CN1459139A - 电压转换装置 - Google Patents

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Abstract

建议了一种将输入电压转换为至少一个输出电压的电压转换装置，这种装置包括至少一个开关装置(12)，一个空转开关装置(14)以及一个电能量存储器(16，18)，其中在正常运行时将空转开关装置(14)控制用于电压转换。安排了用于识别输出电压超过临界电压的监控装置，当超过时由该监控装置在限制输出电压的意义上控制空转开关装置(14)。

Description

电压转换装置
现有技术
本发明是从独立权利要求前序部分的电压转换装置出发的。在DE198 39 445 A1中已知将输入电压转换为输出电压的一种电路装置。它包括第一个电流回路，该第一个电流回路具有开关晶体管，第一个电感和作用为空转二极管的组件，其中与该组件并联安排了第一个电容器。第二个电路回路在开关晶体管的输入边和输出边之间构成一个环路和具有第二个电容器，一个二极管，第二个电感和第三个电容器。这种电路代表具有多个谐振频率的、用简单方法特别是借助于PWM可以控制的多谐的转换器电路。
本发明以提供电压转换装置的任务为基础，这种装置适合于用很少的附加费用在电压转换器输出端限制过电压。此任务是通过独立权利要求特征解决的。
本发明优点
按照本发明，将输入电压转换为至少一个输出电压的电压转换装置包括至少一个开关装置，一个空转开关装置以及至少一个能量存储器。在正常运行时空转开关装置被控制用于电压转换。按照本发明安排了用于识别输出电压超过临界电压的装置，当超过临界电压时所述的识别装置便控制空转开关装置去限制输出电压。特别是当输入电压和输出电压之间短路时必须考虑在短路时保护低电压用户的可能性，例如通过在短路情况下的电压限制。通过依赖于在DC-DC-转换器上无论如何都已经存在的用于限制输出电压的空转开关装置，可以用很少的附加组件实现这种保护功能。只安排了如下的装置，当输出电压超过临界电压时这些装置在限制电压的意义上控制空转开关装置。此处适合于例如齐纳二极管和/或双极性晶体管，借助于它们在确定的临界电压时控制所述限制电压的空转开关装置。可以价格便宜地买到这些组件，这样不需要大的费用负担就可以实现所希望的保护功能。当使用模拟组件识别超过输出电压允许数值时，可以几乎无延迟地激活所述的保护功能。这提高了保护功能的质量。
按照本发明将输入电压转换成至少一个输出电压的电压转换装置可以优选地应用在汽车的双电压舰用电源上。通过本发明的装置将42V-舰用电源可能的短路作用缓解到14V-舰用电源。
从其他的从属权利要求和叙述中得出其他适合的改进方案。
附图
按照本发明的电压转换装置的多个实施例表示在附图中，在下面进行叙述。
附图1表示具有同步整流的电感线圈转换器的原理图，附图2表示具有齐纳二极管的第一个控制电路以及附图3表示具有双极性晶体管的第二个控制电路。
实施例说明
将具有有关的输入电流Iein的输入电压Uein与输入电容器10并联和将其转换为输出电压U。输入电压Uein以及输入电容器10是连接在参考电势8上的。输入电流Iein到达一个分支点，这个分支点是与输入电容器10和另外一方面是与开关晶体管12的漏极接头相连的。开关晶体管12的源极接头不仅与空转开关装置14的漏极接头而且与存储电感线圈16相连。存储电感线圈16的其他接头与其他的分支点19接触，在接触点上输出电容器18是连接在参考电势8上的。空转开关装置14的源极接头位于参考电势8上，空转开关装置14的门极接头是由控制电路11控制的。输出电容器18与输出电压U并联和与参考电势8相连。附图1的简图装置涉及到具有同步整流的电感线圈转换器。此外安排了用于控制开关晶体管12和空转开关装置14的控制电路11。将输出电压U的输出电势输入给控制电路11。
按照附图2的实施例，在输出节点19上截取输出电压U和经过第一个二极管20，第一个电阻22输入给第一个齐纳二极管26。为了空转开关装置14对过电压和过电流进行保护，将空转开关装置14的门极接头经过第二个齐纳二极管28和第二个电阻24的并联电路与参考电压8相连接。门极驱动器30控制开关晶体管12和空转开关装置14的门极接头。其他结构与附图1没有区别。
按照附图3的实施例经过第三个电阻31和第四个电阻32将输出电压U输入给双极性晶体管40的基极。晶体管40的发射极与输出节点19位于同一个电势上。晶体管40的集电极与空转开关装置14的门极接头相连。如附图2实施例已经叙述过的，用作为空转开关装置14的过电压-和过电流保护的第二个电阻24和第二个齐纳二极管28在门极接头和参考电势8之间并联。第三个电阻31和第四个电阻32的共同的电势到达第三个齐纳二极管36的阴极，其阳极是与参考电势8相连的。门极驱动器30同样控制空转开关装置14的门极接头。
DC/DC-转换器可以优异地应用在车辆的双电压舰用电源上(例如42V/14V)。当这两个电压平面之间短路时将14V舰用电源的短路电压例如限制在27V上。为此，将正常运行(DC/DC-转换)的空转开关装置14与过电压识别结合使用作为电压限制。
当正常运行时应该将输入电压Uein例如42V转换为例如14V的输出电压U。接通开关晶体管12和同时关闭空转开关装置14时，增大的电流流过存储电感线圈16。下一个循环时将开关晶体管12关闭和同时将空转开关装置14接通。存储电感线圈16的功能是作为电流存储器和经过空转开关装置14将输出电容器18充电。在下一个过程时将开关晶体管12重新激活和将空转开关装置14去活，等等。经过脉冲宽度比(开关晶体管12接通时间与固定的周期之比)可以调整电压转换程度。通过依赖于附图表示的作为空转开关装置14的MOSFET-晶体管(具有集成的反向二极管)可以在正常工作状态下将电损耗最小化。
如果输出电压U超过可预先规定的电压水平例如27V时，控制电路11便借助于齐纳二极管26，36识别这个情况，并使空转开关装置14不再工作在正常运行状态，而是用于输出电压U的电压限制。在输出电压限制运行状态下，这样地线性控制空转开关装置14，使得经过存储电感线圈16产生流到参考电势8的通过电流。将有可能损害14V用户的过电压U经过存储电感线圈16，空转开关装置14和参考电势8(一般是接地)引导出去。
附图2详细地表示了控制电路11。在正常运行时空转开关装置14如同附图1叙述的一样工作。只有当输出电压U超过确定的电压水平时，在电压限制运行时在闭合的意义上控制空转开关装置14。输出电压超过临界电压被第一个齐纳二极管26监控。如果将实现空转开关装置14的晶体管的门极放电和输出电压U超过第一个齐纳二极管26的齐纳电压时，这样就将空转开关装置14激活，直到输出电压U大致达到第一个齐纳二极管26的齐纳电压值。为了不影响限制电路，在输出电压U过电压情况时将门极驱动器30连接成高欧姆的。也就是说门极驱动器30不再与开关晶体管12同步地执行在正常运行时较为普通的脉冲宽度调制控制。
由第二个齐纳二极管28通过控制将空转开关装置14对过电压进行保护。同时第一个电阻22将通过两个齐纳二极管26，28的电流限制在允许的数值。此外，第一个二极管20在空转开关装置14的被控状态和在小的输出电压U时将会阻碍电流从门极驱动器30进入舰用电源。高欧姆门极驱动器和输出电压U低于临界值时第二个电阻24负责空转开关装置14门的定义的放电。
通过使用一个pnp-晶体管40的有源控制，按照附图3可以显著提高电压限制的灵敏度。将电压限制可以使用在比附图2的实施例明显小的电压范围。如果输出电压U超过第三个齐纳二极管36的齐纳电压时，则在第三个电阻31上面流过一个电流。在第三个电阻31上面产生的电压降导致了晶体管40的控制。相应放大的基极电流造成空转开关装置14的控制。如果输出电压U超过限制电压(临界电压)时，为了避免相互影响，在这里也将门极驱动器30连接成高欧姆的。当通过门极驱动器30控制空转开关装置14和同时输出电压U较低时，门极驱动器30只被加载通过第三个电阻31和第四个电阻32上面的小电流。还是将第二个齐纳二极管28和第二个电阻24用于空转开关装置14的过电压保护。
上述电路有益地适合于使用在汽车的双电压舰用电源上。然而其应用并不局限于此。

Claims (9)

1.将输入电压转换为至少一个输出电压的电压转换装置，包括至少一个开关装置(12)，一个空转开关装置(14)以及一个电能量存储器(16，18)，其中在正常运行时控制空转开关装置(14)用于电压转换，
其特征为，
安排了用于监控输出电压(U)超过临界电压的监控装置(20，22，26，31，32，36，40)，当超过时这种监控装置为了限制输出电压(U)而将空转开关装置(14)控制在输出电压限制运行状态。
2.按照权利要求1的装置，
其特征为，
作为监控装置安排至少一个齐纳二极管(26，36)和/或一个晶体管(40)。
3. 按照上述权利要求之一的装置，
其特征为，
当超过时，至少空转开关装置(14)和/或开关装置(12)的正常运行被去活。
4.按照上述权利要求之一的装置，
其特征为，
安排了对空转开关装置(14)进行过电压保护的保护装置(24，28)  。
5.按照上述权利要求之一的装置，
其特征为，
将输出电压(U)的大小输入给齐纳二极管(26)，此时齐纳二极管是与空转开关装置(14)和/或晶体管(40)的至少一个控制输入端电连接的。
6.按照上述权利要求之一的装置，
其特征为，
晶体管(40)控制空转开关装置(14)。
7.按照上述权利要求之一的装置，
其特征为，
空转开关装置(14)是与一个参考电势(8)相连的。
8.按照上述权利要求之一的装置，
其特征为，
在输出电压限制运行时空转开关装置(14)将空转开关装置(14)的输入电势与参考电势(8)相连。
9.按照上述权利要求之一的装置，
其特征为，有益地应用在汽车的多电压舰用电源上。
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