專(zhuān)利名稱(chēng)：具有高頻變壓器的dc/dc轉(zhuǎn)換器的起動(dòng)的制作方法
具有高頻變壓器的DC/DC轉(zhuǎn)換器的起動(dòng)
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求2009 年 9 月 21 日提交的題為 “Auf starten eines DC/DC-ffandlers mit Hochfrequenztransformator”的共同待決歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)No. EP 09170867. 7的優(yōu)先權(quán)。技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明總體上涉及一種用于起動(dòng)具有高頻變壓器的DC/DC轉(zhuǎn)換器，經(jīng)由具有脈沖開(kāi)關(guān)的逆變器電橋從輸入側(cè)DC鏈路向所述高頻變壓器的初級(jí)繞組供應(yīng)電流，并且采用所述高頻變壓器的次級(jí)繞組經(jīng)由整流器電橋?qū)敵鰝?cè)DC鏈路充電。此外，本發(fā)明總體上涉及一種DC/DC轉(zhuǎn)換器，其具有高頻變壓器，其中，經(jīng)由具有脈沖開(kāi)關(guān)的逆變器電橋從輸入側(cè)DC 鏈路向所述高頻變壓器的初級(jí)繞組供應(yīng)電流，并且采用所述高頻變壓器的次級(jí)繞組經(jīng)由整流器電橋?qū)敵鰝?cè)DC鏈路充電，所述轉(zhuǎn)換器還具有用于操作所述逆變器電橋的開(kāi)關(guān)的控制器。
更具體而言，本發(fā)明總體上涉及一種DC/DC轉(zhuǎn)換器的起動(dòng)方法和一種DC/DC轉(zhuǎn)換器，其中，在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器的起動(dòng)期間對(duì)逆變器電橋的開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作，從而對(duì)輸出側(cè)DC 鏈路加載，對(duì)所述開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作采用如下方式偏離所述開(kāi)關(guān)的正常運(yùn)行，從而限制在起動(dòng)期間在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器中流動(dòng)的電流。
可以將本發(fā)明應(yīng)用于逆變器，所述逆變器從DC源向AC電網(wǎng)供應(yīng)電能并且包括高頻(HF)變壓器，所述高頻變壓器使所述逆變器的輸入側(cè)與其輸出側(cè)電隔離，并且還可以系統(tǒng)地增大或降低輸入DC電壓。更具體而言，可以將本發(fā)明應(yīng)用于從光伏模塊向AC電網(wǎng)提供電能的逆變器。應(yīng)注意的是，也可以將本發(fā)明用于其它技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
如果通過(guò)(例如)增大來(lái)自所連接的光伏模塊的輸出電壓而對(duì)處于高頻變壓器的初級(jí)側(cè)的DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入側(cè)DC鏈路充電(其通常涉及對(duì)所述DC鏈路中的至少一個(gè)緩沖電容器進(jìn)行充電)，那么其將不會(huì)對(duì)處于所述高頻變壓器的次級(jí)側(cè)的所述DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)DC鏈路的充電狀態(tài)產(chǎn)生任何影響。在用于從輸入側(cè)DC鏈路向所述高頻變壓器的初級(jí)側(cè)供應(yīng)電流的逆變器電橋的開(kāi)關(guān)開(kāi)始交替閉合時(shí)，由于輸出側(cè)DC鏈路中缺失反電壓將產(chǎn)生極高電流。這些電流能夠容易地超過(guò)最大閾值，超過(guò)所述閾值將危害DC/DC轉(zhuǎn)換器的，尤其是其半導(dǎo)體部件的完整性。在逆變器電橋的開(kāi)關(guān)以大約具有包括高頻變壓器的初級(jí)側(cè)的諧振電路的諧振頻率的幅值的頻率工作，從而使DC/DC轉(zhuǎn)換器中的無(wú)源損耗降至最低的情況下，上述情況尤其成立。在這種情況下，在DC/DC轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)期間使逆變器電橋的開(kāi)關(guān)閉合時(shí)流動(dòng)的電流幾乎完全未發(fā)生衰減。而對(duì)這些電流的有意衰減反過(guò)來(lái)來(lái)又會(huì)增大 DC/DC轉(zhuǎn)換器的正常運(yùn)行的功率損耗。
對(duì)這一問(wèn)題的一種已知的解決方案涉及在起動(dòng)期間以一定的頻率操作逆變器電橋的開(kāi)關(guān)，該頻率顯著高于在DC/DC轉(zhuǎn)換器的正常運(yùn)行期間對(duì)所述開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作的頻率。 在這一方法中采用的增大的頻率取決于在輸入側(cè)DC鏈路處呈現(xiàn)的電壓。該電壓越高，在起動(dòng)期間對(duì)逆變器電橋開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作的頻率就越高。由于在使開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)時(shí)間(作為百分比值)保持恒定的同時(shí)增大頻率，因而所述電流僅在其方向因開(kāi)關(guān)位置的顛倒而反轉(zhuǎn)之前的非常短的時(shí)間段內(nèi)增大。這意味著，增大在起動(dòng)期間對(duì)逆變器電橋的開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作的頻率具有直接的限制所述電流的效果。然而，要注意，在DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)DC鏈路根本尚未充電的情況下，這一措施是不夠的。因此，所描述的現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)部電源變壓器以額外的繞組為特征，該繞組將輸出側(cè)DC鏈路預(yù)先充電至150V，從而預(yù)先降低輸入側(cè)DC鏈路和輸出側(cè)DC鏈路之間的電壓差。用于對(duì)逆變器電橋定時(shí)的額外頻率和內(nèi)部電源變壓器的額外繞組這兩者均意味著要耗費(fèi)很大的力氣以有效地限制起動(dòng)具有高頻變壓器的DC/DC轉(zhuǎn)換器時(shí)的電流。
US 6091610A公開(kāi)了用于降低非對(duì)稱(chēng)半橋式轉(zhuǎn)換器中的瞬態(tài)開(kāi)關(guān)電流的系統(tǒng)和方法。所述轉(zhuǎn)換器包括高頻變壓器，所述高頻變壓器具有處于其初級(jí)側(cè)的包括主開(kāi)關(guān)和補(bǔ)充開(kāi)關(guān)的非對(duì)稱(chēng)逆變器半橋以及分壓DC鏈路，還具有處于其次級(jí)側(cè)的整流器半橋和DC鏈路。 將所述轉(zhuǎn)換器的軟起動(dòng)描述為一種避免能夠引起開(kāi)關(guān)故障的瞬態(tài)電流的途徑。開(kāi)始，所述非對(duì)稱(chēng)半橋截止，所述主開(kāi)關(guān)的占空比為零。要想導(dǎo)通所述非對(duì)稱(chēng)半橋，逐漸增大所述總開(kāi)關(guān)的占空比，直到達(dá)到穩(wěn)態(tài)占空比為止。因而，可以逐漸增大輸出電壓，從而避免高蜂值電流。但是，由于所述主開(kāi)關(guān)和所述補(bǔ)充開(kāi)關(guān)在補(bǔ)充時(shí)段內(nèi)接通，因而所述補(bǔ)充開(kāi)關(guān)可以最初就在一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)接通。因此，存儲(chǔ)在第二輸入電容器內(nèi)的能量可以在初始開(kāi)關(guān)周期內(nèi)通過(guò)所述補(bǔ)充開(kāi)關(guān)迅速放電。這一快速放電可能產(chǎn)生通過(guò)所述補(bǔ)充開(kāi)關(guān)的大的電流脈沖， 從而導(dǎo)致其受到損害。為了降低隨著逆變器的開(kāi)啟在所述補(bǔ)充開(kāi)關(guān)內(nèi)產(chǎn)生的電流應(yīng)力，在所述變壓器的初級(jí)側(cè)的DC鏈路兩端耦合導(dǎo)電通路，從而對(duì)其充分放電，并且由此降低在逆變器開(kāi)啟時(shí)所述補(bǔ)充開(kāi)關(guān)內(nèi)的電流應(yīng)力。
因而，仍然需要能夠有效地限制起動(dòng)期間出現(xiàn)的最大電流，又無(wú)需為此目的滿足復(fù)雜的設(shè)備要求的方法和DC/DC轉(zhuǎn)換器。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種DC/DC轉(zhuǎn)換器的起動(dòng)方法，所述轉(zhuǎn)換器具有高頻變壓器，經(jīng)由具有脈沖開(kāi)關(guān)的逆變器電橋從輸入側(cè)DC鏈路向所述高頻變壓器的初級(jí)繞組供應(yīng)電流，采用所述高頻變壓器的次級(jí)繞組經(jīng)由整流器電橋?qū)敵鰝?cè)DC鏈路進(jìn)行充電，所述方法包括在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器的起動(dòng)期間對(duì)所述逆變器電橋的開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作，從而對(duì)所述輸出側(cè)DC鏈路加載的步驟，對(duì)所述開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作采用如下方式偏離所述開(kāi)關(guān)的正常運(yùn)行，從而限制在所述起動(dòng)期間在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器中流動(dòng)的電流，其中，在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器的起動(dòng)期間對(duì)所述逆變器電橋的所述開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作的步驟中，以在所述起動(dòng)的有限數(shù)量的階段的每者當(dāng)中固定的脈沖寬度對(duì)所述開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作，所述脈沖寬度在所述起動(dòng)的每一階段期間不超過(guò) 5%。
此外，本發(fā)明涉及一種DC/DC轉(zhuǎn)換器，其具有高頻變壓器，經(jīng)由具有脈沖開(kāi)關(guān)的逆變器電橋從輸入側(cè)DC鏈路向所述高頻變壓器的初級(jí)繞組供應(yīng)電流，采用所述高頻變壓器的次級(jí)繞組經(jīng)由整流器電橋?qū)敵鰝?cè)DC鏈路進(jìn)行充電，所述轉(zhuǎn)換器還具有用于對(duì)所述逆變器電橋的所述開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作的控制器，所述控制器在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器的起動(dòng)期間對(duì)所述逆變器電橋的所述開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作，從而對(duì)所述輸出側(cè)DC鏈路加載，對(duì)所述開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作采用如下方式偏離所述開(kāi)關(guān)的正常運(yùn)行，從而限制在所述起動(dòng)期間在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器中流動(dòng)的電流，其中，所述控制器在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器的起動(dòng)期間以在所述起動(dòng)的有限數(shù)量的階段的每者當(dāng)中固定的脈沖寬度對(duì)所述逆變器電橋的所述開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作，所述脈沖寬度在所述起動(dòng)的每一階段期間不超過(guò)5%。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在研究了下述附圖和詳細(xì)說(shuō)明后，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。這里，旨在使所有這樣的額外的特征和優(yōu)點(diǎn)都包含在權(quán)利要求界定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。


參考以下附圖可以更好地理解本發(fā)明。在附圖中，這幾幅圖始終以類(lèi)似的附圖標(biāo)記表示對(duì)應(yīng)的部分。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的具有高頻變壓器的DC/DC轉(zhuǎn)換器的基本設(shè)計(jì)。
圖2簡(jiǎn)略示出了根據(jù)本發(fā)明如何對(duì)圖1所示的DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)DC鏈路遞增(incrementally)充電。
具體實(shí)施方式
在本發(fā)明中，以固定的脈沖寬度或者5%或更低的占空比對(duì)逆變器電橋的開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作，從而對(duì)所述DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)DC鏈路進(jìn)行充電。如果DC/DC轉(zhuǎn)換器的起動(dòng)包括不只一個(gè)分立的階段，那么可以使這一脈沖寬度僅在所述起動(dòng)的分立的階段之間遞增。 本發(fā)明選擇降低所述脈沖寬度，而不是增大在起動(dòng)序列內(nèi)對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作的頻率。然而，用于將電流調(diào)整到特定值的普通脈沖寬度調(diào)制并不是這一過(guò)程的部分，因?yàn)樵谄饎?dòng)期間占主導(dǎo)的特殊情況下，這樣的普通脈沖寬度調(diào)制即使不是根本不可實(shí)現(xiàn)的，也將是極為復(fù)雜的。 相反，將采用通過(guò)經(jīng)驗(yàn)確定的脈沖寬度，盡管在所述高頻變壓器的初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)之間存在高電壓差，其仍然允許在起動(dòng)期間有效地限制電流。盡管可以在起動(dòng)期間增大所述脈沖寬度，即，在所述起動(dòng)的階段間增大所述脈沖寬度，但是其既不是以連續(xù)的方式也不是以準(zhǔn)連續(xù)的方式發(fā)生的，而是從一個(gè)固定的脈沖寬度遞增增大到下一更高的固定脈沖寬度。考慮到具有高頻變壓器的DC/DC轉(zhuǎn)換器的逆變器電橋的開(kāi)關(guān)通常是針對(duì)大約50%的脈沖寬度優(yōu)化的，因而本發(fā)明不管是在理論上還是在實(shí)踐當(dāng)中均能夠使起動(dòng)期間流動(dòng)的電流下降這一點(diǎn)相當(dāng)令人意外。這一點(diǎn)尤其適用于本發(fā)明的用于對(duì)逆變器電橋開(kāi)關(guān)定時(shí)的固定脈沖寬度在起動(dòng)的任何階段期間都不超過(guò)2%優(yōu)選實(shí)施例。這樣的非常小的脈沖寬度可能是在初級(jí)側(cè)的電流具有非常小的衰減的情況下保持預(yù)期的最大電流所必需的。
可以在起動(dòng)的兩個(gè)或更多的階段上，尤其是在兩個(gè)到四個(gè)階段上增大所述脈沖寬度，其中，典型的階段間脈沖寬度或占空比增大為前一階段中較短脈沖寬度的50%到 100%。但是，本發(fā)明不包括固定方案，即固定百分比來(lái)實(shí)施每一步驟之間的脈沖寬度的增大。相反，優(yōu)選從多個(gè)在用來(lái)操作逆變器電橋的開(kāi)關(guān)時(shí)不會(huì)導(dǎo)致干擾(例如，諧振效應(yīng))的脈沖寬度中選擇每一脈沖寬度。
如果在起動(dòng)的階段間增大脈沖寬度，那么有可能在輸入側(cè)DC鏈路的DC電壓和輸出側(cè)DC鏈路的被轉(zhuǎn)換至輸入側(cè)DC鏈路的DC電壓之間的差降至預(yù)定閾值以下時(shí)使脈沖寬度增大到下一個(gè)更高的值。輸出側(cè)DC鏈路的DC電壓向輸入側(cè)DC鏈路的轉(zhuǎn)換考慮了高頻變壓器的變壓比。僅在特定的時(shí)刻上檢查所述DC電壓差是否降到了這一閾值以下就足夠了。此外，如果所述DC電壓差在給定的時(shí)間段內(nèi)沒(méi)有按照預(yù)期下降，那么可以終止所述起動(dòng)序列，并且可以生成錯(cuò)誤消息。
優(yōu)選地，可以在起動(dòng)期間，按照與正常DC/DC轉(zhuǎn)換器運(yùn)行中采用的頻率完全相同的頻率操作逆變器電橋的開(kāi)關(guān)。這基本上意味著所述逆變器電橋的開(kāi)關(guān)的操作只需一個(gè)具有固定的時(shí)鐘信號(hào)頻率的時(shí)鐘信號(hào)輸出。通常，這一頻率處于16到96kHz的范圍內(nèi)，例如， 其可以為48kHz。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，在對(duì)DC/DC轉(zhuǎn)換器起動(dòng)之后，還按照正常運(yùn)行中的固定預(yù)置脈沖寬度(例如，從至少40%到幾乎50% )操作逆變器電橋的開(kāi)關(guān)。
如果在DC/DC轉(zhuǎn)換器的起動(dòng)的階段間使脈沖寬度遞增增大，而不是使其在整個(gè)起動(dòng)期間只固定在一個(gè)值上，那么這一過(guò)程將總是以最小的脈沖寬度開(kāi)始，而不管所述高頻變壓器的次級(jí)側(cè)是已經(jīng)沖完電，部分充電，還是根本尚未充電?？偸且宰钚〉拿}沖寬度開(kāi)始避免了過(guò)高的電流，即使在最初的使用于對(duì)高頻變壓器的初級(jí)側(cè)的電壓進(jìn)行分壓的分壓電容器上的電壓對(duì)稱(chēng)的期間亦如此。
在基于本發(fā)明的DC/DC轉(zhuǎn)換器中，通過(guò)用于對(duì)逆變器電橋的開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作的控制器實(shí)施所述新的方法。為了執(zhí)行這一任務(wù)，所述控制器或控制單元將優(yōu)選考慮輸入側(cè)DC鏈路的DC電壓與輸出側(cè)DC鏈路的被轉(zhuǎn)換至輸入側(cè)DC鏈路的輸出電壓之間的差。
所述高頻變壓器的初級(jí)側(cè)優(yōu)選是具有諧振頻率的諧振電路的部分。以比起動(dòng)期間以及正常DC/DC轉(zhuǎn)換器操作期間的這一諧振頻率都低的頻率(例如，在比其低大約25%的頻率上)操作所述逆變器電橋的開(kāi)關(guān)。如果所述逆變器電橋是具有兩個(gè)互補(bǔ)定時(shí)的開(kāi)關(guān)的半橋，那么也這種方案也是優(yōu)選的，其中，通過(guò)包括兩個(gè)作為所述諧振電路的一部分的電容器的并聯(lián)半橋使所述電流換向。
現(xiàn)在將更加詳細(xì)地參考附圖，圖1示出了具有高頻變壓器2的DC/DC轉(zhuǎn)換器1，所述高頻變壓器2包括初級(jí)繞組3和次級(jí)繞組4。在其一端，經(jīng)由兩個(gè)交替閉合的開(kāi)關(guān)Vl和 V2從輸入側(cè)DC鏈路5向初級(jí)繞組3供應(yīng)具有交變流向的電流，其中，所述開(kāi)關(guān)中的每者具有并聯(lián)的續(xù)流二極管6。所述開(kāi)關(guān)Vl和V2形成了逆變器半橋7。使另一半橋8并聯(lián)連接到逆變器半橋7上，所述半橋8包括兩個(gè)電容器9，所述兩個(gè)電容器的中心點(diǎn)被連接至初級(jí)繞組3的另一端。電容器9與布置于電橋7的中心點(diǎn)和初級(jí)繞組3之間的電感器10結(jié)合使用，以建立具有諧振頻率的諧振電路，所述開(kāi)關(guān)Vl和V2以低一些的頻率交替閉合。所述 DC鏈路5還具有緩沖電容器11。這一電容器在開(kāi)關(guān)Vl和V2中的相應(yīng)的一個(gè)斷開(kāi)，并相應(yīng)地從所述鏈路不連續(xù)地汲取電荷的時(shí)間段內(nèi)對(duì)存在于所述DC鏈路的輸入線12和13之間的輸入電壓Ue緩沖。將所述高頻變壓器2的次級(jí)繞組4連接至由二極管14構(gòu)成的整流器電橋15，所述整流器電橋15的作用在于將包括緩沖電容器17的輸出側(cè)DC鏈路16充電至處于輸出線18和19之間的輸出電壓UA。
在第一次將輸入電壓Ue施加到輸入線12和13上時(shí)，對(duì)緩沖電容器11和電容器9 進(jìn)行充電，因而也對(duì)DC鏈路5進(jìn)行充電，而仍然未對(duì)緩沖電容器17進(jìn)行充電，因而也仍然未對(duì)DC鏈路16進(jìn)行充電。只有在第一次使開(kāi)關(guān)Vl和V2交替閉合時(shí)，才對(duì)DC鏈路16進(jìn)行充電。然而，如果以作為接下來(lái)的DC/DC轉(zhuǎn)換器1的正常運(yùn)行的典型值的50%的脈沖寬度和大約具有包括初級(jí)繞組3的諧振電路的諧振頻率的幅度的頻率直接操作開(kāi)關(guān)Vl和V2，那么所述電流將僅受所述諧振電路部件的漏電感和內(nèi)阻限制。由于為了使DC/DC轉(zhuǎn)換器在正常運(yùn)行中具有高效率而使這些漏電感和內(nèi)阻降至了最低，因而所產(chǎn)生的電流可能變得很大，從而導(dǎo)致開(kāi)關(guān)Vl和V2的熱損壞，在這一實(shí)施例中，所述開(kāi)關(guān)為半導(dǎo)體部件。這一風(fēng)險(xiǎn)隨著輸入側(cè)DC鏈路5和輸出側(cè)DC鏈路16之間的電壓差(即，輸入電壓Ue和輸出電壓Ua 之間的差)的增大而增大。為了解決這一問(wèn)題，在DC/DC轉(zhuǎn)換器起動(dòng)期間(S卩，在DC鏈路尚未完全充電的同時(shí)開(kāi)始DC/DC轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行時(shí))，顯著降低脈沖寬度，即開(kāi)關(guān)Vl和V2交替閉合的時(shí)段，其又被稱(chēng)為開(kāi)關(guān)Vl和V2的占空比。通過(guò)這種方式，即使在起動(dòng)以及接下來(lái)的DC/DC轉(zhuǎn)換器1的正常運(yùn)行期間均以相同的頻率對(duì)所述開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作，也能夠使流經(jīng)開(kāi)關(guān)Vl和V2的電流限制到可接受的水平。利用這些受到限制的電流，能夠?qū)敵鰝?cè)DC鏈路 16進(jìn)行充電，直到次級(jí)繞組4處的反電壓增大到能夠?qū)崿F(xiàn)正常的DC/DC轉(zhuǎn)換器運(yùn)行的值為止。在這一起動(dòng)當(dāng)中，按照固定的預(yù)定脈沖寬度操作開(kāi)關(guān)Vl和V2，當(dāng)DC鏈路5和DC鏈路 16之間的電壓差(即，輸入電壓Ue和輸出電壓隊(duì)之間的差)在指定的采樣點(diǎn)上降至某一閾值以下時(shí)，使所述脈沖寬度遞增增大。在為所述電壓差指定閾值時(shí)，必須考慮初級(jí)繞組3 和次級(jí)繞組4之間的繞組比率，即所得到的高頻變壓器2的變壓比。在本范例中，這一比率為7 5，其意味著在正常的DC/DC轉(zhuǎn)換器運(yùn)行中，將700V的輸入電壓Ue降為500V的輸出電壓Uao然而，DC/DC轉(zhuǎn)換器的主要任務(wù)在于以盡可能小的線圈形式和最低的損耗在DC鏈路5和DC鏈路16之間提供電(galvanic)隔離。不僅出于限制流經(jīng)開(kāi)關(guān)Vl和V2的電流的目的對(duì)在起動(dòng)序列的各個(gè)階段期間用于對(duì)交替閉合的開(kāi)關(guān)Vl和V2進(jìn)行操作的各個(gè)脈沖寬度進(jìn)行選擇，還出于避免在DC/DC轉(zhuǎn)換器或周?chē)娮迎h(huán)境中引起容易在采用非常短的高功率脈沖時(shí)發(fā)生的干擾的目的對(duì)其加以選擇。此外，在DC/DC轉(zhuǎn)換器起動(dòng)期間，對(duì)開(kāi)關(guān)Vl 和V2的操作過(guò)程總是以最小的脈沖寬度開(kāi)始，因?yàn)橹灰獩](méi)有從DC鏈路5汲取電流，那么由于部件容差的原因，將無(wú)法保證兩個(gè)電容器9的預(yù)定的對(duì)輸入電壓Ue進(jìn)行相等地分配的功能。如果電容器9未能對(duì)所述電壓均等分配，并且如果這時(shí)使開(kāi)關(guān)Vl和V2交替閉合，那么所產(chǎn)生的電壓的不對(duì)稱(chēng)性將導(dǎo)致開(kāi)關(guān)Vl和V2上的“失衡”電流負(fù)載。這意味著，所述開(kāi)關(guān)之一可能最初必須傳導(dǎo)可達(dá)開(kāi)關(guān)周期的平均電流的兩倍的電流，直到電容器9的電壓變得對(duì)稱(chēng)，并且在開(kāi)關(guān)Vl和V2兩者上均等地分配電流為止。這一效應(yīng)甚至?xí)l(fā)生在輸出電壓隊(duì)大于零的情況下，這將意味著隊(duì)和隊(duì)之間的電壓差表明所述起動(dòng)序列可能實(shí)際上是以所述起動(dòng)的第二步，即以更長(zhǎng)的脈沖寬度開(kāi)始的。因此，所述流程應(yīng)當(dāng)總是以獨(dú)立于輸出側(cè)DC 鏈路16的初始充電狀態(tài)的最小脈沖寬度開(kāi)始對(duì)開(kāi)關(guān)Vl和V2進(jìn)行操作。
圖2示出了如何在DC/DC轉(zhuǎn)換器1的起動(dòng)期間對(duì)DC鏈路16進(jìn)行分階段充電。右側(cè)給出了所取得的輸出電壓Ua，在括號(hào)中額外給出了基于DC/DC轉(zhuǎn)換器的7 5的變壓比轉(zhuǎn)換至輸入側(cè)DC/DC鏈路輸出電壓。在最上方示出了輸入電壓UE。簡(jiǎn)要描繪了隨著時(shí)間的推移所述起動(dòng)序列的各個(gè)階段。在左側(cè)以百分比示出了在從階段21到階段23的期間用于對(duì)圖1的開(kāi)關(guān)Vl和V2進(jìn)行操作的脈沖寬度。在第一階段21內(nèi)，所述脈沖寬度或占空比為1.4%，S卩，所述開(kāi)關(guān)Vl和V2在每一工作周期的1.4%內(nèi)交替閉合。這一階段通常占據(jù) 500ms，如果在這500ms之后Ue-(7/5*Ua) > 340V的條件不再成立，即，如果所述輸入電壓和經(jīng)轉(zhuǎn)換的輸出電壓之間的電壓差降至了 340V或更低，那么這一階段終止。如果情況不是這樣，那么使階段21再延長(zhǎng)500ms。如果所述電壓差在2秒之后仍然大于340V，那么將終止起動(dòng)序列，并發(fā)出錯(cuò)誤消息。在下一階段22中，使脈沖寬度通過(guò)一個(gè)遞增增大到2.5%，即，增大大約前一脈沖寬度的80%。這一階段通常占據(jù)200ms，當(dāng)在200ms之后發(fā)出的查詢(xún)表明條件Ue- (7/5*Ua) > 200V不再有效時(shí)，即，所述電壓差降至了 200V或更低時(shí)，這一階段終止。在第三階段23內(nèi)，通過(guò)一個(gè)遞增使所述脈沖寬度增大到4%，S卩，增大前一脈沖寬度的 60%。這一階段一直持續(xù)到條件Ue= (7/5*Ua)適用為止，即，直到在考慮了所述DC/DC轉(zhuǎn)換器的變壓比的情況下所述電壓差降為零為止。此后，DC/DC轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)切換至正常運(yùn)行， 在正常運(yùn)行當(dāng)中，以42%的脈沖寬度對(duì)開(kāi)關(guān)Vl和V2每者進(jìn)行操作。由于其僅在對(duì)圖1的輸出側(cè)DC鏈路16進(jìn)行滿充電之后發(fā)生，因而將有效地避免經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)Vl和V2產(chǎn)生過(guò)高的電流。如果圖1所示的諧振電路20的衰減是非常小的，那么在圖2中針對(duì)步驟21到23中的脈沖寬度指定的值可能過(guò)高，足以限制在DC/DC轉(zhuǎn)換器1的起動(dòng)期間經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)Vl和V2 的電流。在這種情況下，必須將脈沖寬度降至(例如)0.5%到2%的范圍內(nèi)。令人意外的是，即使是就半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)而言，尤其是就MOSFET而言，這一點(diǎn)也是可能的，即使所述開(kāi)關(guān)是針對(duì)用于DC/DC轉(zhuǎn)換器的正常運(yùn)行的接近50%的脈沖寬度優(yōu)化的。其原因是MOSFET半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)在存在高電流的情況下非常快速的切換的能力，這暗含著能夠在起動(dòng)的狀態(tài)下使所述開(kāi)關(guān)安全地截止。
在基本上不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例做出很多變化和修改。這里，旨在使所有這樣的修改和變化都包含在權(quán)利要求界定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種DC/DC轉(zhuǎn)換器⑴的起動(dòng)方法，所述轉(zhuǎn)換器⑴具有高頻變壓器O)，經(jīng)由具有脈沖開(kāi)關(guān)(VI，V2)的逆變器電橋(7)從輸入側(cè)DC鏈路(5)向所述高頻變壓器(2)的初級(jí)繞組C3)供應(yīng)電流，采用所述高頻變壓器( 的次級(jí)繞組(4)經(jīng)由整流器電橋(1 對(duì)輸出側(cè)DC鏈路(16)進(jìn)行充電，所述方法包括在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)的起動(dòng)期間對(duì)所述逆變器電橋⑵的開(kāi)關(guān)(V1，V2)進(jìn)行操作，從而對(duì)所述輸出側(cè)DC鏈路(16)加載的步驟，對(duì)所述開(kāi)關(guān)(VI，V2)進(jìn)行操作采用如下方式偏離所述開(kāi)關(guān)(VI，V2)的正常運(yùn)行(M)，從而限制在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)的起動(dòng)期間在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)中流動(dòng)的電流，其中，在所述 DC/DC轉(zhuǎn)換器⑴的起動(dòng)期間對(duì)所述逆變器電橋(7)的所述開(kāi)關(guān)(V1，V2)進(jìn)行操作的步驟中，以在所述起動(dòng)的有限數(shù)量的階段的每者當(dāng)中固定的脈沖寬度對(duì)所述開(kāi)關(guān)(VI，V2)進(jìn)行操作，所述脈沖寬度在所述起動(dòng)的每一階段期間不超過(guò)5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)的起動(dòng)期間對(duì)所述逆變器電橋⑵的所述開(kāi)關(guān)(VI，V2)進(jìn)行操作的所述步驟中，用以對(duì)所述開(kāi)關(guān)(VI，V2)進(jìn)行操作的脈沖寬度在所述起動(dòng)的每一階段當(dāng)中均不超過(guò)2%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)的起動(dòng)期間對(duì)所述逆變器電橋⑵的所述開(kāi)關(guān)(VI，V2)進(jìn)行操作的所述步驟中，使用以對(duì)所述開(kāi)關(guān)(VI，V2) 進(jìn)行操作的脈沖寬度在所述起動(dòng)的階段之間增大。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)的起動(dòng)期間對(duì)所述逆變器電橋(7)的所述開(kāi)關(guān)(VI，V2)進(jìn)行操作的所述步驟中，階段間的脈沖寬度的增大為所述起動(dòng)的先前階段的脈沖寬度的50%到100%。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)的起動(dòng)期間對(duì)所述逆變器電橋(7)的所述開(kāi)關(guān)(VI，V2)進(jìn)行操作的所述步驟中，從使所述DC/DC轉(zhuǎn)換器用以在不受干擾的情況下工作的脈沖寬度的值中選擇在所述起動(dòng)的每一階段期間對(duì)所述開(kāi)關(guān)(VI，V2)進(jìn)行操作的脈沖寬度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)的起動(dòng)期間對(duì)所述逆變器電橋(7)的所述開(kāi)關(guān)(VI，V2)進(jìn)行操作的所述步驟中，從有限數(shù)量的使所述DC/DC轉(zhuǎn)換器用以在不受干擾的情況下工作的脈沖寬度的值構(gòu)成的列表中選擇在所述起動(dòng)的每一階段期間對(duì)所述開(kāi)關(guān)(VI，V2)進(jìn)行操作的脈沖寬度。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)的起動(dòng)期間對(duì)所述逆變器電橋(7)的所述開(kāi)關(guān)(VI，V2)進(jìn)行操作的所述步驟中，其上用以對(duì)所述開(kāi)關(guān) (VI，V2)進(jìn)行操作的脈沖寬度增大的階段的數(shù)量選自?xún)蓚€(gè)、三個(gè)和四個(gè)階段。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，當(dāng)所述輸入側(cè)DC鏈路( 的DC電壓與所述輸出側(cè)DC鏈路(16)的被轉(zhuǎn)換至所述輸入側(cè)DC鏈路(5)的DC電壓之間的差保持為預(yù)定閾值或者降至預(yù)定閾值以下時(shí)，在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)的起動(dòng)期間對(duì)所述逆變器電橋(7)的所述開(kāi)關(guān)(VI，V2)進(jìn)行操作的步驟進(jìn)行至下一階段。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)的起動(dòng)期間對(duì)所述逆變器電橋(7)的所述開(kāi)關(guān)(V1，V2)進(jìn)行操作的所述步驟中，按照與正常運(yùn)行04) 中相同的頻率對(duì)所述逆變器電橋(7)的所述開(kāi)關(guān)(VI，V2)進(jìn)行操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，以選自16到96kHz的范圍的固定頻率對(duì)所述逆變器電橋(7)的所述開(kāi)關(guān)(VI，V2)進(jìn)行操作。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在正常運(yùn)行04)下用以對(duì)所述逆變器電橋(7)的所述開(kāi)關(guān)(VI，V2)進(jìn)行操作的脈沖寬度是固定的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在正常運(yùn)行下對(duì)所述逆變器電橋(7)的所述開(kāi)關(guān)(VI，V2)進(jìn)行操作的脈沖寬度選自40%到< 50%的范圍。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)的起動(dòng)期間對(duì)所述逆變器電橋(7)的所述開(kāi)關(guān)(VI，V2)進(jìn)行操作的所述步驟的第一階段中，總是以相同的最短脈沖寬度對(duì)所述逆變器電橋(7)的所述開(kāi)關(guān)(VI，V2)進(jìn)行操作，所述的最短的脈沖寬度獨(dú)立于所述輸入側(cè)DC鏈路( 的DC電壓和所述輸出側(cè)DC鏈路(16)的被轉(zhuǎn)換至所述輸入側(cè)DC鏈路(5)的DC電壓之間的實(shí)際差。
14.一種DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)，其具有高頻變壓器O)，經(jīng)由具有脈沖開(kāi)關(guān)(V1，V2)的逆變器電橋(7)從輸入側(cè)DC鏈路(5)向所述高頻變壓器O)的初級(jí)繞組C3)供應(yīng)電流，采用所述高頻變壓器⑵的次級(jí)繞組⑷經(jīng)由整流器電橋(15)對(duì)輸出側(cè)DC鏈路(16)進(jìn)行充電， 所述轉(zhuǎn)換器還具有用于對(duì)所述逆變器電橋(7)的所述開(kāi)關(guān)(VI，V2)進(jìn)行操作的控制器，所述控制器在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)的起動(dòng)期間對(duì)所述逆變器電橋(7)的所述開(kāi)關(guān)(V1，V2) 進(jìn)行操作，從而對(duì)所述輸出側(cè)DC鏈路(16)加載，對(duì)所述開(kāi)關(guān)(V1，M)進(jìn)行操作采用如下方式偏離所述開(kāi)關(guān)(VI，V2)的正常運(yùn)行(M)，從而限制在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)的起動(dòng)期間在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)中流動(dòng)的電流，其中，所述控制器在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)的起動(dòng)期間以在所述起動(dòng)的有限數(shù)量的階段的每者當(dāng)中固定的脈沖寬度對(duì)所述逆變器電橋(7) 的所述開(kāi)關(guān)(VI，進(jìn)行操作，所述脈沖寬度在所述起動(dòng)的每一階段期間不超過(guò)5%。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)，其中，所述控制器監(jiān)測(cè)所述輸入側(cè)DC 鏈路(5)的DC電壓和所述輸出側(cè)DC鏈路(16)的DC電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)，其中，所述高頻變壓器O)的初級(jí)側(cè)是諧振電路00)的部分。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)，其中，所述逆變器電橋是具有以相位偏移η進(jìn)行操作的兩個(gè)開(kāi)關(guān)Vl和V2的半橋，并且其中，通過(guò)由兩個(gè)電容器(9)構(gòu)成的并聯(lián)電橋(8)使電流換向。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)，其中，在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1) 的起動(dòng)期間以及在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)的正常運(yùn)行04)中均以相同的頻率對(duì)所述開(kāi)關(guān) (VI, V2)進(jìn)行操作。
全文摘要
一種具有高頻變壓器(2)的DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)，經(jīng)由具有脈沖開(kāi)關(guān)(V1，V2)的逆變器電橋(7)從輸入側(cè)DC鏈路(5)向所述高頻變壓器的初級(jí)繞組(3)供應(yīng)電流，采用所述高頻變壓器的次級(jí)繞組(4)經(jīng)由整流器電橋(15)對(duì)所述輸出側(cè)DC鏈路(16)進(jìn)行充電，在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器的起動(dòng)期間，對(duì)所述逆變器電橋(7)的所述開(kāi)關(guān)(V1，V2)進(jìn)行操作，從而對(duì)所述輸出側(cè)DC鏈路(16)加載，對(duì)所述開(kāi)關(guān)(V1，V2)進(jìn)行操作采用如下方式偏離所述開(kāi)關(guān)(V1，V2)的正常運(yùn)行(24)，從而限制在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)的起動(dòng)期間在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)中流動(dòng)的電流。具體而言，在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)的起動(dòng)期間以在所述起動(dòng)的有限數(shù)量的階段中的每一階段期間固定的脈沖寬度對(duì)所述逆變器電橋(7)的所述開(kāi)關(guān)(V1，V2)進(jìn)行操作，所述脈沖寬度在所述起動(dòng)的每一階段期間均不超過(guò)5％。
文檔編號(hào)H02M3/335GK102498650SQ201080042021
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月21日
發(fā)明者C·澤爾, L·貝特克 申請(qǐng)人:艾思瑪太陽(yáng)能技術(shù)股份公司