CN104704698B - 用于多电压电网的保护电路装置 - Google Patents

Abstract

介绍了一种用于多电压电网的保护电路装置。该保护电路装置包括直流电压变换器（102），该直流电压变换器设置在高电压网格（110）和低电压网格（112）之间的过渡区域中，其中不仅在高电压网格中而且在低电压网格中分别设置至少一个开关。

Description

用于多电压电网的保护电路装置

技术领域

本发明涉及用于例如在机动车中的多电压电网的保护电路装置，以便支配内部以及必要时外部的故障、尤其是短路和反极性。该保护电路装置既可以至少部分地设置为直流电压变换器的组成部分又可以单独地设置在多电压电网中。

背景技术

直流电压变换器被用于变换不同的电压。经常将把在输入端处输送的直流电压转换成另外的直流电压的电部件或电路称为直流电压变换器。

直流电压变换器例如应用在所谓的多电压电网中，其中关于变换器在初级侧的输入电压被变换成比较高或低的次级侧输出电压。以多电压电网表示具有多个网格的电网，所述网格以不同的电压被运行。在不同网格共同作用的情况下必要的是，将电压在所述网格之间进行变换。

多电压电网在机动车中作为电功率供给系统，所述电功率供给系统除了通常调整到12V的直流电压上的低电压负荷之外也以至少一个例如调整到48V的高功率负荷工作。为此，多电压电网具有相应的高功率发电机和/或相应的高功率电池以及直流电压变换器，该直流电压变换器将例如为48V的直流电压在几乎相同的功率情况下转换成12V电压。典型地，机动车的多电压电网通常也具有低电压电池、例如12V电池。

在机动车中，直流电压变换器例如被使用在低电压混合系统中。在该应用中，直流电压变换器将能量在48V车载电网和12V车载电网之间传送。在此，48V车载电网是高电压网格，12V车载电网是低电压网格。这样的直流电压变换器被称为PCU-BRS（用于增压回收系统的功率转换单元（Power Conversion Unit for Boost Recuperation System））。

该变换器的挑战在于，保护12V车载电网。这即使在高电压侧对地短路以及半桥失灵（Durchlegieren）的情况下也必须被保证。

对于这样的保护电路已知的是在12V侧设置保险装置、例如半导体开关。

由出版物DE 10 2008 041 341 A1已知直流电压变换器，其应用在机动车的车载电网中。在所描述的直流电压变换器中，如果直流电压变换器处于关断状态，则外部地电势与内部地电势点分离。通过这种方式很大程度上避免了寄生通过电流。

发明内容

以此为背景介绍根据权利要求1的用于多电压电网的保护电路装置。由从属权利要求和说明书得到扩展方案。

建议：在低电压侧上或在低电压网格中以及在高电压侧上或在高电压网格中设置至少一个开关。迄今，在低电压侧上设置电路。为了提供最优的保护，在一种实施中，与在低电压侧上的开关相比以不同的引发条件设计在高电压侧上的开关。

通过该成本低的、却也非常有效的解决方案，非电流隔离的直流电压变换器变得是令人感兴趣的。存在几乎如同在电流隔离的变换器情况下在成本较低时一样的最优的保护。

所介绍的保护电路装置例如使用在机动车中，尤其是机动车中的回收系统中。该回收系统用于能量再生并且导致废气的减少。要注意的是：在机动车中在低电压侧上的电压经常处于9至16V的范围中。在高电压侧上的电压可以为直至600V。这样高的电压例如在混合动力车辆中被需要。

在两侧上也可以分别设置两个开关，所述开关通常在不同方向上截止。通常，两个开关中的第一开关防止内部故障、也即在直流电压变换器中的误操作，并且第二开关防止外部故障、诸如反极或短路。

此外，要注意的是，开关通常由多个并联的晶体管、例如MOSFET晶体管构成，由此可以通过这种方式高效地传导并且安全地切断高电流。

本发明的其他优点和扩展方案从说明书和附图中得到。

可以理解的是，前面所提及的以及后面还要阐述的特征不仅可以以分别说明的组合、而且可以以其他组合或者单独地被使用，而不离开本发明的范围。

附图说明

图1示出多电压电网的实施。

图2示出在多电压电网中的所描述的电路装置的实施。

图3示出在多电压电网中的所描述的电路装置的另一实施。

图4示出在多电压电网中的所描述的电路装置的又另一实施。

图5以示意图阐明不同的触发条件。

具体实施方式

根据实施方式在附图中示意性示出本发明，并且下面借助参照附图详尽地描述本发明。

图1示出多电压电网的实施，该多电压电网总体上用参考数字10表示。该多电压电网包括高电压网格12和低电压网格14，在其之间连接有直流电压变换器16。该直流电压变换器将电压在这两个网格12和14之间进行变换。此外，在高电压网格12中设置有耗电器18和源20。低电压网格14包括耗电器22和源24。原则上，在两个网格12或14的每个中均可以设置有耗电器或能量源、例如电池。

在直流电压变换器16中的故障现在导致整个多电压电网10的误操作。在使用在机动车中的情况下，这可能导致特定功能的失效以及由此导致安全性关键的行驶状态。因此，必须确保：在直流电压变换器16中的故障、也即内部故障以及优选还有外部故障、例如在多电压电网10中的短路或反极性能够被识别并且能够及时采取保证机动车安全继续运行的措施。

在图2中示出了保护电路装置的实施，其总体上用参考数字50来表示。该电路装置50包括设置在高电压网格54和低电压网格56之间的区域中的直流电压变换器52，也即在该实施中，直流电压变换器52相应地包括两个网格54和56的部分。

直流电压变换器具有作为控制装置的微控制器61、带有电路电感的模块62和功率部分或电路部分64。在功率部分64中设置有与相的数量相应的多个支路66。每个相由分别带有两个晶体管或开关的半桥构成，所述半桥具有上半桥68和下半桥69。在高电压侧上，在端子60（参考数字70）处设置带有源74的开关72以及与其并联地设置发动机76。在低电压网格56中，源80、第一耗电器82、第二耗电器84和附加的耗电器86彼此并联地连接。

在直流电压变换器52中，在高电压网格54中设置第一开关90以及在接地路径并且由此在低电压网格56中设置第二开关92。

利用这两个开关90和92可以对不同的故障合适地作出反应。鉴于在高电压和接地之间的短路（例如在外部在线缆树中或者在内部在该电路本身中），第一开关90被断开。

如果在低电压和接地之间的短路存在，例如在外部在线缆树中或者在内部在该电路本身中，第二开关92被断开。

在高电压和低电压之间的短路可能在外部通过线缆树中的短路引起。在该情况下，不需要对应措施。如果该短路由内部短路给出，则开关90和92被断开。

图3示出带有直流电压变换器102的电路装置100的另一实施，所述直流电压变换器具有第一相104、第二相106和第三相108。该直流电压变换器102布置在高电压网格110和低电压网格112之间，其中这两个网格110和112的部分集成在直流电压变换器102中。

高电压网格尤其是包括串联的开关120和源122，它们与电机124并联连接。在低电压网格112中彼此并联地布置有源130、第一耗电器132、第二耗电器134和另一耗电器136、例如电机124。

在高电压侧上的直流电压变换器102中并且由此在高电压网格110中布置有第一开关140和第二开关142。该所谓的背对背布置（B2B，Back-to-Back-Anordnung）借助两个相反布置的MOSFET构成。在直流电压变换器102之外在接地路径中并且由此在低电压网格112中设置有第三开关144和第四开关146，它们构成第二B2B。

第一开关140在内部故障情况下、例如在直流电压变换器102的上半桥开关150失灵时进行保护。第二开关142在外部短路或者在高电压网格110中反极性时进行保护。

第三开关144在内部故障情况下、例如在下半桥开关152失灵时进行保护。第四开关146在低电压网格112中以及由此在低电压侧上在外部反极性时进行保护。

在图3中示出的实施可以在技术上简单地实现。此外，可以利用该实施减小静止电流。

图4还示出电路装置200的另一实施，该电路装置具有在高电压网格204和低电压网格206之间的直流电压变换器202。在此情况下，在高电压网格204中在直流电压变换器中设置仅仅一个开关210。当不必对高电压网格的反极性进行反应时，第二开关可以取消，因为这例如可以通过外部措施来排除。

同样，在低电压侧上、也即在低电压网格206中在直流电压变换器202中设置有第二开关212和第三开关214（B2B）。但是，所述第二开关和第三开关不是设置在地连接端中、而是设置在低电压网格的电势连接端中。

高电压网格204尤其包括与源222串联的开关220。与这些并联地设置有电机224。在低电压网格206中，此外还设置有源230、第一耗电器232、第二耗电器234和附加的耗电器236。

在图4中所示的实施同样可以在技术上简单地实现。同样可以利用该实施来减小静止电流。

在图5中示出了触发条件。该图示示出了比较器250（在该情况下是硬件比较器）、微控制器252和监视器254（在该情况下是硬件监视器）。此外，该图示还示出了逻辑环节256，在该情况下是OR环节。

在该实施中，开关应当具有下面的触发条件：

比较器250确定过高的输出电流。

微控制器252确定误操作。

监视器254确定微控制器252的误操作。

硬件比较器250将输出量、例如输出电流或输出电压与最大极限值进行比较。微控制器252具有用于输出电流的监控功能。虽然该监控功能比硬件比较器250更精确，但是较慢。

硬件监视器254确保：微控制器252正确地工作，也即在需要时应该断开所分配的开关的微控制器监控功能按规定地被执行。

当三个条件之一满足时，所分配的保护开关应当立刻被断开。

微控制器250原则上可以监控运行条件。

Claims (7)

1.用于多电压电网（10）的保护电路装置，其具有直流电压变换器（16，52，102，202），该直流电压变换器设置在高电压网格（12，54，110，204）和低电压网格（14，56，112，206）之间的过渡区域中，其中不仅在高电压网格（12，54，110，204）中而且在低电压网格（14，56，112，206）中分别设置至少一个开关（90，92，120，140，142，144，146，210，212，214），其中开关（90，92，120，140，142，144，146，210，212，214）被设计用于在存在至少一个触发条件时被断开，其中第一触发条件能够通过在微控制器（61，252）中的监控功能来检验，其中第二触发条件能够通过监视器（254）来检验，所述监视器确保微控制器（61，252）的监控功能的正确的工作模式，其中以与在低电压侧上的开关不同的引发条件来设计在高电压侧上的开关。

2.根据权利要求1所述的保护电路装置，其中高电压网格的至少一个开关设置在直流电压变换器中。

3.根据权利要求1或2所述的保护电路装置，其中低电压网格（14，56，112，206）的至少一个开关（90，92，120，140，142，144，146，210，212，214）设置在直流电压变换器（16，52，102，202）中。

4.根据权利要求1或2所述的保护电路装置，其中附加地在高电压网格（12，54，110，204）中设置另外的开关（90，92，120，140，142，144，146，210，212，214），所述另外的开关防止在高电压网格（12，54，110，204）中的反极性。

5.根据权利要求1或2所述的保护电路装置，其中附加地在低电压网格（14，56，112，206）中设置另外的开关，所述另外的开关防止在低电压网格（14，56，112，206）中的反极性。

6.根据权利要求1或2所述的保护电路装置，其中第三触发条件能够通过借助比较器（250）将输出量与极限值进行比较来检验。

7.根据权利要求1或2所述的保护电路装置，其中开关（90，92，120，140，142，144，146，210，212，214）分别通过至少一个MOSFET晶体管来实现。