[发明专利]包括电荷泵电容器的DC到DC电压转换器

说明书

技术领域

本发明涉及能量转换领域，且更具体地涉及DC到DC电压转换器，对本领域的技术人员熟知为“DC-DC转换器”。本发明之意图更具体地在于通过限制转换损失来优化机动车辆车载DC-DC转换器以获得在转换器的输出端的稳定电压。

背景技术

DC-DC转换器能够在机动车辆的各种电子装备中使用。其功能是将输入电压(例如24V)转换为低的输出电压(例如12)，以便对机动车辆的装备供电。当在城市中驾驶时，公知为“停止和启动”系统的节能系统在车辆停止时通过自动停止发动机来限制能耗，其要求较大数量的电力。当内部内燃机是大型汽缸一(＞1.6L)时正常车载车辆网络的电压12V-14V不适合于此类型的系统。此类型的系统要求较高的电压(如24V)。在这种情况下，转换器用来将“停止和启动”系统使用的电压(24V)变换为12V电压由此用于对机动车辆装备供电。

也公知为“斩波器”的DC-DC转换器是使用由控制器控制的一个或多个开关的功率电子设备，以便将主电压转变为低输出电压。转变或斩波在非常高的频率中完成以限制转换器的尺寸以及转换器的内部滤波元件的尺寸。由此产生的电压是DC电压。

传统上，DC-DC转换器采用电压转换电路的形式，包括输入电压被施加的输入端、输出电压被采样的输出端、和地，电路形成具有中心的三分支星形。

参考图1，利用输入端连接该星形的中心的该电路的输入分支包括叫做上开关T1的开关。利用地端连接该星形的中心的该电路的地分支包括叫做下二极管D2的二极管。利用输出端连接该星形的中心的输出分支包括电感L，其中输出电流IL在其中流动。二极管D2的功能是根据开关T1的状态允许电流通过或阻断电流。

对本领域的技术人员公知为“高端”开关的上开关T1一般采用晶体管(MOSFET/双极晶体管)的形式，该晶体管由连接到其端子的控制器(未在图1中示出)单独控制。为了控制器控制上开关T1以完成其控制功能，它必须连接到低值恒定电势(如12V)。该低值恒定电势完成对该控制器(“驱动器”)供电的功能。

上开关T1一方面连接到输入端(具有将被斩波的值的电压)，以及另一方面，连接到星形的中心(其电势是可变的)。由于在星形的中心的电势(其碰巧是上开关T1的控制器的电源的参考电势)的变化，该供电不够稳定。

为了对上开关T1的控制器供电，在DC-DC转换器电路中使用公知的“电荷泵”电容器，更熟知为“自举电容器”。该使用使得在星形的中心的电势的变化问题得到克服。

为此，参考图2，“自举电容器”转换器除了输入端、输出端和地之外还包括控制端，经由控制分支连接到星形的中心。如图2所示，用于控制上开关T1的模块1与电荷泵电容器C并联地安装在转换器控制分支中。

当上开关T1闭合时，星形的中心的电势(Va)等于输入端的电势(Ue)。电荷泵电容器C为模块1供电(电容器放电)。然后控制模块能够完成其控制上开关T1的功能。

当上开关T1断开时，由于输出电流IL无法立即在电感L中消除，故二极管D2变为正向偏置。在星形的中心的电势(Va)接地。电容器中的电流减少。

也等于星形的中心的电势的模块1的参考电势与地连接。

在这种情况下，电压Ud经由二极管Dc(它被正向偏置)和电阻R为模块1供电。在同时，电容器C重新充电。电阻R的用途是限制电容器C的重新充电电流。

如果电流IL是负的，则二极管D1被正向偏置并且电势Va＝Ue。电荷泵电容器C放电以为控制模块供电。

最后，如果输出电流IL是零，电势Va不参考任何电压(浮动电势)，电荷泵电容器C放电以为控制模块供电。

考虑电容器C的充电依靠于输出电流IL的值，电容器C的充电时间可能太短，阻止电容器C的完全重新充电。当电容器C必须为DC-DC转换器控制模块1供电时这干扰输入电压斩波控制。在多个充电/放电循环之后，电荷泵电容器C可能没有被充分地充电以为控制模块供电。

一个解决方案将是保证电感L的最小电流以保证当开关T1断开时二极管D2的导通时间。可是，在电感中的不必要电流将导致次级网络(输出S)中的过压。

另一解决方案包括增加在上开关T1的断开和闭合之间的开关频率。可是，与开关动作关联的能量损耗则太大。

发明内容

本发明的一个目的是保证电荷泵电容器的充电时间以便优化电压斩波。

本发明涉及DC到DC电压转换器，包括输入端、输出端、控制端和地，形成具有中心端的四分支星形电路，输入电压计划要施加在输入端和地之间，该转换器包括：