自动电源变换器旁路制造技术

一种电源变换器包括与该电源变换器的功率级并联的旁路电路。当该电源变换器的输入电压超过预定阈值时，该旁路电路提供与功率级并联的较低损耗的电流路径。该电源变换器可以是用在车辆中的升压电源变换器以便将来自车辆的主电源总线的功率提供给车辆的子系统(比如防抱死制动系统)。

Bypass of automatic power converter

A power converter includes a bypass circuit in parallel with the power level of the power converter. When the input voltage of the power converter exceeds a predetermined threshold, the bypass circuit provides a low loss current path in parallel with the power level. The power converter may be a step-up power converter used in a vehicle to provide power to a vehicle subsystem (e.g., an anti lock braking system) for power from a main power bus of a vehicle.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术的领域一般涉及DC到DC电源变换器，特别是涉及用在电力系统(例如，车辆的电源系统)中的DC到DC电源变换器。直流到直流(DC-DC或者DC到DC)电源变换器被用于车辆以便升压和／或调节电压。例如，DC到DC电源变换器可以被用于从车辆的主电源总线中为防抱死制动系统(ABS)供电。电源总线的电压范围可以是非常大的，可以从发动机加速期间大约7伏特的最小值到当承载负载(例如前灯)的系统被关闭时大约50伏的最大值。如果主电源总线额定值为12伏特，DC到DC电源变换器可以被用来将电压升压到用于ABS制动的24伏特。如果主电源总线额定值为24伏特，当该总线电压超过24伏特时，DC到DC电源变换器可以将总线电压输送到ABS制动，当总线电压小于24伏特则将该电压升压。一种在该类型应用中有用的DC到DC电源变换器是升压电源变换器。升压电源变换器提升小于目标输出电压的输入电压并且传送超过目标输出电压的输入电压。升压电源变换器可能被过大的输入电压所破坏，或被输送大于目标输出电压的输入电压通过升压电源变换器的输出时所产生的热量所破坏。这就需要提供一种DC到DC升压电源变换器，其有效地输送超过目标输出电压的输入电压并且保护电源变换器不受超过目标输出电压的输入电压影响。附图说明参考以下附图来描述非限制性的以及非详尽的实施例，其中，在各个附图中类似的附图标记涉及类似的部分，除非有其他特别说明。图1是包括升压电压变换器的车辆电气系统的框图。图2是瞬时电压保护电路的示意图。图3是用于保护电源变换器不受瞬时电压影响的方法的流程图。图4是瞬时电压旁路电路的示意图。图5是用于选择性地给电源变换器的功率级设旁路的方法的流程图。具体实施方式这里公开的DC到DC升压电源变换器包括瞬时电压保护电路和旁路电路。一般来说，如果输入到升压电源变换器的输入电压超过预定阈值，那么瞬时电压保护电路阻止来自升压电源变换器的输入电压。当输入电压超过升压电源变换器的目标输出电压时，旁路电路提供一条与升压电源变换器并联的较低损耗的电流路径。较低损耗的电流路径增加升压电源变换器的传递效率，从而保护升压电源变换器不受过大的热累积影响。在一个实施例中，较低损耗的电流路径的电压降小于正向偏压二极管的电压降。该电流路径能够由偏置的半导体开关(例如双极结型晶体管，MOSFET等)来提供，以致于在开关的输入端和输出端之间导通电流。在被偏置导通时，半导体开关也可以特别地被选择或配置为用于一种低于标准的漏极到源极的电阻。这里描述瞬时电压保护电路和旁路电路时结合了其应用到升压电源变换器的情况。应该理解的是，瞬时电压保护电路和旁路电路可以被用于其他类型的电源变换器。参考图1，电气系统100的升压电源变换器的一个实施例包括输入电磁干扰(EMI)滤波器102、反向电压保护MOSFET104、瞬时电压保护电路200、瞬时电压旁路电路400、升压功率级108、脉冲宽度调制(PWM)控制器110、调节电压电源112以及输出EMI滤波器114。电气系统100是包括电源150的车辆的一部分。在一个实施例中，电源150是机械型电源，比如将内燃机发动机中的机械能转换成电能的发电机或交流发电机。输入EMI滤波器102具有接收输入电压(例如额定值为12伏DC的从大约7伏到50伏的范围)的输入端子和用于接收指示升压电源变换器是否应该将输入电压升压转换成目标输出电压的点火信号的点火输入端。输入EMI滤波器102也包括为升压电源变换器操作提供信息的诊断端口、用于连接到输入电压的接地参考位的返回端子以及用于连接到系统接地(例如，底盘接地)的系统接地端子116。输入EMI滤波器102减少从升压电源变换器的散热并且分配所接收的输入电压到升压电源变换器的其他部分。在汽车应用中，输入端子被连接到电池的正极端，返回端子被连接到电池的负极端。交流发电机或发电机可以与电池并联连接。反向电压保护MOSFET118被连接在电路接地端118和系统接地端116之间以便阻止升压电源变换器在升压电源变换器连接到负极性电压源时的损坏，比如如果输入和返回端子在安装时被反向安装。调节电压电源112被连接到升压功率级108的输出端以及电路接地118。调节电压电源112提供多种调节的家用电压给升压电源变换器的部分。可以理解的是，调节电压电源11可以从除了升压功率级108的输出端之外的源接收功率，比如，从输入EMI滤波器102输入端子上的输入电压接收功率。PWM控制器110接收来自输入EMI滤波器102的点火信号并且确定是否作为所接收的信号的函数来操作升压功率级108。PWM控制器110也被连接到升压功率级108的输出端以及升压功率级108的电流监控输出端用于确定调整升压功率级108的开关模式。PWM控制器110被连接到电路接地118并且控制输出端将确定的开关模式通信给升压功率级108，同时诊断输出端连接到输入EMI滤波器102的诊断端口来在升压电源变换器的操作上提供数据。升压功率级108通过瞬时电压保护电路200接收输入电压以及来自PWM控制器110的开关模式。如果输入电压大约等于或者大于目标输出电压，升压功率级108通过升压功率级108内部的二极管传输输入电压给升压功率级108的输出端。如果输入电压小于目标输出电压，那么升压功率级108提升输入电压到目标输出电压。输出EMI滤波器114接收来自升压功率级108的输出并且为升压电源变换器提供输出其最小化射频噪声。输出EMI滤波器114被连接到电路接地118和系统接地116。参考图2，瞬时电压保护电路200的一个实施例被示出。瞬时电压保护电路200被连接在输入EMI滤波器102和升压功率级108之间，并且当输入电压超过预定的阈值时阻止来自升压功率级108的输入电压。瞬时电压保护电路200在第一输入端212接收输入电压以及在第二输入端210接收家用电源电压。瞬时电压保护电路200包括到电路接地118的多点连接和输出端214，该输出端214被连接而到升压功率级108的输入端。两个金属氧化物变阻器202和204被并联连接在第—输入端212和熔丝206的第一端子之间。熔丝206的第二端子被连接到电路接地118。在一个实施例中，变阻器202和204具有80伏特的阈值，并且熔丝206具有15安培的极限。平滑电容器208被连接在第一输入端212和电路接地118之间。阻止开关216包括输入端子、输出端子和控制端子。输入端子连接到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种瞬时电压旁路电路，包括：旁路开关，与电源变换器的功率级并联连接，所述旁路开关具有输入端子、输出端子和控制端子；电平翻转门驱动电路，连接在旁路开关的控制端子和旁路开关的输出端子之间，其中，当从电平翻转门驱动电路中汲取控制电流时，电平翻转门驱动电路使得旁路开关导通；以及电流接收器，用于可选择地汲取来自电平翻转门驱动电路的控制电流，作为来自电源变换器的功率级的误差信号的函数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.07.14 US 13/182,5841.一种瞬时电压旁路电路，包括：
旁路开关，与电源变换器的功率级并联连接，所述旁路开关具有输入端子、
输出端子和控制端子；
电平翻转门驱动电路，连接在旁路开关的控制端子和旁路开关的输出端子
之间，其中，当从电平翻转门驱动电路中汲取控制电流时，电平翻转门驱动电
路使得旁路开关导通；以及
电流接收器，用于可选择地汲取来自电平翻转门驱动电路的控制电流，作
为来自电源变换器的功率级的误差信号的函数。
2.权利要求1所述的瞬时电压旁路电路，其中误差信号指示电源变换器的
功率级是否将功率级的输入电压转换成目标输出电压。
3.权利要求1所述的瞬时电压旁路电路，其中电平翻转门驱动电路在旁路
开关的控制端子与旁路开关的输出端子之间提供低电阻路径，除非从电平翻转
门驱动电路中汲取控制电流。
4.权利要求1所述的瞬时电压旁路电路，其中电流接收器包括比较器，用
于接收来自功率级的误差信号，并且作为误差信号的电压的函数可选择地提供
高输出信号给电流源，其中，当接收来自比较器的高输出信号时，所述电流源
汲取来自电平翻转门驱动电路的控制电流。
5.权利要求1所述的瞬时电压旁路电路，其中电平翻转门驱动电路包括：
门驱动开关，具有输入端子、输出端子和控制端子，其中门驱动开关的输
入端子连接到旁路开关的输出端子；
减压电阻，连接在门驱动开关的控制端子和旁路开关的输出端子之间；以
及
二极管，具有连接到门驱动开关的输出端子的阳极以及连接到门驱动开关
的控制端子的阴极。
6.权利要求5所述的瞬时电压旁路电路，其中，在门驱动开关的控制端子
处，电流接收器被连接到门电平翻转门驱动电路。
7.权利要求1所述的瞬时电压旁路电路，其中，电流接收器包括接收器开
关和比较器，其中接收器开关的输入端子被连接到电平翻转门驱动电路，接收

\t器开关的控制端子被连接到比较器的输出端，接收器开关的输出端子被连接到
电源变换器的接地端。
8.权利要求7所述的瞬时电压旁路电路，其中，接收器开关的输入端子通
过第一电阻被连接到电平翻转门驱动电路，接收器开关的输出端子通过第二电
阻被连接到电源变换器的接地端。
9.权利要求1所述的瞬时电压旁路电路，其中，旁路开关是P沟道MOSFET。
10.一种电源变换器，包括：
功率级，用于接收输入电压并且提供输出电压，其中，当输入电压等于或
者大于目标输出电压时，输出电压基本上等于输入电压；和
瞬时电压旁路电路，与功率级并联连接，当输入电压基本上等于或者大于
目标输出电压时，所述瞬时电压旁路电路提供与功率级并联的电流路径。
11.权利要求10所述的电源变换器，其中，瞬时电压旁路电路包括：
旁路开关，与电源变换器的功率级并联连接，所述旁路开关具有输入端子、
输出端子和控制端子；
电平翻转门驱动电路，连接在旁路开关的控制端子与旁路开关的输出端子
之间，其中当汲取来自电平翻转门驱动电路的控制电流时，电平翻转门驱动电
路使得旁路开关导通；以及
电流接收器，用于作为来自电源变换器的功率级的误差信号的函数来可选
择地汲取来自电平翻转门驱动电路的控制电流。
12.权利要求11所述的电源变换器，其中，误差信号指示输入电压是否小
于目标输出电压并且电源变换器的功率级是否将功率级的输入电压升压到目标
输出电压。
13.权利要求11所述的电源变换器，其中，电平翻转门驱动电路在旁路开
关的控制端子和旁路开关的输出端子之间提供低电阻连接，除非从电平翻转门
驱动电路中汲取控制电流。
14...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·S·乔治，C·L·伯纳兹，
申请(专利权)人：库柏技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US