-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Multiphasen-Gleichspannungswandler und ein Verfahren zum Betreiben eines Multiphasen-Gleichspannungswandlers.
-
Stand der Technik
-
Gleichspannungswandler, auch DC/DC-Wandler genannt, sind bekannt. Solche Gleichspannungswandler konvertieren eine am Eingang des Wandlers anliegende Gleichspannung in eine weitere Gleichspannung und stellen diese am Ausgang des Gleichspannungswandlers bereit. Zur Steigerung der Leistungsfähigkeit ist es dabei möglich, mehrere solcher Gleichspannungswandler in einem sogenannten Multiphasen-Gleichspannungswandler parallel zu schalten.
-
Die Patentanmeldung
WO 2007/060506 A2 offenbart einen mehrphasigen Gleichspannungswandler, bei der die einzelnen Wandler mit einer vorbestimmten Phasenverschiebung angesteuert werden.
-
In Multiphasen-Gleichspannungswandlern werden häufig Gleichspannungswandler für einen 2-Quadranten-Betrieb verwendet, die aus Gründen der Kosten- und Bauraumoptimierung oft eine Halbbrücken-Topologie aufweisen. Eine solche Halbbrücken-Topologie ist beispielsweise in 1 dargestellt. Der 2-Quadranten-Betrieb beschreibt dabei einen Betrieb als Hochsetzsteller, bei dem die Eingangsspannung U1 kleiner ist als die Ausgangsspannung U2. Ein Drosselstrom durch die Drossel des Gleichspannungswandlers kann dabei bidirektional fließen. Um dies zu ermöglichen, müssen die beiden Schalter S1 und S2 entsprechend der jeweiligen Betriebssituation angesteuert werden. Erfolgt der Betrieb eines Gleichspannungswandlers dabei nicht als Synchronwandler, bei dem die beiden Schalter S1 und S2 komplementär getaktet werden, so sind dabei die folgenden vier Betriebsmodi möglich:
- – Boost-CCM: Continuous Conduction Mode mit einem Stromfluss von U1 nach U2 bei nicht-lückendem Drosselstrom;
- – Boost-DCM: Discontinuous Conduction Mode mit einem Stromfluss von U1 nach U2 bei lückendem Drosselstrom;
- – Buck-DCM: Stromfluss von U2 nach U1 bei lückendem Drosselstrom; und
- – Buck-CCM mit einem Stromfluss von U2 nach U1 bei nicht-lückendem Drosselstrom.
-
Jeder dieser Betriebsmodi benötigt eine spezielle Ansteuerung und Regelung. Bei einem Wechsel zwischen den einzelnen Betriebsmodi müssen Ansteuerung und Regelung angepasst werden.
-
Werden zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit in einem Multiphasen-Gleichspannungswandler mehrere Gleichspannungswandler parallel geschaltet, wird der Gesamtstrom, den dieser Multiphasen-Gleichspannungswandler führt, in der Regel möglichst gleichmäßig auf die einzelnen Wandlerphasen verteilt. Bei einem Übergang von einem Betriebsmodus zu einem weiteren müssen dabei in allen Gleichspannungswandlern die Regelparameter gleichzeitig angepasst werden.
-
Es besteht daher ein Bedarf nach einem Multiphasen-Gleichspannungswandler und ein Verfahren zum Betreiben eines Multiphasen-Gleichspannungswandlers mit einer verbesserten Ansteuerung bei dem Wechsel eines Betriebsmodus. Ferner besteht ein Bedarf nach einem Multiphasen-Gleichspannungswandler, der einen sicheren und stabilen Betrieb über mehrere Betriebsmodi hinweg ermöglicht.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Aspekt einen Multiphasen-Gleichspannungswandler mit einem ersten Gleichspannungswandler, der dazu ausgelegt ist, eine an einem Eingang des Multiphasen-Gleichspannungswandlers anliegende erste Gleichspannung in eine zweite Gleichspannung zu konvertieren und an einem Ausgang des Multiphasen-Gleichspannungswandlers bereitzustellen; einem zweiten Gleichspannungswandler, der dazu ausgelegt ist, die an dem Eingang des Multiphasen-Gleichspannungswandlers anliegende erste Gleichspannung in die zweite Gleichspannung zu konvertieren und an dem Ausgang des Multiphasen-Gleichspannungswandlers bereitzustellen; und einer Steuervorrichtung, die dazu ausgelegt ist, den ersten Gleichspannungswandler basierend auf einem ersten Sollwert für einen ersten Phasenstrom anzusteuern und den zweiten Gleichspannungswandler basierend auf einem zweiten Sollwert für einen zweiten Phasenstrom anzusteuern, wobei der erste Sollwert für den ersten Phasenstrom und der zweite Sollwert für den zweiten Phasenstrom verschieden sind, wenn der Betrag der Summe des ersten Sollwerts und des zweiten Sollwerts einen vorbestimmten Schwellwert erreicht.
-
Die vorliegende Erfindung schafft ferner gemäß einem weiteren Aspekt ein Verfahren zum Betreiben eines Multiphasen-Gleichspannungswandlers mit den Schritten des Bereitstellens eines ersten Gleichspannungswandlers; des Bereitstellens eines zweiten Gleichspannungswandlers; des Ansteuerns des ersten Gleichspannungswandlers basierend auf einem ersten Sollwert für einen ersten Phasenstrom und des Konvertierens einer an einem Eingang des Multiphasen-Gleichspannungswandlers anliegenden ersten Gleichspannung in eine zweite Gleichspannung durch den ersten Gleichspannungswandler; des Ansteuerns des zweiten Gleichspannungswandlers basierend auf einem zweiten Sollwert für einen zweiten Phasenstrom und des Konvertierens der an dem Eingang des Multiphasen-Gleichspannungswandlers anliegenden ersten Gleichspannung in die zweite Gleichspannung durch den zweiten Gleichspannungswandler; und des Bereitstellens der konvertierten zweiten Gleichspannung an einem Ausgang des Multiphasen-Gleichspannungswandlers, wobei der erste Sollwert für den ersten Phasenstrom und der zweite Sollwert für den zweiten Phasenstrom verschieden sind, wenn der Betrag der Summe des ersten Sollwerts und des zweiten Sollwerts einen vorbestimmten Schwellwert erreicht.
-
Vorteile der Erfindung
-
Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, den Gesamtstrom eines Multiphasen-Gleichspannungswandlers so auf die einzelnen Phasen der einzelnen Gleichspannungswandler zu verteilen, dass eine minimale Anzahl von Wandlerphasen gleichzeitig den Betriebsmodus wechseln muss. Hierzu wird gezielt der Phasenstrom in den einzelnen Gleichspannungswandlern innerhalb eines Multiphasen-Gleichspannungswandlers so verändert, dass bei einem Übergang zwischen zwei Betriebsmodi keine, oder nur eine minimale Performanceeinbuße entsteht. Dies wird erreicht, indem bei einem Modusübergang die einzelnen Gleichspannungswandler mit unterschiedlichen Phasenströmen angesteuert werden, wodurch stets nur eine minimale Anzahl von Gleichspannungswandlern gleichzeitig den Betriebsmodus wechseln, so dass die restlichen Gleichspannungswandler mit voller Performance weiterarbeiten können. Hierdurch wird der negative Einfluss des Wechsels eines Betriebsmodus in einem Gleichspannungswandler auf den gesamten Multiphasen-Gleichspannungswandler minimiert. Der Wechsel des Betriebsmodus umfasst dabei sowohl einen Wechsel zwischen Boost-Modus und Buck-Modus, als auch Wechsel zwischen CCM und DCM im Boost-Modus bzw. Buck-Modus.
-
Auf diese Weise kann die Dynamik einer Stromregelung beim Übergang zwischen zwei Betriebsmodi innerhalb des Multiphasen-Gleichspannungswandlers aufrechterhalten werden. Darüber hinaus wird auch die Spannungsregelung hinsichtlich Spannungskonstanz beim Übergang zwischen zwei Betriebsmodi verbessert.
-
Gemäß einer Ausführungsform sind der erste Sollwert für den ersten Phasenstrom des ersten Gleichspannungswandlers und der zweite Sollwert für den zweiten Phasenstrom des zweiten Gleichspannungswandlers gleich, wenn der Betrag der Summe des ersten Sollwerts und des zweiten Sollwerts einen vorbestimmten Schwellwert nicht erreicht. Hierdurch wird bei einem Betrieb des Multiphasen-Gleichspannungswandlers außerhalb des Bereichs nahe einem Betriebsmodus-Wechsel der Phasenstrom auf alle Phasen des Multiphasen-Gleichspannungswandlers gleichmäßig verteilt, so dass alle Gleichspannungswandler gleich stark belastet werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform sind der erste Gleichspannungswandler und der zweite Gleichspannungswandler dazu ausgelegt, in einem 2-Quadranten-Betrieb betrieben zu werden. Dieser 2-Quadranten-Betrieb beschreibt Betrieb als Hochsetzsteller, bei dem die Eingangsspannung des Multiphasen-Gleichspannungswandlers kleiner ist als die Ausgangsspannung. Darüber hinaus sind auch Spannungswandler mit einer anderen Topologie möglich. Beispielsweise sind auch Gleichspannungswandler als Tiefsetzsteller oder auch als kombinierter Hoch-/Tiefsetzsteller möglich.
-
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Multiphasen-Gleichspannungswandler einen ersten Stromsensor, der dazu ausgelegt ist, einen ersten Phasenstrom in dem ersten Gleichspannungswandler zu erfassen; und einen zweiten Stromsensor, der dazu ausgelegt ist, einen zweiten Phasenstrom in dem zweiten Gleichspannungswandler zu erfassen, wobei die Steuervorrichtung ferner dazu ausgelegt ist, den ersten Gleichspannungswandler und den zweiten Gleichspannungswandler basierend auf den erfassten Phasenströmen anzusteuern. Durch diese Berücksichtigung der tatsächlichen Ist-Ströme in den einzelnen Gleichspannungswandlern kann die Steuervorrichtung den Multiphasen-Gleichspannungswandler besonders effizient ansteuern.
-
Gemäß einer Ausführungsform umfasst jeder Gleichspannungswandler des Multiphasen-Gleichspannungswandlers jeweils mindestens eine Induktivität und zwei Halbleiterschalter. Auf diese Weise können die einzelnen Gleichspannungswandler beispielsweise mit einer Halbbrücken-Topologie aufgebaut werden. Dies ermöglicht eine besonders kosten- und bauraumoptimierte Umsetzung der Gleichspannungswandler.
-
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Multiphasen-Gleichspannungswandler mindestens einen weiteren Gleichspannungswandler, der dazu ausgelegt ist, die an dem Eingang des Multiphasen-Gleichspannungswandlers anliegende erste Gleichspannung in die zweite Gleichspannung zu konvertieren und an dem Ausgang des Multiphasen-Gleichspannungswandlers bereitzustellen, wobei die Steuervorrichtung dazu ausgelegt ist, jeden der weiteren Gleichspannungswandlers basierend auf einem weiteren Sollwert für einen Phasenstrom anzusteuern. Durch den Einsatz von mehr als zwei Gleichspannungswandlern in einem Multiphasen-Gleichspannungswandler kann die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems weiter gesteigert werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform sind alle Sollwerte für die Phasenströme verschieden, wenn der Betrag der Summe aller Sollwerte für die Phasenströme einen vorbestimmten Schwellwert erreicht. Auf diese Weise wird stets gewährleistet, dass nur eine minimale Anzahl von Gleichspannungswandlern gleichzeitig den Wechsel eines Betriebsmodus durchläuft, während die anderen Gleichspannungswandler weiterhin außerhalb des Wechsels eines Betriebsmodus betrieben werden und somit die Performance des Gesamtsystems gesteigert werden kann.
-
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines Multiphasen-Gleichspannungswandlers sind der erste Sollwert für den ersten Phasenstrom und der zweite Sollwert für den zweiten Phasenstrom gleich, wenn der Betrag der Summe des ersten Sollwerts und des zweiten Sollwerts einen vorbestimmten Schwellwert nicht erreicht.
-
Gemäß einer Ausführungsform steuern die Schritte zum Ansteuern des ersten Spannungswandlers und des zweiten Spannungswandlers den ersten Spannungswandler und den zweiten Spannungswandler in einem 2-Quadranten-Betrieb an.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Weitere Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigen:
-
1: eine schematische Darstellung eines Gleichspannungswandlers;
-
2: eine schematische Darstellung eines Multiphasen-Gleichspannungswandlers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
-
3: eine schematische Darstellung eines Strom-Zeit-Diagramms;
-
4: eine schematische Darstellung eines Strom-Zeit-Diagramms, wie es sich bei einem Betrieb eines Multiphasen-Gleichspannungswandlers gemäß einem Ausführungsbeispiel ergibt;
-
5: eine schematische Darstellung eines Strom-Zeit-Diagramms, wie es sich gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Multiphasen-Gleichspannungswandlers ergibt; und
-
6: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zum Betrieb eines Multiphasen-Gleichspannungswandlers gemäß einem Ausführungsbeispiel zugrunde liegt.
-
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
-
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Gleichspannungswandlers. Am Eingang des Gleichspannungswandlers liegt dabei eine erste Spannung U1 an. Diese Eingangsspannung U1 wird durch den Gleichspannungswandler in eine Ausgangsspannung U2 konvertiert. Der Gleichspannungswandler ist in diesem Ausführungsbeispiel als Gleichspannungswandler mit einer Halbbrücken-Topologie realisiert. Der Gleichspannungswandler umfasst eine Induktivität L und zwei Schaltelemente S1 und S2, mit jeweils parallel geschalteten Freilaufdioden D1 und D2. Die Induktivität L ist zwischen einem Anschluss des Eingangs E des Gleichspannungswandlers und einem Knotenpunkt K angeordnet. Dieser Knotenpunkt K ist weiterhin über einen ersten Halbleiterschalter S1 mit einem Anschluss des Ausgangs A des Gleichspannungswandlers verbunden. Weiterhin ist ein zweiter Halbleiterschalter S2 mit dem zweiten Anschluss des Eingangs E und des Ausgangs A des Gleichspannungswandlers verbunden. Dabei ist ein bidirektionaler Stromfluss durch den Gleichspannungswandler möglich. In einem sogenannten Boost-Modus fließt der Strom von dem Eingang E zum Ausgang A. In dem sogenannten Buck-Modus dagegen fließt der Strom vom Ausgang A zum Eingang E. Befindet sich der Gleichspannungswandler im Bereich einer Modusumschaltung zwischen Boost- und Buck-Modus, so kann der Gleichspannungswandler kurzfristig nicht die volle Stromdynamik zur Verfügung stellen. Daher kommt es in Bereichen von solchen Modusübergängen zu Einbußen in der Performance des Gleichspannungswandlers. Diese beeinflussende Performance führen zu Defiziten in der Reglerdynamik, der Stabilität, der Spannungskonstanz und dem Ausregeln von Störgrößen.
-
Wird der Übergang zwischen den Betriebsmodi erkannt, so kann es dabei aufgrund fehlerhafte Ansteuerung und Regelung zu Instabilitäten in dem Regelkreis kommen. Diese Detektion ist zum Beispiel durch eine Detektion des Stroms in der Induktivität L möglich. Aber auch anderer Möglichkeiten zur Detektion eines Moduswechsels, beispielsweise eine Spannungsmessung, sind möglich. Daher muss eine Erkennung des Umschaltpunktes so beeinflusst werden, dass sie möglichst stets in einem „sicheren“ Bereich liegt und somit Instabilitäten vermieden werden können. Dies führt zu Einbußen in der Dynamik der Stromregelung und kann gegebenenfalls zu einem Einbruch der geregelten Spannung führen.
-
Die nachfolgende Beschreibung erläutert das erfindungsbemäße Prinzip anhand eines Wechsels zwischen Buck-Modus und Boost-Modus eines Spannungswandlers. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Prinzip ebenso auch auf einen Wechsel zwischen Boost-CCM (Continuous Conduction Mode) und Boost-DCM (Discontinuous Conduction Mode) oder auch zwischen Buck-CCM und Buck DCM anwendbar.
-
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Multiphasen-Gleichspannungswandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Eingangsspannung U1 am Eingang des Multiphasen-Gleichspannungswandlers wird dabei parallel den beiden Eingängen der Gleichspannungswandlers 10 und 20 zugeführt. Bei den beiden Gleichspannungswandlers 10 und 20 handelt es sich dabei jeweils um Gleichspannungswandler, die eine erste Gleichspannung in eine zweite Gleichspannung konvertieren. Beispielsweise kann es sich hierbei um Gleichspannungswandler handeln, wie sie im Zusammenhang mit 1 beschrieben sind. Am Ausgang der beiden Gleichspannungswandler 10 und 20 liegt somit eine Ausgangs-Gleichspannung an. Die Ausgänge aller Gleichspannungswandler 10 und 20 sind dabei ebenfalls parallel geschaltet. Somit liegt am Ausgang des Multiphasen-Gleichspannungswandlers die Ausgangsspannung der Gleichspannungswandler 10 und 20 an. Neben den hier dargestellten zwei parallel geschalteten Gleichspannungswandlern 10 und 20 ist darüber hinaus auch eine beliebige andere Anzahl von parallel geschalteten Gleichspannungswandlern möglich.
-
Die Gleichspannungswandler 10 und 20 werden dabei von einer Steuervorrichtung 30 angesteuert. Insbesondere werden durch diese Steuervorrichtung 30 die Schaltelemente S1 und S2 jedes Gleichspannungswandlers gemäß 1 angesteuert. Durch eine entsprechende Taktung bei der Ansteuerung der Schaltelemente in den Gleichspannungswandlern 10 und 20 ist es somit möglich, die Phasenströme in jedem der Gleichspannungswandler 10 und 20 einzustellen und somit auch die Ausgangsspannung U2 der Gleichspannungswandler zu beeinflussen.
-
Bei einem Wechsel der Betriebsmodi der Gleichspannungswandler 10 und 20, beispielswiese bei einem Wechsel von einem Buck-Modus zu einem Boost-Modus und umgekehrt, fließen dabei in den Gleichspannungswandlern 10 und 20 nur sehr geringe Phasenströme. Bei Phasenströmen nahe dem Nullpunkt besteht jedoch die Gefahr, dass die Gleichspannungswandler 10 und 20 nur unzureichend geregelt werden können. Dies würde zu negativen Einflüssen auf die Regelparameter führen.
-
Um diese negativen Einflüsse auf die Regelparameter zu minimieren, werden die einzelnen Gleichspannungswandler 10 und 20 des Multiphasen-Gleichspannungswandlers bei einem Wechsel des Betriebsmodus und somit bei relativ geringen Phasenströmen unterschiedlich angesteuert. Dies betrifft sowohl den Wechsel zwischen Buck-Modus und Boost-Modus, als auch den Wechsel zwischen CCM und DCM innerhalb des Boost-Modus bzw. Buck-Modus. Hierzu erfolgt eine Spreizung der Sollwerte für die Phasenströme der einzelnen Gleichspannungswandler 10 und 20. Sinkt die Summe aller Phasenströme unterhalb einen vorbestimmten Schwellwert, das heißt wenn die Summe der Beträge aller einzustellenden Phasenströme geringer ist als dieser vorgegebene Schwellwert, so wird durch die Steuervorrichtung 30 in den einzelnen Gleichspannungswandlern 10 und 20 jeweils ein unterschiedlicher Phasenstrom eingestellt. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Gleichspannungswandler 10 und 20 den Betriebsmodus zu unterschiedlichen Zeiten ändern. Daher wird stets nur einer der Gleichspannungswandler 10 oder 20 mit einem so geringen Soll-Phasenstrom angesteuert, dass gegebenenfalls Schwierigkeiten bei der Regelung des Gleichspannungswandlers 10 oder 20 auftreten können, während zu diesem Zeitpunkt der Soll-Phasenstrom in dem oder den übrigen Gleichspannungswandler 10 oder 20 noch mit einem größeren Phasenstrom angesteuert werden können, wodurch eine sehr gute und störungsfreie Regelung möglich ist.
-
Zur Ansteuerung der einzelnen Gleichspannungswandler 10 und 20 können dabei in den Gleichspannungswandlern 10 und 20 die aktuellen Ist-Phasenströmen durch geeignete Stromsensoren 11, 21 erfasst werden und die so erfassten Ist-Phasenströme der Steuervorrichtung 30 bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann die Steuervorrichtung 30 die einzelnen Gleichspannungswandler 10 und 20 derart präzise ansteuern, dass die einzustellenden Phasenströme in den jeweiligen Gleichspannungswandlern 10 und 20 möglichst nahe an die einzustellenden Soll-Phasenströme heranreichen.
-
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Strom-Zeitdiagramms eines Multiphasen-Gleichspannungswandlers, bei dem alle Phasen, das heißt alle Gleichspannungswandler mit einem gleichen Soll-Phasenstrom angesteuert werden. Wie dabei zu erkennen ist, ist bei einem Wechsel des Betriebsmodus und einem damit einhergehenden sehr geringen Phasenstrom keine präzise Regelung des Phasenstroms und somit der Ausgangsspannung möglich. Vielmehr erfolgt dabei während des Wechsels des Betriebsmodus für eine bestimmte Zeitdauer keine korrekte Regelung des Phasenstroms.
-
4 zeigt weiter eine schematische Darstellung eines Strom-Zeitdiagramms der Phasenströme gemäß einem Multiphasen-Gleichspannungswandler, wie er einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt. Solange alle Phasenströme dabei ausreichend groß sind und somit auch die Summe der Beträge aller Phasenströme einen vorbestimmten Schwellwert nicht unterschreitet, werden alle Gleichspannungswandler 10 und 20 in einem zumindest annähernd gleichen Soll-Phasenstrom angesteuert. Unterschreitet dagegen die Summe der Beträge aller Phasenströme diesen vorbestimmten Schwellwert, so erfolgt eine Spreizung der einzelnen Phasenströme. Das heißt, der Sollwert eines Phasenstroms für einen ersten Gleichspannungswandler 10 wird um einen vorgegebenen Wert erhöht und ein Sollwert für einen weiteren Gleichspannungswandler 20 wird um diesen vorgegebenen Wert erniedrigt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Gleichspannungswandler 10 und 20 zu unterschiedlichen Zeiten ihren Betriebsmodus wechseln. Daher wird stets nur eine minimale Anzahl von Gleichspannungswandlern 10 oder 20 während des Wechsels eines Betriebsmodus in einem Bereich angesteuert, der für eine korrekte Regelung als kritisch anzusehen ist. Wie aus 4 zu erkennen ist, treten die abgeflachten Bereiche der einzelnen Phasenströme um 0 A zu unterschiedlichen Zeitpunkten auf. Während also einer der Gleichspannungswandler 10 den Betriebsmodus wechselt, erfolgt die Ansteuerung des anderen Gleichspannungswandlers 20 noch außerhalb dieses kritischen Regelbereiches. Somit können die negativen Einflüsse, die während eines Wechsels eines Betriebsmodus und einem damit verbundenen sehr geringen Soll-Phasenstrom auftreten, minimiert werden.
-
Wie bereits oben angeführt, ist der Multiphasen-Gleichspannungswandler dabei nicht auf zwei parallel geschaltete Gleichspannungswandler 10 und 20 beschränkt. Auch eine größere Anzahl von parallel geschalteten Gleichspannungswandlern 10 und 20 ist dabei möglich.
-
So zeigt 5 beispielsweise eine schematische Darstellung eines Strom-Zeitdiagramms für einen Stromverlauf mit drei parallel angeordneten Gleichspannungswandlern. Sobald in diesen Ausführungsbeispielen die Summe der Beträge aller Soll-Phasenströme den vorbestimmten Schwellwert erreichen, wird jeder der Gleichspannungswandler dabei mit einem individuellen, verschiedenen Soll-Phasenstrom angesteuert. In dem in 5 dargestellten Beispiel wird ein erster Phasenstrom I1 um einen vorgegebenen Wert erhöht, ein weiterer Phasenstrom I2 um diesen vorgegebenen Wert abgesenkt und der dritte Phasenstrom I3 bleibt unverändert. Somit kann auch in diesem Ausführungsbeispiel erreicht werden, dass stets nur einer von drei Gleichspannungswandlern seinen Betriebsmodus wechselt, während die übrigen beiden Gleichspannungswandler zu diesem Zeitpunkt keinen Wechsel des Betriebsmodus durchlaufen.
-
Neben den gerade beschriebenen individuellen Ansteuerungen der Mehrzahl von Gleichspannungswandlern mit unterschiedlichen Soll-Phasenströmen für alle Gleichspannungswandler ist es darüber hinaus alternativ auch möglich, die Vielzahl von Gleichspannungswandlern in mehrere Gruppen zu unterteilen und dabei jede dieser Gruppen mit einem gemeinsamen Soll-Phasenstrom anzusteuern. So kann es beispielsweise bei vier Gleichspannungswandlern möglich sein, jeweils zwei Gleichspannungswandler mit dem gleichen Soll-Phasenstrom anzusteuern, so dass dabei auch zwei Gleichspannungswandler jeweils gleichzeitig den Betriebsmodus wechseln, während die übrigen beiden Gleichspannungswandler zu diesem Zeitpunkt keinen Wechsel des Betriebsmodus durchlaufen. Andere Varianten und gegebenenfalls auch eine anderen Anzahl von Gleichspannungswandler ist darüber hinaus ebenso möglich.
-
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms für ein Verfahren 100, wie es einem weiteren Ausführungsbeispiel zugrunde liegt. Zunächst wird in Schritt 110 ein erster Gleichspannungswandler 10 bereitgestellt und in Schritt 120 ein zweiter Gleichspannungswandler 20 bereitgestellt. Der erste Gleichspannungswandler 10 wird in Schritt 130 basierend auf einem ersten Sollwert für einen ersten Phasenstrom angesteuert und dabei die an einem Eingang des Multiphasen-Gleichspannungswandlers 1 anliegende erste Gleichspannung U1 in eine zweite Gleichspannung U2 durch den ersten Gleichspannungswandler 10 konvertiert. In Schritt 140 wird der zweite Gleichspannungswandler 20 basierend auf einem zweiten Sollwert für einen zweiten Phasenstrom angesteuert und dabei die an dem Eingang des Multiphasen-Gleichspannungswandlers 1 anliegende erste Gleichspannung U1 in die zweite Gleichspannung U2 durch den zweiten Gleichspannungswandler 20 konvertiert. Wenn der Betrag der Summe des ersten Sollwerts und des zweiten Sollwerts einen vorbestimmten Schwellwert erreicht, werden dabei der erste Gleichspannungswandler 10 und der zweite Gleichspannungswandler 20 derart angesteuert, dass der erste Sollwert für den ersten Phasenstrom und der zweite Sollwert für den zweiten Phasenstrom verschieden sind.
-
Ist der Betrag der Summe des ersten Sollwerts und des zweiten Sollwerts für die Phasenströme der Gleichspannungswandler 10, 20 dagegen größer als ein vorbestimmter Schwellwert, so werden die Gleichspannungswandler 10 und 20 mit Sollwerten angesteuert, wobei der erste Sollwert für den ersten Phasenstrom und der zweite Sollwert für den zweiten Phasenstrom gleich sind.
-
Zum Umsetzen der Eingangsspannung U1 am Eingang des Multiphasen-Gleichspannungswandlers in eine Ausgangsspannung U2 am Ausgang des Multiphasen-Gleichspannungswandlers können die Gleichspannungswandler 10 und 20 des Multiphasen-Gleichspannungswandlers dabei vorzugsweise in einem 2-Quadranten-Betrieb angesteuert werden. In diesem 2-Quadranten-Betrieb werden die Gleichspannungswandler 10, 20 als Hochsetzsteller angesteuert, bei denen die Eingangsspannung U1 kleiner ist als die Ausgangsspannung U2. Spannungswandler mit einer anderen Topologie sind darüber hinaus ebenso möglich.
-
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung einen Multiphasen-Gleichspannungswandler, der eine verbesserte Regelung des Wandlers bei einem Betrieb nahe einem Wechsel des Betriebsmodus ermöglicht. Dies betrifft sowohl den Wechsel zwischen Boost-Modus und Buck Modus, als auch den Wechsel zwischen CCM und DCM innerhalb des Boost- bzw. Buck-Modus. Erreichen die Phasenströme in dem Multiphasen-Gleichspannungswandler einen vorbestimmten Schwellwert, so erfolgt eine Spreizung der Sollwerte für die einzelnen Phasenströme, so dass jeweils nur eine minimale Anzahl von Gleichspannungswandlern gleichzeitig einen Moduswechsel durchläuft.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
