用于调节直流电压变换器的测量电路制造技术

本发明专利技术涉及一种用于调节直流电压变换器（100）的测量电路，具有开关器件（120），与该开关器件并联的二极管（124），测量和调节单元（130），所述测量和调节单元被设计用于当达到预定义事件时操作开关器件（120），在操作开关器件（120）之后确定和分析该开关器件（120）处的电压作为特征参量，当所述特征参量位于允许的值范围之外时改变预定义事件的参数，其中所述允许的值范围通过并联的二极管（124）的正向电压来确定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于调节直流电压变换器的测量电路、一种对应的直流电压变换器以及一种用于调节直流电压变换器的方法。
技术介绍
直流电压变换器如今应用在大量领域中，例如应用在移动电话、通信系统、计算机或者笔记本电脑中。直流电压变换器在此获得直流电压作为输入电压并且将该直流电压变换成更高的或者更低的直流电压作为输出电压。直流电压变换器确保了，设备的内部运行电压可以与电池的充电状态无关地保持恒定或者可以产生相对于电池电压更高的内部运行电压。例如在照相器材中可以从比较低的电池电压中产生具有高得多的电压的闪光。直流电压变换器可以按照极为不同的实施方式构造，但是这些实施方式都根据相同的原理来工作。借助于开关元件、例如晶体管从输入电压中提取能量份额。开关元件的接通时间和断开时间之间的比例在此确定了平均的能量流。在升压变换器中、也即在达到与输入电压相比更高的输出电压的直流电压变换器中，大多将电感连接到输入电压。利用每个接通和断开过程将能量从该电感泵入到输出电容中。在共振变换器、即升压变换器的一种特殊实施方式中，使用共振回路，以便在电流或电压过零点时接通或断开开关元件。典型地共振回路由一个电感和一个电容组成的串联或并联电路构成。但是所述共振回路也可以具有多个电感和电容。通过接通开关元件，共振回路被连接到输入电压并且被激励。通过断开开关元件，电感放电到电容中。如果开关元件在正确时刻被重新接通，则共振回路被重新激励并且振荡被维持。借助于传输器、例如变压器，共振回路的能量可以传输到输出电容中。该能量传输相应地通过共振回路的周期性激励来进行，其中该回路被激励得越频繁，可以传输的功率越多。通过在共振回路的电流或电压过零点时的最优开关时刻进行接通或断开，可以显著降低开关损耗、无线电干扰以及各个器件的电磁负荷。但是如果接通或断开不是在电流或电压过零点期间进行，而是还在共振回路的振荡阶段结束之前进行，则从该共振回路中提取能量、而不是向该共振回路输送能量，这导致开关损耗、输出功率降低以及各个器件的电磁负荷提高。对于共振变换器或对于一般的直流电压变换器，在最优开关时刻来执行接通过程以及断开过程尤其是有重要意义的。断开过程可以在达到电流强度的上阈值时执行。接通过程可以无延迟地或者在达到电流强度或电压的下阈值之后的固定时间间隔结束之后执行。在此，根据最优开关时刻选择电压或电流强度的阈值。在此得出如下问题：开关元件的实际开关时刻由于例如在开关元件的操控和测量值检测时的不可避免的器件容差和延迟时间而是未知的。也就是不能确保：最优开关时刻和实际开关时刻一致，或者换句话说接通和断开过程在最优开关时刻发生。因此值得期望的是，提供一种这样的可能性，使得直流电压变换器中的接通和断开过程可以在最优开关时刻发生。
技术实现思路
根据本专利技术提出具有独立权利要求的特征的用于调节直流电压变换器的测量电路、用这种测量电路构造的直流电压变换器以及用于调节直流电压变换器的方法。有利的构型是从属权利要求以及下面的描述的主题。本专利技术的优点用于调节直流电压变换器的本专利技术测量电路具有开关器件、与该开关器件并联的二极管、以及测量和调节单元。所述开关器件被设计用于将直流电压变换器的电感连接到输入电压。测量和调节单元负责使开关器件的实际开关时刻与最优开关时刻重合。当测量和调节单元探测到达到预定义事件时，该测量和调节单元操作开关器件。然后，测量和调节单元监视开关器件处的电压作为特征参量。所述特征参量受到接通时刻的影响。通过分析所述特征参量可以推导出实际开关时刻与最优开关时刻相差多少。如果所述特征参量位于通过并联的二极管的正向电压给出的允许的值范围内，则最优开关时刻和实际开关时刻重合。如果该特征参量不位于该允许的值范围中，则没有达到最优开关时刻并且为下一次通过所述预定义事件的参数。如果例如在共振变换器的情况下开关器件的接通恰好在共振回路的电压过零点处进行，则接通损耗被几乎完全避免。在此，由于并联的二极管的正向电压而仅存在最小的损耗。如果在接通过程之后监视开关器件处的电压，则在最优开关时刻的情况下由于二极管的正向电压而测量到短的负的电压脉冲。所述允许的值范围因此通过该负的电压脉冲给出。如果在接通之后作为特征参量测量到不对应于二极管的正向电压的电压值，则没有达到最优开关时刻。开关器件的实际开关时刻在此仍然未知，但是也没有必要明确地已知该实际开关时刻。表达“测量和调节电路操作开关”在此应被理解为一旦记录到预定义事件的达到，测量和调节单元就启动开关过程。通过监视所述特征参量，测量和调节单元识别出实际开关时刻和最优开关时刻最后是否重合。如果不重合，则预定义事件的参数被一直改变，直到特征参量位于所述允许的值范围中为止，也即直到实际开关时刻和最优开关时刻重合为止。通过这种方式确保了接通或关断在最优开关时刻发生，而不必更精确地研究开关器件的实际开关时刻。一旦测量和调节单元确定了属于最优开关时刻的参数，就存在不再监视特征参量的可能性。同样存在此外利用对开关器件的每次操作来监视特征参量的可能性。此外可以仅在预定义的时间间隔之后或者在特定数量的开关过程之后监视特征参量。此外通过这种方式可以独立于所使用的器件——如电容器、线圈或电阻器件——及其电容值、电感值或电阻值。因为本专利技术测量电路利用对于每个直流电压变换器来说个别的、最优的开关时刻调节每个直流电压变换器，因此也可以毫无问题地更换器件并且也可以施加不同的输入电压。有利地，当诸如电压值或电流强度值的测量参量达到阈值时，就达到了预定义事件。例如共振回路的电容处的电压或应当在其电压过零点时发生开关过程的电压或者开关器件处的电压可以被确定为测量参量。在这种情况下，当特征参量位于允许的值范围以外时，阈值作为事件的参数被改变。当在例如测量参量达到阈值之后或者在开关器件被最后一次操作之后的一时间间隔结束时，也可以达到所述预定义事件。在这种情况下，所述时间间隔的持续时间作为事件的参数被改变。在本专利技术的优选实施中，开关器件构造为晶体管、尤其是构造为MOSFET晶体管（金属氧化物半导体场效应晶体管）。在此，并联的二极管可以被有利地构造为MOSFET晶体管的体二极管。大多数MOSFET晶体管具有如下特性，即所述MOSFET晶体管在内部具有集成的二极管、即所谓的体二极管，其与MOSFET晶体管并联。在MOSFET晶体管中，在弱掺杂的（例如p掺杂的）衬底中嵌入两个强掺杂的（例如n+掺杂的）区域，这两个强掺杂的区域构成源极接线端子（“源”）和漏极接线端子（“流出”）。在源极接线端子与漏极接线端子之间存在电介质，栅极接线端子（“控制电极”）被安装在该电介质上。所述衬底在此构成第四接线端子、即主体（Bulk）接线端子。在MOSFET晶体管的大多数结构形式中，主体接线端子和源极接线端子在内部连接。由此形成的主体接线端子与源极接线端子之间的p-n结构成所述体二极管。有利地也可以监视开关器件处的电流强度值作为特征参量。一般也可以将测量电路的任意器件处的电压值或者电流强度值确定为特征参量。也可以设想作为特征参量本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于调节直流电压变换器（100）的测量电路，具有‑ 开关器件（120），‑ 与该开关器件并联的二极管（124），和‑ 测量和调节单元（130），其被设计用于      ‑ 当达到预定义事件时（230），操作（240）该开关器件（120），      ‑ 在操作该开关器件（120）之后确定和分析（260）该开关器件（120）处的电压作为特征参量，      ‑ 当所述特征参量位于允许的值范围之外时（261），改变所述预定义事件的参数，      ‑ 其中所述允许的值范围通过并联的二极管（124）的正向电压来确定。

【技术特征摘要】
2012.11.14 DE 102012220788.01.用于调节直流电压变换器（100）的测量电路，具有
- 开关器件（120），
- 与该开关器件并联的二极管（124），和
- 测量和调节单元（130），其被设计用于
      - 当达到预定义事件时（230），操作（240）该开关器件（120），
      - 在操作该开关器件（120）之后确定和分析（260）该开关器件（120）处的电压作为特征参量，
      - 当所述特征参量位于允许的值范围之外时（261），改变所述预定义事件的参数，
      - 其中所述允许的值范围通过并联的二极管（124）的正向电压来确定。
2.根据权利要求1所述的测量电路，其中
- 当测量参量达到阈值时，
- 当在测量参量达到阈值之后的一时间间隔结束时，或者
- 当在操作所述开关器件之后的一时间间隔结束时，
达到所述预定义事件（230）。
3.根据权利要求1或2所述的测量电路，其中所述开关器件（120）构造为晶体管、尤其是MOSFET晶体管。
4.根据权利要求3所述的测量电路，其中所述二极管（124）构造为MO...

【专利技术属性】
技术研发人员：A曼，QM勒，T舒马歇尔，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE