用于功率變換器的瞬態(tài)電壓阻斷的制作方法
【專利摘要】一種功率變換器包括瞬態(tài)電壓保護電路，該電路被連接在功率變換器的輸入和功率變換器的功率級之間。當輸入電壓小于預設閾值時，瞬態(tài)電壓保護電路提供從功率變換器的輸入至功率變換器的功率級的低電阻連接，但當輸入電壓等于或大于預設閾值電壓時，阻斷來自功率級的輸入電壓。功率變換器可以是用于車輛的升壓功率變換器，將來自車輛的主功率總線的電能提供至車輛的子系統(tǒng)，比如防抱死制動系統(tǒng)。
【專利說明】用于功率變換器的瞬態(tài)電壓阻斷
【背景技術】
[0001]本發(fā)明一般涉及DC至DC功率變換器，并且更具體涉及用于電力系統(tǒng)的DC至DC功率變換器，例如，用在車輛的電力系統(tǒng)中。
[0002]直流至直流(DC-DC或DC至DC)功率變換器被用于在車輛中升壓和/或調節(jié)電壓。例如，DC至DC功率變換器可用于從車輛的主功率總線給防抱死系統(tǒng)(ABS)供電。功率總線的電壓可從發(fā)動機啟動期間的最小值大約7伏顯著變化到當牽引負載系統(tǒng)(例如，車頭燈)關閉時的最大值大約50伏。如果主功率總線標稱電壓為12伏，DC至DC功率變換器可用于將電壓升壓至ABS剎車的24伏。如果主功率總線標稱電壓為24伏，當總線電壓超過24伏時，DC至DC功率變換器將總線電壓傳輸給ABS剎車，并且當總線電壓小于24伏時升壓。在這種類型的應用中，一種DC至DC功率變換器的類型為升壓功率變換器。升壓功率變換器將低于目標輸出電壓的輸入電壓升壓并且將高于目標輸出電壓的輸入電壓輸出。升壓功率變換器可能被過大的輸入電壓或者當將高于輸出電壓的輸入電壓傳輸給升壓功率變換器的輸出端時產生的熱量損壞。需要提供DC至DC升壓功率變換器，其有效率地將超出目標輸出電壓的輸入電壓輸出，防止輸入電壓超過目標輸出電壓。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0003]描述了連同附圖標記的非限制和非窮舉實施例，其中相同的附圖標記代表全部不同附圖中的相同的部分，除非以別的方式指明。
[0004]圖1是包括升壓功率變換器的車輛電氣系統(tǒng)的框圖。
[0005]圖2是瞬態(tài)電壓保護電路的示意圖。
[0006]圖3是保護功率變換器不受瞬態(tài)電壓影響的方法的流程圖。
[0007]圖4是瞬態(tài)電壓旁路電路的示意圖。
[0008]圖5是可選擇地給功率變換器的功率級設旁路的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0009]這里公開的DC至DC升壓功率變換器包括瞬態(tài)電壓保護電路和旁路電路。一般地，如果升壓功率變換器的輸入電壓超過了預設閾值，瞬態(tài)電壓保護電路阻斷來自于升壓功率變換器的輸入電壓。當輸入電壓超過升壓功率變換器的目標輸出電壓時，旁路電路提供平行于升壓功率變換器的較低損耗電流路徑。較低損耗電流路徑增加了升壓功率變換器的傳輸效率，防止升壓功率變換器過多的熱量累積。在一個實施例中，較低損耗電流路徑具有小于正向偏壓二極管的電壓降的電壓降。電流路徑能通過偏壓半導體開關(例如，雙極結型晶體管、MOSFET等)提供，從而在開關的輸入端和輸出端之間傳導電流。當偏置導通時，半導體開關也可具體選擇或者配置為低于標準漏源電阻。瞬態(tài)電壓保護電路和旁路電路結合其在升壓功率變換器的應用一并描述。應知曉瞬態(tài)電壓保護電路和旁路電路可用于其他類型的功率變換器。
[0010]如圖1所不,在電氣系統(tǒng)100中的升壓功率變換器的一個實施例包括輸入電磁干擾(EMI)濾波器102，反向電壓保護M0SFET104，瞬態(tài)電壓保護電路200，瞬態(tài)電壓旁路電路400，升壓功率級108，脈沖寬度調制(PWM)控制器110，調制供電電壓112，以及輸出EMI濾波器114。電氣系統(tǒng)100是包括供電源150的車輛的一部分。在一個實施例中，供電源150為機械式供電源，比如發(fā)電機或從內燃引擎轉換為電能的機械能交流發(fā)電機。輸入EMI濾波器102具有接收輸入電壓(例如，12伏DC標稱電壓具有從大約7伏到50伏的范圍)的輸入端以及點火輸入端，用于接收指示升壓功率變換器是否應該將輸入電壓升壓到目標輸出電壓的點火信號。輸入EMI濾波器102還包括:診斷端口，用于提供關于升壓功率變換器的操作信息，用于連接至輸入電壓的接地參考的返回端；以及用于連接至系統(tǒng)接地(例如，底盤接地)的系統(tǒng)接地端116。輸入EMI濾波器102減小了來自于升壓功率變換器的輻射以及將接收到的輸入電壓分配到升壓功率變換器的其他部分。在車輛應用中，輸入端連接至電池的正極，以及返回端連接到電池的負極。交流發(fā)電機或發(fā)電機可同電池并聯(lián)。反向電壓保護MOSFET118連接在電路接地118和系統(tǒng)接地116之間，在升壓功率變換器連接至負極電壓源的情況下，比如如果輸入和返回端在安裝期間反接，防止升壓功率變換器損壞。
[0011]調制供電電壓112連接至升壓功率級108的輸出端和電路接地端118。調制供電電壓112提供多種調制的內務處理電壓給升壓功率變換器的多個部分。應知曉，調制的供電電壓112可接收來自于除了升壓功率變換器108的輸出端以外的電源的能量，比如來自于輸入EMI濾波器102的輸入端處的輸入電壓。
[0012]PWM控制器110接收來自于輸入EMI濾波器102的點火信號并且決定是否根據接收到的信號來操作升壓功率級108。PWM控制器110也連接至升壓功率級108的輸出端以及用于決定調整升壓功率級108的開關類型的升壓功率級108的電流監(jiān)測輸出端。PWM控制器110連接至電路接地118并且控制輸出端將確定的開關類型傳遞給升壓功率級108，而診斷輸出端連接至輸入EMI濾波器102的診斷部分，用于提供升壓功率轉換器的操作數據。
[0013]升壓功率級108通過瞬態(tài)電壓保護電路200接收輸入電壓以及從PWM控制器110接收開關模式。如果輸入電壓大約等于或者大于目標輸出電壓，升壓功率級108將輸入電壓通過升壓功率級108的內部二極管傳遞給升壓功率級108的輸出端。如果輸入電壓小于目標輸出電壓，那么升壓功率級108將輸入電壓升壓至目標輸出電壓。
[0014]輸出EMI濾波器114從升壓功率級108接收輸出并且提供輸出給升壓功率變換器，其最小化射頻噪聲。輸出EMI濾波器114連接至電路接地118和系統(tǒng)接地116。
[0015]如圖2所示為瞬態(tài)電壓保護電路200的一個實施例。瞬態(tài)電壓保護電路200連接在輸入EMI濾波器102和升壓功率級108之間，并且當輸入電壓超過預設閾值時阻斷來自升壓功率級108的輸入電壓。瞬態(tài)電壓保護電路200在第一輸入端212接收輸入電壓以及在第二輸入端210接收內務處理供電電壓。瞬態(tài)電壓保護電路200包括多個連接至電路接地118和連接至升壓功率級108的輸入端的輸出端214。兩個金屬氧化物壓敏電阻202和204，并聯(lián)連接在第一輸入端212和保險絲206的第一端之間。保險絲206的第二端連接至電路接地118。在一個實施例中，壓敏電阻202和204具有80伏的閾值，并且保險絲206具有15安培的限制。平滑電容器208連接在第一輸入端212和電路接地118之間。
[0016]阻斷開關216包括輸入端，輸出端和控制端。輸入端連接到第一輸入端212，并且輸出端連接到輸出端214?？刂贫送ㄟ^限制與電路接地118相關的控制端電壓的齊納二極管218連接到電路接地118。齊納二極管220具有連接到旁路開關216的控制端的陰極以及連接到旁路開關216的輸出端的陽極。齊納二極管220是靜電放電保護裝置，其防止旁路開關靜電放電以及其他可在旁路開關216的控制端和輸出端之間造成損害的其他事件。齊納二極管220具有大于阻斷開關216的開啟閾值電壓的閾值電壓。在一個實施例中，電壓限制器218是具有33伏閾值的齊納二極管，并且旁路開關216是低導通電阻(即比前饋偏壓二極管低的電阻)N溝道MOSFET。
[0017]瞬態(tài)電壓阻斷電路的振蕩器222在第二輸入端210連接至內務處理供電電壓。所述振蕩器222僅為示例并且振蕩器的其他類型和結構也包括在權利要求的范圍之內。振蕩器222包括第一逆變器224，第二逆變器226，電阻232，電容230，以及電容234。第一逆變器224和第二逆變器226的供電端在第二輸入端210連接至內務處理供電電壓，并且第二輸入端210通過電容230連接至電路接地118。第一逆變器224的輸出端通過第一電流限制電阻236連接至電荷泵電路238，并且第一逆變器224和第二逆變器226的接地端連接至電路接地118。第一逆變器224的輸入端連接至第二逆變器226的輸出端。第二逆變器226的輸出端還通過電阻232和電容234的串聯(lián)電路接地，且電容234接觸電路接地118以及電阻232接觸第二逆變器226的輸出端。第二逆變器226的輸入端連接至電路接地118，并且電阻228連接在第二逆變器226的輸入端和電阻232同電容234連接形成的節(jié)點之間。振蕩器222的輸出信號驅動電荷泵電路238。在一個實施例中,振蕩器222提供給電荷泵電路238相對電路接地從O到10伏峰值電壓范圍的大約IOOkHz的交流(AC)方波。應知曉其他電壓和頻率也可用在權利要求的保護范圍之內。在一個實施例中，在第二輸入端210接收的內務處理供電電壓大約為10.5伏的直流電壓。其他電壓比如12伏直流電壓應包括在權利要求的范圍以內。
[0018]瞬態(tài)電壓保護電路200的電荷泵電路238包括電容246，二極管242，二極管244，和電容240。電容246的第一端通過第一電流限制電阻236連接至振蕩器222的輸出端(即，第一逆變器224的輸出端)。電容246的第二端連接至二極管242的陰極和二極管244的陽極。二極管242的陽極連接至電容240的第一端和瞬態(tài)電壓保護電路輸出端214。二極管244的陰極連接至電容240的第二端以及通過第二電流限制電阻248連接至阻斷開關216的控制端。電荷泵電路238在阻斷開關216的輸出端和阻斷開關216的控制端之間提供電流限制DC電壓源(S卩，阻斷開關216的輸出端參考了正電壓)。在一個實施例中，電荷泵電路238在阻斷開關216的輸出端和阻斷開關216的控制端之間提供接近10伏的直流電壓(例如，8.5至9伏直流電壓，其由二極管242和二極管244的前饋偏壓減少的振蕩器222的輸出信號)。
[0019]當升壓功率變換器的輸入電壓沒有超過預設閾值，電荷泵電路238使阻斷開關216偏置成低電阻狀態(tài)，這樣在瞬態(tài)電壓保護電路200的輸入端212接收的升壓功率變換器的輸入電壓，以最小的損耗傳遞給瞬態(tài)電壓保護電路200的輸出端214。當升壓功率變換器的輸入電壓超過電壓限制器218的閾值電壓，電流從電荷泵電路238流出。由于電荷泵電路238是電流限制，阻斷開關216的控制端和輸出端之間的電壓減小。當阻斷開關216的控制端和輸出端之間的電壓達到阻斷開關216的閾值(S卩，開啟/斷開電壓)，阻斷開關216的電阻增加，將瞬態(tài)電壓保護電路200從瞬態(tài)電壓保護電路214的輸出端214隔離開，將功率變換器的輸入電壓從升壓功率級108阻斷開。
[0020]如圖3所示，可選擇地阻斷來自于功率變換器的功率級的輸入電壓的方法300通過提供輸出端參考限制電流的電壓給阻斷開關的控制端而開始于步驟302。在步驟304，當輸入電壓超過預設閾值，齊納二極管將電流從阻斷開關的控制端傳導至功率變換器的接地使得控制端電壓保持在大約為預設閾值電壓。在步驟306，阻斷開關的電阻響應于阻斷開關控制端和輸出端之間的電壓差的減小而增加，阻斷來自于功率變換器的功率級的輸入電壓。
[0021]如圖4所示，瞬態(tài)電壓旁路電路400包括:從輸入EMI濾波器102接收升壓功率變換器的輸入電壓的輸入端402，從調制供電電壓112接收內務處理供電電壓的偏壓供電端450，從PWM控制器110接收誤差信號的誤差信號輸入端446，以及輸出端406。來自于PWM控制器110的誤差信號指示PWM控制器110是否操作升壓功率級108來將升壓功率變換器的輸入電壓增加到目標輸出電壓。旁路電路400是用誤差信號來確定是否提供同升壓功率級108并聯(lián)的較低損耗電流路徑。當升壓功率級不將升壓功率變換器的輸入電壓增加到升壓功率變換器的目標輸出電壓時，旁路電路400提供同升壓功率級108并聯(lián)的較低功率損耗電流路徑。
[0022]旁路電路400包括旁路開關404，電平轉換門驅動電路408，和電流吸收器418。在操作中，電流吸收器418接收誤差信號并且確定什么時候提供隨誤差信號變化的同升壓功率級108并聯(lián)的較低損耗電流路徑。當電流吸收器418確定應提供較低損耗電流路徑，電流吸收器418從電平轉換門驅動電路408吸取電流，并且電平轉換門驅動電路408促使旁路開關404變導通。當電流吸收器418確定不應提供較低損耗電流路徑，電流吸收器418不從電流轉換門驅動電路408吸取電流，并且電平轉換門驅動電路408促使旁路開關不導通。
[0023]旁路開關404具有輸入端，輸出端，和控制端。輸入端連接至旁路電路輸入端402，并且輸出端連接至旁路電路輸出端406。旁路開關404的控制端通過齊納二極管416連接至旁路電路輸出端406，齊納二極管416的陽極連接至控制端，并且陰極連接至旁路電路輸出端406。齊納二極管416保護旁路開關404不受有害電路情形影響，比如會損害旁路開關404的靜電荷放電。
[0024]電平轉換門驅動電路408包括門驅動開關410，二極管414，和電阻412。門驅動開關410的輸入端連接至旁路開關404的輸出端，門驅動開關410的輸出端連接至旁路開關404的控制端，并且門驅動開關410的控制端通過電阻412連接至旁路開關的輸出端。二極管414的陽極連接至門驅動開關410的輸出端，并且二極管414的陰極連接至門驅動開關410的控制端。在一個實施例中，門驅動開關410為NPN雙結型晶體管。
[0025]電流吸收器418包括比較器430和吸收開關420。吸收開關420的輸入端通過第一電阻424連接至門驅動開關410的控制端，并且吸收開關420的輸出端通過第二電阻426連接至電路接地118。吸收開關420，第一電阻424和第二電阻426形成電流源。吸收開關420的控制端連接至比較器430的輸出端。在一個實施例中，吸收開關是NPN雙結型晶體管。比較器430連接至偏壓供電端450，用于接收來自于調供電電壓112的內務處理供電電壓(例如，5伏直流偏壓供電或者10.5伏直流偏壓供電)。比較器430的接地端連接至電路接地118。比較器430的反相輸入通過電阻440連接至誤差信號輸入端446，以及通過電容444連接至電路接地118。比較器的正相輸入端通過電阻434連接至偏壓供電端450，并且通過電阻438連接至電路接地118。電阻和來自于分壓網絡的電阻438，用于提供比較器430的正相輸入端的參考電壓來比較產生誤差信號。電容436連接在比較器430的正相輸入端和電路接地118之間，用于減少參考電壓上的噪聲。電阻432和二極管428串聯(lián)連接形成比較器430的輸出端和比較器430的正相輸入端之間的反饋環(huán)。二極管428的正極連接到比較器430的的輸出。
[0026]在一個實施例中，比較器430是運算放大器，比較器430的正相輸入端連接的參考電壓大約在0.5伏直流電壓，以及旁路電路400配置為當功率變換器的輸入電壓大約為30伏或更大時，使旁路電路404從其輸入端導通至其輸出端。因此，當目標輸出電壓為25伏并且輸入電壓在25和30伏之間時，功率變換器的輸入電壓通過升壓功率級中的二極管導通至功率變換器的輸出端。誤差信號從大約O伏至5伏變化，其中O伏指示PWM控制器110不操作升壓功率級108來對升壓功率變換器的輸入電壓進行增大或變換，并且5伏指示PWM控制器110以最大輸出操作升壓功率級108來對升壓功率變換器的輸入電壓進行增大或變換至目標輸出電壓。當誤差信號大于0.5伏時，比較器430的輸出低，并且吸收開關420不將電流從吸收開關420的輸入端傳導至吸收開關420的輸出端。因此，門驅動開關410的控制端通過電阻412將門驅動開關410的輸入端上拉，并且門驅動開關410從其輸入端至其輸出端導電。其將旁路開關404的控制端連接至旁路開關404的輸出端，促使旁路開關從其輸入端至其輸出端不導通。當誤差信號小于0.5伏時，比較器430的輸出信號為高電平(即，在本例中為5伏)，并且吸收開關420從其輸入端至其輸出端導通。電流吸收器418因而從門驅動開關410的控制端吸收電流，促使門驅動開關從其輸入端至其輸出端不導通。旁路開關404的控制端通過二極管414下拉，并且旁路開關404變得從其輸入端至其輸出端導通。
[0027]如圖5所示，方法500，可選擇地從步驟502開始，提供同功率變換器的功率級并聯(lián)的較低損耗電流路徑。在步驟502，門驅動開關在旁路開關的輸出端和控制端之間提供較低損耗連接。在步驟504，接收指示功率級是否將功率變換器的輸入電壓升壓至目標輸出電壓的誤差信號。在步驟506，當誤差信號指示功率級的輸入電壓等于或大于功率級的目標輸出電壓時，電流吸收器從門驅動開關的控制端吸收控制電流。在步驟508，門驅動開關電阻響應于從門驅動開關的控制端吸收的控制電流而增加。旁路開關的控制端和輸出端之間的電壓增加超過了旁路開關的閾值電壓，并且旁路開關輸入端至輸出端之間變得導通。
[0028]應知曉，功率變換器可用在各種應用中，并且可為除了升壓功率變換器的其他類型。在車輛應用中，功率變換器的輸入電壓可為，例如12伏或24伏標稱直流電壓。應知曉車輛可為任何自推進車輛。例如，車輛100可為卡車，汽車，公共汽車，游藝車，船，輪船，飛機，直升機，所有地面運動車輛，摩托車，或者高爾夫球車。車輛100還可為特種車輛，比如滑動轉向車，叉車，采礦車，非高速自卸卡車，擺動鏟，牽引繩索或者機車。功率變換器可給ABS剎車，空氣壓縮機，或者車輛上的任何其它裝置供電。功率變換器還可用于除車輛以外的應用。
[0029]應知曉圖1，2和4的DC-DC變換器的多種裝置和組件可采用不同的方式實施并且考慮除本申請描述以外的功率變換器的不同組件或部件的部分。例如，盡管旁路開關如圖所示為P溝道M0SFET，其他裝置比如雙極結型晶體管可用在這里。阻斷開關所示為N溝道M0SFET，但是可使用其他類型的開關。進一步地，振蕩器222可被任意振蕩器設計代替，并且旁路開關400的輸入端可連接至瞬態(tài)電壓旁路電路200的輸入和輸出端。所有這些的組合均在本發(fā)明公開的范圍之內。
[0030]在一個實施例中，瞬態(tài)電壓阻斷電路包括:具有輸入端、輸出端和控制端的阻斷開關；連接至阻斷開關的控制端的限壓器；以及其輸出被連接至阻斷開關的控制端的限流電壓源。阻斷開關的輸出端的電壓參考了限流電壓源的輸出電壓。阻斷開關包括低導通電阻N溝道M0SFET。阻斷開關的輸出端連接至升壓功率變換器的升壓功率級。限壓器包括齊納二極管，其陰極連接至阻斷開關控制端，并且陽極連接至瞬態(tài)電壓阻斷電路的接地端。限流電壓源包括電荷泵電路，被振蕩器驅動并且被阻斷開關的輸出端參考。限流電壓源的輸出電壓超過阻斷開關的閾值電壓。瞬態(tài)電壓阻斷開關可進一步包括連接在阻斷開關的控制端和阻斷開關的輸出端之間的靜電放電保護裝置。靜電放電保護裝置是齊納二極管，其陰極連接至阻斷開關的控制端，并且陽極連接至阻斷開關的輸出端。靜電放電保護裝置具有大于阻斷開關的閾值電壓的閾值電壓。
[0031]在一個實施例中，功率變換器包括接收輸入電壓和提供輸出電壓的功率級，以及當輸入電壓超過預設閾值時從功率級阻斷輸入電壓的瞬態(tài)電壓阻斷電路。瞬態(tài)電壓阻斷電路包括阻斷開關，具有接收輸入電壓的輸入端，控制端，和可選擇地根據控制端的電壓提供輸入電壓給功率級的輸出端；限壓器，連接至阻斷開關的控制端；以及限流電壓源，具有連接至阻斷開關的控制端的輸出。阻斷開關的輸出端的電壓參考了限流電壓源的輸出電壓。當輸入電壓小于目標輸出電壓時，功率級的輸出電壓高于輸入電壓，并且當輸入電壓等于或大于目標輸出電壓并且小于預設閾值電壓時，功率級的輸出電壓幾乎等于輸入電壓。當輸入電壓等于或大于目標輸出電壓并且小于預設閾值電壓時，升壓功率級的輸出電壓比輸入電壓小一個二極管壓降。功率級是升壓功率級，并且功率變換器是升壓功率變換器。阻斷開關包括低導通電阻的N溝道M0SFET。限壓器包括齊納二極管，其陰極連接至阻斷開關控制端，并且陽極連接至瞬態(tài)電壓阻斷電路的接地端。限流電壓源包括由振蕩器驅動的充電泵電路和參考阻斷開關的輸出端。限流電壓源的輸出電壓超過阻斷開關的閾值電壓。功率變換器可進一步包括連接在阻斷開關的控制端和阻斷開關的輸出端之間的靜電放電保護裝置，并且靜電放電保護裝置是齊納二極管，其陰極連接至阻斷開關的控制端，并且陽極連接至阻斷開關的輸出端。靜電放電保護裝置具有大于阻斷開關的閾值電壓的閾值電壓。
[0032]在一個實施例中，選擇性地將輸入電壓從功率變換器的功率級阻斷的方法包括:在功率變換器的輸入端和功率變換器的功率級之間提供一電壓給阻斷開關的控制端，其中阻斷開關的輸出端參考了所提供的電壓，并且其中所提供的電壓是限流的；當功率變換器的控制端和接地端之間的電壓達到閾值電壓時，從阻斷開關的控制端傳導電流給功率變換器的接地端來使控制端和接地端之間的電壓維持在閾值電壓；響應于阻斷開關的控制端和輸出端之間的電壓差的減小來增加阻斷開關的電阻。功率級是升壓功率級，并且功率變換器是升壓功率變換器。當功率變換器的控制端和接地端之間的電壓達到閾值電壓時，齊納二極管將電流從阻斷開關的控制端傳導至功率變換器的接地端。增加阻斷開關的電阻阻斷了來自于功率變換器的功率級的輸入電壓。
[0033]在一個實施例中，電氣系統(tǒng)包括提供電能的電源和從電源接收電能的功率變換器并且提供電能給裝置。功率變換器包括接收輸入電壓和提供輸出電壓的功率級以及瞬態(tài)電壓阻斷電路，當輸入電壓超過預設閾值時，從功率級阻斷輸入電壓。瞬態(tài)電壓阻斷電路包括阻斷開關，其具有接收輸入電壓的輸入端，控制端，和輸出端，選擇性地根據控制端的電壓提供輸入電壓給功率級；連接至阻斷開關的控制端的限壓器；具有連接至阻斷開關的控制端的輸出的限流電壓源，其中阻斷開關的輸出端的電壓參考了限流電壓源的輸出電壓。電源將機械能轉換為電能，裝置為車輛的防抱死制動系統(tǒng)，并且功率變換器是升壓功率變換器。
[0034]在一個實施例中，車輛包括接收能量的裝置和提供電能給裝置的電氣系統(tǒng)。電氣系統(tǒng)包括提供電能的電源；和從電源接收電能和提供電能給裝置的功率變換器。功率變換器包括接收輸入電壓和提供輸出電壓的功率級，以及瞬態(tài)電壓阻斷電路，當輸入電壓超過預設閾值時將輸入電壓從功率級阻斷。瞬態(tài)電壓阻斷電路包括阻斷開關，具有接收輸入電壓的輸入端，控制端，和選擇性地根據控制端的電壓提供輸入電壓給功率級的輸出端；限壓器，連接至阻斷開關的控制端；以及限流電壓源，具有連接至阻斷開關的控制端的輸出端，其中阻斷開關的輸出端的電壓參考了限流電壓源的輸出電壓。電源將機械能轉換為電能，裝置為車輛的防抱死制動系統(tǒng)，并且功率變換器是升壓功率變換器。
[0035]本發(fā)明公開的所述示例，包括最好的模式，以及所有本領域技術人員能夠實施發(fā)明的方式，包括生產和使用任何裝置或系統(tǒng)以及實施任何結合的方法。本發(fā)明的專利范圍由權利要求限定，并且可包括其他本領域的示例。如果結構元素同權利要求的文字描述并無不同或者如果它們包括等同的結構元素同權利要求的文字描述并無實質性不同，這些示例則包括在權利要求的范圍之內。
【權利要求】
1.一種瞬態(tài)電壓阻斷電路，包括: 阻斷開關，具有輸入端、輸出端和控制端； 限壓器，連接至所述阻斷開關的所述控制端；以及 限流電壓源，具有連接至所述阻斷開關的所述控制端的輸出，其中所述阻斷開關的所述輸出端的電壓參考了所述限流電壓源的輸出電壓。
2.根據權利要求1所述的瞬態(tài)電壓阻斷電路，其中阻斷開關包括低導通電阻N溝道MOSFETo
3.根據權利要求1所述的瞬態(tài)電壓阻斷電路，其中阻斷開關的輸出端連接至升壓功率變換器的升壓功率級。
4.根據權利要求1所述的瞬態(tài)電壓阻斷電路，其中限壓器包括齊納二極管，其陰極連接至阻斷開關的控制端并且其陽極連接至瞬態(tài)電壓阻斷電路的接地端。
5.根據權利要求1所述的瞬態(tài)電壓阻斷電路，其中所述限流電壓源包括電荷泵電路，被振蕩器驅動并且被所述阻斷開關的所述輸出端參考。
6.根據權利要求1所述的瞬態(tài)電壓阻斷電路，其中限流電壓源的輸出電壓超過阻斷開關的閾值電壓。
7.根據權利要求1所述的瞬態(tài)電壓阻斷電路，進一步包括靜電放電保護裝置，其連接在阻斷開關的控制端和阻斷開關的輸出端之間，其中所述靜電放電保護裝置是齊納二極管，其陰極連接至阻斷開關的控制端并且其陽極連接至阻斷開關的輸出端，并且其中所述靜電放電保護裝置具有大于阻斷開關的閾值電壓的閾值電壓。
8.—種功率變換器，包括: 功率級，用于接收輸入電壓和提供輸出電壓；以及 瞬態(tài)電壓阻斷電路，用于當輸入電壓超過預設閾值時阻斷來自所述功率級的輸入電壓。
9.根據權利要求8所述的功率變換器，其中瞬態(tài)電壓阻斷電路包括: 阻斷開關，其具有接收輸入電壓的輸出端、控制端和輸出端，用于選擇性地根據控制端處的電壓將輸入電壓提供給功率級； 限壓器，其連接至阻斷開關的控制端；以及 限流電壓源，其具有連接至阻斷開關的控制端的輸出，其中阻斷開關的輸出端的電壓參考了限流電壓源的輸出電壓。
10.根據權利要求8所述的功率變換器，其中當輸入電壓小于目標輸出電壓時，功率級的輸出電壓高于輸入端壓，并且當輸入電壓等于或大于目標輸出電壓并且小于預設閾值電壓時，功率級的輸出電壓接近等于輸入電壓。
11.根據權利要求10所述的功率變換器，其中當輸入電壓等于或大于目標輸出電壓并且小于預設閾值電壓時，升壓功率級的輸出電壓比輸入電壓小一個二極管壓降。
12.根據權利要求8所述的功率變換器，其中功率級是升壓功率級，并且其中功率變換器是升壓功率變換器。
13.根據權利要求9所述的功率變換器，其中阻斷開關包括低導通N溝道MOSFET。
14.根據權利要求9所述的功率變換器，其中限壓器包括齊納二極管，其陰極連接至阻斷開關的控制端并且其陽極連接至瞬態(tài)電壓阻斷電路的接地端。
15.根據權利要求9所述的功率變換器，其中限流電壓源包括電荷泵電路，被振蕩器和阻斷開關的輸出端驅動。
16.根據權利要求9所述的功率變換器，其中限流電壓源的輸出電壓超過阻斷開關的閾值電壓。
17.根據權利要求9所述的功率變換器，進一步包括連接在阻斷開關的控制端和阻斷開關的輸出端之間的靜電放電保護裝置，其中所述靜電放電保護裝置是齊納二極管，其陰極連接至阻斷開關的控制端并且其陽極連接至阻斷開關的輸出端，并且其中所述靜電放電保護裝置具有大于阻斷開關的閾值電壓的閾值電壓。
18.—種選擇性地阻斷來自功率變換器的功率級的輸入電壓的方法，所述方法包括: 在功率變換器的輸入端和功率變換器的功率級之間提供一電壓給阻斷開關的控制端，其中阻斷開關的輸出端參考了所提供的電壓，并且其中所提供的電壓是限流的； 當功率變換器的控制端和接地端之間的電壓達到閾值電壓時，從阻斷開關的控制端傳導一電流給功率變換器的接地端，從而使控制端和接地端之間的電壓維持在閾值電壓；并且 響應于阻斷開關的控制端和輸出端之間的電壓差的減小來增加阻斷開關的電阻。
19.根據權利要求18所述的方法，其中功率級是升壓功率級，并且功率變換器是升壓功率變換器。
20.根據權利要求18所述的方法，其中當功率變換器的控制端和接地端之間的電壓達到閾值電壓時，齊納二極管將電流從阻斷開關的控制端傳導至功率變換器的接地端，并且其中所述增加阻斷開關的電阻阻斷了來自于功率變換器的功率級的輸入電壓。
21.—種電氣系統(tǒng),包括: 用于提供電能的電源；以及 功率變換器，用于從電源接收電能并且提供電能給一裝置，所述功率變換器包括: 功率級，用于接收輸入電壓并且提供輸出端壓； 瞬態(tài)電壓阻斷電路，用于當輸入電壓超過預設閾值時阻斷來自功率級的輸入電壓。
22.根據權利要求21所述的電氣系統(tǒng)，其中瞬態(tài)電壓阻斷電路包括: 阻斷開關，其具有接收輸入電壓的輸入端、控制端和輸出端，用于選擇性地根據控制端處的電壓提供輸入電壓給功率級； 限壓器，其連接至阻斷開關的控制端；以及 限流電壓源，其具有連接至阻斷開關的控制端的輸出，其中阻斷開關的輸出端的電壓參考了限流電壓源的輸出電壓。
23.根據權利要求21所述的電氣系統(tǒng)，其中電源將機械能轉換為電能，裝置為車輛的防抱死制動系統(tǒng)，并且功率轉換器是升壓功率變換器。
24.—種車輛，包括: 接收能量的裝置； 電氣系統(tǒng)，用于提供能量給裝置，所述電氣系統(tǒng)包括: 電源，用于提供電能；以及 功率變換器，用于從電源接收電能并且提供電能給裝置，所述功率變換器包括: 功率級，用于接收輸入電壓和提供輸出電壓；和瞬態(tài)電壓阻斷電路，用于當輸入電壓超過預設閾值時阻斷來自功率級的輸入電壓。
25.根據權利要求24所述的車輛，其中瞬態(tài)電壓阻斷電路包括: 阻斷開關，其具有接收輸入電壓的輸入端、控制端和輸出端，用于選擇性地根據控制端處的電壓提供輸入電壓給功率級； 限壓器，其連接至阻斷開關的控制端；和 限流電壓源，其具有連接至阻斷開關的控制端的輸出，其中阻斷開關的輸出端的電壓參考了限流電壓源的輸出電壓。
26.根據權利要求24所述的車輛，其中電源將機械能轉換為電能，裝置為車輛的防抱死制動系統(tǒng)， 并且功率變換器是升壓功率變換器。
【文檔編號】H02H7/12GK103843214SQ201280032415
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年7月12日 優(yōu)先權日:2011年7月14日
【發(fā)明者】M·S·喬治, C·L·伯納茲 申請人:庫柏技術公司