[发明专利]开关DC‑DC转换器

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制DC-DC转换器的方法、 DC-DC转换器的控制器和模块化转换器。

背景技术

电动列车或有轨电车可具有模块化转换器，模块化转换器包括多个转换器基元，转换器基元用AC输入电压产生DC输出电压，DC输出电压供应到列车上的其它电力装置，例如一个或多个电动马达。通常，从架空线路供应AC输入电压。

模块化转换器的转换器基元可包括谐振DC-DC转换器，其中，线路侧上的DC-AC转换器通过谐振变压器与马达侧上的AC-DC转换器连接。DC-AC转换器和AC-DC转换器两者都可为具有可控半导体开关的主动转换器。

例如， DC-DC转换器的半导体开关可按固定开关频率和50%工作循环开关。取决于通过模块化转换器的功率流的方向，开关DC-DC转换器的一级线路侧或二级马达侧的半导体开关。这可在半导体开关接通期间提供零电压开关(ZVS)，以及在断开期间提供低电流开关。由于开关损耗取决于开关期间的电压和电流，所以这个开关策略可引起较小的开关损耗，并且因而以标称功率额定值高效率地进行DC-DC转换。

但是，当在低负载或无负载条件下使用此开关方法时，DC-DC转换器的开关损耗仍然大致相同，但传递的功率较少，并且因而效率降低。极端的情况下是无负载，这时DC-DC转换器不需要传递功率。但是，支持ZVS所需的循环电流会导致存在几乎等量的开关损耗。

发明内容

本发明的目标是提高DC-DC转换器在低负载或无负载条件下的效率。

此目标由独立权利要求的主题实现。另外的示例性实施例根据从属权利要求和以下描述是显而易见的。

本发明的一方面涉及用于控制DC-DC转换器的方法。DC-DC转换器可为模块化转换器的转换器基元的一部分，模块化转换器可用来对列车的电动马达供应功率。

根据本发明的实施例，DC-DC转换器包括与变压器和电容器串联连接的DC-AC(子)转换器和AC-DC(子)转换器，DC-AC转换器和AC-DC转换器两者都包括半导体开关。DC-DC转换器可为谐振转换器，变压器是谐振箱的一部分。

根据本发明的实施例，方法包括以下步骤：确定(或测量)DC-DC-转换器的DC输入电压和DC输出电压；基于DC输入电压和DC输出电压而确定开关条件是否被满足；以及产生具有开关脉冲的开关信号，以开关DC-AC转换器和AC-DC转换器中的至少一个的半导体开关，其中，当开关条件未被满足时，阻止开关脉冲的产生。

例如，开关信号可包括用于待开关的各个半导体开关的两电平开关信号。当信号断开时，半导体开关也断开。相反，当信号接通时，半导体开关也接通。开关脉冲可为开关信号的其中开关信号接通的部分。

在DC-DC转换器的两(第一和第二)侧上，可测量电压，并且可评价接收两个电压作为输入值的开关条件。当条件被满足时，可产生具有开关脉冲的开关信号。当条件未被满足时，可产生断开的开关信号。DC-DC转换器的第一侧可为输入侧或线路侧。DC-DC转换器的第二侧可为输出侧或马达侧。

开关条件可基于DC-DC转换器上的负载，其可直接或间接地影响开关条件。利用自适应控制方法，DC-DC转换器可在低负载或无负载条件下高能效地开关。

不是使模块化转换器内的DC-DC转换器以恒定频率开关，而是可基于DC-DC转换器的两侧上的DC电压，并且可选地基于DC-DC转换器电流而调节发送到DC-DC转换器的开关脉冲的数量和形状。

利用该控制方法，可在模块化转换器中实现处于不同功率额定值且不仅标称运行点下的高能效的开关策略。控制方法确保DC-DC转换器稳定地运行，即，可抵销DC电压相对于它们的基准值的偏离，使得在稳态运行中，保持两个DC电压之间的比。控制方法可双向地工作，即，可支持从第一侧到第二侧的功率流，反之亦然。此外，由于避免了转换器基元之间的连通，该控制方法可反映模块化转换器的模块化设计，而且可自己适应不同数量的转换器基元(使得在一个基元失效的情况下，维持转换器组件的可用性)。

根据本发明的实施例，开关信号包括规则开关脉冲，规则开关脉冲关于开关信号的周期有规律地开始的。规则开关脉冲可具有开关周期的一半的长度。例如，开关脉冲可在周期的0%处开始，以及在周期的50%处结束，或者在周期的50%处开始，以及在周期的100%处结束。