專利名稱：受控的電壓濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將干擾信號(hào)從電源電壓中濾除的濾波裝置和方法。
背景技術(shù)：
電負(fù)載通常需要相對(duì)無干擾信號(hào)的電源電壓。干擾信號(hào)尤其在產(chǎn)生聲學(xué)或光學(xué)輸出信號(hào)的負(fù)載中可為用戶所覺察并且令人感到不便。一部分這種設(shè)備包括保護(hù)電路，如果電源電壓不滿足預(yù)先限定的標(biāo)準(zhǔn)，則該保護(hù)電路完全或部分關(guān)斷該設(shè)備。這樣的標(biāo)準(zhǔn)可以是過壓或欠壓或在預(yù)先確定的頻帶中的干擾信號(hào)。在復(fù)雜環(huán)境中，例如在機(jī)動(dòng)車輛中，在電負(fù)載與電源電壓之間通常有濾波電路，以便為電負(fù)載匹配地處理電源電壓。在EP 1121749 Bl中公開了根據(jù)由電負(fù)載吸收的功率來進(jìn)行控制這樣一種濾波器。如果所吸收的功率非常大，則控制濾波器，使得為了提高提供給電負(fù)載的電源電壓而降低其濾波作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種用于操作電源電壓上的電負(fù)載的裝置以及方法。本發(fā)明借助于具有權(quán)利要求1所述特征的裝置和具有權(quán)利要求11所述特征的方法來實(shí)現(xiàn)所述目的。從屬權(quán)利要求給出了優(yōu)選的實(shí)施方式。根據(jù)本發(fā)明，用于從由電壓源提供給電負(fù)載的電源電壓中濾除干擾信號(hào)的濾波裝置包括與負(fù)載并聯(lián)的電容器、以導(dǎo)通方向連接在電源電壓與電容器之間的二極管和與二極管并聯(lián)的可變電阻。此外，設(shè)置有控制裝置，以根據(jù)電源電壓的值控制可變電阻。因此，為了提高提供給電負(fù)載的電源電壓可以有利地減小濾波裝置的濾波作用。 由此，避免了損傷電負(fù)載并且避免了由于電負(fù)載的故障而打擾使用者。為此，該控制裝置可以被設(shè)置為在電源電壓的值低于預(yù)先規(guī)定的閾值時(shí)降低可變電阻。該閾值可以根據(jù)為保證電負(fù)載的充分無干擾的運(yùn)行所需的電源電壓的值來確定。優(yōu)選地，閾值在所需的值之上。因此，有利地，在電源電壓下降到接近所需的值時(shí)，可以已經(jīng)減小濾波裝置的電壓降。例如在機(jī)動(dòng)車輛上，當(dāng)從車載電路中獲取能量來起動(dòng)內(nèi)燃機(jī)時(shí)，情況會(huì)如此。電壓源可以包括可通過發(fā)電機(jī)充電的電池，并且控制裝置為此可以被設(shè)置為在發(fā)電機(jī)未對(duì)電池充電時(shí)降低可變電阻。通過濾波裝置濾除的干擾信號(hào)的大部分可能來自發(fā)電機(jī)。如果發(fā)電機(jī)不對(duì)電池充電，則可以降低在濾波裝置上的電壓降，由此濾波作用減小。于是，如果電源電壓例如在車輛的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的起動(dòng)過程期間強(qiáng)烈地下降，則已對(duì)濾波裝置進(jìn)行了控制，使得電負(fù)載仍獲得足夠電壓來無中斷地運(yùn)行。優(yōu)選地，可變電阻的電阻值在這些情況下被控制為接近零。這對(duì)應(yīng)于濾波裝置的短路。控制裝置為此可以被設(shè)置為根據(jù)負(fù)載吸收的功率來控制可變電阻。在此，控制裝置為此可以被設(shè)置為在負(fù)載吸收的功率升高時(shí)降低可變電阻的電阻值。因此，除了上面所
3描述的功能之外，濾波裝置也可以在電負(fù)載吸收的功率特別大時(shí)在其電壓降和其濾波作用
方面最小化。電負(fù)載可以包括用于在機(jī)動(dòng)車輛上提供音頻信號(hào)的放音裝置。有利地，可以對(duì)濾波裝置進(jìn)行控制，使得由于在車載電路中可預(yù)期的各種不同的干擾而產(chǎn)生的電負(fù)載可在聲音上明顯覺察的故障或停機(jī)最小化或者被消除。有利地，尤其是預(yù)期有頻繁起動(dòng)過程的具有起停自動(dòng)控制裝置的機(jī)動(dòng)車輛可以裝備有濾波裝置。優(yōu)選地，二極管和可變電阻由MOSFET晶體管構(gòu)成。MOSFET晶體管有利地可以以一個(gè)非常接近零的電阻值被導(dǎo)通，并且同時(shí)包括所需的二極管。此外，本發(fā)明涉及一種用于將干擾信號(hào)從電源電壓濾除的方法，電源電壓由電壓源提供給電負(fù)載，其中設(shè)置有與負(fù)載并聯(lián)的電容器，以導(dǎo)通方向連接在電源電壓與電容器之間的二極管和與該二極管并聯(lián)的可變電阻，所述方法包括如果電源電壓的值在預(yù)先確定的閾值之上則控制可變電阻處于高電阻值的步驟，以及如果電源電壓的值在預(yù)先確定的閾值之下則控制可變電阻處于低電阻值的步驟。低電阻值優(yōu)選接近于零歐姆。在一種優(yōu)選的實(shí)施形式中，當(dāng)負(fù)載吸收的功率超過另一預(yù)先確定的閾值時(shí)，可變電阻也被控制處于低電阻值。在又一優(yōu)選的實(shí)施形式中，當(dāng)提供電源電壓的電池未被發(fā)電機(jī)充電時(shí)，可變電阻也被控制處于低電阻值。


現(xiàn)在參照附圖更為詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖中圖1示出了機(jī)動(dòng)車輛的車載電路的示意圖；圖2示出了圖1的濾波裝置；以及圖3示出了用于控制圖1和2中的濾波裝置的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了機(jī)動(dòng)車輛105的車載電路100的示意圖。機(jī)動(dòng)車輛105例如可以是汽車、尤其是轎車。為了提供電源電壓U，設(shè)置有電池110和發(fā)電機(jī)120。在機(jī)動(dòng)車輛105運(yùn)行期間，發(fā)電機(jī)120由內(nèi)燃機(jī)(未示出)驅(qū)動(dòng)并且提供電壓，借助該電壓可以對(duì)電池110充電。如果發(fā)電機(jī)120并不被內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)，則電池110是車載電路100中優(yōu)選的電源。濾波元件130對(duì)電源電壓U進(jìn)行處理并且將所處理的電壓提供給音頻設(shè)備140。音頻設(shè)備140 生成音頻信號(hào)，并將音頻信號(hào)提供給揚(yáng)聲器150?？刂蒲b置160與發(fā)電機(jī)120、電池110和發(fā)電機(jī)120上的電源電壓U以及在音頻設(shè)備140與揚(yáng)聲器150之間的音頻信號(hào)相連并且對(duì)濾波元件130進(jìn)行控制。濾波元件130 可被控制為使得其實(shí)現(xiàn)對(duì)電源電壓U的高濾波作用，其中在電源電壓U與提供給音頻設(shè)備 140的電壓之間的電壓降可以最大為大約IV?？商娲兀瑸V波元件130可被控制為使得電壓降接近為0，其中濾波作用相應(yīng)地被最小化。在這兩種控制之間的過渡是無級(jí)的，使得電壓降可以被控制為處于兩個(gè)極值之間的任意值，其中濾波作用相應(yīng)地被一同改變。音頻設(shè)備140包括電壓傳感器，使得在提供給音頻設(shè)備140的電源電壓低于預(yù)先確定的閾值時(shí)將提供給揚(yáng)聲器150的音頻信號(hào)切斷。典型的音頻設(shè)備140具有大約6V到 7V的閾值。
在從車載電路100上獲取大的電功率時(shí)，電源電壓U會(huì)劇烈下跌。如果例如內(nèi)燃機(jī)借助于與車載電路100連接的起動(dòng)器(未示出)被起動(dòng)，那么電源電壓U可能降低到大約8V。如果機(jī)動(dòng)車輛105包括所謂的起停自動(dòng)控制裝置，并且該起停自動(dòng)控制裝置在機(jī)動(dòng)車輛105停止時(shí)自動(dòng)地將內(nèi)燃機(jī)關(guān)閉并且在需要時(shí)又自動(dòng)地起動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，則這樣的電壓下跌會(huì)相對(duì)頻繁。然而，令機(jī)動(dòng)車輛105的乘員不快的對(duì)音頻信號(hào)的切斷只有在起動(dòng)過程期間對(duì)濾波元件130進(jìn)行控制以使其引起相對(duì)較大的電壓降時(shí)才出現(xiàn)?？刂蒲b置160因此根據(jù)電源電壓U來控制濾波元件130。為此，控制裝置160將電源電壓U與內(nèi)部的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，該基準(zhǔn)值在大約8V到IlV的范圍中，優(yōu)選在大約9V到 IOV0如果電源電壓U低于所述基準(zhǔn)值，則濾波元件130被控制為使得由該濾波元件產(chǎn)生的電壓降低最小化。該控制可以以數(shù)字方式通過一旦電源電壓U降低到基準(zhǔn)值以下就將電壓降減小到最小的可能的值來進(jìn)行或以模擬方式通過濾波元件130的電壓降與電源電壓U低于基準(zhǔn)值的程度成比例地來進(jìn)行?？蛇x地，控制裝置160為此附加地或替代地被構(gòu)造為，在發(fā)電機(jī)120未被內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)在使電壓降最小化的意義上來對(duì)濾波元件130進(jìn)行控制。常見的發(fā)電機(jī)120提供一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)顯示充電電壓被輸出還是未被輸出。該信號(hào)可以以單獨(dú)的線路的形式從發(fā)電機(jī)120輸出或者作為控制總線(例如CAN總線)上的消息來發(fā)信號(hào)通知。該信號(hào)通常借助帶有電池符號(hào)的紅燈向機(jī)動(dòng)車輛105的駕駛員顯示。該信號(hào)可以用于控制濾波元件130。 由此，在發(fā)電機(jī)120不被內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，濾波元件130的濾波作用受到限制。由于在正常運(yùn)行中與電源電壓U疊加的干擾信號(hào)的大部分由發(fā)電機(jī)120引起，所以在發(fā)電機(jī)120停止時(shí)可以在很大程度上省去濾波作用?，F(xiàn)在，如果電源電壓U在內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)期間下跌，則濾波元件130已經(jīng)處于在其他情況下濾波元件必須由于電源電壓U降低才進(jìn)入的控制狀態(tài)中。通過預(yù)見性的控制可以省去昂貴的、反應(yīng)快速的控制裝置160或?qū)刂蒲b置160 的控制信號(hào)快速響應(yīng)的濾波元件130。如果起動(dòng)過程結(jié)束，則電源電壓U升高到大約12-13V 的標(biāo)稱值并且發(fā)電機(jī)120發(fā)信號(hào)通知電池110被充電。僅僅在電源電壓足夠高以及電池被充電時(shí)，控制裝置160才控制濾波元件130，使得濾波作用被提高，其中由濾波元件130引起的電壓降相應(yīng)地升高。通過該組合可以保證在起動(dòng)過程期間通過音頻設(shè)備140無中斷地放
Vzl 曰O附加地，控制裝置160被構(gòu)造用于在音頻設(shè)備140吸收特別高的功率時(shí)對(duì)濾波元件130進(jìn)行控制，使電壓降減小。音頻設(shè)備140的功率吸收以一級(jí)近似值與音頻信號(hào)的功率成比例。例如，如果樂章以顯著的低音非常響地通過揚(yáng)聲器150輸出，則音頻設(shè)備140從車載電路100獲取的對(duì)于低音的再現(xiàn)所需的功率會(huì)導(dǎo)致音頻設(shè)備140上的電壓下跌，該電壓下跌對(duì)提供不失真的音頻信號(hào)造成不利影響。這在本文中稱為“低音孔”。通過在音頻設(shè)備140吸收的功率很高時(shí)減小濾波元件130的電壓降可以避免該效應(yīng)。圖2示出了圖1中的車載電路100中的濾波裝置200。濾波裝置200包括濾波元件130，其由MOSFET晶體管210與二極管220和電容器230 —起構(gòu)成；電荷泵240和控制裝置160。在一種替代的實(shí)施方式中，雙極型晶體管210也是可行的。電荷泵240與濾波裝置160分開地示出，但也可以包含在該濾波裝置中。根據(jù)圖1的視圖，電源電壓U在該圖左邊。MOSFET晶體管210用作受控的開關(guān)， 其與二極管220并聯(lián)。有利地，二極管220用作音頻設(shè)備140的反極性保護(hù)。根據(jù)在控制
5輸入端G上的電壓，在MOSFET晶體管210的S極與D極之間的電阻發(fā)生變化。相應(yīng)地，根據(jù)在電容器230上的控制電壓并且還根據(jù)在音頻設(shè)備140上的控制電壓，在MOSFET晶體管 210的S與D之間的路徑上導(dǎo)通電源電壓U。電容器230用作與頻率有關(guān)的電阻，其中其將電源電壓U的高頻干擾信號(hào)或短時(shí)電壓波動(dòng)引導(dǎo)接地，使得提供給音頻設(shè)備140的電壓具有比電源電壓U更少的干擾信號(hào)。電壓泵240的四個(gè)二極管與揚(yáng)聲器150連接。在揚(yáng)聲器 150上的音頻信號(hào)在電壓泵240中被轉(zhuǎn)換到一個(gè)足夠高的值，以根據(jù)音頻設(shè)備140的功率輸出來控制MOSFET晶體管210。除了電荷泵240之外或作為電荷泵MO的替代，可以設(shè)有控制裝置160，控制裝置 160根據(jù)發(fā)電機(jī)120的充電信號(hào)和電源電壓U的值來控制濾波元件130。總體而言，當(dāng)滿足如下條件中的至少一個(gè)條件時(shí)-電源電壓U小于基準(zhǔn)值；-發(fā)電機(jī)120并不對(duì)電池充電；-音頻設(shè)備140輸出或吸收的功率高于另一基準(zhǔn)值；通過濾波裝置200實(shí)現(xiàn)為音頻設(shè)備140提供僅減小很少或甚至未減小的電源電壓。隨著濾波裝置200的小的電壓降，在電源電壓U的干擾信號(hào)方面的濾波作用降低。 反之，在所有上述的條件消失時(shí)，濾波裝置200對(duì)電源電壓U的干擾信號(hào)施加良好的濾波作用，為此必須承受一定的電壓降。圖3示出了用于與圖1和2中的濾波裝置100 —起使用的方法300的示意性流程圖。該方法300包括步驟305至步驟335。在步驟305中，確定電源電壓U的值。隨后，在步驟310中比較所確定的電源電壓 U是否在預(yù)先確定的閾值以上。如果情況不是如此，則該方法300分支到步驟315，在該步驟中晶體管220被切換成低歐姆的。然而，如果在步驟310中確定所確定的電源電壓U處于預(yù)先確定的閾值以上，則該方法以步驟320繼續(xù)。在步驟320中，確定負(fù)載140吸收的功率。在步驟325中進(jìn)行比較，所確定的吸收的功率是否在另一預(yù)先確定的閾值以上。如果情況如此，則該方法300以步驟315繼續(xù)并且將晶體管220切換成低歐姆的。否則，以步驟330繼續(xù)，在該步驟中確定電池110是否通過發(fā)電機(jī)120充電。在驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)120的馬達(dá)(通常為內(nèi)燃機(jī))運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)大多是這種情況。在步驟330中的確定可以根據(jù)由發(fā)電機(jī)120提供的顯示充電功能的信號(hào)來實(shí)現(xiàn)。也可以使用由馬達(dá)或其控制裝置提供的信號(hào)，該信號(hào)顯示馬達(dá)是否運(yùn)轉(zhuǎn)。充電的發(fā)電機(jī)120將一定的紋波帶入電源電壓U，使得通過發(fā)電機(jī)120對(duì)電池110的充電也可以根據(jù)紋波性來檢測(cè)。如果電池110并不通過發(fā)電機(jī)120充電，則該方法分支到步驟315，在該步驟中晶體管被切換成低歐姆的。在電池110被發(fā)電機(jī)120充電期間，電源電壓盡管比電池110未被充電時(shí)更高，但電源電壓U的紋波性也提高，從而指示通過濾波裝置200對(duì)電源電壓進(jìn)行濾波。如果電池110未被發(fā)電機(jī)120充電，則通常也不存在提高的紋波性，從而可以省去濾波。如果從這種情況出發(fā)借助于由電池110饋電的電起動(dòng)機(jī)來起動(dòng)馬達(dá)，則電源電壓U 首先下跌。由此，不再滿足步驟310的條件，從而該方法300在步驟315中將晶體管220切換成低歐姆的。由步驟330的比較所決定，晶體管220在起動(dòng)期間已切換成低歐姆的，從而
6對(duì)于步驟305和步驟310中的檢測(cè)和比較不必花費(fèi)更高的開銷，例如以便保證特別快速的判定。當(dāng)在步驟330中已確定電池110通過發(fā)電機(jī)120充電時(shí)，執(zhí)行步驟335。在步驟 335中，晶體管220被控制為處于高歐姆的狀態(tài)中。在步驟310、325和330中的確定都可以省去。通常在由于沒有任何剩余的確定而存在控制晶體管220處于低歐姆狀態(tài)的誘因時(shí)， 達(dá)到步驟335。在步驟315或步驟335中的任一步驟之后，該方法300返回到起點(diǎn)并且重新運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種用于將干擾信號(hào)從電源電壓(U)中濾除的濾波裝置000)，該電源電壓由電壓源(110、120)提供給電的負(fù)載(140)，其中所述濾波裝置(200)包括如下-與所述負(fù)載(140)并聯(lián)的電容器O30)；-以導(dǎo)通方向連接在所述電源電壓⑶與所述電容器(230)之間的二極管Q20)；以及-與二極管O20)并聯(lián)的可變電阻010)，其特征在于，設(shè)有控制裝置(160)，該控制裝置根據(jù)所述電源電壓(U)的值控制所述可變電阻(210)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波裝置000)，其特征在于，所述控制裝置(160)被設(shè)置為在電源電壓(U)的值低于預(yù)先規(guī)定的閾值時(shí)降低可變電阻010)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的濾波裝置000)，其特征在于，所述電壓源(110、120)包括能夠通過發(fā)電機(jī)(120)充電的電池(110)，并且所述控制裝置(160)被設(shè)置為在發(fā)電機(jī) (120)不對(duì)電池(110)充電時(shí)降低可變電阻(210)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3中任意一項(xiàng)所述的濾波裝置000)，其特征在于，所述可變電阻 (210)的電阻值被控制為接近零。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的濾波裝置000)，其特征在于，所述控制裝置(160)被設(shè)置為根據(jù)負(fù)載(140)吸收的功率來控制可變電阻010)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的濾波裝置000)，其特征在于，所述控制裝置(160)被設(shè)置為在負(fù)載(140)吸收的功率升高時(shí)降低所述可變電阻O10)的電阻值。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的濾波裝置000)，其特征在于，電的負(fù)載 (140)包括用于在機(jī)動(dòng)車輛(10 上提供音頻信號(hào)的放音裝置。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的濾波裝置000)，其特征在于，所述二極管 (220)和所述可變電阻O10)由MOSFET晶體管QlO)構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7和8所述的濾波裝置000)，其特征在于，所述控制裝置(160)包括用于根據(jù)所述放音裝置(140)的音頻信號(hào)為MOSFET晶體管(210)提供控制電壓的電荷泵 (240)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中的任意一項(xiàng)所述的濾波裝置000)，其特征在于，所述放音裝置(140)包括用于在電源電壓(U)低于預(yù)先確定的閾值時(shí)切斷音頻信號(hào)的裝置。
11.一種用于將干擾信號(hào)從電源電壓(U)中濾除的方法，該電源電壓由電壓源(110、 120)提供給電的負(fù)載(140)，其中設(shè)置有與所述負(fù)載(140)并聯(lián)的電容器030)、以導(dǎo)通方向連接在所述電源電壓(U)與所述電容器(230)之間的二極管Q20)以及與該二極管 (220)并聯(lián)的可變電阻010)，該方法包括下列步驟-如果電源電壓⑶的值在預(yù)先確定的閾值以上，則控制所述可變電阻(210)處于高電阻值；以及-如果電源電壓⑶的值在預(yù)先確定的閾值之下，則控制所述可變電阻(210)處于低電阻值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將干擾信號(hào)從電源電壓中濾除的濾波裝置，該電源電壓由電壓源提供給電負(fù)載，所述濾波裝置包括與負(fù)載并聯(lián)的電容器、以導(dǎo)通方向連接在電源電壓與電容器之間的二極管以及與二極管并聯(lián)的可變電阻。此外，設(shè)置有控制裝置，該控制裝置根據(jù)電源電壓的值控制可變電阻。
文檔編號(hào)H02M1/15GK102457168SQ201110417899
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
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