CN109565173A - 电控制器和用于将电控制器与电源耦合的电路装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将控制器与电源耦合的设备。在此，借助于开关元件可以使在电源与电控制器之间的电连接断开或闭合。在此，与开关元件并联地设置电阻，该电阻即使在开关元件断开的情况下也能够实现从电源到电控制器的有限的通过电流。以这种方式，即使在开关元件断开的情况下也可以给电蓄能器、诸如电容器或类似的充电，该电蓄能器应该缓冲在电控制器上的输入电压。经此，通过在闭合开关元件时给在控制器的输入端上的电容器充电可以避免损害。

Description

电控制器和用于将电控制器与电源耦合的电路装置

技术领域

本发明涉及一种用于将电控制器与电源耦合的设备以及一种具有这种设备的电控制器。本发明还涉及一种具有电控制器的电驱动系统。

背景技术

大量电子电路、诸如电控制器拥有以电容的形式的电蓄能器。尤其是在机动车（Kfz）领域内的大量的控制器中，设置这种以电容器或诸如此类的为形式的电蓄能器。这种电蓄能器能够实现：补偿进行馈电的电能量源的电压波动；或者如果所连接的电压源失灵或例如出于安全原因被隔离，则必要时也在预先给定的时长内继续维持控制器的功能。

这种电蓄能器通常由一个或多个电容器组成。如果具有这种电蓄能器的控制器被关断或停用，则在电压源与电蓄能器之间的电连接可以被中断。在接通或激活控制器时，重新建立在电压源与电蓄能器之间的电连接，其方式是例如闭合电开关。在闭合开关之后，电流紧接着从电压源流到电蓄能器中，以便给电蓄能器充电。在此，该电流仅仅通过导线电阻、导线电感以及必要时其它寄生成分来限制。在容量大的电蓄能器的情况下，这通常导致高接通电流。因为该高接通电流也许可能使电压源承受强烈负荷，所以通常设置如下电路装置，所述电路装置限制在将电蓄能器与电压源连接时的接通电流。

出版文献DE 10 2013 106 854 A1公开了一种用于限制接通电流的电路。在电压源的连接点与电容器的连接点之间设置由开关元件和电感构成的串联电路。还设置控制装置，该控制装置被配置用于在连续电流模式（Continuous Current Mode）下运行开关和电感，以便给电容器充电。

发明内容

本发明公开了具有专利权利要求1的特征的用于将电控制器与电源耦合的设备、具有专利权利要求4的特征的电控制器和具有专利权利要求7的特征的电驱动系统。

因此规定：

一种用于将电控制器与电源耦合的设备，该设备具有：第一输入连接端，该第一输入连接端能与电源的第一连接端耦合；第二输入连接端，该第二输入连接端能与电源的第二连接端耦合；第一输出连接端，该第一输出连接端能与电控制器的第一连接端耦合；第二输出连接端，该第二输出连接端能与电控制器的第二连接端耦合。该设备还包括：开关元件，该开关元件布置在第一输入连接端与第一输出连接端之间；和电阻，该电阻布置在第一输入连接端与第一输出连接端之间。因此，该电阻与该开关元件并联地布置在第一输入连接端与第一输出连接端之间。

此外还规定：

一种电控制器，该电控制器具有按照本发明的用于将该电控制器与电源和电容器耦合的电路装置。电容器以第一连接端与用于耦合电控制器的设备的第一输出连接端连接。此外，电容器以第二连接端与用于耦合电控制器的设备的第二输出连接端连接。

此外还规定：

一种电驱动系统，该电驱动系统具有：电机；整流器，该整流器被设计为在该电机上提供预先确定的电压；和按照本发明的电控制器。控制器被设计为在整流器上提供用于操控整流器的控制信号。

本发明的优点

本发明所基于的认识在于：在连接电蓄能器、诸如容量高的电容器时紧接着就有充电电流开始流动。在此，该充电电流的大小通常只通过在电蓄能器与电压源之间的连接元件的特性来限制。在将电蓄能器与电压源连接之后给电蓄能器充电的情况下的这种高充电电流可能使电压源承受强烈负荷。例如，可能发生在电压源上的短暂的电压暴跌。此外，在没有其它限制的情况下在给电蓄能器充电时的高充电电流也许也可能使电构件、如开关元件或类似的承受强烈负荷，所述电构件布置在电压源与电蓄能器之间的电流路径中。在此，常规的接通电流限制通常花费很高而且必要时也需要复杂的操控，所述常规的接通电流限制可以限制用于给电蓄能器充电的最大充电电流。

因而，本发明的思路是考虑该认识并且提供用于将电源与电蓄能器耦合的设备，该设备尽可能地避免了出现高电流。为此，具有电蓄能器的控制器借助于开关元件来与电源耦合。该开关元件例如可以是半导体开关，诸如MOSFET或绝缘栅双极型晶体管（IGBT）或类似的。此外，然而机械开关元件或类似的开关元件也同样是可能的。此外，与该开关元件并联地设置电阻、诸如欧姆电阻。该电阻例如可以是欧姆相对高的电阻。在电蓄能器与电源之间的开关元件断开的情况下，有比较小的电流可以流经该高欧姆电阻。然而，该小电流在控制器被停用或关断时足以给电蓄能器充电。以这种方式，在电蓄能器与电源之间的被断开的开关元件的两个连接端之间出现近似相同的电位。因此，可以闭合开关元件，而在闭合开关元件时没有较大的电流开始流动。另一方面，通过对与开关元件并联的电阻的适当的确定参数可以限制最大电流。因此，也可以保证：在控制器中有故障情况、诸如短路或类似的故障情况下，在电压源与电蓄能器之间以及因此也包括在电压源与控制器之间的开关元件断开时，不能发生显著的通过电流。通过对与开关元件并联的电阻的适当的确定参数，也可以充分地限制最大电流，使得甚至在控制器中有短路的情况下都不可能有如下高电流流动，该高电流可能会导致热事件或诸如此类的。因此，还确保了整个系统的安全性。

在此，电阻与开关元件并联的布置是非常简单并且成本低的解决方案。此外，不需要其它组件、尤其是复杂的电路装置或者控制装置来限制接通电流。因此，可以降低整个系统的复杂性。容易出错性以及也包括成本可以以这种方式来显著降低。

按照一个实施方式，该电路装置还包括二极管，该二极管与电阻串联地布置在用于将电控制器与电源耦合的设备的第一输入连接端与第一输出连接端之间。因此，与开关元件并联地设置由二极管和电阻构成的串联电路。以这种方式，可以实现简单的保护以防在连接控制器时的反极。

按照另一实施方式，该设备包括控制装置。该控制装置被设计为操控开关元件。在此，通过借助于控制装置来操控开关元件，使在第一输入连接端与第一输出连接端之间的电连接闭合。以这种方式，控制装置可以准许在电压源与控制器之间的电连接。

按照该电控制器的一个实施方式，根据在第一输出连接端与第二输出连接端之间的电容器的容量来适配电阻，该电阻设置在第一输入连接端与第一输出连接端之间。该电阻尤其可以尽可能大地被确定参数，以便使经过具有该电阻的路径的电流保持得低。以这种方式，在电阻中在故障情况下形成的损耗功率小得能忽略。另一方面，电阻应该被选择得小得使得可以在适当的时间内进行对电容器的充电。例如，如下电阻值R和容量值C是适当的，所述电阻值R和容量值C得到R*C的在10s与100s之间的范围内的时间常数。

按照一个实施方式，控制器包括控制输入端。借助于附在控制输入端上的激活信号可以激活控制器。以这种方式可能的是，借助于该激活信号有针对性地激活和/或停用控制器。因此，即使通过与开关元件并联的电阻有电压附在控制器上，该电压处在控制器的供电电压的范围内，控制器例如也可以被停用或被置于待命/待机模式下。

按照一个实施方式，用于将控制器与电源耦合的设备的第一输入连接端和第二输入连接端与机动车的车载电网电耦合。机动车的车载电网通常由12伏特或24伏特电池组来馈电。在此，通过在给控制器中的电蓄能器充电期间按照本发明地避免高接通电流，可以减小由于电池组的有限的工作能力而引起的电压暴跌。

只要合理，上面的设计方案和扩展方案就可以彼此任意地组合。本发明的其它设计方案、扩展方案和实现方案也包括本发明的之前或者在下文关于实施例所描述的特征的没有明确提到的组合。在此，本领域技术人员尤其是也将把单个方面作为改善方案或补充方案添加到本发明的相应的基本形式。

附图说明

随后，本发明依据在附图的示意图中说明的实施例进一步予以阐述。在此：

图1示出了按照一个实施方式的电控制器的示意图，该电控制器具有用于将控制器与电源耦合的设备；

图2示出了按照另一实施方式的电控制器的示意图，该电控制器具有用于将控制器与电源耦合的设备；而

图3示出了按照一个实施方式的电驱动系统的示意图。

具体实施方式

在所有附图中，只要不另作说明，相同或功能相同的元件和设备就配备有相同的附图标记。

图1示出了按照一个实施方式的电控制器2的示意图。电控制器2可以是任意的电控制器、尤其是用于机动车的电控制器。这种控制器2例如可以被用于控制在电动车辆或混合动力车辆中的电驱动系统。此外，任意的其它电控制器也是可能的，例如用于各种各样的电机、尤其是在机动车中的电机的电控制器。但是，用于其它应用目的的电控制器、例如用于控制车辆中的安全气囊系统的电控制器或者类似的电控制器也还同样是可能的。

控制器2例如包括控制装置20。该控制装置20例如可以被设计为接收和分析不同的输入信号。控制装置20还可基于控制装置20的处理结果视应用情况而定生成适当的控制信号并且在输出端（这里未示出）上提供适当的控制信号。为了处理输入信号和/或为了生成输出信号，必须给控制装置20供应电能。为了使控制装置20的输入电压稳定和/或为了即使在能量供应装置失灵的情况下也维持供电电压，在其上提供电源的输入连接端上布置电蓄能器C、例如以一个或多个电容器为形式的电蓄能器C。如果如这里示出的那样应该给控制装置20供应直流电压，则电蓄能器C例如可具有两个连接端，其中分别有一个连接端与用于在控制装置20上的输入电压的输入连接端电连接。此外，用于控制装置20的输入电压的两个输入连接端通过设备1与电源3耦合。电源3可以是任意的电压源、尤其是任意的直流电压源。例如，电源3可包括电池组或蓄电池。电源3尤其可以是机动车的车载电网，该车载电网例如由机动车（Kfz）电池组来馈电。

电源3的第一连接端与用于将电控制器2与电源3耦合的设备1的第一输入连接端E1连接。电源3的另一连接端与用于将电控制器2与电源3耦合的设备1的第二输入连接端E2连接。此外，第一输出连接端A1与用于电控制器2的电源、尤其是用于控制装置20的电源的第一连接端耦合。以相同的方式，第二输出连接端A2与电控制器2的第二连接端、尤其是用于控制装置20的电源的第二连接端耦合。在这里示出的实施例中，第二输入连接端E2与第二输出连接端A2电连接。原则上，也可设想的是：因此，电源3的第二连接端也与用于电控制器2的电源的第二连接端直接连接。此外，也可设想的是：在第二输入连接端E2与第二输出连接端A2之间设置相同的或等效的电路装置，如该电路装置随后在第一输入连接端E1与第一输出连接端A1之间所描述的那样。

在用于将电控制器2与电源3耦合的设备1的第一输入连接端E1与第一输出连接端A1之间布置开关元件S。该开关元件S可以是任意的开关元件，该开关元件适合于中断在第一输入连接端E1与第一输出连接端A1之间的电连接或者在需要时将在第一输入连接端E1与第一输出连接端A1之间的电连接闭合。例如，开关元件S可以是机械开关元件。然而，也还优选地可能的是电子开关元件、诸如以MOSFET或绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的形式的半导体开关元件。此外，任意的其它机械或电子开关元件也是可能的。

此外，在第一输入连接端E1与第一输出连接端A1之间与开关元件S并联地布置电阻R。该电阻R优选地是欧姆电阻。因此，通过与开关元件S并联地布置在第一输入连接端E1与第一输出连接端A1之间的该电阻R，即使在开关元件S断开的情况下也可以有电流从电源3朝着电蓄能器C的方向流动。在此，在开关元件S断开的情况下，一直有电流从电源3流到电蓄能器C中，直至电蓄能器C被充电到如下电压，该电压几乎对应于由电压3提供的电压（减去可能出现在其它的、例如寄生的器件上的电压降）。因此，在开关元件S断开的情况下，在开关元件S的两侧将出现几乎相同的电位。如果接着在稍后的时间点闭合开关元件S，则只要电蓄能器C没有被放电，就接着首先没有显著的电流流经开关元件S。因此，在开关元件S闭合时，首先并没有出现从电源3朝着电蓄能器C的方向的显著的通过电流，而且电压3因而在开关元件S闭合时并没有承受显著负荷。

图2示出了按照另一实施方式的控制器2的示意图。在此，按照该实施方式的控制器2基本上对应于按照之前描述的实施方式的控制器2。如在图2中示出的那样，开关元件S（这里通过半导体开关元件来示出）可以通过控制装置10来操控。在此，通过将控制装置10的控制信号施加在开关元件S的控制连接端上，可以将开关元件S闭合。此外，用于操控或断开和闭合开关元件S的任意的其它解决方案当然也都是可能的。

此外，按照图2的实施例与之前描述的实施例的区别尤其在于：替代电阻R，与开关元件S并联地布置由二极管D、尤其是半导体二极管和电阻R构成的串联电路。例如，以这种方式可以保证：在控制器2的错误地连接到电源3上时，控制器2的电蓄能器C没有被充电，因为在这种情况下二极管D会沿截止方向运行。在此，在给电蓄能器C充电期间在二极管D上出现的电压降可以被忽略，而且在开关S闭合时不是会导致明显损害的显著的电压降。

然而，此外也可能的是：例如与二极管D并联地或者与由二极管D和电阻R构成的串联电路并联地布置另一电阻（这里未示出），使得通过该另一电阻也可以补偿在二极管D上的可能的电压降。例如，该另一电阻可以被选择得比与二极管D串联地设置的电阻R大一个或多个量级。

在所有实施例中，尤其可以根据电蓄能器C的容量给电阻R确定参数。在此，用于给电蓄能器C充电的时长例如根据电阻R与电蓄能器C的容量的三倍积而得到。相对应地，在电蓄能器C的容量预先给定以及用于给电蓄能器C充电的时长预先给定的情况下，可以计算电阻R。

在给电阻R和电蓄能器C确定参数时，电阻应该尽可能大地被确定参数，以便使经过该支路的电流保持得小。以这种方式，在电阻R中在故障情况下形成的损耗功率可以保持得小。在这种情况下，该损耗功率几乎能忽略。另一方面，电阻R应该被选择得小得使得可以在适当的时间内进行对电蓄能器C的充电。例如，电阻R的电阻值和电蓄能器C的容量值是适当的，所述电阻值和容量值得到时间常数，其中电阻值和容量值的积在10s与100s之间的范围内。当然，除了该值域之外，视应用情况而定，也可以选择电阻R或容量C的与此不同的值。

此外，在控制器2上可以设置用于使控制器2激活和停用的控制输入端。例如可以借助于附在控制输入端上的激活信号来激活控制器2。以这种方式可能的是，借助于该激活信号有针对性地激活和/或停用控制器2。必要时，也可以在控制器2上设置单独的用于激活和用于停用的控制输入端。因此，即使通过电阻R而有电压附着，该电压几乎对应于供电电压，控制器2例如也可以被停用或被置于待命/待机模式下。

图3示出了按照一个实施方式的具有电控制器2的电驱动系统的示意图。电驱动系统包括电机4和具有整流器5的控制器2。在此，整流器5在电机4上提供对于电机4的运行来说所需的电压。在此，整流器5由电控制器2来操控，以便根据预先给定的输入电压来生成适合于运行电机4的输出电压。

此外，控制器、尤其是机动车中的控制器的任意的其它应用当然也都是可能的。为此，这些控制器例如都可以在关断或停用状态下通过将开关元件S断开来与电源3分开。在该关断或停用状态下，控制器2通常不消耗电能。在此，例如出于安全原因，通过断开开关元件S可以使电源中断。如果控制器2接着应该被接通或激活，则可以将开关元件S闭合。因为之前通过电阻R已经给电蓄能器C充电，所以在开关元件S闭合时，首先没有从电源3朝着电蓄能器C的方向的高充电电流。在开关元件S已经闭合之后，控制器2可以开始运行。在此，用于控制器2的供电的输入电压通过电蓄能器C来缓冲。在电源3失灵时，由于存储在电蓄能器C中的电能，也可以在预先给定的确定的时长内继续维持控制器2的运行。

概况来说，本发明涉及一种用于将控制器与电源耦合的设备。在此，借助于开关元件可以使在电源与电控制器之间的电连接断开或闭合。在此，与开关元件并联地设置电阻，该电阻即使在开关元件断开的情况下也能够实现从电源到电控制器的有限的通过电流。以这种方式，即使在开关元件断开的情况下也可以给电蓄能器、诸如电容器或类似的充电，该电蓄能器应该缓冲在电控制器上的输入电压。经此，通过在闭合开关元件时给在控制器的输入端上的电容器充电可以避免损害。

Claims (8)

1.一种用于将电控制器（2）与电源（3）耦合的设备（1），所述设备具有：

第一输入连接端（E1），所述第一输入连接端能与所述电源（3）的第一连接端耦合；

第二输入连接端（E2），所述第二输入连接端能与所述电源（3）的第二连接端耦合；

第一输出连接端（A1），所述第一输出连接端能与所述电控制器（2）的第一连接端耦合；

第二输出连接端（A2），所述第二输出连接端能与所述电控制器（2）的第二连接端耦合；

开关元件（S），所述开关元件布置在所述第一输入连接端（E1）与所述第一输出连接端（A1）之间；和

电阻（R），所述电阻布置在所述第一输入连接端（E1）与所述第一输出连接端（A1）之间。

2.根据权利要求1所述的设备（1），所述设备具有二极管（D），所述二极管与所述电阻（R）串联地布置在所述第一输入连接端（E1）与所述第一输出连接端（A1）之间。

3.根据权利要求1或2所述的设备（1），所述设备具有控制装置（10），所述控制装置被设计为操控所述开关元件（S），以便使在所述第一输入连接端（E1）与所述第一输出连接端（A1）之间的电连接闭合。

4.一种电控制器（2），其具有：

根据权利要求1至3之一所述的用于将所述电控制器（2）与电源（3）耦合的设备（1）；

电容器（C），所述电容器以第一连接端与用于耦合所述电控制器（2）的设备（1）的第一输出连接端（A1）连接，而且所述电容器以第二连接端与用于耦合所述电控制器（2）的设备（1）的第二输出连接端（A2）连接。

5.根据权利要求4所述的电控制器（2），其中所述电阻（R）的值与所述电容器（C）的容量的值的积在10与100秒之间的范围内。

6.根据权利要求4或5所述的电控制器（2），其所述用于将控制器（2）与电源（3）耦合的设备（1）的第一输入连接端（E1）和第二输入连接端（E2）与机动车的车载电网电耦合。

7.根据权利要求4至6之一所述的电控制器（2），其中所述控制器（2）包括控制输入端而且所述控制器（2）能借助于附在所述控制输入端上的激活信号来激活。

8.一种电驱动系统，其具有：

电机（4）；

根据权利要求4至7之一所述的电控制器（2），

其中所述控制器（2）包括整流器（5），所述整流器被设计为在所述电机（4）上提供预先确定的电压；而且所述控制器（2）被设计为在所述整流器（5）上提供用于操控所述整流器（5）的控制信号。