EP3891880A1 - Sperrwandler mit zwei oder mehr unabhängigen ausgangsstufen - Google Patents

Sperrwandler mit zwei oder mehr unabhängigen ausgangsstufen

Info

Publication number
EP3891880A1
EP3891880A1 EP19813500.6A EP19813500A EP3891880A1 EP 3891880 A1 EP3891880 A1 EP 3891880A1 EP 19813500 A EP19813500 A EP 19813500A EP 3891880 A1 EP3891880 A1 EP 3891880A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power supply
switch
primary
secondary coil
signal processing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19813500.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Zoltán BARANYAI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp Presta AG filed Critical ThyssenKrupp AG
Publication of EP3891880A1 publication Critical patent/EP3891880A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33561—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having more than one ouput with independent control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/34—Snubber circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/10—DC to DC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/34—Snubber circuits
    • H02M1/346—Passive non-dissipative snubbers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a power supply with the features of
  • SBC system base chip
  • ASIC application specific integrated circuit
  • SMP buck converter mode power converters
  • SMPS cascaded buck converter
  • flyback SMPS flyback SMPS
  • linear controllers which contain controllers based on analog PI or PID controllers.
  • the power supply is an important, expensive and thermally relevant part of electronic control units.
  • Switching power supplies are increasingly being used to replace conventional linear AC power supplies, thereby reducing power consumption and reducing heat dissipation as well as the size and weight of the component. But switching power supplies are complex Control unit will have a maximum of one or two outputs
  • a power supply unit for an electronic control unit in particular a motor vehicle control unit, comprising a transformer with a primary coil which can be controlled by means of a switchable primary switch and at least one secondary coil is provided, the primary coil and the at least one secondary coil being arranged on a common magnetic core, and the at least one a secondary coil provides at least two outputs with controllable output voltages, the at least one secondary coil being assigned a switchable secondary switch for each of the at least two outputs, and the power supply unit comprising a signal processing and calculation unit which is set up to provide the primary switch and the secondary switch to be controlled by means of pulse generators, the at least two outputs being switched sequentially in order to
  • At least two secondary coils are provided, the primary coil and the at least two secondary coils are arranged on a common magnetic core, each of the at least two secondary coils having a switchable secondary switch connected upstream, and wherein the power supply unit has a signal processing and
  • Computing unit which is set up to control the primary switch and the secondary switch by means of pulse generators, the
  • At least two secondary coils are connected sequentially in order to provide at least two controllable, in particular regulatable output voltages.
  • one secondary coil can also have several
  • the secondary coil is connected to a corresponding number of controllable secondary switches which are connected downstream of the secondary coil.
  • the secondary coil can provide multiple output voltages.
  • the transformer is preferably part of a clocked flyback converter.
  • the flyback converter has in particular a potential separation, which for
  • the primary side serves as the secondary side.
  • To measure the secondary coil provided output voltages and forward them to the signal processing and calculation unit. This makes it possible, in particular, to compare the voltage measured by the voltage detection circuits with predefinable target values. This comparison can be made by comparators and used to regulate the output voltages. It can additionally be provided that a voltage detection circuit measures the input voltage.
  • the power supply unit preferably comprises a clock generator, which generates a clock signal for the signal processing and
  • the power supply can in particular be a diagnostic unit and / or others
  • the power supply unit preferably has a configuration memory.
  • the power supply unit has a communication interface for communication with a main processor of the control device.
  • the power supply unit has an additional primary circuit for storing or dissipating excess energy.
  • a circulator and an additional pulse generator can be provided instead of the additional primary circuit.
  • the additional pulse generator switches a switching element that is assigned to an output in order to establish a short circuit.
  • the current is circulated in a coil by means of the circulator, so that the excess energy is not completely lost, but is retained. This energy can be used as a reserve.
  • the power supply unit has a short-circuit detection device.
  • the short-circuit detection device preferably detects short-circuited outputs by means of the comparators. If there is a short circuit, the specified setpoint cannot be reached. The output signals of the pulse generators are therefore compared with predetermined threshold values. If such a threshold value is exceeded, there is a short circuit that is detected by the short-circuit detection device.
  • the primary and / or secondary switches are preferably bipolar transistors, IGBT or MOSFETs.
  • an electronic motor vehicle control unit with a previously described power supply unit having output voltages with loads that are greater than 100 mA.
  • the input voltage of the power supply is preferably provided by a battery.
  • a method for the power supply of an electronic motor vehicle control unit with a power supply unit has a transformer with a primary coil that can be controlled by means of a switchable primary switch and at least one secondary coil is provided, the primary coil and the at least one secondary coil being arranged on a common magnetic core and the at least one secondary coil providing at least two outputs with controllable output voltages, the at least one secondary coil being assigned a switchable secondary switch for each of the at least two outputs, and the power supply unit comprising a signal processing and calculation unit, and the method comprising the following method steps:
  • Primary coil flows, which creates a magnetic field in the magnetic core and the primary switch then goes into the blocking state for a certain time;
  • the method allows regulated output voltages to be provided in a simple manner on a power supply unit.
  • Output voltages are carried out with only a single common signal processing and calculation unit.
  • the method comprises the following further method steps:
  • At least two secondary coils are provided, the primary coil and the at least two secondary coils being arranged on a common magnetic core, and a switchable secondary switch being connected upstream of each of the at least two secondary coils, and the power supply unit comprising a signal processing and calculation unit, and the process comprises the following process steps:
  • Primary coil flows, which creates a magnetic field in the magnetic core and the primary switch then goes into the blocking state for a certain time;
  • the method preferably comprises the following further method step:
  • the transformer is preferably controlled in such a way that the output voltages rise continuously.
  • the corresponding setpoint of the output voltage is raised continuously during a single switch-on process until a target setpoint is reached.
  • the output voltage then follows the setpoint and can be increased slowly in a targeted manner.
  • the power supply can in particular be a diagnostic unit and / or others
  • the power supply unit preferably has a configuration memory.
  • the power supply unit has a communication interface for communication with a main processor of the control device.
  • the power supply unit has an additional primary circuit for storing or dismantling
  • a circulator and an additional pulse generator can be provided instead of the additional primary circuit.
  • the additional pulse generator switches a switching element that is assigned to an output in order to establish a short circuit.
  • the current is circulated in a coil by means of the circulator, so that the excess energy is not completely lost, but is retained. This energy can be used as a reserve.
  • the power supply unit has a short-circuit detection device.
  • the short-circuit detection device preferably detects short-circuited outputs by means of the comparators. If there is a short circuit, the specified setpoint cannot be reached. The output signals of the pulse generators are therefore compared with predetermined threshold values. If such a threshold value is exceeded, there is a short circuit that is detected by the short-circuit detection device.
  • the primary and / or secondary switches are preferably bipolar transistors, IGBT or MOSFETs.
  • the input voltage of the power supply is preferably provided by a battery.
  • an electronic motor vehicle control unit with a power supply unit is provided, which is set up to carry out the previously described method.
  • Fig. 1 a schematic representation of a transformer, as well
  • Fig. 2 a block diagram of a control of a power supply
  • the transformer 1 shown in FIG. 1 has a primary coil 2 on a primary side and two secondary coils 3, 4 on a secondary side, which are arranged on a common magnetic core.
  • the input AC voltage applied to the primary coil 2 is thus converted into an output AC voltage which can be tapped from the secondary coils 3, 4.
  • the transformer 1 is part of a clocked
  • Flyback converter 6 which in turn is part of a power supply unit 7 for controlling a power supply of a control unit.
  • the flyback converter 6 has electrical isolation, which is used for the galvanically decoupled transmission of electrical energy from the primary side to the secondary side.
  • the flyback converter 6 is designed as a clocked converter and has a controllable primary switch 8.
  • the controllable primary switch 8 is a power switch, in particular a transistor with an insulated gate electrode, preferably an IGBT or MOSFET.
  • a signal processing and Calculation unit 9 switches the controllable primary switch 8 in a clocked manner by means of a primary pulse generator 10.
  • the primary side of the flyback converter 6 is connected to the positive pole of a battery.
  • a positive control pulse switches the transistor of the primary switch 8 conductive for a certain time.
  • a linearly increasing current flows through the primary coil 2 and generates a magnetic field in the magnetic core (not shown). During this time, no current flows in the secondary coils 3, 4.
  • the control signal switches the primary switch 8 into the blocking state for a period of time, the two outputs 11, 12 provided on the secondary side are switched on sequentially, with the switching on of an output 11, 12 preferably taking place until a desired value of the output voltage is reached.
  • each output 11, 12 is assigned a secondary switch 13, 14, which is also controlled by the signal processing and calculation unit 9 via a secondary pulse generator 15, 16.
  • a first secondary switch 13 is assigned to a first secondary coil 3 and the second secondary switch 14 is assigned to the second secondary coil 4.
  • the secondary switches 13, 14 are also circuit breakers, in particular
  • Transistors with an insulated gate electrode preferably IGBT or MOSFET.
  • Magnetic field induces a voltage.
  • the output voltages provided by means of the secondary coils 3, 4 and the input voltage are measured by means of voltage detection circuits 17, 18, 19 and are sent to the common signal processing and
  • Calculation unit 9 uses the measured voltages to calculate the control signals for the primary and secondary pulse generators 10, 15, 16. For this purpose, the actual values measured by the voltage detection circuits 17, 18, 19 are compared with predeterminable target values. A comparator (not shown) is preferably provided for this. Is a setpoint one Output voltage reached, the corresponding secondary coil 3, 4 is switched off. For this purpose, the transistor of the secondary switch 13, 14 is brought into the blocking state. This process is repeated, with the secondary coils 3, 4 being switched in succession. It can also be provided that the secondary coils are switched off after a predetermined period of time, even if the target value of the output voltage has not yet been reached in order to avoid a short circuit or overcharge protection
  • the number of output voltages is preferably greater than two.
  • the transformer has at least one secondary coil.
  • the at least two output voltages are provided by a common secondary coil.
  • the secondary coil is connected to a switchable secondary switch per output. If a positive control pulse switches one of the two secondary switches to conductive for a certain time, a voltage is induced in the secondary coil while the stored magnetic field is reduced. The outputs are also switched on sequentially.
  • the signal processing and calculation unit 9 receives a clock signal from a clock generator 20.
  • the signal processing and calculation unit 9 preferably works digitally. It is supplied with voltage by an internal supply device 21 connected to the positive pole of the battery.
  • a diagnostic unit 22 can also be used to forward diagnostics
  • the diagnostic unit 22 communicates with the
  • the main processor is preferably via a communication interface 23.
  • a configuration memory 24 is preferably also provided, which is arranged between the signal processing and calculation unit 9 and the communication interface 23 and is addressed by the communication interface 23 to the signal processing and calculation unit 9 head for.
  • the energy stored in the additional primary circuit 25 can be any energy stored in the additional primary circuit 25.
  • one of the coils 3, 4 is short-circuited.
  • the excess energy can also be used as an output voltage for loads that are less sensitive to deviations and work relative to the positive pole of the battery.
  • the excess energy is measured by means of a detection circuit 26, which forwards the value to the signal processing and calculation unit 9.
  • a Zener diode In the additional primary circuit 25, a Zener diode, not shown, can be provided to dissipate energy.
  • the control signal for the primary pulse generator 10 is controlled as a function of the current and the voltage flowing in the additional primary circuit 25.
  • a circulator and an additional pulse generator can be provided in the primary circuit.
  • the additional pulse generator switches a switching element that is assigned to an output in order to establish a short circuit.
  • the current is circulated in a coil by means of the circulator, so that the excess energy is not completely lost, but is retained. This energy can be used as a reserve.
  • a measuring device measures the circulator current.
  • the additional pulse generator and the primary pulse generator are controlled as a function of the measured circulator current.
  • the flyback converter 6 is preferably designed such that the output voltages rise continuously. For this, the corresponding setpoint the output voltage in the comparator is raised continuously.
  • the output voltage then follows the setpoint and can be increased slowly in a targeted manner.
  • a short-circuit detection device not shown, can be provided.
  • the short-circuit detection device detects
  • Threshold values compared. If such a threshold value is exceeded, there is a short circuit that is detected by the short-circuit detection device.
  • the power supply unit is preferably used in electronic motor vehicle control units in which several supply voltages with high loads (> 100 mA) are required. However, the power supply can be used if only sensors are connected to the outputs. In this case, only approx. 5 mA is absorbed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Netzteil (7) für ein elektrisches Steuergerät aufweisend einen Transformator (1) mit einer mittels eines schaltbaren Primärschalters (8) ansteuerbaren Primärspule (2) und wenigstens einer Sekundärspule (3,4), wobei die Primärspule (2) und die wenigstens eine Sekundärspule (3,4) auf einem gemeinsamen Magnetkern angeordnet sind, wobei die wenigstens eine Sekundärspule wenigstens zwei Ausgänge mit steuerbaren Ausgangsspannungen bereitstellt, und wobei der wenigstens einen Sekundärspule (3,4) für jeden der wenigstens zwei Ausgänge ein schaltbarer Sekundärschalter (13,14) zugeordnet ist, wobei das Netzteil (7) eine Signalverarbeitungs- und Berechnungseinheit (9) umfasst, die dazu eingerichtet ist, den Primärschalter (8) und die Sekundärschalter (13,14) mittels Pulsgeneratoren (10,15,16) anzusteuern, wobei die wenigstens zwei Ausgänge sequenziell geschaltet sind, um wenigstens zwei steuerbare Ausgangsspannungen bereitzustellen.

Description

SPERRWANDLER MIT ZWEI ODER MEHR UNABHÄNGIGEN AUSGANGSSTUFEN
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Netzteil mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Stromversorgung eines elektronischen Kraftfahrzeug-Steuergerätes mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Anspruchs 12.
Aktuelle elektronische Kraftfahrzeug-Steuergeräte enthalten SBC (System- Basis-Chip), ASIC oder diskrete Implementierung mehrerer Versorgungs architekturen oder eine Kombination davon : Abwärtswandler (engl buck switch mode power Converters (SMP)), kaskadierte Ab-Aufwärtswandler (engl buck-boost switched-mode power supply (SMPS), Sperrwandler (engl fly-back SMPS) und Linearregler. Diese enthalten Regler, die auf analogen PI- oder PID-Reglern basieren.
Die Stromversorgung stellt einen wichtigen, kostspieligen und thermisch relevanten Teil von elektronischen Steuergeräten dar. Herkömmliche
Stromversorgungen weisen mehrere Ausgänge mit hoher Last auf, was bedeutet, dass Geräte dafür kostspielig sind. Steuereinheiten und Regler werden separat implementiert. Schaltnetzteile (SMPS) werden immer häufiger eingesetzt, um herkömmliche lineare Wechselstromnetzteile zu ersetzen und so den Stromverbrauch zu senken und die Wärmeabfuhr sowie Größe und Gewicht des Bauteils zu reduzieren. Da Schaltnetzteile aber eine komplexe Steuereinheit benötigen, werden maximal ein bis zwei Ausgänge mit
Schaltnetzteilen realisiert. Der Rest der Ausgänge wird mit linearen Reglern, kurz LDO, erzeugt, die erhebliche Wärme produzieren und große Transistoren benötigen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Netzteil anzugeben, das eine besonders einfache und kostengünstige Stromversorgung für ein
elektronisches Steuergerät bereitstellt.
Diese Aufgabe wird von einem Netzteil für ein elektronisches Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und von einem Verfahren zur Stromver sorgung eines elektronischen Kraftfahrzeug-Steuergerätes mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung genannt.
Demnach ist ein Netzteil für ein elektronisches Steuergerät, insbesondere ein Kraftfahrzeug-Steuergerät, aufweisend einen Transformator mit einer mittels eines schaltbaren Primärschalters ansteuerbaren Primärspule und wenigstens einer Sekundärspule vorgesehen, wobei die Primärspule und die wenigstens eine Sekundärspule auf einem gemeinsamen Magnetkern angeordnet sind, und die wenigstens eine Sekundärspule wenigstens zwei Ausgänge mit steuerbaren Ausgangsspannungen bereitstellt, wobei der wenigstens einen Sekundärspule für jeden der wenigstens zwei Ausgänge ein schaltbarer Sekundärschalter zugeordnet ist, und wobei das Netzteil eine Signalver- arbeitungs- und Berechnungseinheit umfasst, die dazu eingerichtet ist, den Primärschalter und die Sekundärschalter mittels Pulsgeneratoren anzusteuern, wobei die wenigstens zwei Ausgänge sequenziell geschaltet sind, um
wenigstens zwei steuerbare Ausgangsspannungen bereitzustellen.
Mit dieser digitalen Steuerung kann eine komplexe, intelligente und robuste Regelung realisiert werden. Es wird praktisch möglich, ein Netzteil mit mehreren Ausgängen zu erstellen, wobei alle Ausgänge geregelt werden. Auf diese Weise werden keine Linearregler benötigt.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens zwei Sekundärspulen vorgesehen, wobei die Primärspule und die wenigstens zwei Sekundärspulen auf einem gemeinsamen magnetischen Kern angeordnet sind, wobei jedem der wenigstens zwei Sekundärspulen ein schaltbarer Sekundärschalter vorgeschaltet ist, und wobei das Netzteil eine Signalverarbeitungs- und
Berechnungseinheit umfasst, die dazu eingerichtet ist, den Primärschalter und die Sekundärschalter mittels Pulsgeneratoren anzusteuern, wobei die
wenigstens zwei Sekundärspulen sequenziell geschaltet sind, um wenigstens zwei steuerbare, insbesondere regelbare Ausgangsspannungen bereitzustellen.
Eine Sekundärspule kann im Sinne der Erfindung aber auch mehrere
Ausgangsspannungen bereitstellen. Dafür ist die Sekundärspule mit einer entsprechenden Anzahl an steuerbaren Sekundärschaltern verbunden, die der Sekundärspule nachgeschaltet sind. Durch sequentielles Schalten der
Sekundärschalter kann die Sekundärspule mehrere Ausgangsspannungen bereitstellen.
Der Transformator ist bevorzugt ein Teil eines getakteten Sperrwandlers. Der Sperrwandler weist insbesondere eine Potentialtrennung auf, die zur
galvanisch entkoppelten Übertragung von elektrischer Energie von der
Primärseite zur Sekundärseite dient.
Es ist vorteilhaft, wenn das Netzteil Spannungs-Erfassungsschaltungen umfasst, die dazu eingerichtet sind, die mittels der wenigstens einen
Sekundärspule bereitgestellten Ausgangsspannungen zu messen und an die Signalverarbeitungs- und Berechnungseinheit weiterzugeben. Dies ermöglicht insbesondere die von den Spannungs-Erfassungsschaltungen gemessene Spannung mit vorgebbaren Sollwerten zu vergleichen. Dieser Vergleich kann durch Komparatoren erfolgen und zur Regelung der Ausgangsspannungen dienen. Es kann zusätzlich vorgesehen sein, dass eine Spannungs- Erfassungsschaltung die Eingangsspannung misst.
Zur Taktung der Schaltungszyklen umfasst das Netzteil bevorzugt einen Taktgenerator, der ein Taktsignal für die Signalverarbeitungs- und
Berechnungseinheit bereitstellt.
Das Netzteil kann insbesondere eine Diagnoseeinheit und/oder andere
Funktionen (wie Power-Up/Down-Sequenzierung, Fehlerbehandlung, Neukonfiguration) aufweisen, die einfach und kostengünstig implementiert werden können. Für eine mögliche Neukonfiguration weist das Netzteil bevorzugt einen Konfigurationsspeicher auf.
Es ist vorteilhaft, wenn das Netzteil eine Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit einem Hauptprozessors des Steuergeräts aufweist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Netzteil einen zusätzlichen Primärkreis zur Speicherung oder zum Abbau von überschüssiger Energie auf. In einer anderen Ausführungsform können anstelle des zusätzlichen Primär kreises ein Zirkulator und ein zusätzlicher Impulsgenerator vorgesehen sein. Der zusätzliche Impulsgenerator schaltet ein Schaltelement, dass einem Ausgang zugewiesen ist, um einen Kurzschluss herzustellen. Mittels des Zirkulators wird der Strom in einer Spule zirkuliert, damit die überschüssige Energie nicht komplett verloren geht, sondern erhalten bleibt. Diese Energie kann als Reserve genutzt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass das Netzteil eine Kurzschluss-Erkennungs einrichtung aufweist. Die Kurzschluss-Erkennungseinrichtung detektiert kurzgeschlossene Ausgänge bevorzugt mittels der Komparatoren. Wenn ein Kurzschluss vorliegt, kann der vorgegebene Sollwert nicht erreicht werden. Es werden daher die Ausgangssignale der Pulsgeneratoren mit vorgegebenen Schwellwerten verglichen. Wird ein solcher Schwellwert überschritten, liegt ein Kurschluss vor, der von der Kurzschluss-Erkennungseinrichtung detektiert wird.
Die Primär- und/oder Sekundärschalter sind bevorzugt bipolare Transistoren, IGBT oder MOSFETs.
Zudem ist ein elektronisches Kraftfahrzeug-Steuergerät mit einem zuvor beschriebenen Netzteil vorgesehen, wobei das Netzteil Ausgangsspannungen mit Lasten aufweist, die größer als 100 mA sind. Die Eingangsspannung des Netzteils wird bevorzugt von einer Batterie bereitgestellt. Weiterhin ist ein Verfahren zur Stromversorgung eines elektronischen Kraftfahrzeug- Steuergerätes mit einem Netzteil aufweisend einen Transformator mit einer mittels eines schaltbaren Primärschalters ansteuerbaren Primärspule und wenigstens einer Sekundärspule vorgesehen, wobei die Primärspule und die wenigstens eine Sekundärspule auf einem gemeinsamen Magnetkern angeordnet sind und die wenigstens eine Sekundärspule wenigstens zwei Ausgänge mit steuerbaren Ausgangsspannungen bereitstellt, wobei der wenigstens einen Sekundärspule für jeden der wenigstens zwei Ausgänge ein schaltbarer Sekundärschalter zugeordnet ist, und wobei das Netzteil eine Signalverarbeitungs- und Berechnungseinheit umfasst, und dass das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:
- Ansteuern des Primärschalters und des wenigstens einen Sekundärschalters mittels von der Signalverarbeitungs- und Berechnungseinheit gesteuerten Pulsgeneratoren;
- Ausgeben eines getakteten Steuersignals mittels eines primären Puls
generators an den Primärschalter, sodass der Primärschalter für eine bestimmte Zeit leitend geschaltet ist, wodurch ein Strom durch die
Primärspule fließt, der ein Magnetfeld in dem Magnetkern erzeugt und der Primärschalter danach für eine bestimmte Zeit in den Sperrzustand übergeht;
- Sequenzielles Einschalten der wenigsten zwei Ausgänge mittels der
Sekundärschalter während des Sperrzustandes des Primärschalters, wobei der Einschaltvorgang jeweils solange andauert bis ein Sollwert der jeweiligen Ausgangsspannung erreicht ist oder eine vorbestimmte Zeit überschritten ist.
Das Verfahren erlaubt auf einfach Art und Weise geregelte Ausgangs spannungen an einem Netzteil bereitzustellen. Die Regelung aller
Ausgangsspannungen erfolgt dabei mit nur einer einzigen gemeinsamen Signalverarbeitungs- und Berechnungseinheit.
Es ist bevorzugt, wenn das Verfahren folgende weitere Verfahrensschritte umfasst:
- Messen der mittels der wenigstens einen Sekundärspule bereitgestellten Ausgangsspannungen und Weitergabe der Signalwerte an die; - Vergleichen der gemessenen Signalwerte mit vorgebbaren Sollwerten in der Signalverarbeitungs- und Berechnungseinheit zur Regelung der Einschalt vorgänge der Sekundärschalter. Der Vergleich erfolgt bevorzugt mittels Komparatoren. Es kann zudem vorgesehen sein, dass die Eingangs spannung ebenfalls gemessen wird und der Wert zur Regelung an die Signalverarbeitungs- und Berechnungseinheit weitergegeben wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens zwei Sekundärspulen vorgesehen, wobei die Primärspule und die wenigstens zwei Sekundärspulen auf einem gemeinsamen magnetischen Kern angeordnet sind, und wobei jedem der wenigstens zwei Sekundärspulen ein schaltbarer Sekundärschalter vorgeschaltet ist, und wobei das Netzteil eine Signalverarbeitungs- und Berechnungseinheit umfasst, und das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:
- Ansteuern des Primärschalters und der wenigstens zwei Sekundärschalter mittels von der Signalverarbeitungs- und Berechnungseinheit gesteuerten Pulsgeneratoren,
- Ausgeben eines getakteten Steuersignals mittels eines primären Puls
generators an den Primärschalter, sodass der Primärschalter für eine bestimmte Zeit leitend geschaltet ist, wodurch ein Strom durch die
Primärspule fließt, der ein Magnetfeld in dem Magnetkern erzeugt und der Primärschalter danach für eine bestimmte Zeit in den Sperrzustand übergeht;
- Nachdem das Magnetfeld erzeugt wurde, werden die wenigstens zwei
Sekundärspulen während des Sperrzustandes des Primärschalters
sequenziell eingeschaltet, wobei der Einschaltvorgang einer Sekundärspule jeweils solange andauert bis ein Sollwert der jeweiligen Ausgangsspannung erreicht ist oder eine vorbestimmte Zeit überschritten ist.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren folgenden weiteren Verfahrensschritt:
- Bereitstellen eines Taktsignals für die Signalverarbeitungs- und
Berechnungseinheit mittels eines Taktgenerators zur Taktung der Schaltvorgänge.
Bevorzugt wird der Transformator so angesteuert, dass die Ausgangs spannungen kontinuierlich ansteigen. Dafür wird der entsprechende Sollwert der Ausgangsspannung während eines einzelnen Einschaltvorgangs stetig angehoben bis ein Zielsollwert erreicht ist. Die Ausgangsspannung folgt dann dem Sollwert und kann so gezielt langsam erhöht werden.
Das Netzteil kann insbesondere eine Diagnoseeinheit und/oder andere
Funktionen (wie Power-Up/Down-Sequenzierung, Fehlerbehandlung,
Neukonfiguration) aufweisen, die einfach und kostengünstig implementiert werden können. Für eine mögliche Neukonfiguration weist das Netzteil bevorzugt einen Konfigurationsspeicher auf.
Es ist vorteilhaft, wenn das Netzteil eine Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit einem Hauptprozessors des Steuergeräts aufweist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Netzteil einen zusätzlichen Primärkreis zur Speicherung oder zum Abbau von
überschüssiger Energie auf. In einer anderen Ausführungsform können anstelle des zusätzlichen Primärkreises ein Zirkulator und ein zusätzlicher Impulsgenerator vorgesehen sein. Der zusätzliche Impulsgenerator schaltet ein Schaltelement, dass einem Ausgang zugewiesen ist, um einen Kurzschluss herzustellen. Mittels des Zirkulators wird der Strom in einer Spule zirkuliert, damit die überschüssige Energie nicht komplett verloren geht, sondern erhalten bleibt. Diese Energie kann als Reserve genutzt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass das Netzteil eine Kurzschluss-Erkennungs einrichtung aufweist. Die Kurzschluss-Erkennungseinrichtung detektiert kurzgeschlossene Ausgänge bevorzugt mittels der Komparatoren. Wenn ein Kurzschluss vorliegt, kann der vorgegebene Sollwert nicht erreicht werden. Es werden daher die Ausgangssignale der Pulsgeneratoren mit vorgegebenen Schwellwerten verglichen. Wird ein solcher Schwellwert überschritten, liegt ein Kurschluss vor, der von der Kurzschluss-Erkennungseinrichtung detektiert wird. Die Primär- und/oder Sekundärschalter sind bevorzugt bipolare Transistoren, IGBT oder MOSFETs.
Die Eingangsspannung des Netzteils wird bevorzugt von einer Batterie bereitgestellt.
Zudem ist ein elektronisches Kraftfahrzeug-Steuergerät mit einem Netzteil vorgesehen, das dazu eingerichtet ist, das zuvor beschriebene Verfahren auszuführen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile sind dabei figurübergreifend mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen :
Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines Transformators, sowie
Fig. 2: ein Blockschaltbild einer Steuerung einer Stromversorgung eines
Steuergerätes.
Der in Figur 1 dargestellte Transformator 1 weist auf einer Primärseite eine Primärspule 2 und auf einer Sekundärseite zwei Sekundärspulen 3,4 auf, die auf einem gemeinsamen Magnetkern angeordnet sind. Die an der Primärspule 2 anliegende Eingangswechselspannung wir damit in eine Ausgangswechsel spannung umgewandelt, die an den Sekundärspulen 3,4 abgegriffen werden kann.
Wie in Figur 2 gezeigt, ist der Transformator 1 Teil eines getakteten
Sperrwandlers 6, der wiederrum Teil eines Netzteils 7 zur Steuerung einer Stromversorgung eines Steuergerätes ist. Der Sperrwandler 6 weist eine Potentialtrennung auf, die zur galvanisch entkoppelten Übertragung von elektrischer Energie von der Primärseite zur Sekundärseite dient.
Der Sperrwandler 6 ist als getakteter Wandler ausgestaltet und weist einen steuerbaren Primärschalter 8 auf. Der steuerbare Primärschalter 8 ist ein Leistungsschalter, insbesondere ein Transistor mit isolierter Gateelektrode, bevorzugt ein IGBT oder MOSFET. Eine Signalverarbeitungs- und Berechnungseinheit 9 schaltet getaktet den steuerbaren Primärschalter 8 mittels eines primären Pulsgenerators 10. Die Primärseite des Sperrwandlers 6 ist mit dem Pluspol einer Batterie verbunden. Ein positiver Steuerpuls schaltet den Transistor des Primärschalters 8 für eine bestimmte Zeit leitend. Durch die Primärspule 2 fließt ein linear ansteigender Strom und erzeugt ein Magnetfeld in dem nicht dargestellten Magnetkern. Während dieser Zeit fließt in den Sekundärspulen 3,4 kein Strom. Schaltet das Steuersignal den Primärschalter 8 für einen Zeitraum in den Sperrzustand, werden die auf der Sekundärseite vorgesehenen beiden Ausgänge 11,12 sequenziell eingeschaltet, wobei die Einschaltung eines Ausgangs 11,12 bevorzugt solange erfolgt, bis ein Sollwert der Ausgangsspannung erreicht ist.
Zur Ein- und Ausschaltung der Ausgänge 11,12 ist jedem Ausgang 11,12 ein Sekundärschalter 13,14 zugewiesen, der ebenfalls von der Signalver- arbeitungs- und Berechnungseinheit 9 über einen sekundären Pulsgenerator 15,16 getaktet angesteuert wird.
Dabei ist ein erster Sekundärschalter 13 einer ersten Sekundärspule 3 und der zweite Sekundärschalter 14 der zweiten Sekundärspule 4 zugewiesen. Die Sekundärschalter 13,14 sind ebenfalls Leistungsschalter, insbesondere
Transistoren mit isolierter Gateelektrode, bevorzugt IGBT oder MOSFET.
Schaltet ein positiver Steuerpuls den ersten oder zweiten Sekundärschalter 13,14 (externer Transistor) für eine bestimmte Zeit leitend, so wird in der ersten oder zweiten Sekundärspule 3,4 unter Abbau des gespeicherten
Magnetfelds eine Spannung induziert.
Die mittels der Sekundärspulen 3,4 bereitgestellten Ausgangsspannungen und die Eingangsspannung werden mittels Spannungs-Erfassungsschaltungen 17,18,19 gemessen und an die gemeinsame Signalverarbeitungs- und
Berechnungseinheit 9 weitergegeben. Die Signalverarbeitungs- und
Berechnungseinheit 9 berechnet anhand der gemessenen Spannungen die Steuersignale für den primären und die sekundären Pulsgeneratoren 10,15,16. Dazu werden die von den Spannungs-Erfassungsschaltungen 17,18,19 gemessen Istwerte mit vorgebaren Sollwerten verglichen. Bevorzugt ist dazu jeweils ein nicht dargestellter Komparator vorgesehen. Ist ein Sollwert einer Ausgangsspannung erreicht, wird die entsprechende Sekundärspule 3,4 abgeschaltet. Dazu wird der Transistor des Sekundärschalters 13,14 in den Sperrzustand geleitet. Dieser Vorgang wiederholt sich, wobei die Sekundär spulen 3,4 nacheinander geschaltet werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Sekundärspulen nach einer vorgegeben Zeitspanne ausgeschaltet werden, auch wenn der Sollwert der Ausgangsspannung noch nicht erreicht ist um einen Kurzschluss zu vermeiden oder einen Überladungsschutz
sicherzustellen.
Die Anzahl der Ausgangsspannungen ist bevorzugt größer als zwei. Dabei weist der Transformator wenigstens eine Sekundärspule auf. In einer nicht dargestellten Ausführungsform werden bei der Verwendung einer einzigen Sekundärspule, die wenigstens zwei Ausgangsspannungen durch eine gemeinsame Sekundärspule bereitgestellt. Dazu ist die Sekundärspule jeweils mit einem schaltbaren Sekundärschalter pro Ausgang verbunden. Schaltet ein positiver Steuerpuls einen der beiden Sekundärschalter für eine bestimmte Zeit leitend, so wird in der Sekundärspule unter Abbau des gespeicherten Magnetfelds eine Spannung induziert. Das Einschalten der Ausgänge erfolgt dabei ebenfalls sequenziell.
Zur zeitlichen Steuerung der Steuersignale empfängt die Signalverarbeitungs und Berechnungseinheit 9 von einem Taktgenerator 20 ein Taktsignal.
Die Signalverarbeitungs- und Berechnungseinheit 9 arbeitet bevorzugt digital. Sie wird von einer an den Pluspol der Batterie angeschlossenen internen Versorgungseinrichtung 21 mit Spannung versorgt.
Eine Diagnoseeinheit 22 kann zudem zur Weitergabe von Diagnose
informationen an einen nicht dargestellten Hauptprozessors des Steuergeräts vorgesehen sein. Die Diagnoseeinheit 22 kommuniziert mit dem
Hauptprozessor dabei bevorzugt über eine Kommunikationsschnittstelle 23.
Vorzugsweise ist auch ein Konfigurationsspeicher 24 vorgesehen, der zwischen der Signalverarbeitungs- und Berechnungseinheit 9 und der Kommunikations schnittstelle 23 angeordnet ist und von der Kommunikationsschnittstelle 23 angesprochen wird, um die Signalverarbeitungs- und Berechnungseinheit 9 anzusteuern.
Nachdem ein Steuerungszyklus durchlaufen ist und beide Ausgänge mit Spannung versorgt worden sind, kann überschüssige Energie vorhanden sein. Diese überschüssige Energie wird in einen zusätzlichen Primärkreis 25 abgeführt.
Die in dem zusätzlichen Primärkreis 25 gespeicherte Energie kann
beispielswiese in den magnetischen Kern des Transformators geleitet werden, um unvorhersehbare Änderungen in den Gegebenheiten während eines Schaltungszyklus abdecken zu können. Dazu wird eine der Spulen 3,4 kurzgeschlossen. Die überschüssige Energie kann auch als Ausgangsspannung für Lasten verwendet werden, die nicht so empfindlich auf Abweichungen reagieren und relativ zum Pluspol der Batterie arbeiten.
Die überschüssige Energie wird mittels einer Erfassungsschaltung 26 gemessen, die den Wert an die Signalverarbeitungs- und Berechnungseinheit 9 weitergibt.
In dem zusätzlichen Primärkreis 25 kann eine nicht dargestellte Zener-Diode zum Abbau von Energie vorgesehen sein. Das Steuersignal für den primären Pulsgenerator 10 wird in Abhängigkeit von dem im zusätzlichen Primärkreis 25 fließenden Strom und der Spannung gesteuert.
In einer anderen Ausführungsform können anstelle des zusätzlichen
Primärkreises ein Zirkulator und ein zusätzlicher Impulsgenerator vorgesehen sein. Der zusätzliche Impulsgenerator schaltet ein Schaltelement, dass einem Ausgang zugewiesen ist, um einen Kurzschluss herzustellen. Mittels des Zirkulators wird der Strom in einer Spule zirkuliert, damit die überschüssige Energie nicht komplett verloren geht, sondern erhalten bleibt. Diese Energie kann als Reserve genutzt werden. Ein Messgerät misst den Zirkulatorstrom. Der zusätzliche Impulsgenerator und der primäre Pulsgenerator werden in Abhängigkeit von dem gemessenen Zirkulatorstrom angesteuert.
Der Sperrwandler 6 ist bevorzugt so ausgestaltet, dass die Ausgangs spannungen kontinuierlich ansteigen. Dafür wird der entsprechende Sollwert der Ausgangsspannung in dem Komparator stetig angehoben. Die
Ausgangsspannung folgt dann dem Sollwert und kann so gezielt langsam erhöht werden.
Weiterhin kann eine nicht dargestellte Kurzschluss-Erkennungseinrichtung vorgesehen sein. Die Kurzschluss-Erkennungseinrichtung detektiert
kurzgeschlossene Ausgänge mittels der Komparatoren. Wenn ein Kurzschluss vorliegt, kann der vorgegebene Sollwert nicht erreicht werden. Es werden daher die Ausgangssignale der Pulsgeneratoren mit vorgegebenen
Schwellwerten verglichen. Wird ein solcher Schwellwert überschritten, liegt ein Kurschluss vor, der von der Kurzschluss-Erkennungseinrichtung detektiert wird.
Das Netzteil wird bevorzugt in elektronischen Kraftfahrzeug-Steuergeräten eingesetzt, bei denen mehrere Versorgungsspannungen mit hohen Lasten (> 100 mA) benötigt werden. Das Netzteil kann aber eingesetzt werden, wenn an den Ausgängen nur Sensoren angeschlossen sind. In diesem Fall wird nur ca. 5 mA aufgenommen.

Claims

Patentansprüche
1. Netzteil (7) für ein elektrisches Steuergerät aufweisend einen
Transformator (1) mit einer mittels eines schaltbaren Primärschalters (8) ansteuerbaren Primärspule (2) und wenigstens einer Sekundärspule
(3.4), wobei die Primärspule (2) und die wenigstens eine Sekundärspule
(3.4) auf einem gemeinsamen Magnetkern angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Sekundärspule wenigstens zwei Ausgänge mit steuerbaren Ausgangsspannungen bereitstellt, wobei der wenigstens einen Sekundärspule (3,4) für jeden der wenigstens zwei Ausgänge ein schaltbarer Sekundärschalter (13,14) zugeordnet ist, und wobei das Netzteil (7) eine Signalverarbeitungs- und Berechnungseinheit (9) umfasst, die dazu eingerichtet ist, den Primärschalter (8) und die Sekundärschalter (13,14) mittels Pulsgeneratoren (10,15,16)
anzusteuern, wobei die wenigstens zwei Ausgänge sequenziell geschaltet sind, um wenigstens zwei steuerbare Ausgangsspannungen
bereitzustellen.
2. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Transformator (1) Teil eines Sperrwandlers (6) ist.
3. Netzteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzteil Spannungs-Erfassungsschaltungen (17,18,19) umfasst, die dazu eingerichtet sind, die mittels der wenigstens einen Sekundärspule (3,4) bereitgestellten Ausgangsspannungen zu messen und an die
Signalverarbeitungs- und Berechnungseinheit (9) weiterzugeben.
4. Netzteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Signal verarbeitungs- und Berechnungseinheit (9) Komparatoren umfasst, die dazu eingerichtet sind, die von den Spannungs-Erfassungsschaltungen (17,18,19) gemessenen Spannung mit vorgebbaren Sollwerten zu vergleichen.
5. Netzteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzteil (7) einen Taktgenerator (20) umfasst, der dazu eigerichtet ist, ein Taktsignal für die Signalverarbeitungs- und Berechnungseinheit (9) bereitzustellen.
6. Netzteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzteil (7) eine Diagnoseeinheit (22) aufweist.
7. Netzteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzteil (7) eine Kommunikationsschnittstelle (23) aufweist.
8. Netzteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzteil (7) einen Konfigurationsspeicher (24) aufweist.
9. Netzteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzteil (7) einen zusätzlichen Primärkreis (25) zur Speicherung oder zum Abbau von überschüssiger Energie aufweist.
10. Netzteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzteil (7) eine Kurzschluss-Erkennungseinrichtung aufweist.
11. Netzteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primär- und/oder Sekundärschalter (8,13,14) bipolare Transistoren, IGBT oder Mosfet sind.
12. Verfahren zur Stromversorgung eines elektronischen Kraftfahrzeug- Steuergerätes mit einem Netzteil (7) aufweisend einen Transformator (1) mit einer mittels eines schaltbaren Primärschalters (8) ansteuerbaren Primärspule (2) und wenigstens einer Sekundärspule (3,4), wobei die Primärspule (2) und die wenigstens eine Sekundärspule (3,4) auf einem gemeinsamen Magnetkern angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Sekundärspule wenigstens zwei Ausgänge mit steuerbaren Ausgangsspannungen bereitstellt, wobei der wenigstens einen Sekundärspule (3,4) für jeden der wenigstens zwei Ausgänge ein schaltbarer Sekundärschalter (13,14) zugeordnet ist, und wobei das Netzteil (7) eine Signalverarbeitungs- und Berechnungseinheit (9) umfasst, und dass das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:
- Ansteuern des Primärschalters (8) und des wenigstens einen
Sekundärschalters (13,14) mittels von der Signalverarbeitungs- und Berechnungseinheit (9) gesteuerten Pulsgeneratoren (10,15,16);
- Ausgeben eines getakteten Steuersignals mittels eines primären
Pulsgenerators (10) an den Primärschalter (8), sodass der
Primärschalter (8) für eine bestimmte Zeit leitend geschaltet ist, wodurch ein Strom durch die Primärspule fließt, der ein Magnetfeld in dem Magnetkern erzeugt und der Primärschalter (8) danach für eine bestimmte Zeit in den Sperrzustand übergeht;
- Sequenzielles Einschalten der wenigsten zwei Ausgänge mittels der Sekundärschalter (13,14) während des Sperrzustandes des
Primärschalters (8), wobei der Einschaltvorgang jeweils solange andauert bis ein Sollwert der jeweiligen Ausgangsspannung erreicht ist oder eine vorbestimmte Zeit überschritten ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das
Verfahren folgende weitere Verfahrensschritte umfasst:
- Messen der mittels der wenigstens einen Sekundärspule (3,4)
bereitgestellten Ausgangsspannungen und Weitergabe der Signalwerte an die Signalverarbeitungs- und Berechnungseinheit (9);
- Vergleichen der gemessenen Signalwerte mit vorgebbaren Sollwerten in der Signalverarbeitungs- und Berechnungseinheit (9) zur Regelung der Einschaltvorgänge der Sekundärschalter (13,14).
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgenden weiteren Verfahrensschritt umfasst:
- Bereitstellen eines Taktsignals für die Signalverarbeitungs- und
Berechnungseinheit (9) mittels eines Taktgenerators (20) zur Taktung der Schaltvorgänge.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgenden weiteren Verfahrensschritt umfasst: - Kontinuierliches Anheben eines Sollwertes bis zu einem Ziel-Sollwert während des jeweiligen Einschaltvorganges.
16. Elektronisches Kraftfahrzeug-Steuergerät mit einem Netzteil (7) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Netzteil (7) durch die wenigstens eine Sekundärspule (3,4) bereitgestellte Ausgangs- Spannungen mit Lasten aufweist, die größer als 100 mA sind.
17. Elektronisches Kraftfahrzeug-Steuergerät mit einem Netzteil, das dazu eingerichtet ist ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15 auszuführen.
EP19813500.6A 2018-12-03 2019-12-02 Sperrwandler mit zwei oder mehr unabhängigen ausgangsstufen Pending EP3891880A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018130635.0A DE102018130635A1 (de) 2018-12-03 2018-12-03 Kraftfahrzeug-Steuergerät mit einem Netzteil, das eine Stromversorgungssteuerung aufweist
PCT/EP2019/083260 WO2020114948A1 (de) 2018-12-03 2019-12-02 Sperrwandler mit zwei oder mehr unabhängigen ausgangsstufen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3891880A1 true EP3891880A1 (de) 2021-10-13

Family

ID=68766766

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP19813500.6A Pending EP3891880A1 (de) 2018-12-03 2019-12-02 Sperrwandler mit zwei oder mehr unabhängigen ausgangsstufen

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220029543A1 (de)
EP (1) EP3891880A1 (de)
CN (1) CN113169675B (de)
DE (1) DE102018130635A1 (de)
WO (1) WO2020114948A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160006344A1 (en) * 2013-04-17 2016-01-07 Mitsubishi Electric Corporation Switching power supply circuit and control method therefor

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004531198A (ja) * 2001-06-28 2004-10-07 コーニンクレッカ　フィリップス　エレクトロニクス　エヌ　ヴィ 双方向フライバックスイッチモード電源（ｓｍｐｓ）
US6606257B2 (en) * 2001-11-05 2003-08-12 Koninklijke Philips Electronics N.V. Independent regulation of multiple outputs in a soft-switching multiple-output flyback converter
US6552917B1 (en) * 2001-11-05 2003-04-22 Koninklijke Philips Electronics N.V. System and method for regulating multiple outputs in a DC-DC converter
US6504267B1 (en) * 2001-12-14 2003-01-07 Koninklijke Philips Electronics N.V. Flyback power converter with secondary-side control and primary-side soft switching
US7505288B2 (en) * 2005-11-29 2009-03-17 Potentia Semiconductor Corporation DC converter with independently controlled outputs
KR20110009340A (ko) * 2009-07-22 2011-01-28 엘지이노텍 주식회사 과전압 보호회로를 갖는 플라이백 컨버터
US10199921B2 (en) * 2014-04-03 2019-02-05 Semiconductor Components Industries, Llc Load detecting device
US10333415B2 (en) * 2016-07-01 2019-06-25 Rohm Co., Ltd. Insulated synchronous rectification DC/DC converter including synchronous rectification controller controlling synchronous rectification transistor
US10218282B1 (en) * 2018-05-31 2019-02-26 Power Integrations, Inc. Method and apparatus for sequencing outputs in a multi-output power converter system
US10862399B1 (en) * 2019-06-27 2020-12-08 Cypress Semiconductor Corporation Primary controller calibration and trimming using secondary controller in secondary-controlled flyback converters

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160006344A1 (en) * 2013-04-17 2016-01-07 Mitsubishi Electric Corporation Switching power supply circuit and control method therefor

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HANNONEN J ET AL: "Design of digitally controlled isolating 1-phase AC/DC converter by using centralized processing unit", 2013 15TH EUROPEAN CONFERENCE ON POWER ELECTRONICS AND APPLICATIONS (EPE), IEEE, 2 September 2013 (2013-09-02), pages 1 - 10, XP032505634, DOI: 10.1109/EPE.2013.6634431 *
See also references of WO2020114948A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20220029543A1 (en) 2022-01-27
DE102018130635A1 (de) 2020-06-04
WO2020114948A1 (de) 2020-06-11
CN113169675A (zh) 2021-07-23
CN113169675B (zh) 2024-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60224896T2 (de) Schaltungen und Verfahren zum Synchronisieren von Schaltreglern mit nicht-konstanter Frequenz durch eine Phasenregelschleife
DE102015103715B4 (de) Überspannungsschutz für einen synchronen Leistungsgleichrichter
DE102014210527B4 (de) Schaltleistungswandler mit primärseitiger dynamischer lasterfassung und primärseitiger rückkopplung und steuerung
EP0462124B1 (de) Verfahren zum betreiben eines schaltreglers sowie anordnung
DE10329064A1 (de) Hoher-Leistungsfaktor-Umformersystem und -Verfahren
DE102015108822A1 (de) System und Verfahren zum Stromabtasten in einem Schaltnetzteil
EP0836762B1 (de) Spannungsumsetzer zum erzeugen einer geregelten ausgangsspannung aus einer eingangsspannung
DE102017127273B4 (de) Antriebsgerät für schalter
DE102014201615B4 (de) Multiphasen-Gleichspannungswandler und Verfahren zum Betreiben eines Multiphasen-Gleichspannungswandlers
DE102018213685A1 (de) Leistungsempfangsvorrichtung
DE68925409T2 (de) Anordnung zur Steuerung eines elektrischen Ladungssystems
DE102013104899B4 (de) Steuerung für einen Schalter und Verfahren zu dessen Betrieb sowie Leistungswandler mit derartiger Steuerung
DE102018128705A1 (de) Verfahren und System zum Betreiben von Schaltleistungswandlern auf Basis eines Spitzenstroms durch das Schaltelement
DE69505017T2 (de) Gleichspannungswandler zur Ausgabe mehreren Signalen
DE60128040T2 (de) Stromversorgung und diese stromversorgung benutzende elektronische vorrichtung
DE69524139T2 (de) Selektives Stromversorgungsgerät für elektrische Verbraucher und Zündsystem von inneren Brennkraftmaschinen in Motorfahrzeugen
EP0419727A1 (de) Schaltungsanordnung für ein geregeltes Sperrwandler-Schaltnetzteil
DE102015111214A1 (de) Leistungskonverter und drahtloses energieversorgungssystem
EP3891880A1 (de) Sperrwandler mit zwei oder mehr unabhängigen ausgangsstufen
EP1034611B1 (de) Drosselwandler
EP2849327B1 (de) Variabler Tiefsetzer und Batterieladestation mit einem solchen Tiefsetzer
DE102011084230A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Umsetzers für einen Startermotor
EP0772284A2 (de) Schaltungsanordnung zur Erzeugung von betragsmässig unterschiedlichen Gleichspannungen
EP0421245A2 (de) Gleichspannungswandler
DE19732095A1 (de) Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines Motors mit einer Überlasterkennungseinrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20210705

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20230508