DE102009014531A1 - DC-DC converter for a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gleichspannungswandler, welcher einen Tiefsetzsteller aufweist, welchem eine Verpolschutzschaltung und ein Eingangsfilter vorgeschaltet sind. Des Weiteren ist dem Tiefsetzsteller ein zuschaltbarer Hochsetzsteller vorgeschaltet, um kurzzeitige Einbrüche der Eingangsgleichspannung zu kompensieren. Der Gleichspannungswandler weist vorzugsweise zwei Betriebsarten auf, wobei in der ersten Betriebsart das Eingangsfilter aktiviert und der Hochsetzsteller deaktiviert ist und in der zweiten Betriebsart das Eingangsfilter deaktiviert und der Hochsetzsteller aktiviert ist. Der Hochsetzsteller verwendet Bauteile des Eingangsfilters und der Verpolschutzschaltung mit.The invention relates to a DC-DC converter having a buck converter, which a polarity reversal protection circuit and an input filter are connected upstream. Furthermore, the buck converter is preceded by a switchable step-up converter to compensate for short-term dips in the DC input voltage. The DC-DC converter preferably has two operating modes, wherein in the first operating mode the input filter is activated and the boost converter is deactivated and in the second operating mode the input filter is deactivated and the boost converter is activated. The step-up converter uses components of the input filter and the polarity reversal protection circuit.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichspannungswandler für ein Kraftfahrzeug.The The invention relates to a DC-DC converter for a motor vehicle.

Ein derartiger Gleichspannungswandler kann beispielsweise dazu verwendet werden, aus einer 24 V-Bordnetzspannung eines Kraftfahrzeugs eine 12 V-Hilfsspannung zu generieren, die als Betriebsspannung für ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs dient.One such DC-DC converter can be used, for example be, from a 24 V vehicle electrical system voltage of a motor vehicle 12 V auxiliary voltage to generate, as the operating voltage for a control unit of the motor vehicle serves.

Derartige Gleichspannungswandler sind typischerweise reine Buck-Wandler, d. h. Abwärtswandler bzw. Tiefsetzsteller, die aus einer höheren Eingangsgleichspannung eine niedrigere Ausgangsgleichspannung generieren. Buck-Wandler weisen in der Regel einen hohen Wirkungsgrad auf, der 90% und mehr betragen kann. Derartige Buck-Wandler und auch andere Gleichspannungswandler, beispielsweise Boost-Wandler, weisen im Allgemeinen Filter auf, welche durch den Wandelvorgang entstehende Störspitzen ausreichend dämpfen. Des Weiteren enthalten derartige Gleichspannungswandler in vielen Fällen auch eine Verpolschutzschaltung.such DC-DC converters are typically pure buck converters, i. H. down converter or buck converter, which consists of a higher input DC voltage generate a lower DC output voltage. Buck converter typically have high efficiency, 90% or more can amount. Such buck converters and also other DC-DC converters, For example, boost converters generally have filters, which sufficiently attenuate the spikes resulting from the conversion process. Of Furthermore, such DC-DC converters also contain in many cases a polarity reversal protection circuit.

Ein Ausführungsbeispiel für einen bekannten Buck-Wandler ist in der 1 gezeigt. Dieser Buck-Wandler weist eine Verpolschutzschaltung 1, ein Eingangsfilter 2 und einen Tiefsetzsteller 3 auf, welche im Sinne einer Reihenschaltung hintereinander angeordnet sind. Der Buck-Wandler ist dazu vorgesehen, eine Eingangsgleichspannung UE, die beispielsweise 24 V beträgt, in eine Ausgangsgleichspannung UA umzuwandeln, die beispielsweise 12 V beträgt.An embodiment of a known buck converter is in the 1 shown. This buck converter has a polarity reversal protection circuit 1 , an input filter 2 and a buck converter 3 on, which are arranged one behind the other in the sense of a series connection. The buck converter is intended to convert a DC input voltage U E , which is for example 24 V, into a DC output voltage U A , which is, for example, 12 V.

Die Verpolschutzschaltung 1 weist eine Verpolschutzdiode DV auf, deren Anode mit einem Eingangsspannungsanschluss E1 und deren Kathode mit einem Eingang des nachgeschalteten Ein gangsfilter 2 verbunden ist. Um die Gesamtverlustleistung der Verpolschutzschaltung zu reduzieren, kann in vorteilhafter Weise parallel zur Verpolschutzdiode DV die Schaltstrecke eines Feldeffekttransistors TV angeordnet sein, dessen Steuereingang mit einem Schaltungsknoten K verbunden ist. Der Schaltungsknoten K steht über eine Parallelschaltung eines Widerstandes R1 und einer Zenerdiode DZ mit dem ersten Eingangsspannungsanschluss E1 und der Anode der Verpolschutzdiode DV in Verbindung. Des Weiteren ist der Schaltungsknoten K über einen Widerstand R2 mit einem zweiten Eingangsspannungsanschluss E2 verbunden, an welchem ein Bezugspotential M anliegt. Die Anode der Zenerdiode DZ ist mit dem Schaltungsknoten K verbunden, deren Kathode mit dem Eingangsspannungsanschluss E1.The polarity reversal protection circuit 1 has a Verpolschutzdiode D V , the anode with an input voltage terminal E1 and the cathode with an input of the downstream A input filter 2 connected is. In order to reduce the total power loss of the polarity reversal protection circuit, the switching path of a field effect transistor T V whose control input is connected to a circuit node K can be arranged in parallel to the polarity reversal protection diode D V in an advantageous manner. The circuit node K is connected via a parallel connection of a resistor R 1 and a Zener diode D Z to the first input voltage terminal E1 and the anode of the polarity reversal protection diode D V in combination. Furthermore, the circuit node K is connected via a resistor R 2 to a second input voltage terminal E 2 , to which a reference potential M is applied. The anode of the Zener diode D Z is connected to the circuit node K, whose cathode is connected to the input voltage terminal E1.

Das Eingangsfilter 2 weist eine Spule LF auf, deren erster Anschluss mit der Kathode der Verpolschutzdiode DV und deren zweiter Anschluss mit einem Eingang des nachgeschalteten Tiefsetzstellers 3 verbunden ist. Zwischen dem ersten Anschluss der Spule LF und dem zweiten Eingangsanschluss E2 ist ein Kondensator C1 vorgesehen. Zwischen dem zweiten Anschluss der Spule LF und den zweiten Eingangsanschluss E2 ist ein Kondensator C2 geschaltet. Der Kondensator C1, die Spule LF und der Kondensator C2 bilden ein PI-Filter, welches Störungen, die vom nachfolgenden Tiefsetzsteller 3 erzeugt werden, von den Eingängen der in der 1 gezeigten Vorrichtung fernhalten soll.The input filter 2 has a coil L F whose first connection to the cathode of the Verpolschutzdiode D V and the second connection to an input of the downstream buck converter 3 connected is. Between the first terminal of the coil L F and the second input terminal E2, a capacitor C 1 is provided. Between the second terminal of the coil L F and the second input terminal E2, a capacitor C 2 is connected. The capacitor C 1 , the coil L F and the capacitor C 2 form a PI filter, which interferes with the subsequent buck converter 3 be generated from the entrances in the 1 should keep away shown device.

Der Tiefsetzsteller 3 weist eine Schaltstrecke TT und eine in Reihe dazu geschaltete Spule LT auf, deren zweiter Anschluss einen ersten Ausgangsanschluss A1 des Tiefsetzstellers 3 bildet. Die Kathode der Diode Dt ist an den zweiten Anschluss der Spule LF des Eingangsfilters 2 angeschlossen, die Anode der Diode Dt an den ersten Anschluss der Spule LT. Die Anode der Diode Dt und damit auch der erste Anschluss der Spule LT sind über eine weitere Diode D2 mit dem zweiten Eingangsspannungsanschluss E2 verbunden, wobei die Kathode der weiteren Diode D2 mit der Anode der Diode Dt und dem ersten Anschluss der Spule LT und die Anode der weiteren Diode D2 mit dem zweiten Eingangsspannungsanschluss E2 verbunden ist. Parallel zur ersten Diode Dt ist die Schaltstrecke eines Feldeffekttransistors TT geschaltet.The buck converter 3 has a switching path T T and a series-connected coil L T , whose second terminal has a first output terminal A1 of the buck converter 3 forms. The cathode of the diode D t is connected to the second terminal of the coil L F of the input filter 2 connected, the anode of the diode D t to the first terminal of the coil L T. The anode of the diode D t and thus also the first terminal of the coil L T are connected via a further diode D 2 to the second input voltage terminal E2, wherein the cathode of the further diode D 2 with the anode of the diode D t and the first terminal of the Coil L T and the anode of the further diode D 2 is connected to the second input voltage terminal E2. Parallel to the first diode D t , the switching path of a field effect transistor T T is connected.

Die Ausgangsspannung UA des Tiefsetzstellers 3 fällt über einen Kondensator C3 ab, dessen erster Anschluss mit dem Ausgangsanschluss A1 und dessen zweiter Anschluss mit einem zweiten Ausgangsanschluss A2 verbunden ist, welcher auf Masse liegt. Ebenfalls auf Masse liegen – wie aus der 1 ersichtlich ist – der zweite Eingangsanschluss E2, ein Anschluss des Widerstandes R2, ein Anschluss des Kondensators C1, ein Anschluss des Kondensators C2 und die Anode der Diode D2.The output voltage U A of the buck converter 3 drops across a capacitor C 3 whose first terminal is connected to the output terminal A1 and whose second terminal is connected to a second output terminal A2, which is grounded. Also on earth - as from the 1 it can be seen - the second input terminal E2, a terminal of the resistor R 2 , a terminal of the capacitor C 1 , a terminal of the capacitor C 2 and the anode of the diode D 2 .

Ein Ausführungsbeispiel für einen bekannten Hochsetzsteller ist in der 2 gezeigt. Dieser Hochsetzsteller wandelt eine niedrigere Eingangsgleichspannung U1 in eine höhere Ausgangsgleichspannung U2 um. Die Eingangsgleichspannung U1 fällt über einem Kondensator C4 ab, die Ausgangsgleichspannung U2 über einem Kondensator C5. Der erste Anschluss des Kondensators C4 ist über eine Spule LH und eine Diode D3 mit dem ersten Anschluss des Kondensators C5 verbunden. Zwischen dem Verbindungspunkt zwischen der Spule LH und der Diode D3 und Masse M ist ein Schalter S1 angeordnet.An embodiment of a known boost converter is in the 2 shown. This boost converter converts a lower DC input voltage U1 into a higher DC output voltage U2. The DC input voltage U1 drops across a capacitor C 4 , the DC output voltage U2 across a capacitor C 5 . The first terminal of the capacitor C 4 is connected via a coil L H and a diode D 3 to the first terminal of the capacitor C 5 . Between the connection point between the coil L H and the diode D 3 and ground M, a switch S1 is arranged.

Im Betrieb eines Kraftfahrzeugs kann es dazu kommen, dass bei einem Auftreten von Extrembedingungen, zu denen sehr niedrige Außentemperaturen, eine bereits geschwächte Batterie und das Vorliegen eines Startvorganges gehören, Eingangsspannungen eines Buck-Wandlers auftreten können, die kleiner sind als die gewünschte Ausgangsgleichspannung des Buck-Wandlers.During operation of a motor vehicle, when extreme conditions occur, including very low outside temperatures, an already weakened battery and the presence of a start-up process, it may happen can occur voltages of a Buck converter, which are smaller than the desired output DC voltage of the Buck converter.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen kostengünstigen Gleichspannungswandler anzugeben, welcher auch in dem Falle, dass dessen Versorgungs- bzw. Eingangsgleichspannung für einen kurzen Zeitraum kleiner ist als die gewünschte Aus gangsgleichspannung, die gewünschte Ausgangsgleichspannung bereitstellt.The The object of the invention is a cost-effective Indicate DC-DC converter, which also in the case that its supply or input DC voltage for a short period of time is less than the desired output DC voltage, the desired DC output voltage provides.

Diese Aufgabe wird durch einen Gleichspannungswandler mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.These Task is by a DC-DC converter with the in the claim 1 specified characteristics solved. Advantageous embodiments and further developments of the invention are in the dependent claims specified.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass ein herkömmlicher Gleichspannungswandler mit nur geringem zusätzlichen Schaltungsaufwand dazu in die Lage versetzt werden kann, auch im Falle kurzzeitiger starker Einbrüche der Versorgungs- bzw. Eingangsgleichspannung die gewünschte Ausgangsgleichspannung bereitzustellen. Dies wird im Wesentlichen dadurch erreicht, dass dem Tiefsetzsteller des Gleichspannungswandlers ein zuschaltbarer Hochsetzsteller vorgeschaltet wird, wobei vorzugsweise Bauteile einer Verpolschutzschaltung und eines Eingangsfilters mitverwendet werden. Als zusätzliches Bauteil bedarf es lediglich eines Schaltelementes, mittels dessen das Zuschalten des Hochsetzstellers durchgeführt werden kann, sobald dies notwendig ist.The Advantages of the invention are that a conventional DC-DC converter with little additional circuitry required can be put into place, even in the case of short-term dips the supply or input DC voltage, the desired DC output voltage provide. This is achieved essentially by the fact that the buck converter of the DC-DC converter a switchable boost converter is connected upstream, wherein preferably components of a polarity reversal protection circuit and an input filter. As an additional Component requires only a switching element by means of which the activation of the boost converter can be carried out as soon as necessary is.

Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender beispielhafter Erläuterung anhand der 3. Diese zeigt ein Schaltbild, welches die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Bauteile eines Gleichspannungswandlers enthält. Der dargestellte Gleichspannungswandler ist dazu vorgesehen, eine höhere Eingangsgleichspannung UE, die zwischen einem ersten Eingangsanschluss E1 und einem zweiten Eingangsanschluss E2 anliegt, umzuwandeln in eine Ausgangsgleichspannung UA, die zwischen einem ersten Ausgangsanschluss A1 und einem zweiten Ausgangsanschluss A2 anliegt. Am zweiten Eingangsanschluss E2 und am zweiten Ausgangsanschluss A2 liegt jeweils ein Bezugspotential, insbesondere Massepotential, an. Die höhere Eingangsgleichspannung beträgt beispielsweise 24 V. Die niedrigere Ausgangsgleichspannung beträgt beispielsweise 12 V. Ein derartiger Anwendungsfall ist bei Kraftfahrzeugen gegeben, um eine 24 V- Bordnetzspannung in eine 12 V-Hilfsspannung umzuwandeln, die für ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs als Versorgungsspannung benötigt wird.Further advantageous features of the invention will become apparent from the following exemplary explanation with reference to FIG 3 , This shows a circuit diagram which contains the essential components for understanding the invention of a DC-DC converter. The illustrated DC-DC converter is intended to convert a higher DC input voltage U E , which is present between a first input terminal E1 and a second input terminal E2, into a DC output voltage U A , which is present between a first output terminal A1 and a second output terminal A2. At the second input terminal E2 and the second output terminal A2 is in each case a reference potential, in particular ground potential, on. The higher DC input voltage is for example 24 V. The lower DC output voltage is for example 12 V. Such an application is given in motor vehicles to convert a 24 V vehicle electrical system voltage into a 12 V auxiliary voltage, which is required for a control unit of the motor vehicle as a supply voltage.

Diese Spannungswandlung wird beim gezeigten Ausführungsbeispiel von einem Tiefsetzsteller 3 vorgenommen, dessen Aufbau mit dem Aufbau des in der 1 gezeigten Tiefsetzstellers 3 übereinstimmt. Diesem Tiefsetzsteller 3 ist gemäß der 3 ein gestrichelt umrahmter Block vorgeschaltet, der mit 1 + 2 + 4 bezeichnet ist. Dieser Block enthält eine Verpolschutzschaltung 1, ein Eingangsfilter 2 und einen Hochsetzsteller 4, wobei der Hochsetzsteller 4 zuschaltbar ist und Bauteile der Verpolschutzschaltung 1 und des Eingangsfilters 2 mitverwendet.This voltage conversion is in the embodiment shown by a buck converter 3 made, whose structure with the structure of in the 1 shown buck converter 3 matches. This buck converter 3 is according to the 3 preceded by a dashed framed block with the 1 + 2 + 4 is designated. This block contains a polarity reversal protection circuit 1 , an input filter 2 and a boost converter 4 , wherein the boost converter 4 is switchable and components of the polarity reversal protection circuit 1 and the input filter 2 concomitantly.

Zum Eingangsfilter 2 gehören Kondensatoren C1 und C2 sowie ein Spule LF.To the input filter 2 include capacitors C 1 and C 2 and a coil L F.

Die Verpolschutzschaltung 1 weist eine Verpolschutzdiode DV auf, deren Anode mit einem Anschluss der Spule LF verbunden ist. Um die Gesamtverlustleistung der Verpolschutzschaltung zu reduzieren, kann in vorteilhafter Weise parallel zur Verpolschutzdiode die Schaltstrecke eines Feldeffekttransistors TV angeordnet sein, dessen Steuereingang mit einem Schaltungsknoten K verbunden ist. Der Schaltungsknoten K steht über eine Parallelschaltung eines Widerstandes R1 und einer Zenerdiode DZ mit der Anode der Verpolschutzdiode DV und einem Anschluss der Spule LF in Verbindung. Des Weiteren ist der Schaltungsknoten K über einen Widerstand R2 und einen Schalter S2 mit einem zweiten Eingangsspannungsanschluss E2 verbunden, an welchem ein Bezugspotential M anliegt. Die Anode der Zenerdiode DZ ist mit dem Schaltungsknoten K verbunden, deren Kathode mit der Anode der Verpolschutzdiode D.The polarity reversal protection circuit 1 has a Verpolschutzdiode D V , whose anode is connected to a terminal of the coil L F. In order to reduce the total power loss of the polarity reversal protection circuit, the switching path of a field effect transistor T V whose control input is connected to a circuit node K can be arranged in an advantageous manner parallel to the polarity reversal protection diode. The circuit node K is connected via a parallel connection of a resistor R 1 and a Zener diode D Z to the anode of the Verpolschutzdiode D V and a terminal of the coil L F in combination. Furthermore, the circuit node K is connected via a resistor R 2 and a switch S2 to a second input voltage terminal E2, to which a reference potential M is applied. The anode of the Zener diode D Z is connected to the circuit node K whose cathode is connected to the anode of the polarity reversal protection diode D.

Zum zuschaltbaren Hochsetzsteller 4 gehören die Kondensatoren C1 und C2, die Spule LF, der Schalter S1 und die Diode DV. Bei dem Schalter S1 handelt es sich vorzugsweise um einen Bipolartransistor, da ein Bipolartransistor bei einer eventuellen Verpolung weniger kritisch reagiert als ein Feldeffekttransistor. Zwischen dem Emitter dieses Bipolartransistors und Masse und/oder in Reihe zum Widerstand R5 kann eine Diode eingesetzt werden, um den Verpolschutz zu verbessern.To switchable boost converter 4 include the capacitors C 1 and C 2 , the coil L F , the switch S1 and the diode D V. The switch S1 is preferably a bipolar transistor, since a bipolar transistor reacts less critically than a field-effect transistor in the event of a reverse polarity. Between the emitter of this bipolar transistor and ground and / or in series with the resistor R 5 , a diode can be used to improve the polarity reversal protection.

Folglich verwendet der Hochsetzsteller 4 die Kondensatoren C1 und C2 und die Spule LF des Eingangsfilters und die Diode DV der Verpolschutzschaltung. Es bedarf lediglich des zusätzlichen Schalters S1, um das Eingangsfilter und die Verpolschutzdiode zu einem Hochsetzsteller umzubilden.Consequently, the boost converter uses 4 the capacitors C 1 and C 2 and the coil L F of the input filter and the diode D V of the polarity reversal protection circuit. It only requires the additional switch S1 to transform the input filter and the reverse polarity protection diode to a boost converter.

Des Weiteren weist der in der 3 gezeigte Gleichspannungswandler eine Steuereinheit SE auf, deren Ausgangssignal über einen Widerstand R3 der Basis des Bipolartransistors S1 zugeführt wird. Die Basis des Bipolartransistors S1 ist über einen Widerstand R4 und eine Zenerdiode DZ2 mit der Spule LF verbunden. Des Weiteren ist die Basis des Bipolartransistors S1 über einen Widerstand R5 mit dem Eingangsanschluss E2 und damit mit Masse verbunden. Durch eine geeignete Ansteuerung der Basis des Bipolartransistors S1 ist der Hochsetzsteller 4 schaltbar.Furthermore, the in the 3 shown DC converter on a control unit SE, whose output signal is supplied via a resistor R 3 of the base of the bipolar transistor S1. The base of the bipolar transistor S1 is connected to the coil L F via a resistor R 4 and a Zener diode D Z2 . Furthermore, the base of the bipolar transistor S1 via a resistor R5 to the input terminal E2 and connected to ground. By suitable control of the base of the bipolar transistor S1 is the boost converter 4 switchable.

Der in der 3 dargestellte Gleichspannungswandler weist zwei Betriebsarten auf. In der ersten Betriebsart sind das Eingangsfilter 2 und die Verpolschutzschaltung 1 aktiviert und der Hochsetzsteller 4 deaktiviert. In dieser ersten Betriebsart ist der Bipolartransistor S1 gesperrt und damit inaktiv. Dies hat den Vorteil, dass der Bipolartransistor S1 in der ersten Betriebsart keine Verluste verursacht, wie es dann der Fall wäre, wenn der Hochsetzsteller 4 ständig aktiv wäre. Folglich treten in der genannten ersten Betriebsart dieselben Verluste auf, wie sie bei einer alleinigen Verwendung eines Tiefsetzstellers 3 mit vorgeschalteter Verpolschutzschaltung 1 und vorgeschaltetem Eingangsfilter 2 auftreten würden. Diese erste Betriebsart ist der Normalfall, in welchem die Funktion des PI-Filters 2 nicht beeinträchtigt ist. Dieser Normalfall liegt vor, solange die Eingangsgleichspannung UE größer ist als die gewünschte Ausgangsgleichspannung UA. In die ser ersten Betriebsart arbeitet die in der 3 gezeigte Schaltung ebenso wie die in der 1 gezeigte Schaltung, gemäß welcher dem Tiefsetzsteller 3 eine Verpolschutzschaltung 1 und ein Eingangsfilter 2 vorgeschaltet sind. In dieser ersten Betriebsart ist die Verpolschutzdiode DV im Flussfall durch die Schaltstrecke des Transistors TV überbrückt, um die entstehende Verlustleistung zu verringern.The Indian 3 shown DC-DC converter has two modes. In the first operating mode are the input filter 2 and the polarity reversal protection circuit 1 activated and the boost converter 4 disabled. In this first mode, the bipolar transistor S1 is disabled and thus inactive. This has the advantage that the bipolar transistor S1 does not cause any losses in the first mode of operation, as would be the case when the boost converter 4 constantly active. Consequently, the same losses occur in said first mode of operation as when using a buck converter alone 3 with upstream polarity reversal protection circuit 1 and upstream input filter 2 would occur. This first mode is the normal case in which the function of the PI filter 2 is not affected. This normal case exists as long as the DC input voltage U E is greater than the desired DC output voltage U A. In the first mode, the ser works in the 3 shown circuit as well as in the 1 shown circuit, according to which the buck converter 3 a polarity reversal protection circuit 1 and an input filter 2 upstream. In this first operating mode, the polarity reversal protection diode D V is bypassed in the case of flow through the switching path of the transistor T V , in order to reduce the resulting power loss.

Sinkt die Eingangsgleichspannung UE aber auf einen Spannungswert ab, der kleiner ist als die gewünschte Ausgangsgleichspannung UA, dann steuert die Steuereinheit SE die Basis des Bipolartransistors S1 derart an, dass der Hochsetzsteller 4 aktiviert wird und die unerwünscht niedrige Eingangsgleichspannung UE auf einen Gleichspannungswert hochsetzt, der größer oder gleich der gewünschten Ausgangsgleichspannung UA ist. In dieser zweiten Betriebsart ist folglich der Hochsetzsteller 4 zugeschaltet bzw. aktiviert. Die Verpolschutzschaltung 1 und das Eingangsfilter 2 sind in dieser zweiten Betriebsart deaktiviert.However, if the DC input voltage U E decreases to a voltage value which is smaller than the desired DC output voltage U A , then the control unit SE controls the base of the bipolar transistor S1 such that the boost converter 4 is activated and the undesirably low input DC voltage U E to a DC voltage value increases, which is greater than or equal to the desired output DC voltage U A. In this second mode of operation is therefore the boost converter 4 switched on or activated. The polarity reversal protection circuit 1 and the input filter 2 are disabled in this second mode.

Die zweite Betriebsart kann im Betrieb eines Kraftfahrzeugs beispielsweise dann auftreten, wenn Extrembedingungen vorliegen. Eine Extrembedingung liegt beispielsweise dann vor, wenn bei einer sehr niedrigen Außentemperatur bei bereits schwacher Batterie ein Startvorgang des Kraftfahrzeugs in die Wege geleitet wird. Diese zweite Betriebsart liegt in der Praxis nur für eine kurze Zeitspanne vor, die typischer Weise zwischen 200 ms und 500 ms liegt. Für die Dauer dieser kurzen Zeitspanne wird in Kauf genommen, dass das Eingangsfilter seine gewünschten Wirkungen nicht erfüllen kann.The second mode may, for example during operation of a motor vehicle occur when extreme conditions exist. An extreme condition is for example, if at a very low outside temperature at a low battery, a starting process of the motor vehicle is initiated. This second mode is in the Practice only for a short period of time, typically between 200 ms and 500 ms. For the Duration of this short period of time is accepted that the input filter his desired Do not fulfill effects can.

Des Weiteren ist in dieser zweiten Betriebsart der Transistor TV abgeschaltet. Die Diode DV wirkt deshalb wie eine herkömmliche Diode. Die dabei entstehenden Verluste können für die kurze Zeitspanne, in welcher die zweite Betriebsart aktiv ist, toleriert werden. Das Abschalten des Transistors TV erfolgt über den Schalter S2, der von der Steuereinheit SE entsprechend angesteuert wird.Furthermore, in this second mode, the transistor T V is turned off. The diode D V therefore acts like a conventional diode. The resulting losses can be tolerated for the short period in which the second mode is active. The switching off of the transistor T V via the switch S2, which is controlled by the control unit SE accordingly.

Zur Ansteuerung des Bipolartransistors S1 stellt die Steuereinheit SE im einfachsten Fall ein Rechtecksignal konstanter Frequenz mit konstantem Tastverhältnis zur Verfügung. Ein Regeln kann entfallen, da ohnehin eine Regelung des nachgeschalteten Tiefsetzstellers 3 erfolgt.For controlling the bipolar transistor S1, the control unit SE in the simplest case, a square wave signal of constant frequency with a constant duty cycle available. A rule can be omitted, since anyway a regulation of the downstream buck converter 3 he follows.

Wird dem Hochsetzsteller 4 ausgangsseitig zu wenig Strom entnommen, dann steigt die Spannung am Kondensator C2 solange, bis die Energiebilanz wieder ausgeglichen ist. Ein derartiger Anstieg kann auf einfache Weise beispielsweise durch eine mit der Basis des Bipolartransistors S1 über den Widerstand R4 verbundene Zenerdiode DZ2 verhindert werden. Über diese Zenerdiode DZ2 wird der Bipolartransistor S1 beim Vorliegen einer Überspannung eingeschaltet und dadurch überschüssige Energie nach Masse M abgeleitet. Alternativ dazu kann ein Anstieg der Ausgangsspannung auch durch eine Reduktion des Tastverhältnisses der Ansteuersignale des Bipolartransistors S1 verhindert werden.Will the boost converter 4 On the output side, too little power is removed, then the voltage on the capacitor C 2 increases until the energy balance is balanced again. Such an increase can be connected in a simple manner for example by the base of the bipolar transistor S1 via the resistor R 4 Zener diode D can be prevented Z2. About this Zener diode D Z2 , the bipolar transistor S1 is turned on in the presence of an overvoltage and thereby excess energy to mass M derived. Alternatively, an increase of the output voltage can also be prevented by a reduction of the duty ratio of the drive signals of the bipolar transistor S1.

Eine weitere Alternative besteht darin, unter Verwendung der Steuereinheit SE eine Regelschleife zu bilden, wobei die Spannung am Kondensator C2 gemessen wird und das zur Ansteuerung des Schalters S1 verwendete Tastverhältnis nachgeregelt wird. In diesem Falle kann gegebenenfalls auf den Widerstand R4 und die Zenerdiode DZ2 verzichtet werden.Another alternative is to form a control loop using the control unit SE, wherein the voltage across the capacitor C 2 is measured and the duty cycle used to drive the switch S1 is readjusted. In this case, if necessary, can be dispensed with the resistor R 4 and the Zener diode D Z2 .

Eine weitere Alternative besteht darin, dass die Steuereinheit SE dauerhaft ein Rechtecksignal zur Verfügung stellt und dieses Rechtecksignal über eine Zusatzschaltung, beispielsweise einen Komparator, der die Spannung am Kondensator C2 überwacht, an die Basis des Schalters S1 durchschaltet.Another alternative is that the control unit SE permanently provides a square wave signal and this square wave signal through an additional circuit, for example, a comparator, which monitors the voltage across the capacitor C 2 , switches to the base of the switch S1.

Die Steuereinheit SE ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie nach einer Einleitung der zweiten Betriebsart deren Dauer überwacht und die zweite Betriebsart nach Ablauf einer vorgegebenen Maximaldauer beendet, um eine Zerstörung der Vorrichtung zu verhindern. Diese Maximaldauer liegt beispielsweise im Bereich einiger 500 ms.The Control unit SE is preferably designed so that it an initiation of the second mode whose duration monitors and the second mode after a predetermined maximum duration finished a destruction prevent the device. This maximum duration is for example in the range of a few 500 ms.

Ein Gleichspannungswandler gemäß der Erfindung hat nach alledem den Vorteil, dass er kurzzeitige Einbrüche der Eingangsgleichspannung UE kompensieren kann und auch für die Dauer dieser Eingangsspannungseinbrüche die gewünschte Ausgangsgleichspannung UA bereitstellt. Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, dass dem Tiefsetzsteller ein schaltbarer Hochsetzsteller vorgeschaltet wird, der lediglich für die kurze Zeitdauer eines Eingangsspannungseinbruches aktiviert wird. Vorzugsweise verwendet der Hochsetzsteller Bauteile des Eingangsfilters und der Verpolschutzschaltung des Gleichspannungswandlers. Dies hat zur Folge, dass das Eingangsfilter während der Dauer eines Eingangsspannungseinbruches seine Funktionen nicht erfüllen kann, sondern sogar zu einer Störquelle wird. Dies verursacht in der Praxis wegen der Kürze der Zeitdauer eines Eingangsspannungseinbruches keine Probleme, da es weniger Nachteile hat als ein eventueller Ausfall des Gesamtsystems.A DC-DC converter according to the invention after all has the advantage that it can compensate for brief dips in the DC input voltage U E and also provides the desired DC output voltage U A for the duration of these input voltage dips. This is achieved according to the present invention by that the step-down converter is preceded by a switchable step-up converter, which is activated only for the short duration of an input voltage dip. Preferably, the boost converter uses components of the input filter and the polarity reversal protection circuit of the DC-DC converter. This has the consequence that the input filter during the duration of an input voltage dip its functions can not meet, but even becomes a source of interference. This causes no problems in practice because of the shortness of the duration of an input voltage dip, since it has fewer disadvantages than a possible failure of the overall system.

Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung erfolgt bei Kraftfahrzeugen. Dort kann ein Gleichspannungswandler gemäß der Erfindung zur Umsetzung einer Eingangsgleichspannung von beispielsweise 24 V in eine Ausgangsgleichspannung von beispielsweise 12 V verwendet werden.A preferred application of the invention is in motor vehicles. There may be a DC-DC converter according to the invention for implementation an input DC voltage of for example 24 V into a DC output voltage of 12 V, for example.

Claims (14)

Gleichspannungswandler, welcher einen Tiefsetzsteller (3) aufweist, welchem eine Verpolschutzschaltung (1) und ein Eingangsfilter (2) vorgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass dem Tiefsetzsteller (3) des Weiteren ein zuschaltbarer Hochsetzsteller (4) vorgeschaltet ist.DC-DC converter, which has a buck converter ( 3 ), to which a polarity reversal protection circuit ( 1 ) and an input filter ( 2 ), characterized in that the buck converter ( 3 ) Furthermore, a switchable boost converter ( 4 ) is connected upstream. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei Betriebsarten aufweist, wobei in der ersten Betriebsart das Eingangsfilter (2) aktiviert und der Hochsetzsteller (4) deaktiviert ist und in der zweiten Betriebsart das Eingangsfilter (2) deaktiviert und der Hochsetzsteller (4) aktiviert ist.DC-DC converter according to claim 1, characterized in that it has two modes, wherein in the first mode the input filter ( 2 ) and the boost converter ( 4 ) is deactivated and in the second operating mode the input filter ( 2 ) and the boost converter ( 4 ) is activated. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochsetzsteller (4) Bauteile des Eingangsfilters (2) und der Verpolschutzschaltung (1) mitverwendet.DC-DC converter according to claim 1 or 2, characterized in that the boost converter ( 4 ) Components of the input filter ( 2 ) and the polarity reversal protection circuit ( 1 ) co-used. Gleichspannungswandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsfilter (2) Kondensatoren (C1, C2) aufweist und der Hochsetzsteller (4) die Kondensatoren (C1, C2) des Eingangsfilters (2) mitverwendet.DC-DC converter according to claim 3, characterized in that the input filter ( 2 ) Capacitors (C 1 , C 2 ) and the boost converter ( 4 ) the capacitors (C 1 , C 2 ) of the input filter ( 2 ) co-used. Gleichspannungswandler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsfilter (2) eine Spule (LF) aufweist und der Hochsetzsteller (4) die Spule (LF) des Eingangsfilters (2) mitverwendet.DC-DC converter according to claim 3 or 4, characterized in that the input filter ( 2 ) has a coil (L F ) and the boost converter ( 4 ) the coil (L F ) of the input filter ( 2 ) co-used. Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 3–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpolschutzschaltung (1) eine Verpolschutzdiode (DV) aufweist und der Hochsetzsteller die Verpolschutzdiode (DV) mitverwendet.DC-DC converter according to one of claims 3-5, characterized in that the polarity reversal protection circuit ( 1 ) has a Verpolschutzdiode (D V ) and the boost converter the reverse polarity protection diode (D V ) co-used. Gleichspannungswandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verpolschutzdiode (DV) die Schaltstrecke eines Schalters (TV) parallel geschaltet ist und dieser Schalter (TV) in der zweiten Betriebsart deaktiviert ist.DC-DC converter according to claim 6, characterized in that the polarity reversal protection diode (D V ), the switching path of a switch (T V ) is connected in parallel and this switch (T V ) is deactivated in the second mode. Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 2–7, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Steuereinheit (SE) aufweist, durch deren Ausgangssignal eine der beiden Betriebsarten auswählbar ist.DC-DC converter according to one of claims 2-7, characterized characterized in that it comprises a control unit (SE), by whose output signal is one of the two modes selectable. Gleichspannungswandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochsetzsteller einen Schalter (S1) aufweist und das Ausgangssignal der Steuereinheit (SE) dem Steuereingang des Schalters (S1) zugeführt wird.DC-DC converter according to claim 8, characterized in that the boost converter has a switch (S1) and the output signal the control unit (SE) is supplied to the control input of the switch (S1). Gleichspannungswandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (S1) ein Bipolartransistor ist.DC-DC converter according to claim 9, characterized characterized in that the switch (S1) is a bipolar transistor. Gleichspannungswandler nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereingang des Schalters (S1) über eine Zenerdiode (DZ2) mit der Spule (LF) des Eingangsfilters (2) verbunden ist.DC-DC converter according to claim 9 or 10, characterized in that the control input of the switch (S1) via a Zener diode (D Z2 ) with the coil (L F ) of the input filter ( 2 ) connected is. Gleichspannungswandler nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung der Steuereinheit (SE) eine Regelschleife gebildet und die Spannung am Ausgangskondensator (C2) des Hochsetzstellers gemessen und das Tastverhältnis des Ausgangssignals der Steuereinheit in Abhängigkeit von der gemessenen Spannung am Ausgangskondenstor (C2) nachgeregelt wird.DC-DC converter according to claim 9 or 10, characterized in that using the control unit (SE) formed a control loop and the voltage at the output capacitor (C 2 ) of the boost converter measured and the duty cycle of the output signal of the control unit in dependence on the measured voltage at Ausgangskondenstor (C 2 ) is readjusted. Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 9–12 dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (S1) des Hochsetzstellers (4) in der ersten Betriebsart deaktiviert ist.DC-DC converter according to one of claims 9-12, characterized in that the switch (S1) of the boost converter ( 4 ) is deactivated in the first operating mode. Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 8–13 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (SE) die Dauer der zweiten Betriebsart überwacht und die zweite Betriebsart nach Ablauf einer vorgegebenen Maximaldauer beendet.DC-DC converter according to one of claims 8-13 characterized characterized in that the control unit (SE) the duration of the second Operating mode monitored and the second mode after a predetermined maximum duration completed.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009015397A1 (en) 2009-03-27 2010-09-30 Airbus Deutschland Gmbh Wing with a high lift flap
DE102019121793A1 (en) * 2018-08-14 2020-02-20 Steering Solutions Ip Holding Corporation POWER INPUT CIRCUIT WITH IMPROVED POLE PROTECTION TO INSULATE THE SUPPLY IN SHORT CIRCUIT CONDITIONS AND TO REDUCE THE MICROCONTROLLER RESTART FROM SHUTDOWN AFTER AN ERROR

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010023488A1 (en) * 2000-02-17 2001-09-20 Volker Breunig Supply voltage booster for electronic modules
DE10024853A1 (en) * 2000-05-19 2001-11-29 Siemens Ag Device for maintaining a supply voltage
DE19542085B4 (en) * 1994-12-30 2007-07-05 Robert Bosch Gmbh Safety device for vehicle occupants
US20080157732A1 (en) * 2006-12-30 2008-07-03 Advanced Analogic Technologies, Inc. High-efficiency DC/DC voltage converter including capacitive switching pre-converter and up inductive switching post-regulator

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2693853B1 (en) * 1992-07-16 1994-10-21 Sgs Thomson Microelectronics Circuit for protecting a power component against direct overvoltages.
US7332832B2 (en) * 2004-02-27 2008-02-19 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Removable hard disk drive (HDD) that is hot-plug compatible with multiple external power supply voltages
JP4788420B2 (en) * 2006-03-17 2011-10-05 株式会社デンソー Power supply

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19542085B4 (en) * 1994-12-30 2007-07-05 Robert Bosch Gmbh Safety device for vehicle occupants
US20010023488A1 (en) * 2000-02-17 2001-09-20 Volker Breunig Supply voltage booster for electronic modules
DE10024853A1 (en) * 2000-05-19 2001-11-29 Siemens Ag Device for maintaining a supply voltage
US20080157732A1 (en) * 2006-12-30 2008-07-03 Advanced Analogic Technologies, Inc. High-efficiency DC/DC voltage converter including capacitive switching pre-converter and up inductive switching post-regulator

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