CN102843854A - 用于压缩机外壳的印刷电路板 - Google Patents

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Abstract

本发明的印刷电路板(12)包括：具有第一电子元件(22)的第一部分(20)，该第一电子元件的接地电极在第一电压源(14)上；具有第二电子元件(26)的第二部分(24)，该第二电子元件的接地电极在第二电压源(16)上；开关模式供电电路(34)，其一个输入被连接至第一部分(20)，并且其至少一个输出被连接至第二部分(24)，特征在于，它包括用于修改该开关模式供电电路(34)的开关频率的修改装置(36)，该开关频率取决于被在第一部分(20)和第二部分(24)之间传输的数据值(32)，所述数据能够采用至少两个不同的值。

Description

用于压缩机外壳的印刷电路板
技术领域
本发明涉及一种印刷电路板，特别涉及用于压缩机外壳的印刷电路板。
本发明更特别适用于电控压缩机领域，特别是用于机动车的空调***中。
背景技术
这样的压缩机由设置在压缩机外壳上的印刷电路板上并入的微控制器来控制。
该印刷电路板通常包括三部分：
-第一部分，具有第一电子元件，该第一电子元件的接地电极位于第一电压源上；
-第二部分，具有第二电子元件，该第二电子元件的接地电极位于第二电压源上；以及
-第三部分，其***在第一和第二部分之间并形成势垒。
在该电路板上，微控制器结合到第二部分，同时以开关模式供电的方式通过第一电压源供电。由微控制器给出开关该开关模式供电的指令。
典型地，该微控制器从车辆的CAN总线上接收包括停止供电指令的数据信号。该微控制器也接收被称为APC或“唤醒”信号的第二信号，该第二信号包括上电/唤醒或启动供电的指令。该第二信号与第一信号独立地连接。
出于可靠性的原因，为了防止可能导致对印刷电路板造成损害的所接收到的停止和启动指令之间的冲突，该微控制器必须监视该APC信号。
通过处于势垒上的隔离元件，第二信号被从第一部分传输到了第二部分。通常，所用的隔离元件为光耦(optocoupler)。
然而，使用光耦具有几个缺点。
具体地，在机动车用途中采用光耦是不容易的，因为该元件的可靠性问题，其不符合机动车部门的要求。而且，元件的增加代表额外的体积和重量。
此外，光耦比较贵而且使用寿命有限。
发明内容
本发明提议要改善这种情况。
因此本发明的目的是避免采用隔离元件。
本发明首先涉及印刷电路板，其包括：
-第一部分，具有第一电子元件，该第一电子元件的接地电极位于第一电压源上；
-第二部分，具有第二电子元件，该第二电子元件的接地电极位于第二电压源上；
-开关模式供电电路，其一个输入被连接到第一部分并且其至少一个输出被连接到第二部分，
特征在于，它包括用于修改该开关模式供电电路的开关频率的修改装置，该开关频率取决于被在第一部分和第二部分之间传输的数据值，所述数据能够采用至少两个不同的值。
例如，该第一电压源输送比第二电压低的电压。在特殊的实施例中，该第一电压源为低压源而第二电压源为高压源。特别地，在本申请中，低压指60V以下的电压，高压指60V以上的电压。
因此，本发明使得通过修改供电电路的开关频率来传输数据信号而不通过隔离元件成为可能。
优选地，该电路板包括用于在供电电路的输出测量开关频率的装置。
优选地，该测量装置包括连接到输出的匹配电路。
优选地，该电路板包括用于确定取决于所测量的开关频率的数据值的装置。
优选地，该用于确定数据值的装置包括微控制器。
优选地，该开关模式供电电路包括变压器，该电压器的初级被连接至输入并且次级被连接至输出。
根据优选的特征，该修改装置包括第一电阻器和一个电容器。优选地，每个不同的数据值对应于开关频率的一个不同的范围。
根据第一实施例，数据信号为逻辑信号并且不同的开关频率范围的数量等于2。
作为示例，该数据信号为APC(“After Contact(接触后)”)信号。
优选地，在这种情况下，该修改装置包括MOS管和第二电阻器，该MOS管和第二电阻器串联连接再都与第一电阻器并联，该MOS管的栅极被连接至数据信号。
根据第二实施例，该数据信号为在N比特上编码的数字信号，并且不同的开关频率范围的数量等于2N。
根据第三实施例，该数据信号为模拟信号。
优选地，用于测量开关频率的装置包括用于测量次级电压的装置。
本发明也涉及一种用于印刷电路板的数据通信的方法，所述的电路板包括：
-第一部分，具有第一电子元件，该第一电子元件的接地电极位于第一电压源上；
-第二部分，具有第二电子元件，该第二电子元件的接地电极位于第二电压源上；
-开关模式供电电路，其一个输入被连接到第一部分并且其至少一个输出被连接到第二部分；
该方法包括修改开关模式供电电路的开关频率的步骤，该开关频率取决于要被在第一部分和第二部分之间传输的数据值，所述数据能够采用至少两个不同的值。
本发明也涉及包括根据本发明的印刷电路板的压缩机外壳。
附图说明
通过结合附图阅读下面所给出的作为示意的描述，本发明其它的特征、细节以及优点将更清楚地显现，其中：
图1是说明用于机动车的压缩机的结构的图；
图2是说明根据本发明的一个实施例的印刷电路板的示例的具体结构的图；
图3是说明根据本发明的一个实施例的电路板的开关模式供电电路的示例的结构的图；
图4是描述开关模式供电电路的示例的工作的曲线图；
图5是说明用于确定根据本发明的一个实施例的电路板的开关频率的装置的示例的结构的图；以及
图6是说明根据本发明的一个实施例的电路板的阻抗匹配电路的示例的结构的图。
具体实施方式
图1描绘了本发明能够用于其中的机动车的空调装置的压缩机2。
该压缩机2包括第一外壳4和第二外壳6。
该第一外壳4包括电驱动的压缩机构8。
该第一外壳4也包括用于驱动该压缩机构8的电动机10。
该第二外壳6通常用铝制成，其包括用于控制压缩机构8的被称为PCB的印刷电路板12。该PCB特别地形成了电力供应和控制该电动机10的反相器。
该PCB12能够分别通过低压电源14和高压电源16在低压供电和高压供电。
低压指电压低于60V，典型地是等于12V，高压指电压高于60V，典型地是等于300V。低压对应于车辆的保护网络上可得到的电压，同时高压源自也对负责驱动车辆运行的电动机供电的电源。
图2说明了根据本发明的一个优选实施例的电路板12的具体结构。
该电路板12包括三个不同的部分。
该电路板12的第一部分20支撑能够由低压电源14以低压供电的第一电子元件22。
该电路板12的第二部分24支撑能够由高压电源16以高压供电的第二电子元件26。
第三部分28被***在第一部分20和第二部分24之间。它在两个部分20、24之间形成了势垒。例如，该第三部分28不占有电路径并优选具有最小4.5mm的宽度。
该第二部分24也包括能够经由开关模式供电电路34从第一部分20上接收数据信号32的微控制器30，该供电电路34的一个输入被连接至第一部分20并且该供电电路34的一个输出被连接至第二部分24。
该第一部分20也包括用于改变取决于数据信号32的供电电路34的开关频率的修改装置36。
此外，该第二部分24包括被设计为匹配该开关模式供电电路34的输出和微控制器30的输入的阻抗匹配电路38。
图3说明了根据本发明的优选实施例的开关模式供电电路34的结构。
根据该优选的实施例，该开关模式供电电路34为包括变压器40的回扫转换器(Flyback converter)，该变压器40包括相互耦合的第一电感器42和第二电感器44。
该第一电感器42具有L1的值并具有等于N1的匝数，形成了变压器40的初级。它被连接至电路板12的第一部分20。
该第二电感器44具有L2的值并具有等于N2的匝数，形成了变压器40的次级。它被连接至电路板12的第二部分24。
电流隔离元件46隔开了初级42和次级44。
通过低压电源14经由包括例如MOSFET晶体管的开关48向初级42供电。
次级44被连接至二极管50，二极管50本身被连接至与负载54并联连接的电容器52，该负载54特别包括阻抗匹配电路38和微控制器30。
开关模式供电电路34的工作具体参见图4中的曲线60，62，64，66，这些曲线分别描述了作为时间的函数的初级电流I42、次级电流I44、初级电压V42和负载电压V54的演变。
开关模式供电电路34根据等于α＝tON/T的预定占空比，在开关周期T内工作，其中tON表示开关48导通的时间。
负载电压V54为常数并等于其中EDC是由低压电源14提供的电压，α是供电电路的占空比，N1是初级42的匝数且N2是次级44的匝数。
在on(导通)状态时，对于在0和tON之间的时间t，开关48闭合。变压器40的初级42直接连接到电源14，从而初级的电压V42等于电源14产生的电压EDC。其结果是变压器40中磁通量增加。这时根据关系
Figure BSA00000761631100052
初级42的电流I42增加，此处t表示时间，EDC是由低压电源14提供的电压且L1是初级42的电感器的值。
在on状态的末端，I42达到其最大值
Figure BSA00000761631100053
此处tON表示开关48导通的时间，EDC是由低压电源14提供的电压且L1是初级42的电感器的值。
而且，根据关系
Figure BSA00000761631100054
IP是连接到次级44的元件的功率P的函数，此处Fd是转换器的开关频率。因此，能够由功率P确定时间tON。
根据未示出的一个实施例，变压器包括两个次级。根据该实施例，通过连接到第一部分的地线的次级与连接到第二部分的地线并向微处理器供电的次级的耦合，得到了功率P。
值得指出的是，当开关频率Fd被修改时，开关模式供电电路继续执行它的开关功能。特别地，当该频率Fd增加时，电流IP减小并且当该频率Fd减小时，电流IP增大。因此，传输到次级44的能量保持恒定。
回到图3，在on状态，在次级44的端子处的电压为负，因此，阻断二极管50使得次级电流I44为零。由电容器52提供负载54所需要的能量。
在on状态的末端，在tON时，开关48打开由此阻止初级电流I42继续流动。存储在变压器40中的能量的保持导致了变压器40的次级44的电流I44的出现，其初值等于IP×N1/N2。由关系
Figure BSA00000761631100061
给出电流I44。在t＝t2时，I44消失。
在tON和t2之间，初级电压V42由关系
Figure BSA00000761631100062
给出。在t2和T之间初级电压V42为零。
因此，在一个周期内，该开关模式供电电路工作在三个不同的模式：在时间0和tON之间的第一模式M1、在时间tON和t2之间的第二模式M2、在时间t2和T之间的第三模式M3。
图5详述了装置36的结构，该装置36用于在当数据信号32为仅能取两个值0和1时的逻辑信号时，例如为APC信号时，修改开关频率。该修改装置修改在开关模式供电电路34里面的振荡器的开关频率。该未示出的振荡器被连接到图5中的点A、B以及O。
确定装置36包括与电容器C 72串联连接的第一电阻器R170。
与晶体管74串联的第二电阻R276和MOS晶体管74与电阻器70并联连接。
数据信号32的输入被连接至MOS晶体管74的栅极77以开关该晶体管74，该晶体管具有修改振荡器的时间常数的效果。该供电电路34的开关频率接着也被修改了。
晶体管74的漏极78被连接到电压Vref，例如等于5V。
两个时间常数可能是在两个不同的开关频率中产生的R1*C和
Figure BSA00000761631100063
作为一个例子，通过选择C＝1nF、R1＝15.4kΩ以及R2＝59kΩ，两个所产生的开关频率为F1＝53kHz和F2＝66kHz。例如，频率F1对应于APC信号等于1时的值而频率F2对应于APC信号等于0时的值。
取决于元件和温度的容差，该开关频率F1和F2可能会稍微地偏移。
通过再一次地采用前面的例子，F1在48kHz和60kHz之间，F2在60kHz和75kHz之间。
通过测量变压器40的次级44的电压，在供电电路34的输出测量了开关频率F1和F2。
微控制器30接着根据该开关频率确定了APC信号的值。
阻抗匹配电路38使得能滤波并匹配该供电电路34的输出到微控制器30的输入，以测量该供电电路的开关频率。
在图6中更详细的呈现了该阻抗匹配电路38的结构。
该匹配电路38包括：
-串联连接于电容器82的电阻器80；和
-串联连接于由电阻器80和电容器82所形成的组件的电阻器86。
基于在电阻器86的端子上所测得的输出电压Vs，微控制器30确定数据信号的值。
优选地，该匹配电路38也包括与电阻器80和电容器82构成的组件并联的二极管88，以限制输出电压Vs为对于微控制器30的输入是可接收的值。
也可设想其它的实施方式。
因此，当数据信号为N-比特数字信号时，该修改装置包括在图5中的点A和B之间并联连接的几个电路，它们的每一个都通过晶体管74和电阻器76串联而形成。并联连接的电路的数量是要被传输的数据信号比特数量的函数。例如，通过使用N个并联的电路，能够传输2N比特的数据信号。
当数据信号是模拟信号时，振荡器包括形成可变电阻的电路，例如电流镜。该模拟信号例如对应于在第一部分的侧面上所测得的温度信息的项目并被传输至在第二部分中的微控制器30以被处理。在一个特殊的实施例中，该模拟信号能够随着开关频率被慢慢地改变，这确保了数据信号32的值对应于各个不同的频率。
自然地，能够设想其它的实施例。
因此，本发明的原则包括修改开关频率而无需通过隔离元件来传输数据信号，可被用于需要在被连接至任何两个浮动接地的两个电路部分之间和/或在几个电路部分之间传输数据的所有的应用中，所述几个电路部分的其中一个部分被连接至初级接地并且其它的部分被连接至相互浮动的次级接地。
通过开关模式供电为回扫转换器的示例描述了根据本发明的电路板。但是，根据本发明的电路板可包括其它类型的开关模式供电电源。

Claims (14)

1.一种印刷电路板(12)，包括：
-具有第一电子元件(22)的第一部分(20)，该第一电子元件的接地电极在第一电压源(14)上；
-具有第二电子元件(26)的第二部分(24)，该第二电子元件的接地电极在第二电压源(16)上；
-开关模式供电电路(34)，其一个输入被连接至第一部分(20)，并且其至少一个输出被连接至第二部分(24)，
特征在于，它包括用于修改该开关模式供电电路(34)的开关频率的修改装置(36)，该开关频率取决于被在第一部分(20)和第二部分(24)之间传输的数据值(32)，所述的数据能够采用至少两个不同的值。
2.根据权利要求1所述的电路板，包括用于在供电电路(34)的输出测量该开关频率的装置。
3.根据权利要求2所述的电路板，其中测量装置包括连接至输出的匹配电路(38)。
4.根据权利要求2或3所述的电路板，包括用于确定取决于所测量的开关频率的数据值的装置。
5.根据权利要求4所述的电路板，其中用于确定所述数据值的装置包括微控制器(30)。
6.根据前述权利要求中任一所述的电路板，其中该开关模式供电电路(34)包括变压器(40)，该变压器(40)的初级(42)被连接至输入，而次级(44)被连接至输出。
7.根据前述权利要求中任一所述的电路板，其中该修改装置(36)包括第一电阻器(70)和电容器(72)。
8.根据前述权利要求中任一所述的电路板，其中，每一个不同的数据值对应于不同的开关频率范围。
9.根据权利要求8所述的电路板，其中，数据信号(32)为逻辑信号并且不同的开关频率范围的数量为2。
10.根据权利要求7和权利要求9所述的电路板，其中，该修改装置(36)包括MOS晶体管(74)和第二电阻器(76)，它们二者串联连接再与第一电阻器(70)并联，该MOS晶体管(74)的栅极被连接至数据信号(32)。
11.根据权利要求8所述的电路板，其中，该数据信号(32)为在N比特上编码的数字信号，并且不同的开关频率范围的数量等于2N。
12.根据权利要求8所述的电路板，其中，该数据信号(32)为模拟信号。
13.一种用于印刷电路板(12)的数据通信的方法，所述的电路板(12)包括：
-第一部分(20)，具有第一电子元件(22)，该第一电子元件(22)的接地电极位于第一电压源(14)上；
-第二部分(24)，具有第二电子元件(26)，该第二电子元件(26)的接地电极位于第二电压源(16)上；
-开关模式供电电路(34)，其一个输入被连接到第一部分(20)并且其至少一个输出被连接到第二部分(24)；
该方法包括修改开关模式供电电路(34)的开关频率的步骤，该开关频率取决于要被在第一部分(20)和第二部分(24)之间传输的数据值(32)，所述数据能够采用至少两个不同的值。
14.一种压缩机外壳(6)，其包括根据权利要求1至12的任一所述的印刷电路板(12)。
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