直流电压转换器和用于运行直流电压转换器的方法与流程

1.本发明涉及一种直流电压转换器和一种用于运行直流电压转换器的方法。


背景技术：

2.公开文献de 10 2016 219 740 a1公开了一种具有多个并联连接的直流电压转换器模块的直流电压转换器。在此，为所有直流电压转换器模块设置了一个共同的电压调节器。除此以外，为每个直流电压转换器模块设置了单独的电流调节。
3.直流电压转换器被设置用于将输入直流电压转换为输出直流电压，其中，所述输入直流电压的电压水平能够与输出直流电压的电压水平不同。借助于调节，能够根据预先给定的目标值来调节所述直流电压转换器的输出电压以及输出电流。


技术实现要素：

4.本发明公开了具有独立权利要求的特征的一种直流电压转换器以及一种用于运行直流电压转换器的方法。其他有利的实施方式是从属权利要求的主题。
5.相应地提供了：一种直流电压转换器，其具有第一调节装置、第二调节装置、组合装置、第三调节装置和至少一个直流电压转换器模块。所述第一调节装置被设计用于确定第一调节参量。尤其能够在使用当前的输入电压的数值、针对当前的输入电流的数值以及针对输出电压的目标值的情况下来确定所述第一调节参量。所述第二调节装置被设计用于确定第二调节参量。尤其能够在使用针对所述输出电压的目标值和针对所述当前的输出电压的数值的情况下确定所述第二调节参量。所述组合装置被设计用于将第一调节参量和第二调节参量组合起来。所述第一和第二调节参量的组合能够输出作为目标调节参量。所述第三调节装置被设计用于将所述目标参量的梯度、也就是说第一和第二调节参量的组合的梯度限制到预先确定的最小值和/或最大值上。由所述第三调节装置限制的目标调节参量能够提供作为输出调节参量。所述至少一个直流电压转换器模块被设计用于在使用所述输出调节参量的情况下将输入直流电压转换成输出直流电压。
6.此外提供了：一种用于运行直流电压转换器的方法。所述方法包括用于在使用当前的输入电压的数值、当前的输入电流的数值和针对输出电压的目标值的情况下确定第一调节参量的步骤。此外，该方法包括用于在使用针对所述输出电压的目标值和针对所述当前的输出电压的数值的情况下确定第二调节参量的步骤。除此以外，所述方法包括用于将第一调节参量和第二调节参量组合成目标调节参量的步骤和用于限制所述目标调节参量的梯度的步骤。尤其能够将所述目标调节参量限制到预先确定的最小值和/或预先确定的最大值上。如此受限制的目标调节参量能够提供作为输出调节参量。最后，所述方法能够包括用于操控至少一个直流电压转换器模块的步骤，其中，能够在使用所述输出调节参量的情况下操控所述直流电压转换器模块。
7.本发明基于以下认识，即：直流电压转换器中的电流能够尤其在升压斩波运行（英语：boost-betrieb）中根据调节特性在必要时非常陡地上升或下降。所述直流电压转换器中的电流的上升或下降的这种非常快速的变化在必要时可能使所述直流电压转换器中的电构件经受非常强烈的负荷。这有时会一直导致所述直流电压转换器中的构件的损坏。
8.因此，本发明的构想是，考虑到这种认识并且设置用于直流电压转换器的调节，所述调节能够防止具有所述直流电压转换器中的电流的过度强烈地上升或下降的运行状态。为此规定的是，限制用于对直流电压转换器进行操控的调节参量的梯度。例如，所述调节参量在此能够是用于操控直流电压转换器中的开关元件的占空比。因此，通过对所述调节参量中的梯度进行限制，也能够限制所述直流电压转换器中的电流的最大的上升或者下降。除此以外，在遵守用于电流的上升或者下降的预先给定的极限的情况下，能够尽可能快速地调整所期望的目标电压或所期望的目标电流，而在此不会超过用于直流电压转换器中的构件的超负荷的极限。
9.根据一种实施方式，所述第三调节装置被设计用于在使用针对所述当前的输入电压的数值和针对所述当前的输出电压的数值的情况下限制目标调节参量的梯度。所述第三调节装置例如能够从针对当前的运行状态的当前的输入电压的数值和当前的输出电压的数值中尤其求取所述直流电压转换器模块中的当前所设定的调节参量。相应地，能够从当前的调节参量与预先给定的目标调节参量之间的比较中求取有待重新设定的调节参量的梯度。如果这个梯度超过预先给定的极限，那么所述第三调节装置就能够将有待重新设定的调节参量限制到按照预先给定的极限的调节参量上。
10.根据一种实施方式，所述至少一个直流电压转换器模块包括变压器。所述变压器尤其能够被设置在直流电压转换器模块的输入接头与输出接头之间。在这种情况下，所述第三调节装置能够设计用于在使用变压器的变换比的情况下限制所述目标调节参量的梯度。所述变换比尤其能够表示在变压器的初级线圈和次级线圈之间的匝数比。除了当前的输入电压和当前的输出电压之外，也能够将这种变换比一同考虑用于确定直流电压转换器的当前的设定。
11.根据一种实施方式，所述第三调节装置被设计用于限制直流电压转换器中的最大的电流变化。所述最大的电流变化在此例如能够涉及所述直流电压转换器的输入电流或输出电流。通过对电流变化进行限制和由此对直流电压转换器中的电流梯度进行限制能够确保的是，能够避免所述直流电压转换器中的构件的超负荷。
12.根据一种实施方式，以升压斩波器运行（boost-betrieb）的方式来运行所述直流电压转换器的至少一个直流电压转换器模块。尤其在升压斩波器运行中，自特定的调节参量起、尤其自特定的占空比起，在电流强烈变化的情况下可能出现构件的超负荷，所述超负荷会一直导致构件的损坏。通过对调节参量进行限制和由此对电流的变化进行限制，能够防止这样的危险的运行状态。
13.只要有意义，上述设计方案和改进方案能够任意地相互组合。本发明的其他设计方案、改进方案和实现方案也包括本发明的之前或下面关于实施例所描述的特征的未明确提到的组合。在此，本领域技术人员尤其也会将各个方面作为改进或补充添加到本发明的相应的基本形式中。
附图说明
14.下面借助于附图来解释本发明的其他特征和优点。其中：图1示出了按照一种实施方式的直流电压转换器的方框图的示意图；图2示出了如其作为按照一种实施方式的直流电压转换器的调节装置的基础一样的方框图的示意图；并且图3示出了如其作为按照一种实施方式的用于运行直流电压转换器的方法的基础一样的流程图的示意图。
具体实施方式
15.图1示出了如其作为按照一种实施方式的直流电压转换器1的基础一样的方框图的示意图。所述直流电压转换器1能够包括一个或多个直流电压转换器模块50，其将输入直流电压u_in转换成输出电压u_out。虽然在图1中仅仅示出了单个的直流电压转换器模块50，但是原则上也能够并行运行多个直流电压转换器模块50。所述输出电压u_out和/或输出电流在此能够借助于相应的调节来进行调整。在所述直流电压转换器1的输出端处能够连接负载、例如电容器c。
16.为了调节所述直流电压转换器1、尤其直流电压转换器模块50能够例如设置第一调节装置10。该第一调节装置10例如能够在预控制的范围内确定第一调节参量r1。这个第一调节参量r1例如能够在输入电压u_in和针对直流电压转换器的输出电压的所期望的目标值u_des的基础上来确定。除此以外，为了确定所述第一调节参量r1也能够考虑在所述直流电压转换器中的电流、尤其在所述直流电压转换器模块50的输入端处的电流i_in。此外，必要时为了确定所述第一调节参量r1也能够考虑所述直流电压转换器模块50中的变压器的变换比n。
17.除此以外，能够借助于第二调节装置20在电压调节的范围内确定第二调节参量r2。所述第二调节参量r2尤其能够在考虑到针对所述直流电压转换器1的输出电压的目标值u_des以及在所述直流电压转换器1的输出端处的实际的当前值u_out的情况下被确定。
18.来自所述第一调节装置10的第一调节参量r1和来自所述第二调节装置20的第二调节参量r2能够在组合装置40中被合并、例如被合计。所述第一调节参量r1和第二调节参量r2的组合能够作为目标调节参量r3由组合装置40来输出。因此，这个目标调节参量r3代表着一种调节参量，该调节参量应该在考虑到当前的输出电压u_out和另外的框架条件、如例如输入电压u_in、输入电流i_in等的情况下被设定，以便实现所期望的输出电压u_des。所述调节参量例如能够是用于操控直流电压转换器模块50中的开关元件的占空比的预先规定。
19.在特定的运行条件下、尤其自特定的占空比起，所述调节参量的过于剧烈的变化、尤其占空比的剧烈的变化可能导致电流的剧烈的变化并且由此导致高的电流梯度。为了避免所述直流电压转换器1中、尤其直流电压转换器模块50中的构件的损坏，能够借助于所述第三调节装置30来限制调节参量r3的梯度的变化和随之电流梯度的变化、即所述直流电压转换器1中的电流的变化。如果所述组合装置40的调节参量r3的梯度超过预先给定的最大值、或者所述调节参量r3的（负的）梯度低于最小值，那么能够限制由所述组合装置40所输出的调节参量r3。以这种方式，所述第三调节装置3能够提供输出调节参量r4，该输出调节
参量的梯度在（正的）最大值与（负的）最小值之间的预先给定的窗口之内波动。随后，能够将这个受限制的调节参量r4提供给直流电压转换器模块50。
20.所述第三调节装置30例如能够从当前的输入电压u_in、直流电压转换器模块50中的变压器的变换比n以及当前的输出电压u_out中以如下方式计算当前的工作点r_cur：。
21.如果所述目标调节参量r3明显大于当前的工作点r_cur，则这可能导致所述直流电压转换器中的过高的电流。相反，如果所述目标调节参量r3明显小于当前的工作点r_cur，则没有电流流动。
22.为了避免所述直流电压转换器模块50中的变压器的可能的芯饱和，首先能够借助于斜坡函数f（）在正梯度d_up与负梯度d_down之间限制所述目标调节参量r3的梯度。
23.除此以外，能够将所述电流梯度例如限制到最大10%：。
24.如果将1.0加到这个方程式上并且将所述公式用于当前的工作点，那么在此作为在低梯度d_min和高梯度d_max之间的一般条件而得出：。
25.对于这种情况来说，能够借助于斜坡函数f（）将针对所述直流电压转换器模块50的调节参量的梯度还进一步限制到最大梯度d_slow上。
26.图2示出了用于对针对所述直流电压转换器模块50的调节参量的梯度进行限制的第三调节装置30的方框图的示意图，如其之前所说明的那样。
27.如能够在图2中看出的那样，能够限制所述目标调节参量r3、例如第一调节参量r1和第二调节参量r2的组合，以便限制用于对直流电压转换器模块50进行操控的调节参量r4的梯度。为此，能够从所述输入直流电压u_in、直流电压转换器模块50中的变压器的变换比以及输出直流电压u_out中求取当前的工作点。随后能够根据极限d_min、d_max以及针对最大梯度d_up、d_down和d_slow的预先规定来限制该当前的工作点。随后能够输出在其梯度方面受限制的调节参量r4，以用于操控所述直流电压转换器模块50。
28.图3示出了如其作为按照一种实施方式的用于运行直流电压转换器1的方法的基础一样的流程图的示意图。
29.在步骤s1中，在使用当前的输入电压u_in的数值、当前的输入电流i_in的数值和针对输出电压u_des的目标值的情况下确定第一调节参量。
30.在步骤s2中，在使用针对所述输出电压u_des的目标值和针对当前的输出电压u_out的数值的情况下确定第二调节参量r2。
31.在步骤s3中，将所述第一调节参量r1和第二调节参量r2组合成目标调节参量r3。
32.在步骤s4中，将所述目标调节参量r4的梯度限制到预先确定的最大值和/或预先确定的最小值上，并且将如此受到限制的目标调节参量r3提供作为输出调节参量r4。
33.随后能够使用所述在梯度方面受到限制的输出调节参量r4，以便在步骤s5中操控一个或多个直流电压转换器模块50。
34.总之，本发明涉及对于直流电压转换器的操控，其中，限制用于对所述直流电压转换器进行操控的调节参量的梯度。通过对所述调节参量的梯度的限制，能够限制所述直流
电压转换器中的最大的电流变化，以便在必要时避免所述直流电压转换器的危险的运行状态。