用于控制多相交織轉(zhuǎn)換器的電流的方法和設(shè)備的制造方法
【專利說明】用于控制多相交織轉(zhuǎn)換器的電流的方法和設(shè)備發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于控制多相交織轉(zhuǎn)換器的電流的方法和設(shè)備，更具體地，涉及用于控制多相交織轉(zhuǎn)換器的電流以降低微控制器單元(Micro Controller Unit ；MCU)上的負(fù)載并補(bǔ)償多相交織轉(zhuǎn)換器的電流不平衡的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]如今，直流-直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換器用于各種電力轉(zhuǎn)換器，例如車輛電池充電器。當(dāng)使用DC/DC轉(zhuǎn)換器提升電壓時(shí)，在轉(zhuǎn)換器的電感器中可出現(xiàn)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(guān)。交織是指混合以不同相位流動(dòng)的電流使其紋波電流彼此抵消，導(dǎo)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(shù))的方法。
[0003]交織轉(zhuǎn)換器將多個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器并聯(lián)，以分散電流并使用開關(guān)元件的相位差來降低流經(jīng)元件(例如電感器)的電流的幅值及紋波。轉(zhuǎn)換器可分散電流，并使電流具有適當(dāng)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(zhuǎn)換器可增加能量效率并能夠調(diào)節(jié)電路中元件的尺寸。
[0004]交織轉(zhuǎn)換器一般具有類似于多個(gè)單相轉(zhuǎn)換器并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。舉例來說，在三相交織轉(zhuǎn)換器中，每個(gè)開關(guān)以120度的相位差工作。N相交織轉(zhuǎn)換器具有與N個(gè)單相轉(zhuǎn)換器并聯(lián)相同的結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)開關(guān)以(2 ii/N) (rad)的相位差工作。在交織轉(zhuǎn)換器中，相數(shù)的增加可要求電路中所需元件的數(shù)量的增加。
[0005]存在兩種控制交織轉(zhuǎn)換器的電流的方法，包括:感測(cè)多個(gè)相位上的多相電流和應(yīng)用對(duì)應(yīng)于各個(gè)相位的電流控制器以產(chǎn)生各個(gè)相位的占空比；以及應(yīng)用針對(duì)一個(gè)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(duì)于各個(gè)相位需要單獨(dú)的電流控制器，因而使MCU的負(fù)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(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目標(biāo)是提供用于控制多相交織轉(zhuǎn)換器的電流的方法和設(shè)備，其用于反映流經(jīng)各個(gè)相位的電流變化，產(chǎn)生更精確的對(duì)應(yīng)于各個(gè)相位的占空比，以均衡方式調(diào)節(jié)各相位的電流。
[0007]根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的控制多相交織轉(zhuǎn)換器的電流的方法可包括:通過控制器操作濾波器以便對(duì)流入到具有多個(gè)相位的多相交織轉(zhuǎn)換器中的各相位的轉(zhuǎn)換器中的電流進(jìn)行濾波；通過控制器接收經(jīng)濾波的各相位的電流值以及對(duì)應(yīng)于流入到多個(gè)相位中的任一相位中的電流而產(chǎn)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(diào)節(jié)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(zhuǎn)換器中的各相位的轉(zhuǎn)換器中并流經(jīng)各轉(zhuǎn)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(yù)定參考值的時(shí)間常數(shù)的濾波器執(zhí)行?？稍诘谝恢芷谄陂g產(chǎn)生所述任一相位的占空比。可在第二周期期間執(zhí)行占空比的調(diào)整?？稍诘谝恢芷谄陂g產(chǎn)生所述任一相位的占空比，并在第二周期期間執(zhí)行占空比的調(diào)整。第二周期可長(zhǎng)于第一周期。占空比的調(diào)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(diào)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(diào)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(diào)整的占空比來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器的開關(guān)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的用于控制多相交織轉(zhuǎn)換器的電流的設(shè)備可包括:濾波器，其配置為對(duì)流入到具有多個(gè)相位的多相交織轉(zhuǎn)換器中的各相位的轉(zhuǎn)換器中的電流進(jìn)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(cè)流入到多個(gè)相位的任一相位中的電流，以產(chǎn)生與所述電流對(duì)應(yīng)的相位的占空比，所述平衡控制器配置為接收經(jīng)濾波器濾波的各相位的電流值以及由電流控制器產(chǎn)生的占空比，從而基于接收到的各相位的電流值調(diào)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(duì)應(yīng)于各相位的電流平滑化為直流值。濾波器的時(shí)間常數(shù)可大于預(yù)定參考值。電流控制器可配置為在第一周期期間產(chǎn)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(diào)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(chǎn)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(diào)整除所述相位以外的相位的占空比。第二周期可長(zhǎng)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(shè)備可進(jìn)一步包括移相器，其配置為將相位之間的相位差應(yīng)用于由平衡控制器調(diào)整的占空比，并將應(yīng)用了相位差的所述占空比傳輸至各相位的轉(zhuǎn)換器。
【附圖說明】
[0011]根據(jù)以下詳述并結(jié)合附圖可以更清楚地理解本發(fā)明的上述和其他方面、特征和其他優(yōu)勢(shì)，在附圖中:
[0012]圖1A至圖2C是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的控制多相交織轉(zhuǎn)換器的電流的現(xiàn)有方法的示例性圖；
[0013]圖3A至圖3C是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的控制多相交織轉(zhuǎn)換器的電流的方法和設(shè)備的示例性圖；且
[0014]圖4是說明根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)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(shí)施方式】
[0015]應(yīng)理解，本文使用的術(shù)語(yǔ)“車輛”或“車輛的”或其他類似術(shù)語(yǔ)包括通常的機(jī)動(dòng)車，例如，包括多功能運(yùn)動(dòng)車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商務(wù)車的客車，包括各種船只和船舶的水運(yùn)工具，飛行器等等，并且包括混合動(dòng)力車、電動(dòng)車、插入式混合電動(dòng)車、氫動(dòng)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(dòng)力車是具有兩種或更多種動(dòng)力來源的車輛，例如具有汽油動(dòng)力和電動(dòng)力的車輛。
[0016]盡管示例性實(shí)施方式被描述為利用多個(gè)單元來進(jìn)行示例性處理，但應(yīng)當(dāng)理解示例性處理也可以由一個(gè)或多個(gè)模塊完成。此外，應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語(yǔ)控制器/控制單元指的是包括存儲(chǔ)器和處理器的硬件設(shè)備。存儲(chǔ)器配置為存儲(chǔ)模塊，并且處理器被具體配置為執(zhí)行所述模塊以進(jìn)行以下進(jìn)一步描述的一個(gè)或多個(gè)處理。
[0017]此外，本發(fā)明的控制邏輯可以實(shí)現(xiàn)為包含可由處理器、控制器/控制單元等執(zhí)行的可執(zhí)行程序指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的實(shí)例包括但不限于，ROM、RAM、光盤(CD) -ROM、磁帶、軟盤、快閃驅(qū)動(dòng)器、智能卡和光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置。計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)還可以分布在連接網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，以便，例如通過遠(yuǎn)程信息處理(telematics)服務(wù)器或控制器局域網(wǎng)(CAN)以分布式模式存儲(chǔ)和執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
[0018]本文使用的術(shù)語(yǔ)僅僅是為了說明【具體實(shí)施方式】，而不是意在限制本發(fā)明。如本文所使用的，單數(shù)形式“一個(gè)、一種、該(a、an、the)”也意在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文中另外清楚指明。還應(yīng)當(dāng)理解的是，在說明書中使用的術(shù)語(yǔ)“包括(comprises和/或comprising) ”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其群組。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)所列項(xiàng)的任何和所有組合。
[0019]除非特別說明或根據(jù)上下文顯而易見，否則本文所用的術(shù)語(yǔ)“約”理解為在本領(lǐng)域的正常容許范圍內(nèi)，例如在均值的2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)?！凹s”可以理解為在所述數(shù)值的10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%、0.1%、0.05%或0.01% 內(nèi)。除非另外從上下文清楚得到，本文提供的所有數(shù)值都由術(shù)語(yǔ)“約”修飾。
[0020]關(guān)于本發(fā)明的示例性實(shí)施方式在本說明書或申請(qǐng)中公開的具體的結(jié)構(gòu)或功能描述是僅出于描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的目的而提供的實(shí)例。本發(fā)明的示例性實(shí)施方式可以各種形式實(shí)踐且本發(fā)明不應(yīng)解釋為局限于本說明書或申請(qǐng)中所描述的示例性實(shí)施方式。因?yàn)楸景l(fā)明的示例性實(shí)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(shí)施方式并在本說明書或申請(qǐng)中對(duì)其進(jìn)行更詳細(xì)的描述。然而，這不是要將本發(fā)明的示例性實(shí)施方式局限于具體的公開形式，應(yīng)將其理解為包含在本發(fā)明的精神或技術(shù)內(nèi)的所有修改、等效物或替換。
[0021]在提及一個(gè)組件與另一組件“聯(lián)接”或“連接”時(shí)，所述一個(gè)組件可直接與另一組件聯(lián)接或連接，但應(yīng)理解，仍可以有其它組件存在于兩個(gè)組件之間。同時(shí)，在提及一個(gè)組件與另一組件“直接聯(lián)接”或“直接連接”時(shí)，應(yīng)理解，兩個(gè)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(guān)系的其他表達(dá)，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(shí)施方式來詳細(xì)描述本發(fā)明。貫穿不同附圖使用相同的附圖標(biāo)記來指代相同的組件。
[0023]圖1A至圖2C是控制多相交織轉(zhuǎn)換器的電流的現(xiàn)有方法的示例性圖。參照?qǐng)D1A，使用三相交織轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器30、40和50的控制器(MCU)20分別裝備有用于轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器30具有掌管相位A的電流控制器35，掌管相位B的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器50具有掌管相位C的電流控制器55。
[0024]在交織轉(zhuǎn)換器20中，輸出級(jí)電容器80的電壓可由電壓控制器60測(cè)量并傳輸?shù)矫恳浑娏骺刂破?5、45和55，且各相位的電流控制器35、45和55產(chǎn)生占空比，以調(diào)整各相位并將所述占空比傳輸?shù)浇豢椶D(zhuǎn)換器20，從而調(diào)整從轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)從各相位輸出的電流的平衡(如圖1B所示)，然而MCU上的負(fù)載增加(如圖1C所示)。
[0025]圖2A至圖2C是具有一個(gè)電流控制器35用于交織轉(zhuǎn)換器20的現(xiàn)有方法的示例性圖。圖2A中的交織轉(zhuǎn)換器20可配置為使用三相交織轉(zhuǎn)換器20傳輸來自輸入電壓源10的輸出，并使用一個(gè)電流控制器35操作掌管各相位的轉(zhuǎn)換器30、40和50。來自電流控制器35的輸出信號(hào)可經(jīng)相移以操作用于另一相位的交織轉(zhuǎn)換器。舉例