專利名稱：用于調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)變換器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)降升壓變換器或升降壓變換器的方法，其中借助于經(jīng)過(guò) 脈沖寬度調(diào)制的第一開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)控制作為降壓變換器的部件的第一開(kāi)關(guān)元件，并且其中借 助于經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第二開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)控制作為升壓變換器的部件的第二開(kāi)關(guān)元件，使 得輸入電壓被轉(zhuǎn)換成輸出電壓，其中輸入電壓和輸出電壓的曲線持續(xù)地彼此接近或者相 交。此外，本發(fā)明還涉及用于執(zhí)行該方法的降升壓變換器或升降壓變換器。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來(lái)，所謂的升降壓變換器是公知的。在此主要涉及開(kāi)關(guān)變換器，其交替地或 者在過(guò)渡區(qū)域中同時(shí)按照升壓變換器的方式以及按照降壓變換器的方式工作。在多數(shù)情 況下，在相應(yīng)的電路裝置中設(shè)置有共同的電抗器(在降升壓變換器的情況下)以及共同的 輸入濾波器和共同的輸出濾波器。從輸入電壓的連接端子處觀察，升壓變換器的其余部件 (在多數(shù)情況下為二極管和開(kāi)關(guān)元件)要么被布置在降壓變換器的其余部件之前(參見(jiàn)圖 1的升降壓變換器)，要么被布置在降壓變換器的其余部件之后(參見(jiàn)圖2的降升壓變換 器)O通常，升降壓變換器被用于對(duì)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行所謂的功率因數(shù)校正(Power Factor Correction(PFC))。例如，在W01998009368中說(shuō)明了一種用于借助于升壓變換器和可連接 在后面的降壓變換器進(jìn)行功率因數(shù)校正的方法。還可以以相反的方式應(yīng)用具有升壓變換器和降壓變換器的用于利用功率因數(shù)校 正將經(jīng)過(guò)整流的較高交流電壓轉(zhuǎn)換成較低的直流電壓的已知裝置。在此，例如將可替代的 直流電壓源的低的直流電壓轉(zhuǎn)換成較高的脈沖直流電壓，其中輸出電壓的最大值高于輸入 電壓值，并且輸出電壓的最小值低于輸入電壓值。在這樣的方法中，降壓變換器和升壓變換器在一個(gè)周期期間交替地有效。在脈沖 輸出直流電壓低于輸入電壓的段(Abschnitt)中，降壓變換器有效，而在脈沖輸出直流電 壓高于輸入電壓的段中，升壓變換器有效。例如在公開(kāi)文獻(xiàn)DE 10 2005 030 599 A1中說(shuō)明了一種用于控制具有在輸入電壓 附近振蕩的輸出電壓的升降壓變換器的方法。在此，由兩個(gè)同步的鋸齒形信號(hào)與調(diào)節(jié)器輸 出信號(hào)的疊加導(dǎo)出兩個(gè)經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的開(kāi)關(guān)信號(hào)，其中所述開(kāi)關(guān)信號(hào)用于控制被構(gòu)造 為降升壓變換器或升降壓變換器的變換器的開(kāi)關(guān)元件(參見(jiàn)圖3)。在此，一個(gè)鋸齒形信號(hào) 相對(duì)于第二鋸齒形信號(hào)被移動(dòng)一個(gè)等于幅度的值。因此，在第二開(kāi)關(guān)信號(hào)給升壓變換器提 供第一開(kāi)關(guān)脈沖之前，用于控制降壓變換器的經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第一開(kāi)關(guān)信號(hào)的占空比 在調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)上升時(shí)為100% (參見(jiàn)圖4)。在專利文獻(xiàn)DE 43 06 070 C1中同樣公開(kāi)了一種升降壓變換器，其中利用僅僅一 個(gè)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)來(lái)生成兩個(gè)經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的信號(hào)。為了補(bǔ)償開(kāi)關(guān)變換器的組件中的電壓降，還知道如下方法，在該方法中兩個(gè)鋸齒 形信號(hào)被移動(dòng)一個(gè)等于幅度減去校正值的值(參見(jiàn)圖5)。此外，從US 6 166 527 A中公知對(duì)鋸齒形信號(hào)進(jìn)行這樣的疊加以實(shí)現(xiàn)升壓變換器和降壓變換器的交叉的運(yùn)行。此外，還知道如下方法，在該方法中為了生成經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的開(kāi)關(guān)信號(hào)，將僅 僅一個(gè)鋸齒形信號(hào)與兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)相疊加。在此，第二調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)由第一調(diào)節(jié) 器輸出信號(hào)加上鋸齒形信號(hào)的幅度值構(gòu)成(參見(jiàn)圖6和圖7)?？梢詫⑺龉椒ê?jiǎn)單地應(yīng)用于具有經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的、幾乎恒定的輸出電壓以及相 應(yīng)慢的調(diào)節(jié)器的開(kāi)關(guān)變換器。然而在輸入電壓波動(dòng)的情況下，有效的降壓變換器與升壓變 換器之間的過(guò)渡是關(guān)鍵的。通常，借助于足夠大的輸出濾波器電容來(lái)抑制在此情況下出現(xiàn) 的不規(guī)則性。有問(wèn)題的是將公知的升降壓變換器作為電流源、譬如作為用于將電流從可替代 的電流源饋入交流電網(wǎng)的逆變器的構(gòu)件來(lái)運(yùn)行。在這種情況下，不是輸出電壓、而是所饋入 的電流被調(diào)節(jié)。被構(gòu)造為電網(wǎng)濾波器的輸出濾波器具有小的輸出電容，因此不規(guī)則性在運(yùn) 行方式過(guò)渡的情況下未被抑制。此外，將電流饋入公共電網(wǎng)中需要對(duì)正弦電流進(jìn)行與電網(wǎng) 同步的調(diào)節(jié)，并且因此需要相應(yīng)快速的調(diào)節(jié)器。這樣的調(diào)節(jié)器生成調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)，所述調(diào) 節(jié)器輸出信號(hào)在用于生成兩個(gè)經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的開(kāi)關(guān)信號(hào)的公知方法中在每次從降壓 變換器運(yùn)行過(guò)渡到升壓變換器運(yùn)行時(shí)導(dǎo)致所饋入的電流的不期望的干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所基于的任務(wù)是，針對(duì)開(kāi)頭所述的類型的方法說(shuō)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的改 進(jìn)。另外，本發(fā)明的任務(wù)是，說(shuō)明一種用于執(zhí)行經(jīng)過(guò)改進(jìn)的方法的開(kāi)關(guān)變換器。根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過(guò)一種用于調(diào)節(jié)降升壓變換器或升降壓變換器的方法來(lái)解 決，其中借助于經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第一開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)控制作為降壓變換器的部件的第一開(kāi) 關(guān)元件，并且其中借助于經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第二開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)控制作為升壓變換器的部件 的第二開(kāi)關(guān)元件，使得輸入電壓被轉(zhuǎn)換成輸出電壓，其中輸入電壓和輸出電壓的曲線持續(xù) 地彼此接近或者相交。在此，在該輸出電壓向較大的輸入電壓接近的情況下，以如下方式將 具有上升的占空比的、同步的經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第三開(kāi)關(guān)信號(hào)疊加在經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制 的第二開(kāi)關(guān)信號(hào)上，即在第一開(kāi)關(guān)元件還是定時(shí)運(yùn)行(takten)并且經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的 第二開(kāi)關(guān)信號(hào)還具有等于0的占空比時(shí)，第二開(kāi)關(guān)元件已經(jīng)開(kāi)始定時(shí)運(yùn)行。在此，該輸入電 壓和/或該輸出電壓的曲線為振蕩的。以這種方式，在每次從降壓變換器運(yùn)行過(guò)渡到升壓變換器運(yùn)行以及相反地從升壓 變換器運(yùn)行過(guò)渡到降壓變換器運(yùn)行時(shí)保證在輸出電壓向輸入電壓接近時(shí)，升壓變換器的 開(kāi)關(guān)元件已經(jīng)開(kāi)始以非常短的接通時(shí)間來(lái)定時(shí)運(yùn)行。這與經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第二信號(hào)的 曲線無(wú)關(guān)地進(jìn)行，其中經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第二信號(hào)通常通過(guò)將鋸齒形信號(hào)或三角形信號(hào) 與調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)相疊加而被生成。該措施導(dǎo)致降升壓變換器或升降壓變換器的存儲(chǔ)電抗 器中的電流的曲線在從降壓變換器運(yùn)行到升壓變換器運(yùn)行的過(guò)渡階段中連續(xù)地變化。因 此，不再需要設(shè)置具有高電容的輸出濾波器以用于使干擾平滑。因此，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于 降升壓變換器或升降壓變換器由此還無(wú)干擾地作為電流源、譬如作為用于將電流從可替代 的電流源饋入交流電網(wǎng)的逆變器的構(gòu)件來(lái)工作。在該方法的一個(gè)有利的改進(jìn)方案中規(guī)定通過(guò)鋸齒形信號(hào)或三角形信號(hào)與調(diào)節(jié)器 輸出信號(hào)的兩次彼此偏移的疊加來(lái)生成經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第一和第二開(kāi)關(guān)信號(hào)，并且通過(guò)所述鋸齒形信號(hào)或三角形信號(hào)與過(guò)渡控制器的輸出信號(hào)的疊加來(lái)生成經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào) 制的第三開(kāi)關(guān)信號(hào)。因此，以簡(jiǎn)單的方式利用僅僅一個(gè)鋸齒形信號(hào)或三角形信號(hào)來(lái)進(jìn)行三 個(gè)經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的信號(hào)的生成，其中為了生成經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第一和第二開(kāi)關(guān)信 號(hào)還需要僅僅一個(gè)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)。因此，僅僅需要一個(gè)調(diào)節(jié)器和一個(gè)信號(hào)發(fā)生器。在此有利的是，以如下方式來(lái)預(yù)先給定過(guò)渡控制器的輸出信號(hào)，即經(jīng)過(guò)脈沖寬度 調(diào)制的第三開(kāi)關(guān)信號(hào)的占空比根據(jù)輸入電壓減去輸出電壓的差在差下降的情況下從達(dá)到 該差的預(yù)先給定的極限值起均勻地上升，直到在差等于0時(shí)達(dá)到預(yù)先給定的最大占空比， 并且經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第三開(kāi)關(guān)信號(hào)的占空比在差為負(fù)的情況下保持恒定。因此，為了生成過(guò)渡控制器的輸出信號(hào)，輸出電壓與輸入電壓之間的差值電壓首 先被確定，并且極限值電壓被預(yù)先給定。然后，以簡(jiǎn)單的方式由極限值電壓減去差值電壓得 出過(guò)渡控制器的輸出信號(hào)，其中為了達(dá)到預(yù)先給定的占空比，選擇相應(yīng)的放大。在此，僅在 輸出電壓小于輸入電壓的階段中需要確定差值電壓。因?yàn)閮H在從降壓變換器運(yùn)行到升壓變換器運(yùn)行的過(guò)渡階段中需要經(jīng)過(guò)脈沖寬度 調(diào)制的第三信號(hào)，所以該方法的另一改進(jìn)方案規(guī)定以如下方式來(lái)預(yù)先給定過(guò)渡控制器的 輸出信號(hào)，即經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第三開(kāi)關(guān)信號(hào)的占空比根據(jù)輸入電壓減去輸出電壓的差 在差下降的情況下從達(dá)到該差的預(yù)先給定的第一極限值起均勻地上升，直到在差等于0時(shí) 達(dá)到預(yù)先給定的最大占空比，并且該占空比在差越負(fù)越多的情況下再次均勻地減小，直到 該差的預(yù)先給定的第二極限值。在此有益的是，為第一和第二極限值預(yù)先給定相同的絕對(duì)值。為了無(wú)干擾地從降壓變換器運(yùn)行過(guò)渡到升壓變換器運(yùn)行，已經(jīng)被證明為有利的 是為最大占空比預(yù)先給定大約5-20%。因此，借助于經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第三開(kāi)關(guān)信號(hào) 對(duì)第二開(kāi)關(guān)元件的控制最多導(dǎo)致為周期持續(xù)時(shí)間的5-20%的接通時(shí)間。然而在達(dá)到該占空 比之前，再次借助于經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第二開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)進(jìn)行對(duì)第二開(kāi)關(guān)元件的控制。因 此，經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第三開(kāi)關(guān)信號(hào)僅僅在從降壓變換器運(yùn)行到升壓變換器運(yùn)行的短過(guò) 渡階段期間負(fù)責(zé)將調(diào)節(jié)器繞開(kāi)(Umgehimg)。因此，在不影響具有純降壓變換器運(yùn)行或升壓 變換器運(yùn)行的階段中的調(diào)節(jié)的情況下避免否則由調(diào)節(jié)器引起的干擾。此外有利的是，為預(yù)先給定的極限值預(yù)先給定輸入電壓與輸出電壓之間的最大差 的大約2-10%。因此保證了 第二開(kāi)關(guān)元件借助于經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第三開(kāi)關(guān)信號(hào)足夠 早地開(kāi)始定時(shí)運(yùn)行，以便避免從降壓變換器運(yùn)行到升壓變換器運(yùn)行的過(guò)渡階段中的干擾。 同時(shí)避免影響其余階段中的調(diào)節(jié)。此外，對(duì)于升降壓變換器的調(diào)節(jié)來(lái)說(shuō)有益的是，以如下方式實(shí)施鋸齒形信號(hào)或三 角形信號(hào)與調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)的兩次彼此偏移的疊加，即由所述鋸齒形信號(hào)或三角形信號(hào)構(gòu) 成另外的基本上被偏移所述鋸齒形信號(hào)或三角形信號(hào)的幅度的鋸齒形信號(hào)或三角形信號(hào)。 因此保證了簡(jiǎn)單并有效的調(diào)節(jié)。一個(gè)替代方案規(guī)定以如下方式實(shí)施鋸齒形信號(hào)或三角形信號(hào)與調(diào)節(jié)器輸出信號(hào) 的兩次彼此偏移的疊加，即由所述調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)構(gòu)成另外的基本上被偏移所述鋸齒形信 號(hào)或三角形信號(hào)的幅度的調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)。為了執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法，設(shè)置有一種降升壓變換器或升降壓變換器，其被構(gòu) 造為具有共同的存儲(chǔ)電抗器(在降升壓變換器的情況下)的降壓變換器與升壓變換器的組合，包括第一和第二二極管以及第一和第二開(kāi)關(guān)元件，其中第一開(kāi)關(guān)元件與第一脈沖寬度 調(diào)制器相連接并且第二開(kāi)關(guān)元件與第二脈沖寬度調(diào)制器相連接，并且其中此外給所述兩個(gè) 脈沖寬度調(diào)制器輸送鋸齒形信號(hào)或三角形信號(hào)以及調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)。在此，設(shè)置有第三脈 沖寬度調(diào)制器，給所述第三脈沖寬度調(diào)制器輸送所述鋸齒形信號(hào)或三角形信號(hào)以及過(guò)渡控 制器的輸出信號(hào)，并且所述第三脈沖寬度調(diào)制器與第二脈沖寬度調(diào)制器一起通過(guò)或電路與 第二開(kāi)關(guān)元件相連接。這樣的電路裝置可以以簡(jiǎn)單的方式利用常規(guī)的電路元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。


接下來(lái)參考附圖以示例性的方式闡述本發(fā)明。其中圖8以示意圖示出電路裝置，圖9以示意圖示出過(guò)渡控制器的輸出信號(hào)關(guān)于輸出電壓與輸入電壓之間的差的 函數(shù)，圖10以示意圖示出過(guò)渡控制器的輸出信號(hào)關(guān)于輸出電壓與輸入電壓之間的差的 可替代函數(shù)，圖11以示意圖示出在根據(jù)圖9的函數(shù)以及輸入電壓和輸出電壓的曲線相交的情 況下經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第三開(kāi)關(guān)信號(hào)的曲線，圖12以示意圖示出在根據(jù)圖9或10的函數(shù)以及輸入電壓和輸出電壓的曲線相接 近的情況下經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第三開(kāi)關(guān)信號(hào)的曲線，圖13以示意圖示出在根據(jù)圖10的函數(shù)以及輸入電壓和輸出電壓的曲線相交的情 況下經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第三開(kāi)關(guān)信號(hào)的曲線，圖14以示意圖示出經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的開(kāi)關(guān)信號(hào)在時(shí)間上隨著兩個(gè)同步的鋸齒 形信號(hào)變化的曲線，圖15以示意圖示出經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的開(kāi)關(guān)信號(hào)在時(shí)間上隨著兩個(gè)時(shí)間上有所 偏移的鋸齒形信號(hào)變化的曲線。
具體實(shí)施例方式根據(jù)圖1的示例性電路分為功率部分和控制部分。功率部分與輸入電容器Ci 一 起連接到被構(gòu)造為直流電壓的輸入電壓UIN上。在功率部分的輸出端處，在輸出電容器Co 上施加有輸出電壓UOTT。根據(jù)開(kāi)關(guān)元件SBra、SBTOST的開(kāi)關(guān)位置，在與第一二極管D1和第二二 極管D2以及共同的存儲(chǔ)電抗器L共同作用下，功率部分的部件構(gòu)成降壓變換器或者升壓變 換器。在降壓變換器運(yùn)行中，作為升壓變換器的部件的第二開(kāi)關(guān)元件SBTOST被持久地?cái)?開(kāi)。第一開(kāi)關(guān)元件sBueK定時(shí)運(yùn)行，其中輸出電壓UOTT隨著占空比增大而從0向輸入電壓UIN 接近。在從降壓變換器運(yùn)行過(guò)渡到升壓變換器運(yùn)行的情況下，第一開(kāi)關(guān)元件SBueK保持持 久地接通，并且第二開(kāi)關(guān)元件sBTOST開(kāi)始定時(shí)運(yùn)行，其中輸出電壓隨著占空比增大而超 過(guò)輸入電壓UIN越來(lái)越多。在此，在降壓變換器階段結(jié)束時(shí)，存儲(chǔ)電抗器L中的電壓等于輸入電壓UIN減去輸 出電壓的差、即幾乎等于0。在接通第一開(kāi)關(guān)元件SBueK時(shí)的電流I如下利用第一開(kāi)關(guān)元件Sbuck的接通時(shí)間dtBra以及電抗器電感L而被計(jì)算出I = (Uin-Uout) * dtBUCK/L在升壓變換器階段開(kāi)始時(shí)，第一開(kāi)關(guān)元件Sbucx已經(jīng)被持續(xù)地接通，并且因此存儲(chǔ) 電抗器L中的電壓等于輸入電壓Uino于是，在接通第二開(kāi)關(guān)元件Sbmbt時(shí)的電流I根據(jù)如 下公式利用開(kāi)關(guān)元件Sbtost的接通時(shí)間dtBTOST而被 計(jì)算出I = (Uin) * dtB00ST/L因此，為了在從降壓變換器運(yùn)行過(guò)渡到升壓變換器運(yùn)行以及相反時(shí)連續(xù)地調(diào)節(jié)開(kāi) 關(guān)變換器，需要下面的前提條件(Uin-Uout) * dtBUCK/L = (Uin) * dtB00ST/L這意味著，第二開(kāi)關(guān)元件Sbtost的接通時(shí)間dt_T必須非常短。這尤其適用于如下 情況將開(kāi)關(guān)變換器作為電流源、譬如作為用于將電流從可替代的電流源饋入交流電網(wǎng)的 逆變器的構(gòu)件來(lái)運(yùn)行。在這種情況下，不是輸出電壓、而是所饋入的電流被調(diào)節(jié)。在此，造成困難的還有被構(gòu)造為電網(wǎng)濾波器的輸出濾波器具有小的輸出電容， 并且因此在運(yùn)行方式過(guò)渡的情況下不規(guī)則性未被抑制。此外，將電流饋入公共電網(wǎng)中需要 對(duì)正弦電流進(jìn)行與電網(wǎng)同步的調(diào)節(jié)，并且因此需要相應(yīng)快速的調(diào)節(jié)器。這樣的快速的調(diào) 節(jié)器不適于在升壓變換器階段開(kāi)始時(shí)預(yù)先給定升壓變換器開(kāi)關(guān)元件的足夠短的接通時(shí)間 dtBTOST，因此在沒(méi)有根據(jù)本發(fā)明的方法的情況下，在每次從降壓變換器運(yùn)行過(guò)渡到升壓變換 器運(yùn)行以及相反時(shí)出現(xiàn)所饋入的電流的不期望的干擾。如圖8中示例性示出的那樣，為了執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法，降升壓變換器的控制 部分包括調(diào)節(jié)器REG，其中給所述調(diào)節(jié)器REG輸送電流或者輸出電壓Uqut的實(shí)際值和額定值 SOLL0在調(diào)節(jié)器REG的輸出端處施加有調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)UKeg-0ut。該信號(hào)被輸送給第一和 第二脈沖寬度調(diào)制器PWMl和PWM2。此外，控制部分還包括信號(hào)發(fā)生器GEN，用于生成鋸齒形信號(hào)Usagl或三角形信號(hào)。 該鋸齒形信號(hào)Usagl被輸送給第一脈沖寬度調(diào)制器PWMi以用于構(gòu)成經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的 第一開(kāi)關(guān)信號(hào)PWMi OUT，以及被輸送給峰值探測(cè)器PD以用于檢測(cè)鋸齒形信號(hào)Usagl的峰 值信號(hào)。在加法器中，鋸齒形信號(hào)UsagI和所述峰值信號(hào)被相加為經(jīng)過(guò)偏移的鋸齒形信號(hào) Usag2,所述鋸齒形信號(hào)Usag2被輸送給第二脈沖寬度調(diào)制器PWM2以用于生成經(jīng)過(guò)脈沖寬 度調(diào)制的第二開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM2 OUT。借助于經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第一開(kāi)關(guān)信號(hào)PWMl OUT,作為降壓變換器的部件的第
一開(kāi)關(guān)元件SBU。K被直接控制。相反，經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第二開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM2 OUT不直接被輸送給作為升壓變換 器的部件的第二開(kāi)關(guān)元件SBMBT。第二開(kāi)關(guān)元件Sbmbt利用經(jīng)過(guò)修改的開(kāi)關(guān)信號(hào)SigBM)ST來(lái)控 制，其中該經(jīng)過(guò)修改的開(kāi)關(guān)信號(hào)SigBM)ST借助于或電路OR由經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第二開(kāi)關(guān) 信號(hào)PWM2 OUT和經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第三開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM3 OUT構(gòu)成。為了生成經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第三開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM3 0UT，設(shè)置有第三脈沖寬度調(diào)制 器PWM3，其中給所述第三脈沖寬度調(diào)制器PWM3輸送鋸齒形信號(hào)Usagl和過(guò)渡控制器UK的 輸出信號(hào)uUK。過(guò)渡控制器UK例如是模擬電路或數(shù)字信號(hào)處理器，其反映輸出信號(hào)Um關(guān)于輸入 電壓Uin與輸出電壓Uot之間的差的函數(shù)。在圖9和10中示出了這樣的函數(shù)的兩個(gè)例子。在此，在橫坐標(biāo)上繪出了輸入電壓Uin減去輸出電壓Utm的差，并且在縱坐標(biāo)上繪出了輸出
信號(hào)uUK。在第一個(gè)例子(圖9)中，輸出信號(hào)Uuk從所述差的預(yù)先給定的正極限值Ulliff起隨 著差減小而線性地上升，直到在差等于0時(shí)達(dá)到輸出信號(hào)Uik的最大值DMax。如果所述差變 為負(fù)的，則輸出信號(hào)Uuk恒定地保持為所述最大值DMax。第二個(gè)示例性的函數(shù)(圖10)與第一個(gè)函數(shù)的不同之處在于，輸出信號(hào)Uuk隨著差 繼續(xù)為負(fù)而再次線性地下降，直到橫坐標(biāo)上的第二極限值_UDiff2。在此，第一和第二極限值 UDiffl、-UDiff2要么具有相同的絕對(duì)值，要么如圖10中所示的那樣具有不同的絕對(duì)值。圖11、12和13示出輸出信號(hào)Uik關(guān)于時(shí)間t的曲線。圖11中所示的曲線基于根 據(jù)圖9的函數(shù)。在此，在最上面的圖中繪制有輸入電壓Uin和輸出電壓Uot的示例性曲線。 輸出電壓Uom保持恒定。輸入電壓Uin從較高值開(kāi)始接近輸出電壓Uott，下降到低于輸出電 壓Uott，并且然后再次上升到超過(guò)輸出電壓Uom。第二幅圖示出輸入電壓Uin減去輸出電壓 Uqut的差以及該差的預(yù)先給定的極限值Ulliff的曲線。該差隨著輸入電壓Uin下降而減小直到 值0。在輸入電壓Uin小于輸出電壓Uott的區(qū)域中，該差變?yōu)樨?fù)的。隨著輸入電壓Uin上升， 該差也再次上升。
該差的曲線與極限值Ulliff的曲線的一致點(diǎn)標(biāo)記出過(guò)渡控制器M的輸出信號(hào)Uik的 曲線的開(kāi)始和結(jié)束。第三幅圖示出輸出信號(hào)Uik和鋸齒形信號(hào)Usagl的曲線，其中輸出信號(hào)Uik和鋸齒 形信號(hào)Usagl被輸送給第三脈沖寬度調(diào)制器PWM3。根據(jù)圖9中所示的函數(shù)，輸出信號(hào)Uik隨 著差減小而上升，直到達(dá)到差等于0時(shí)上升到最大值DMax。在差為負(fù)的區(qū)域中，該輸出信號(hào) 保持恒定，以便然后隨著正的差變大再次下降直到值0。在第四幅圖中示出了由輸出信號(hào)Uuk與鋸齒形信號(hào)Usagl的疊加得到的經(jīng)過(guò)脈沖 寬度調(diào)制的第三開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM3 OUT。圖12中的圖與圖11中的那些圖的不同之處在于輸入電壓Uin僅僅接近于輸出 電壓Uott，而在此情況下不下降到低于輸出電壓Uom。然而，如第二幅圖中所示，輸入電壓Uin 與輸出電壓Uom之間的差的曲線與極限值Ulliff的曲線相交。在此，交點(diǎn)再次標(biāo)記出過(guò)渡控 制器UK的輸出信號(hào)Uuk的曲線的開(kāi)始和結(jié)束。在此，輸出信號(hào)Uik僅僅上升直到小于最大值 Dmax的值D。圖13中的圖基于根據(jù)圖10的函數(shù)，其中為兩個(gè)極限值UmffI和_UDiff2預(yù)先給定 相同的絕對(duì)值|uDiff|。輸出電SUot再次保持恒定，而輸入電壓Uin線性地下降，并且在此 穿過(guò)輸出電壓Utm的值。因此，第二幅圖中所示的、差的絕對(duì)值的曲線隨著輸入電壓降低而 下降，直到在輸入電壓與輸出電壓一致時(shí)下降到值0，以便在輸入電壓進(jìn)一步降低時(shí)再次上升。在此，該差的絕對(duì)值的曲線與極限值UDiffl、-UDiff2的絕對(duì)值|UDiff|的曲線的一致 點(diǎn)標(biāo)記出在第三幅圖中所示的過(guò)渡控制器M的輸出信號(hào)Uik的開(kāi)始和結(jié)束。在此，輸出信 號(hào)Uuk僅在該差等于0的那點(diǎn)達(dá)到其最大值Dmx。因此，生成經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第三信號(hào) PWM3 OUT的僅僅一個(gè)或兩個(gè)具有與該最大值Dmax相對(duì)應(yīng)的占空比的開(kāi)關(guān)脈沖。在圖14和15中，再次在第一幅圖中示出了輸入電壓Uin和輸出電壓Uom關(guān)于時(shí)間 t的曲線。在此，下降的輸入電壓Uin穿過(guò)恒定的輸出電壓Utm的值。
第二幅圖示出鋸齒形信號(hào)Usagl、Usag2,其中在圖15中這些鋸齒信號(hào)被示出為 在時(shí)間上有所偏移。在第三和第四幅圖中示出的經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第一和第二信號(hào)PWMl OUT和PWM2 OUT由鋸齒形信號(hào)Usagl、Usag2與調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)uKeg-0ut的相交構(gòu)成。第五幅圖示出經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第三信號(hào)PWM3 OUT，其中應(yīng)當(dāng)注意，經(jīng)過(guò)脈沖 寬度調(diào)制的第三信號(hào)PWM3 OUT總是利用如下的鋸齒形信號(hào)或三角形信號(hào)來(lái)構(gòu)成所述鋸 齒形信號(hào)或三角形信號(hào)與被用于構(gòu)成經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第二信號(hào)PWM2 OUT的那個(gè)鋸齒 形信號(hào)或三角形信號(hào)同步。因此，經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第二信號(hào)PWM2 OUT的第一開(kāi)關(guān)脈沖 的上升沿總是與經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第三信號(hào)PWM3 OUT的第一開(kāi)關(guān)脈沖的上升沿同時(shí)開(kāi) 始。
在或電路OR的輸出端處施加有在第六幅圖中示出的經(jīng)過(guò)修改的開(kāi)關(guān)信號(hào) SigB00STO該信號(hào)一直對(duì)應(yīng)于經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第三開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM3 0UT，直到該開(kāi)關(guān)脈沖 的持續(xù)時(shí)間變得短于同步變化的經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第二開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM2 OUT的開(kāi)關(guān)脈沖 的持續(xù)時(shí)間。從該時(shí)刻起，所述經(jīng)過(guò)修改的開(kāi)關(guān)信號(hào)應(yīng)于經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第 二開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM2 OUT。因此，只有當(dāng)輸入信號(hào)Uin與輸出信號(hào)Uom之間的差下降到低于該差的極限值Ulliff 并且經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第二開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM2 OUT還未提供比經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第三開(kāi) 關(guān)信號(hào)PWM3 OUT的接通時(shí)間大的接通時(shí)間時(shí)，經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第三開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM3 OUT 才被用于控制第二開(kāi)關(guān)元件SBTOST。因此，在包含過(guò)渡控制器UK的情況下對(duì)第二開(kāi)關(guān)元件Sbtost的控制僅在從降壓變 換器運(yùn)行過(guò)渡到升壓變換器運(yùn)行或者從升壓變換器運(yùn)行過(guò)渡到降壓變換器運(yùn)行的短階段 中進(jìn)行，而不進(jìn)一步影響該調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
一種用于調(diào)節(jié)降升壓變換器或升降壓變換器的方法，其中借助于經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第一開(kāi)關(guān)信號(hào)(PWM 1OUT)來(lái)控制作為降壓變換器的部件的第一開(kāi)關(guān)元件(SBUCK)，并且其中借助于經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第二開(kāi)關(guān)信號(hào)(PWM 2OUT)來(lái)控制作為升壓變換器的部件的第二開(kāi)關(guān)元件(SBOOST)，使得輸入電壓(UIN)被轉(zhuǎn)換成輸出電壓(UOUT)，其中輸入電壓(UIN)和輸出電壓(UOUT)的曲線持續(xù)地彼此接近或者相交，其特征在于，在該輸出電壓(UOUT)向較大的輸入電壓(UIN)接近的情況下，以如下方式將具有上升的占空比的、同步的經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第三開(kāi)關(guān)信號(hào)(PWM 3OUT)疊加在經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第二開(kāi)關(guān)信號(hào)(PWM2OUT)上，即在第一開(kāi)關(guān)元件(SBUCK)還是定時(shí)運(yùn)行并且經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第二開(kāi)關(guān)信號(hào)(PWM 2OUT)還具有等于0的占空比時(shí)，第二開(kāi)關(guān)元件(SBOOST)已經(jīng)開(kāi)始定時(shí)運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)鋸齒形信號(hào)或三角形信號(hào)(Usag或 Usagl,Usag2)與調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)(uKeg-ouT或uKegi-ouT，uKeg2-ouT)的兩次彼此偏移的疊 加來(lái)生成經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第一和第二開(kāi)關(guān)信號(hào)(PWM 10UT, PWM 20UT)，并且通過(guò)所述 鋸齒形信號(hào)或三角形信號(hào)(Usag或Usagl, Usag2)與過(guò)渡控制器(υκ)的輸出信號(hào)(uUK) 的疊加來(lái)生成經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第三開(kāi)關(guān)信號(hào)(PWM 30UT)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，以如下方式來(lái)預(yù)先給定過(guò)渡控制器(UK) 的輸出信號(hào)(Uuk)，即經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第三開(kāi)關(guān)信號(hào)(PWM 30UT)的占空比根據(jù)輸入電 壓(Uin)減去輸出電壓(Utm)的差在差下降的情況下從達(dá)到該差的預(yù)先給定的極限值(UDi ff)起均勻地上升，直到在差等于O時(shí)達(dá)到預(yù)先給定的最大占空比，并且經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制 的第三開(kāi)關(guān)信號(hào)(PWM 30UT)的占空比在差為負(fù)的情況下保持恒定。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，以如下方式來(lái)預(yù)先給定過(guò)渡控制器(UK) 的輸出信號(hào)(Uuk)，即經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第三開(kāi)關(guān)信號(hào)(PWM 30UT)的占空比根據(jù)輸入電 壓(Uin)減去輸出電壓(Utm)的差在差下降的情況下從達(dá)到該差的預(yù)先給定的第一極限值 (UmffI)起均勻地上升，直到在差等于O時(shí)達(dá)到預(yù)先給定的最大占空比，并且該占空比在差 越負(fù)越多的情況下再次均勻地減小，直到該差的預(yù)先給定的第二極限值(_UDiff2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，為第一和第二極限值(UDiffl，-UDiff2)預(yù)先 給定相同的絕對(duì)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5之一所述的方法，其特征在于，將大約5-20%預(yù)先給定為預(yù)先 給定的最大占空比。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6之一所述的方法，其特征在于，為預(yù)先給定的極限值(Ulliff)或 預(yù)先給定的極限值(UDiffl，-UDiff2)預(yù)先給定輸入電壓(Uin)與輸出電壓(Uqut)之間的最大 差的大約2-10%。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7之一所述的方法，其特征在于，以如下方式實(shí)施鋸齒形信號(hào)或 三角形信號(hào)(Usagl)與調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)(uKeg-ouT)的兩次彼此偏移的疊加，即由所述鋸 齒形信號(hào)或三角形信號(hào)(Usagl)構(gòu)成另外的基本上被偏移所述鋸齒形信號(hào)或三角形信號(hào) (Usagl)的幅度的鋸齒形信號(hào)或三角形信號(hào)(Usag2 )。
9.根據(jù)權(quán)利要求2至7之一所述的方法，其特征在于，以如下方式實(shí)施鋸齒形信號(hào)或三角形信號(hào)(Usagl)與調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)(υΚε8ι-ουτ)的兩次彼此偏移的疊加，即由所述調(diào)節(jié) 器輸出信號(hào)(uKegi-ouT)構(gòu)成另外的基本上被偏移所述鋸齒形信號(hào)或三角形信號(hào)(Usagl) 的幅度的調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)(UKeg2-0UT)。
10. 一種降升壓變換器或升降壓變換器，其被構(gòu)造為具有至少一個(gè)存儲(chǔ)電抗器(L)的 降壓變換器和升壓變換器的組合，包括第一和第二二極管(Dl，D2)以及第一和第二開(kāi)關(guān)元 件(SBra，Sbtost),其中第一開(kāi)關(guān)元件(SBU。K)與第一脈沖寬度調(diào)制器(PWM 1)相連接并且第二 開(kāi)關(guān)元件(Sbtost)與第二脈沖寬度調(diào)制器(PWM 2)相連接，并且其中此外給所述兩個(gè)脈沖寬 度調(diào)制器(PWM 1,PWM 2)輸送鋸齒形信號(hào)或三角形信號(hào)(Usag或Usagl，Usag2)以及調(diào) 節(jié)器輸出信號(hào)(Ulteg-OUT或UltegI-OUT, υ_2-ουτ)，其特征在于，設(shè)置有第三脈沖寬度調(diào)制器 (PWM 3)，給所述第三脈沖寬度調(diào)制器(PWM 3)輸送所述鋸齒形信號(hào)或三角形信號(hào)(Usag, 或Usagl, Usag2)以及過(guò)渡控制器(υκ)的輸出信號(hào)(Uik)，并且所述第三脈沖寬度調(diào)制器 (PWM 3)與第二脈沖寬度調(diào)制器(PWM2) —起通過(guò)或電路(OR)與第二開(kāi)關(guān)元件(Sbmbt)相連 接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)升降壓變換器的方法，其中借助于經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第一開(kāi)關(guān)信號(hào)(PWM 1 OUT)來(lái)控制作為降壓變換器的部件的第一開(kāi)關(guān)元件(SBUCK)，并且其中借助于經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第二開(kāi)關(guān)信號(hào)(PWM 2 OUT)來(lái)控制作為升壓變換器的部件的第二開(kāi)關(guān)元件(SBOOST)，使得輸入電壓(UIN)被轉(zhuǎn)換成輸出電壓(UOUT)，其中輸入電壓(UIN)和輸出電壓(UOUT)的曲線持續(xù)地彼此接近或者相交。在此，在該輸出電壓(UOUT)向較大的輸入電壓(UIN)接近的情況下，以如下方式將具有上升的占空比的、同步的經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第三開(kāi)關(guān)信號(hào)(PWM 3 OUT)疊加在經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第二開(kāi)關(guān)信號(hào)(PWM 2 OUT)上，即在第一開(kāi)關(guān)元件(SBUCK)還是定時(shí)運(yùn)行并且經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制的第二開(kāi)關(guān)信號(hào)(PWM 2 OUT)還具有等于0的占空比時(shí)，第二開(kāi)關(guān)元件(SBOOST)已經(jīng)開(kāi)始定時(shí)運(yùn)行。
文檔編號(hào)H02M3/158GK101828328SQ200880106527
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2008年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月11日
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