用于控制多相交织转换器的电流的方法和设备的制造方法
【专利说明】用于控制多相交织转换器的电流的方法和设备发明领域
[0001]本发明涉及用于控制多相交织转换器的电流的方法和设备，更具体地，涉及用于控制多相交织转换器的电流以降低微控制器单元(Micro Controller Unit ；MCU)上的负载并补偿多相交织转换器的电流不平衡的方法和设备。
【背景技术】
[0002]如今，直流-直流(DC/DC)转换器用于各种电力转换器，例如车辆电池充电器。当使用DC/DC转换器提升电压时，在转换器的电感器中可出现纹波电流(ripple current)。这样的纹波电流影响元件(例如电感器和电容器)的尺寸约束并与功率损耗量紧密相关。交织是指混合以不同相位流动的电流使其纹波电流彼此抵消，导致组合的纹波电流的幅值减小1/N倍而频率增大N倍(其中N表示相数)的方法。
[0003]交织转换器将多个DC/DC转换器并联，以分散电流并使用开关元件的相位差来降低流经元件(例如电感器)的电流的幅值及纹波。转换器可分散电流，并使电流具有适当水平的相位差，由此显著降低输入和输出电流的纹波。此外，使用这种交织转换器可增加能量效率并能够调节电路中元件的尺寸。
[0004]交织转换器一般具有类似于多个单相转换器并联的结构。举例来说，在三相交织转换器中，每个开关以120度的相位差工作。N相交织转换器具有与N个单相转换器并联相同的结构，其中每个开关以(2 ii/N) (rad)的相位差工作。在交织转换器中，相数的增加可要求电路中所需元件的数量的增加。
[0005]存在两种控制交织转换器的电流的方法，包括:感测多个相位上的多相电流和应用对应于各个相位的电流控制器以产生各个相位的占空比；以及应用针对一个相位的电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，在第一种方法中，对于各个相位需要单独的电流控制器，因而使MCU的负载增加。在第二种方法中，没有电流控制器的相位中的电流变化可能难以反映。
【发明内容】
[0006]本发明的目标是提供用于控制多相交织转换器的电流的方法和设备，其用于反映流经各个相位的电流变化，产生更精确的对应于各个相位的占空比，以均衡方式调节各相位的电流。
[0007]根据本发明示例性实施方式的控制多相交织转换器的电流的方法可包括:通过控制器操作滤波器以便对流入到具有多个相位的多相交织转换器中的各相位的转换器中的电流进行滤波；通过控制器接收经滤波的各相位的电流值以及对应于流入到多个相位中的任一相位中的电流而产生的所述任一相位的占空比；和基于接收到的各相位的电流值，通过控制器调节所述任一相位以外的相位的占空比。
[0008]滤波可包括将流入到多相交织转换器中的各相位的转换器中并流经各转换器中所包含的电感器的电流平滑化为直流值。滤波可由具有大于预定参考值的时间常数的滤波器执行。可在第一周期期间产生所述任一相位的占空比。可在第二周期期间执行占空比的调整。可在第一周期期间产生所述任一相位的占空比，并在第二周期期间执行占空比的调整。第二周期可长于第一周期。占空比的调整可包括通过比较接收到的各相位的电流值，降低接收到的电流值较大者的占空比。占空比的调整还可包括，基于接收到的各相位的电流值以及相位之间的相位差，调整所述任一相位以外的相位的占空比。该方法还可包括基于调整的占空比来调节转换器的开关。
[0009]根据本发明示例性实施方式的用于控制多相交织转换器的电流的设备可包括:滤波器，其配置为对流入到具有多个相位的多相交织转换器中的各相位的转换器中的电流进行滤波；以及交织控制器，其具有电流控制器和平衡控制器，所述电流控制器配置为感测流入到多个相位的任一相位中的电流，以产生与所述电流对应的相位的占空比，所述平衡控制器配置为接收经滤波器滤波的各相位的电流值以及由电流控制器产生的占空比，从而基于接收到的各相位的电流值调整所述任一相位以外的相位的占空比。滤波器可配置为将由滤波器接收的对应于各相位的电流平滑化为直流值。滤波器的时间常数可大于预定参考值。电流控制器可配置为在第一周期期间产生所述任一相位的占空比。平衡控制器可配置为在第二周期期间调整除所述任一相位以外的相位的占空比。
[0010]另外，电流控制器可配置为在第一周期期间产生所述任一相位的占空比，且平衡控制器可配置为在第二周期期间调整除所述相位以外的相位的占空比。第二周期可长于第一周期。平衡控制器可配置为通过比较接收到的各相位的电流值，降低接收到的电流值较大者的占空比。所述设备可进一步包括移相器，其配置为将相位之间的相位差应用于由平衡控制器调整的占空比，并将应用了相位差的所述占空比传输至各相位的转换器。
【附图说明】
[0011]根据以下详述并结合附图可以更清楚地理解本发明的上述和其他方面、特征和其他优势，在附图中:
[0012]图1A至图2C是根据现有技术的控制多相交织转换器的电流的现有方法的示例性图；
[0013]图3A至图3C是根据本发明示例性实施方式的控制多相交织转换器的电流的方法和设备的示例性图；且
[0014]图4是说明根据本发明示例性实施方式的图3中所描绘的电流控制器和平衡控制器的操作周期的示例性图。
【具体实施方式】
[0015]应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其他代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。本文中提到的混合动力车是具有两种或更多种动力来源的车辆，例如具有汽油动力和电动力的车辆。
[0016]尽管示例性实施方式被描述为利用多个单元来进行示例性处理，但应当理解示例性处理也可以由一个或多个模块完成。此外，应当理解，术语控制器/控制单元指的是包括存储器和处理器的硬件设备。存储器配置为存储模块，并且处理器被具体配置为执行所述模块以进行以下进一步描述的一个或多个处理。
[0017]此外，本发明的控制逻辑可以实现为包含可由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的实例包括但不限于，ROM、RAM、光盘(CD) -ROM、磁带、软盘、快闪驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质还可以分布在连接网络的计算机系统中，以便，例如通过远程信息处理(telematics)服务器或控制器局域网(CAN)以分布式模式存储和执行计算机可读介质。
[0018]本文使用的术语仅仅是为了说明【具体实施方式】，而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种、该(a、an、the)”也意在包括复数形式，除非上下文中另外清楚指明。还应当理解的是，在说明书中使用的术语“包括(comprises和/或comprising) ”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有组合。
[0019]除非特别说明或根据上下文显而易见，否则本文所用的术语“约”理解为在本领域的正常容许范围内，例如在均值的2个标准差范围内。“约”可以理解为在所述数值的10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%、0.1%、0.05%或0.01% 内。除非另外从上下文清楚得到，本文提供的所有数值都由术语“约”修饰。
[0020]关于本发明的示例性实施方式在本说明书或申请中公开的具体的结构或功能描述是仅出于描述本发明的示例性实施方式的目的而提供的实例。本发明的示例性实施方式可以各种形式实践且本发明不应解释为局限于本说明书或申请中所描述的示例性实施方式。因为本发明的示例性实施方式可以以多种方式修改并具有多种形式，因而在附图中例示示例性实施方式并在本说明书或申请中对其进行更详细的描述。然而，这不是要将本发明的示例性实施方式局限于具体的公开形式，应将其理解为包含在本发明的精神或技术内的所有修改、等效物或替换。
[0021]在提及一个组件与另一组件“联接”或“连接”时，所述一个组件可直接与另一组件联接或连接，但应理解，仍可以有其它组件存在于两个组件之间。同时，在提及一个组件与另一组件“直接联接”或“直接连接”时，应理解，两个组件之间不存在其他组件。此情况适用于解释组件之间的关系的其他表达，例如，“在其中”和“就在其中”或“邻近”和“紧邻”。
[0022]在下文中，通过参考附图解释示例性实施方式来详细描述本发明。贯穿不同附图使用相同的附图标记来指代相同的组件。
[0023]图1A至图2C是控制多相交织转换器的电流的现有方法的示例性图。参照图1A，使用三相交织转换器转换输入电压源(Vin) 10的输出，且操作掌管各相位(相位A、相位B和相位C)的转换器30、40和50的控制器(MCU)20分别装备有用于转换器30、40和50的电流控制器35、45和55。换句话说，掌管相位A的转换器30具有掌管相位A的电流控制器35，掌管相位B的转换器40具有掌管相位B的电流控制器45，且掌管相位C的转换器50具有掌管相位C的电流控制器55。
[0024]在交织转换器20中，输出级电容器80的电压可由电压控制器60测量并传输到每一电流控制器35、45和55，且各相位的电流控制器35、45和55产生占空比，以调整各相位并将所述占空比传输到交织转换器20，从而调整从转换器20输出的电流。因此，装备了掌管各相位的电流控制器35、45和55可实现从各相位输出的电流的平衡(如图1B所示)，然而MCU上的负载增加(如图1C所示)。
[0025]图2A至图2C是具有一个电流控制器35用于交织转换器20的现有方法的示例性图。图2A中的交织转换器20可配置为使用三相交织转换器20传输来自输入电压源10的输出，并使用一个电流控制器35操作掌管各相位的转换器30、40和50。来自电流控制器35的输出信号可经相移以操作用于另一相位的交织转换器。举例