CN102204102A - 用于提供负载电压的驱动电路 - Google Patents

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Abstract

用于提供负载电压以供给负载(104)、尤其是交通工具的负载的驱动电路(100)，其中驱动电路(100)具有：用于提供供给电压的供给电压源(UB)；用于中间存储电能的中间存储单元(101)，其中中间存储单元(101)与用于提供电能的供给电压源耦合；以及驱动单元(105)，借助中间存储单元(101)可以按需向该驱动单元输送电能，因此负载(104)在供给电压下降时可以提供负载电压。

Description

用于提供负载电压的驱动电路
技术领域
本发明涉及一种用于提供负载电压以供给负载、尤其是交通工具的负载的驱动电路。
另外本发明涉及一种交通工具。
本发明另外涉及一种用于提供负载电压以供给负载、尤其是交通工具的负载的方法。
此外本发明涉及一种程序单元。
本发明另外涉及一种计算机可读的存储介质。
背景技术
现代化的机动车形成硬件和软件的复杂系统。为调节和控制汽车的机电一体化系统，使用大量极其不同的控制设备。所有控制设备的总体形成以不同的总线系统或通信装置为基础的高度联网的系统。硬件和软件的利用这种系统产生的异质性
Figure BPA00001390074900011
是高度复杂的。汽车的能量供给特别是在舒适的装备情况下是重要的组成部分。因此例如在交通工具中必须为各种负载——例如继电器、其他控制设备或发动机——供给能量或电压，以便激活这些负载并使它们保持活跃。这种继电器为被激活需要一定的电压并且为保持活跃需要低电压。为向继电器供给电压，例如可以使用驱动电路。传统的半导体驱动电路可以提供高电压。但是如果该驱动电路的供给电压下降，则该驱动电路被断开，因为这种驱动电路通常只能在高电压下运行。
发明内容
本发明所基于的任务是，为负载、尤其是交通工具的负载提供电压供给。
该任务通过独立权利要求的主题来解决。本发明的有利实施方式在从属权利要求中描述。
根据本发明的第一方面，提供一种用于提供负载电压以供给负载、尤其是交通工具的负载的驱动电路，其中该驱动电路具有用于提供供给电压的供给电压源；用于中间存储电能的中间存储单元，其中中间存储单元与用于提供电能的供给电压源耦合；以及驱动单元，借助中间存储单元可以按需向该驱动单元输送电能，因此在供给电压下降时可以向负载提供负载电压。
根据本发明的另一方面，提供一种交通工具，该交通工具提供了具有上述特征的用于提供负载电压以供给交通工具的负载的驱动电路。
根据本发明的另一实施例，提供一种用于提供负载电压以供给负载、尤其是交通工具的负载的方法，其中通过供给电压源提供供给电压；将电能中间存储在中间存储单元中，其中中间存储单元与用于提供电能的供给电压源耦合；以及将电能输送到驱动单元，因此在供电电压下降时可以向负载提供负载电压。
在根据本发明实施例的一种计算机可读存储介质中，储存用于提供负载电压以供给负载、尤其是交通工具的负载的程序，该程序在由处理器实施时控制、具有或实施上述的方法步骤。
一种根据本发明实施例的用于提供负载电压以供给负载、尤其是交通工具的负载的程序单元(计算机程序单元)，该程序单元在由处理器实施时具有上述的方法步骤(或控制或执行这些方法步骤)。
本发明的实施例既可以借助计算机程序(即软件)也可以借助一个或多个专用电路(即硬件)或以任意的混合形式(即借助软件部件和硬件部件)来实现。
根据本发明的示例性实施例，提供用于交通工具系统(例如汽车或机动车)的驱动电路，该驱动电路向负载提供负载电压。该驱动电路也可以用于不同的电气设备。这种驱动电路包含用于提供电能以供给交通工具中的不同负载的内部电供给电压源或可与这种外部电压源耦合。所述电压源例如可以是蓄电池。在该情形下应将电能既理解为电能，也理解为电化学能。负载在这里例如可以是继电器、其他控制设备或发动机。中间存储单元与供给电压源连接。供给电压源可以是驱动电路的供给电压源或外部供给电压源，例如去耦的蓄电池。在供给电压源的有序或正常运行期间，中间存储单元被充电。在这种情况下，所述中间存储单元可以是电容器或蓄电池。通过充电过程，中间存储单元提供电能或电化学能。驱动单元可以与中间存储单元连接。可以在供给电压下降或供给电压源中断时从中间存储单元向该驱动单元提供电能，以便可以向负载供给负载电压。在这种情况下，下降的供给电压作为负载电压输送给负载。由此可以确保负载在供给电压下降时也至少可以供给低电压。例如为了保持继电器活跃，1.5或2V的电压就足够了。
此外描述驱动电路的优选实施方式。这些实施方式也适用于所述方法、交通工具、程序单元和计算机可读存储介质。
在供给电压源中断时，负载电压可能小于供给电压源有序工作时的供给电压。如果供给电压下降，则负载电压跟随供给电压下降。但通过使用驱动单元，在供给电压源中断时，负载电压可以大于该瞬时存在的供给电压和小于供给电压源有序运行时的供给电压，由此可以防止在负载、例如继电器上不再存在电压。驱动单元可以用于向负载输送瞬时存在的供给电压。
负载电压可以大于或等于与负载有关的预先确定的阈值。该阈值可以根据确定的负载所需的电压来确定。中间存储单元和驱动单元可以与此相对应地确定尺寸。
所述驱动单元可以是低压侧的驱动单元。该驱动单元可以用于低电压。常见的驱动单元在低电压时断开。驱动单元可以是接地的元件。该元件可以作为脉冲接通的元件使用。
可以设置在中间存储单元与驱动单元之间耦合的释放单元。该释放单元可以为驱动单元释放电压供给，也就是说，该释放单元可以闭合中间存储单元与驱动单元之间的连接。由此实现对驱动单元的控制。
驱动电路此外可以具有高压侧的驱动单元，其中可以向该高压侧的驱动单元输送电能，并且其中高压侧的驱动单元可以向负载提供负载电压。由此可以实现，在高电压时高压侧的驱动单元提供负载电压，并且在低电压时——在这种情况下驱动单元断开或由于低电压而中断，低压侧的驱动单元提供负载电压。高压侧的驱动单元可以是脉冲接通的元件。提供在这种情形下可以表示，通过驱动单元闭合负载与供给电压之间的连接，或接通驱动单元，以便实现相应的连接。
此外可以设置微控制器，该微控制器与高压侧的驱动单元和释放单元耦合，以便对其进行控制。通过这种方式，实现了对驱动单元的最佳和有效控制并且提供负载电压。
驱动单元优选具有开关。这可以是简单和成本低廉地实现驱动单元的可能性。开关尤其可以是晶体管，例如MOSFET，或集成驱动器模块。
此外描述交通工具的附加扩展方案。所述扩展方案也适用于驱动电路、方法、程序单元和计算机可读存储介质。
交通工具例如可以是汽车(例如机动车，尤其是客车或货车)。但还可能的是，将根据本发明的驱动电路实施在火车、飞行器(例如飞机、直升机或齐柏林飞艇(Zeppelin))或轮船中。
需要指出的是，本发明的实施方式参照不同的发明主题来描述。尤其是本发明的几种实施方式利用装置权利要求来描述并且本发明的其他实施方式利用方法权利要求来描述。但专业人员在阅读本申请时会立即明白，只要没有明确地进行其他说明，除了属于一种类型的发明主题的的特征的组合以外，属于不同类型的发明主题的特征的任意组合也是可能的。
附图说明
本发明的其他优点和特征从目前优选的实施方式的下列示例性描述中得出。本申请附图的各个图仅应视为示意性的和不按比例的。
图1示出用于根据本发明实施例的交通工具的示意性驱动电路。
图2示出图1的驱动电路的实施例。
图3示出在未使用根据本发明的驱动电路的情况下负载的可能电压曲线。
图4示出在使用根据本发明的驱动电路的情况下系统中的可能电压曲线。
图中的图示为示意性的且不是按比例的。不同图中的相同的或类似的部件配备有相同的附图标记。
具体实施方式
存在各种补偿驱动电路中的电压降的方案，如利用增压供给或DC/DC升压转换器的分立解决方案。此外可以使用如双极性晶体管的分立解决方案，但双极性晶体管不能以500mA以上范围内的输出电流来运行。附加地，这种解决方案不能始终满足交通工具制造商的规范。因此值得期望的是提供一种可以为负载提供令人满意的供给电压的驱动电路。
图1示出根据本发明的驱动电路100的实施例，该驱动电路为交通工具的负载提供电压供给。在该实施例中，驱动电路具有例如蓄电池的供给电压源UB。中间存储单元101与供给电压源UB耦合。在正常的电压运行期间，该中间存储单元101充电。此外在正常运行时，与供给电压源UB连接的高压侧的驱动单元102运行。驱动单元102通过微控制器103来控制，其中微控制器103和驱动单元102连接。微控制器103将驱动单元102控制为使得负载104被供给以供给电压。负载104与驱动单元102连接。驱动单元102可以具有晶体管，例如MOSFET。在这种情况下，栅极接线端子与微控制器连接，漏极接线端子与供给电压源UB连接并且源极接线端子与负载104连接。驱动电路100此外具有低压侧的驱动单元105。驱动单元105一方面通过释放单元106与中间存储器101连接，另一方面驱动单元105与供给电压源UB并且此外与负载104连接。驱动单元105同样可以具有晶体管，例如MOSFET，其中漏极接线端子与供给电压源UB连接，栅极接线端子与释放单元106连接并且源极接线端子与负载104连接。释放单元106此外与微控制器连接。在正常的电压运行时，使用高压侧的驱动单元102，以便向输出端或负载104供给以供给电压。在同一时间，中间存储单元101被充电。在供给电压或供给电压源UB下降或中断时，高压侧的驱动单元102由于电压过低而断开。释放单元106通过微控制器103被接通，从而释放单元106使中间存储单元101与低压侧的驱动单元105之间的连接接合。低压侧的驱动单元105的输入端因此由中间存储单元101供给能量，该中间存储单元的电压水平高于供给电压。低压侧的驱动单元105被激活，因为栅极接线端子与源极接线端子之间的电压足够高。该系统的虚拟接地电位是到负载的输出端。如果供给电压重新回到正常水平，例如12V，则高压侧的驱动单元102被重新接通。虚拟的接地电压水平然后接近供给电压水平，并且低压侧的驱动单元105重新断开。通过该系统实现，负载上的电压虽然随着供给电压下降，但不低于确定的水平，因为在供给电压下降时，低压侧的驱动单元105接通，以便给负载供给电压。该电压例如可以一直降到2V。负载例如可以是继电器，该继电器在低电压时也可以保持激活。在现代化的交通工具制造方面希望，半导体驱动器输出端在供给电压非常低时也能短时间地、例如在启动期间可供使用。在同一时间，驱动器性能向高输出电流增长，例如500mA以上的输出电流。传统的集成半导体驱动器只能利用较高电压来运行输出端。但为了运行例如像点火装置(终端15)或启动器(终端50)的输出端，必须连续地运行半导体驱动电路。
在图2中示出根据本发明的驱动电路100的另一实施例。从该驱动电路中可以看出，中间存储单元101例如可以具有在正常运行期间充电的电容器111。此外，该中间存储单元在这种情况下具有不同的电阻和二极管。在供给电压下降时，微控制器103控制释放单元106中的开关120，例如晶体管，由此接合释放单元中的另一开关121，例如MOSFET，从而从中间存储单元101中向低压侧的驱动单元105供给电压。中间存储单元101此外可以是提供电化学能的蓄电池。低压侧的驱动单元105因此向负载104提供最小电压。如图2中所示，高压侧的驱动单元102取代晶体管也可以具有开关125。
图3中示出供给电压的可能的电压曲线。供给电压UB在这种情况下下降到值US，并在较长时间段保持在该值上。由于该下降，在未使用根据本发明的驱动电路的情况下，传统的驱动电路断开并且不再继续供给外部负载。
从图4中示出在使用根据本发明的驱动电路情况下的电压曲线。供给电压UB和输送给负载的输出电压Uout为12V，中间存储单元中的电压UZ也同样。在时间点t1，供给电压UB下降到4V以下，其中输出电压Uout跟随。在时间点t2，供给电压UB重新上升到12V，跟随其的输出电压Uout也同样。中间存储器中的电压UZ同样在时间点t1下降，因为它不再由供给电压UB充电，但直至时间点t2仅下降到8V。由此保证了低压侧的驱动单元的电压供给。低压侧的驱动单元通过释放单元106被接通，该释放单元在时间点t0已经由微控制器接通。时间点t0既可以在时间上处于在时间点t1供给电压UB下降之前，但也可以与时间点t1是同时的。如果释放单元在供给电压下降之前就已经激活低压侧的驱动单元，则实现了及时收集(abfangen)到负载的输入端处的电压。这对于有些负载可能是需要的，对于其他负载也可能在时间点t1才激活低压侧的驱动单元就足够了。同样可以在t1与t2之间的时间中进行激活。
需要指出的是，这里所描述的实施方式仅是本发明的可能实施变型的有限选取。因此各个实施方式的特征可以适当的方式相互组合，从而对于专业人员来说利用这里明确的实施方式可以将大量不同的实施方式视为显而易见公开的。

Claims (14)

1.一种用于提供负载电压以供给负载(104)、尤其是交通工具的负载的驱动电路(100)，其中驱动电路(100)具有：
·用于提供供给电压的供给电压源(UB)；
·用于中间存储电能的中间存储单元(101)，其中中间存储单元(101)与用于提供电能的供给电压源耦合；以及
·驱动单元(105)，借助中间存储单元(101)能够按需向该驱动单元输送电能，因此在供电电压下降时能够向负载(104)提供负载电压。
2.根据权利要求1所述的驱动电路(100)，其中在供给电压源(UB)中断时负载电压小于供给电压源(UB)正常运行时的供给电压。
3.根据权利要求1或2所述的驱动电路(100)，其中负载电压大于或等于与负载有关的预先确定的阈值。
4.根据权利要求1至3之一所述的驱动电路(100)，其中驱动单元(105)是低压侧的驱动单元。
5.根据前述权利要求之一所述的驱动电路(100)，其中设置释放单元(106)，该释放单元耦合在中间存储单元(101)与驱动单元(105)之间。
6.根据前述权利要求之一所述的驱动电路(100)，其中驱动电路(100)具有高压侧的驱动单元(102)，其中能够向高压侧的驱动单元(102)输送供给电压，并且其中高压侧的驱动单元(102)向负载(104)提供负载电压。
7.根据权利要求6所述的驱动电路(100)，其中设置微控制器(103)，该微控制器与高压侧的驱动单元(102)和释放单元(106)耦合，以便对其进行控制。
8.根据前述权利要求之一所述的驱动电路(100)，其中驱动单元(102、105)具有开关。
9.根据权利要求6所述的驱动电路(100)，其中开关是晶体管，尤其是MOSFET或集成的驱动器模块。
10.一种交通工具，具有根据权利要求1至9之一所述的驱动电路(100)，该驱动电路用于提供负载电压以供给交通工具的负载(104)。
11.根据权利要求10所述的交通工具，从由汽车、客车、货车、公共汽车、火车、飞机和轮船组成的组中选取。
12.一种用于提供负载电压以供给负载、尤其是交通工具的负载的方法，该方法具有：
·通过供给电压源(UB)提供供给电压；
·将电能中间存储在中间存储单元(101)中，其中中间存储单元(101)与用于提供电能的供给电压源耦合；以及
·将电能输送到驱动单元(105)，因此在供给电压下降时能够向负载提供负载电压。
13.一种计算机可读存储介质，在该计算机可读存储介质中存储用于提供负载电压以供给负载、尤其是交通工具的负载的程序，其中该程序在由处理器实施时被设立用于执行或控制根据权利要求11至14之一所述的方法。
14.一种用于提供负载电压以供给负载、尤其是交通工具的负载的程序单元，其中该程序单元在由处理器实施时被设立用于执行或控制根据权利要求11至14之一所述的方法。
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