[發明專利]用于控制多相同步轉換器的方法

有效

• 申請號: 201680057443.1
• 申請日: 2016-09-30
• 公開（公告）號: CN108184334B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: T·佩爾佩圖奧科雷亞;R·格羅伊爾;O·柯尼格
• 申請（專利權）人: AVL里斯脫有限公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 唐杰敏;陳斌

本發明涉及一種多相同步轉換器，該多相同步轉換器取決于從0至100％的范圍內的預定占空比的脈寬調制來控制，該多相同步轉換器由多個半橋構成，而半橋又由一個上部功率開關和一個下部功率開關組成。該多相同步轉換器生成輸出電流并且在正常模式中操作，在該正常模式中，所述功率開關以由預定的正常開關頻率定義的正常開關周期和取決于當前占空比的正常脈沖歷時來切換。一旦占空比超過上占空比閾值或低于下占空比閾值，該多相同步轉換器就從正常模式切換到操作模式，在該操作模式中至少一個半橋的至少一個功率開關在大于正常開關周期的時間段上被持久地停用。

本發明涉及一種用于通過取決于從0至100％的范圍內的預定占空比的脈寬調制來控制多相同步轉換器的方法，該多相同步轉換器由多個半橋構成，半橋又分別由一個上部功率開關和一個下部功率組成，其中從該同步轉換器生成輸出電流并且該多相同步轉換器在正常模式下操作，在該正常模式中，所述功率開關以由預定的正常開關頻率定義的正常開關周期和取決于當前占空比的正常脈沖歷時來切換。

為了將直流電壓轉換到其他直流電壓范圍內，已知各種直流電壓轉換器(有時也稱為直流電壓變壓器)。對于某些應用，例如電池充電器或電池測試儀，需要強大的還可以雙向操作的直流電壓轉換器。雙向直流電壓轉換器的一種可能實現是同步轉換器，其是降壓轉換器，即，將輸入電壓轉換成小于或最大等于輸入電壓的輸出電壓，或者反過來。為此使用半橋，其中半橋的兩個功率開關由具有脈寬調制(PWM控制)的控制器來控制，以使得它們在由預定的開關頻率確定的開關周期內與反相的開關脈沖交替地切換。因此，基本上總是半橋的一個功率開關導通，而另一個功率開關禁用。同步轉換器的輸出電壓的電平由PWM控制的占空比規定來設定。占空比表示半橋的上部功率開關的脈沖歷時與開關周期的比值。這些同步轉換器也可以實施為多相轉換器。在該實施例中，如已知的那樣，各自具有兩個功率開關的多個半橋通過半橋的輸出扼流器并聯連接并且通過PWM控制來順序控制。因此，通常以開關周期的一小部分的偏移來對功率開關進行時鐘控制，這主要是為了減少輸出電流紋波。輸出電流由具有固定采樣率的多相同步轉換器確定。為了確保每個采樣點都落在電流平均值上，功率開關的時鐘(控制)發生開關周期歷時除以半橋數量的偏移。通過多相控制，可以在較小電流紋波的情況下生成較大的輸出電流，或者可以減少這種多相轉換器的總輸出電流的開關頻率，這實現了更簡單的濾波器尺寸設計。最后但并非最不重要的一點是，在多相轉換器中針對相同的功率范圍可以使用更小的電容器。

然而，眾所周知，半橋的上部功率開關和下部功率開關不能同時導通，因為否則同步轉換器的電壓輸入端會短路。由于這個原因，不可能同時或直接相繼地接通半橋的兩個功率開關，因為否則例如由于納秒/微秒范圍內的切換延遲會導致兩個開關短時間導通并且因此使輸入端短路。補救措施是在半橋的上部功率開關和下部功率開關的切換之間插入死區時間。由此可以確保一個開關在另一個開關接通之前斷開。然而，由于插入死區時間，總是會出現可達成的占空比的減小，因為可達成的最小和最大占空比以及因此最小和最大輸出電壓受到限制。因此，當用反相PWM信號進行控制時，同步轉換器的覆蓋電壓范圍減小，并且不可能輸出非常小或非常高的電壓。用反相PWM信號來控制半橋基本上具有電流在脈沖周期內可以在正值和負值之間連續變化的意義。由于在正常操作中兩個功率開關總是交替地接通，因而不能精確地調節到或達到高或低輸出電壓，這是因為電壓受到另一個功率開關的所需脈沖和由此產生的死區時間的影響。因此，沒有理論上最大或最小可能的電壓可以在輸出側輸出而不會有一定的誤差。雖然已知PWM控制至少使得能夠產生100％的占空比，但是存在剛好低于100％的值的空隙。

因此，本發明的目的在于擴展直流電壓轉換器的可達成的電壓范圍。

該目的是通過以下方式來達成的：一旦占空比超過第一上占空比閾值或低于第一下占空比閾值，就從正常模式切換到操作模式，在該操作模式中至少一個半橋的至少一個功率開關在大于正常開關周期的時間段上被持久地停用。由此消除了原本必需的死區時間，該死區時間將導致占空比范圍的減小以及電壓范圍的減小。