WO2023186423A1 - Dc/dc wandler mit kombinierter strom- und spannungsregelung - Google Patents

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WO2023186423A1 PCT/EP2023/054808 EP2023054808W WO2023186423A1 WO 2023186423 A1 WO2023186423 A1 WO 2023186423A1 EP 2023054808 W EP2023054808 W EP 2023054808W WO 2023186423 A1 WO2023186423 A1 WO 2023186423A1
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Gholamabas Esteghlal
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Robert Bosch Gmbh
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    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters

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 a so-called high-voltage network in the vehicle.
  • such a vehicle usually includes several electrical consumers, which are supplied with a lower electrical voltage via a low-voltage network.
  • so-called DC voltage converters can be provided, which convert an electrical 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 electrical system of an electric vehicle, wherein a direct-current converter (DC/DC converter) is provided for coupling between two on-board power supplies.
  • 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 the features of the independent patent claims. Further advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
  • a DC-DC converter device with at least one DC-DC converter and a control device.
  • the at least one DC-DC converter is designed to convert an input DC voltage into an output DC voltage.
  • the control device includes a voltage regulator and a current regulator.
  • the voltage regulator is designed to determine a first controlled variable for the DC-DC converter using a setpoint for the output voltage of the DC-DC converter and a measured value for the output voltage of the DC-DC converter.
  • the current regulator includes a first control device and a second control device.
  • the first control device is designed to determine a first current control variable using an electrical current at the input of the DC-DC converter.
  • the second control device is designed to determine a second current control variable using an electrical current at the output of the DC-DC converter.
  • the current regulator is designed to determine a second controlled variable using the first current controlled variable and the second current controlled variable;
  • the control device is designed to control the DC-DC converter using a combination of the first controlled variable and the second controlled variable.
  • a method for operating a DC-DC converter device with at least one DC-DC converter includes a step for determining a first controlled variable using a setpoint for the output voltage of the DC-DC converter and a measured value for the output voltage of the DC-DC converter.
  • the method further includes a step for determining a first current control variable using an electrical current at the input of the DC-DC converter.
  • the procedure includes one step for determining a second current controlled variable using an electrical current at the output of the DC-DC converter, a step for determining a second controlled variable for the DC-DC converter using the first current controlled variable and the second current controlled variable and a step of controlling the at least one DC-DC converter using a combination of the first controlled variable and the second controlled variable.
  • the present invention is based on the knowledge that the electrical current on the output or secondary side can also be taken into account for regulating the DC-DC converter.
  • a transformer is provided in the DC-DC converter, a conversion must be carried out taking into account the transformation ratio of the transformer to calculate the output current limit.
  • such a conversion requires a certain amount of computing time, which can lead to delays in the control. Such delays can possibly lead to oscillations in the system.
  • the electrical currents on the primary or input side and the secondary or output side can be taken into account independently of one another for current regulation.
  • the requirements regarding hardware protection, such as the required current limitations can be implemented more easily.
  • the sensor and component tolerances have less influence on the system behavior.
  • the current regulator is designed to select the smaller value from the first current control variable and the second current control variable as the second controlled variable.
  • the current controller selects as the controlled variable the minimum of the two current controlled variables, which are each related to the primary or Secondary side of the DC-DC converter have been determined. This ensures that the DC-DC converter is always operated below the maximum permissible current.
  • the first control device is designed to determine the first current control variable using a comparison of the electrical current at the input of the DC-DC converter with a predetermined setpoint for the electrical current at the input of the DC-DC converter.
  • the second control device can be designed to determine the second current control variable using a comparison of the electrical current at the output of the DC-DC converter with a predetermined setpoint for the electrical current at the output of the DC-DC converter.
  • the current controller can be designed to determine the second controlled variable using the minimum of the first current controlled variable and the second current controlled variable. In this way, the current regulator can be implemented particularly easily and efficiently
  • the first control device and the second control device of the power converter are each designed to output a control signal if the corresponding control device is active in an operating mode in which a maximum current in the DC-DC converter is limited.
  • the Voltage regulator designed to adjust the first controlled variable using the control signal from the current regulator. In this way, it is possible to limit or suspend the voltage regulation in the voltage regulator if the current regulation in the current regulator limits the DC-voltage converter.
  • the DC-DC converter device comprises a plurality of DC-DC converters.
  • a separate current regulator is provided for each DC-DC converter of the DC-DC converter device.
  • a common voltage regulator is provided for all DC-DC converters of the DC-DC converter device. In this way, the performance of the DC-DC converter device can be increased by connecting several DC-DC converters in parallel. Thanks to the separate current regulation for each DC-DC converter, the total power can be easily divided between the individual voltage regulators.
  • the DC-DC converter comprises a flyback DC-DC converter. Since such flyback direct voltages have a transformer in their sound system, the transformation ratio of the transformers used here can be incorporated into the current control in a simple and efficient manner thanks to the separate current control for the primary or input side and the secondary or output side.
  • control device is designed to output a duty cycle for pulse width modulation as a controlled variable for controlling the DC-DC converter.
  • PWM pulse width modulated
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a DC-DC converter device with a control device according to a further embodiment
  • Fig. 3 a flowchart as the basis for a method according to an embodiment.
  • Figure 1 shows a schematic block diagram as can be the basis of a DC-DC converter device with a control device 1 and a DC-DC converter 2 according to one embodiment.
  • the DC-DC converter 2 converts a DC voltage U Jn provided on the input side into a DC output voltage U_out.
  • the DC-DC converter 2 can be provided with a controlled variable R, for example in the form of a duty cycle for pulse width modulated (PWM) control.
  • the basic principle of a DC-DC converter with pulse width modulated control is assumed to be known and is not explained in more detail.
  • the controlled variable R for the DC-DC converter 2 can be provided, for example, by means of the control device 1.
  • the control device 1 can include a voltage regulator 11 and a current regulator 12.
  • the voltage regulator 11 generates a first controlled variable RI.
  • the voltage regulator 11 compares a value of the DC output voltage U_out with a predetermined setpoint U_soll.
  • This setpoint U_soll can, for example, be a value for the target voltage to which the intermediate circuit capacitor 4 is to be charged.
  • the voltage regulator 11 can also include a further pre-regulator 11b.
  • This pre-regulator 11b can, for example, determine a regulator component based on the input DC voltage U Jn, the target voltage U_soll, and possibly also on the basis of electrical currents at the input and/or output of the DC-DC converter 2.
  • This control component can, as shown in Figure 1, be combined with the control component of the actual voltage regulator 11a in order to obtain the first controlled variable RI.
  • the current regulator 12 generates a second controlled variable R2, which is determined, for example, on the basis of the electrical current in the DC-DC converter 2. Both the primary-side current l_p at the input of the DC-DC converter 2 and the secondary-side current l_s at the output of the DC-DC converter 2 can be taken into account for current regulation. For such a current regulation, two separate control devices 12a and 12b are provided in the current regulator 12.
  • a first control device 12a can determine a first current control variable R_i_l. This first current control variable R_i_l is determined on the basis of the primary-side current l_p at the DC-DC converter 2. For example, this first current control variable R_i_l can be used to limit an electrical current at the input of the DC-DC converter 2 to a predetermined maximum value. This limiting value can, if necessary, be adjusted taking into account other parameters, such as the temperature in or on the DC-DC converter 2.
  • a second control device 12b can also determine a second current control variable R_i_2. This second current control variable R_i_2 is determined on the basis of the secondary-side current l_s at the output of the DC-DC converter 2.
  • this second current control variable R_i_2 can be used to limit an electrical current at the output of the DC-DC converter 2 to a predetermined maximum value. This limiting value can also be adjusted, if necessary, taking into account other parameters, such as the temperature at the DC-DC converter 2.
  • the current controller 12 can then determine the second controlled variable R2 from the determined current controlled variables R_i_l and R_i_2.
  • the second controlled variable R2 can be formed from the minimum of the first current controlled variable R_i_l and the second current controlled variable R_i_2. In this way it is ensured that the electrical currents in the DC-DC converter 2 do not exceed the limitation set by the current control variables R_i_l and R_i_2.
  • the current regulator 2 limits the electrical current in the DC-DC converter 2, this can be signaled to the current regulator 11 by a corresponding signal C_1 from the first control device 12a and a signal C_2 from the second control device 12b.
  • the regulation of the current regulator 11 can be adapted or deactivated in a suitable manner. In this way it can be ensured that the regulation of the current controller 11 does not counteract the current regulation of the current controller 12.
  • the first controlled variable RI from the voltage regulator 11 and the second controlled variable R2 from the current regulator 12 can be combined with one another, for example added, and the result can be provided to the DC-DC converter 2 as a controlled variable R.
  • the DC-DC converter 2 can be, for example, a so-called flyback DC-DC converter. Since the fundamental The structure of such DC-DC converters, in particular flyback DC-DC converters, is known, but will not be discussed in more detail here.
  • DC-DC converters 2 it is also possible to arrange several DC-DC converters 2 in parallel in the DC-DC converter arrangement.
  • a separate current regulator 12 can be provided for each of the DC-DC converters 2, as described above.
  • a common current regulator 11 can be provided for the entire DC-DC converter arrangement.
  • Figure 2 shows a schematic block diagram as can be the basis of a DC-DC converter device with a control device 1 and a DC-DC converter 2 according to a further embodiment.
  • the previously made statements regarding the DC-DC converter device, as already described in connection with FIG. 1, also apply, as far as this makes sense.
  • the DC-DC converter device differs from the previously described DC-DC converter device in particular in that in the first control device 12a the primary-side current l_p is first compared with a predetermined setpoint value l_p_soll. For this purpose, for example, a difference can be formed between the primary-side current l_p and the predetermined setpoint l_p_soll. If necessary, the result of this comparison can be weighted with a weighting factor gl.
  • the first control device 12a can provide the first current control variable R_i_l as an output value.
  • the secondary-side current l_s can be compared with a predetermined setpoint l_s_soll.
  • a difference can also be formed between the secondary-side current l_s and the corresponding predetermined setpoint l_s_soll.
  • the second control device 12b can provide the second current control variable R_i_2 as an output value.
  • One of the two current control variables R_i_l or R_i_2 can then be selected from the first current control variable R_i_l and the second current control variable R_i_2. For example, the smaller of the two R_i_l or R_i_2 can be selected and provided on the common controller logic 12c.
  • the controller logic determines the second controlled variable R2. This second controlled variable R2 can be combined with the first controlled variable RI, as has already been described in connection with FIG.
  • FIG. 3 shows a flowchart on which a method for operating a DC-DC converter device is based according to one embodiment.
  • the method can include any steps as have already been described previously in connection with the DC-DC converter devices according to FIGS. 1 and 2.
  • the DC-DC converter device described above can also have any suitable components such as those required to implement the method described below.
  • a first controlled variable RI is determined.
  • This first controlled variable R2 can be determined using a setpoint 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.
  • step S2 a first current control variable R_i_l is determined using an electrical current l_p at the input of the DC-DC converter 2.
  • step S3 a second current control variable R_i_2 is determined using an electrical current l_s at the output of the DC-DC converter 2.
  • a second controlled variable R2 for the DC-DC converter 2 is then determined in step S4 using the first current controlled variable R_i_l and the second current controlled variable R_i_2.
  • the DC-DC converter 2 can be controlled using a combination of the first controlled variable RI and the second controlled variable R2.
  • the present invention relates to a DC-DC converter arrangement with at least one DC-DC converter, wherein the DC-DC converter has a current and a voltage regulation.
  • a first component is for regulation based on the primary-side current
  • DC-DC converter provided, and a second component for regulation based on the secondary-side current at the DC-DC converter.

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gleichspannungswandleranordnung mit mindestens einem Gleichspannungswandler, wobei der Gleichspannungswandler eine Strom -und eine Spannungsregelung aufweist. Hierbei ist für die Stromregelung eine erste Komponente für eine Regelung auf Grundlage des primärseitigen Stroms am Gleichspannungswandler vorgesehen, und eine zweite Komponente für eine Regelung auf Grundlage des sekundärseitigen Stroms am Gleichspannungswandler.

Description

Beschreibung
Titel
DC/DC WANDLER MIT KOMBINIERTER STROM- UND SPANNUNGSREGELUNG
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 mindestens einem Gleichspannungswandler und einer Steuereinrichtung. Der mindestens eine Gleichspannungswandler ist dazu ausgelegt, eine Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung zu konvertieren. Die Steuereinrichtung umfasst einen Spannungsregler und einen Stromregler. 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 umfasst eine erste Regeleinrichtung und eine zweite Regeleinrichtung. Die erste Regeleinrichtung ist dazu ausgelegt, eine erste Stromregelgröße unter Verwendung eines elektrischen Stroms am Eingang des Gleichspannungswandlers zu bestimmen. Die zweite Regeleinrichtung ist dazu ausgelegt eine zweite Stromregelgröße unter Verwendung eines elektrischen Stroms am Ausgang der Gleichspannungswandler zu bestimmen. Der Stromregler ist dazu ausgelegt, eine zweite Regelgröße unter Verwendung der ersten Stromregelgröße und der zweiten Stromregelgröße zu bestimmen; Schließlich ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, den Gleichspannungswandler unter Verwendung einer Kombination der ersten Regelgröße und der zweiten Regelgröße anzusteuern.
Weiterhin ist vorgesehen:
Ein Verfahren zum Betreiben einer Gleichspannungswandlervorrichtung mit mindestens einem Gleichspannungswandler. Das Verfahren umfasst einen Schritt zum Ermitteln einer ersten Regelgröße unter Verwendung eines Sollwertes für die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers und eines Messwerts für die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers. Weiter umfasst das Verfahren einen Schritt zum Ermitteln einer ersten Stromregelgröße unter Verwendung eines elektrischen Stroms am Eingang des Gleichspannungswandlers. Darüber hinaus umfasst das Verfahren einen Schritt zum Ermitteln einer zweiten Stromregelgröße unter Verwendung eines elektrischen Stroms am Ausgang des Gleichspannungswandlers, einen Schritt zum Ermitteln einer zweiten Regelgröße für den Gleichspannungswandler unter Verwendung der ersten Stromregelgröße und der zweiten Stromregelgröße und einen Schritt Ansteuern des mindestens einen Gleichspannungswandlers unter Verwendung einer Kombination der ersten Regelgröße und der zweiten Regelgröße.
Vorteile der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass für eine Regelung des Gleichspannungswandlers auch der elektrische Strom auf der Ausgangs- bzw. Sekundärseite mit in Betracht gezogen werden kann. Insbesondere wenn in dem Gleichspannungswandler ein Transformator vorgesehen ist, so muss für die Berechnung der Ausgangsstromgrenze eine Umrechnung unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses des Transformators erfolgen. Eine solche Umrechnung erfordert jedoch eine gewisse Rechenzeit, sodass es zu Verzögerungen bei der Regelung kommen kann. Derartige Verzögerungen können gegebenenfalls zu Schwingungen in dem System führen.
Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine Reglerstruktur für eine Gleichspannungswandleranordnung zu schaffen, welche ein robustes Regelverhalten aufweist. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, in der Regelstruktur zwei separate Teile für die Stromregelung vorzusehen. Insbesondere wird eine separate Stromregelung für den eingangs- bzw. primärseitigen Strom und den ausgangs- bzw. sekundärseitigen Strom vorgesehen. Auf diese Weise können die erfassten Stromwerte direkt den jeweiligen Regelstrukturen zugeführt werden, ohne dass eine rechenintensive Umwandlung ausgeführt werden muss.
Insbesondere können die elektrischen Ströme auf der Primär- bzw. Eingangsseite sowie der Sekundär- bzw. Ausgangsseite unabhängig voneinander für die Stromregelung berücksichtigt werden. Durch eine solche Regelstruktur mit separaten Stromregler für die Primär- bzw. Eingangsseite sowie Sekundär- bzw. Ausgangsseite können somit beispielsweise die Anforderungen bezüglich des Hardwareschutzes, wie zum Beispiel der dabei erforderlichen Strombegrenzungen einfacher umgesetzt werden. Insbesondere haben dabei die Sensor- und Bauteiltoleranzen weniger Einfluss auf das Systemverhalten.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Stromregler dazu ausgelegt, als zweite Regelgröße den kleineren Wert aus erster Stromregelgröße und zweiter Stromregelgröße auszuwählen. Mit anderen Worten, der Stromregler wählt als Regelgröße jeweils das Minimum aus den beiden Stromregelgrößen aus, welche jeweils in Bezug auf die Primär-bzw. Sekundärseite des Gleichspannungswandlers ermittelt worden sind. Hierdurch wird gewährleistet, dass der Gleichspannungswandler stets unterhalb des maximal zulässigen Stromes betrieben wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Regeleinrichtung dazu ausgelegt, die erste Stromregelgröße unter Verwendung eines Vergleichs des elektrischen Stroms am Eingang des Gleichspannungswandlers mit einem vorbestimmten Sollwert für den elektrischen Strom am Eingang des Gleichspannungswandlers zu bestimmen. Entsprechend kann die zweite Regeleinrichtung dazu ausgelegt sein, die zweite Stromregelgröße unter Verwendung eines Vergleichs des elektrischen Stroms am Ausgang des Gleichspannungswandlers mit einem vorbestimmten Sollwert für den elektrischen Strom am Ausgang des Gleichspannungswandlers zu bestimmen. Ferner kann in diesem Fall der Stromregler dazu ausgelegt sein, die zweite Regelgröße unter Verwendung des Minimums der ersten Stromregelgröße und der zweiten Stromregelgröße zu bestimmen. Auf diese Weise kann der Stromregler besonders einfach und effizient implementiert werden
Gemäß einer Ausführungsform sind die erste Regeleinrichtung und die zweite Regeleinrichtung des Stromrichters jeweils dazu ausgelegt, ein Steuersignal auszugeben, falls die entsprechende Regeleinrichtung in einem Betriebsmodus aktiv ist, in dem ein maximaler Strom in dem Gleichspannungswandler begrenzt wird. Hierbei ist der Spannungsregler dazu ausgelegt, die erste Regelgröße unter Verwendung des Steuersignals von dem Stromregler einzustellen. Auf diese Weise ist es möglich, die Spannungsregelung in dem Spannungsregler einzuschränken oder auszusetzen, falls durch die Stromregelung in dem Stromregler eine Begrenzung des Gleichspannung Wandlers erfolgt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Gleichspannungswandlervorrichtung mehrere Gleichspannungswandler. Für jeden Gleichspannungswandler der Gleichspannungswandlervorrichtung ist dabei ein separater Stromregler vorgesehen. Ferner ist für alle Gleichspannungswandler der Gleichspannungswandlervorrichtung ein gemeinsamer Spannungsregler vorgesehen. Auf diese Weise kann durch eine Parallelschaltung mehrerer Gleichspannungswandler die Leistung der Gleichspannungswandlervorrichtung erhöht werden. Dabei kann durch die separate Stromregelung für jeden Gleichspannungswandler die Gesamtleistung auf einfache Weise zwischen den einzelnen Spannungsreglern aufgeteilt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Gleichspanungswandler einen Flyback-Gleichspannungswandler. Da derartige Flyback-Gleichspannung in ihrer Beschallung einen Transformator aufweisen, kann durch die separate Stromregelung für Primär- bzw. Eingangsseite sowie Sekundär- bzw. Ausgangsseite das Übersetzungsverhältnis der hierbei verwendeten Transformatoren auf einfache und effiziente Weise mit in die Stromregelung einfließen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, als Regelgröße für die Ansteuerung des Gleichspannungskonverters ein Tastverhältnis für eine Pulsbreitenmodulation auszugeben. Hierdurch ist auf einfache Weise eine pulsbreitenmodulierte (PWM) Ansteuerung der Gleichspannungskonverter möglich.
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 schematisches Blockschaubild, wie es einer Gleichspannungswandlervorrichtung mit einer Steuervorrichtung 1 und einem Gleichspannungswandler 2 gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegen kann. Der Gleichspannungswandler 2 wandelt hierbei eine eingangsseitig bereitgestellte Gleichspannung U Jn in eine Ausgangsgleichspannung U_out.
Hierbei kann dem Gleichspannungswandler 2 eine Regelgröße R, beispielsweise in Form eines Tastverhältnisses für eine pulsbreitenmodulierte (PWM) Ansteuerung bereitgestellt werden. Das Grundprinzip eines Gleichspannungswandlers mit pulsbreitenmodulierte Ansteuerung wird hierbei als bekannt vorausgesetzt und nicht näher erläutert. Die Regelgröße R für den Gleichspannungswandler 2 kann zum Beispiel mittels der Steuereinrichtung 1 bereitgestellt werden. Die Steuereinrichtung 1 kann hierzu einen Spannungsregler 11 und einen Stromregler 12 umfassen.
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, auf welche der Zwischenkreiskondensators 4 aufgeladen werden soll. Neben dem eigentlichen Spannungsregler 11a kann der Spannungsregler 11 darüber hinaus auch einen weiteren Vorregler 11b umfassen. Dieser Vorregler 11b kann zum Beispiel eine Reglerkomponente auf Grundlage der Eingangsgleichspannung U Jn, der Sollspannung U_soll, sowie gegebenenfalls auch auf Grundlage elektrischer Ströme am Eingang und/oder Ausgang des Gleichspannungswandlers 2 ermitteln. Diese Regelkomponente kann, wie in Figur 1 dargestellt, mit der Regelkomponente des eigentlichen Spannungsreglers 11a kombiniert werden, um die erste Regelgröße RI zu erhalten.
Der Stromregler 12 generiert eine zweite Regelgröße R2, welche beispielsweise auf Grundlage des elektrischen Stromes in dem Gleichspannungswandlers 2 ermittelt wird. Hierbei kann sowohl der primärseitige Strom l_p am Eingang des Gleichspannungswandlers 2, als auch der sekundärseitige Strom l_s am Ausgang des Gleichspannungswandler 2 für die Stromregelung in Betracht gezogen werden. Für eine solche Stromregelung sind in dem Stromregler 12 zwei separate Regeleinrichtungen 12a und 12b vorgesehen.
Eine erste Regeleinrichtung 12a kann eine erste Stromregelgröße R_i_l ermitteln. Hierbei erfolgt die Ermittlung dieser ersten Stromregelgröße R_i_l auf Grundlage des primärseitigen Stroms l_p an dem Gleichspannungswandler 2. Beispielsweise kann durch diese erste Stromregelgröße R_i_l ein elektrischer Strom am Eingang des Gleichspannungswandlers 2 auf einen vorgegebenen maximalen Wert limitiert werden. Dieser limitierende Wert kann gegebenenfalls unter Berücksichtigung weiterer Parameter, wie beispielsweise der Temperatur in oder an dem Gleichspannungswandler 2, angepasst werden. Eine zweite Regeleinrichtung 12b kann ferner eine zweite Stromregelgröße R_i_2 ermitteln. Hierbei erfolgt die Ermittlung dieser zweiten Stromregelgröße R_i_2 auf Grundlage des sekundärseitigen Stroms l_s am Ausgang des Gleichspannungswandlers 2. Beispielsweise kann durch diese zweite Stromregelgröße R_i_2 ein elektrischer Strom am Ausgang des Gleichspannungswandlers 2 auf einen vorgegebenen maximalen Wert limitiert werden. Auch dieser limitierende Wert kann gegebenenfalls unter Berücksichtigung weiterer Parameter, wie beispielsweise der Temperatur an dem Gleichspannungswandler 2, angepasst werden.
Daraufhin kann der Stromregler 12 die zweite Regelgröße R2 aus den ermittelten Stromregelgrößen R_i_l und R_i_2 bestimmen. Beispielsweise kann die zweite Regelgröße R2 aus dem Minimum der ersten Stromregelgröße R_i_l und der zweite Stromregelgröße R_i_2 gebildet werden. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die elektrischen Ströme in dem Gleichspannungswandler 2 die Begrenzung durch die Stromregelgrößen R_i_l und R_i_2 nicht überschreiten.
Erfolgt durch den Stromregler 2 eine Limitierung des elektrischen Stromes in dem Gleichspannungswandlers 2, so kann dies durch ein entsprechendes Signal C_1 von der ersten Regeleinrichtung 12a sowie ein Signal C_2 von der zweiten Regeleinrichtung 12b an dem Stromregler 11 signalisiert werden. In diesem Fall kann die Regelung des Stromregler 11 in geeigneter Weise angepasst oder deaktiviert werden. Diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Regelung des Stromregelung 11 der Stromregelung von dem Stromregler 12 nicht entgegenwirkt.
Die erste Regelgröße RI von dem Spannungsregler 11 und die zweite Regelgröße R2 von dem Stromregler 12 können miteinander kombiniert, beispielsweise addiert werden, und das Resultat kann als Regelgröße R dem Gleichspannungswandlers 2 bereitgestellt werden.
Bei dem Gleichspannungswandler 2 kann es sich beispielsweise um einen sogenannten Flyback-Gleichspannungswandler handeln. Da der grundsätzliche Aufbau derartiger Gleichspannungswandler, insbesondere auch von Flyback- Gleichspannungswandler bekannt ist, wird hierauf jedoch nicht näher eingegangen.
Weiterhin ist es auch möglich, in der Gleichspannungswandleranordnung mehrere Gleichspannungswandler 2 parallel anzuordnen. In einem solchen Fall kann für jeden der Gleichspannungswandler 2 ein separater Stromregler 12 vorgesehen sein, wie er zuvor beschrieben worden ist. Ferner kann für die gesamte Gleichspannungswandleranordnung ein gemeinsamer Stromregler 11 vorgesehen sein.
Figur 2 zeigt ein schematisches Blockschaubild, wie es einer Gleichspannungswandlervorrichtung mit einer Steuervorrichtung 1 und einem Gleichspannungswandler 2 gemäß einer weiteren Ausführungsform zugrunde liegen kann. Hierbei gelten grundsätzlich auch, soweit sinnvoll, die zuvor gemachten Ausführungen zur Gleichspannungswandlervorrichtung, wie sie in Zusammenhang mit Figur 1 bereits beschrieben worden ist.
Die Gleichspannungswandlervorrichtung gemäß Figur 2 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Gleichspannungswandlervorrichtung insbesondere dadurch, dass in der ersten Regeleinrichtung 12a zunächst der primärseitige Strom l_p mit einem vorgegebenen Sollwert l_p_soll verglichen wird. Hierzu kann beispielsweise eine Differenz zwischen dem primärseitige Strom l_p und dem vorgegebenen Sollwert l_p_soll gebildet werden. Gegebenenfalls kann das Resultat dieses Vergleichs noch mit einem Gewichtungsfaktor gl gewichtet werden. Als Ausgangswert kann die erste Regeleinrichtung 12a die erste Stromregelgröße R_i_l bereitstellen.
Analog kann in der zweiten Regeleinrichtung 12b der sekundärseitige Strom l_s mit einem vorgegebenen Sollwert l_s_soll verglichen werden. Hierzu kann ebenfalls eine Differenz zwischen dem sekundärseitigen Strom l_s und dem entsprechenden vorgegebenen Sollwert l_s_soll gebildet werden.
Gegebenenfalls kann auch dieses Resultat dieses Vergleichs noch mit einem Gewichtungsfaktor g2 gewichtet werden. Als Ausgangswert kann die zweite Regeleinrichtung 12b die zweite Stromregelgröße R_i_2 bereitstellen. Daraufhin kann aus der ersten Stromregelgröße R_i_l und der zweiten Stromregelgröße R_i_2 eines der beiden Stromregelgrößen R_i_l oder R_i_2 ausgewählt werden. Beispielsweise kann die kleinere der beiden R_i_l oder R_i_2 ausgewählt und an der gemeinsamen Reglerlogik 12c bereitgestellt werden. Die Reglerlogik ermittelt daraufhin die zweite Regelgröße R2. Diese zweite Regelgröße R2 kann mit der ersten Regelgröße RI kombiniert werden, wie dies bereits in Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben worden ist.
Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm, wie es einem Verfahren zum Betreiben einer Gleichspannungswandlervorrichtung gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. Das Verfahren kann grundsätzlich beliebige Schritte umfassen, wie sie zuvor bereits in Zusammenhang mit den Gleichspannungswandlervorrichtungen gemäß Figuren 1 und 2 beschrieben worden sind. Analog kann auch die oben beschriebene Gleichspannungswandlervorrichtung beliebige geeignete Komponenten aufweisen, wie sie zur Implementierung des nachfolgend beschriebenen Verfahrens erforderlich sind.
In einem ersten Schritt S1 erfolgt zunächst ein Ermitteln einer ersten Regelgröße RI. Diese erste Regelgröße R2 kann 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.
In Schritt S2 erfolgt ein Ermitteln einer ersten Stromregelgröße R_i_l unter Verwendung eines elektrischen Stroms l_p am Eingang des Gleichspannungswandlers 2.
In Schritt S3 erfolgt ein Ermitteln einer zweiten Stromregelgröße R_i_2 unter Verwendung eines elektrischen Stroms l_s am Ausgang des Gleichspannungswandlers 2.
Daraufhin erfolgt in Schritt S4 ein Ermitteln einer zweiten Regelgröße R2 für den Gleichspannungswandler 2 unter Verwendung der ersten Stromregelgröße R_i_l und der zweiten Stromregelgröße R_i_2. Schließlich kann in Schritt S5 der Gleichspannungswandlers 2 unter Verwendung einer Kombination der ersten Regelgröße RI und der zweiten Regelgröße R2 angesteuert werden.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Gleichspannungswandleranordnung mit mindestens einem Gleichspannungswandler, wobei der Gleichspannungswandler eine Strom -und eine Spannungsregelung aufweist. Hierbei ist für die Stromregelung eine erste Komponente für eine Regelung auf Grundlage des primärseitigen Stroms am
Gleichspannungswandler vorgesehen, und eine zweite Komponente für eine Regelung auf Grundlage des sekundärseitigen Stroms am Gleichspannungswandler.

Claims

Ansprüche
1. Gleichspannungswandlervorrichtung, mit: einem Gleichspannungswandler (2), der dazu ausgelegt ist, eine Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung zu konvertieren; und einer Steuereinrichtung (1) mit: 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, und einem Stromregler (12), der dazu ausgelegt ist, eine zweite Regelgröße (R2) für den Gleichspannungswandler (2) zu bestimmen; wobei der Stromregler (12) eine erste Regeleinrichtung (12a) und eine zweite Regeleinrichtung (12b) umfasst, wobei die erste Regeleinrichtung (12a) dazu ausgelegt ist, eine erste Stromregelgröße (R_i_l) unter Verwendung eines elektrischen Stroms (l_p) am Eingang des Gleichspannungswandlers (2) zu bestimmen, die zweite Regeleinrichtung (12b) dazu ausgelegt ist eine zweite Stromregelgröße (R_i_2) unter Verwendung eines elektrischen Stroms (l_s) am Ausgang des Gleichspannungswandler (2) zu bestimmen, und wobei Stromregler (12) dazu ausgelegt ist, die zweite Regelgröße (R2) unter Verwendung der ersten Stromregelgröße ( R_i_l) und der zweiten Stromregelgröße (R_i_2) zu bestimmen; und wobei die Steuereinrichtung (1) dazu ausgelegt ist, den Gleichspannungswandler (2) unter Verwendung einer Kombination (R) der ersten Regelgröße (RI) und der zweiten Regelgröße (R2) anzusteuern.
2. Gleichspannungswandlervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Stromregler (12) dazu ausgelegt ist, als zweite Regelgröße (R2) den kleineren Wert aus erster Stromregelgröße ( R_i_l) und zweiter Stromregelgröße (R_i_2) auszuwählen.
3. Gleichspannungswandlervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Regeleinrichtung (12a) und die zweite Regeleinrichtung (12b) des Stromreglers (12) jeweils dazu ausgelegt sind, ein Steuersignal (Cl, C2) auszugeben, falls die entsprechende Regeleinrichtung (12a, 12b) in einem Betriebsmodus aktiv ist, in dem ein maximaler Strom in dem Gleichspannungswandler (2) begrenzt wird, und wobei der Spannungsregler (11) dazu ausgelegt ist, die erste Regelgröße (RI) unter Verwendung des Steuersignals (Cl, C2) von dem Stromregler (12) einzustellen.
4. Gleichspannungswandlervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Regeleinrichtung (12a) dazu ausgelegt ist, die erste Stromregelgröße (R_i_l) unter Verwendung eines Vergleichs des elektrischen Stroms (l_p) am Eingang des Gleichspannungswandlers (2) mit einem vorbestimmten Sollwert (l_p_soll) für den elektrischen Strom am Eingang des Gleichspannungswandlers (2) zu bestimmen, die zweite Regeleinrichtung (12b) dazu ausgelegt ist, die zweite Stromregelgröße (R_i_2) unter Verwendung eines Vergleichs des elektrischen Stroms (l_s) am Ausgang des Gleichspannungswandlers (2) mit einem vorbestimmten Sollwert (l_s_soll) für den elektrischen Strom am Ausgang des Gleichspannungswandlers (2) zu bestimmen, und wobei Stromregler (12) dazu ausgelegt ist, die zweite Regelgröße (R2) unter Verwendung des Minimums der ersten Stromregelgröße ( R_i_l) und der zweiten Stromregelgröße (R_i_2) zu bestimmen.
5. Gleichspannungswandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Gleichspannungswandlervorrichtung mehrere Gleichspannungswandler (2) umfasst, wobei für jeden Gleichspannungswandler (2) der Gleichspannungswandlervorrichtung ein separater Stromregler (12) vorgesehen ist, und wobei für alle Gleichspannungswandler (2) der Gleichspannungswandlervorrichtung ein gemeinsamer Spannungsregler (11) vorgesehen ist.
6. Gleichspannungswandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Gleichspanungswandler (2) einen Flyback-Gleichspannungswandler umfasst.
7. Gleichspannungswandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuereinrichtung (1) dazu ausgelegt ist, als Regelgröße (R) für die Ansteuerung des Gleichspannungskonverters (2) ein Tastverhältnis für eine Pulsbreitenmodulation auszugeben.
8. Verfahren zum Betreiben einer Gleichspannungswandlervorrichtung mit mindestens einem Gleichspannungswandler (2), mit den Schritten:
Ermitteln (Sl) einer ersten Regelgröße (RI) unter Verwendung eines Sollwertes (U_soll) für die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (2) und eines Messwerts (U_out) für die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers;
Ermitteln (S2) einer ersten Stromregelgröße ( R_i_l) unter Verwendung eines elektrischen Stroms (l_p) am Eingang des Gleichspannungswandlers (2); Ermitteln (S3) einer zweiten Stromregelgröße (R_i_2) unter Verwendung eines elektrischen Stroms (l_s) am Ausgang des Gleichspannungswandlers (2);
Ermitteln (S4) einer zweiten Regelgröße (R_2) für den Gleichspannungswandler (2) unter Verwendung der ersten Stromregelgröße ( R_i_l) und der zweiten
Stromregelgröße (R_i_2) ; und
Ansteuern (S5) des mindestens einen Gleichspannungswandlers (2) unter Verwendung einer Kombination (R) der ersten Regelgröße (RI) und der zweiten Regelgröße (R2).
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