功率转换器的功率控制的制作方法

本公开涉及一种用于功率转换器的功率控制的方法和设备。

背景技术：

1、由功率电子器件控制的功率转换器需要精确的控制和稳健的响应，以减少功率转换期间的损耗。特别地，可控性常常受到功率电子器件中的开关单元的非理想静态和动态行为限制。

2、包括(多个)有源开关部件的理想开关单元可实现终端之间的瞬时开关。然而，其实际实施中会受到由半导体器件物理管控的动态行为的影响。开关单元中的有源开关部件显示出有限的上升和下降时间，这就要求在一个有源开关部件被强制进入导通状态之前另一有源开关部件被强制进入非导通状态，以避免同时导通。其中有源开关部件被迫进入非导通状态的时间范围称为死区时间(deadtime)。在开关单元形成支路的情况下，这种预防性措施避免了短路，从而防止了电压的过冲和过度功率消耗。

3、在包括电感部件和开关单元的功率转换器中，这种死区时间会造成电感部件两端的电压的不确定性。由死区时间造成的不确定性会导致通过电感部件的电流中的dc分量，这与功率损耗有关。

4、可以通过测量开关期间有源开关部件两端的电压降或相电压的波形来优化这种死区时间，以使电流中的dc分量最小化。然而，这种方法导致只能部分去除通过电感部件的电流中的dc分量。

5、此外，施加到电感部件两端的电压的频率或相位的阶跃变化会改变电流的时段，从而导致功率峰值和电流中的dc分量。这种功率峰值会使得过渡定时响应劣化，并且由于其低稳健性而限制了应用领域。

6、因此，需要改进功率转换器中电流中所感应的dc分量的减缓以及对频率和相移(phase shift)的阶跃响应，以实现稳健的功率控制。

技术实现思路

1、以上提及的目的利用独立权利要求的特征来实现。从属权利要求限定了本公开的优选实施例。

2、特别地，本公开涉及一种用于功率转换器的功率控制的方法，包括：利用具有第一占空比d1的第一信号来控制至少一个支路的开关单元中的第一有源开关部件；利用具有第二占空比d2的第二信号控制开关单元的第二有源开关部件；确定通过与至少一个支路耦接的至少一个电感部件的被监控电流的极性；以及基于所确定的极性调节第一占空比d1和第二占空比d2。

3、各种实施例可以有利地实施以下特征：

4、通过至少一个具有第一极性的电感部件的被监控电流在其期间可能取决于基于具有占空比的相应信号对有源开关部件的控制的时段。然后，这个时段可以用于计算被监控电流中的dc分量。

5、功率转换器可以包括第二支路的开关单元中的第三有源开关部件和第二支路的开关单元中的第四有源开关部件。在这种情况下，该方法可以包括：利用具有第三占空比d3的第三信号控制第三有源开关部件；利用具有第四占空比d4的第四信号控制第四有源开关部件；确定通过与第二支路耦接的至少一个电感部件的被监控电流的极性；以及基于所确定的极性调节第三占空比d3和第四占空比d4。

6、功率转换器可以包括第三支路的开关单元中的第五有源开关部件和第三支路的开关单元中的第六有源开关部件。在这种情况下，该方法可以包括：利用具有第五占空比d5的第五信号控制第五有源开关部件；利用具有第六占空比d6的第六信号控制第六有源开关部件；确定通过与第三支路耦接的至少一个电感部件的被监控电流的极性；以及基于所确定的极性调节第五占空比d5和第六占空比d6。

7、功率转换器可以包括第四支路的开关单元中的第七有源开关部件和第四支路的开关单元中的第八有源开关部件。在这种情况下，该方法可以包括：利用具有第七占空比d7的第七信号控制第七有源开关部件；利用具有第八占空比d8的第八信号控制第八有源开关部件；确定通过与第四支路耦接的至少一个电感部件的被监控电流的极性；以及基于所确定的极性调节第七占空比d7和第八占空比d8。

8、根据实施例，功率转换器包括第一有源桥。第一支路和第二支路可以属于第一有源桥。根据实施例，功率转换器包括第二有源桥。第三支路和第四支路可以属于第二有源桥。

9、信号的占空比可以由激活时段和参考时段之间的比率来限定。

10、参考时段可以是参考信号的时段。本领域技术人员应当理解，参考信号可以在内部生成和/或被馈送到转换器或辅助电路，以提供定时参考。

11、根据实施例，将第一信号的激活时段和第二信号的激活时段与参考时段tref进行比较，以计算第一占空比d1和第二占空比d2。

12、根据实施例，具有第一占空比d1的第一信号和具有第二占空比d2的第二信号是呈任何形状的周期性波形。

13、根据实施例，第一信号的激活时段和第二信号的激活时段被设置为使得第一有源开关部件和第二有源开关部件在时间范围tdead内不导通。对于本领域技术人员来说，这个时间范围可以被称为死区时间。

14、根据实施例，时间范围tdead可以取决于至少一个开关单元。

15、根据实施例，第一电气部件与第一有源开关部件并联布置，以及第二电气部件与第二有源开关部件并联布置。在时间范围tdead期间，第一电气部件和第二电气部件可以充当电流源或电流汇(sink)。

16、根据实施例，在调节第一占空比d1和第二占空比d2期间，时间范围tdead和参考时段tref之间的比率保持恒定。

17、根据实施例，在调节第一占空比d1和第二占空比d2期间，时间范围tdead保持恒定。

18、根据实施例，该方法包括迭代确定被监控电流的极性和调节第一占空比d1和第二占空比d2。

19、根据实施例，通过调节第一占空比d1和第二占空比d2，第一占空比d1增加的量与第二占空比d2减少的量相同，或者第一占空比d1减少的量与第二占空比d2增加的量相同。

20、根据实施例，第一信号和第二信号的时段在1khz和25khz之间。

21、根据实施例，第一有源开关部件和第二有源开关部件是绝缘栅双极晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管、双极晶体管或晶闸管中的至少一种。

22、根据实施例，功率转换器包括或者是ac/ac、ac/dc、dc/dc或dc/ac转换器中的至少一个，特别是有源桥式转换器，更特别地是双有源桥式转换器。

23、根据实施例，该方法包括基于至少两个目标相移来改变相移。

24、根据实施例，该方法包括基于经改变的相移调节第一占空比d1和第二占空比d2。

25、根据实施例，经改变的相移包括当前目标相移和/或先前相移。

26、根据实施例，使用参考信号来索引至少两个目标相移。

27、根据实施例，至少两个目标相移是连续的相移。

28、根据实施例，至少两个目标相移是连续的被索引相移。

29、根据实施例，改变包括或是计算至少两个目标相移的平均值。

30、根据实施例，改变包括或是计算至少两个被索引目标相移的平均值。

31、根据实施例，基于至少两个目标时段来改变时段。

32、根据实施例，目标时段从目标频率转换而来。

33、根据实施例，目标频率是连续或不连续的函数。

34、根据实施例，对于每个频率值，索引目标时段和/或目标频率。

35、根据实施例，基于至少两个被索引目标时段来改变时段。

36、根据实施例，基于经改变的时段调节第一占空比d1和第二占空比d2。

37、根据实施例，经改变的时段包括当前目标时段和/或先前目标时段。

38、根据实施例，经改变的时段包括当前目标时段和/或先前的被索引目标时段。

39、根据实施例，参考信号的时段可以与经改变的时段或目标时段相同。

40、根据实施例，参考信号的时段可以与经改变的时段或被索引目标时段相同。

41、根据实施例，至少两个目标时段是参考时段tref。

42、根据实施例，至少两个目标时段是连续的时段。

43、根据实施例，改变包括或者是计算至少两个目标时段的平均值。

44、根据实施例，改变包括或者是计算至少两个被索引目标时段的平均值。

45、根据实施例，该方法包括迭代基于至少两个目标时段改变时段和调节第一占空比d1和第二占空比d2。

46、根据实施例，第一占空比d1增加的量与第二占空比d2减少的量相同，或者第一占空比d1减少的量与第二占空比d2增加的量相同。

47、本公开涉及一种用于功率转换器的功率控制的方法，包括：利用具有第一占空比d1的第一信号控制至少一个支路的开关单元中的第一有源开关部件；利用具有第二占空比d2的第二信号控制开关单元的第二有源开关部件；基于至少两个目标时段来改变时段；以及基于经改变的时段调节第一占空比d1和第二占空比d2。

48、功率转换器可以包括第二支路的开关单元中的第三有源开关部件和第二支路的开关单元中的第四有源开关部件。在这种情况下，该方法可以包括：利用具有第三占空比d3的第三信号控制第三有源开关部件；利用具有第四占空比d4的第四信号控制第四有源开关部件；基于至少两个目标时段来改变时段；以及基于经改变的时段调节第三占空比d3和第四占空比d4。

49、功率转换器可以包括第三支路的开关单元中的第五有源开关部件和第三支路的开关单元中的第六有源开关部件。在这种情况下，该方法可以包括：利用具有第五占空比d5的第五信号控制第五有源开关部件；利用具有第六占空比d6的第六信号控制第六有源开关部件；基于至少两个目标时段来改变时段；以及基于经改变的时段调节第五占空比d5和第六占空比d6。

50、功率转换器可以包括第四支路的开关单元中的第七有源开关部件和第四支路的开关单元中的第八有源开关部件。在这种情况下，该方法可以包括：利用具有第七占空比d7的第七信号控制第七有源开关部件；利用具有第八占空比d8的第八信号控制第八有源开关部件；基于至少两个目标时段来改变时段；以及基于经改变的时段调节第七占空比d7和第八占空比d8。

51、信号的占空比可以由激活时段和参考时段之间的比率来限定。

52、参考时段可以是参考信号的时段。本领域技术人员应当理解，参考信号可以在内部生成和/或被馈送到转换器或辅助电路，以提供定时参考。

53、根据实施例，目标时段从目标频率转换而来。

54、根据实施例，目标频率是连续或不连续的函数。

55、根据实施例，对于每个频率值，索引目标时段和/或目标频率。

56、根据实施例，基于至少两个目标时段来改变时段。

57、根据实施例，基于至少两个被索引目标时段来改变时段。

58、根据实施例，基于经改变的时段调节第一占空比d1和第二占空比d2。

59、根据实施例，经改变的时段包括当前目标时段和/或先前目标时段。

60、根据实施例，经改变的时段包括当前目标时段和/或先前的被索引目标时段。

61、根据实施例，参考信号的时段可以与经改变的时段或目标时段相同。

62、根据实施例，参考信号的时段可以与经改变的时段或被索引目标时段相同。

63、根据实施例，至少两个目标时段是参考时段tref。

64、根据实施例，至少两个目标时段是连续的时段。

65、根据实施例，改变包括或是计算至少两个目标时段的平均值。

66、根据实施例，改变包括或者是计算至少两个被索引目标时段的平均值。

67、根据实施例，将第一信号的激活时段和第二信号的激活时段与参考时段tref进行比较，以计算第一占空比d1和第二占空比d2。

68、根据实施例，第一信号的激活时段和第二信号的激活时段被设置为使得第一有源开关部件和第二有源开关部件在时间范围tdead内不同时导通。

69、根据实施例，该方法包括迭代基于至少两个目标时段改变时段和调节第一占空比d1和第二占空比d2。

70、根据实施例，通过调节第一占空比d1和第二占空比d2，第一占空比d1增加的量与第二占空比d2减少的量相同，或者第一占空比d1减少的量与第二占空比d2增加的量相同。

71、根据实施例，第一有源开关部件和第二有源开关部件是绝缘栅双极晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管、双极晶体管或晶闸管中的至少一种。

72、根据实施例，功率转换器包括或者是ac/ac、ac/dc、dc/dc或dc/ac转换器中的至少一者，特别是有源桥式转换器，更特别地是双有源桥式转换器。

73、本公开涉及一种用于功率转换器的功率控制的方法，包括：利用具有第一占空比d1的第一信号控制至少一个支路的开关单元中的第一有源开关部件；利用具有第二占空比d2的第二信号控制开关单元的第二有源开关部件；基于至少两个目标相移来改变相移；以及基于经改变的相移调节第一占空比d1和第二占空比d2。

74、功率转换器可以包括第二支路的开关单元中的第三有源开关部件和第二支路的开关单元中的第四有源开关部件。在这种情况下，该方法可以包括：利用具有第三占空比d3的第三信号控制第三有源开关部件；利用具有第四占空比d4的第四信号控制第四有源开关部件；基于至少两个目标相移来改变相移；以及基于经改变的相移调节第三占空比d3和第四占空比d4。

75、功率转换器可以包括第三支路的开关单元中的第五有源开关部件和第三支路的开关单元中的第六有源开关部件。在这种情况下，该方法可以包括：利用具有第五占空比d5的第五信号控制第五有源开关部件；利用具有第六占空比d6的第六信号控制第六有源开关部件；基于至少两个目标相移来改变相移；以及基于经改变的相移调节第五占空比d5和第六占空比d6。

76、功率转换器可以包括第四支路的开关单元中的第七有源开关部件和第四支路的开关单元中的第八有源开关部件。在这种情况下，该方法可以包括：利用具有第七占空比d7的第七信号控制第七有源开关部件；利用具有第八占空比d8的第八信号控制第八有源开关部件；基于至少两个目标相移来改变相移；以及基于经改变的相移调节第七占空比d7和第八占空比d8。

77、信号的占空比由激活时段和参考时段之间的比率来限定。

78、参考时段可以是参考信号的时段。本领域技术人员应当理解，参考信号可以在内部生成和/或被馈送到转换器或辅助电路，以提供定时参考。

79、根据实施例，经改变的相移包括当前目标相移和/或先前目标相移。

80、根据实施例，使用参考信号来索引目标相移。

81、根据实施例，至少两个目标相移是连续的相移。

82、根据实施例，至少两个目标相移是连续的被索引相移。

83、根据实施例，改变包括或是计算至少两个目标相移的平均值。

84、根据实施例，改变包括或是计算至少两个被索引目标相移的平均值。

85、根据实施例，将第一信号的激活时段和第二信号的激活时段与参考时段tref进行比较，以计算第一占空比d1和第二占空比d2。

86、根据实施例，第一信号的激活时段和第二信号的激活时段被设置为使得第一有源开关部件和第二有源开关部件在时间范围tdead内不同时导通。

87、根据实施例，该方法包括迭代基于至少两个目标相移改变相移和调节第一占空比d1和第二占空比d2。

88、根据实施例，通过调节第一占空比d1和第二占空比d2，第一占空比d1增加的量与第二占空比d2减少的量相同，或者第一占空比d1减少的量与第二占空比d2增加的量相同。

89、根据实施例，第一有源开关部件和第二有源开关部件是绝缘栅双极晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管、双极晶体管或晶闸管中的至少一种。

90、根据实施例，功率转换器包括或者是ac/ac、ac/dc、dc/dc或dc/ac转换器中的至少一者，特别是有源桥式转换器，更特别地是双有源桥式转换器。

91、本公开还涉及一种用于功率转换器的功率控制的控制器。控制器包括处理器。该处理器被配置为执行前述实施例中任一者的方法。

92、本公开还涉及一种包括如上所述的控制器和如上所述的功率转换器的系统。