CN109247046A - 具有反极性保护二极管的电压转换器 - Google Patents

具有反极性保护二极管的电压转换器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电压转换器(20)，包括：第一输入端子和第二输入端子，其中输入电压可以施加在第一输入端子和第二输入端子之间；具有开关(203)的开关分支(209)，其中开关(203)被设计成闭合第一输入端子和第二输入端子之间的电路路径；以及反极性保护二极管(206)，其在开关分支(209)中与开关(203)串联连接。

Description

具有反极性保护二极管的电压转换器
技术领域
本发明涉及用于将电输入电压转换为电输出电压的电压转换器的领域。
背景技术
电压转换器是用于将电输入电压转换为电输出电压的电路。作为电压转换器的子类别的所谓的DC/DC转换器被配置为例如将电输入电压转换为电输出电压，电输入电压和电输出电压都是DC电压。电压转换器通常包括开关，例如晶体管，以及电抗元件，例如扼流圈和电容器，其中开关周期性地打开和闭合。通过适当地控制开关的占空比，因此可以设置电压转换器的操作点。
电压转换器的输入级通常对电输入电压的极性反转非常敏感，并且在极性反转的情况下可能被高反向电流损坏。在电压转换器的输入级前面使用桥式整流器或将二极管引入电压转换器的负载电流分支通常与高电损耗有关，特别是在二极管中。
发明内容
因此，本发明所解决的问题是为电压转换器提供反极性保护的有效概念。
该问题通过独立权利要求的特征得以解决。有利的进一步发展形成从属权利要求、说明书和附图的主题。
本发明基于以下发现：通过将反极性保护二极管引入电压转换器的开关分支可以解决上述问题，所述二极管与电压转换器的开关串联布置。因此，反极性保护二极管和开关布置在同一开关分支中。这带来的优点是电压转换器的负载电流不会施加到反极性保护二极管。只有通过开关分支的开关电流施加到反极性保护二极管，并且这可能具有低得多的有效值。同时，反极性保护二极管可以接受极性相反的电输入电压，同时阻止通过开关分支的反向电流。因此，通过引入反极性保护二极管，可以有效地保护开关免受损坏。另外，可以有效地减少反极性保护二极管中的电力损耗。
根据第一方面，本发明涉及一种电压转换器，包括：第一输入端子和第二输入端子，其中电输入电压可应用于第一输入端子和第二输入端子之间；具有开关的开关分支，其中开关被配置为闭合第一输入端子和第二输入端子之间的电路路径；以及反极性保护二极管，其与开关在开关分支中串联连接。这带来的优点是，可以为电压转换器实现用于反极性保护的有效概念。开关可以是任何半导体开关。反极性保护二极管可以是任何半导体二极管。
根据一个实施例，反极性保护二极管的一个端子，特别是反极性保护二极管的阳极端子或阴极端子，直接连接到开关的一个端子。这带来的优点是可以实现更好的反极性保护。反极性保护二极管可以例如被布置在开关分支中的开关的紧邻上游或紧邻下游。
根据一个实施例，反极性保护二极管被配置为当输入电压具有第一极性时传导通过开关分支的电流，并且当输入电压具有第二极性时阻断通过开关分支的电流。这带来的优点是可以实现更好的反极性保护。第一极性例如对应于电压转换器的正常操作期间的输入电压的极性。第二极性可以与第一极性相反。第二极性例如对应于极性反转时输入电压的极性。
根据一个实施例，开关是双极晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)或结型场效应晶体管(JFET)。这带来了可以有效实现开关的优点。
根据一个实施例，反极性保护二极管是肖特基二极管。这带来的优点是可以实现反极性保护二极管的低正向电压。如果使用碳化硅(SiC)肖特基二极管作为反极性保护二极管，则可以进一步减少反极性保护二极管中的电损耗。
通过使用肖特基二极管，例如代替PN二极管或PiN二极管，可以降低反极性保护二极管的正向电压。作为功率二极管，碳化硅(SiC)肖特基二极管可以具有比其他类型的硅二极管更高的正向电压。然而，碳化硅(SiC)肖特基二极管的特征在于较低的开关损耗，特别在于降低的反向恢复效应，由此可以进一步降低开关损耗。
根据一个实施例，电压转换器包括：第一输出端子和第二输出端子，其中可以在第一输出端子和第二输出端子之间分接电输出电压；扼流圈，其被布置在第一输入端子和开关分支的端子之间；续流二极管，其被布置在开关分支的端子和第一输出端子之间；以及电容器，其被布置在第一输出端子和第二输出端子之间。这带来了可以有效实现电压转换器的优点。
根据一个实施例，电压转换器包括旁路二极管，其被布置在第一输入端子和第一输出端子之间。这带来了可以有效实现电压转换器的优点。
根据一个实施例，电压转换器包括电流测量电阻器，其与开关和反极性保护二极管在开关分支中串联连接。这带来的优点是可以有效地检测通过开关分支的电流。电流测量电阻器可以是低欧姆电阻器。
根据一个实施例，第一输入端子或第二输入端子连接到地电势。这带来的优点是可以有效地提供接地参考。
根据一个实施例，电压转换器包括：第三输入端子，其中另一电输入电压可应用于第二输入端子和第三输入端子之间；具有另一开关的另一开关分支，其中另一开关被配置为闭合在第二输入端子和第三输入端子之间的另一电路路径；以及另一反极性保护二极管，其与另一开关在另一开关分支中串联连接。这带来的优点是可以有效地实现具有中间电势的对称电压转换器。关于电输入电压和另一电输入电压，可以实现反极性保护。另一开关可以具有与上述开关相同的特征。另一反极性保护二极管可以具有与上述反极性保护二极管相同的特征。
根据一个实施例，电压转换器是DC/DC转换器，特别是升压转换器。这带来的优点是可以有效地实现反极性保护。升压转换器被配置为将电输入电压转换为更高的电输出电压。
根据第二方面，本发明涉及一种电压转换系统，包括：电压转换器，其中电压转换器包括第一输入端子和第二输入端子，其中电输入电压可应用于第一输入端子和第二输入端子之间，其中电压转换器包括具有开关的开关分支，其中开关被配置为闭合第一输入端子和第二输入端子之间的电路路径，其中电压转换器包括反极性保护二极管，其与开关分支中的开关串联连接；主电压转换器，其电连接到电压转换器，其中主电压转换器被布置在电压转换器的下游；以及控制器，其配置为致动电压转换器的开关，其中控制器被配置为将电压转换器的输入电压与比较电压进行比较，并且其中控制器被配置为如果电压转换器的电输入电压超过比较电压则激活电压转换器。这带来的优点是，可以为电压转换器和主电压转换器实现用于反极性保护的有效概念。主电压转换器可以是任何电压转换器，特别是任何DC转换器或任何AC转换器。
根据一个实施例，控制器被配置为将电压转换器的输入电压与另一比较电压进行比较，其中，另一比较电压大于比较电压，并且其中控制器被配置为如果电压转换器的电输入电压超过另一比较电压则停用电压转换器。这带来了可以有效地操作主电压转换器的优点。
根据第三方面，本发明涉及一种用于操作电压转换系统的方法，其中电压转换系统包括电压转换器、主电压转换器和控制器，其中电压转换器包括第一输入端子和第二输入端子，其中电输入电压可应用于第一输入端子和第二输入端子之间，其中电压转换器包括具有开关的开关分支，其中开关被配置为闭合第一输入端子和第二输入端子之间的电路路径，其中电压转换器包括反极性保护二极管，其与开关分支中的开关串联连接，其中主电压转换器电连接到电压转换器，其中主电压转换器被布置在电压转换器的下游，其中控制器被配置为致动电压转换器的开关，该方法包括：将电压转换器的输入电压与比较电压进行比较，这由控制器执行，并且如果电压转换器的电输入电压超过比较电压则激活电压转换器，所述激活由控制器执行。这带来的优点是，可以为电压转换器和主电压转换器实现用于反极性保护的有效概念。
该方法可以由电压转换系统执行。该方法的其他特征将直接从电压转换系统的功能和/或特征中出现。
根据一个实施例，该方法包括将电压转换器的输入电压与另一比较电压进行比较，这由控制器执行，其中，另一比较电压大于比较电压，并且如果电压转换器的电输入电压超过另一比较电压则停用电压转换器，所述停用由控制器执行。这带来了可以有效地操作主电压转换器的优点。
附图说明
将参考附图更详细地解释另外的示例性实施例，其中：
图1示出了具有DC输入的电压转换系统的示意图；
图1a示出了具有DC输入和输入侧中间DC电势输入的电压转换系统的示意图；
图2示出了具有DC输入的电压转换系统的示意图；
图2a示出了具有DC输入和输入侧中间DC电势输入的电压转换系统的示意图；
图3示出了作为正导电路径中的电压转换器的升压转换器的示意图；
图4a至4f示出了作为开关的半导体开关的示意图；
图5a和5b示出了电压转换系统的示意图；
图6示出了作为具有反极性保护二极管的正导电路径中的电压转换器的升压转换器的示意图；
图6a示出了作为具有反极性保护二极管的正导电路径中的电压转换器的升压转换器的示意图；
图7示出了通过作为电压转换器的升压转换器的扼流圈和开关的电流波形的示意图；
图8示出了电压转换系统的电压特性的示意图和用于操作电压转换系统的方法；
图9示出了作为负导电路径中的电压转换器的升压转换器的示意图；
图10示出了作为具有反极性保护二极管的负导电路径中的电压转换器的升压转换器的示意图；
图10a示出了作为具有反极性保护二极管的负导电路径中的电压转换器的升压转换器的示意图；
图11是作为对称电压转换器的对称升压转换器的示意图；
图12示出了作为具有反极性保护二极管的对称电压转换器的对称升压转换器的示意图；
图12a至12c示出了作为具有反极性保护二极管的对称电压转换器的对称升压转换器的示意图；
图13示出了作为具有输入侧中间电势输入的对称电压转换器的对称升压转换器的示意图；
图14示出了作为具有输入侧中间电势输入和具有反极性保护二极管的对称电压转换器的对称升压转换器的示意图；以及
图14a至14c示出了具有输入侧中间电势输入和具有反极性保护二极管的对称电压转换器的对称升压转换器的示意图。
具体实施方式
用于实现反极性保护的概念可以用在例如多级电压转换系统1中，其中第一有源输入级之一是具有DC输入的电压转换器20，特别是升压转换器。电压转换系统1可以是纯DC/DC电压转换系统或单相或多相类型的DC/AC电压转换系统。电压转换系统1可以具有宽输入电压范围并且可以通过有利的方法操作。电压转换系统1可以是具有DC输入的转换器。
与具有AC输入的电压转换系统(其中由于可以进行整流，输入端子的连接可以是任意的)不同，在具有DC输入的电压转换系统中通常不存在整流器。由于在具有图1的DC输入的电压转换系统1上可以任意连接输入端子2和3，因此对于大多数拓扑结构应该确保较高输入电势连接到输入端子2并且较低输入电势连接到输入端子3。另外，组件可能被反向电流或反极性输入电压损坏。
在具有DC输入的多级电压转换系统1(其在图2中更详细地示出)的情况下，当使用升压转换器作为电压转换器20时(其实施例在图3、图9和图11中更详细地示出)，必须保护开关203/203a，b免受反向电流或向后施加的电压的影响，特别是如果电压转换器20形成整个电压转换系统1中的第一级之一，并且没有其他级可以预先防止输入电压的极性反转。必须防止反向电流，特别是在半导体开关的情况下，其在图4中更详细地示出并且具有寄生体二极管或续流二极管。这尤其适用于MOSFET 2031和2037、具有续流二极管2033的IGBT2032、或具有寄生体二极管的JFET 2034。没有被电压转换器20的扼流圈201充分限制的短路电流可以流过这些二极管，并且典型输入级10中的熔丝不能及时切断所述电流。对于所有不能阻挡反向电压的开关，必须防止在开关203/203a，b上向后施加的电压，例如没有额外的续流二极管的IGBT 2035。
电压转换系统1的DC链路级30，在这是电压DC链路级的情况下，已经通过续流二极管202/202a，b和旁路二极管205/205a，b(如果存在的话)保护免受反极性。电压转换系统1的主电压转换器40(其根据类型在电流耦合或电流隔离的实施例中将输入电压转换为AC电压或DC电压)同样通过续流二极管202/202a，b和电压转换器20的旁路二极管205/205a，b保护免受反极性。被布置在次级侧的其他组件，例如输出滤波器级60，通常不受反极性输入电压的不利影响，使得期望在那里不会破坏组件。
在图1a和图2a中所示的一个实施例中，在具有DC输入的电压转换系统1的输入端处的输入端子4上可以存在另一电势M，该另一电势以电压方式布置为输入端子2和3的两个电势之间的中间电势55a，并且可以设定例如为输入端子2和3的两个电势之间的电势的一半，并因此设定为中间电势55。在这种情况下，也必须确保两个输入电压的正确的极性，并且在一个或两个输入电压发生极性反转时必须保护组件免受损坏。
为了考虑输入端子2和3处的输入电压51的反向连接，可以将一个或甚至两个二极管11和12引入到线路中，例如在输入区域中可选地在输入级10的前面(如图5a所示)，或者在输入级10的后面(如图5b所示)。输入级10尤其可以包括熔丝、滤波器元件和电涌保护元件。如果输入端子2和3上的输入电势反转，则以合适的电流方向引入电路的至少一个或两个二极管11和12可以防止反向电流和反向输入电压51，这会导致组件被破坏。当使用图2a的实施例时以及当中间电势55a存在于输入端子4上时，通常使用二极管11和12。然后，二极管11和12一起可以防止两个部分输入电压511和512中的任一者被错误地切换。
然而，将二极管11和/或12引入电压转换系统1的输入分支导致所述二极管11和/或12位于电压转换系统1的电源路径中并因此连续地承载整个负载电流。由于电流流过二极管，在后者处产生电压降，这导致二极管处的电损耗。因此有利的是将反极性保护保持在主电源路径或负载电流路径之外，以便减少电损耗。
对此的一种可能性是将反极性保护二极管206引入电压转换器20的开关分支209中，其中由于开关203的定时操作，其承载较低的有效电流。由此产生较低的电损耗。反极性保护二极管206相对于开关203的有利布置可取决于所使用的类型及其致动。
现在将更详细地解释第一实施例。这里，反极性保护二极管206作为开关203上方的图3的正线分支中的电压转换器20引入到升压转换器20中，使得如图6所示的阳极端子连接到作为电压转换器20的升压转换器的扼流圈201和续流二极管202的节点，并且阴极端子连接到开关203。通过以这种方式在作为电压转换器20的升压转换器的开关分支209中布置附加元件，当朝向地电势54向其控制端子施加电压时(例如在N沟道型的MOSFET 2031中或者在IGBT 2032/2035中)，这对开关203的致动电路没有影响。
开关203被配置为闭合电压转换器20的输入端子之间的电路路径。电路路径从电压转换器20的第一输入端子经由扼流圈201和开关分支209延伸到电压转换器20的第二输入端子。
在半导体类型不朝向地电势54致动的情况下，反极性保护二极管206a也可以可选地引入开关203下方，其中，如图6a所示，阴极端子然后可以连接到作为电压转换器20的升压转换器的地电势54的节点，并且阳极端子可以连接到开关203。此外，可以将其他元件引入开关分支209，例如用于检测通过开关203的电流208/208a的测量电阻器。作为电压转换器20引入升压转换器的开关分支209，反极性保护二极管206/206a防止在反向输入电压51的情况下，反向电流流过开关203的体二极管或续流二极管。此外，它还接受由极性反转引起的开关分支209中的反向电压，否则可能会破坏开关203，如果开关203不包括体二极管或续流二极管、并且不能阻止反向电压的话。因此可以省略输入分支中的二极管11和/或12。
反极性保护二极管206/206a的布置有利于减少电损耗，因为仅当作为电压转换器20的升压转换器的开关203闭合时，电流208/208a流过反极性保护二极管206/206a。因此电流不会持续流动。在这种情况下，如图7所示，脉冲电流208/208a达到比通过扼流圈201的电流207低得多的有效值702，其有效值701对应于输入电流的有效值并达到峰值结果711。因此，与在输入分支中具有二极管11和/或12的变型相比，在反极性保护二极管206/206a中发生减少的电损耗。输入电压51和逐步升高的DC链路电压83越接近，反极性保护二极管206/206a中的电损耗越低。作为电压转换器20的升压转换器的开关203的占空比a朝零运行并且开关203接通越来越短的时间，结果通过反极性保护二极管206/206a的电流208/208a的有效值702或平均值也朝零运行。当作为电压转换器20的升压转换器不工作且通过反极性保护二极管206/206a的电流208/208a的有效值702或平均值是零时，通过反极性保护二极管206/206a的最小电损耗发生。电压转换器20的电输出电压由电容器204支持。
现在将更详细地解释第二实施例。在这种情况下，反极性保护二极管206作为图9的负线分支中的电压转换器20、在开关203下方被引入升压转换器中，使得如图10所示，阴极端子连接到作为电压转换器20的升压转换器的的扼流圈201和续流二极管202的节点，并且阳极端子连接到开关203。通过以这种方式在开关分支209中布置附加元件，当朝向正电势53向其控制端子施加电压时(例如在P沟道型的MOSFET 2037中)，这对开关203的致动电路没有影响。
开关203被配置为闭合电压转换器20的输入端子之间的电路路径。电路路径从电压转换器20的第一输入端子经由扼流圈201和开关分支209延伸到电压转换器20的第二输入端子。
在半导体开关不朝向正电势53致动的情况下，反极性保护二极管206a也可以可选地被引入开关203上方，其中，如图10a所示，阳极端子然后连接到作为电压转换器20的升压转换器的正电势53的节点，并且阴极端子连接到开关203。此外，可以将其他元件引入开关分支209，例如用于检测通过开关203的电流208/208a的测量电阻器。电压转换器20的电输出电压由电容器204支持。
这导致如已经关于第一实施例所述的关于反向输入电势的相同操作原理以及关于流过反极性保护二极管的电流的电损耗方面的相同优点。
现在将更详细地解释第三实施例。在这种情况下，反极性保护二极管206作为对称电压转换器20被引入对称升压转换器，如图11所示，在开关203a上方，使得如图12所示，阳极端子连接到作为电压转换器20的升压转换器的扼流圈201a和续流二极管202a的节点，并且阴极端子连接到开关203a。通过以这种方式在上开关分支209a中布置附加元件，当朝向中间电势55向其控制端子施加电压时(例如在N沟道型的MOSFET中2031中或在IGBT 2032/2035中)，这对开关203a的致动电路没有影响。
开关203a和203b被配置为闭合电压转换器20的输入端子之间的电路路径。电路路径从电压转换器20的第一输入端子经由扼流圈201a、开关分支209a、开关分支209b以及扼流圈201b延伸到电压转换器20的第二输入端子。
在半导体开关不朝向中间电势55致动的情况下，反极性保护二极管206a也可以可选地引入开关203a下方，其中，如图12a所示，阴极端子然后连接到作为电压转换器20的升压转换器的中间电势55的节点，并且阳极端子连接到开关203a。另外，可以将其他元件引入开关分支209a，例如用于检测通过开关203的电流208/208a的测量电阻器。
以类似于所描述的将反极性保护二极管206/206a引入作为对称电压转换器20的对称升压转换器的上开关分支209a的可能性的方式，可以将反极性保护二极管引入作为对称电压转换器20的对称升压转换器的下开关分支209b。在开关203b下方引入反极性保护二极管206c的变型(其中如图12b所示，阴极端子连接到作为电压转换器20的升压转换器的扼流圈201b和续流二极管202b的节点，并且阳极端子连接到开关203b)对开关(特别是半导体开关)的致动没有影响，所述开关具有朝向中间电势55向其控制端子施加的电压。对于未朝向中间电势55致动的半导体开关，可以在开关203b上方引入反极性保护二极管206b，如图12c所示，其中阳极端子连接到作为电压转换器20的升压转换器的中间电势55，并且阴极端子连接到开关203b。另外，可以将其他元件引入开关分支209b，例如用于检测通过开关203b的电流208b/208c的测量电阻器。电压转换器20的电输出电压由电容器204a和电容器204b支持。
这导致如已经关于第一实施例所述的关于反向输入电势的相同操作原理(其中引入两个开关分支209a或209b中的一个对于作为对称电压转换器20的对称升压转换器来说可能是足够的)，以及关于流过反极性保护二极管的电流的电损耗方面的相同优点。
现在将更详细地解释第四实施例。当使用对称升压转换器作为在如图13所示的输入端处具有中间电势55的对称电压转换器20时，所述中间电势也可以在具有DC输入的电压转换系统1的输入端处的输入端子4上，如图1a和图2a所示，使得两个部分输入电压511和512可以串联连接。在这种情况下，应该排除两个部分输入电压511和512的极性反转。为此，可以在对称升压转换器的上开关分支209a中引入反极性保护二极管206作为具有输入侧中间电势55的对称电压转换器20，并且可以在下开关分支209b中引入另一反极性保护二极管。图14示出了一种变型，其中上开关分支和下开关分支的开关各自朝向中间电势55致动。在该配置中，附加的反极性保护二极管不影响开关的致动电路。在这种情况下，上开关分支209a中的反极性保护二极管206的阳极端子连接到正线分支中的部分的扼流圈201a和续流二极管202a的节点，并且阴极端子连接到开关203a。在下开关分支209b中，引入反极性保护二极管206c，使得其阴极端子连接到负线分支中的部分的扼流圈201b和续流二极管202b的节点，并且阳极端子连接到开关203b。
开关203a被配置为闭合电压转换器20的输入端子之间的电路路径。电路路径从电压转换器20的第一输入端子经由扼流圈201a和开关分支209a延伸到电压转换器20的第二输入端子。开关203b被配置为闭合电压转换器20的输入端子之间的另一电路路径。另一电路路径从电压转换器20的第三输入端子经由扼流圈201b和开关分支209b延伸到电压转换器20的第二输入端子。
对于没有朝向中间电势55致动的开关，特别是半导体开关，也可以想到将反极性保护二极管引入开关分支209a和209b的朝向中间电势55的部分中，如图14a所示。此外，还可以在开关203a和203b上方的每种情况下或者在开关203a和203b下方的每种情况下在两个开关分支209a和209b中引入反极性保护二极管，如图14b和图14c所示。另外，可以将其他元件引入开关分支209a和209b，例如用于检测通过开关203a和203b的电流208/208a和208b/208c的测量电阻器。电压转换器20的电输出电压由电容器204a和电容器204b支持。
这导致如已经关于第一实施例所述的关于反向输入电势的相同操作原理(其中引入两个开关分支209a或209b对于作为具有输入侧中间电势55的对称电压转换器20的对称升压转换器是有用的)，以及关于流过反极性保护二极管的电流的电损耗方面的相同优点。
现在将更详细地解释用于操作具有DC输入的多级电压转换系统的方法。借助于该方法，可以使电压转换系统在额定输入电压下操作期间的电损耗最小化并且可以实现最佳效率。
有利的是，电压转换系统1的主电压转换器40的操作电压范围86保持尽可能小。此外，有利的是，对于额定操作，为整个电压转换系统1提供这样的操作点，其中作为电压转换器20的升压转换器不起作用，以便减少电损耗。因此，主电压转换器40将被优化用于利用在总输入电压范围81的上操作电压范围86(其中额定操作输入电压84也位于其中)中的电压的操作。结果，作为电压转换器20的升压转换器在额定操作期间不起作用。
作为电压转换器20的升压转换器用于在最小输入电压82和最大输入电压85之间实现最宽可能的输入电压范围81，而主电压转换器40也不必配置用于该宽输入电压范围81。因此，主电压转换器40的操作电压范围86理想地选择为尽可能窄并且仅根据需要选择大小。例如，如果主电压转换器40包括变压器，则这导致具有低变压比的变压器的最佳设计。
当使用DC链路级30时，该方法可以描述如下。在最小输入电压82以下，电压转换系统1作为整体在输入电压范围811中不操作。如果输入电压范围812中的输入电压51低于要实现的升压DC链路电压83并且大于最小输入电压82时，作为电压转换器20的升压转换器有效并且将DC链路级30中的DC链路电压52升高到要实现的升压DC链路电压83。在输入电压51(其等于或大于在输入电压范围813中要实现的升压DC链路电压83)的作用下，作为电压转换器20的升压转换器不起作用，并且DC链路级30充电到允许的最大输入电压85。可以选择额定操作输入电压84大于要实现的升压DC链路电压83。
电压转换系统1的控制器可以致动作为电压转换器20的升压转换器，并且可以根据输入电压51激活和/或停用升压转换器。根据一个实施例，最小输入电压82形成比较电压，超过该比较电压导致作为电压转换器20的升压转换器的激活。根据一个实施例，要实现的升压DC链路电压83形成另一比较电压，超过该另一比较电压导致作为电压转换器20的升压转换器的失效。
对于具有使用对称升压转换器作为图11的对称电压转换器20的分离DC链路级30的电压转换系统1的实施例，电压转换系统1如上所述地操作，其中DC链路电压52可以由两个部分的DC链路电压521和522组成，其可以例如相等并且可以各自代表总DC链路电压52的一半。如果，当使用对称升压转换器作为图13的具有输入侧中间电势的对称电压转换器20时，这也可以在电压转换系统1的输入端处作为输入侧中间电势55a，那么在这种情况下，也可以使用上述方法，输入电压51现在是部分输入电压511和512的总和，其可以例如相等并且可以各自代表总输入电压51的一半。
参考标记列表
1 电压转换系统
2 输入端子
3 输入端子
4 输入端子
10 输入级
11 二极管
12 二极管
20 电压转换器
30 DC链路级
40 主电压转换器
60 输出滤波器级
51 输入电压
511 部分输入电压
512 部分输入电压
52 DC链路电压
522 部分DC链路电压
521 部分DC链路电压
53 正电势
54 地电势
55 中间电势
55a 中间电势
201 扼流圈
201A 扼流圈
201B 扼流圈
202 续流二极管
202a 续流二极管
202b 续流二极管
203 开关
203A 开关
203B 开关
204 电容器
204A 电容器
204B 电容器
205 旁路二极管
205a 旁路二极管
205b 旁路二极管
206 反极性保护二极管
206a 反极性保护二极管
206b 反极性保护二极管
206c 反极性保护二极管
207 电流
207a 电流
207b 电流
208 电流
208a 电流
208b 电流
208c 电流
209 开关分支
209a 开关分支
209b 开关分支
2031 MOSFET
2032 IGBT
2033 续流二极管
2034 JFET
2035 IGBT
2036 JFET
2037 MOSFET
701 有效值
702 有效值
711 峰值
81 输入电压范围
811 输入电压范围
812 输入电压范围
813 输入电压范围
82 最小输入电压
83 DC链路电压
84 额定操作输入电压
85 最大输入电压
86 操作电压范围

Claims (15)

1.一种电压转换器(20)，包括：
第一输入端子和第二输入端子，其中在所述第一输入端子和所述第二输入端子之间施加电输入电压；
具有开关(203、203a、203b)的开关分支(209、209a、209b)，其中所述开关(203、203a、203b)被配置为闭合所述第一输入端子和所述第二输入端子之间的电路路径；以及
反极性保护二极管(206、206a、206b、206c)，与所述开关(203、203a、203b)串联连接在所述开关分支(209、209a、209b)中。
2.根据权利要求1所述的电压转换器(20)，其中所述反极性保护二极管(206、206a、206b、206c)的一个端子，特别是所述反极性保护二极管(206、206a、206b、206c)的阳极端子或阴极端子，直接连接到所述开关(203、203a、203b)的一个端子。
3.根据前述权利要求之一所述的电压转换器(20)，其中，所述反极性保护二极管(206、206a、206b、206c)被配置为：当输入电压具有第一极性时传导通过所述开关分支(209、209a、209b)的电流(208、208a、208b、208c)，并且当输入电压具有第二极性时阻断通过所述开关分支(209、209a、209b)的电流(208、208a、208b、208c)。
4.根据前述权利要求之一所述的电压转换器(20)，其中，所述开关(203、203a、203b)是双极晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管(2031、2037)、绝缘栅双极晶体管(2032、2035)、或结型场效应晶体管(2034、2036)。
5.根据前述权利要求之一所述的电压转换器(20)，其中，所述反极性保护二极管(206、206a、206b、206c)是肖特基二极管，特别是碳化硅肖特基二极管。
6.根据前述权利要求之一所述的电压转换器(20)，包括：
第一输出端子和第二输出端子，其中电输出电压能够分接在所述第一输出端子和所述第二输出端子之间；
扼流圈(201、201a、201b)，被设置在所述第一输入端子和所述开关分支(209、209a、209b)的端子之间；
续流二极管(202,202a，202b)，被设置在所述开关分支(209、209a、209b)的所述端子和所述第一输出端子之间；以及
电容器(204、204a、204b)，被设置在所述第一输出端子和所述第二输出端子之间。
7.根据权利要求6所述的电压转换器(20)，包括：
旁路二极管(205、205a、205b)，被设置在所述第一输入端子和所述第一输出端子之间。
8.根据前述权利要求之一所述的电压转换器(20)，包括：
电流测量电阻器，与所述开关(203、203a、203b)和反极性保护二极管(206、206a、206b、206c)串联连接在所述开关分支(209、209a、209b)中。
9.根据前述权利要求之一所述的电压转换器(20)，其中所述第一输入端子或所述第二输入端子连接到地电势(54)。
10.根据前述权利要求之一所述的电压转换器(20)，包括：
第三输入端子，其中在所述第二输入端子和所述第三输入端子之间施加另一电输入电压；
具有另一开关(203、203a、203b)的另一开关分支(209、209a、209b)，其中所述另一开关(203、203a、203b)被配置为闭合所述第二输入端子和所述第三输入端子之间的另一电路路径；以及
另一反极性保护二极管(206、206a、206b、206c)，与所述另一开关(203、203a、203b)串联连接在所述另一开关分支(209、209a、209b)中。
11.根据前述权利要求之一所述的电压转换器(20)，其中，所述电压转换器(20)是DC/DC转换器，特别是升压转换器。
12.一种电压转换系统(1)，包括：
根据权利要求1至11之一所述的电压转换器(20)，其中，所述电压转换器(20)包括第一输入端子和第二输入端子，其中，在所述第一输入端子和所述第二输入端子之间施加电输入电压，其中所述电压转换器(20)包括具有开关(203、203a、203b)的开关分支(209、209a、209b)，其中所述开关(203、203a、203b)被配置为闭合所述第一输入端子和所述第二输入端子之间的电路路径，其中电压转换器(20)包括反极性保护二极管(206、206a、206b、206c)，所述反极性保护二极管(206、206a、206b、206c)与所述开关(203、203a、203b)串联连接在所述开关分支(209、209a、209b)中；
主电压转换器(40)，电连接到所述电压转换器(20)，其中所述主电压转换器(40)被布置在所述电压转换器(20)的下游；以及
控制器，被配置为致动所述电压转换器(20)的开关(203、203a、203b)，其中所述控制器被配置为将所述电压转换器(20)的输入电压与比较电压进行比较，并且其中所述控制器被配置为：如果所述电压转换器(20)的电输入电压超过所述比较电压，则激活所述电压转换器(20)。
13.根据权利要求12所述的电压转换系统(1)，其中所述控制器被配置为将所述电压转换器(20)的输入电压与另一比较电压进行比较，其中所述另一比较电压大于所述比较电压，并且其中所述控制器被配置为：如果所述电压转换器(20)的电输入电压超过所述另一比较电压，则停用所述电压转换器(20)。
14.一种用于操作电压转换系统(1)的方法，其中所述电压转换系统(1)包括根据权利要求1至11之一所述的电压转换器(20)、主电压转换器(40)和控制器，其中所述电压转换器(20)包括第一输入端子和第二输入端子，其中在所述第一输入端子和所述第二输入端子之间施加电输入电压，其中所述电压转换器(20)包括具有开关(203、203a、203b)的开关分支(209、209a、209b)，其中所述开关(203、203a、203b)被配置为闭合所述第一输入端子和所述第二输入端子之间的电路路径，其中所述电压转换器(20)包括反极性保护二极管(206、206a、206b、206c)，所述反极性保护二极管(206、206a、206b、206c)与所述开关(203、203a、203b)串联连接在所述开关分支(209、209a、209b)中，其中所述主电压转换器(40)电连接到所述电压转换器(20)，其中所述主电压转换器(40)被布置在所述电压转换器(20)的下游，其中所述控制器被配置为致动所述电压转换器(20)的所述开关(203、203a、203b)，所述方法包括：
将所述电压转换器(20)的输入电压与比较电压进行比较，这由所述控制器执行；以及
如果所述电压转换器(20)的电输入电压超过所述比较电压，则激活所述电压转换器(20)，所述激活由所述控制器执行。
15.根据权利要求14所述的方法，包括：
将所述电压转换器(20)的输入电压与另一比较电压进行比较，这由所述控制器执行，其中，所述另一比较电压大于所述比较电压；以及
如果所述电压转换器(20)的电输入电压超过所述另一比较电压，则停用所述电压转换器(20)，所述停用由所述控制器执行。
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