对功率转换器中开关的控制制造技术

本发明专利技术涉及对功率转换器中开关的控制，具体而言，涉及一种用于控制功率转换器中的至少一个开关的方法，其中开关的切换速度根据对表示转换器的效率的量的测量而动态地变化。

Control of switch in power converter

The invention relates to the control of switches in power converters, specifically, a method for controlling at least one switch in a power converter, wherein the switching speed of switches is dynamically changed according to the measurement of the amount of the efficiency of the converter.

【技术实现步骤摘要】
对功率转换器中开关的控制分案申请说明本申请是于2012年10月29日提交的申请号为201210431436.7、名称为“对功率转换器中开关的控制”的中国专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术总体上涉及电子电路，并且更具体而言，本专利技术总体上涉及使用根据周期循环(斩波器(chopper)开关)切换的至少一个开关的电信号转换器(功率转换器)。
技术介绍
许多电路能够转换或变换电信号，其中输出信号的调节通过以相对高的频率(例如，大于1kHz)切换一个或若干开关来确保。开关例如是以切换模式使用的晶体管(MOS、IGBT等)。通过变化切换频率和占空比，可以控制输出信号的特性(形状、频率、功率、电压等)。这类电路包括切换模式电源、DC-DC转换器、用于纠正功率因数的电路、倒相器、用于太阳能或风能电功率生成的转换器等等。图1示出了三相倒相器电路10的示例。电路10在操作中接收在两个输入端子A和B之间的DC输入电压，并且在三个输出端子C、D和E上递送三相AC信号。在该示例中，电路10用于对三相异步电机M供电。电路10包括6个开关K1至K6，开关例如是绝缘栅极双极晶体管(IGBT)。开关K1和K2在端子A和B之间串联连接。另一方面，开关K3和K4以及K5和K6也在端子A和B之间串联连接，并且开关K3和K4以及K5和K6与开关K1和K2并联。输出端子C、D和E分别连接至开关K1和K2之间的共同节点、开关K3和K4之间的共同节点以及开关K5和K6之间的共同节点。二极管D1至D6分别正向连接于端子C和端子A之间、端子B和端子C之间、端子D和端子A之间、端子B和端子D之间、端子E和端子A之间以及端子B和端子E之间。开关K1至K6的控制栅极分别连接至控制电路12(MCU)(例如，微控制器)的输出端子o1至o6。微控制器12在操作中向开关K1至K6赋予能够将在端子A和B上施加的DC电压变换成在端子C、D和E上提供的平均化的三相AC电压的切换序列。开关的切换频率和切换的占空比可以被动态地修改(例如，经由用户接口)以修改供应至电机的三相AC信号的特性，并且因而变化电机的旋转速度(变速器)。应该注意，这类电路还可以用于转换由电流生成器生成的电功率。二极管Di(其中i的范围为1至6)是所谓的飞轮(free-wheel)二极管，其能够确保在开关Ki的断开(阻断)后在电机M的电感元件中的电流的连续性。二极管Di尤其能够避免在开关Ki的每次断开之后跨开关地施加陡峭的电压峰值。一般而言，在使用斩波器开关的转换电路中，二极管经常与开关相关联以当开关断开时提供对电流的次级传导路径。在与飞轮二极管(PN结)的硬切换中使用斩波器开关的转换器(例如在包括电感元件的装配中的斩波器开关和飞轮二极管)的缺点在于因每次二极管从导通状态切换到断开状态(即，开关的每次导通之后)时出现的电荷恢复现象所致的功率损耗。图2示意性地示出了分别在斩波器开关(晶体管)和在与该开关相关联的二极管中的电流ITR和ID在二极管的阻断(开关的导通)之后的时间变化。假设在时间t0处，控制开关以导通。开关开始传导。二极管中的电流ID则从对应于在阻断之前通过二极管的正向电流的值IF减小至在增加以取消之前的负值IRM(反向模式电流)。开关中电流ITR的变化与电流ID的变化相反，即，电流ITR在减少至稳定值IF(导通开关)之前从近似为零的值(断开值)增加至最大值(峰值)。在时间t1(其在t0之后)和时间t2(其在t1之后)之间的持续时间trr被称为反向恢复时间，在trr期间二极管传导反向电流(并且开关传导大于稳态电流的电流)。该持续时间对于当正向电流取消时(时间t1)排出剩余存储电荷是必要的。这类剩余电荷被称为恢复电荷。恢复电荷的量Qrr可以被定义为在二极管阻断之后跨越二极管的反向电流的时间积分(图2中阴影区域)。恢复电荷的量Qrr取决于若干因素，并且尤其取决于在二极管阻断之后跨越二极管的电流IF的强度、在二极管阻断之后电流下降斜率(与晶体管导通时(即，时间t0和时间t1之间的时间间隔toff中)晶体管中电流上升斜率相关)、操作中的结温度、以及在反向模式中向二极管施加以用于阻断二极管的电压。由于二极管的反向击穿电压高，所以PN结的这种恢复现象特性也更大。开关中恢复的电荷以热量的形式耗散而不参与输出信号生成。因恢复电荷导致的损耗占这类转换器中总损耗的显著部分。期望减少使用一个或若干个斩波器开关的转换器中的功率损耗，并且更具体而言期望减少与斩波器开关相关联的二极管中的电荷恢复现象导致的损耗。更具体而言，期望优化使用与飞轮二极管相关联的至少一个斩波器开关的转换器的操作。
技术实现思路
一个实施例克服了使用至少一个斩波器开关的功率转换器的所有缺点或部分缺点。一个实施例最小化使用至少一个斩波器开关的转换器的功率损耗。另一实施例提供了一种用于控制在用于转换或变换电信号的电路中的斩波器开关的方法。因此，一个实施例提供了一种用于控制功率转换器中的至少一个开关的方法，其中，开关的切换速度根据对表示转换器效率的量的测量而动态变化。根据一个实施例，经测量的量是由转换器接收作为输入的功率对在转换器的输出处提供的功率的比率。根据一个实施例，经测量的量是由靠近转换器放置的传感器测量的温度。根据一个实施例，开关的切换速度由经测量的量控制，将切换速度变化选择成最大化转换器的功率效率。根据一个实施例，方法包括相继迭代以及对于每次迭代而言将切换速度修改一个增量并且测量所述量。根据一个实施例，对于每次迭代，如果经测量的量的变化表示效率关于之前等级(rank)的迭代的减少，则增量的符号被修改，否则维持增量的符号不变。另一实施例提供一种功率转换器，包括至少一个斩波器开关以及用于根据上述方法控制开关的电路。根据一个实施例，转换器包括连接至开关的至少一个二极管。根据一个实施例，开关的切换速度经由连接至开关的控制栅极的可变电阻器可设置。根据一个实施例，控制装置包括微控制器。根据一个实施例，转换器包括：在应用DC电压的第一端子和第二端子之间串联的第一开关和第二开关；并联的，在第一端子和第二端子之间串联的第三开关和第四开关；并联的，在第一端子和第二端子之间串联的第五开关和第六开关；并且第一二极管至第六二极管分别与第一开关至第六开关并联。根据一个实施例，转换器能够操作作为用于对电机进行控制或对电流生成器进行控制的三相倒相器。附图说明在下面的具体实施例的非限制性描述中将结合附图具体论述一些特征和优点。图1是使用斩波器开关的三相倒相器电路的一个示例的电学图；图2是示意性地示出了在阻断二极管(开关导通)之后在开关中和在与该开关相关联的二极管中的电流变化的时序图图3是示意性地示出了在阻断二极管之后在二极管中的电流的负峰值电压IRM的根据阻断二极管之后二极管中的电流下降斜率的变化的图；图4是示意性地示出了在阻断二极管之后二极管的负恢复时间trr的根据阻断二极管之后二极管中的电流下降斜率的变化的图；图5示意性地示出了在使用与二极管相关联的斩波器开关的转换器中因二极管根据在阻断二极管之后在二极管中的电流下降斜率而导致的功率损耗的变化；图6是使用斩波器开关的三相倒相器的一个实施例的电学图；以及图7是用于控制切换功率转换器的斩波器的方法的一个实施例的流程图。在不同附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制功率转换器中的具有并联连接的飞轮二极管的开关的方法，所述方法包括：以负载条件操作所述功率转换器，其中以负载条件操作所述功率转换器包括：确定表示所述功率转换器的功率效率的经测量的量；以及基于所述经测量的量，动态地变化具有所述并联连接的飞轮二极管的开关的开关斜率dI/dt，其中具有所述并联连接的飞轮二极管的开关的开关斜率dI/dt是动态变化的，以便逼近所述功率转换器关于具有所述并联连接的飞轮二极管的开关的开关斜率dI/dt的第一功率效率优化点；以及动态地变化具有所述并联连接的飞轮二极管的开关的开关斜率dI/dt调整在所述飞轮二极管中耗散的恢复电荷的幅度；以空转条件操作所述功率转换器，其中以空转条件操作所述功率转换器包括：确定表示所述功率转换器的功率效率的经测量的量；以及基于所述经测量的量，动态地变化具有所述并联连接的飞轮二极管的开关的开关斜率dI/dt，其中具有所述并联连接的飞轮二极管的开关的开关斜率dI/dt是动态变化的，以便逼近所述功率转换器关于具有所述并联连接的飞轮二极管的开关的开关斜率dI/dt的第二功率效率优化点；以及其中所述第一功率效率优化点不同于所述第二功率效率优化点。...

【技术特征摘要】
2011.10.27 FR 11597511.一种用于控制功率转换器中的具有并联连接的飞轮二极管的开关的方法，所述方法包括：以负载条件操作所述功率转换器，其中以负载条件操作所述功率转换器包括：确定表示所述功率转换器的功率效率的经测量的量；以及基于所述经测量的量，动态地变化具有所述并联连接的飞轮二极管的开关的开关斜率dI/dt，其中具有所述并联连接的飞轮二极管的开关的开关斜率dI/dt是动态变化的，以便逼近所述功率转换器关于具有所述并联连接的飞轮二极管的开关的开关斜率dI/dt的第一功率效率优化点；以及动态地变化具有所述并联连接的飞轮二极管的开关的开关斜率dI/dt调整在所述飞轮二极管中耗散的恢复电荷的幅度；以空转条件操作所述功率转换器，其中以空转条件操作所述功率转换器包括：确定表示所述功率转换器的功率效率的经测量的量；以及基于所述经测量的量，动态地变化具有所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·戈蒂埃，B·里韦，
申请(专利权)人：意法半导体图尔公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR