[發(fā)明專利]用于運(yùn)行直流電壓轉(zhuǎn)換器的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580068075.6
• 申請日: 2015-10-27
• 公開（公告）號(hào): CN107005156A
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: I.比羅
• 申請（專利權(quán)）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號(hào): H02M3/00
• 分類號(hào): H02M3/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 胡莉莉,劉春元

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行直流電壓轉(zhuǎn)換器的方法以及一種用于執(zhí)行該方法的裝置。

背景技術(shù)

也稱作DC/DC轉(zhuǎn)換器的直流電壓轉(zhuǎn)換器是如下電路，所述電路將在輸入端上輸送的直流電壓轉(zhuǎn)換成具有更高、更低或顛倒的電壓水平的直流電壓。在此，所述轉(zhuǎn)化通常借助于一個(gè)周期性工作的開關(guān)和一個(gè)蓄能器或多個(gè)蓄能器來進(jìn)行。

在機(jī)動(dòng)車中，直流電壓轉(zhuǎn)換器尤其是用在多電壓電網(wǎng)中，如所述多電壓電網(wǎng)例如用在混合動(dòng)力車輛中的那樣。目前，在汽車工業(yè)中，在開發(fā)機(jī)動(dòng)車中的混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的情況下做出了密集的努力。通常，在汽車中的多電壓電網(wǎng)中，存在用于常規(guī)耗電器的12V電網(wǎng)以及用于新一代耗電器的48V電網(wǎng)。從中得出在所述兩個(gè)電網(wǎng)之間進(jìn)行切換的必要性。對此，逆變轉(zhuǎn)換器（英文Buck-Boost-Converter（降壓升壓轉(zhuǎn)換器））已經(jīng)被證明為合適的。

發(fā)明內(nèi)容

在該背景下，介紹一種具有權(quán)利要求1的特征的方法以及一種按照權(quán)利要求7所述的裝置。實(shí)施方式根據(jù)從屬要求以及說明書得到。

在此介紹的方法和相對應(yīng)的裝置提供了一種軟件解決方案，該軟件解決方案滿足了所有要求，在不使用硬件的情況下表現(xiàn)出足夠的動(dòng)態(tài)性能并且僅僅需要有限的計(jì)算能力。

所介紹的實(shí)現(xiàn)該方法的算法最初是作為快速反應(yīng)的軟件組件來開發(fā)的，以便調(diào)節(jié)機(jī)動(dòng)車中的電直流電壓轉(zhuǎn)換器單元。在這種情況下需要的是：不僅保證電池的安全運(yùn)行而且保證連接在直流電壓轉(zhuǎn)換器上的所參與的耗電器的安全運(yùn)行。除了對輸出電壓和輸出電流的調(diào)節(jié)以外，這還導(dǎo)致了嚴(yán)格的要求和限制。

該方法又尤其適合于所有電系統(tǒng)或技術(shù)系統(tǒng)，其中信號(hào)渡越時(shí)間至少是采樣時(shí)間的十分之一，并且其中輸入和輸出參量的改變彼此具有直接的物理關(guān)聯(lián)。

所開發(fā)的算法特別適合于：將輸出電壓和/或輸出電流調(diào)節(jié)到所給定的目標(biāo)值；限制輸出電流；在使用唯一的線性調(diào)節(jié)器的情況下監(jiān)控輸入電壓的最小水平和輸入電流的最大水平，所述線性調(diào)節(jié)器不僅在電壓控制模式下工作而且在電流控制模式下工作，而不存在對級(jí)聯(lián)的模式調(diào)節(jié)器或被切換的模式調(diào)節(jié)器的需求。

該算法同時(shí)執(zhí)行下列任務(wù)：

1.在進(jìn)行電流限制的情況下調(diào)節(jié)輸出電壓，以便遵循目標(biāo)值；

2.在輸出電壓的最小和最大水平之內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電流，以便遵循目標(biāo)值；

3.將輸出電流限制到可變的水平，所述可變的水平有能力切換到電流調(diào)節(jié)模式，以便使目標(biāo)值保持在輸出電壓的最小和最大水平之內(nèi)；

4.通過降低輸出電壓來將輸入電流限制到可變的水平；

5.通過防止輸入電壓下降到可變的最小水平之下來保護(hù)蓄電裝置，其中輸出功率被降低；

6.通過降低輸出電壓將在輸入或輸出側(cè)的功率限制在可變的水平。

所介紹的方法的特點(diǎn)在于，通過所述算法只使用一個(gè)調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器是電壓模式調(diào)節(jié)器。所述調(diào)節(jié)器的目標(biāo)值利用故障信號(hào)的經(jīng)處理的并且級(jí)聯(lián)的值來修改。該解決方案的最終的結(jié)果是一種復(fù)雜地進(jìn)行工作的、然而非常簡單的代碼。這是離散式線性MISO（Multiple Input Single Output（多輸入單輸出））塊。所有極限值都可以通過該應(yīng)用動(dòng)態(tài)地來修改。

如果控制信號(hào)在每個(gè)控制模式下都相同，那么該架構(gòu)可以是有用的。最大的優(yōu)點(diǎn)在于，在系統(tǒng)到達(dá)不同的狀態(tài)期間，調(diào)節(jié)器或控制器遵循在工作極限之間的線性傳輸特性，其中工作環(huán)境予以考慮。因而，該系統(tǒng)的過渡是線性和連續(xù)的，這改善了調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性和魯棒性。此外，級(jí)聯(lián)連接的缺少保證了總系統(tǒng)的更好的動(dòng)態(tài)性能。關(guān)鍵要素是對輸入的故障信號(hào)的轉(zhuǎn)換和綁定（Bindung）。該方法可以與大多數(shù)類型的調(diào)節(jié)器一起使用。

所描述的方法例如與直流電壓轉(zhuǎn)換器結(jié)合地來使用，其中開關(guān)元件由時(shí)間控制的PWM發(fā)生器來操控。在此不使用硬件電流調(diào)節(jié)器。對于轉(zhuǎn)換器來說，傳遞函數(shù)U_aus/U_ein必須是有效的。相互考慮的信號(hào)的渡越時(shí)間比采樣時(shí)間快幾個(gè)量級(jí)。由于比較長的采樣時(shí)間，該系統(tǒng)不能被劃分成在時(shí)間上不同地被適配的過程。

應(yīng)考慮的是，自動(dòng)化應(yīng)用環(huán)境對轉(zhuǎn)換器的電壓調(diào)節(jié)器算法提出了高要求。所述調(diào)節(jié)器的主要要求對應(yīng)于逆變轉(zhuǎn)換器朝兩個(gè)方向進(jìn)行轉(zhuǎn)換的要求。介紹了一種更高階的時(shí)變非線性功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在所有工作點(diǎn)都穩(wěn)定地工作。

時(shí)變性由于傳遞函數(shù)與負(fù)載電阻的相關(guān)性，在電阻、電感、電容和功率晶體管中的非線性以及在輸入和輸出電壓中的高的變化而存在。