CN1858962A

CN1858962A - 控制直流电压源的方法和电压供给装置

Info

Publication number: CN1858962A
Application number: CNA2006100840141A
Authority: CN
Inventors: R·汤森
Original assignee: Danfoss Compressors GmbH
Current assignee: Danforth Home Compressors Ltd; Danfoss Deutschland GmbH
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2006-11-08
Anticipated expiration: 2026-03-09
Also published as: CN100399670C; US20060202558A1; DE102005011519A1; DE102005011519B4; US7646617B2

Abstract

本发明涉及一种利用第一直流电压源(2)和电压监控装置(24)控制直流电压源的方法，该电压监控装置(24)对第一直流电压源(2)的输出电压进行控制并对控制装置(31)起作用，该控制装置(31)控制第一直流电压源(2)的工作状态。此外，本发明还涉及一种可以与该方法一起使用的电压供给装置(22)。在这方面，试图减少在具有几个直流电压源的电路中产生电压升高的风险。为了这个目的，第二直流电压源(3)在电压监控装置(24)上产生一个电压变化。

Description

控制直流电压源的方法和电压供给装置

技术领域

本发明涉及一种利用第一直流电压源和电压监控装置来控制直流电压源的方法，该电压监控装置用于监控第一直流电压源的输出电压并对控制装置起作用，该控制装置控制第一直流电压源的工作状态。此外，本发明涉及具有第一电压源和电压监控装置的电压供给装置，该电压监控装置监控第一直流电压源的输出电压并对控制装置起作用，该控制装置与第一直流电压源相连。

背景技术

直流电压对于直流用电装置特别有用，可以独立于公共供电干线而对所述直流用电装置进行供电。直流电压的一个优势在于它可以被储存。因此，例如可以用提前存储在蓄电池中的直流电压对交通工具上的直流用电装置进行供电。例如，直流电压用电装置是用于空调***或者制冷装置的压缩机。往往出于安全的原因，这样的交通工具具有几个彼此之间可以相互影响的直流电压源。并且，在这些交通工具中，能够根据交通工具是在运动或是停止来选择不同的直流电压源。使用直流电压源可能引起电压升高，这包含了一定的风险，即所连接的用电装置、电气部件或者直流电压源本身可能过载甚至损坏。

电压升高指的是电压强度超过了一个预定的值，例如超过一个额定电压。在这方面，要区分例如因为开关操作引起的暂时性的瞬时电压升高和由错误运行引起的电压升高。在本例中，对由于错误引起的电压升高考虑得更加仔细。避免电压升高的第一步就是对电压升高进行检测。用于这个目的的电路结构是公知的。电压升高对半导体部件的危害特别大。

US 4,713,740描述了一种监控直流电压源的直流电压的方法和装置。直流电压相对于预设值的向上或向下偏移都将启动防止故障出现的措施。

从ST微电子(ST Microelectronics)的高电压共振控制器L6598的数据一览表上看，用于监控来自直流电压源的电压的电路也已经是公知的。这里，利用二极管和欧姆电阻进行电压监控，进而保护高压共振控制器的半导体部件。

发明内容

本发明基于这样一个任务：提供一种方法和装置，该方法和装置确保以简单的方式在具有几个直流电压源的电路装置中减小电压升高的风险。

使用在介绍部分中提到的方法，可以实现这个任务，其中第二直流电压源在电压监控装置处产生电压变化。

最初，在第一直流电压源处进行电压监控。现在，可用的电压监控装置也用于监控第二电压监控源。为了确保该公共的电压监控装置能够实际上识别故障(也就是识别第二直流电压源处的电压升高)，该电压升高被传递到第一直流电压监控装置的电压监控装置，在那里其产生一个电压变化。现在，电压监控装置具有两个功能。它监控第一直流电压源的输出电压。此外，该电压监控装置也对第二直流电压源的输出电压进行间接监控。例如，如果第二输出电压或者第二输出电压的一部分与第一输出电压重叠，则在电压监控装置处监控的电压发生改变。因此，仅仅使用一个电压监控装置就能确定电压变化，所述电压变化或者仅由第一直流电压源产生、或者仅由第二直流电压源产生、或者同时由两个直流电压源产生。当两个电压源正确工作时，不会形成电压升高。在这方面，电压监控装置无延迟的识别电压变化，这样控制装置就能够在直流电压源出现故障时起作用。

尤其优选的是，第二直流电压源使第一直流电压源的输出电压升高。例如，通过将第一直流电压源的输出电压和第二直流电压源的输出电压相加，就会出现电压升高。仅仅使用一次测量，确定电压升高是特别简单的。这样就可以避免对各个直流电压源进行多次测量。例如，当第一直流电压源处的正电压叠加在第二直流电压源处的正电压上时，电压监控装置处出现电压升高。这意味着经整流的电压被相加成一个更大的电压，这被识别为电压升高。也可能仅仅是第二直流电压源的输出电压的一部分与第一直流电压源的输出电压重叠。因此，也可以使用一个分压器。

优选地，当电压监控装置检测到电压变化时，控制装置由一个辅助供电装置供电，该辅助供电装置的供电电压被减小。例如，电压监控装置处的电压升高将发起一个电压骤降(voltage dip)，也就是说，辅助供电装置的额定电压降低。然后，该电压骤降还能够被用来控制其它的电子部件。

有利地是，辅助供电装置提供一个供电电流，当电压监控装置确定一个电压变化时，该供电电流增大。对辅助供电装置的输出进行限制，以使得或者供电电流或者供电电压会增大。当所连接的负载增大时，供电电流也增大，从而供电电压与此同时被减小。因此，一方面可以提供更大的电流，另一方面也可以减小供电电压。两种变化都能用于控制。

优选地，辅助供电装置的供电电流的增加与电压监控装置处的电压变化成正比例关系。该正比例关系能够用作所测量的电压升高或者电压降低的值的标准。由于该正比例关系，可以评估直流电压源故障。

优选地，当电压变化时，控制装置关断第一直流电压源。当该电压变化被确定为是电压升高时，这是特别有利的，因为这种情况下，电路发生损坏的风险很大。

当第一直流电压源关断时，确保第二直流电压源不间断地为一个用电装置供电。以这种方式，可以确保对用电装置进行连续供电，而不会出现中断。用电装置不会区分当前是两个直流电压源中的哪一个起作用。

优选地，第一直流电压源和第二直流电压源通过一个场效应晶体管相连，当电压监控装置确定电压升高时，该场效应晶体管处于导通状态。场效应晶体管是一种低功率可控部件，其具有开关的功能，并且取决于在其连接处的电压值，场效应晶体管处于导通或者阻断状态。因此，以这种简单的方式，场效应晶体管可以连接或者断开两个直流电压源。

如介绍部分中提到的那样，利用电压供给装置可以实现这个任务，其中第二直流电压源与电压监控装置相连。

第一直流电压源与第二直流电压源的连接使得电压监控装置可以同时对第二直流电压源的输出电压进行监控。以一种实际的方式，电压监控装置并联地位于第一直流电压源的正、负连接之间。然后，第二直流电压源也可以与电压监控装置并联，这样，可以对第一和第二直流电压源的状态同时进行监控。可以假设，利用这种方式可以将另外的直流电压源与电压监控装置并联。

优选地，第二直流电压源的输出电压比第一直流电压源的输出电压高。在这种情况下，当仅仅一部分输出电压与电压监控装置接触时，也可以容易地识别第二直流电压源的故障。例如，通过一个作用于第二直流电压源的分压器，在电压监控装置处出现共享电压。

在一个实际的实施方式中，第二直流电压源与一个保护元件串联。这个保护元件可以用于防止第二直流电压源出现反向电压或者进一步的过电压，例如与第二直流电压源连接的发电机可以产生所述反向电压或者过电压。该保护元件还能够用于保护第二直流电压源以防出现过载，例如作为电荷控制器的一部分。

优选地，该保护元件是一个场效应晶体管，其具有一个内部保护二极管。与第二直流电压源的一个端子相连的场效应晶体管还能够以简单的方式防止第二直流电压源在安装期间出现反向电压。场效应晶体管还适于连接或者断开电气装置内部的通路。

优选地，场效应晶体管的一个端子与第一直流电压源的控制连接相连。因此，第一直流电压源的控制连接可以对场效应晶体管起作用，该场效应晶体管还与第二直流电压源相连。利用该场效应晶体管，能够确定第一直流电压源是否被连接。如果第一直流电压源可用，那么可以将一个已定义电压施加在控制连接上，其与第一直流电压源的操作模式同步地来控制该场效应晶体管的状态。

确保在场效应晶体管的栅极端子和第二直流电压源的正极之间连接一个欧姆电阻。例如当场效应晶体管位于阻断状态时，该欧姆电阻是分压器的一部分。当场效应晶体管导通时，该欧姆电阻防止第二直流电压源的正、负连接发生短路。

有利地是，一个二极管位于场效应晶体管的栅极端子与所述装置的第一参考电势之间。该二极管在第一参考电势的方向上阻断，并在相反方向上导通。该二极管可以是一个处于阻断状态的齐纳二极管，其在场效应晶体管上(例如在栅极端子和源极端子之间)产生一个电压降。因此，这个二极管影响场效应晶体管的操作状态。

优选的是将电压控制装置通过一个光学耦合器件与控制装置相连接。例如，该光学耦合器件是一个具有发光二极管和晶体管的光耦合器，其将电路信号发送到另一个电路，因此形成了电隔离(galvanic separation)。通过光学路径产生电隔离。因此，在各个电路中可以使用不同的参考电势。

采用一种有利的方式，辅助电源装置的供电电流对于光学耦合器件是可用的。将具有辅助电源装置的电路与其它电路进行电隔离是有利的。例如，该光学耦合器件通过一个发光二极管将电流转换成光信号，然后利用晶体管将光信号再转换成电流。该电流由辅助电源装置供给，于是出现电流量。然后，该电流量被用于对其它部件进行控制。

附图说明

下面，将根据优选实施例并结合附图对本发明进行描述：

图1是用于提供一个直流电压的装置的示意图，其具有两个直流电压源和一个被连接的用电装置；

图2是具有图1所示的装置、位于第一直流电压源处的电压监控装置以及一个控制装置的布置的示意图。

图3是图2所示布置的示意图，其还具有第一直流电压源的各部件。

具体实施方式

图1显示了装置1，其用于控制具有第一直流电压源2和第二直流电压源3的直流电压源，该直流电压源用于向普通的用电装置4提供一个用电装置直流电压5。在本申请中，第一直流电压源2仅是偶尔可用的。然而，第二直流电压源3总是可用的，其在交通工具运动时向用电装置4供电。所述交通工具可以是水面航行器，例如移动住房或者船只(例如一艘小船)。

然而，有时候每次仅仅是两个直流电压源当中的一个***作。例如，当交通工具停止时，其优选地由第一直流电压源2供电。当交通工具在运动中时，通常第一直流电压源2是不可用的，这样，仅仅由第二直流电压源3向与发电机连接的用电装置4供电。

第一直流电压源2与一个交流电压源连接，该交流电压源作为一个外部电源6。第一直流电压源2具有一个整流器7，其用于对外部电源6的交流电压进行整流，并将其作为直流电压提供给具有正连接端8和负连接端9的连接装置。第一直流电压源2具有第三连接端，其作为控制连接端10并提供一个已定义的电压值。负连接端9与装置1的第一参考电势11相连。第一直流电压源2的正连接端8与第二直流电压源3的正连接端12相连。这里，第二电压源3以蓄电池的形式存在，其负连接端13与一个保护元件连接。在本例中，该保护元件是一个场效应晶体管14，其具有漏极端子15、源极端子16和栅极端子17。第二直流电压源3的负连接端13与场效应晶体管14的漏极端子15相连。源极端子16与装置1的第一参考电势11相连。场效应晶体管14的栅极端子17与第一直流电压源2的控制连接端10相连。

二极管18位于第一参考电势11和栅极端子17之间。这里，二极管18是一个齐纳二极管，其具有一个从第一参考电势11到栅极端子17的通路方向，而在反方向上阻断。在同时与控制连接端10相连的栅极端子17上，还连接有欧姆电阻19，欧姆电阻19与第一直流电压源2的正连接端8和第二直流电压源3的正连接端12相连。

例如，用电装置4是交通工具中的制冷压缩机，其由来自第一直流电压源2或者第二直流电压源3的直流用电装置电压5向其连续(即不间断地)供电。如果第一直流电压源2对于该交通工具是可用的，例如在一个充电站处，那么就不使用第二直流电压源3。它既不被充电也不被放电。

在出现故障时，第一直流电压源2产生一个27V的输出电压。第二直流电压源3的输出电压总计12V。由于12V和27V之间的电势差，所以如果没有进一步措施则将引起第一直流电压源2相对于并联的第二电压源3进行充电均衡(charging equalising)。然而，可以通过场效应晶体管14防止这个问题，例如International Rectifier生产的型号为2804的场效应晶体管。一旦外部能源6可用，即一旦第一直流电压源2的直流电压在所述连接端8、9之间可用，那么控制连接端10的电势被保持在0V，以致场效应晶体管14的栅极端子17也获得0V的电势。在漏极端子15和栅极端子17之间存在一个大约15V的剩余电压。这保持场效应晶体管14处于关断状态，并且电流不可能从漏极端子流向第一参考电势11。这表示此时没有使用第二直流电压源3。在装置1的这种操作模式下，第一直流电压源2向用电装置4提供一个恒定的直流电压。

场效应晶体管14还具有另一个功能。当第二直流电压源3被以错误的方式安装时，即当它的正连接端12与场效应晶体管的漏极端子15相连、并且它的负连接端13与第一直流电压源2的正连接端8相连时，该场效应晶体管能够防止装置1出现故障。在这种情况下，场效应晶体管14的电路保持其关断状态。

在图2中，图1所示的装置1被集成在电压源装置22中，该电压源装置22用于对第一直流电压源2进行控制。可能出现第二直流电压源3的输出电压比第一直流电压源的输出电压大的情况。例如，当通常在交通工具的运动中为第二直流电压源3进行再充电的交通工具发电机20向直流电压源3供电时就会出现这种情况下，即使它已经被充满了。并且，另外的用电装置21也会促使第二直流电压源3获得一个比第一直流电压源2更高的直流电压值作为输出电压。在这种情况下，当存在第一直流电压源时，场效应晶体管14正确地阻断。然而，为了防止场效应晶体管出现过高电压，一个电流流过场效应晶体管14内部的保护二极管23。然而，由于它的电阻值，流过保护二极管23的电流产生一定的功率损耗。该功率损耗以热量的形式释放，该热量通常通过吸热器传递到外界环境。在本装置22中，该功率损耗被降低，因为第一直流电压源2的输出电压被限定为一个较低的电压值或者被限定为0V。

在本例中，电压升高被认为是由故障引起的电压变化，第二直流电压源具有例如31V的输出电压。在第二直流电压源3处，第二直流电压源3自身在电压监控装置24处产生电压升高。该电压监控装置24与二极管25和欧姆电阻26、27串联，这里的二极管25是一个齐纳二极管。一个具有发光二极管29和一个晶体管30的光耦合器28将电压监控装置和控制装置31隔离。在这方面，该光耦合器的发光二极管29与欧姆电阻26并联，欧姆电阻26是电压监控装置24的一部分。通过发光二极管29的电流越高，发光二极管29发出的光的功率就越大，并且晶体管30中的电流也越高。与晶体管30并联的辅助供电装置32向晶体管30提供一个供电电流。该辅助供电装置32提供一个有限的供电电流。如果晶体管30需要的电流比辅助供电装置32所能够提供的电流更大，那么辅助供电装置32会过载并且在它的输出连接端处的供电电压将减小。

该辅助电流供给装置32还向与其并联的控制装置31供电。由于辅助供电装置32过载，控制装置31可以得到降低的电压。控制装置31具有集成电路，其与第一直流电压源2的整流器7相连。因此，降低的电源电压对所述集成电路起作用，同时也对整流器7起作用。在本例中，如果在辅助供电装置32的连接端出现的辅助电源电压小于8.5V，那么所述集成电路与整流器7断开。当整流器7断开时，在第一直流电压源中就不再产生直流电压，这样，第一直流电压源就不起作用了。因此，场效应晶体管14被接通，并且场效应晶体管14的保护二极管23被断电。因此第一直流电压源2断开，并且用电装置4(这里是交通工具的压缩机)由第二直流电压源供电。

当与第一直流电压源2断开时，用电装置4没有出现供电中断。设定对集成电路的控制尺度，以使得整流器7的所述降低和随后的断开以受控的方式发生。避免了由过高电流或过高电压引起的场效应晶体管14和其它部件的过载。

当第二直流电压源3的输出电压再次取得低于27V的值时，通过光耦合器的发光二极管的电流降低，辅助供电装置32较少过载或者根本不过载，并且集成电路重新激活整流器7。以这种方式，第一直流电压源2再次接管对用电装置4的供电。场效应晶体管14再次反转为断开状态，这样就不再使用第二直流电压源3。因此，第二直流电压源3的所存储能量对于交通工具的操作是不可用的，直到第一直流电压源2不再可用时(也就是例如交通工具处于运动中)。

图3示出了图2中装置22的进一步的示意图，其还具有第一直流电压源2的其它部件。在整流器7的连接端33和34处可以得到外部电源的交流电压。利用一个整流桥35，这个交流电压被整流。具有集成电路的控制装置31和整流桥35通过开关36、37彼此连接，并且与变压器41的连接端38、39、40相连。变压器41具有两个输入绕组和两个输出绕组，并且将连接端38、39、40、第二参考电势42与装置22的第一参考电势11和第三参考电势43电隔离。例如，第三参考电势43由交通工具框架形成。在变压器41的出口处的电容44防止短暂的电压骤降。

当然，在预期的操作期间，所描述的电压供给装置22也有可能由正确安装的第二直流电压源3驱动，第二直流电压源3的正连接端12与保护元件14相连。因此，第一直流电压源2的连接端8、9被互换。这样，可以保持第一参考电势11，该第一参考电势11因此取得一个正电势。电压供给装置22也可能在第一和第二直流电压源2、3的负连接端9、13处接收一个新的参考电势。利用这种经修改的电压供给装置22，二极管18、25、29、场效应晶体管14或者另一个保护元件的阻断和传递功能必须适应改变的极性。例如，这可以通过互换这些电气部件的连接端来产生。当保护元件是场效应晶体管14时，也可能使用不同类型的场效应晶体管，其按照上面所述的方式工作，但是具有改变的极性。

Claims

1、利用第一直流电压源和电压监控装置控制直流电压源的方法，该电压监控装置对第一直流电压源的输出电压进行监控并对控制装置起作用，该控制装置控制第一直流电压源的工作状态，其特征在于：第二直流电压源在该电压监控装置上产生电压变化。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于，第二直流电压源提高了第一直流电压源的输出电压。

3、根据权利要求1或2的方法，其特征在于，当所述电压监控装置检测到电压变化时，所述控制装置由一个辅助供电装置供电，并且该辅助供电装置的供电电压被减小。

4、根据权利要求3的方法，其特征在于，所述辅助供电装置提供供电电流，当所述电压监控装置确定电压变化时，该供电电流增大。

5、根据权利要求4的方法，其特征在于，所述辅助供电装置的供电电流与电压监控装置处的电压变化成正比例地增大。

6、根据权利要求1到5的其中之一的方法，其特征在于，当发生电压变化时，所述控制装置关断第一直流电压源。

7、根据权利要求1到6的其中之一的方法，其特征在于，当第一直流电压源被关断时，第二直流电压源接管对用电装置的供电而不发生间断。

8、根据权利要求1到7的其中之一的方法，其特征在于，第一直流电压源和第二直流电压源通过一个场效应晶体管相连，当确定电压监控装置处的电压升高时，该场效应晶体管取得导通状态。

9、具有第一电压源和电压监控装置的电压供给装置，该电压监控装置对第一直流电压源的输出电压进行监控并对连接到第一直流电压源的控制装置起作用，其特征在于，第二直流电压源(3)与该电压监控装置(24)相连。

10、根据权利要求9的装置，其特征在于，第二直流电压源(3)的输出电压比第一直流电压源(2)的输出电压高。

11、根据权利要求9或10的装置，其特征在于，第二直流电压源(3)与保护元件串联。

12、根据权利要求11的装置，其特征在于，所述保护元件是一个具有内部保护二极管(23)的场效应晶体管(14)。

13、根据权利要求11或12的装置，其特征在于，所述保护元件的一个端子(15、16、17)与第一直流电压源(2)的控制连接端(10)相连。

14、根据权利要求12或13的装置，其特征在于，欧姆电阻(19)连接在场效应晶体管(14)的栅极端子(17)和第二直流电压源(3)的正连接端(12)之间。

15、根据权利要求14的装置，其特征在于，二极管(18)位于场效应晶体管(14)的栅极端子(17)和该装置(22)的第一参考电势(11)之间。

16、根据权利要求9到15的装置，其特征在于，所述电压监控装置(24)通过一个光学耦合器件(28)与控制装置(31)相连。

17、根据权利要求(16)的装置，其特征在于，所述辅助供电装置(32)的供电电流对于所述光学耦合器件(28)是可用的。