CN112910234A - 升压转换器和运行升压转换器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种升压转换器和运行升压转换器的方法，升压转换器包括用于能量存储器和能量源的正和负电势的电压接头，其中，用于负电势的两个电压接头相互连接，其中，升压转换器具有至少两个并联连接的半桥电路，其中，每个半桥电路具有上功率开关和下功率开关。在上功率开关与用于正电势的电压接头之间布置有第一过电流保护装置，并且在下功率开关与用于负电势的电压接头之间布置有第二过电流保护装置。半桥电路的中间抽头通过电感与用于能量源的正电势的电压接头连接。与上、下功率开关和第二过电流保护装置的串联电路并联地布置有另外的第一功率开关，并且与第一过电流保护装置、上和下功率开关的串联电路并联地布置有另外的第二功率开关。

Description

升压转换器和运行升压转换器的方法
技术领域
本发明涉及一种升压转换器和运行升压转换器的方法。
背景技术
需要用于将低的输入电压转换为较高的输出电压的升压转换器。一个应用领域例如是，从燃料电池、外部的充电桩或具有比高压电池低的额定电压的电池，向机动车的牵引网络中的高压电池充电。
对于升压转换器来说，存在不同的拓扑结构，其中，在一个实施方式中，使用半桥电路。这种实施方案一方面具有以下优点，即，其可以良好地并行化，从而在进行转换时，可以更好地补偿形成的波纹。此外，半桥电路可以承担多个功能的实施方案是可能的。
这种半桥电路中的一个问题是，在半桥电路中的正电势与负电势之间发生短路的情况下，必须切断整个升压转换器。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种可用性得到改善的升压转换器，并且提供一种运行升压转换器的方法。
上述技术问题的解决方案通过具有本发明的特征的升压转换器和具有本发明的特征的运行升压转换器的方法来得到。从下面的描述中得到本发明的其它有利的设计方案。
为此，升压转换器包括用于能量存储器的正电势的电压接头和用于能量存储器的负电势的电压接头以及用于能量源的正电势的电压接头和用于能量源的负电势的电压接头，其中，用于负电势的两个电压接头相互连接。升压转换器具有至少两个并联连接的半桥电路，其中，每个半桥电路具有至少一个上功率开关和至少一个下功率开关，其中，在上功率开关与用于正电势的电压接头之间布置有第一过电流保护装置，并且在下功率开关与用于负电势的电压接头之间布置有第二过电流保护装置，其中，半桥电路的中间抽头通过至少一个电感与用于能量源的正电势的电压接头连接。与上功率开关、下功率开关和第二过电流保护装置的串联电路并联地布置有与电容器串联的另外的第一功率开关，并且与第一过电流保护装置、上功率开关和下功率开关的串联电路并联地布置有与电容器串联的另外的第二功率开关。通过该另外的第一功率开关或该另外的第二功率开关，可以针对性地产生过电流，其快速并且可靠地触发相关联的过电流保护装置，从而使有故障的半桥电路与电位线(Potentialleitung)电隔离。
借助串联连接的电容器，针对性地对寄生电感进行补偿，使得电流非常快地增大，从而足够快地实现用于触发过电流保护装置的过电流保护装置中的能量。因此，可以在一个时钟周期内触发过电流保护装置。在此，针对过电流保护装置的特征值和寄生电感设计电容器的电容。在此，将电容设计为尽可能小，以节省芯片面积。在此，应当注意，可以针对性地进行触发，尤其是不触发其它过电流保护装置。过电流保护装置例如构造为熔断保护装置、焊线(Bonddraht)或导体线路。
在此，优选以移位的方式对并联连接的半桥电路进行控制，从而部分补偿输出电压的波纹。
在一个实施方式中，每个半桥电路通过自己的电感与用于能量源的正电势的电压接头连接，从而电感中的个别故障也不导致全部故障。
在一个替换的实施方式中，升压转换器包括至少四个半桥电路，其中，两个半桥电路的中间抽头分别利用共同的电感与用于能量源的正电势的电压接头连接。由此，电感的数量减半，其中，即使在电感发生故障的情况下，升压转换器也可以继续工作。在此，利用如下事实，即，无源的电感非常不可能发生故障。原则上，也可以多于两个的半桥电路共享一个电感，其中，在极端情况下，所有半桥电路仅共享唯一一个电感。
在另一个实施方式中，与用于能量存储器的电压接头并联地和/或与用于能量源的电压接头并联地布置有电容器。在此，能量存储器上的电容器用作中间电路电容器，并且使输出电压平滑化。能量源上的电容器主要用作针对高频干扰的滤波器。
上和下功率开关优选构造为MOSFET。
在另一个实施方式中，上功率开关和下功率开关分别分配有电流和/或温度传感器，从而可以及早识别出即将发生的故障。优选使用两个传感器。电流和温度传感器可以集成到功率开关中，或者可以是单独的传感器。进一步优选也对半桥的中间抽头分配电流传感器。
在另一个实施方式中，另外的第一功率开关和另外的第二功率开关构造为晶闸管。晶闸管具有良好的关断能力，并且可以快速地开关大的电流。
在另一个实施方式中，半桥模块分别构造为集成芯片。
在另一个实施方式中，第一和第二过电流保护装置构造为导体线路或焊线，从而可以特别简单地在芯片中实现第一和第二过电流保护装置。
运行升压转换器的方法包含：在功率开关发生故障或者即将发生故障的情况下，使相关联的另外的功率开关导通，以触发相关联的过电流保护装置，以便因此在一个时钟周期内使有故障的功率开关与能量存储器的电势电隔离。随后，可以切断相关的半桥电路，并且升压运行可以利用剩余的半桥电路继续运行。在此，可以设置为，升压转换器以相应地减小的功率运行。替换地可以设置为，剩余的半桥电路至少临时以增大的功率运行，以对半桥电路的停止运行进行补偿。可以用信号向机动车驾驶员通知这一点，从而机动车驾驶员例如可以驶向车间，以更换有故障的半桥电路。
在另一个实施方式中，在触发过电流保护装置之后，还预防性地触发半桥电路的另外的过电流保护装置。
附图说明
下面，借助优选实施例详细说明本发明。在附图中：
图1示出了第一实施方式中的升压转换器的电路布置，
图2示出了第二实施方式中的升压转换器的电路布置，以及
图3示出了具有传感器的功率开关。
具体实施方式
在图1中示出了第一实施方式中的升压转换器1。升压转换器1包括用于能量存储器40的正电势的电压接头2和用于能量存储器40的负电势的电压接头3以及用于能量源50的正电势的电压接头4和用于能量源50的负电势的电压接头5，其中，用于负电势的两个电压接头3、5相互连接。在此，能量源50的额定电压小于能量存储器40的额定电压。能量存储器40例如是具有800V的额定电压的高压电池，并且能量源50例如是燃料电池或具有200V至300V之间的额定电压的电池。此外，升压转换器1还具有用于另外的高压部件60的接头6。
升压转换器1具有六个并联连接的半桥电路10，其中，每个半桥电路10具有至少一个上功率开关T1和至少一个下功率开关T2。其也称为上侧开关和上侧开关。分别与功率开关T1、T2并联地布置有续流二极管D。在上功率开关T1与用于正电势的电压接头2之间布置有第一过电流保护装置F1，其优选构造为相应地确定大小的导体线路或焊线。相应地，在下功率开关T2与用于负电势的接头3之间布置有第二过电流保护装置F2，其同样优选构造为导体线路或焊线。半桥电路10的中间抽头M相应地通过电感L与用于能量源50的正电势的电压接头4连接。此外，与上功率开关T1、下功率开关T2和第二过电流保护装置的串联电路并联地布置有与电容器C串联的另外的第一功率开关Th1，并且与第一过电流保护装置F1、上功率开关T1和下功率开关T2的串联电路并联地布置有与电容器C串联的另外的第二功率开关Th2。与能量存储器40的电压接头2、3并联地布置有至少一个电容器Cdc，并且与能量源的电压接头4、5并联地布置有至少一个电容器CLS。然后，可以通过未示出的控制单元对上功率开关T1和下功率开关T2进行控制，使得将电压接头4、5之间的电压转换为电压接头2、3之间的更高的电压。在此，优选在时间上相互移位地对半桥电路10进行控制，以便在电容器Cdc上形成的波纹不叠加。
功率开关T1、T2分配有电流传感器7和温度传感器8，其数据由控制单元30或其它单元进行评估，从而可以及早检测到故障或即将发生的故障(例如合金化)(也参见图3)。这例如在图1中通过左边的半桥电路10的上功率开关T1上的叉表示。在这种情况下，控制单元30或其它单元对相关联的另外的第一功率开关Th1进行控制，使得大的触发电流流动，该触发电流触发第一过电流保护装置F1，其中，以虚线示出了电流流动。然后，随后还可以通过控制另外的第二功率开关Th2，来触发第二过电流保护装置F2，但是这不是强制性的。于是可以切断左边的半桥电路10，或者不再控制左边的半桥电路10，其中，由于电隔离，发生故障的半桥电路10对剩余的升压转换器1没有反作用。然后，可以像先前那样控制其余半桥电路10，或者以修改后的方式对其进行控制，使得控制中的时间移位又是恒定的。在此，也可以设置为，使各个半桥电路10上的电流增大，以便因此补偿被切断的半桥电路10的功率损失。
在图2中示出了升压转换器1的一个替换的实施方式，其中，相同的元素设有相同的附图标记。与图1不同，两个半桥电路10共享一个电感L，为此两个中间抽头M相互连接。因此，无源的电感的数量可以减半。在此，利用无源的电感的故障概率明显低于半导体电子部件的故障概率。
半桥电路10优选构造为集成芯片，从而在一个半桥电路10有故障时，仅必须简单地更换芯片。
附图标记列表
1 升压转换器
2 电压接头
3 电压接头
4 电压接头
5 电压接头
6 接头
7 电流传感器
8 温度传感器
10 半桥电路
30 控制单元
40 能量存储器
50 能量源
60 高压部件
T1 上功率开关
T2 下功率开关
F1 第一过电流保护装置
F2 第二过电流保护装置
Th1 另外的第一功率开关
Th2 另外的第二功率开关
C 电容器
Cdc 电容器
CLS 电容器
L 电感
M 中间抽头
D 续流二极管

Claims (9)

1.一种升压转换器(1)，所述升压转换器包括用于能量存储器(40)的正电势的电压接头(2)和用于所述能量存储器的负电势的电压接头(3)以及用于能量源(50)的正电势的电压接头(4)和用于所述能量源的负电势的电压接头(5)，其中，用于负电势的两个电压接头(3、5)相互连接，其中，所述升压转换器(1)具有至少两个并联连接的半桥电路(10)，其中，每个半桥电路(10)具有至少一个上功率开关(T1)和至少一个下功率开关(T2)，其中，在上功率开关(T1)与用于正电势的电压接头(2)之间布置有第一过电流保护装置(F1)，并且在下功率开关(T2)与用于负电势的电压接头(3)之间布置有第二过电流保护装置(F2)，其中，半桥电路(10)的中间抽头(M)通过至少一个电感(L)与用于所述能量源(50)的正电势的电压接头(4)连接，其中，与上功率开关(T1)、下功率开关(T2)和第二过电流保护装置(F2)的串联电路并联地布置有与电容器(C)串联的另外的第一功率开关(Th1)，并且与第一过电流保护装置(F1)、上功率开关(T1)和下功率开关(T2)的串联电路并联地布置有与电容器(C)串联的另外的第二功率开关(Th2)。
2.根据权利要求1所述的升压转换器，其特征在于，每个半桥电路(10)通过自己的电感(L)与用于所述能量源(50)的正电势的电压接头(4)连接。
3.根据权利要求1所述的升压转换器，所述升压转换器包括至少四个半桥电路(10)，其中，两个半桥电路(10)的中间抽头(M)分别利用共同的电感(L)与用于所述能量源(50)的正电势的电压接头(4)连接。
4.根据前述权利要求中任一项所述的升压转换器，其特征在于，与用于所述能量存储器(40)的电压接头(2、3)并联地和/或与用于所述能量源(50)的电压接头(4、5)并联地布置有电容器(Cdc、CLS)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的升压转换器，其特征在于，上功率开关(T1)和下功率开关(T2)分别分配有电流传感器(7)和/或温度传感器(8)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的升压转换器，其特征在于，所述另外的第一功率开关(Th1)和所述另外的第二功率开关(Th2)构造为晶闸管。
7.根据前述权利要求中任一项所述的升压转换器，其特征在于，半桥电路(10)与相关联的另外的功率开关(Th1、Th2)相应地构造为集成芯片。
8.一种运行具有权利要求1的特征的升压转换器(1)的方法，其特征在于，在半桥电路(10)的功率开关(T1、T2)发生故障或即将发生故障的情况下，使相关联的另外的功率开关(Th1、Th2)导通，以触发相关联的过电流保护装置(F1、F2)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，随后触发半桥电路(10)的其它过电流保护装置(F2、F1)。
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