CN103986124B - 直流电压变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在两个电网（BN48、BN14）之间传输能量的直流电压变换器，其具有多个并联的变换器电路（Z1、Zn），其中，串联于每个变换器电路（Z1、Zn）地设置有第一半导体开关（M14、Mn4），所述第一半导体开关依赖于在所述第一半导体开关（M14、Mn4）上的电压降能被操纵，和/或串联于每个变换器电路（Z1、Zn）地设置有第二半导体开关（M15、Mn5），所述第二半导体开关依赖于在所述第二半导体开关（M15、Mn5）上的电压降能被操纵。

Description

直流电压变换器
技术领域
本发明涉及一种用于在两个电网之间传输能量的直流电压变换器，其具有多个并联的变换器电路。
背景技术
这类具有多个也称为变压器单元的变换器电路的直流电压变换器由现有技术已知。特别是已知多相直流电压变换器，例如由文献DE 11 2008 004 030 T5和文献DE 102009 054 957 A1已知，所述多相直流电压变换器具有多个变换器电路。直流电压变换器例如在机动车中被利用，以便使不同的汽车电网相互耦联。
如果在具有多个变换器电路的直流电压变换器中在其中一个变换器电路中出现故障并且流过短路电流，则其可以通过直流变换器的控制装置检测。在检测出短路电流后，所述控制装置将有故障的变换器电路切断。从出现短路电流的时刻直到切断有故障的变换器电路的时刻可能在已知的直流电压变换器情况下经历足够长的允许通过直流电压变换器的电流的上升的时间。所述电流可能这样高，使得在通过所述直流电压变换器耦联的电网中的电压崩溃并且各电网变得不稳定或所述电网之一变得不稳定。通过所述控制装置对流过变换器电路的电流的监测因此可能过于缓慢，以致于不能阻止电网的崩溃。
发明内容
本发明在此开始。
本发明基于的问题是，在短路的情况中快速切断开头所述类型的直流电压变换器的变换器电路。
该问题按照本发明通过如下方式解决，即，串联于每个变换器电路地设置有一个第一半导体开关，所述第一半导体开关根据在所述第一半导体开关上的电压降能被操纵，和/或串联于每个变换器电路地设置有一个第二半导体开关，所述第二半导体开关根据在所述第二半导体开关上的电压降能被操纵。按照存在第一半导体开关或是存在第二半导体开关，所述第一或第二半导体开关可被用于可靠和快速地切断有故障的变换器电路。如果不仅存在第一半导体开关而且存在第二半导体开关，则两者可以被用于可靠和快速地切断变换器电路。
所述直流电压变换器可以具有用于检测在第一半导体开关上的电压降的器件和/或用于检测在第二半导体开关上的电压降的器件。在变换器电路之一短路时，基于电流上升在第一或第二半导体开关上的电压也强烈升高，因为所述第一或第二半导体开关具有通流电阻，即使只具有小的通流电阻。该电压上升被检测。因此所述第一或第二半导体开关不只用作为开关元件而且也用作为用于检测电流上升或用于检测短路的测量电阻。
用于检测电压降的所述器件可以是门限开关的一部分。利用所述门限开关，在第一或第二半导体开关上的电压可以被检测并且与至少一个开关门限比较。每个门限开关可以具有至少一个输出端。利用所述门限开关可以产生依赖于所述比较结果的输出信号，所述输出信号在门限开关的输出端可被获取。如果例如在半导体开关上的电压高于阈值，则输出信号可以具有对应于逻辑1的电平，而在低于阈值的情况下则产生逻辑0。
优选门限开关的开关门限可以被调节。为此门限开关可以具有用于调节阈值的连接端。所述用于调节门限开关的开关门限的连接端可以与所述控制装置连接。因此可能的是，借助所述控制装置调节和预定开关门限。所述开关门限可以例如通过所述控制装置与改变的参数适配，例如与半导体开关的改变的温度适配。这可能是有意义的，因为半导体开关的通流电阻与温度相关。通过开关门限与改变的导通电阻适配可以保证，在相同的电流通过半导体开关时超过和/或低于开关门限。
门限开关的输出端可以直接与第一或第二半导体开关的控制输入端连接，所述第一或第二半导体开关的电压降利用所述门限开关检测。
替代地可能的是，门限开关的输出端通过双稳态的触发器（Kippstufe）与第一或第二半导体开关的控制输入端连接，所述第一或第二半导体开关的电压降利用所述门限开关检测。
所述双稳态的触发器可以是RS触发器。每个RS触发器的输出端可以与第一或第二半导体的控制输入端连接。复位输入端可以与门限开关的输出端连接，所述门限开关检测第一或第二半导体开关的电压降，所述第一或第二半导体开关的控制输入端与所述RS触发器连接。
所述RS触发器的置位输入端可以与所述控制装置连接。
按照本发明，RS触发器的置位输入端可以是主导性的。由此通过所述控制装置可以迫使半导体开关之一闭合，即使在该半导体开关上的电压超过用于打开该半导体开关的开关门限。
RS触发器的复位输入端也可以与所述控制装置连接。因此也可以由所述控制装置引起半导体开关的打开。
附图说明
接着借助附图进一步解释本发明。在此示出：
图1是按照本发明的直流电压变换器的简化电路图。
具体实施方式
在图1中描述的直流电压变换器具有n个变换器电路，其中示出第一变换器电路Z1和第n个变换器电路Zn。所述变换器电路原则上可以具有任意的变换器拓扑结构。
在所述图中描述的是降压或升压拓扑结构（Buck-bzw.Boost-Topologie）的变换器电路。这种拓扑结构的变换器电路具有可控制的第一开关元件M11、Mn1，所述第一开关元件作为高侧开关设计并且处于连接端A1、An和点SW1、SWn之间。
点SW1、SWn此外与存储器电感L1、Ln和低侧开关M12、Mn2连接。存储器电感L1、Ln的另一个连接端与连接端E1、En连接。低侧开关M12、Mn2的另一个连接端与接地连接端M1、Mn连接。
电容器C1、Cn设置在连接端E1、En和接地连接端M1、Mn之间。
接地连接端M1、Mn在变换器电路Z1、Zn外通过各一个可控制的第三开关元件M1m、Mnm接地，其中源极连接端与所述接地连接端连接并且所述可控制的第三开关元件M1m、Mnm的漏极连接端接地。栅极连接端与直流电压变换器的控制装置C连接。
可控制的第三开关元件M1m、Mnm用作BN14或BN48的反极性保护。
各变换器电路并联在具有电势BN48和BN14的电网之间，所述电网具有共同的接地电势。
串联于每个变换器电路Z1、Zn地连接有一个第一半导体开关M14、Mn4和一个第二半导体开关M15、Mn5，其中第一半导体开关M14、Mn4将变换器电路Z1、Zn的连接端A1、An与电势BN48连接并且第二半导体开关M15、Mn5将变换器电路Z1、Zn的连接端E1、En与电势BN14连接。源极连接端与所述各连接端或者说与变换器电路的各连接端连接。
所述直流电压变换器此外具有门限开关X11、X12、Xn1、Xn2，在第一半导体开关M14、Mn4或第二半导体开关M15、Mn5之一上下降的电压分别输送给所述门限开关，并且所述门限开关将所述电压与开关门限比较，所述开关门限通过用于调节开关门限的连接端输送给所述门限开关X11、X12、Xn1、Xn2。所述用于调节开关门限的连接端与控制装置C连接。
当在第一半导体开关M14、Mn4或第二半导体开关M15、Mn5上下降的电压大于调节出的阈值时，门限开关X11、X12、Xn1、Xn2提供具有逻辑1的值的电平。否则所述门限开关在其输出端上提供逻辑0。
门限开关X11、X12、Xn1、Xn2的输出端与RS触发器RS-FF11、RS-FF12、RS-FFn1、RS-FFn2的复位输入端R连接。其他的复位输入端R此外与所述控制装置连接。RS触发器RS-FF11、RS-FF12、RS-FFn1、RS-FFn2可以通过在复位输入端上的逻辑1复位，从而在RS触发器RS-FF11、RS-FF12、RS-FFn1、RS-FFn2的输出端Q上输出逻辑0。所述复位不仅可以通过控制装置C而且也可以通过与相应的复位输入端R连接的门限开关X11、X12、Xn1、Xn2进行，只要在RS触发器RS-FF11、RS-FF12、RS-FFn1、RS-FFn2的主导的置位输入端S上存在逻辑0。置位输入端S与控制装置C连接。控制装置C因此可以在任何情况下并且尽管一个门限开关X11、X12、Xn1、Xn2识别出超过开关门限也对与该门限开关X11、X12、Xn1、Xn2连接的RS触发器RS-FF11、RS-FF12、RS-FFn1、RS-FFn2进行置位，从而在该RS触发器RS-FF11、RS-FF12、RS-FFn1、RS-FFn2的输出端Q上存在逻辑1。
所述RS触发器的输出端Q与第一和第二半导体开关M14、Mn4、M15、Mn5的栅极连接端连接。如果在RS触发器RS-FF11、RS-FF12、RS-FFn1、RS-FFn2的输出端Q上存在逻辑1，则与该RS触发器RS-FF11、RS-FF12、RS-FFn1、RS-FFn2连接的半导体开关M14、Mn4、M15、Mn5闭合。与此相反如果存在逻辑0，则第一或第二半导体开关被打开。
附图标记列表
Z1 变换器电路
Zn 变换器电路
E1、En 变换器电路的输入端（其在降压运行中为输出端，在升压运行中为输入端）
A1、An 变换器电路的输出端（其在降压运行中为输入端，在升压运行中为输出端）
M1、Mn 变换器电路的接地连接端
M11、Mn1 变换器电路的可控制的第一开关元件
M12、Mn2 变换器电路的可控制的第二开关元件
L1、L2变换器电路的线圈
C1、Cn变换器电路的电容器
M1m、Mnm 可控制的第三开关元件
M14、Mn4 第一半导体开关
M15、Mn5 第二半导体开关
X11、Xn1 门限开关
X12、Xn2 门限开关
RS-FF11、RS触发器
RS-FFn1
RS-FF12、RS触发器
RS-FFn2
BN48 汽车电网
BN14 汽车电网

Claims (8)

1.用于在两个电网(BN48、BN14)之间传输能量的直流电压变换器，所述直流电压变换器具有多个并联的变换器电路(Z1、Zn)，
其特征在于，
串联于每个变换器电路(Z1、Zn)地设置有第一半导体开关(M14、Mn4)，所述第一半导体开关在导电的状态中具有用于产生电压降的阻抗，并且所述第一半导体开关根据在所述第一半导体开关(M14、Mn4)上的所述电压降能被操纵，和/或
串联于每个变换器电路(Z1、Zn)地设置有第二半导体开关(M15、Mn5)，所述第二半导体开关在导电的状态中具有用于产生电压降的阻抗，并且所述第二半导体开关根据在所述第二半导体开关(M15、Mn5)上的所述电压降能被操纵，
所述直流电压变换器具有一个控制装置(C)，该控制装置与所述半导体开关(M14、Mn4)的控制输入端连接，利用该控制装置能产生信号，利用所述信号能控制所述半导体开关(M14、Mn4)，
所述直流电压变换器具有用于检测在第一半导体开关(M14、Mn4)上的电压降的器件和/或用于检测在第二半导体开关(M15、Mn5)上的电压降的器件，
所述用于检测电压降的器件是门限开关(X11、X12、Xn1、Xn2)，利用所述门限开关，在第一或第二半导体开关(M14、Mn4、M15、Mn5)上的电压能被检测并且能与至少一个开关门限比较，
其中一个所述门限开关(X11、X12、Xn1、Xn2)的每个输出端直接与第一或第二半导体开关(M14、Mn4、M15、Mn5)的控制输入端连接，或其中一个所述门限开关(X11、X12、Xn1、Xn2)的每个输出端通过双稳态的触发器(RS-FF11、RS-FF12、RS-FFn1、RS-FFn2)与第一或第二半导体开关(M14、Mn4、M15、Mn5)的控制输入端连接。
2.按照权利要求1所述的直流电压变换器，其特征在于，所述门限开关(X11、X12、Xn1、Xn2)具有输出端，并且利用所述门限开关(X11、X12、Xn1、Xn2)能产生依赖于比较结果的输出信号。
3.按照权利要求1或2所述的直流电压变换器，其特征在于，所述门限开关(X11、X12、Xn1、Xn2)的开关门限能被调节。
4.按照权利要求3所述的直流电压变换器，其特征在于，用于调节所述门限开关(X11、X12、Xn1、Xn2)的开关门限的连接端与控制装置(C)连接，并且所述开关门限能通过控制装置(C)预定。
5.按照权利要求1所述的直流电压变换器，其特征在于，所述双稳态的触发器是RS触发器(RS-FF11、RS-FF12、RS-FFn1、RS-FFn2)，并且每个RS触发器(RS-FF11、RS-FF12、RS-FFn1、RS-FFn2)的输出端与第一或第二半导体开关(M14、Mn4、M15、Mn5)之一的控制输入端连接，并且复位输入端(R)与所述门限开关(X11、X12、Xn1、Xn2)的输出端连接，所述门限开关检测第一或第二半导体开关(M14、Mn4、M15、Mn5)的电压降。
6.按照权利要求5所述的直流电压变换器，其特征在于，所述RS触发器(RS-FF11、RS-FF12、RS-FFn1、RS-FFn2)的置位输入端(S)与控制装置(C)连接。
7.按照权利要求6所述的直流电压变换器，其特征在于，所述置位输入端相对于所述复位输入端是主导性的。
8.按照权利要求3所述的直流电压变换器，其特征在于，所述门限开关(X11、X12、Xn1、Xn2)的开关门限能被调节，以便补偿第一或第二半导体开关(M14、Mn4、M15、Mn5)的阻抗的温度漂移。
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