hauptwandler arbeitet. Er umfaßt eine
Sollwertvorgabe 14 und eine Istwerterfassung 15 zur Bildung der Führungsgröße 16. Aus der Führungsgröße 16 bestimmt der Regler 17 die innere Stellgröße (Ausgangsgröße) IB. In dieser Anordnung muß bei Verwendung eines Parallelbusses der erste Wandler 1 die Führungsfunktion übernehmen. Der
Informationsaustausch erfolgt bei dieser Anordnung direkt aus den Ausgangsgrößen des überlagerten Reglers von Wandler 1. Diese Größen dienen den angeschlossenen Wandlern wiede um als Führungsgrδße für ihr Stellglied bzw. ihren unterlagerten Regelkreis. Damit erhält man für den überlagerten Regelkreis in Wandler 1 die Figur 2 skizzierte Struktur. Ein Parallelbus wird dabei benötigt, wenn mehrere
- 4 - 99/41817 PCT/DE99/00374
Spannungswandler auf eine AusgangsSpannung parallel arbeiten. Prinzip dieses Regelkonzepts ist, daß die benötigte Ausgangsleistung möglichst gleichmäßig auf alle Wanlerstufen verteilt wird.
Die innere Stellgröße (Ausgangsgröße) kann beispielsweise ein analoger Stromsollwert für einen unterlagerten Stromregler oder eine digitale Stellgröße sein. Die Übertragung für digitale Werte kann optisch oder leistungsgebunden erfolgen.
Die Wandler selbst können räumlich frei angeordnet werden, wobei die überlagerte Regelung von Wandler 1 vorgenommen wird, d.h. die Spannungs-Regelung auf die Regelgröße erfolgt nur am geometrischen Ort von Wandler 1. Die Ausgangsgröße des Hauptwandlers (bzw. des überlagerten Reglers in Wandler 1 dient dem unterlagerten Reglern als Sollwertvorgabe .
Für die unterlagerten Regler in Wandler 1 bis n (10, 11, 12,...) erhält man die in Figur 3 aufgezeigte Struktur. Die Sollwertvorgabe für diesen unterlagerten Kreis ist dabei frei, d.h. analog oder digital zu sehen. Die Ausgangsgröße des überlagerten Reglers in Wandler 1 dient als Sollwertvorgabe 19 und wird über einen Parallelbus zugeführt. Aus der Sollwertvorgabe 19 und der
Istwerterfassung 20 wird die innere Führungsgröße 21 gebildet für den unterlagerten Regler und das Stellglied 21, zur Bildung der Stellgröße 21. Die Regelfunktionen lasse sich nach den beiden folgenden Modifikationen durchführen:
Modifikation 1: Der im Master integrierte Regler gibt sein PWM-Signal ungefiltert an die Slave-Wandler weiter, überträgt aber zusätzliche Signale, wie z.B. die Freigabesignale für Transistoren, Synchrongleichrichter, sowie das Stromvorzeichen (bei bidirketionalem Betrieb) . Ferner werden Einschalt- und Ausschaltsignale für den
Gesamtwandler übertragen, um die Versorgung aus- und einzuschalten.
Master-Wandler Slave-Wandler PWM-Reglersignal PWM-Reglersignal
Freigabe Freigabe Transistoren Transistoren Stromvorzeichen Stromvorzeichen
SynchrongleichSynchrongleichrichtung richtung Ausschaltbefehl Ausschaltbefehl
Einschaltbefehl Einscha11befehl
..weitere , ...weitere.
Modifikation 2 : Der im Master integrierte Regler gibt seinen unterlagerten Stromsollwert analog oder digital an die Slave-Endstufen weiter, überträgt aber, wie in Modifikation 1 bereits erwähnt, zusätzliche Signale. Der unterlagerte Wandler ist damit vom Master komplett steuerbar (angefangen vom Ein-und Ausschalten bis zur Vergabe der unterlagerten Stromsollwerte für die Endstufen) .
Master-Wandler Slave-Wandler
Unterlagerter Unterlagerter
Sollwert Sollwert
Ausgangsstrom Ausgangsström
Freigabe Freigabe
Transistoren Transistoren
- 6 - 99/41817 PCTDE99/00374
Stromvorzeichen Stromvorzeichen
Synchrongleich- Synchrongleichrichtung richtung
Ausschaltbefehl Ausschaltbefehl
Einschaltbefehl Einschaltbefehl
.weitere. .weitere .
Die aufgezeigten Vorrichtungen bzw. die zugehörigen Verfahren zur Regelung parallel geschalteter Spannungswandler lassen sich z.B. in Fahrzeugbordnetzen einsetzen oder aber in beliebigen Spannungsversorgungen, bei denen eine hohe Ausgangsleistung benötigt wird und diese möglichst auf mehrere Wandler verteilt werden soll.
Claims
1. Vorrichtung und Verfahren zur Regelung parallel geschalteter Spannungswandler, insbesondere in einem Mehrspannungsbordnetz bei einem Fahrzeug mit Spannungsbereichen (U1,U2) , zwischen denen die
Spannungswandler liegen, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Spannungswandler als Hauptwandler arbeitet, der die Führungsfunktion bei der Regelung übernimmt und die weiteren Spannungswandler als unterlagerte Wandler arbeiten und mit dem Hauptwandler in Verbindung stehen.
2. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptwandler einen überlagerten Regelkreis umfaßt, der aus der Sollwertvorgäbe und dem erfaßten Istwert eine Führungsgröße bildet, die auf den im Hauptwandler enthaltenen Regler einwirkt zur Bildung einer inneren Stellgröße.
3. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die im Hauptwandler gebildete innere Stellgröße wenigstens einem der untergelagerten Wandler zugeführt wird.
4. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Stellgröße ein analoger
Stromsollwert oder eine digitale Stellgröße ist, die einem
- 8 - 99/41817 PCT/DE99/00374 unterlagerten Wandler zugeführten Stromregler zugeführt wird.
5. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterlagerten Wandler jeweils einen eigenen Regler aufweisen.
6. Vorrichtung und Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wandler Teile des Reglers und des Stellgliedes mit der dazugehörigen
Signalverknüpfung für unterschiedliche Betriebsarten umfaßt .
7. Vorrichtung und Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Ausgabe von Sollwerten für wenigstens einen unterlagεrten Regelkreis bzw. einen Steller eine Symmetrierung der Belastung der Einzelwandler erfolgt.
B. Vorrichtung und Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler voneinander räumlich getrennt sind.
9. Vorrichtung und Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wandler mindestens so betrieben wird, daß ihm eine Minimallast zukommt und daß bei Unterschreiten der Minimallast der betreffende Wandler vom überlagerten Wandler gezielt abgeschaltet wird.
10. Vorrichtung und Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastung der Wandler, insbesondere der von ihnen zu liefernde Laststroτn so angepaßt wird, daß vorgebbare Wandler jeweils in ihrem Wirkungsgradoptimum betrieben werden.
11. Vorrichtung und Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die unterlagerten
Wandler oder die unterlagerten Regler ihre Sollwertvorgabe aus der Ausgangsgröße des überlagerten Reglers im Hauptwandler erhalten, wobei die Sollwertvorgabe über einen Parallelbus erfolgt.
12. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße der unterlagerten Regler und/oder Stellglieder durch Vergleich der vom überlagerten Regler gelieferten Sollwertvorgaben mit erfaßten Istwerten erfolgt, aus denen eine innere Führungsgröße gebildet wird, die dem unterlagerten Regler und Stellglied zugeführt wird, zur Bildung der Stellgröße.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| EP99907323A EP1055274A1 (de) | 1998-02-13 | 1999-02-11 | Vorrichtung und verfahren zur regelung parallel geschalteter spannungswandler |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE19805929 | 1998-02-13 | ||
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Publications (1)
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|---|---|
| WO1999041817A1 true WO1999041817A1 (de) | 1999-08-19 |
Family
ID=7857624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/DE1999/000374 WO1999041817A1 (de) | 1998-02-13 | 1999-02-11 | Vorrichtung und verfahren zur regelung parallel geschalteter spannungswandler |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1055274A1 (de) |
| WO (1) | WO1999041817A1 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP1143591A2 (de) * | 2000-03-30 | 2001-10-10 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des Parallelbetriebes von Gleichspannungswandlern |
| WO2001096973A2 (en) * | 2000-06-15 | 2001-12-20 | Lambda Emi, Inc. | Pulse rectifiers in master/slave mode |
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-
1999
- 1999-02-11 WO PCT/DE1999/000374 patent/WO1999041817A1/de not_active Application Discontinuation
- 1999-02-11 EP EP99907323A patent/EP1055274A1/de not_active Ceased
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1055274A1 (de) | 2000-11-29 |
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