调节降压-升压转换器的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于调节时钟控制的降压

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】调节降压
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升压转换器的方法


[0001]本专利技术总体上涉及电气工程领域，特别是功率电子设备和功率电子电路的领域。具体地，本专利技术涉及一种用于调节直流电压转换器、特别是时钟控制的降压
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升压转换器的方法，所述直流电压转换器具有两个开关元件和一个电感或扼流圈，并且由所述直流电压转换器将输入电压转换为经调节的输出电压。在此，分配给所述降压
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升压转换器的降压转换器部分的第一开关元件由第一控制信号进行时钟控制，并且分配给所述降压
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升压转换器的升压转换器部分的第二开关元件由第二控制信号进行时钟控制。在此，第一和第二控制信号都从调节器调节变量中导出，所述调节器调节变量由用于调节降压
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升压转换器的输出电压的调节器单元提供并且设定了第一和第二开关元件的接通持续时间。

技术介绍

[0002]在许多领域，例如工业领域的自动化、汽车领域等，开关电源部件或开关设备现在被用作设施中控制设备、电子设备、驱动器等的电源等。它们主要用于将负载或耗电器(例如驱动器、电机、控制设备等)连接到电网或电源(例如电池)，并为所述负载或耗电器供应大多恒定且通常预给定的电压。因此，开关电源部件将大多不稳定的输入电压(通常作为直流或交流电压来自电源)转换为恒定的输出电压以用于为所述负载或所述耗电器供电。在此，通过控制和调节流入所述开关电源部件或所述负载的能量来实现输出电压和/或输出电流的恒定。
[0003]根据要求，存在不同版本的开关电源部件。例如为了连接到交流电压网或交流电压源，可以在所述开关电源部件中对电网电压进行整流。为了将经过整流的输入电压或不稳定或波动的直流电压转换为恒定的输出电压，通常使用所谓的直流电压转换器或DC
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DC转换器。这些转换器例如也可以尤其是在高性能应用中在开关电源部件中用作滤波器和/或用于有源功率因数校正(PFC)。由此例如由开关电源部件引起的对电网的负面影响，即所谓的电网反作用，可以保持在最低限度。
[0004]直流电压转换器或DC
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DC转换器通常是将在输入端处输送的(大多不稳定的)直流电压(例如，经过整流的交流电压、来自电池模块的直流电压等)转换为输出端处的直流电压的电路。转换器输出端处的这个直流电压或所述输出电压可以具有比输入端处输送的电压或输入电压更低、相同或更高的电压电平。输入电压到大多预给定的输出电压的转换通常借助于至少一个周期性工作的开关元件(例如半导体开关元件等)和储能器进行，所述储能器在所谓的“感应转换器”的情况下例如可以实施为电感(例如线圈、扼流圈、变压器)。与此相反，具有电容存储的转换器(电容转换器)称为电荷泵。
[0005]可以提供大于、等于和/或低于输入电压的输出电压(取决于应用)的直流电压转换器是例如所谓的降压
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升压转换器，其也称为转换器或Buck
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Boost转换器。在降压转换器中，例如在降压转换器的下游连接了升压转换器。在此，降压转换器和升压转换器均具有至少一个开关元件并且共享实施为电感器或线圈的公共储能器。例如在图1的上部示意性地示出了降压
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升压转换器的示例性电路。
[0006]降压转换器尤其是在输入电压(例如经过整流的交流电压等，经过整理的交流电压具有所谓的纹波或残余纹波)波动时使用。输入电压可以在具有固定开关频率的连续运行中或在降压
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升压转换器的不连续运行或间歇运行(DCM
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discontinuousconductionmode，不连续导通模式)中转换为经调节的输出电压。
[0007]在具有固定开关频率的连续运行的情况下，例如降压
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升压转换器的开关元件以每个时间间隔固定数量的开
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关过程进行切换。这尤其是在输入电压或输出电压较高的情况下具有缺点，即这些开关元件不会在最佳时间点接通，并且由于固定频率的操控可能出现高开关损耗和高干扰发射(例如以噪声和/或电磁辐射的形式——所谓的EMV干扰)。例如Ridvan、Keskin等人的论文：“DesignofNon
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InvertingBuck
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BoostConverterforElectronic BallastCompatiblewithLEDDrivers”，康奈尔大学图书馆，纽约，2019年4月公开了一种用于在连续运行时作为LED驱动器的负载的未倒置降压
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升压转换器的电路。
[0008]当在降压
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升压转换器的不连续或间歇运行(DCM)中将输入电压转换为经调节的输出电压时，相应的开关元件例如在降压
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升压转换器的电感去磁之后接通。由此出现死区时间。在不连续运行中对开关元件进行固定频率的操控时，如果例如包含在开关元件(例如场效应晶体管等)中和电感中(例如扼流圈、变压器等)的寄生电容在下一次接通时间点被充电到对应的高电压，则同样可能出现高开关损耗。当开关元件在下一个时钟周期接通时，这些寄生电容例如会通过开关元件(例如晶体管)放电或充电，并在此过程中根据施加的电压产生或多或少的高电流峰值，这些电流峰值在对应的高电压时导致对应的高开关损耗。
[0009]为了最小化这些开关损耗，特别是在高输入电压和输出电压的情况下，例如可以寻求降压
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升压转换器的开关元件的所谓准谐振开关或所谓波谷开关(Valley
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Switching)。在准谐振开关的情况下，例如借助于识别电路识别所述转换器的至少一个开关元件的电压的最小值(也称为“波谷”)，并且在这个时间点才接通所述至少一个开关元件。由于寄生电容被放电到最小电压，因此通过这种方式浪涌电流峰值得到最小化，实现了开关损耗和辐射干扰的降低。准谐振操控需要对应地操控具有共同的、可变的开关频率但不同接通持续时间的开关元件，这些接通持续时间通过对应的控制信号预给定。
[0010]此外，降压
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升压转换器可以根据输入电压和输出电压之间的比率以不同的运行模式运行。例如，如果输入电压明显高于输出电压，则降压
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升压转换器大多仅在降压模式下运行。也就是说，在该模式中仅切换降压转换器的开关元件，而升压转换器的开关元件始终保持断开。如果降压
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升压转换器的输入电压和输出电压之间的差分电压例如低于某个最小值，则降压
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升压转换器通常以所谓的混合运行方式运行。也就是说，降压转换器的开关元件和升压转换器的开关元件都以相同的开关频率但不同的接通持续时间进行切换。
[0011]例如可以借助于上级调节回路将降压
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升压转换器的输出电压调节到预给定值，所述调节回路例如可以包含至少一个脉宽调制器，其中占空比能够为调节目的而改变。可以根据开关元件的占空比改变输入电压和输出电压之间的传输比。这意味着降压
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升压转换器的调节通常是通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于调节降压
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升压转换器（TH）的方法，所述降压
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升压转换器具有两个开关元件（SE1、SE2）和一个电感，并且由所述降压
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升压转换器将输入电压（Ue）转换为经调节的输出电压（Ua），其中第一开关元件（SE1）或降压转换器开关元件（SE1）由第一控制信号（S1）时钟控制，并且第二开关元件（SE2）或升压转换器开关元件（SE2）由第二控制信号（S2）时钟控制，并且其中所述第一控制信号（S1）和所述第二控制信号（S2）从由调节器单元（RE）提供的调节器调节变量（SG）中导出，所述第一开关元件（SE1）的接通持续时间（T
e1
）和所述第二开关元件（SE2）的接通持续时间（T
e2
）由所述调节器调节变量设定，其特征在于，根据所述降压
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升压转换器（TH）的输入电压（Ue）和输出电压（Ua）从所述调节器调节变量（SG）中产生用于导出所述第一控制信号（S1）的第一调节变量（SG1）和用于导出所述第二控制信号（S2）的第二调节变量（SG2），为了产生所述第一调节变量（SG1）用可预给定的第一增益（k1）放大所述调节器调节变量（SG），并且为了产生所述第二调节变量（SG2）从所述调节器调节变量（SG）中减去偏移值(OW )并且用可预给定的第二增益（k2）来放大所述调节器调节变量（SG），其中所述可预给定的第二增益（k2）最大等于或小于所述可预给定的第一增益（k1）。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述调节器调节变量（SG）超过所述偏移值（OW）时，改变从所述调节器调节变量（SG）中导出所述第一调节变量（SG1），使得所述第一开关元件（SE1）的接通持续时间（T
e1
）立即减少。3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述降压
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升压转换器（TH）的输入电压（Ue）和输出电压（Ua）之间的差分电压来改变所述偏移值（OW）。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，随着输入电压（Ue）和输出电压（Ua）之间的差分电压增加将所述偏移值（OW）从零增大到可预给定的最大值。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一调节变量（SG1）受第一上限（SG1max）限制并且所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：