CN102457168B - 受控的电压滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将干扰信号从电源电压中滤除的滤波装置，该电源电压由电压源提供给电负载，所述滤波装置包括：与负载并联的电容器、以导通方向连接在电源电压与电容器之间的二极管以及与二极管并联的可变电阻。此外，设置有控制装置，该控制装置根据电源电压的值控制可变电阻。

Description

受控的电压滤波器

技术领域

本发明涉及一种用于将干扰信号从电源电压中滤除的滤波装置和方法。

背景技术

电负载通常需要相对无干扰信号的电源电压。干扰信号尤其在产生声学或光学输出信号的负载中可为用户所觉察并且令人感到不便。一部分这种设备包括保护电路，如果电源电压不满足预先限定的标准，则该保护电路完全或部分关断该设备。这样的标准可以是过压或欠压或在预先确定的频带中的干扰信号。在复杂环境中，例如在机动车辆中，在电负载与电源电压之间通常有滤波电路，以便为电负载匹配地处理电源电压。

在EP1121749B1中公开了根据由电负载吸收的功率来进行控制这样一种滤波器。如果所吸收的功率非常大，则控制滤波器，使得为了提高提供给电负载的电源电压而降低其滤波作用。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于操作电源电压上的电负载的装置以及方法。

本发明借助于具有权利要求1所述特征的装置和具有权利要求11所述特征的方法来实现所述目的。从属权利要求给出了优选的实施方式。

根据本发明，用于从由电压源提供给电负载的电源电压中滤除干扰信号的滤波装置包括：与负载并联的电容器、以导通方向连接在电源电压与电容器之间的二极管和与二极管并联的可变电阻。此外，设置有控制装置，以根据电源电压的值控制可变电阻。

因此，为了提高提供给电负载的电源电压可以有利地减小滤波装置的滤波作用。由此，避免了损伤电负载并且避免了由于电负载的故障而打扰使用者。

为此，该控制装置可以被设置为在电源电压的值低于预先规定的阈值时降低可变电阻。该阈值可以根据为保证电负载的充分无干扰的运行所需的电源电压的值来确定。优选地，阈值在所需的值之上。因此，有利地，在电源电压下降到接近所需的值时，可以已经减小滤波装置的电压降。例如在机动车辆上，当从车载电路中获取能量来起动内燃机时，情况会如此。

电压源可以包括可通过发电机充电的电池，并且控制装置为此可以被设置为在发电机未对电池充电时降低可变电阻。通过滤波装置滤除的干扰信号的大部分可能来自发电机。如果发电机不对电池充电，则可以降低在滤波装置上的电压降，由此滤波作用减小。于是，如果电源电压例如在车辆的驱动马达的起动过程期间强烈地下降，则已对滤波装置进行了控制，使得电负载仍获得足够电压来无中断地运行。

优选地，可变电阻的电阻值在这些情况下被控制为接近零。这对应于滤波装置的短路。

控制装置为此可以被设置为根据负载吸收的功率来控制可变电阻。在此，控制装置为此可以被设置为在负载吸收的功率升高时降低可变电阻的电阻值。因此，除了上面所描述的功能之外，滤波装置也可以在电负载吸收的功率特别大时在其电压降和其滤波作用方面最小化。

电负载可以包括用于在机动车辆上提供音频信号的放音装置。有利地，可以对滤波装置进行控制，使得由于在车载电路中可预期的各种不同的干扰而产生的电负载可在声音上明显觉察的故障或停机最小化或者被消除。有利地，尤其是预期有频繁起动过程的具有起停自动控制装置的机动车辆可以装备有滤波装置。

优选地，二极管和可变电阻由MOSFET晶体管构成。MOSFET晶体管有利地可以以一个非常接近零的电阻值被导通，并且同时包括所需的二极管。

此外，本发明涉及一种用于将干扰信号从电源电压滤除的方法，电源电压由电压源提供给电负载，其中设置有与负载并联的电容器，以导通方向连接在电源电压与电容器之间的二极管和与该二极管并联的可变电阻，所述方法包括：如果电源电压的值在预先确定的阈值之上则控制可变电阻处于高电阻值的步骤，以及如果电源电压的值在预先确定的阈值之下则控制可变电阻处于低电阻值的步骤。

低电阻值优选接近于零欧姆。在一种优选的实施形式中，当负载吸收的功率超过另一预先确定的阈值时，可变电阻也被控制处于低电阻值。在又一优选的实施形式中，当提供电源电压的电池未被发电机充电时，可变电阻也被控制处于低电阻值。

附图说明

现在参照附图更为详细地描述本发明，附图中

图1示出了机动车辆的车载电路的示意图；

图2示出了图1的滤波装置；以及

图3示出了用于控制图1和2中的滤波装置的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了机动车辆105的车载电路100的示意图。机动车辆105例如可以是汽车、尤其是轿车。为了提供电源电压U，设置有电池110和发电机120。在机动车辆105运行期间，发电机120由内燃机(未示出)驱动并且提供电压，借助该电压可以对电池110充电。如果发电机120并不被内燃机驱动，则电池110是车载电路100中优选的电源。滤波元件130对电源电压U进行处理并且将所处理的电压提供给音频设备140。音频设备140生成音频信号，并将音频信号提供给扬声器150。

控制装置160与发电机120、电池110和发电机120上的电源电压U以及在音频设备140与扬声器150之间的音频信号相连并且对滤波元件130进行控制。滤波元件130可被控制为使得其实现对电源电压U的高滤波作用，其中在电源电压U与提供给音频设备140的电压之间的电压降可以最大为大约1V。可替代地，滤波元件130可被控制为使得电压降接近为0，其中滤波作用相应地被最小化。在这两种控制之间的过渡是无级的，使得电压降可以被控制为处于两个极值之间的任意值，其中滤波作用相应地被一同改变。

音频设备140包括电压传感器，使得在提供给音频设备140的电源电压低于预先确定的阈值时将提供给扬声器150的音频信号切断。典型的音频设备140具有大约6V到7V的阈值。

在从车载电路100上获取大的电功率时，电源电压U会剧烈下跌。如果例如内燃机借助于与车载电路100连接的起动器(未示出)被起动，那么电源电压U可能降低到大约8V。如果机动车辆105包括所谓的起停自动控制装置，并且该起停自动控制装置在机动车辆105停止时自动地将内燃机关闭并且在需要时又自动地起动内燃机，则这样的电压下跌会相对频繁。然而，令机动车辆105的乘员不快的对音频信号的切断只有在起动过程期间对滤波元件130进行控制以使其引起相对较大的电压降时才出现。

控制装置160因此根据电源电压U来控制滤波元件130。为此，控制装置160将电源电压U与内部的基准值进行比较，该基准值在大约8V到11V的范围中，优选在大约9V到10V。如果电源电压U低于所述基准值，则滤波元件130被控制为使得由该滤波元件产生的电压降低最小化。该控制可以以数字方式通过一旦电源电压U降低到基准值以下就将电压降减小到最小的可能的值来进行或以模拟方式通过滤波元件130的电压降与电源电压U低于基准值的程度成比例地来进行。

可选地，控制装置160为此附加地或替代地被构造为，在发电机120未被内燃机驱动时在使电压降最小化的意义上来对滤波元件130进行控制。常见的发电机120提供一个信号，该信号显示充电电压被输出还是未被输出。该信号可以以单独的线路的形式从发电机120输出或者作为控制总线(例如CAN总线)上的消息来发信号通知。该信号通常借助带有电池符号的红灯向机动车辆105的驾驶员显示。该信号可以用于控制滤波元件130。由此，在发电机120不被内燃机驱动时，滤波元件130的滤波作用受到限制。由于在正常运行中与电源电压U叠加的干扰信号的大部分由发电机120引起，所以在发电机120停止时可以在很大程度上省去滤波作用。现在，如果电源电压U在内燃机起动期间下跌，则滤波元件130已经处于在其他情况下滤波元件必须由于电源电压U降低才进入的控制状态中。

通过预见性的控制可以省去昂贵的、反应快速的控制装置160或对控制装置160的控制信号快速响应的滤波元件130。如果起动过程结束，则电源电压U升高到大约12-13V的标称值并且发电机120发信号通知电池110被充电。仅仅在电源电压足够高以及电池被充电时，控制装置160才控制滤波元件130，使得滤波作用被提高，其中由滤波元件130引起的电压降相应地升高。通过该组合可以保证在起动过程期间通过音频设备140无中断地放音。

附加地，控制装置160被构造用于在音频设备140吸收特别高的功率时对滤波元件130进行控制，使电压降减小。音频设备140的功率吸收以一级近似值与音频信号的功率成比例。例如，如果乐章以显著的低音非常响地通过扬声器150输出，则音频设备140从车载电路100获取的对于低音的再现所需的功率会导致音频设备140上的电压下跌，该电压下跌对提供不失真的音频信号造成不利影响。这在本文中称为“低音孔”。通过在音频设备140吸收的功率很高时减小滤波元件130的电压降可以避免该效应。

图2示出了图1中的车载电路100中的滤波装置200。滤波装置200包括：滤波元件130，其由MOSFET晶体管210与二极管220和电容器230一起构成；电荷泵240和控制装置160。在一种替代的实施方式中，双极型晶体管210也是可行的。电荷泵240与滤波装置160分开地示出，但也可以包含在该滤波装置中。

根据图1的视图，电源电压U在该图左边。MOSFET晶体管210用作受控的开关，其与二极管220并联。有利地，二极管220用作音频设备140的反极性保护。根据在控制输入端G上的电压，在MOSFET晶体管210的S极与D极之间的电阻发生变化。相应地，根据在电容器230上的控制电压并且还根据在音频设备140上的控制电压，在MOSFET晶体管210的S与D之间的路径上导通电源电压U。电容器230用作与频率有关的电阻，其中其将电源电压U的高频干扰信号或短时电压波动引导接地，使得提供给音频设备140的电压具有比电源电压U更少的干扰信号。电压泵240的四个二极管与扬声器150连接。在扬声器150上的音频信号在电压泵240中被转换到一个足够高的值，以根据音频设备140的功率输出来控制MOSFET晶体管210。

除了电荷泵240之外或作为电荷泵240的替代，可以设有控制装置160，控制装置160根据发电机120的充电信号和电源电压U的值来控制滤波元件130。总体而言，当满足如下条件中的至少一个条件时：

-电源电压U小于基准值；

-发电机120并不对电池充电；

-音频设备140输出或吸收的功率高于另一基准值；

通过滤波装置200实现为音频设备140提供仅减小很少或甚至未减小的电源电压。

随着滤波装置200的小的电压降，在电源电压U的干扰信号方面的滤波作用降低。反之，在所有上述的条件消失时，滤波装置200对电源电压U的干扰信号施加良好的滤波作用，为此必须承受一定的电压降。

图3示出了用于与图1和2中的滤波装置100一起使用的方法300的示意性流程图。该方法300包括步骤305至步骤335。

在步骤305中，确定电源电压U的值。随后，在步骤310中比较所确定的电源电压U是否在预先确定的阈值以上。如果情况不是如此，则该方法300分支到步骤315，在该步骤中晶体管220被切换成低欧姆的。然而，如果在步骤310中确定所确定的电源电压U处于预先确定的阈值以上，则该方法以步骤320继续。

在步骤320中，确定负载140吸收的功率。在步骤325中进行比较，所确定的吸收的功率是否在另一预先确定的阈值以上。如果情况如此，则该方法300以步骤315继续并且将晶体管220切换成低欧姆的。

否则，以步骤330继续，在该步骤中确定电池110是否通过发电机120充电。在驱动发电机120的马达(通常为内燃机)运转时大多是这种情况。在步骤330中的确定可以根据由发电机120提供的显示充电功能的信号来实现。也可以使用由马达或其控制装置提供的信号，该信号显示马达是否运转。充电的发电机120将一定的纹波带入电源电压U，使得通过发电机120对电池110的充电也可以根据纹波性来检测。如果电池110并不通过发电机120充电，则该方法分支到步骤315，在该步骤中晶体管被切换成低欧姆的。

在电池110被发电机120充电期间，电源电压尽管比电池110未被充电时更高，但电源电压U的纹波性也提高，从而指示通过滤波装置200对电源电压进行滤波。

如果电池110未被发电机120充电，则通常也不存在提高的纹波性，从而可以省去滤波。如果从这种情况出发借助于由电池110馈电的电起动机来起动马达，则电源电压U首先下跌。由此，不再满足步骤310的条件，从而该方法300在步骤315中将晶体管220切换成低欧姆的。由步骤330的比较所决定，晶体管220在起动期间已切换成低欧姆的，从而对于步骤305和步骤310中的检测和比较不必花费更高的开销，例如以便保证特别快速的判定。

当在步骤330中已确定电池110通过发电机120充电时，执行步骤335。在步骤335中，晶体管220被控制为处于高欧姆的状态中。在步骤310、325和330中的确定都可以省去。通常在由于没有任何剩余的确定而存在控制晶体管220处于低欧姆状态的诱因时，达到步骤335。

在步骤315或步骤335中的任一步骤之后，该方法300返回到起点并且重新运行。

Claims (10)

1.一种用于将干扰信号从电源电压(U)中滤除的滤波装置(200)，该电源电压由电压源(110、120)提供给电的负载(140)，其中所述滤波装置(200)包括如下：

-与所述负载(140)并联的电容器(230)；

-以导通方向连接在所述电源电压(U)与所述电容器(230)之间的二极管(220)；以及

-与二极管(220)并联的可变电阻(210)，

其特征在于，设有控制装置(160)，该控制装置根据所述电源电压(U)的值控制所述可变电阻(210)，所述控制装置(160)被设置为在电源电压(U)的值低于预先规定的阈值时降低可变电阻(210)，其中，所述阈值能够根据为保证电负载的充分无干扰的运行所需的电源电压的值来确定。

2.根据权利要求1所述的滤波装置(200)，其特征在于，所述电压源(110、120)包括能够通过发电机(120)充电的电池(110)，并且所述控制装置(160)被设置为在发电机(120)不对电池(110)充电时降低可变电阻(210)。

3.根据权利要求1所述的滤波装置(200)，其特征在于，所述可变电阻(210)的电阻值被控制为接近零。

4.根据权利要求1所述的滤波装置(200)，其特征在于，所述控制装置(160)被设置为根据负载(140)吸收的功率来控制可变电阻(210)。

5.根据权利要求4所述的滤波装置(200)，其特征在于，所述控制装置(160)被设置为在负载(140)吸收的功率升高时降低所述可变电阻(210)的电阻值。

6.根据权利要求1所述的滤波装置(200)，其特征在于，电的负载(140)包括用于在机动车辆(105)上提供音频信号的放音装置。

7.根据权利要求6所述的滤波装置(200)，其特征在于，所述二极管(220)和所述可变电阻(210)由MOSFET晶体管(210)构成。

8.根据权利要求7所述的滤波装置(200)，其特征在于，所述控制装置(160)包括用于根据所述放音装置(140)的音频信号为MOSFET晶体管(210)提供控制电压的电荷泵(240)。

9.根据权利要求6至8中的任意一项所述的滤波装置(200)，其特征在于，所述放音装置(140)包括用于在电源电压(U)低于预先确定的阈值时切断音频信号的装置。

10.一种用于将干扰信号从电源电压(U)中滤除的方法，该电源电压由电压源(110、120)提供给电的负载(140)，其中设置有与所述负载(140)并联的电容器(230)、以导通方向连接在所述电源电压(U)与所述电容器(230)之间的二极管(220)以及与该二极管(220)并联的可变电阻(210)，该方法包括下列步骤：

-如果电源电压(U)的值在预先确定的阈值以上，则控制所述可变电阻(210)处于高电阻值；以及

-如果电源电压(U)的值在预先确定的阈值之下，则控制所述可变电阻(210)处于低电阻值，

其中，所述阈值能够根据为保证电负载的充分无干扰的运行所需的电源电压的值来确定。