用于控制多相交織轉換器的電流的方法和設備的制造方法
【專利說明】用于控制多相交織轉換器的電流的方法和設備發明領域
[0001]本發明涉及用于控制多相交織轉換器的電流的方法和設備，更具體地，涉及用于控制多相交織轉換器的電流以降低微控制器單元(Micro Controller Unit ；MCU)上的負載并補償多相交織轉換器的電流不平衡的方法和設備。
【背景技術】
[0002]如今，直流-直流(DC/DC)轉換器用于各種電力轉換器，例如車輛電池充電器。當使用DC/DC轉換器提升電壓時，在轉換器的電感器中可出現紋波電流(ripple current)。這樣的紋波電流影響元件(例如電感器和電容器)的尺寸約束并與功率損耗量緊密相關。交織是指混合以不同相位流動的電流使其紋波電流彼此抵消，導致組合的紋波電流的幅值減小1/N倍而頻率增大N倍(其中N表示相數)的方法。
[0003]交織轉換器將多個DC/DC轉換器并聯，以分散電流并使用開關元件的相位差來降低流經元件(例如電感器)的電流的幅值及紋波。轉換器可分散電流，并使電流具有適當水平的相位差，由此顯著降低輸入和輸出電流的紋波。此外，使用這種交織轉換器可增加能量效率并能夠調節電路中元件的尺寸。
[0004]交織轉換器一般具有類似于多個單相轉換器并聯的結構。舉例來說，在三相交織轉換器中，每個開關以120度的相位差工作。N相交織轉換器具有與N個單相轉換器并聯相同的結構，其中每個開關以(2 ii/N) (rad)的相位差工作。在交織轉換器中，相數的增加可要求電路中所需元件的數量的增加。
[0005]存在兩種控制交織轉換器的電流的方法，包括:感測多個相位上的多相電流和應用對應于各個相位的電流控制器以產生各個相位的占空比；以及應用針對一個相位的電流控制器以使其他相位以固定大小相移相同的占空比。然而，在第一種方法中，對于各個相位需要單獨的電流控制器，因而使MCU的負載增加。在第二種方法中，沒有電流控制器的相位中的電流變化可能難以反映。
【發明內容】
[0006]本發明的目標是提供用于控制多相交織轉換器的電流的方法和設備，其用于反映流經各個相位的電流變化，產生更精確的對應于各個相位的占空比，以均衡方式調節各相位的電流。
[0007]根據本發明示例性實施方式的控制多相交織轉換器的電流的方法可包括:通過控制器操作濾波器以便對流入到具有多個相位的多相交織轉換器中的各相位的轉換器中的電流進行濾波；通過控制器接收經濾波的各相位的電流值以及對應于流入到多個相位中的任一相位中的電流而產生的所述任一相位的占空比；和基于接收到的各相位的電流值，通過控制器調節所述任一相位以外的相位的占空比。
[0008]濾波可包括將流入到多相交織轉換器中的各相位的轉換器中并流經各轉換器中所包含的電感器的電流平滑化為直流值。濾波可由具有大于預定參考值的時間常數的濾波器執行。可在第一周期期間產生所述任一相位的占空比。可在第二周期期間執行占空比的調整。可在第一周期期間產生所述任一相位的占空比，并在第二周期期間執行占空比的調整。第二周期可長于第一周期。占空比的調整可包括通過比較接收到的各相位的電流值，降低接收到的電流值較大者的占空比。占空比的調整還可包括，基于接收到的各相位的電流值以及相位之間的相位差，調整所述任一相位以外的相位的占空比。該方法還可包括基于調整的占空比來調節轉換器的開關。
[0009]根據本發明示例性實施方式的用于控制多相交織轉換器的電流的設備可包括:濾波器，其配置為對流入到具有多個相位的多相交織轉換器中的各相位的轉換器中的電流進行濾波；以及交織控制器，其具有電流控制器和平衡控制器，所述電流控制器配置為感測流入到多個相位的任一相位中的電流，以產生與所述電流對應的相位的占空比，所述平衡控制器配置為接收經濾波器濾波的各相位的電流值以及由電流控制器產生的占空比，從而基于接收到的各相位的電流值調整所述任一相位以外的相位的占空比。濾波器可配置為將由濾波器接收的對應于各相位的電流平滑化為直流值。濾波器的時間常數可大于預定參考值。電流控制器可配置為在第一周期期間產生所述任一相位的占空比。平衡控制器可配置為在第二周期期間調整除所述任一相位以外的相位的占空比。
[0010]另外，電流控制器可配置為在第一周期期間產生所述任一相位的占空比，且平衡控制器可配置為在第二周期期間調整除所述相位以外的相位的占空比。第二周期可長于第一周期。平衡控制器可配置為通過比較接收到的各相位的電流值，降低接收到的電流值較大者的占空比。所述設備可進一步包括移相器，其配置為將相位之間的相位差應用于由平衡控制器調整的占空比，并將應用了相位差的所述占空比傳輸至各相位的轉換器。
【附圖說明】
[0011]根據以下詳述并結合附圖可以更清楚地理解本發明的上述和其他方面、特征和其他優勢，在附圖中:
[0012]圖1A至圖2C是根據現有技術的控制多相交織轉換器的電流的現有方法的示例性圖；
[0013]圖3A至圖3C是根據本發明示例性實施方式的控制多相交織轉換器的電流的方法和設備的示例性圖；且
[0014]圖4是說明根據本發明示例性實施方式的圖3中所描繪的電流控制器和平衡控制器的操作周期的示例性圖。
【具體實施方式】
[0015]應理解，本文使用的術語“車輛”或“車輛的”或其他類似術語包括通常的機動車，例如，包括多功能運動車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商務車的客車，包括各種船只和船舶的水運工具，飛行器等等，并且包括混合動力車、電動車、插入式混合電動車、氫動力車和其他代用燃料車(例如，來源于石油以外的資源的燃料)。本文中提到的混合動力車是具有兩種或更多種動力來源的車輛，例如具有汽油動力和電動力的車輛。
[0016]盡管示例性實施方式被描述為利用多個單元來進行示例性處理，但應當理解示例性處理也可以由一個或多個模塊完成。此外，應當理解，術語控制器/控制單元指的是包括存儲器和處理器的硬件設備。存儲器配置為存儲模塊，并且處理器被具體配置為執行所述模塊以進行以下進一步描述的一個或多個處理。
[0017]此外，本發明的控制邏輯可以實現為包含可由處理器、控制器/控制單元等執行的可執行程序指令的計算機可讀介質上的非暫時性計算機可讀介質。計算機可讀介質的實例包括但不限于，ROM、RAM、光盤(CD) -ROM、磁帶、軟盤、快閃驅動器、智能卡和光學數據存儲裝置。計算機可讀記錄介質還可以分布在連接網絡的計算機系統中，以便，例如通過遠程信息處理(telematics)服務器或控制器局域網(CAN)以分布式模式存儲和執行計算機可讀介質。
[0018]本文使用的術語僅僅是為了說明【具體實施方式】，而不是意在限制本發明。如本文所使用的，單數形式“一個、一種、該(a、an、the)”也意在包括復數形式，除非上下文中另外清楚指明。還應當理解的是，在說明書中使用的術語“包括(comprises和/或comprising) ”是指存在所述特征、整數、步驟、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一個或多個其它特征、整數、步驟、操作、元件、部件和/或其群組。如本文所使用的，術語“和/或”包括一個或多個相關所列項的任何和所有組合。
[0019]除非特別說明或根據上下文顯而易見，否則本文所用的術語“約”理解為在本領域的正常容許范圍內，例如在均值的2個標準差范圍內。“約”可以理解為在所述數值的10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%、0.1%、0.05%或0.01% 內。除非另外從上下文清楚得到，本文提供的所有數值都由術語“約”修飾。
[0020]關于本發明的示例性實施方式在本說明書或申請中公開的具體的結構或功能描述是僅出于描述本發明的示例性實施方式的目的而提供的實例。本發明的示例性實施方式可以各種形式實踐且本發明不應解釋為局限于本說明書或申請中所描述的示例性實施方式。因為本發明的示例性實施方式可以以多種方式修改并具有多種形式，因而在附圖中例示示例性實施方式并在本說明書或申請中對其進行更詳細的描述。然而，這不是要將本發明的示例性實施方式局限于具體的公開形式，應將其理解為包含在本發明的精神或技術內的所有修改、等效物或替換。
[0021]在提及一個組件與另一組件“聯接”或“連接”時，所述一個組件可直接與另一組件聯接或連接，但應理解，仍可以有其它組件存在于兩個組件之間。同時，在提及一個組件與另一組件“直接聯接”或“直接連接”時，應理解，兩個組件之間不存在其他組件。此情況適用于解釋組件之間的關系的其他表達，例如，“在其中”和“就在其中”或“鄰近”和“緊鄰”。
[0022]在下文中，通過參考附圖解釋示例性實施方式來詳細描述本發明。貫穿不同附圖使用相同的附圖標記來指代相同的組件。
[0023]圖1A至圖2C是控制多相交織轉換器的電流的現有方法的示例性圖。參照圖1A，使用三相交織轉換器轉換輸入電壓源(Vin) 10的輸出，且操作掌管各相位(相位A、相位B和相位C)的轉換器30、40和50的控制器(MCU)20分別裝備有用于轉換器30、40和50的電流控制器35、45和55。換句話說，掌管相位A的轉換器30具有掌管相位A的電流控制器35，掌管相位B的轉換器40具有掌管相位B的電流控制器45，且掌管相位C的轉換器50具有掌管相位C的電流控制器55。
[0024]在交織轉換器20中，輸出級電容器80的電壓可由電壓控制器60測量并傳輸到每一電流控制器35、45和55，且各相位的電流控制器35、45和55產生占空比，以調整各相位并將所述占空比傳輸到交織轉換器20，從而調整從轉換器20輸出的電流。因此，裝備了掌管各相位的電流控制器35、45和55可實現從各相位輸出的電流的平衡(如圖1B所示)，然而MCU上的負載增加(如圖1C所示)。
[0025]圖2A至圖2C是具有一個電流控制器35用于交織轉換器20的現有方法的示例性圖。圖2A中的交織轉換器20可配置為使用三相交織轉換器20傳輸來自輸入電壓源10的輸出，并使用一個電流控制器35操作掌管各相位的轉換器30、40和50。來自電流控制器35的輸出信號可經相移以操作用于另一相位的交織轉換器。舉例