CN103907277A - 用于控制电压升压电路的电路 - Google Patents

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Abstract

用于控制电压升压电路(2)的电路,包括:第一PNP晶体管(4),其射极(E1)连接至输入电压(Vin);第二NPN晶体管(6),其集极(C2)连接到第一晶体管(4)的集极(C1),第二晶体管(6)的射极(E2)连接至地,其特征在于,所述第二晶体管(6)的射极(E2)经由第一电阻器(12)连接到地,其基极(B2)通过至少一个二极管(14,16,18)连接至地。

Description

用于控制电压升压电路的电路
技术领域
本发明涉及用于控制电压升压电路的电路。其还涉及电压升压电路、用于控制N-通道MOSFET晶体管的装置,以及用于调节安装在用于机动车辆的通风、供暖和/或空调设备上的马达-风扇单元的旋转速度的系统。
更具体地,本发明涉及装备有称为“停止&起动”的内燃机的自动停止和重新起动系统的机动车辆的技术领域。
背景技术
当车辆静止(例如由于交通灯变为红)时,“停止&起动”功能停止内燃机。当行驶再次可能时,“停止&起动”功能执行内燃机的快速起动。这样的起动导致车辆的车载网络的电压降,从而,该网络的电压可降到一定临界值以下,在该临界值以下,一些设备关闭。在该设备中,马达-风扇单元或MFU确保朝向乘客舱的空气流循环,用于对所述舱进行热调节。由此,内燃机起动时的该电压降停止MFU,且所以影响乘客舱的热调节。
为了调节MFU的旋转速度,使用N-通道MOSFET晶体管,连接在供电电压和MFU之间且由其栅极电压控制。
在车辆的停止和自动重新起动期间,例如由于交通灯变为红,MOSFET晶体管的栅极电压下降。该下降可降到一水平,从而MOSFET晶体管以线性模式操作,且可因此不再调节MFU。
现有技术调节系统不提供用于减少该风险的方案。
发明内容
本发明意图通过提供用于在车辆重新起动时,尽可能限制MOSFET晶体管的栅极电压降的器件而改善该情况。
为此目的,本发明涉及用于控制电压升压电路的电路,包括:
-第一PNP晶体管,其射极连接至输入电压;
-第二NPN晶体管,其集极连接到第一晶体管的集极,第二晶体管的射极连接至地,其特征在于,所述第二晶体管的射极通过第一电阻器连接到地,其基极通过至少一个二极管连接至地。
分别连接发射器和第二NPN晶体管的基部至地的第一电阻器和二极管用于在短路期间精确控制所述第一电阻器的端子处的电势差,和限制两个晶体管中流动的电流。特别地,二极管的使用确保电路关于温度变化的均一性,二极管电压以与第二NPN晶体管的基极和射极之间的电压相同的方式变化。
根据优选的实施例,第二晶体管的基极通过串联设置的三个二极管连接至地。
该数量的二极管提供了在最严峻使用情况下用于控制第二NPN晶体管的必要的电压。这些最严峻使用情况例如是从-40℃至150℃变化的温度,且还涉及部件的最差情况技术。
有利地,第一电阻器的值小于十欧姆。
该值提供确保与短路时间期间晶体管的使用的限制条件符合的需求和限制在该第一电阻器的端子处的电压降的需求之间的折中。
有利地,第二晶体管的基极通过第二电阻器连接至参考电压。
这允许第二NPN晶体管的基极电压被控制。
本发明还涉及一种电压升压电路,包括根据本发明的控制电路和输出级,连接至第一和第二晶体管的集极,在输出级的端子处,输出电压被恢复为大于输入电压。
有利地,升压电路包括输入级,连接至第一和第二晶体管的基极,用于控制所述晶体管的断开和闭合。
优选地,输入级能够在所述输入级的一个输入端子上接收脉宽调制控制。
根据优选的实施例,输入级包括两个MOSFET晶体管,其栅极连接至输入端子,优选地通过电阻器连接。
有利地,输入级包括连接至第一晶体管的基极的电压分配桥。
优选地,电压分配桥包括两个电阻器。
有利地,输出级包括:
-两个二极管和第一电容器,在输入电压和地之间相继地串联连接;和
-第二电容器,连接在第一晶体管的集极和两个二极管之间,
输出电压等于第一电容器的端子处的电压。
包括两个二极管和两个电容器的该输出级由此构成作为电压二倍器操作的供给泵。
优选地,输出级的二极管是肖特基二极管。
本发明还涉及一种用于控制N-通道MOSFET晶体管的装置,包括根据本发明的升压电压电路。
本发明还涉及一种用于调节安装在用于机动车辆的通风、供暖和/或空调设备上的马达-风扇单元的旋转速度的系统,包括N-通道MOSFET晶体管和根据本发明的用于控制所述MOSFET晶体管的装置。
MOSFET晶体管优选地连接在供给电压和马达-风扇单元之间。
贯穿本发明的说明书,术语“连接”是指直接连接或经由低阻抗电阻器连接。
附图说明
参考附图,本发明的实施例的例子现将以更精确但非限制性的方式描述,在附图中:
图1是示出根据本发明的实施例的一个模式包括控制电路的升压电压电路的结构的图;和
图2是示出根据本发明的实施例的一个模式的调节系统的结构的图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的优选实施例的电压升压电路2。
电路2包括控制电路1,控制电路1主要包括两个双极晶体管4、6、用于控制晶体管4、6的断开和闭合的输入级8、和输出级10,在输出级的端子处恢复输出电压Vout。
第一双极晶体管4是PNP晶体管,其射极E1连接至输入电压Vin,基极B1连接至输入级8,集极C1连接至输出级10。
第二双极晶体管6是NPN晶体管,其集极C2连接至第一晶体管4的集极C1,基极B2连接至输入级8,射极E2通过第一电阻器12连接至地。该第一电阻器12的值小于10ohm,例如等于5ohm。
第二NPN晶体管6的基极B2还连接至地,通过至少一个且有利地根据图1的例子,三个二极管14、16、18,它们相继地串联设置且沿同一方向取向,二极管14的阳极连接至基极B2,二极管18的阴极连接至地。
第二NPN晶体管6的基极B2还连接至参考电压Vref,等于5V,例如通过第二电阻器20连接。
由于参考电压Vref、二极管14、16、18和电阻器12,基极B2的电压被完全控制。
输入级8能够在输入端子23上接收来自微控制器(未示出)的脉宽调制控制信号24,称为PWM控制。
该输入级8包括两个MOSFET晶体管26、28,其栅极G1、G2分别经由两个电阻器30、32连接至PWM信号的输入端子23。
第一MOSFET晶体管26的漏极D1连接至第一PNP晶体管4的基极B1且通过电压分配桥(包括电阻器22和电阻器34)连接至输入电压Vin,其源极S1连接至地。
第二MOSFET晶体管28的漏极D2连接至第二NPN晶体管6的基极B2,且其源极S2连接至地。
输入级8的该构造确保,当PWM控制信号处于逻辑水平1时,典型地对应于微控制器输出端处的5V电压时,第一PNP晶体管4闭合,且第二NPN晶体管6断开。相反,当PWM控制信号处于逻辑水平0时,典型地对应于微控制器输出端处的0V电压时,第一PNP晶体管4断开,第二NPN晶体管6闭合。
特别地在此,电阻器20、22、34被选择为限制双极晶体管4、6两者都闭合的时间,即第一PNP晶体管的断开时间和第二NPN晶体管6的闭合时间,反之亦然。输入电压Vin和地之间的短路的时间必须减小,以便避免电路2的部件的过应力,特别是双极晶体管4、6和第一电阻器12。
小于10ohm的第一电阻器12的值提供确保与短路时间期间晶体管4、6的使用的限制条件相符合的需求和限制在该第一电阻器12的端子处的电压降的需求之间的折中。
输出级10包括两个二极管36、38,特别是肖特基(Schottky)类型的,以及第一电容器40和第二电容器42,二极管36、38和第一电容器在输入电压Vin和地之间相继串联连接,第二电容器连接在第一PNP晶体管4的集极C1和两个肖特基二极管36、38之间。第一肖特基二极管36的阳极连接到输入电压Vin,其阴极连接到第二肖特基二极管38的阳极,第二肖特基二极管的阴极连接到第一电容器40。
输出级10由此构成用于使输入电压Vin成双倍的供给泵,以便获得基本等于2*Vin的输出电压Vout。
典型地,电压Vin是机动车辆的电池的电压,即6V至18V之间的电压。
输出电压Vout是在第一电容器40的端子处的电压。
在上述短路时间之后,流过第一电阻器12的电流非常低,是十毫安量级,从而在Vdrop指代的第一电阻器12的端子处的电压是百毫伏量级。由于电容器42的充电电流非常低,没有电流流过三个二极管14、16、18。
在电路2的输出处,输出电压Vout等于2*Vin-Vdrop-2*Vd,其中,Vd是在肖特基二极管36、38的每个的端子处的电压。由于电压Vd是300mV量级,电压Vdrop相对于2*Vd可忽略。
由于本发明的电路包括低成本部件,因此例如可以获得输出电压Vout=2*Vin-0.7V。
特别地,由于第一PNP晶体管4连接至输入电压和第二NPN晶体管6连接至地,双极晶体管4、6的基极和射极之间的电压在输出电压Vout的水平处不产生任何损失。
图2示出用于调节安装在用于机动车辆的通风、供暖和/或空调设备上的马达-风扇单元MFU52的旋转速度的系统50。
该调节系统50包括N-通道MOSFET晶体管54,其漏极D通过滤波器56被连接至正供电电压Valim,其源极S连接至MFU52的正端子。一个二极管58连接在马达端子处。在此,电压Valim等于车辆电池的电压Vin。
MOSFET晶体管54通过升压电路2的输出电压Vout在其栅极G水平处被控制。
由于升压电路2作为基本完美的二倍器操作,且具有低电池电压Vin,例如7V的量级,MOSFET晶体管54的控制电压Vout足以确保MOSFET晶体管54不进入到线性模式,且MFU52不停止操作。
显然,可设想实施例的其他模式。
作为例子,输入级8的MOSFET晶体管26、28可被在晶体管4、6的基极的水平处具有高阻抗的其他器件替换。
由于第一PNP晶体管4连接至输入电压和第二NPN晶体管6连接至地,双极晶体管4、6的基极和射极之间的电压在输出电压Vout的水平处不产生任何损失,如所解释的。
由于电阻器12和一个或多个二极管14、16和18,通过晶体管4和6的电流在PWM控制信号24的逻辑状态改变阶段期间被限制,同时,在PWM控制信号24的给定逻辑状态期间的操作中,确保电阻器12的端子处的电压是低的,且没有电流流过二极管14、16和18,从而控制电路1到输出电压Vout上几乎没有损失,如以上所解释的。
由此,由于根据本发明的控制电路,可以控制具有低供电电压的MOSFET,且确保MFU52不停止操作,这是由于输出电压Vout足以确保MOSFET晶体管54不进入线性模式,如以上所解释的。

Claims (13)

1.一种用于控制电压升压电路(2)的电路,包括:
-第一PNP晶体管(4),其射极(E1)连接至输入电压(Vin);
-第二NPN晶体管(6),其集极(C2)连接到第一晶体管(4)的集极(C1),第二晶体管(6)的射极(E2)连接至地,
其特征在于,所述第二晶体管(6)的射极(E2)通过第一电阻器(12)连接到地,其基极(B2)通过至少一个二极管(14,16,18)连接至地。
2.如权利要求1所述的控制电路,其中,第二晶体管(6)的基极(B2)通过串联设置的三个二极管(14,16,18)连接至地。
3.如权利要求1或2所述的控制电路,其中,第一电阻器(12)的值小于十欧姆。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的控制电路,其中,第二晶体管(6)的基极(B2)通过第二电阻器(20)连接至参考电压(Vref)。
5.一种电压升压电路(2),包括根据权利要求1至4中任一项所述的控制电路和输出级(10),所述输出级连接至第一和第二晶体管(4,6)的集极(C1,C2),在所述输出级的端子处,输出电压(Vout)被恢复为大于输入电压(Vin)。
6.如权利要求5所述的升压电路(2),包括输入级(8),连接至第一和第二晶体管(4,6)的基极(B1,B2),用于控制所述晶体管(4,6)的断开和闭合。
7.如权利要求6所述的升压电路(2),其中,输入级(8)能够在所述输入级(8)的一个输入端子(23)上接收脉宽调制控制(24)。
8.如权利要求7所述的升压电路(2),其中,输入级(8)包括两个MOSFET晶体管(26,28),其栅极(G1,G2)连接至输入端子(23)。
9.如权利要求6至8中的任一项所述的升压电路(2),其中,输入级(8)包括连接至第一晶体管(4)的基极(B1)的电压分配桥(22,34)。
10.如权利要求5至9中的任一项所述的升压电路(2),其中,输出级(10)包括:
-两个二极管(36,38)和第一电容器(40),在输入电压(Vin)和地之间相继地串联连接;和
-第二电容器(42),连接在第一晶体管(4)的集极(C1)和两个二极管(36,38)之间,
输出电压(Vout)等于第一电容器(40)的端子处的电压。
11.如权利要求10所述的升压电路(2),其中,输出级的二极管(36,38)是肖特基二极管。
12.一种用于控制N-通道MOSFET晶体管(54)的装置,包括如权利要求5至11中任一项所述的升压电压电路(2)。
13.一种用于调节安装在用于机动车辆的通风、供暖和/或空调设备上的马达-风扇单元(52)的旋转速度的系统(50),包括N-通道MOSFET晶体管(54)和如权利要求12所述的用于控制所述MOSFET晶体管(54)的装置。
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