專利名稱：Dc/dc轉換器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種DC/DC轉換器，尤其是具有電容器的DC/DC轉換器，電容器持久地 與轉換器的供電電壓相連。
背景技術：
用于使用在汽車領域的所連接的DC/DC轉換器可以借助存儲器電感來構建，該存 儲器電感根據激勵(Ansteuerimg)、例如脈寬調制信號而在供電電勢與地電勢之間通過接 地的開關來短接。在短路斷開之后，被充電的存儲器電感引起至輸出電容器中的電流，該輸 出電容器提供輸出電壓。根據激勵接地開關的脈寬調制信號的占空比，可以調節輸出電壓 的大小。為了改善EMV，尤其是用于減少至供電線路以及輸出線路的與線路相關的發射，通 常相應地需要LC濾波器。輸出電容器以及輸入側的電容和輸出側的LC濾波器與供電電壓 或者輸出電壓相連，使得它們將干擾量、即供電電壓電平的變化從高的供電電勢引導至地 電勢。這在使用電解質電容器的情況下具有的缺點是，由于DC/DC轉換器與機動車車載電 網的持續的直接連接，由于供電電壓的波動性而出現高的有效電流。因此，電解質電容器必 須針對該高的有效電流來設計，這要求使用更昂貴的電容器。可以替代電解質電容器來使用的陶瓷電容器在故障情況下會斷裂。該陶瓷斷裂導 致在陶瓷電容器的層之間的短路，由此在電容器中會出現故障電流和損耗功率。因為在傳統的DC/DC轉換器中，電容器通常設置在高的供電電勢和地電勢之間， 所以由此整體上會出現持久的電流，該電流不利地作用于所使用的DC/DC轉換器的器件， 并且供電電網(在機動車的情況下為車載電網)被不必要地負載。
發明內容
本發明的任務是，提出一種所連接的DC/DC轉換器，其中可以很大程度上避免寄 生電流，尤其是當DC/DC轉換器并未被主動激勵用于提供輸出電壓時。該任務通過根據權利要求1所述的電壓轉換器來解決。本發明的其他有利的擴展方案在從屬權利要求中說明。根據第一方面，設計了一種DC/DC轉換器用于提供輸出電壓。該DC/DC轉換器包 括
一連接的直流電壓轉換器；
一供電電壓輸入端，以便為直流電壓轉換器提供第一供電電勢和第二供電電勢； 一電勢點，其可以根據直流電壓轉換器的激活狀態與第二供電電勢連接； 一與輸出端子以及電勢點相連的輸出電容，其可以通過直流電壓轉換器的激活而充電 到輸出電壓，并且在輸出電容上可以截取輸出電勢，其中在輸出電勢和第二供電電勢之間 提供輸出電壓。上述直流電壓轉換器的一個思想是，當直流電壓轉換器位于關斷的狀態中時，將第二供電電勢、例如地電勢 與電勢點分離。在激活直流電壓轉換器用于產生輸出電壓的情 況下，才將直流電壓轉換器的電勢點與供電地電勢連接，其中輸出電容和可能的在直流電 壓轉換器中另外的電容器與所述直流電壓轉換器的電勢點相連。通過這種方式，可以在直 流電壓轉換器的關斷狀態中避免寄生電流例如由于在供電電壓中的波動性或者由于在電 容內的短路或者泄漏電流路徑而導致在直流電壓轉換器內的電流并且由此導致供電電壓 電網的負載或者干擾。此外，可以設置一個或者多個濾波電容器，它們在輸入側和/或輸出側連接在直 流電壓轉換器上并且與電勢點連接。根據一個實施形式，電勢點可以通過開關、例如半導體開關或者機械繼電器與第 二供電電勢連接，使得根據開關的開關狀態，第二供電電勢施加到電勢點上或者電勢點浮 置或者具有至第二供電電勢的限定地高歐姆的連接。此外，可以設置控制單元，以便產生用于直流電壓轉換器的激勵信號，由此該直流 電壓轉換器被激活用于產生輸出電壓。控制單元可以與開關相連，以便提供激活信號，該激活信號數據直流電壓轉換器 在持續時間內被激活。此外，可以設置控制單元，其與故障電流檢測單元連接，以便在直流電壓轉換器的 去激活狀態中通過電勢點檢測故障電流的數據(Angabe)，并且根據故障電流的數據而激活 直流電壓轉換器。根據一個實施形式，可以設置反極性保護單元，其與開關相連，以便根據第一和第 二供電電勢之比的符號來為開關提供第二供電電勢。此外，直流電壓轉換器可以具有直流路徑，其在直流電壓轉換器的非激活狀態中 允許從第一供電電勢至輸出端子的直流電流。換而言之，直流電壓轉換器在第一供電電勢 和輸出端子之間并不具有電流分離的電器件。這能夠實現借助供電電壓來運行電裝置，即 使直流電壓轉換器是非活動的、即未被控制單元所激勵。根據另一方面，設計了一種用于運行DC/DC轉換器以提供輸出電壓的方法。該方 法包括以下步驟
一在所連接的直流電壓轉換器的供電電壓輸入端上提供第一供電電勢和第二供電電
勢；
一在輸出電勢和第二供電電勢之間提供輸出電壓，其中輸出電勢可以在與輸出端子和 電勢點相連的輸出電容上截取，其中輸出電容可以通過激活直流電壓轉換器而被充電到輸 出電壓；
一根據直流電壓轉換器的激活狀態將電勢點與第二供電電勢相連。根據另一方面，設計了將上述DC/DC轉換器使用在帶有用電器、尤其是用于內燃 機的起動裝置以及可電運行的設備的機動車中，其中當即將要接通用電器時，控制單元激 勵DC/DC轉換器將電勢點與第二供電電勢連接。
下面借助附圖進一步闡述本發明的優選實施形式。其中
圖1示出了帶有啟動-停止系統和通過DC/DC轉換器運行的設備的機動車的示意圖；并且
圖2示出了 DC/DC轉換器的電路結構的示意圖，該DC/DC轉換器帶有針對DC/DC轉換 器的地電勢的斷開可能性。
具體實施例方式圖1示出了帶有內燃機2的機動車1。內燃機2以傳統方式運行。此外，設置有 一種發動機啟動_停止單元3，以便進行發動機管理，其中內燃機2根據行駛運行而被斷開 并且又接通。內燃機2的接通通過激活起動裝置4來進行，該起動裝置通過電池5來運行。 電池5通過車載電網6與起動裝置4相連。特別是在內燃機2的再起動情況下，在車載電網6中出現明顯的電壓陷落。尤其 是在內燃機2的再起動期間也要持續保持運行的敏感電子設備例如信息娛樂裝置7、例如 導航系統等等因此必須通過受控的DC/DC轉換器8來供電。于是，借助DC/DC轉換器8保 證了，在內燃機2的起動期間，對于供電電壓的電壓波動敏感反應的應用可以在啟動過程 期間在受到保護的車載電網中運行，即在車載電網的一部分中，該部分相對于電壓陷落而 受到保護，其中該電壓陷落如在激活起動裝置的情況下會出現在圖2中示出了這種DC/DC轉換器8，來自電壓源例如車輛1中的電池5的輸入 電壓Uin被通過車載電網6提供給DC/DC轉換器8。輸入電壓Uin處于通過供電電勢線路11 施加的高供電電勢Vm和供電地電勢GND_V之間。高的供電電勢Vm在具有第一電容器Cl和第一線圈Ll的輸入LC濾波器中被濾波。 第一電容器Cl以第一端子與供電電勢線路11連接，該供電電勢線路承載高供電電勢VM，并 且以第二端子與轉換器地電勢線路12上的轉換器地電勢GND_W相連。第一線圈Ll以第一 端子與供電電勢線路11相連，并且以第二端子與輸入電容器CE以及與轉換器線圈LW的第 一端子相連。輸入電容器CE的第二端子與轉換器地電勢GND_W相連。轉換器線圈LW的第二端子與場效應晶體管Xl的第一端子(例如漏極端子)以及 與續流二極管(Freilaufdiode)Dl的第一端子(陽極端子)相連。第一場效應晶體管Xl的 第二端子(源極端子)直接地或者通過測量電阻Ml與轉換器地電勢GND_W相連。第一場效 應晶體管Xl的控制端子(柵極端子)與控制單元2相連，該控制單元將脈寬調制的激勵信 號PWM輸出給第一場效應晶體管Xl的柵極端子，以便根據通過第一場效應晶體管Xl的電 流(該電流例如借助測量電阻Ml來測量)來調節脈寬調制的激勵信號PWM的占空比，以便將 DC/DC轉換器的輸出電壓Uout調節到所希望的值。續流二極管1的陰極端子、第二端子與第二電容器C2的第一端子以及與第二線圈 L2的第一端子相連。第二電容器C2的第二端子與轉換器地電勢GND_W相連，而第二線圈 L2的第二端子與DC/DC轉換器的輸出端以及與輸出電容器CA的第一端子相連。輸出電容 器CA的第二端子與轉換器地電勢GND_W相連。已知的是，DC/DC轉換器電路具有電容器，電容器連接在高供電電勢Vm和轉換器地 電勢GND_W之間。在供電電壓中的波動性情況下，如其例如會通過發電機在相應的負載關 系情況下在車載電網中引起的那樣，電流流過電容器，該電流導致車載電網6的附加的負 荷，其中通過車載電網6來提供供電電壓。此外，在電容器Cl、CW、C2、CA內的短路會導致 寄生電流以及車載電網6的另外的負荷。
為 了至少在DC/DC轉換器1的關斷狀態中避免這種負荷，DC/DC轉換器電路具有 與車載電網6供電地電勢GND_V分離的轉換器地電勢GND_W，當DC/DC轉換器被激活時，即 當第一場效應晶體管Xl根據脈寬調制的激勵信號PWM被激勵時，該轉換器地電勢GND_W則 僅僅在DC/DC轉換器中被提供，以便提供輸出電壓U。ut。如果第一場效應晶體管關斷，則在 理想情況下沒有電勢在轉換器地電勢線路12上，即轉換器地電勢線路12是浮置的。在實 踐中，在電勢GND_W和電勢GND_V之間的連接在截止的場效應晶體管情況下具有限定地高 的電阻并且由此阻止了車載電網和控制設備的不允許的負荷。轉換器地電勢GND_W主要借助第二場效應晶體管X2來提供。在此，第二場效應 晶體管X2的第一端子(漏極端子)與轉換器地電勢GND_W相連，而第二場效應晶體管X2的 第二端子(源極端子)可以通過第三場效應晶體管X3與供電地電勢GND相連。第二場效應 晶體管X2的第二端子通過第一電阻Rl與第二場效應晶體管X2的控制端子(柵極端子)相 連。控制端子(柵極端子)此外通過第二電阻R2與激活信號端子相連，通過該激活信號端子 可以接收激活信號A。激活信號A說明DC/DC轉換器應當何時被接通。這種激活信號例如 在啟動起動裝置5緊前面被通知，例如在確定的時間間隔之前，例如在啟動起動裝置5之前 15ms。這能夠實現通過接通的第二場效應晶體管X2將供電地電勢GND_V連接到轉換器地 電勢線路12，以便通過轉換器地電勢線路12為DC/DC轉換器提供轉換器地電勢GND_W并且 由此提供電池電壓Uin。第二場效應晶體管X2的第二端子通過第三場效應晶體管X3的第一端子(源極端 子)與處于第三場效應晶體管X3的第二端子(漏極端子)上的供電地電勢GND_V相連。在 第三場效應晶體管X3的控制端子(柵極端子)上，經過第二二極管D2和第三電阻R3存在與 電池電壓相關的內部電壓，該電壓大于供電地電勢GND_V，以便當第三場效應晶體管X3的 第二端子處于地電勢上時將第三場效應晶體管X3接通。第二二極管D2和第三場效應晶體 管X3是保護整個電路免受電池的反極性影響的反極性保護單元14，并且由此用于反極性 保護。如果在反極性情況中，高供電電勢Vm與供電地電勢GND_V相連，并且供電地電勢GND_ V處于高電勢上，則第三場效應晶體管X3截止，并且第二場效應晶體管X2不可以將供電地 電勢接通到轉換器地電勢線路12上。此外，設置了故障電流檢測器13，在該故障電流檢測器13中轉換器地電勢線路3 具有晶體管Ql和由第四電阻R4與第五電阻R5構成的分壓器。在借助激活信號A開始激 活第二場效應晶體管X2之前，借助故障電流檢測器6確定是否電容器Cl、CE、C2、CA提供 在高供電電勢Vm和供電地電勢GND_V之間的充分的絕緣。只有當故障電流并不超過確定 的閾值時，控制單元10才將激活信號A提供給第二場效應晶體管X2，以便將轉換器地電勢 GND_ff與供電地電勢GND_V相連。故障電流的值通過截取在通過第四和第五電阻R4、R5形 成的分壓器上的電壓來通過控制單元10檢測。設置DC/DC轉換器8的可斷開的轉換器地電勢GND_W能夠實現產生受到保護的轉 換器地電勢GND_W，從該轉換器地電勢GND_W連接DC/DC轉換器8的所有電容器C1、CE、C2、 CA。在截止的場效應晶體管X2的情況下，由此當DC/DC轉換器8未激活時，避免了由于故 障的電容器或者車載電網的供電電壓上的波動導致的故障電流或者有效電流負載。在DC/ DC轉換器被激活緊前面，接通第二場效應晶體管X2，其中轉換器地電勢GND_W盡可能低阻 值地與供電地電勢GND_V相連。
當其中DC/DC轉換器8為活動的時間在幾秒的范圍中時，如例如在啟動-停止應 用中的情況那樣，則轉換器地電勢路徑(通過場效應晶體管X2和X3)的斷開尤其是有利的。 在該短時間中，較高的有效電流僅僅導致對電容器的較少加熱。即使在陶瓷電容器上出現 故障的情況下(該故障由于金屬遷移而引起較低阻值的短路)，通過第二場效應晶體管X2的 短時間接通也不會立即導致熱學上的過載。不需要的是，提前通過激活信號通知DC/DC轉換器8接通用電器。也可以設置 檢 測單元，其檢測車載電網中的電壓陷落，并且產生相應的激活信號，使得在電壓陷落的情況 下接通DC/DC轉換器。在此，沒有避免電壓陷落。然而該電壓陷落在時間上是有限的。
權利要求
1.一種DC/DC轉換器(8)用于提供輸出電壓(U。ut)，該DC/DC轉換器包括一連接的直流電壓轉換器(LW，XI，Dl)；一供電電壓輸入端，以便為直流電壓轉換器(LW，XI)提供第一供電電勢(Vm)和第二供 電電勢(GND_V)；一電勢點(12)，其能夠根據直流電壓轉換器(LW，XI，Dl)的激活狀態與第二供電電勢 (GND_V)連接；一與輸出端子以及電勢點(12)相連的輸出電容(CA)，該輸出電容(CA)能夠通過直流 電壓轉換器(LW，Xl)的激活而充電到輸出電壓(U。ut)，并且能夠在該輸出電容上截取輸出電 勢，其中在輸出電勢和第二供電電勢(GND_V)之間提供該輸出電壓(U。ut)。
2.根據權利要求1所述的DC/DC轉換器(8)，其中設置有一個或者多個濾波電容器 (Cl，C2)，它們在輸入側和/或輸出側連接在直流電壓轉換器(LW，XI，Dl)上并且與電勢點 (12)連接。
3.根據權利要求1或2所述的DC/DC轉換器(8)，其中電勢點(12)通過開關與第二供 電電勢(GND_V)連接，使得根據開關(X2)的開關狀態，第二供電電勢(GND_V)被施加到電勢 點(12)上或者電勢點(12)浮置或者具有至第二供電電勢(GND_V)的限定地高歐姆的連接。
4.根據權利要求3所述的DC/DC轉換器(8)，其中設置有控制單元(10)，以便產生用于 直流電壓轉換器(LW，Xl，Dl)的激勵信號，由此該直流電壓轉換器被激活用于產生輸出電壓 (U0ut)o
5.根據權利要求4所述的DC/DC轉換器(8)，其中該控制單元(10)與開關(X2)相連 接，以便提供激活信號(A)，該激活信號說明直流電壓轉換器(LW，XI，Dl)在持續時間內被激活。
6.根據權利要求4至5之一所述的DC/DC轉換器(8)，其中控制單元(10)與故障電流 檢測單元連接，以便在直流電壓轉換器(LW，XI，Dl)的去激活狀態中通過電勢點(12)檢測 故障電流的數據，并且根據故障電流的數據來激活直流電壓轉換器(LW，XI，Dl)0
7.根據權利要求3至6之一所述的DC/DC轉換器(8)，其中設置有反極性保護單元 (14)，其與開關(X2)相連，以便根據第一供電電勢(Vm)和第二供電電勢(GND_V)之比的符 號來為開關(X2)提供第二供電電勢(GND_V)。
8.根據權利要求1至7之一所述的DC/DC轉換器(8)，其中直流電壓轉換器(LW，XI， Dl)具有直流路徑，其在直流電壓轉換器(LW，X1，D1)的非激活狀態中允許從第一供電電勢 (Vm)至輸出端子的直流電流。
9.一種用于運行DC/DC轉換器(8)以提供輸出電壓(U。ut)的方法，該方法包括以下步驟一在所連接的直流電壓轉換器(LW，XI，Dl)的供電電壓輸入端上提供第一供電電勢 (Vm)和第二供電電勢(GND_V)；一在輸出電勢和第二供電電勢(GND_V)之間提供輸出電壓(U。ut)，其中能夠在與輸出端 子和電勢點(12)相連的輸出電容(CA)上截取輸出電勢，其中能夠通過激活直流電壓轉換 器(LW，XI，Dl)將輸出電容(CA)充電到輸出電壓(U。ut)；一根據直流電壓轉換器(LW，XI，Dl)的激活狀態將電勢點(12)與第二供電電勢(GND_ V)相連。
10.將根據權利要求1至8之一所述的DC/DC轉換器(8)使用在帶有用電器、尤其是內 燃機用的起動裝置以及能電運行的設備的機動車中，其中當即將要接通用電器時，控制單 元激勵DC/DC轉換器(8 )，將電勢點與第二供電電勢(GND_V)連接。
全文摘要
本發明涉及一種DC/DC轉換器(8)用于提供輸出電壓(Uout)，該DC/DC轉換器包括連接的直流電壓轉換器(LW，X1，D1)；供電電壓輸入端，以便為直流電壓轉換器(LW，X1，D1)提供第一供電電勢(VM)和第二供電電勢(GND_V)；電勢點(12)，其可以根據直流電壓轉換器(LW，X1，D1)的激活狀態與第二供電電勢(GND_V)連接；與輸出端子以及電勢點相連的輸出電容(CA)，其可以通過直流電壓轉換器(LW，X1)的激活而充電到輸出電壓(Uout)，并且在輸出電容上可以截取輸出電勢，其中在輸出電勢和第二供電電勢(GND_V)之間提供輸出電壓(Uout)。
文檔編號H02M1/36GK102132477SQ200980132194
公開日2011年7月20日 申請日期2009年7月24日 優先權日2008年8月19日
發明者A·蓋格爾, C·文格爾, C·馬盧克 申請人:羅伯特·博世有限公司