用于操控諧振直流變換器的電子開(kāi)關(guān)元件的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及用于對(duì)諧振直流變換器的電子開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行操控的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于傳統(tǒng)的諧振轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，諧振電路或者振蕩回路用于在電流或者電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)可以轉(zhuǎn)換晶體管。為了調(diào)節(jié)輸出電壓，通常用固定的脈沖長(zhǎng)度和可變的頻率來(lái)操控傳統(tǒng)的諧振轉(zhuǎn)換器。所述脈沖長(zhǎng)度在此一般來(lái)說(shuō)等于所述諧振電路的振蕩持續(xù)時(shí)間的一半，從而在過(guò)零振蕩時(shí)可以切斷所述晶體管。
[0003]所述諧振電路可以布置在初級(jí)側(cè)或者次級(jí)側(cè)。一般來(lái)說(shuō)，在使用串聯(lián)諧振電路的情況下在電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并且在使用并聯(lián)諧振電路的情況下在電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]對(duì)于有些應(yīng)用情況來(lái)說(shuō)，需要盡可能快地轉(zhuǎn)換輸出電壓。根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的裝置和方法提供了一種特別有利的、對(duì)諧振直流變換器的電子開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行操控的方案。
[0005]通過(guò)在從屬權(quán)利要求中所列舉的措施，可以實(shí)現(xiàn)在獨(dú)立權(quán)利要求中所說(shuō)明的裝置的有利的拓展方案和改進(jìn)方案。
[0006]特別有利的是，為進(jìn)行操控而使用調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器包括兩點(diǎn)電流調(diào)節(jié)器(Zweipunktstromregler)的一部分。這樣的兩點(diǎn)電流調(diào)節(jié)器優(yōu)選異步地進(jìn)行工作，以產(chǎn)生輸出電壓，所述兩點(diǎn)電流調(diào)節(jié)器可以比集成電路順利地購(gòu)買到，并且可以用于產(chǎn)生價(jià)格便宜的諧振直流變換器。
【附圖說(shuō)明】
[0007]下面借助于圖1到7對(duì)一種實(shí)施例進(jìn)行描述。
[0008]圖1示出了用于對(duì)諧振直流變換器的電子開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行操控的裝置；
圖2-5示出了所述諧振直流變換器的運(yùn)行狀態(tài)；
圖6-7示出了諧振運(yùn)行中的電壓-及電流曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0009]圖1示出了諧振直流變換器120的一部分。所述諧振直流變換器120包括用于對(duì)該諧振直流變換器120的電子開(kāi)關(guān)元件101進(jìn)行操控的裝置100。優(yōu)選地，所述電子開(kāi)關(guān)元件101是具有絕緣門(mén)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。特別合適的例如是作為MOSFET為人熟知的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
[0010]所述諧振直流變換器120包括電容器103、二極管104和線圈102。這些部件形成所述諧振直流變換器120的振蕩回路的一部分。
[0011]如在圖1中所示出的那樣，在Ua處截取所述諧振直流變換器120的輸出電壓。如在圖1中所示出的那樣，供電電壓加載在點(diǎn)Uv上。
[0012]所述裝置100包括兩點(diǎn)電流調(diào)節(jié)器的一部分。所述兩點(diǎn)電流調(diào)節(jié)器包括第一差分放大器107、第二差分放大器113、第一比較器111、第二比較器112、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器114和第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器115。所述第一差分放大器107的輸出端和所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器114的輸出端分別與所述第一比較器111的輸入端相連接。所述第二差分放大器113的輸出端和所述第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器115的輸出端分別與所述第二比較器112的輸入端相連接。所述第一比較器111的輸出端和所述第二比較器112的輸出端與開(kāi)關(guān)電路116相連接。所述開(kāi)關(guān)電路116在圖1的示例中是觸發(fā)電路(Flip-Flop)。在這種情況中，所述第一比較器111與所述觸發(fā)電路的復(fù)位輸入端(R)相連接，并且所述第二比較器112與所述觸發(fā)電路的設(shè)置輸入端(S)相連接。作為替代方案，也可以使用其它的數(shù)字的邏輯單元。所述開(kāi)關(guān)電路116的、在觸發(fā)電路中用D表示的輸出端通過(guò)轉(zhuǎn)換元件(Umschaltelement) 110與驅(qū)動(dòng)器(Treiber)117相連接。所述驅(qū)動(dòng)器117與所述電子開(kāi)關(guān)元件101相連接。在圖1中的示例中，所述驅(qū)動(dòng)器117與所述MOSFET的門(mén)-輸入端相連接。
[0013]所述裝置100包括用于對(duì)第一特征參量進(jìn)行檢測(cè)的第一檢測(cè)機(jī)構(gòu)，所述第一特征參量表示出所述諧振直流變換器120的振蕩回路中的電壓的特征。所述第一檢測(cè)機(jī)構(gòu)例如包括開(kāi)關(guān)電路105，該開(kāi)關(guān)電路構(gòu)造用于從加載在該開(kāi)關(guān)電路105的輸入端上的電壓中確定標(biāo)志狀態(tài)(Flag-Status)。所述第一檢測(cè)機(jī)構(gòu)也可以包括分壓器106。優(yōu)選地，通過(guò)所述分壓器106將所述MOSFET的漏極電壓Ud引導(dǎo)到所述開(kāi)關(guān)電路105的輸入端上。在此如此設(shè)計(jì)所述分壓器106的尺寸，從而如此降低所述漏極電壓UD，使得所述開(kāi)關(guān)電路105上的輸入電壓符合其技術(shù)要求。
[0014]此外，所述裝置100包括測(cè)定元件(Ermittlungselement) 109，該測(cè)定元件從所述第一特征參量中求得用于在操控所述電子開(kāi)關(guān)元件101時(shí)使用的第一調(diào)節(jié)量Si。例如所述第一特征參量是在所述開(kāi)關(guān)電路105中所確定的標(biāo)志狀態(tài)。在該示例中，所述標(biāo)志狀態(tài)“高”被分配給所述開(kāi)關(guān)電路105的較高的輸出電壓、也就是較高的電平。所述標(biāo)志狀態(tài)“低”被分配給所述開(kāi)關(guān)電路105的較低的輸出電壓、也就是較低的電平。作為測(cè)定元件109，例如使用反相器(Inverter)，該反相器使所述開(kāi)關(guān)電路105的輸出端反相。此外，所述裝置100包括數(shù)字單元118、例如微處理器，所述數(shù)字單元在輸入端上與所述反相器109的輸出端相連接。此外，所述數(shù)字單元118包括用于將轉(zhuǎn)換信號(hào)t輸出給所述轉(zhuǎn)換元件110的輸出端。如此構(gòu)造所述轉(zhuǎn)換元件110，從而所述轉(zhuǎn)換元件可以在所述第一調(diào)節(jié)量使用與第二調(diào)節(jié)量&的使用之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。將所述第一調(diào)節(jié)量S 所述測(cè)定元件109的輸出端輸送給所述轉(zhuǎn)換元件110。將所述第二調(diào)節(jié)量S2S所述開(kāi)關(guān)電路116的輸出端輸送給所述轉(zhuǎn)換元件110。
[0015]由此，在所述示例中作為第一調(diào)節(jié)量S1而使用被反相的標(biāo)志狀態(tài)。在所述示例中，作為第二調(diào)節(jié)量S2而使用所述觸發(fā)電路的輸出參量(Ausgang)。
[0016]這意味著，用于對(duì)驅(qū)動(dòng)器117進(jìn)行操控的轉(zhuǎn)換元件110根據(jù)所述漏極電壓在所述兩點(diǎn)電流調(diào)節(jié)器的部件的使用與對(duì)所述MOSFET的直接操控之間轉(zhuǎn)換。
[0017]為了求得所述第二調(diào)節(jié)量S2，設(shè)置了用于對(duì)第二特征參量進(jìn)行檢測(cè)的第二檢測(cè)機(jī)構(gòu)，所述第二特征參量表示出所述諧振直流變換器的振蕩回路中的電流的特征。在所述示例中，所述第二檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括所述第一差分放大器107和在所述示例中布置在所述MOSFET的源輸入端與地線之間的電阻108。這意味著，在所述電阻108上可以截取電壓Ur，該電壓與所述MOSFET中的電流或線圈102的電流成比例。所述振蕩回路中的電流i因此作為所述電阻108上面的電壓隊(duì)來(lái)檢測(cè)。這種電壓…在所述差分放大器107中得到放大，并且在所述比較器111中與由所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器114預(yù)先給定的電壓進(jìn)行比較。在所述示例中，如此調(diào)節(jié)這種由所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器114預(yù)先給定的電壓，使得其相當(dāng)于所述振蕩回路中的電流I的上電流閾值。由此，所述比較器111求得所述第二特征參量作為用于所述開(kāi)關(guān)電路116的輸入?yún)⒘?Eingang)。如果像在所述示例中一樣使用觸發(fā)電路，這意味著，所述第二特征參量由觸發(fā)電路來(lái)使用，以借助于通過(guò)所述觸發(fā)電路描繪的邏輯表來(lái)求得所述第二調(diào)節(jié)量
S2O
[0018]所述裝置100例如通過(guò)應(yīng)用程序特定集成電路(ASIC)來(lái)產(chǎn)生。這種ASIC在所述示例中也包括所述分壓器106。作為替代方案，所述分壓器106也可以被設(shè)置為所述ASIC的外部的線路布置。在所述示例中，所述電阻108不是所述ASIC的組成部分。作為替代方案，所述電阻108可以被集成到所述ASIC中。
[0019]所述驅(qū)動(dòng)器117例如構(gòu)造用于:根據(jù)所使用的調(diào)節(jié)量來(lái)產(chǎn)生用于具有絕緣門(mén)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的操控信號(hào)。在所述示例中，所述驅(qū)動(dòng)器117是被構(gòu)造用于對(duì)所述MOSFET進(jìn)行操控的集成的放大器電路。
[0020]所述數(shù)字單元118例如根據(jù)所述第一特征參量31與閾值的比較結(jié)果來(lái)求得用于所述轉(zhuǎn)換元件I1的轉(zhuǎn)換信號(hào)t。為此，所述數(shù)字單元118、所述第一檢測(cè)機(jī)構(gòu)和所述轉(zhuǎn)換元件110如此構(gòu)成，使得它們共同作用，以便在所述振蕩回路中的電壓低于第一閾值時(shí)從所述第一調(diào)節(jié)量使用轉(zhuǎn)換為所述第二調(diào)節(jié)量S 2的使用。所述第一閾值例如是O伏特。由此在所述MOSFET無(wú)電壓的時(shí)刻進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述第一檢測(cè)機(jī)構(gòu)、所述數(shù)字單元118和所述轉(zhuǎn)換元件110被構(gòu)造用于共同作用，以便在所述振蕩回路中的電壓Ud達(dá)到第二閾值時(shí)從所述第二調(diào)節(jié)量S 2的使用轉(zhuǎn)換為所述第一調(diào)節(jié)量使用。所述第二閾值例如是所述諧振直流變換器的預(yù)先給定的輸出電壓UA。
[0022]現(xiàn)在借助于所述諧振直流變換器120的運(yùn)行狀態(tài)的階段來(lái)對(duì)用于操控電子開(kāi)關(guān)元件101的裝置和方法進(jìn)行描述。
[0023]圖6示出了諧振運(yùn)行中的電壓和電流的曲線。
[0024]圖6中的圖表示出了所述線圈102的電流曲線以及所述MOSFET上的電壓UD。此夕卜，在圖6中示出了用于所述諧振運(yùn)行的理想的開(kāi)關(guān)時(shí)刻。
[0025]如所提到的那樣，所述線圈102的電流曲線相應(yīng)于能夠作為所述電阻108上的電壓隊(duì)來(lái)檢測(cè)到的電流i。用于所述MOSFET的理想的切斷點(diǎn)的閾值作為I Tto—h在圖6中示出。因此，所述理想的切斷時(shí)刻是這樣一種時(shí)刻，在該時(shí)刻流經(jīng)所述線圈102的電流達(dá)到所述上電流水平ITto—h。在該時(shí)刻，如在圖6中示出的那樣，所述電壓Ud上升。
[0026]用于所述MOSFET的理想的接通時(shí)刻是這樣一種時(shí)刻，在該時(shí)刻所述電壓Ud=O伏特。而后可以在所述MOSFET中沒(méi)有接通損失的情況下無(wú)電壓地轉(zhuǎn)換所述M0SFET。在所述電壓Ud=O伏特時(shí)，如在圖6中所示出的那樣到達(dá)該點(diǎn)。
[0027]圖7示出了另一張圖表，在該圖表中示出了所述線圈102的電流曲線以及所述MOSFET上的電壓UD。此外，在圖7中繪入了可能的實(shí)際的、用于所述諧振運(yùn)行的轉(zhuǎn)換時(shí)間段(Schaltzeitfenster)。在這些轉(zhuǎn)換時(shí)間段中可以在對(duì)所述諧振運(yùn)行沒(méi)有不好的影響的情況下進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
[0028]此外，圖7示出了所述諧振運(yùn)行的四個(gè)階段，所述四個(gè)階段相應(yīng)于所述諧振直流變換器的四個(gè)運(yùn)行狀態(tài)。
[0029]在用I表示的第一階段中，所述MOSFET起作用。在該階段中進(jìn)行異步的電流調(diào)節(jié)，直至所述上電流水平ITto—h。
[0030]在用2表示的第二階段中，如果達(dá)到了所述上電流水平IThr—h，則將所述MOSFET停用。按照如何定義所述上電流水平ITto—h的情況，所述時(shí)刻可能在所述轉(zhuǎn)換時(shí)間段(Zeitschaltfenster)之內(nèi)變化。
[0031]在用3表示的第三階段中，首先切斷所述M0SFET。這意味著，直接根據(jù)所述電壓Ud來(lái)操控所述M0SFET。