CN1462106A - 用于dc/dc转换器的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明目的是为了提供一种用于控制DC/DC转换器的控制装置，其有易于确保转换指示主蓄电池的过压和欠压的绝缘信号到控制端。结构：根据本发明用于控制DC/DC转换器的控制装置，其通过开关设备Q1和Q2的开和关来转换主蓄电池2的电能到备用蓄电池1那一侧，该控制装置包括一个用于控制开关设备Q1和Q2的开和关的控制电路3，一个用于检测主蓄电池2的过压和欠压的电压监控器7，该电压监控器包括一个用于驱动开关设备Q1和Q2的驱动变压器。根据本发明的控制设备响应检测的主蓄电池2的过压或欠压而使用较大电流，通过使变压器输出端短路使该电流流过驱动变压器的控制电路端以转换指示主蓄电池2的电压的绝缘信号到控制电路3端。根据本发明的控制装置比用于控制DC/DC转换器的传统控制装置更可靠，传统控制装置使用一个光电耦合器来转换指示主蓄电池2的电压的绝缘信号到控制电路3端。

Description

用于DC/DC转换器的控制装置
发明领域
本发明涉及一种包括用于传输一种绝缘型DC/DC转换器的主电路电压数据的控制装置，这种绝缘型DC/DC转换器用于电动车辆。
背景技术
图8是第一种传统DC/DC转换器的电路方框图。图9是第二种传统DC/DC转换器的电路方框图。
下面参考图8，第一种传统DC/DC转换器包括一个备用蓄电池1，一个主蓄电池2，一个控制电路3，一个光电耦合器4，一个门驱动电路5，一个电压监控器7，作为开关设备的场效应晶体管(MOSFET’S)Q1和Q2，以及二极管D1和D2。下面参考图9，第二种传统DC/DC转换器包括一个备用蓄电池1，一个主蓄电池2，一个控制电路3，一个光电耦合器4，一个门驱动电路5，一个电压监控器7，以及一个作为开关设备的场效应晶体管(MOSFET)Q1。如图8所示的第一种DC/DC转换器将开关设备Q1和Q2的开和关以将来自主蓄电池2的电能转换到备用蓄电池1。如图9所示的第二种DC/DC转换器将开关设备Q1开和关以将来自主蓄电池2的电能转换到备用蓄电池1。
如果只考虑DC/DC转换器，则不考虑控制电路3是否与主蓄电池2一侧的电位耦合或与备用蓄电池1一侧的电位耦合是没有问题的。然而，当DC/DC转换器安装到车辆上时，与车身相连的备用蓄电池1负电极上的电压为12V。因此，对于DC/DC转换器的控制电路3来说有必要参考车体电位来将发动机控制装置(ECU)与这种车辆的控制电路的信号互换。这样，DC/DC转换器的控制电路3与备用蓄电池1一侧的电位耦合。主蓄电池2的电位相对于备用蓄电池1的电位悬空以防止备用蓄电池1那侧的电能及噪音漏向主蓄电池2那侧。
为了防止上述结构中的开关设备Q1、Q2，二极管D1、D2以及类似设备由于供应的电压高于其各自的击穿电压而损坏，有必要在主蓄电池2的电压过高时终止DC/DC转换器的控制。当主蓄电池2的电压过低时，由于没有获得参考电压，也要终止DC/DC转换器的控制。因此，有必要传送主蓄电池2的过压和欠压至与主蓄电池2那侧绝缘的控制端。
图8和9所示的DC/DC转换器包括用于传送指示主蓄电池2过压和欠压的数据至带绝缘信号的控制端。
本发明所要解决的问题
在恶劣环境条件下使用的机上电源中光电耦合器4的转换效率由于老化损坏而快速降低。由于组元特性的变化，光电耦合器4有时不能将用于指示主蓄电池2过压和欠压的绝缘信号传送至控制端。
考虑到前述问题，本发明的目的是提供一种用于控制DC/DC转换器的控制装置，其有易于确保将指示主蓄电池2过压和欠压的绝缘信号传送至控制端。
用于解决该问题的装置
根据本发明的第一个方面，提供了一种用于控制包括一个或多个开关设备的DC/DC转换器的控制装置，该DC/DC转换器将来自第二电源的电能转换至第一电源，该控制装置包括：一个安排在第一电源那一侧的控制电路；一个包括一个驱动变压器以及一个电压监控器的门驱动电路，该电压监控器监控第二电源的电压；控制电路驱动驱动变压器的初级线圈以感应驱动变压器次级线圈上的电压，驱动变压器驱动位于与具有感应电压的控制电路绝缘的第二电源那一侧上的一个或多个开关设备；电压监控器当第二电源电压在一个预定范围之外时输出一个用于使驱动变压器的次级线圈短路的信号以使一个较大电流流过驱动变压器的初级线圈；控制电路检测流过驱动变压器初级线圈上的较大电流以检测在控制电路上预定范围之外的第二电源的电压。
更有利地，驱动变压器的次级线圈包括多个线圈和与线圈之一相连的一个短路电路。
更有利地，驱动变压器的次级线圈包括多个线圈和与各个线圈相连的多个短路电路。
更有利地，驱动变压器的次级线圈包括多个线圈、与线圈之一相连的一个短路电路，和与其他某一个或多个线圈相连的一个或多个附加电路，该一个或多个附加电路当在其他某一个线圈上的感应电压很低或当其他多个线圈上的感应电压很低时并不供应驱动电能给对应的一个或多个开关设备。
根据本发明的第二个方面，提供了一种用于控制包括开关设备的DC/DC转换器的控制装置，该DC/DC转换器将第二电源的电能转换至第一电源，该控制装置包括：一个安排在第一电源那一侧的控制电路；一个包括多个驱动变压器以及一个电压监控器的门驱动电路，该电压监控器监控第二电源的电压；控制电路驱动各个驱动变压器的初级线圈来感应各个驱动变压器的次级线圈上的电压，驱动变压器驱动安排在与具有感应电压的控制电路绝缘的第二电源那一侧上的各个开关设备；电压监控器当第二电源电压在一个预定范围之外时输出一个用于使驱动变压器之一的次级线圈短路的信号以使一个较大电流流过该驱动变压器之一的初级线圈，其次级线圈被短路；控制电路检测流过该驱动变压器之一的初级线圈上的较大电流以检测在控制电路上预定范围之外的第二电源的电压。
根据本发明的第三个方面，提供了一种用于控制包括开关设备的DC/DC转换器的控制装置，该DC/DC转换器从第二电源转换电能至第一电源，该控制装置包括：一个安排在第一电源那一侧的控制电路；一个包括多个驱动变压器以及一个电压监控器的门驱动电路，该电压监控器监控第二电源的电压；控制电路驱动各个驱动变压器的初级线圈来感应各个驱动变压器的次级线圈上的电压，驱动变压器驱动安排在与具有感应电压的控制电路绝缘的第二电源那一侧上的各个开关设备；电压监控器当第二电源电压在一个预定范围之外时输出一个用于使各个驱动变压器的次级线圈短路的信号以使一个较大电流流过各个驱动变压器的初级线圈，其次级线圈被短路；控制电路检测流过驱动变压器之一的初级线圈上的较大电流以检测在控制电路上预定范围之外的第二电源的电压。
更有利地，该控制设备还包括一个锁存指示第二电源电压在预定范围之外的检测信号的锁存电路。
更有利地，该控制电路在检测到第二电源电压在预定范围之外时终止该DC/DC转换器的转换操作。
执行本发明的方式
下面参照附图对本发明作详细的说明，附图中示出了本发明的优选实施例。
图1是根据本发明的第一实施例的DC/DC转换器的电路方框图。图2是用于根据本发明第一实施例的DC/DC转换器中的门驱动电路的电路方框图。图3是用于根据本发明第一实施例的DC/DC转换器中的电压监控器的电路图。
下面参考图1，根据本发明的第一实施例，DC/DC转换器不包括如图8和9所示的用于传统DC/DC转换器中的光电耦合器。下面参考图2，用于根据第一实施例的DC/DC转换器的门驱动电路5包括一个电流检测器Ri，一个比较器51，一个锁存电路52，一个开关设备Q3，以及一个门驱动器53。
下面参考图3，用于监控主蓄电池2的电压Vm的状态的电压监控器7包括一个欠压检测部分71和一个过压检测部分72。该电压监控器7当电压Vm在一个合适的范围之内时在输出端G4输出一个低电平(以后称作“L电平”)以使图2中的开关设备Q4打开。当电压Vm在该合适的范围之外时，电压监控器7在输出端G4输出一个高电平(以后称作“H电平”)，即当电压Vm为过压或欠压时，使图2中的开关设备Q4短路。
当电压Vm在合适的范围之内时，图1中控制端上的驱动变压器的电流在门电流反馈完成后接近于一个很小的值Ia。电流检测器Ri检测到电压Va＝Ri×Ia。当电压Vm为过压或欠压，驱动变压器的次级线圈S1通过开关设备Q4被短路。因此，驱动变压器的电流取得一个瞬时较大值Ib，电流检测器Ri检测到电压Vb＝Ri×Ib。这样，主蓄电池2的电压Vm的状态通过设置比较器51的参考值Vs如Va＜Vs＜Vb而在控制端被检测。
由于驱动变压器的初级线圈被驱动，即使在次级线圈S1被短路时也可以在次级线圈S2上感应到一个很小的电压。通过使用一个MOSFET，其用于开关设备Q2的栅极电压比感应电压高，不必添加一个特殊电路到次级线圈S2那一侧上的门驱动电路中，该特殊电路在如果S2中的感应电压超过Q2中的阈值电压时阻止开关设备Q2被打开。当没有找到任何合适的MOSFET时，可以提供一个合适的附加电路给次级线圈S2那一侧上的门驱动电路。
锁存电路52例如由触发器构成。当比较器51检测到一个过压或欠压时，锁存电路获得该过压或欠压。在如上所述的电源中，门驱动器53通常将门驱动信号反馈给开关设备Q3以使开关设备Q3在短时间内重复开和关。即使当驱动变压器的次级线圈被短路，该驱动变压器的驱动电流也会很快减小，尽管该驱动电流会瞬时增加。因此，有一种可能性就是电压Vm的过压和欠压在一个合适的时间内不能被检测。配置锁存电路52以确保检测电压Vm的过压和欠压。在引起一个过压或欠压之后，通过锁存电路52一工作就终止DC/DC转换器的控制，可以立即停止DC/DC转换器的控制。
为了确认控制端的过压状态或欠压状态是否继续，锁存电路52的锁存状态被重新设置以返回DC/DC转换器的控制以再一次驱动状态。如果过压状态或欠压状态仍旧继续，则在控制端再次检测到一个超过参考值Vs的电压，由于开关设备Q4持续短路，DC/DC转换器的控制被终止。由于此时没有反馈任何驱动信号给开关设备Q1和Q2，开关设备Q1和Q2保持关状态。因此，不必考虑开关设备Q1和Q2当其从开状态转换到关状态时由于产生冲击电压而引起的故障。由于锁存电路52在电压Vm返回到合适范围后不工作，因此恢复对DC/DC转换器的驱动控制。
图4是根据本发明的第二实施例的门驱动电路的电路方框图。根据第二实施例用于DC/DC转换器的门驱动电路，其配置如图9所示。由于根据第二实施例的门驱动电路与图2中所示的门驱动电路的不同之处仅在于图4中的门驱动电路不包括次级线圈S2，因此省略对根据第二实施例的门驱动电路的描述。
图5是根据本发明第三实施例的门驱动电路的电路方框图。图5所示的门驱动电路用于图1所示的DC/DC转换器。图6是用于图5所示门驱动电路的电压监控器的电路图。
下面参考图5，根据第三实施例的门驱动电路包括一个配置在图2所示驱动变压器的次级线圈S2那一侧的开关元件Q5。包括开关元件Q5的电路是一个附加电路，其考虑到这种情形，其中即使当次级线圈S1在过压状态下和欠压状态下被短路时，在次级线圈S2上也能感应到一个高到足以驱动开关设备Q2的电压。在如图5所示的配置中，当引起一个过压或欠压时，次级线圈S2也通过图6所示的电压监控器的输出G5被短路。
尽管如图1所示只有一个电压监控器7，图5中的开关元件Q4通过图3中电压控制器7的输出控制信号G4控制。反之图5中的开关元件Q5由图6中的电压监控器7的输出控制信号G5控制。
图7是根据本发明第四实施例的门驱动电路的电路方框图。
根据第四实施例的门驱动电路考虑次级线圈S2上感应的电压。
通常，当开关设备Q4为开路时，次级线圈S2上感应的电压比当开关设备Q4为关时次级线圈S2上感应的电压高。根据本发明第四实施例的门驱动电路使用感应电压的大小。详细地，根据第四实施例的门驱动电路当次级线圈S2中的感应电压为高时使开关设备Q5短路。根据第四实施例的门驱动电路当次级线圈S2中的感应电压为低时打开开关设备Q5。由于根据第四实施例的门驱动电路不是从图6所示的电压监控器为开关设备Q5生成门信号，而是简单地从次级线圈S2生成门信号，因此根据第四实施例的门驱动电路的规模比根据第三实施例的门驱动电路的规模小。
开关元件Q5当在S2上的感应电压为高时自动打开，其电压根据开关S1的开关情况而变化。因此，不仅是图6中的一个二极管，还有门驱动电路7与图5相比在图7中都省略了，其使得可以期望有显著的规模减小。
本发明不仅可以用于检测如图1所示的半桥型DC/DC转换器或如图9所示的包括一个开关设备的DC/DC转换器的绝缘电压的状态，还可以用于检测全桥型DC/DC转换器或反相器的绝缘电压的状态。用于半桥型DC/DC转换器的门驱动电路包括一个驱动变压器。用于全桥型DC/DC转换器或用于反相器的门驱动电路包括对应包括在全桥型DC/DC转换器或反相器中的多个开关设备的多个驱动变压器。当检测到前述第二电源(主蓄电池)的过压和欠压时，对于本发明来说主蓄电池2的过压和欠压可以通过使变压器的次级线圈短路或使变压器之一的次级线圈短路而传送至与主蓄电池2那一侧绝缘的控制端。
本发明的效果
由于根据本发明用于控制DC/DC转换器的控制装置以传统使用的驱动变压器和添加到该驱动变压器中的几个半导体设备来转换绝缘信号，因此根据本发明的控制装置的制造成本等同于或低于使用光电耦合器的传统控制装置的制造成本。由于本控制装置的组元比用于传统控制装置中的光电耦合器随年代恶化的慢，因此根据本发明的控制装置展示了一种提高的可靠性。
附图的简要说明
图1是根据本发明的第一实施例的DC/DC转换器的电路方框图。
图2是用于根据本发明第一实施例的DC/DC转换器中的门驱动电路的电路方框图。
图3是用于根据本发明第一实施例的DC/DC转换器中的电压监控器的电路图。
图4是根据本发明第二实施例的门驱动电路的电路方框图。
图5是根据本发明第三实施例的门驱动电路的电路方框图。
图6是用于图5所示门驱动电路的电压监控器的电路图。
图7是根据本发明第四实施例的门驱动电路的电路方框图。
图8是第一种传统DC/DC转换器的电路方框图。
图9是第二种传统DC/DC转换器的电路方框图。
引用的数字和符号的指定情况
1：备用蓄电池
2：主蓄电池
3：控制电路
4：光电耦合器
5：门驱动电路
7：电压监控器
51：比较器
52：锁存电路
53：门驱动器
71：欠压检测部分
72：过压检测部分
Q1，Q2，Q3，Q4，Q5：开关设备(MOSFET)
D1，D2，D3，D4：二极管
Ri：电流检测器

Claims (8)

1.一种用于控制包括一个或多个开关设备的DC/DC转换器的控制装置，该DC/DC转换器从第二电源转换电能至第一电源，该控制装置包括：
一个安排在第一电源那一侧的控制电路；
一个包括一个驱动变压器的门驱动电路，以及
一个电压监控器，该电压监控器监控第二电源的电压；
控制电路驱动驱动变压器的初级线圈来感应驱动变压器的次级线圈上的电压，驱动变压器驱动安排在与具有感应电压的控制电路绝缘的第二电源那一侧上的一个或多个开关设备；
电压监控器，当第二电源电压在一个预定范围之外时输出一个用于使驱动变压器的次级线圈短路的信号以使一个较大电流流过驱动变压器初级线圈；
控制电路检测流过驱动变压器初级线圈上的较大电流以检测在控制电路上预定范围之外的第二电源的电压。
2.根据权利要求1的控制装置，其中驱动变压器的次级线圈包括多个线圈和一个与线圈之一相连的短路电路。
3.根据权利要求1的控制装置，其中驱动变压器的次级线圈包括多个线圈和多个与各个线圈相连的短路电路。
4.根据权利要求1的控制装置，其中驱动变压器的次级线圈包括多个线圈、一个与线圈之一相连的短路电路，和与其他某一个或多个线圈相连的一个或多个附加电路，该一个或多个附加电路当其他某一个线圈上的感应电压低于一个预定阈值或当其他多个线圈上的感应电压低于预定阈值时并不供应驱动电能给对应的一个或多个开关设备。
5.一种用于控制包括开关设备的DC/DC转换器的控制装置，该DC/DC转换器从第二电源转换电能至第一电源，该控制装置包括：
一个安排在第一电源那一侧的控制电路；
一个包括多个驱动变压器的门驱动电路，以及
一个电压监控器，该电压监控器监控第二电源的电压；
控制电路驱动各个驱动变压器的初级线圈来感应各个驱动变压器的次级线圈上的电压，驱动变压器驱动安排在与具有感应电压的控制电路绝缘的第二电源那一侧上的各个开关设备；
电压监控器当第二电源电压在一个预定范围之外时输出一个用于使驱动变压器之一的次级线圈短路的信号以使一个较大电流流过该驱动变压器之一的初级线圈，其次级线圈被短路；
控制电路检测流过一个驱动变压器初级线圈上的较大电流以检测在控制电路那一侧上预定范围之外的第二电源的电压。
6.一种用于控制包括开关设备的DC/DC转换器的控制装置，该DC/DC转换器从第二电源转换电能至第一电源，该控制装置包括：
一个安排在第一电源那一侧的控制电路；
一个包括多个驱动变压器的门驱动电路，以及
一个电压监控器，该电压监控器监控第二电源的电压；
控制电路驱动各个驱动变压器的初级线圈来感应各个驱动变压器的次级线圈上的电压，驱动变压器驱动安排在与具有感应电压的控制电路绝缘的第二电源那一侧上的各个开关设备；
电压监控器当第二电源电压在一个预定范围之外时输出一个用于使各个驱动变压器的次级线圈短路的信号以使一个较大电流流过各个驱动变压器的初级线圈，其次级线圈被短路；
控制电路检测流过一个驱动变压器初级线圈上的较大电流以检测在控制电路上预定范围之外的第二电源的电压。
7.根据权利要求1-6任一控制装置，还包括一个锁存电路，该锁存电路锁存指示第二电源电压在预定范围之外的检测信号。
8.根据权利要求1-6任一控制装置，其中控制电路在检测到第二电源电压在预定范围之外时终止该DC/DC转换器的转换操作。
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