DE102016206588A1

DE102016206588A1 - Synchron-Tiefsetzsteller mit Schutz vor Kurzschluss zu einer Spannungsquelle

Info

Publication number: DE102016206588A1
Application number: DE102016206588.2A
Authority: DE
Inventors: Alfons Fisch; Mikhail Zarkhin
Original assignee: Continental Automotive Systems Inc
Current assignee: Vitesco Technologies USA LLC
Priority date: 2015-04-20
Filing date: 2016-04-19
Publication date: 2016-10-20
Also published as: ITUA20162709A1; KR101982907B1; CN106067732A; CN106067732B; FR3035281B1; KR20160124700A; FR3035281A1; US20160308439A1; US10587193B2

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine Energiewandleranordnung detektiert einen Überstrom, greift einen Lowside-Schalter ab, falls ein Überstrom detektiert ist, hält den Lowside-Schalter im abgegriffenen Zustand, bis eine PWM-Steuerung einen vorbestimmten Minimum-Puls für den Latch (für die Dauer des Überstroms) bereitstellt, und gibt den Lowside-Schalter frei, falls eine PWM-Steuerung einen vorbestimmten Minimum-Puls für den Latch bereitstellt. Eine Energiewandleranordnung umfasst eine mit dem Hauptschalter gekoppelte PWM-Steuerung, wobei die PWM-Steuerung dazu ausgebildet ist, den Hauptschalter gemäß einem Betriebszyklus zu steuern. Ein Latch ist mit einem Sekundärschalter gekoppelt und dazu ausgebildet, den Sekundärschalter wahlweise auszuschalten. Die PWM-Steuerung ist dazu ausgebildet, ein PWM-Steuersignal für den Latch bereitzustellen, und das Steuersignal ist dazu ausgebildet, den Latch zurückzusetzen, um so ein Einschalten des Sekundärschalters zu ermöglichen, nur wenn die PWM-Steuerung einen Betrieb mit einer Minimum-Pulsbreite beginnt.

Description

Gebiet
Diese Anmeldung betrifft allgemein elektronische Energiesysteme, und insbesondere Gleichspannungswandler-Anordnungen und -Verfahren.
Hintergrund
Eine Energieversorgung ist in nahezu jedes Elektronikgerät integriert, sowohl in Consumer-Geräten als auch in industriellen Geräten, einschließlich Fahrzeug-Antriebsstrangelektronik, portable Elektronikausrüstung, integrierte im Fahrzeug befindliche Systeme, Computer, medizinische Geräte und viele weitere Geräte. Bei einem elektronischen Gerät kann es notwendig sein, eine Spannung entweder zu erhöhen oder zu verringern, und zwar durch Verwenden entweder eines Hochsetz- oder eines Tiefsetz-Energiewandlers. Ein Aufwärtswandler (oder auch Hochsetzsteller bezeichnet) kann zum Erhöhen einer Spannung verwendet werden, und ein Abwärtswandler (oder auch Tiefsetzsteller bezeichnet) kann zum Verringern einer Spannung verwendet werden.
Jedoch können Kurzschlüsse des Ausgangsspannungsknoten dazu führen, dass die Energiewandleranordnung nicht ordnungsgemäß funktioniert. Deshalb wurden von Fachleuten Kurzschluss-nach-Masse-Lösungen eingesetzt.
Unter bestimmten Bedingungen kann jedoch der Ausgangsspannungsknoten zu einer Spannungsschiene mit unterschiedlicher Spannung, oder gegen „Nicht-Masse”, kurzgeschlossen sein, welche höher als die Ausgangsspannung und niedriger als die Eingangsspannung ist, und trotzdem einen Anstieg der Eingangsknotenspannung verursachen. Dies kann die mit den Eingangsspannungsknoten und/oder den MOSFETs oder anderen in dem Wandler verwendeten Schaltern verbundene Elektronik beschädigen. Beispielsweise wird in einem Synchron-Tiefsetzsteller die Schutzdiode durch einen Lowside-Schalter ersetzt, dessen Steuerung auf den Highside-Schalter abgestimmt ist. Da im Gegensatz zur Diode der Lowside-Schalter, wenn er eingeschaltet ist, Strom in beide Richtungen führen kann, muss dieser geschützt werden für den Fall des Ausgangs-Kurzschlusses mit einer Spannungsschiene. Diese Art von Störfall wird einen Rückstrom im Tiefsetzstellerausgang verursachen, der lediglich durch den DC-Widerstand der Tiefsetzsteller-Spule begrenzt ist. Der Überstromschutz wird jedoch den Lowside-Schalter irgendwann ausschalten, wobei der Strom dann abzunehmen beginnt. Wenn sich dieser Vorgang immer aufs Neue wiederholt, wird der Lowside-Schalter zusammen mit der Tiefsetzsteller-Spule, der Schutzdiode des Highside-Schalters und dem Eingangskondensator eine Hochsetzsteller-„Topologie” erzeugen, die Energie vom Ausgang zum Eingang überträgt. Falls die Vorregler-Einheit, die den Synchron-Tiefsetzsteller versorgt, lediglich Strom bereitstellen kann und keine ausreichende Ladungsmenge aufweist, dann wird sich die Spannung an dem Eingangskondensator auf möglicherweise unsichere höhere Niveaus aufbauen.
Dementsprechend besteht ein Bedarf für eine kostengünstige und einfach umzusetzende Lösung nach einer Synchron-Tiefsetzsteller-Anordnung, die in der Lage ist, auf wirksame Art und Weise vor einem Kurzschluss gegen eine externe Spannungsquelle zu schützen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es wird eine Energiewandleranordnung bereitgestellt, die dabei hilft, einen Schutz vor dem Aufbauen unsicherer Stromniveaus durch den Eingangskondensator bereitzustellen, falls der Ausgang gegen eine externe Spannungsquelle kurzgeschlossen ist.
In einer Ausführungsform, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar ist oder auch separat von anderen Ausführungsformen ausführbar sein kann, wird eine Energiewandleranordnung bereitgestellt. Die Energiewandleranordnung umfasst einen Eingangsknoten, einen in Reihe mit dem Eingangsknoten gekoppelten Haupt-Highside-Schalter und eine mit dem Hauptschalter gekoppelte Pulsbreitenmodulation(PWM)-Steuerung. Die PWM-Steuerung ist dazu ausgebildet, den Hauptschalter gemäß einem durch die Feedbackschleife berechneten Betriebszyklus zu steuern. Eine Spule ist in Reihe mit dem Hauptschalter gekoppelt, und ein Ausgangsknoten ist in Reihe mit der Spule gekoppelt. Ein Sekundär-Lowside-Schalter ist in Reihe mit dem Hauptschalter und mit der Spule gekoppelt. Der Sekundärschalter ist mit Masse gekoppelt, um eine Synchron-Tiefsetzsteller-Architektur bereitzustellen, und weist eine Kurzschluss-Schutzfunktion auf. Ein Latch ist mit dem Sekundärschalter gekoppelt und dazu ausgebildet, den Sekundärschalter wahlweise auszuschalten. Ein Überstrom-Detektor ist dazu ausgebildet, einen Überstrom zu detektieren und den Latch derart zu setzen, um den Sekundärschalter auszuschalten, wenn ein Überstrom detektiert worden ist. Die PWM-Steuerung ist dazu ausgebildet, ein PWM-Steuersignal für den Hauptschalter und den Latch bereitzustellen, wobei das Steuersignal dazu ausgebildet ist, den Latch zurückzusetzen, um den Sekundärschalter einzuschalten, und wobei der Latch dazu ausgebildet ist, nach dem Setzen durch den Überstrom-Detektor gesetzt zu bleiben, bis der Latch das Steuersignal von der PWM-Steuerung empfängt und zurückgesetzt ist.
In einer anderen Ausführungsform, die mit den anderen hierin bereitgestellten Ausführungsformen kombinierbar ist oder separat ausgeführt werden kann, wird ein Verfahren zum Schutz vor einem Kurzschluss gegen eine Spannung in einer Energiewandleranordnung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Detektieren eines Überstroms mit einem Überstrom-Detektor, Abgreifen eines Lowside-Schalters, falls der Überstrom-Detektor einen Überstrom (unter Verwendung eines Latches) detektiert, Halten des Lowside-Schalters im abgegriffenen Zustand, bis eine PWM-Steuerung einen vorbestimmten Minimum-Puls für den Latch bereitstellt, und Freigeben des Lowside-Schalters, falls eine PWM-Steuerung den vorbestimmten Minimum-Puls für den Latch bereitstellt.
In noch einer weiteren Ausführungsform, die mit den anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar ist oder separat ausgeführt werden kann, wird ein Verfahren zum Schutz vor einem Kurzschluss zu einer Spannung in einer Energiewandleranordnung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Detektieren eines Überstromes mit einem Überstrom-Detektor; Abgreifen eines Lowside-Schalters, falls der Überstrom-Detektor einen Überstrom detektiert; und Halten des Lowside-Schalters im abgegriffenen Zustand für die Dauer des Kurzschlusses zu einer Spannung.
In noch einer weiteren Ausführungsform, die mit den anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar ist oder separat ausgeführt werden kann, wird ein nichtflüchtiges maschinenlesbares Medium bereitgestellt. Das nicht-flüchtige maschinenlesbare Medium stellt Anweisungen bereit, die bei Ausführung durch eine Maschine diese zum Durchführen der folgenden Operationen bringt: Detektieren eines Überstroms mit einem Überstrom-Detektor; Abgreifen eines Lowside-Schalters mit einem Latch, falls der Überstrom-Detektor einen Überstrom detektiert; Halten des Lowside-Schalters im abgegriffenen Zustand, bis eine PWM-Steuerung einen vorbestimmten Minimum-Puls für den Latch bereitstellt; und Freigeben des Lowside-Schalters, falls eine PWM-Steuerung einen vorbestimmten Minimum-Puls für den Latch bereitstellt.
Diese und weitere Merkmale sind am Besten aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen verständlich, die im Folgenden kurz beschrieben werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die folgenden Zeichnungen werden lediglich für Zwecke der Darstellung bereitgestellt und sollen die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, nicht beschränken.
1A ist eine schematische Darstellung, die Komponenten einer Energiewandleranordnung in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zeigt;
1B ist eine schematische Darstellung, die Komponenten einer weiteren Energiewandleranordnung in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zeigt;
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Verfahren zum Schutz vor einem Kurzschluss zu einer Spannung in einer Energiewandleranordnung in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Variation eines Verfahrens zum Schutz vor einem Kurzschluss zu einer Spannung in einer Energiewandleranordnung in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die folgende Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und soll die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen nicht beschränken.
In der gesamten folgenden Beschreibung und den Ansprüchen werden bestimmte Begriffe verwendet, die sich auf bestimmte Systemkomponenten und Konfigurationen beziehen. Dem Fachmann wird geläufig sein, dass eine Komponente unterschiedliche Herstellerbezeichnungen haben kann. Dieses Dokument unterscheidet nicht zwischen Komponenten mit unterschiedlichen Herstellerbezeichnungen, sondern unterscheidet hinsichtlich Funktion. In der folgenden Erörterung und in den Ansprüchen werden die Begriffe „einschließlich” und „umfassend” in einer weitläufigen Art und Weise verwendet, und sollten daher in der Bedeutung „einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt...” interpretiert werden.
Im Folgenden werden Beispiele der Erfindung beschrieben. Es soll davon ausgegangen werden, dass diese und weitere Beispiele oder Ausführungsformen beispielhaft sind, und dabei als die Erfindung darstellend und nicht beschränkend sein sollen. Während die Erfindung für einen weiten Bereich unterschiedlicher Arten von Systemen anwendbar ist, ist es unmöglich, alle möglichen Ausführungsformen und Zusammenhänge der Erfindung in dieser Offenbarung aufzuführen. Beim Studium dieser Offenbarung wird der Fachmann viele alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erkennen. Weitere Ausführungsformen können verwendet werden, und es können weitere Änderungen vorgenommen werden, ohne den Grundgedanken oder Umfang des hier dargestellten Gegenstandes zu verlassen.
Mit Bezug auf 1 ist eine Energiewandleranordnung zum Verringern einer Gleichspannung dargestellt und allgemein mit Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Die Energiewandleranordnung 10 ist ein Synchron-Tiefsetzsteller, der dazu ausgebildet ist, die an einem Eingang der Energiewandleranordnung 10 angelegte Spannung herunterzusetzen, und zwar gemäß einem Betriebszyklus. Bei normalem Betrieb der Energiewandleranordnung 10 wird eine Gleichspannung an einen Eingangsknoten 12 der Energiewandleranordnung 10 angelegt und in eine niedrigere Gleichspannung transformiert, die durch den Ausgangsknoten 14 bereitgestellt wird, und zwar in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung (in ihrer grundlegenden Form): V_OUT = D-Cycle·V_IN, wobei V_IN die Spannungseingabe an den Eingangsknoten 12 ist, D-Cycle der Betriebszyklus ist (was eine positive Zahl ist, die stets kleiner als oder gleich 1 ist), und V_OUT die von dem Ausgangsknoten 14 bereitgestellte Spannung ist. In einigen Anwendungen kann beispielsweise eine Eingangsspannung von 6 Volt an dem Eingangsknoten 12 angelegt werden. Ein Kondensator 11 und ein Widerstand 13 sind mit dem Eingangsknoten 12 gekoppelt, wobei der Kondensator 11 und der Widerstand 13 parallel zueinander angeordnet sind. Der Widerstand 13 und der Eingangskondensator 11 sind jeweils mit Masse gekoppelt. Ein Ausgangskondensator 15 kann mit dem Ausgangsknoten 14 und mit Masse gekoppelt sein.
Die Energiewandleranordnung 10 umfasst einen Hauptschalter 16, bzw. Highside-Schalter, der in Reihe mit dem Eingangsknoten 12 gekoppelt ist. Der Hauptschalter 16 kann ein Transistor sein, beispielsweise ein MOSFET. Der Hauptschalter 16 kann eine Haupt-Schutzdiode 17 aufweisen, die parallel zum Hauptschalter 16 angeordnet ist.
Die Haupt-Schutzdiode 17 ist dazu ausgebildet, Strom hin zu dem Eingangsknoten 12 zu leiten.
Eine Pulsbreitenmodulation(PWM)-Steuerung 18 ist mit dem Hauptschalter 16 gekoppelt. Die PWM-Steuerung 18 ist dazu ausgebildet, den Hauptschalter 16 in einen EIN-Zustand und einen AUS-Zustand zu steuern, und zwar gemäß einem durch eine Feedbackschleife berechneten Betriebszyklus.
Eine Spule 20, bzw. eine induktive Wicklung, ist in Reihe mit dem Hauptschalter 16 gekoppelt. Wenn der Hauptschalter 16 offen ist, oder AUS, wird kein Strom von dem Eingangsknoten 12 zu der Spule 20 fließen. Wenn der Hauptschalter 16 geschlossen (EIN) ist, dann beginnt der Strom jedoch anzusteigen und zur Spule 20 zu fließen. Die Spule 20 wird in Antwort auf den sich ändernden Strom eine Gegenspannung an ihren Anschlüssen erzeugen. Dieser Spannungsabfall wirkt der Spannung der Quelle entgegen, wodurch die Nettospannung reduziert wird. Mit der Zeit wird die Spule 20 Energie in der Form eines magnetischen Feldes speichern. Die Spule 20 ist in Reihe mit dem Ausgangsknoten 14 gekoppelt.
Ein Sekundärschalter 22, bzw. Lowside-Schalter, ist in Reihe mit dem Hauptschalter 16 und mit der Spule 20 gekoppelt. In der Darstellung ist der Sekundärschalter 22 mit Masse gekoppelt. Der Sekundärschalter 22 kann eine parallel zu dem Sekundärschalter 22 angeordnete Sekundär-Schutzdiode 23 aufweisen. Die Sekundär-Schutzdiode 23 ist dazu ausgebildet, Strom hin zu dem Hauptschalter 16 und der Spule 20 zu leiten.
Wenn der Hauptschalter 16 offen (das heißt AUS) ist, dann wird der Sekundärschalter 22 normalerweise geschlossen (das heißt EIN) sein, und umgekehrt; mit anderen Worten, der Hauptschalter 16 und der Sekundärschalter 22 sind zueinander außer Phase. Wenn der Hauptschalter 16 offen ist, dann wird Strom weiterhin durch die Spule 20, den Ausgangsknoten 14 und den Tiefsetzsteller fließen, und über Masse und den geschlossenen Sekundärschalter 22 zurückfließen. Die Spule 20 entlädt dann in dem magnetischen Feld gespeicherte Energie in die Last am Ausgang.
Strom kann durch den Sekundärschalter 22 in beide Richtungen fließen, wenn dieser geschlossen ist. Dementsprechend kann, in einer Situation, wo der Ausgangsknoten 14 zu einer Spannungsschiene kurzgeschlossen ist, beispielsweise eine 1,2 Volt- oder 3,3 Volt-Spannungsschiene, Energie von dieser Spannungsschiene zurück zum Eingangsknoten 12 geführt werden. In einer solchen Situation würde, ohne den unten beschriebenen Verbesserungen, die Energiewandleranordnung 10 zu einem Tiefsetz-Energiewandler in der entgegengesetzten Richtung werden, wo eine höhere Spannung zurück zu dem Eingangskondensator 11 und dem Eingangsknoten 12 geführt werden würde. Der Strom in dem Eingangskondensator 11 könnte dann auf unsichere Niveaus ansteigen und die mit dem Eingangsknoten 12 verbundene Elektronik beschädigen.
Wenn dementsprechend der Ausgangsknoten 14 zu einer Spannung kurzgeschlossen ist, die zwischen den gewünschten Eingangs- und Ausgangs-Spannungen (V_OUT < V_SHORT < V_IN) liegt, dann schützen Komponenten des vorliegenden Energiewandlers 10 vor der oben beschriebenen Situation, wo Komponenten einen Stromanstieg auf unsichere Niveaus „sehen” könnten. Ein Latch 24 ist mit dem Sekundärschalter 22 gekoppelt und ist dazu ausgebildet, den Sekundärschalter 24 wahlweise auszuschalten. Ein Überstrom-Detektor 26 ist dazu ausgebildet, einen Überstrom zu detektieren, der durch den Sekundärschalter 22 „kommt” und den Latch 24 derart zu setzen, um bei Detektion eines Überstromes den Sekundärschalter 22 auszuschalten. Deshalb wird der Latch 24 die normalerweise abgestimmte Eigenschaft des Hauptschalters 16 und des Sekundärschalters 22 aufheben, da in einer Überstrom-Situation sowohl der Hauptschalter 16 als auch der Sekundärschalter 22 ausgeschaltet bzw. offen sein können.
Der Latch 24 ist dazu ausgebildet, für die Dauer des Spannungskurzschlusses gesetzt zu bleiben, und somit den Sekundärschalter 22 in dem abgegriffenen Zustand offen zu halten. Die PWM-Steuerung 18 ist dazu ausgebildet, das PWM-Steuersignal für den Latch 24 bereitzustellen (zum selben Zeitpunkt, wo das PWM-Steuersignal für den Hauptschalter 16 bereitgestellt wird). Das PWM-Steuersignal ist derart ausgebildet, um den Latch 24 zurückzusetzen, um den Sekundärschalter 22 zu schließen und einzuschalten. Daher ist der Latch 24 dazu ausgebildet, nachdem er durch den Überstrom-Detektor 26 gesetzt ist, gesetzt zu bleiben, bis der Latch 24 das Steuersignal von der PWM-Steuerung 18 empfängt und zurückgesetzt wird. Falls die Spannung die gewünschte Ausgangsspannung überschreitet, dann wird jedoch kein PWM-Signal von der PWM-Steuerung 18 zu dem Hauptschalter 16 oder dem Latch 24 gesendet. Dementsprechend wird kein Reset des Latches 24 eintreten, bis das PWM-Steuersignal gesendet ist.
Wenn beispielsweise der Fehlerzustand aufgehoben ist, dann wird sich der Ausgangskondensator 15 naturgemäß entladen, und irgendwann wird die Ausgangsspannung abfallen. Nach Abfall der Ausgangsspannung wird die Steuerschleife den Betrieb des Hauptschalters 16 wieder aufnehmen. Zu diesem bestimmten Zeitpunkt wird der Latch 24 zurückgesetzt und der Sekundärschalter 22 wird dann schließen, nachdem der Hauptschalter 16 wieder geöffnet ist. Dementsprechend wird kein Reset des Latches 24 eintreten, bis es sicher ist, den Sekundärschalter 22 erneut zu schließen, was lediglich der Fall ist, nachdem der Hauptschalter 16 geschlossen und dann geöffnet worden ist.
Nunmehr mit Bezug auf 1B ist eine Variation einer Energiewandleranordnung dargestellt und allgemein mit Bezugszeichen 10b gekennzeichnet. Die Energiewandleranordnung 10b weist ähnliche Komponenten wie die Energiewandleranordnung 10 auf, wie zum Beispiel einen Eingangsknoten 12, einen Widerstand 13, einen Eingangskondensator 11, einen Hauptschalter 16, eine Haupt-Schutzdiode 17, eine Spule 20, einen Ausgangsknoten 14, einen Ausgangskondensator 15, einen Sekundärschalter 22, eine Sekundär-Schutzdiode 23, einen Latch 24 und einen Überstrom-Detektor 26. Diese Komponenten können die gleichen wie die oben mit Bezug auf 1A beschriebenen sein.
Die Energiewandleranordnung 10b weist eine PWM-Steuerung 18b auf, die ähnlich der PWM-Steuerung 18 ist, mit der Ausnahme, dass die PWM-Steuerung 18b einen Minimum-Betriebszyklus hat, das heißt, dass sie stets in einem Nicht-Null-Minimum-Betriebszyklus eingeschaltet ist. Um daher zu verhindern, dass der Latch 24 durch den Minimum-Betriebszyklus zurückgesetzt wird, ist ein Diskriminator 28 in Reihe zwischen der PWM-Steuerung 18b und dem Latch 24 angeordnet. Der Diskriminator 28 verhindert, dass sehr kurze Pulse, die dem Minimum-Betriebszyklus zugeordnet sind, den Latch 24 zurücksetzen. Dementsprechend wird der Latch 24 nur zurückgesetzt, wenn die Energiewandleranordnung 10b normal funktioniert und es keinen Kurzschluss zu einer Nicht-Null-Spannung gibt.
Nunmehr mit Bezug auf 2 wird ein Verfahren zum Schutz vor einem Kurzschluss zu einer Spannung in einer Energiewandleranordnung dargestellt und ist allgemein mit Bezugszeichen 100 gekennzeichnet. Das Verfahren 100 kann mit einer der Energiewandleranordnungen 10, 10b verwendet werden, die oben dargestellt und beschrieben sind, obwohl das Verfahren 100 nicht notwendigerweise die Energiewandleranordnungen 10, 10b verwenden muss.
Das Verfahren 100 umfasst einen Schritt 112 des Detektierens eines Überstromes mit einem Überstrom-Detektor, wie zum Beispiel der Überstrom-Detektor 26. Das Verfahren 100 umfasst einen weiteren Schritt 114 des Abgreifens eines Lowside-Schalters, falls der Überstrom-Detektor einen Überstrom an einem Latch detektiert. Beispielsweise kann der Latch 24 verwendet werden, um den Lowside-Schalter 22 abzugreifen. Das Verfahren 100 umfasst weiterhin einen Schritt 116 des Haltens des Lowside-Schalters im abgegriffenen Zustand, bis eine PWM-Steuerung einen vorbestimmten Minimum-Puls für den Latch bereitstellt. Schließlich umfasst das Verfahren 100 ein Freigeben des Lowside-Schalters, falls eine PWM-Steuerung einen vorbestimmten Minimum-Puls für den Latch bereitstellt. Dies kann ein beliebiger Minimum-Puls sein, wie beispielsweise mit Bezug auf 1A beschrieben worden ist, oder ein Minimum-Puls, der über dem Minimum-Puls der PWM-Steuerung liegt, wie beispielsweise mit Bezug auf 1B beschrieben worden ist.
Das Verfahren 100 kann zusätzliche Schritte umfassen, wie zum Beispiel ein Bereitstellen eines Gleichstroms für einen Eingangsknoten, wie es oben beschrieben worden ist. Das Verfahren 100 kann außerdem ein Bereitstellen der PWM-Steuerung als gemäß einem Betriebszyklus betreibbar umfassen. Das Verfahren kann weiterhin ein Bereitstellen eines Highside-Schalters in Reihe mit dem Eingangsknoten und der PWM-Steuerung umfassen, wobei die PWM-Steuerung derart bereitgestellt wird, um den Highside-Schalter gemäß dem Betriebszyklus zu steuern.
Zusätzlich kann das Verfahren 100 ein Bereitstellen weiterer Komponenten umfassen, wie zum Beispiel die mit Bezug auf 1A dargestellten und beschriebenen Komponenten. Das Verfahren 100 kann beispielsweise ein Bereitstellen einer in Reihe mit dem Highside-Schalter gekoppelten Spule und eines in Reihe mit der Spule gekoppelten Ausgangsknotens umfassen; ein Bereitstellen des Lowside-Schalters als in Reihe mit dem Highside-Schalter und mit der Spule gekoppelt; ein Bereitstellen des Lowside-Schalters als mit Masse gekoppelt; und ein Bereitstellen des Latches als mit dem Lowside-Schalter gekoppelt. Außerdem kann das Verfahren 100 ein Bereitstellen eines Widerstandes und eines mit dem Eingangsknoten gekoppelten Eingangskondensators umfassen; ein Bereitstellen des Widerstandes und des Eingangskondensators parallel zueinander; ein Koppeln jeweils des Widerstandes und des Eingangskondensators mit Masse; ein Bereitstellen einer Highside-Diode, die parallel zu dem Highside-Schalter angeordnet ist; ein Bereitstellen der Highside-Diode in einer Ausbildung, um Strom hin zu dem Eingangsknoten zu leiten; ein Bereitstellen einer parallel zu dem Lowside-Schalter angeordneten Lowside-Diode; ein Bereitstellen der Lowside-Diode in einer Ausbildung, um Strom hin zu dem Highside-Schalter und der Spule zu leiten; und ein Bereitstellen eines Ausgangskondensators, der mit dem Ausgangsknoten und mit Masse gekoppelt ist. In einigen Variationen kann das Verfahren 100 außerdem ein Bereitstellen eines in Reihe zwischen der PWM-Steuerung und dem Latch angeordneten Diskriminators umfassen.
Nunmehr mit Bezug auf 3 wird eine Variation eines Verfahrens zum Schutz vor einem Kurzschluss zu einer Spannung in einer Energiewandleranordnung dargestellt und allgemein mit Bezugszeichen 200 gekennzeichnet. Das Verfahren 200 umfasst einen Schritt 212 des Detektierens eines Überstroms mit einem Überstrom-Detektor. Das Verfahren 200 umfasst außerdem einen Schritt 214 des Abgreifens eines Lowside-Schalters, falls der Überstrom-Detektor einen Überstrom detektiert. Das Verfahren 200 umfasst dann einen Schritt 216 des Haltens des Lowside-Schalters im abgegriffenen Zustand für die Dauer des Kurschlusses mit der Spannung. Dies kann beispielsweise erzielt werden, wie es oben durch Zurücksetzen des Latches 24 lediglich mit einem Minimum-PWM-Steuersignal beschrieben worden ist. Weitere Schritte des Verfahrens 200 können ähnlich zu den oben mit Bezug auf das Verfahren 100 oder die Vorrichtungen 10, 10b beschriebenen sein.
In einigen Variationen wird ein nicht-flüchtiges maschinenlesbares Medium verwendet, das Anweisungen bereitstellt, die bei Ausführung durch eine Maschine dieselbe dazu bringen, Operationen durchzuführen. Diese Operationen können die Schritte eines der Verfahren 100, 200 umfassen, wie zum Beispiel: Detektieren eines Überstroms mit einem Überstrom-Detektor; Abgreifen eines Lowside-Schalters mit einem Latch, falls der Überstrom-Detektor einen Überstrom detektiert; Halten des Lowside-Schalters in einem abgegriffenen Zustand, bis eine PWM-Steuerung einen vorbestimmten Minimum-Puls für den Latch bereitstellt; und Freigeben des Lowside-Schalters, falls die PWM-Steuerung einen vorbestimmten Minimum-Puls für den Latch bereitstellt, um nur ein Beispiel zu nennen. Die Maschine kann weiterhin dazu ausgebildet sein, die Operationen des Empfangens eines Gleichstromes an einem Eingangsknoten durchzuführen, wobei der Eingangsknoten mit einem Highside-Schalter gekoppelt ist, und Betreiben der PWM-Steuerung gemäß einem Betriebszyklus.
Obwohl Ausführungsformen dieser Erfindung offenbart worden sind, wird der Fachmann erkennen, dass bestimmte Modifikationen im Umfang dieser Erfindung liegen. Aus diesem Grund sollten die folgenden Ansprüche hinsichtlich der Festlegung des wahren Umfangs und Inhalts dieser Erfindung betrachtet werden.

Claims

Energiewandleranordnung umfassend: einen Eingangsknoten; einen in Reihe mit dem Eingangsknoten gekoppelten Hauptschalter; eine Pulsbreitenmodulation(PWM)-Steuerung, die mit dem Hauptschalter gekoppelt ist, wobei die PWM-Steuerung dazu ausgebildet ist, den Hauptschalter gemäß einem Betriebszyklus zu steuern; eine in Reihe mit dem Hauptschalter gekoppelte Spule; einen in Reihe mit der Spule gekoppelten Ausgangsknoten; einen Sekundärschalter, der in Reihe mit dem Hauptschalter und mit der Spule gekoppelt ist, wobei der Sekundärschalter mit Masse gekoppelt ist; einen Latch, der mit dem Sekundärschalter gekoppelt und dazu ausgebildet ist, wahlweise den Sekundärschalter auszuschalten; und einen Überstrom-Detektor, der dazu ausgebildet ist, einen Überstrom zu detektieren und den Latch derart zu setzen, so dass er beim Detektieren eines Überstroms den Sekundärschalter ausschaltet, wobei die PWM-Steuerung derart ausgebildet ist, um für den Hauptschalter und den Latch ein PWM-Steuersignal bereitzustellen, wobei das Steuersignal derart ausgebildet ist, um den Latch zurückzusetzen, um den Sekundärschalter einzuschalten, wobei der Latch dazu ausgebildet ist, nach dem Setzen durch den Überstrom-Detektor gesetzt zu bleiben, bis der Latch das Steuersignal von der PWM-Steuerung empfängt und durch das Steuersignal zurückgesetzt wird.
Energiewandleranordnung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Widerstand und einen Eingangskondensator, der mit dem Eingangsknoten gekoppelt ist, wobei der Widerstand und der Eingangskondensator parallel zueinander angeordnet sind, wobei der Widerstand und der Eingangskondensator jeweils mit Masse gekoppelt sind.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine parallel zu dem Hauptschalter angeordnete Hauptdiode, wobei die Hauptdiode dazu ausgebildet ist, Strom zum Eingangsknoten zu leiten.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine parallel zu dem Sekundärschalter angeordnete Sekundärdiode, wobei die Sekundärdiode dazu ausgebildet ist, Strom hin zu dem Hauptschalter und der Spule zu leiten.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen mit dem Ausgangsknoten und mit Masse gekoppelten Ausgangskondensator.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die PWM-Steuerung betreibbar ist, um das Steuersignal als einen Eingangspuls zu senden, wobei der Eingangspuls betreibbar ist, um den Hauptschalter EIN und AUS zu schalten.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen in Reihe zwischen der PWM-Steuerung und dem Latch angeordneten Diskriminator.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Hauptschalter ein MOSFET und der Sekundärschalter ein MOSFET ist.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Energiewandleranordnung betreibbar ist, um eine Gleichspannungseingabe an dem Ausgangsknoten zu verringern, wobei die Energiewandleranordnung betreibbar ist, um eine Gleichspannung von dem Ausgangsknoten auszugeben.
Verfahren zum Schutz gegenüber einem Spannungskurzschluss in einer Energiewandleranordnung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Detektieren eines Überstroms mit einem Überstrom-Detektor; Abgreifen eines Lowside-Schalters mit einem Latch, falls der Überstrom-Detektor einen Überstrom detektiert; Halten des Lowside-Schalters, der abgegriffen ist, bis eine PWM-Steuerung einen vorbestimmten Minimum-Puls für den Latch bereitstellt; und Freigeben des Lowside-Schalters, falls die PWM-Steuerung den vorbestimmten Minimum-Puls für den Latch bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 10, weiterhin umfassend ein Bereitstellen eines Gleichstroms für einen Eingangsknoten.
Verfahren nach einem der vorangehenden verfahrensbasierten Ansprüche, weiterhin umfassend ein Bereitstellen der PWM-Steuerung, die gemäß einem Betriebszyklus betreibbar ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden verfahrensbasierten Ansprüche, weiterhin umfassend ein Bereitstellen eines Highside-Schalters in Reihe mit dem Eingangsknoten und der PWM-Steuerung, wobei die PWM-Steuerung betreibbar ist, um den Highside-Schalter gemäß dem Betriebszyklus zu steuern.
Verfahren nach einem der vorangehenden verfahrensbasierten Ansprüche, weiterhin umfassend ein Bereitstellen einer in Reihe mit dem Highside-Schalter gekoppelten Spule und eines in Reihe mit der Spule gekoppelten Ausgangsknotens, wobei das Verfahren weiterhin ein Bereitstellen des Lowside-Schalters in Reihe mit dem Highside-Schalter und der Spule gekoppelt umfasst, wobei das Verfahren weiterhin ein Bereitstellen des Lowside-Schalters umfasst, der mit Masse gekoppelt ist, und wobei das Verfahren weiterhin ein Bereitstellen des Latches umfasst, der mit dem Lowside-Schalter gekoppelt ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden verfahrensbasierten Ansprüche, weiterhin umfassend ein Bereitstellen eines Widerstands und eines mit dem Eingangsknoten gekoppelten Eingangskondensators, wobei das Verfahren weiterhin ein Bereitstellen des Widerstands und des Eingangskondensators umfasst, die parallel zueinander angeordnet sind, wobei das Verfahren weiterhin ein Koppeln des Widerstands und des Eingangskondensators jeweils mit Masse umfasst, wobei das Verfahren weiterhin ein Bereitstellen einer Highside-Diode umfasst, die parallel zu dem Highside-Schalter angeordnet ist, wobei das Verfahren weiterhin ein Bereitstellen der Highside-Diode umfasst, die dazu ausgebildet ist, einen Strom hin zu dem Eingangsknoten zu leiten, wobei das Verfahren weiterhin ein Bereitstellen einer Lowside-Diode umfasst, die parallel zu dem Lowside-Schalter angeordnet ist, wobei das Verfahren weiterhin ein Bereitstellen der Lowside-Diode umfasst, die dazu ausgebildet ist, einen Strom hin zu dem Highside-Schalter und der Spule zu leiten, und wobei das Verfahren weiterhin ein Bereitstellen eines Ausgangskondensators umfasst, der der mit dem Ausgangsknoten und mit Masse gekoppelt ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden verfahrensbasierten Ansprüche, weiterhin umfassend ein Bereitstellen eines in Reihe zwischen der PWM-Steuerung und dem Latch angeordneten Diskriminators.
Verfahren zum Schutz gegenüber einem Spannungskurzschluss in einer Energiewandleranordnung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Detektieren eines Überstroms mit einem Überstrom-Detektor; Abgreifen eines Lowside-Schalters, falls der Überstrom-Detektor einen Überstrom detektiert; und Halten des Lowside-Schalters im abgegriffenen Zustand für die Dauer des Spannungskurzschlusses.
Nicht-flüchtiges maschinenlesbares Medium, das Anweisungen bereitstellt, die bei Ausführung durch eine Maschine diese zum Durchführen von Operationen bringt, umfassend: Detektieren eines Überstroms mit einem Überstrom-Detektor; Abgreifen eines Lowside-Schalters mit einem Latch, falls der Überstrom-Detektor einen Überstrom detektiert; Halten des Lowside-Schalters im abgegriffenen Zustand, bis eine PWM-Steuerung einen vorbestimmten Minimum-Puls für den Latch bereitstellt; und Freigeben des Lowside-Schalters, falls die PWM-Steuerung den vorbestimmten Minimum-Puls für den Latch bereitstellt.
Nicht-flüchtiges maschinenlesbares Medium nach Anspruch 18, wobei die Maschine weiterhin zur Durchführung der folgenden Operationen ausgebildet ist; Empfangen eines Gleichstromes an einem Eingangsknoten, wobei der Eingangsknoten mit einem Highside-Schalter gekoppelt ist; und Betreiben der PWM-Steuerung gemäß einem Betriebszyklus.