CN109643951B - 用于运行直流电压变换器的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行直流电压变换器(20)的设备(10)，所述设备至少具有：‑用于将至少直流电压变换器(20)与接地电势(35)电连接的功率接地连接(32)，在正常运行(I)中完全地建立功率接地连接(32)，而在故障运行(II)中至少部分地限制或中断功率接地连接(32)；‑用于检测故障运行(II)的控制单元(12)，以及‑用于在故障运行(II)中将至少控制单元(12)与接地电势(35)电连接的信号接地连接(31)，设有接地隔离开关单元(11)，其能被置于闭合状态，从而建立信号接地连接(31)，以及能被置于断开状态，从而中断信号接地连接(31)。按照本发明规定，接地隔离开关单元(11)能通过控制单元(12)根据故障运行(II)的检测来操控，使得接地隔离开关单元(11)在正常运行(I)中始终具有断开状态。

Description

用于运行直流电压变换器的设备

技术领域

本发明涉及一种用于运行直流电压变换器的设备。此外，本发明涉及一种用于运行直流电压变换器的方法。

背景技术

由现有技术已知如下的直流电压变换器，这些直流电压变换器例如用于将不同的网络、尤其是车辆车载网络相互连接。直流电压变换器以及用于控制直流电压变换器的控制电子器件在此通常经由功率接地连接与一个共同的接地电势连接。

然而在此经常不利的是，故障、如接地断开可能导致破坏装置(即尤其是直流电压变换器和控制电子器件)。尤其是，在直流电压变换器待机时，信号地或功率地相对电源线的短路可能导致破坏装置(在此可能发生从一个地至另一地的电流)。此外，在接地断开的情况下，可能有高电流流经电连接部，这些电连接部未针对这样高的电流设计。这也可能导致对装置的损坏和干扰。此外经常成问题的是，在接地断开时不能够实现例如控制电子器件与车辆的通信。

发明内容

因此，本发明的任务是至少部分消除上述缺点。任务尤其是，尽管功率地的接地断开，但装置、尤其是控制电子器件与车辆的通信仍然保持存在。

上述任务通过根据本发明的设备和通过根据本发明的方法来解决。本发明的其他特征和细节由说明书和附图得出。在此，结合按照本发明的设备说明的特征和细节当然也适于与按照本发明的方法相结合，并且相应地反之亦然，从而涉及各个发明方面的公开内容始终可以相互参考。

所述任务尤其是通过一种用于运行直流电压变换器(尤其是DC-DC变换器和/或直流电压放大器)的设备得以解决，其中，所述设备具有下列元件中的至少一个元件：

-用于将至少直流电压变换器(以及尤其是也将控制单元)与(共同的)接地电势电连接的功率接地连接，其中，优选在正常运行中，所述功率接地连接(尤其是完全)被建立，并且优选在故障运行中所述功率接地连接被至少部分地隔离(中断)或限制，其中，在正常运行中，直流电压变换器能以激活和非激活的方式运行，

-用于检测故障运行(和/或至少一个偏离于正常运行的故障运行)的控制单元(或所述控制单元)，

-用于在故障运行中将至少控制单元与接地电势电连接的信号接地连接。

信号接地连接例如位于(外部的或共同的)接地电势与控制单元的接地连接端子之间。在此尤其可想到的是，设置接地隔离开关单元，该接地隔离开关单元能被置于闭合状态(闭合或激活)，使得(尤其是完全)建立信号接地连接，以及该接地隔离开关单元能被置于断开状态(断开或停用)，使得(至少部分地或大部分隔离地)中断信号接地连接。所述中断例如可以通过如下方式实现：强烈减少通过信号接地连接或通过接地隔离开关单元的电流，尤其是方式为极其高欧姆地接通信号接地连接或接地隔离开关单元。

“中断”和/或“至少部分中断”或者“至少部分隔离”尤其是理解为：减少、尤其是大部分地或完全地抑制通过电连接(例如信号接地连接)的电流，例如通过完全隔离电连接或通过高欧姆隔离，例如通过半导体开关。因此优选地，接地隔离开关单元位于信号接地连接的电流路径中。

尤其可能的是，接地隔离开关单元能通过控制单元根据故障运行的检测而被操控，使得接地隔离开关单元在正常运行中尤其是始终具有断开状态，尤其是使得控制单元和直流电压变换器仅经由功率接地连接与接地电势连接，并且优选使得接地隔离开关单元(尤其是仅)在故障运行中具有闭合状态，尤其是仅当检测到了功率地(连接)的接地断开时。这具有如下优点：即使在接地断开/功率地断开(即功率接地连接中断或故障)时也不损坏装置，因为信号接地连接在故障运行中建立至接地电势的连接并且因此补偿功率接地连接的失效。功率接地连接在此尤其是用于在正常运行中为装置(即尤其是直流电压变换器和/或控制单元)优先或仅仅提供至接地电势的、尤其是至外部接地电势的连接。

此外可想到的是，故障运行是接地断开，尤其是在功率接地连接的情况下针对直流电压变换器的接地断开。此时尤其是可能有高达250安培、例如100安培至300安培的电流流经功率接地连接。

所述装置在此尤其是理解为直流电压变换器和/或其他元件、尤其是按照本发明的设备的用于运行和/或连接直流电压变换器的其他元件，优选具有下列元件中的至少一个元件：

-控制单元，尤其是具有用于直流电压变换器的控制电子器件，

-用于连接电导线的至少一个连接端子，

-功率接地连接和/或信号接地连接，

-内部连接和/或内部电势，

-至少一个功率输出级。

因此同样也提出保护所述装置、即尤其是直流电压变换器连同按照本发明的设备。

尤其是，仅在检测到了故障运行、即尤其是识别出了功率地断开时才闭合接地隔离开关单元。在此，接地隔离开关单元例如可以构造为如机械开关(例如继电器)或半导体、尤其是功率半导体开关等那样的接地隔离开关。优选地，所述正常运行是直流电压变换器的正常运行并且因此不仅包括直流电压变换器的激活，而且也包括直流电压变换器的停用。所述正常运行例如包括直流电压变换器的功率传输和/或直流电压变换器的待机。

尤其是规定，与运行情况无关地，并且尤其是也与正常运行和故障运行的存在无关地，始终仅接地(连接)激活地与所述装置、尤其是与直流电压变换器和/或与控制单元连接(即，要么建立功率接地连接，要么建立信号接地连接)。

优选地，功率接地连接和信号接地连接是按照本发明的设备和/或直流电压变换器和/或所述装置与(外部的)接地电势、尤其是车辆地的唯一接地连接。

优选地，直流电压变换器可以具有一个或多个功率输出级和/或控制单元和/或控制电子器件、尤其是用于控制、尤其是也用于调节直流电压变换器的控制单元。直流电压变换器和/或所述功率输出级中的至少一个功率输出级和/或控制单元和/或控制电子器件在此可以具有一个共同的接地点，例如内部电势和/或(共同的和/或外部的)接地电势，尤其是(金属的)车身。在此，(外部的)接地电势尤其是用作用于功率输出级的电流的和/或用于信号流的回路导体。尤其是在直流电压变换器的非激活状态或待机中，在此不操控和/或不激活功率输出级，即通过直流电压变换器和/或通过功率输出级不进行能量传输。

此外，在本发明的范畴内也可想到，在正常运行中，尤其是仅在正常运行中，功率接地连接将控制单元和直流电压变换器与接地电势电连接，其中，在正常运行中能尤其是交替地和/或可切换地以激活的和非激活的方式运行直流电压变换器。换言之，仅在检测到故障运行、尤其是功率接地连接(尤其是功率地)的接地断开时才建立信号接地连接和/或才闭合接地隔离开关单元。这具有如下优点：在正常运行中不必进行接地切换(例如当直流电压变换器在激活运行与非激活运行之间变换时)，并且因此也能够避免补偿电流。此外，直流电压变换器在待机中也被低欧姆地连接。尤其是在直流电压变换器的激活运行中，在此存在直流电压变换器的功率传输，并且优选在非激活运行中不存在直流电压变换器的功率传输，例如此时直流电压变换器处于待机中。

此外也可想到，设有至少一个内部连接用于将控制单元和/或直流电压变换器与内部电势、尤其是内部地电连接，其中优选地，功率接地连接在正常运行中并且信号接地连接在故障运行中将内部电势与外部设置的接地电势(外部地)连接。优选地，信号接地连接在此仅用于将控制单元与接地电势连接(即用于传输信号流)，因为在故障运行中直流电压变换器被停用。因此避免在故障运行中需要通过信号接地连接传导高电流。由此能够实现装置的简单且可靠的结构和运行。

可选地可以规定，在故障运行中存在接地断开，使得功率接地连接至少部分地、尤其是大部分被隔离(即至少大部分抑制电流)，并且尤其是通过如下方式建立和/或能建立信号接地连接以补偿接地断开，即：将接地隔离开关单元置于和/或能置于闭合状态。尤其可能的是，此外(首先或同时或紧接着)作为对接地断开响应而停用直流电压变换器和/或停用直流电压变换器的功率传输或能量传输和/或使直流电压变换器转变到非激活运行(状态)中。由此能够避免损坏装置。

当设有用于直流电压变换器的至少一个电连接端子时，在本发明的范畴内能获得进一步的优点，所述至少一个电连接端子能与车辆的至少一个车载网络电连接，使得优选接地电势至少部分构造为车辆地、优选车身。由此能够可靠地运行车辆车载网络，因为总是确保与车辆的通信并且能够将故障状态告知车载网络。

按照本发明的一种有利的进一步扩展方案可以规定，第一连接端子构造用于与车辆上的至少一个第一车载网络、尤其是12V车载网络连接，并且第二连接端子构造用于与不同于第一车载网络的至少一个第二车载网络、尤其是48V车载网络连接，以便经由直流电压变换器建立第一车载网络与第二车载网络的连接。尤其是，直流电压变换器将车辆的12伏特(V)车载网络与车辆的48V车载网络连接。在此，直流电压变换器例如可以沿双向(朝向第一和/或至第二车载网络)进行传输，并且因此沿双向传递能量。优选地，直流电压变换器可以被用于给至少一个所述车载网络、优选48V车载网络充电、尤其是给车载网络的能量储存器充电。

优选地，直流电压变换器能与车辆的多级车载网络连接，使得直流电压变换器用于多级车载网络的各车载网络之间的能量传输。

尤其是，所述车辆构造为机动车和/或轿车和/或货车和/或电动车等。

此外在本发明的范畴内可想到，设有内部连接用于将至少直流电压变换器和用于直流电压变换器的控制电子器件与内部电势连接，其中，所述控制单元包括所述控制电子器件。这能够实现装置的可靠运行。

在本发明的范畴内可以规定，在正常运行中，内部连接仅经由功率接地连接与接地电势电连接，而在故障运行中仅经由信号接地连接与接地电势电连接。优选可能的是，为了隔离信号接地连接、尤其是小信号接地连接和/或电子接地连接，通过接地隔离开关单元高欧姆地隔离或完全隔离信号接地连接。尤其是由此显著减少和/或至少部分抑制通过信号接地连接的电流。而为了建立信号接地连接，允许电流和/或通过接地隔离开关单元低欧姆地闭合信号接地连接。优选地，在故障运行中将直流电压变换器切换成非激活的，借此仅经由信号接地连接传导小信号。

同样地，用于运行直流电压变换器的方法是本发明的主题。

在此可能的是，设有用于将至少直流电压变换器与(外部的)接地电势电连接的功率接地连接，其中，功率接地连接在正常运行中被建立，而功率接地连接尤其是在故障运行中被至少部分地中断或限制。

可以至少设置下列步骤，这些步骤优选相继地或以任意顺序、尤其是也重复地实施：

-通过控制单元检测(尤其是至少一个偏离于正常运行的)故障运行，

-根据所述检测来操控接地隔离开关单元，使得信号接地连接在故障运行中将控制单元与接地电势电连接，而在正常运行中信号接地连接尤其是始终被中断(即至少部分被隔离)，其中，优选接地隔离开关单元将控制单元与(外部的)接地电势连接。

因此，按照本发明的方法自身带来与已经参考按照本发明的设备详细描述了的优点相同的优点。此外，所述方法可以适合用于运行按照本发明的设备。

此外可以规定，在根据所述检测操控接地隔离开关单元之前(或之后或同时)和/或在通过控制单元检测故障运行之后，作为另一步骤，根据所述检测停用直流电压变换器的能量传输和/或功率传输和/或使直流电压变换器从激活运行转变为非激活运行。

优选在此可能的是，通过持续的和/或周期性的测量和/或监控接地偏差(即尤其是内部电势、尤其是内部接地部相对于外部的接地电势、尤其是车辆地之间的电压差)，能够在任何运行情况下可靠地识别功率地的断开。优选地，在借助接地偏差检测接地断开时或之后，可以停用直流电压变换器的功率传输并且(接着)激活或闭合接地隔离开关单元。这具有如下优点：与车辆的通信保持存在，因为控制单元经由信号接地连接继续与外部的接地电势连接。此外不会破坏装置。

此外可想到，当检测到尤其是以接地断开形式的故障运行时，首先停用(切断或切换到待机)直流电压变换器(DC/DC变换器)并且然后才闭合接地隔离开关单元。

此外可以规定，在正常运行中，通过控制单元的控制电子器件不仅激活地、而且非激活地(在待机中)运行直流电压变换器，并且在检测故障运行(例如通过检测而触发)时，尤其是通过从激活运行转变到非激活(待机)运行和/或以其他方式停用(直流电压变换器)，其中，优选在直流电压变换器的该停用之后(才)使接地隔离开关单元转变到闭合状态。优选地，在此在检测到或出现故障运行或接地断开与接地隔离开关单元转变到闭合状态、即(例如完全)建立信号接地连接之间可能存在装置的未接地状态。尤其是，该未接地状态的持续时间最大处于1ms至50ms的范围中，优选最大为10ms。因此确保防止由于未接地状态而造成的损坏。

尤其是，通过获取内部电势(内部接地部)相对于(共同的)接地电势(外部接地部或车辆地)的接地偏差来实现所述检测。为此，尤其是使用优选带有微控制器的电气的电位器(分压器)，尤其是用于测量电压差。此外为此优选还设有反极性保护器，该反极性保护器优选具有至少一个二极管，以便防止电流方向错误的故障。尤其是，所述分压器与反极性保护器连接，以便能够实现可靠的并且无故障的测量和装配。

附图说明

以下借助附图更详细地阐述本发明。在此，在说明书中提到的特征可以相应单独本身地或以任意组合的方式对于本发明是重要的。其中：

图1示出按照本发明的设备的各部件在正常运行中的示意图，

图2示出按照本发明的设备的各部件在故障运行中的示意图，

图3示出用于显示按照本发明的方法的示意图。

具体实施方式

在图1和2中示意性地示出按照本发明的用于运行直流电压变换器20的设备10的各部件。在此，在图1中示出正常运行I，并且在图2中示出故障运行II。

直流电压变换器20经由至少一个电连接与控制单元12、尤其是与控制单元12的控制电子器件电连接。因此，控制单元12的控制电子器件能激活和停用(即转变为待机运行)直流电压变换器20。因此，这相当于正常运行I，在该正常运行中为了按规定运行直流电压变换器20而建立功率接地连接32。功率接地连接32至少将直流电压变换器20和尤其是也将控制单元12经由内部连接30与(外部的)接地电势35、优选与车辆地35连接。此外，通过内部连接30提供内部电势(或者说内部接地电势)34。另外，连接到内部连接30地设有接地隔离开关单元11，使得接地隔离开关单元11能够在内部电势34与信号接地连接31之间建立电连接。

此外设有多个连接端子，尤其是第一连接端子21(尤其是输入连接端子21)和第二连接端子22(尤其是输出连接端子22)。优选地，第一和第二连接端子21、22用于将至少一个第一车载网络101、尤其是12V车载网络101和至少一个第二车载网络102、优选48V车载网络102与直流电压变换器20连接。以该方式能够通过直流电压变换器20实现不同车载网络100之间的能量传输。

另外，第三连接端子23用于给电子器件供电、尤其是用于给控制单元12供电。另外，可选地可以设有用于功率接地连接32的第四连接端子24以及用于信号接地连接31的第五连接端子25。

在此，经由信号接地连接31可以(尤其是仅)在故障运行II中将内部连接30或内部电势34与(外部的)接地电势35连接。在此，接地隔离开关单元11布置在信号接地连接31和/或内部连接30的电流路径中，以便建立或中断信号接地连接31。

仅当存在故障运行II时，即例如存在功率地(功率接地连接32)的接地断开时，才闭合接地隔离开关单元11并且建立信号接地连接31。该状态在图2中可见。

故障运行II可以通过控制单元12例如通过测量在内部电势34与(外部的)接地电势35之间的接地偏差来检测。该接地偏差测量14例如能够通过分压器来实现。尤其是高欧姆地进行接地偏差测量14，使得在正常运行I中基本上没有或仅有极其小的电流通过信号接地连接31(信号接地连接31相应地被视为中断)

在图3中示意性地显示按照本发明的方法。在此，按照第一方法步骤501，通过控制单元12进行故障运行II的检测。按照第二方法步骤502，根据故障运行II的检测，操控接地隔离开关单元11。

本发明仅在示例的范畴内描述对实施方式的以上阐述。当然，在不背离本发明的范畴的情况下，各实施方式的各个特征，只要在技术上是有意义的，均可以自由相互组合。

附图标记列表

10 设备

11 接地隔离开关单元

12 控制单元

14 接地偏差测量

20 直流电压变换器

21 第一连接端子，输入端

22 第二连接端子，输出端

23 第三连接端子，用于供电

24 第四连接端子，用于功率接地连接

25 第五连接端子，用于信号接地连接

30 内部连接

31 信号接地连接，电子器件地连接

32 功率接地连接

34 内部电势，内部接地电势

35 接地电势，车辆地

100 电气系统

101 第一电气系统，12V电气系统

102 第二电气系统，48V电气系统

501 第一方法步骤

502 第二方法步骤

I 正常运行

II 故障运行

Claims (17)

1.用于运行直流电压变换器(20)的设备(10)，所述设备至少具有：

-用于将至少直流电压变换器(20)与接地电势(35)电连接的功率接地连接(32)，其中，在正常运行(I)中完全地建立所述功率接地连接(32)，而在故障运行(II)中至少部分地限制或中断功率接地连接(32)，其中，在正常运行(I)中，直流电压变换器(20)能以激活和非激活的方式运行，

-用于检测故障运行(II)的控制单元(12)，以及

-用于在故障运行(II)中将至少控制单元(12)与接地电势(35)电连接的信号接地连接(31)，

其中，设有接地隔离开关单元(11)，该接地隔离开关单元：

-能被置于闭合状态，使得建立所述信号接地连接(31)，以及

-能被置于断开状态，使得中断所述信号接地连接(31)，

其中，所述接地隔离开关单元(11)能通过所述控制单元(12)根据故障运行(II)的检测来操控，使得所述接地隔离开关单元(11)在正常运行(I)中始终具有断开状态。

2.根据权利要求1所述的设备(10)，其特征在于，在正常运行(I)中，所述功率接地连接(32)将控制单元(12)和直流电压变换器(20)与接地电势(35)电连接。

3.根据权利要求1或2所述的设备(10)，其特征在于，在故障运行(II)中存在接地断开，从而至少部分地抑制通过功率接地连接(32)的电流，在故障运行(II)中，所述接地隔离开关单元(11)能被置于闭合状态，使得能建立所述信号接地连接(31)以补偿所述接地断开。

4.根据权利要求1或2所述的设备(10)，其特征在于，设有用于直流电压变换器(20)的至少一个电连接端子，所述至少一个电连接端子能与车辆的至少一个车载网络电连接。

5.根据权利要求4所述的设备(10)，其特征在于，第一连接端子(21)构造用于与车辆的至少一个第一车载网络(101)连接，并且第二连接端子(22)构造用于与车辆的不同于第一车载网络(101)的至少一个第二车载网络(102)连接，使得能经由直流电压变换器(20)建立第一车载网络(101)与第二车载网络(102)的连接。

6.根据权利要求1或2所述的设备(10)，其特征在于，设有用于将至少直流电压变换器(20)和用于直流电压变换器(20)的控制电子器件与内部电势(34)电连接的内部连接(30)，其中，所述控制单元(12)包括所述控制电子器件。

7.根据权利要求6所述的设备(10)，其特征在于，在正常运行(I)中，所述内部连接(30)仅经由功率接地连接(32)与接地电势(35)电连接，而在故障运行(II)中仅经由信号接地连接(31)与接地电势(35)电连接。

8.根据权利要求1或2所述的设备(10)，其特征在于，在正常运行(I)中，直流电压变换器(20)能交替地和/或可切换地以激活和非激活的方式运行。

9.根据权利要求1或2所述的设备(10)，其特征在于，在故障运行(II)中存在接地断开，从而大部分抑制通过功率接地连接(32)的电流。

10.根据权利要求1或2所述的设备(10)，其特征在于，所述接地电势(35)至少部分地构造为车辆地。

11.根据权利要求1或2所述的设备(10)，其特征在于，所述接地电势(35)至少部分地构造为车身。

12.根据权利要求5所述的设备(10)，其特征在于，所述第一车载网络是12V车载网络，并且所述第二车载网络是48V车载网络。

13.用于运行直流电压变换器(20)的方法，其中，设有用于将至少直流电压变换器(20)与接地电势(35)电连接的功率接地连接(32)，在正常运行(I)中建立所述功率接地连接(32)，而在故障运行(II)中至少部分地限制或中断所述功率接地连接，其中，在正常运行(I)中，直流电压变换器(20)能以激活和非激活的方式运行，所述方法包括至少下列步骤：

-通过控制单元(12)检测故障运行(II)，

-根据故障运行(II)的检测，操控接地隔离开关单元(11)，从而在故障运行(II)中信号接地连接(31)将控制单元(12)与接地电势(35)电连接，而在正常运行(I)中始终中断信号接地连接(31)。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在正常运行(I)中，通过控制单元(12)的控制电子器件不仅以激活的方式、而且以非激活的方式运行直流电压变换器(20)，并且在检测到故障运行(II)时停用直流电压变换器。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在检测到故障运行(II)时通过从激活运行转变为非激活运行来停用直流电压变换器。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在停用直流电压变换器(20)之后使接地隔离开关单元(11)转变到闭合状态。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其特征在于，运行根据权利要求1至12中任一项所述的设备(10)。

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