用于控制多相諧振dc/dc轉(zhuǎn)換器的方法和裝置以及相應(yīng)的多相轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于控制多相諧振DC/DC轉(zhuǎn)換器的方法和裝置，所述轉(zhuǎn)換器被設(shè)計(jì)為 從機(jī)動(dòng)車(chē)輛的具有多個(gè)存儲(chǔ)單元的直流電源設(shè)備供電。
[0002] 本發(fā)明還涉及相應(yīng)的多相轉(zhuǎn)換器，以及包括設(shè)置有該類(lèi)型的控制裝置的多相DC/ DC轉(zhuǎn)換器的AC/DC轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0003] 在高功率密度和高性能DC/DC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中頻繁使用諧振DC/DC轉(zhuǎn)換器，其使得可 以將一個(gè)電壓水平轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)電壓水平。
[0004] "LLC串"類(lèi)型（即，包括串聯(lián)的兩個(gè)感應(yīng)電阻1、2和電容器3)的諧振直流-直流 轉(zhuǎn)換器（或根據(jù)相應(yīng)的首字母縮寫(xiě)DC/DC)的簡(jiǎn)化的基本結(jié)構(gòu)在圖1中示出。
[0005] 在輸入處，兩個(gè)M0SFET類(lèi)型的場(chǎng)效應(yīng)功率晶體管4、5連接至直流源6,形成半橋， 該半橋具有連接至源6的電勢(shì)端的第一、稱(chēng)為高側(cè)的晶體管4,以及連接至地極的第二、稱(chēng) 為低側(cè)的晶體管5。
[0006] 諧振電路7包括串聯(lián)的電容3,以及變壓器8的決定諧振的第一感應(yīng)電阻1和第二 感應(yīng)電阻3。在輸出處，存在兩個(gè)整流二極管9和濾波電容10,該濾波電容為負(fù)載電阻11 供應(yīng)直流電流。
[0007] 兩個(gè)功率M0SFET4、5以互補(bǔ)的方式根據(jù)接近50%的占空比切換，導(dǎo)致恒定的死區(qū) 時(shí)間，以便避免同時(shí)導(dǎo)電的現(xiàn)象。
[0008] 該已知的LLC轉(zhuǎn)換器根據(jù)所有半導(dǎo)體4、5的零電壓切換模式在寬的負(fù)載范圍運(yùn) 行，具有改進(jìn)的EMC (電磁兼容性）性能和有限的切換頻率。
[0009] 但是，由于在變壓器8的次級(jí)上的大脈沖電流和主極上的高電流，該類(lèi)型的單元 轉(zhuǎn)換器的使用被限制到低或中等功率水平。實(shí)際上，需要高功率和強(qiáng)電流負(fù)載的應(yīng)用導(dǎo)致 鐵損和額外的切換損失，這降低轉(zhuǎn)換器的總體性能。
[0010] 為了產(chǎn)生高功率轉(zhuǎn)換器并消除這些缺點(diǎn)，使用多相構(gòu)造，其中，多個(gè)相同的單元轉(zhuǎn) 換器在輸入處并聯(lián)連接在單個(gè)源6上，且在輸出處并聯(lián)連接在單個(gè)負(fù)載11上（并聯(lián)-并聯(lián) LLC多相轉(zhuǎn)換器），如圖1清晰可見(jiàn)，以便在所有單元轉(zhuǎn)換器中共享總的功率，并在不同功率 單元之間更好地分配電流，以便獲得好的性能。
[0011] 在變壓器8的主極中循環(huán)的電流可被減小，且施加在M0SFET晶體管4、5上的電流 約束減小，并在不同功率單元之間分配。
[0012] 對(duì)于多相轉(zhuǎn)換器的單元轉(zhuǎn)換器的半橋的晶體管4、5的熟知控制方法包括使η個(gè)相 以共同的切換頻率運(yùn)行（η等于或大于2)，兩個(gè)相鄰單元轉(zhuǎn)換器之間的相移Δφ為Τ/η (單 元的周期數(shù)），以便獲得具有較少脈沖瞬時(shí)的輸出電流。
[0013] 但是，該熟知的控制方法僅在以下假設(shè)時(shí)有效，g卩，所有單元轉(zhuǎn)換器具有完全相同 的電特性，即，第一感應(yīng)電阻1的共振時(shí)相同的第一感應(yīng)線圈LR1、LR2、LR3、電容3的共振時(shí)相 同的電容CR1、CR2、CR3，第二感應(yīng)電阻2的相同第二感應(yīng)線圈L M1、LM2、LM3，以及晶體管4、5的 相同的切換參數(shù)QH1、QH2、QH3;Q u、'、仏3。
[0014] 這意味著必須在所有單元轉(zhuǎn)換器之間保持超級(jí)對(duì)稱(chēng)的類(lèi)型。
[0015] 在所有故障事件中，最輕微的不對(duì)稱(chēng)容易產(chǎn)生巨大的平衡問(wèn)題，最大部分的電流 經(jīng)由單個(gè)功率單元通過(guò)，從以低輸出功率或甚至零功率運(yùn)行的另一單元離開(kāi)。
[0016] 例如，第一感應(yīng)電阻1的第一感應(yīng)線圈LR1和另一個(gè)之間的5%的差異可導(dǎo)致可達(dá) 90 %的電流失衡。
[0017] 因?yàn)殡娮硬考拿總€(gè)參數(shù)具有一定的容差（典型地，在機(jī)動(dòng)車(chē)輛工業(yè)中對(duì)于電容 為±5%，對(duì)于感應(yīng)電阻為±10% )，該熟知的控制方法實(shí)際上對(duì)于確保不同單元轉(zhuǎn)換器之 間的電流平衡以及因此用于保持可接受的總體性能總體上并不高效。
[0018] 歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)EP2299580提出一種用于控制多相諧振DC/DC轉(zhuǎn)換器的方法和裝 置，以便解決LLC類(lèi)型的單元轉(zhuǎn)換器中的電流不平衡問(wèn)題，而沒(méi)有費(fèi)錢(qián)地選擇和匹配部件。
[0019] 如圖1示意地示出，該方法特別地包括通過(guò)分路12測(cè)量單元轉(zhuǎn)換器（示出為三 個(gè)）的供電電流，以及包括控制半橋的M0SFET4、5的相同共用頻率的控制信號(hào)之間的相移 Δφυ、Δφ2-3，以便平衡這些供電電流。
[0020] 但是，該方法接近傳統(tǒng)方法，且由本發(fā)明主體執(zhí)行的計(jì)算機(jī)模擬已經(jīng)顯示出該方 法并不最優(yōu)。因此，仍然需要改善該類(lèi)型的方法，使得可以消除上述缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021] 為了在高度競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)動(dòng)車(chē)輛行業(yè)中應(yīng)用，本發(fā)明的目的因此是在這方面作出進(jìn) 步。
[0022] 特別地，本發(fā)明的主題是一種用于控制多相諧振DC/DC轉(zhuǎn)換器的方法，所述多相 諧振DC/DC轉(zhuǎn)換器包括并聯(lián)連接的多個(gè)相同的單元諧振DC/DC轉(zhuǎn)換器。
[0023] 該方法包括測(cè)量單元轉(zhuǎn)換器的供電電流的每個(gè)，以便平衡供電電流。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的方法區(qū)別在于，其還包括根據(jù)供電電流控制單元轉(zhuǎn)換器的切換頻 率，以便執(zhí)行該平衡。
[0025] 非常有利地，用于控制多相諧振DC/DC轉(zhuǎn)換器的該方法還包括將供電電流設(shè)定至 共用參考強(qiáng)度，其根據(jù)多相轉(zhuǎn)換器的輸出電壓和名義電壓之間的差確定。
[0026] 在根據(jù)本發(fā)明的方法中，供電電流優(yōu)選地通過(guò)測(cè)量串聯(lián)插入在單元轉(zhuǎn)換器的供電 電路中的分路的端子處的電勢(shì)差而確定。
[0027] 切換頻率有利地由電壓-頻率轉(zhuǎn)換得到。
[0028] 本發(fā)明還涉及一種用于控制多相諧振DC/DC轉(zhuǎn)換器的裝置，所述多相諧振DC/DC 轉(zhuǎn)換器包括并聯(lián)連接的多個(gè)相同的單元諧振DC/DC轉(zhuǎn)換器。
[0029] 該控制裝置包括用于單元轉(zhuǎn)換器的供電電流的每個(gè)的測(cè)量器件，以便平衡所述供 電電流，且其可執(zhí)行上述方法。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的控制裝置特征在于，其還包括頻率發(fā)生器，該頻率發(fā)生器根據(jù)這些 供電電流產(chǎn)生用于所述單元轉(zhuǎn)換器的切換頻率。
[0031] 另外，該控制裝置有利地包括：
[0032] -多相轉(zhuǎn)換器的輸出電壓和名義電壓之間的比較器；
[0033] -調(diào)節(jié)環(huán)路，其將供電電流設(shè)定至共用參考強(qiáng)度。
[0034] 優(yōu)選地，強(qiáng)度測(cè)量器件包括：
[0035] -串聯(lián)插入在單元轉(zhuǎn)換器的供電電路中的分路；
[0036] -電壓測(cè)量器件，其確定在這些分路端子處的電勢(shì)差。
[0037] 本發(fā)明還涉及一種多相諧振DC/DC轉(zhuǎn)換器，其包括并聯(lián)連接的多個(gè)相同的單元諧 振DC/DC轉(zhuǎn)換器，且包括上述的控制裝置。
[0038] 單元轉(zhuǎn)換器有利地是LLC類(lèi)型的，每個(gè)包括兩個(gè)感應(yīng)電阻和電容。
[0039] 優(yōu)選地，單元轉(zhuǎn)換器的每個(gè)的切換器件由連接為半橋形式的切換元件構(gòu)成。
[0040] 在根據(jù)本發(fā)明的多相諧振DC/DC轉(zhuǎn)換器中，由于單元轉(zhuǎn)換器的電子部件的多個(gè)樣 本沒(méi)有匹配而可獲得優(yōu)勢(shì)。
[0041] 本發(fā)明還涉及一種多相諧振AC/DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，其有利地在輸入處由AC/ DC轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，該AC/DC轉(zhuǎn)換器在輸出處聯(lián)接至具有上述特點(diǎn)的多相諧振DC/DC轉(zhuǎn)換器。
[0042] 這幾個(gè)主要說(shuō)明將使通過(guò)根據(jù)本發(fā)明用于控制多相諧振DC/DC轉(zhuǎn)換器的方法以 及通過(guò)相應(yīng)控制裝置和多相轉(zhuǎn)換器提供的相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢(shì)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員變 得明顯。
[0043] 本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明在以下描述中給出，該描述與附圖相關(guān)聯(lián)。
[0044] 應(yīng)注意到，這些圖的目的僅是示出說(shuō)明的文字，它們并不以任何方式構(gòu)成對(duì)本發(fā) 明范圍的限制。
【附圖說(shuō)明】
[0045] 圖1示意性地示出現(xiàn)有技術(shù)中已知的多相諧振DC/DC轉(zhuǎn)換器和其控制裝置；
[0046] 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的用于控制多相諧振DC/DC轉(zhuǎn)換器的裝置的示意圖；
[0047] 圖3示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的多相諧振DC/DC轉(zhuǎn)換器和其控制裝置的優(yōu)選實(shí)施 例；
[0048] 圖4示意性地示出本發(fā)明的多相諧振AC/DC轉(zhuǎn)換器和其控制裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0049] 如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的多相諧振DC/DC轉(zhuǎn)換器（具有η相）的單元轉(zhuǎn)換器的 供電電流IR1、IR2、…IRn被它們各自的分路12檢測(cè)，且轉(zhuǎn)換13為電勢(shì)差V R1、VR2、…VRn。
[0050] 這些信號(hào)VR1、VR2、…VRn被在單元轉(zhuǎn)換器的切換頻帶FpF 2、…匕中具有高增益的 低通濾波器14濾波，以便消除由切換元件4、5提供的噪音。
[0051] 這些濾波器14通常包括用于共模噪音的濾波的共模低通濾波器，以及用于差模 噪音的濾波的差模低通濾波器。決定頻率響應(yīng)梯度的濾波器14的順序幾乎不重要。
[0052] 被濾波的信號(hào)被放大14至適于單元轉(zhuǎn)換器的電流調(diào)節(jié)環(huán)路的水平1^1^、…Im。
[0053] 在本發(fā)明中實(shí)施的電壓調(diào)節(jié)環(huán)路中，多相轉(zhuǎn)換器的輸出電壓V。與名義電壓V 比 較15,且導(dǎo)致誤差信號(hào)ev。
[0054] 分壓器橋有利地被添加，用于根據(jù)多相轉(zhuǎn)換器的輸出電壓L的水平測(cè)量輸出電壓 V。。
[0055] 名義電壓Vraf被恒定或可變外電壓參考值或被內(nèi)部源（諸如TL431類(lèi)型的電路） 提供。
[0056] 通過(guò)本發(fā)明的方法實(shí)施的調(diào)節(jié)16是任何類(lèi)型的，諸如PI、PID等。
[0057] 電絕緣17總是必須的，通常通過(guò)光電二極管獲得。在調(diào)節(jié)16之前或限制器級(jí)18 之前，電絕緣級(jí)17可布置在電壓調(diào)節(jié)環(huán)路的任何位置。
[0058] 限制器級(jí)18設(shè)計(jì)為消除強(qiáng)度I"f的偏差值，以便避免過(guò)載的風(fēng)險(xiǎn)并改善多相轉(zhuǎn)換 器的魯棒性。
[0059] 當(dāng)多相轉(zhuǎn)換器位于電動(dòng)車(chē)輛或混合動(dòng)力車(chē)輛的兩個(gè)電壓源（高壓電池和低壓電 池）之間定位時(shí)，每個(gè)單元轉(zhuǎn)換器的電流水平的控制也是有利的，或甚至是必須的。
[0060] 該電壓調(diào)節(jié)環(huán)路的通帶有利地大約為幾 KHz。
[0061] 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，參考強(qiáng)度Iraf對(duì)所有調(diào)節(jié)供電電流I R1、IR2、…IRn的電 流調(diào)節(jié)環(huán)路是共用的。
[0062] 這些電流調(diào)節(jié)環(huán)路的優(yōu)點(diǎn)在于，兩個(gè)單元轉(zhuǎn)換器可共享由同一源6提供的單個(gè)輸 入電流，即使單元轉(zhuǎn)換器的電參數(shù)不同，但是它們的布線圖由于部件1、2、3、4、5、8的特性