DE-102015217818-B4 - Spannungsklemmvorrichtung und -Verfahren

Abstract

Verfahren zum Schutz von Transistoren in einem DC/DC-Wandlerschaltkreis (104), wobei die Transistoren in dem DC/DC-Wandlerschaltkreis (104) einen ersten Transistor (270) und einen zweiten Transistor (272) umfassen, wobei umgewandelte Energie durch einen H-Brückenschaltkreis (204) durch einen Transformator (206) geleitet wird, wobei das Verfahren umfasst: Bei einem ersten Betriebszustand des H-Brückenschaltkreises (204): Aktivieren eines dritten Transistors (254) in einem Schutzschaltkreis (210), um eine Spule (256) in dem DC/DC-Wandlerschaltkreis (104) zu entladen, welcher zuvor geladen war, wobei die Spule (256) mit dem dritten Transistor (254) gekoppelt ist, wobei das Entladen der Spule (256) einen Ausgabestrom des DC/DC-Wandlerschaltkreises (104)verstärkt; Aufladen eines Kondensators (249) durch eine Diode (240), wobei der Kondensator (249) und die Diode (240) in dem Schutzschaltkreis (210) angeordnet sind, wobei die Diode (240) mit dem ersten Transistor (270) gekoppelt ist, wobei das Aufladen des Kondensators (249) bewirkt, die Spannung an dem ersten Transistor (270) zu begrenzen, wobei das Verfahren weiterhin umfasst: Bei einem zweiten Betriebszustand des H-Brückenschaltkreises (204): Aktivieren des ersten Transistors (270); Fortfahren, die Spule vollständig (256) zu entladen, wodurch der Ausgabestrom des DC/DC-Wandlerschaltkreises (104) verstärkt wird; Entladen des Kondensators (249) durch Aktivieren eines vierten Transistors (242) in dem Schutzschaltkreis (210), wobei der vierte Transistor (242) mit der Diode (240) gekoppelt ist, wobei das Aktivieren des vierten Transistors (242) eine mit dem vierten Transistor (242) gekoppelte zweite Spule (246) auflädt.

Inventors

• Sergio Adolfo Elias-Palacios

Assignees

• Schaeffler Technologies AG & Co. KG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20150917

Priority Date

20140917

Claims (12)

1. Verfahren zum Schutz von Transistoren in einem DC/DC-Wandlerschaltkreis (104), wobei die Transistoren in dem DC/DC-Wandlerschaltkreis (104) einen ersten Transistor (270) und einen zweiten Transistor (272) umfassen, wobei umgewandelte Energie durch einen H-Brückenschaltkreis (204) durch einen Transformator (206) geleitet wird, wobei das Verfahren umfasst: Bei einem ersten Betriebszustand des H-Brückenschaltkreises (204): Aktivieren eines dritten Transistors (254) in einem Schutzschaltkreis (210), um eine Spule (256) in dem DC/DC-Wandlerschaltkreis (104) zu entladen, welcher zuvor geladen war, wobei die Spule (256) mit dem dritten Transistor (254) gekoppelt ist, wobei das Entladen der Spule (256) einen Ausgabestrom des DC/DC-Wandlerschaltkreises (104)verstärkt; Aufladen eines Kondensators (249) durch eine Diode (240), wobei der Kondensator (249) und die Diode (240) in dem Schutzschaltkreis (210) angeordnet sind, wobei die Diode (240) mit dem ersten Transistor (270) gekoppelt ist, wobei das Aufladen des Kondensators (249) bewirkt, die Spannung an dem ersten Transistor (270) zu begrenzen, wobei das Verfahren weiterhin umfasst: Bei einem zweiten Betriebszustand des H-Brückenschaltkreises (204): Aktivieren des ersten Transistors (270); Fortfahren, die Spule vollständig (256) zu entladen, wodurch der Ausgabestrom des DC/DC-Wandlerschaltkreises (104) verstärkt wird; Entladen des Kondensators (249) durch Aktivieren eines vierten Transistors (242) in dem Schutzschaltkreis (210), wobei der vierte Transistor (242) mit der Diode (240) gekoppelt ist, wobei das Aktivieren des vierten Transistors (242) eine mit dem vierten Transistor (242) gekoppelte zweite Spule (246) auflädt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der H-Brückenschaltkreis (204) vier Transistoren (220, 222,224, 226) verwendet, welche wahlweise aktiviert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Ausgabestrom durch eine Last (248) verbraucht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , wobei die Last (248) eine Fahrzeugzusatzeinrichtung umfasst.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei eine Batterie (202) den H-Brückenschaltkreis (204) mit Spannungen versorgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Batterie (202) ein Batteriepack in einem Hybridfahrzeug oder in einem Elektrofahrzeug ist.
7. DC/DC-Wandlerschaltkreis, umfassend: Einen ersten Transistor(270) und einen zweiten Transistor (272) zur Aufnahme von umgewandelter Energie, welche von einem H-Brückenschaltkreis (204) an einem Transformator (206) angelegt ist, wobei der erste Transistor (270) und der zweite Transistor (272) mit einer Last (248) gekoppelt sind; eine Spule (256); einen Schutzschaltkreis (210), welcher mit dem ersten Transistor (270) und dem zweiten Transistor (272) gekoppelt ist, wobei der Schutzschaltkreis (210) einen dritten Transistor (254), einen Kondensator (249) und eine Diode (240) umfasst, wobei die Diode (240) mit dem ersten Transistor (270) gekoppelt ist; wobei bei einem ersten Betriebszustand des H-Brückenschaltkreises (204) der dritte Transistor (254) in dem Schutzschaltkreis (210) aktiviert ist, um die Spule (256) zu entladen, welche zuvor aufgeladen war, wobei die Spule (256) mit dem dritten Transistor (254) gekoppelt ist, wobei das Entladen der Spule (256) einen Ausgabestrom des DC/DC-Wandlerschaltkreises (104) verstärkt, wobei der Kondensator (249) durch die Diode (240) aufgeladen ist, wobei der Kondensator (249) und die Diode (240) in dem Schutzschaltkreis (210) angeordnet sind und wobei das Aufladen des Kondensators (249) bewirkt, die Spannung an dem ersten Transistor (270) zu begrenzen, wobei in einem zweiten Betriebszustand des H-Brückenschaltkreises (204) der erste Transistor (270) aktiviert ist, wobei die Spule (256) fortfährt, vollständig zu entladen, wodurch der Ausgangsstrom des DC/DC-Wandlerschaltkreises verstärkt ist, und wobei der Kondensator (249) durch Aktivieren eines vierten Transistors (242) in dem Schutzschaltkreis (210) entladen ist, wobei der vierte Transistor (242) mit der Diode (240) gekoppelt ist, wobei das Aktivieren des vierten Transistors (242) eine mit dem vierten Transistor (242) gekoppelte zweite Spule (246) auflädt.
8. Schaltkreis nach Anspruch 7 , wobei der H-Brückenschaltkreis (204) vier Transistoren (220, 222, 224, 226) umfasst, welche wahlweise aktiviert sind.
9. Schaltkreis nach Anspruch 7 , wobei der Ausgangsstrom durch die Last (248) verbraucht wird.
10. Schaltkreis nach Anspruch 9 , wobei die Last (248) eine Fahrzeugzusatzeinrichtung umfasst.
11. Schaltkreis nach Anspruch 7 , wobei eine Batterie (202) dem H-Brückenschaltkreis (204) Spannungen zuführt.
12. Schaltkreis nach Anspruch 11 , wobei die Batterie (202) ein Batteriepack in einem Hybridfahrzeug oder in einem Elektrofahrzeug ist.

Description

Technisches Gebiet Diese Anmeldung betrifft Energieumwandlungsschaltkreise, und insbesondere Schutzeinrichtungen in diesen Schaltkreisen. Hintergrund der Erfindung Batterien (und manchmal eine Mehrzahl von Batterien) werden zur Versorgung von unterschiedlichen Arten von Systemen mit Energie verwendet. Beispielsweise werden Batterien zum Betreiben von Elektrofahrzeugen oder Hybrid-Elektrofahrzeugen verwendet. Die Batterien in diesen Systemen können als Batteriepacks angeordnet sein, welche Spannungen im Bereich von 150-600 Volt bereitstellen. Allerdings erfordern im gleichen Fahrzeug verwendete Einrichtungen typischerweise Spannungen, welche sehr viel geringer als 150-600 Volt sind. Somit muss das Fahrzeug eine Umwandlungseinrichtung bzw. einen Umwandlungsschaltkreis aufweisen, welcher die Batteriespannung auf ein verwertbares Niveau reduziert. Ein solches verwendbares Umwandlungssystem ist ein DC/DC-Wandler. In einigen Beispielen reduziert der DC/DC-Wandler die Spannung vom 150-600 Volt-Bereich auf einen Wert von 12 Volt (oder weniger). Trotz der Verwendung von DC/DC-Wandlern weisen diese typischerweise betriebliche Probleme und Begrenzungen auf. Beispielsweise verwendet die Umwandlungsschaltung im DC/DC-Wandler typischerweise Transistoren. Wenn die angelegte Spannung zu hoch ist, können Transistoren beschädigt oder zerstört werden. Einige frühere Lösungsansätze beruhten ausschließlich auf Widerständen, Kondensatoren und Dioden, um die an den Transistoren anlegbaren Spannungen zu begrenzen. Jedoch vergeudet dieser Lösungsansatz Energie, welche in dem System als überschüssige Energie verwendet werden kann, wobei Spannung durch den Widerstand einfach verbraucht wird. Elektro- oder HybridFahrzeuge müssen mit Energie so sparsam wie möglich umgehen, wobei eine Verschwendung von Energie von diesem Ziel wegführt. DE 10 2012 202 869 A1 offenbart einen Gleichspannungswandler mit einem Transformator mit einer primärseitigen Wicklung und einer sekundärseitigen Wicklung mit Mittelabgriff, einer Speicherdrossel, welche zwischen den Mittelabgriff und einen ersten Ausgang des Gleichspannungswandlers gekoppelt ist, einer Gleichrichterschaltung, welche jeweils mit den endseitigen Abgriffen der sekundärseitigen Wicklung verbunden ist, und welche zum Erzeugen einer gleichgerichteten Ausgangsspannung an einem zweiten Ausgang des Gleichspannungswandlers ausgelegt ist, einer über die Gleichrichterschaltung geschalteten Snubberschaltung, welche dazu ausgelegt ist, in der Gleichrichterschaltung auftretende resonante Schwingungsenergie zu speichern, und einer Ansteuervorrichtung. Alles in allem waren frühere Versuche zur Überwindung dieser Probleme im Allgemeinen nicht erfolgreich. Diese früheren Systeme und Lösungsansätze haben zu einer schlechten Energieumwandlungsleistung geführt, was schließlich zu Kundenunzufriedenheit oder mangelndem Kundeninteresse geführt hat. Kurzbeschreibung der Zeichnungen Für ein vollständigeres Verständnis der Offenbarung sollten die folgende detaillierte Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen herangezogen werden, wobei:1 ein Blockdiagramm eines Systems umfasst, welches einen DC/DC-Umwandlungsschaltkreis mit Überspannungsschutz verwendet, und zwar in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;2 ein Schaltkreisdiagramm eines Spannungsumwandlungsschaltkreises mit einem Schutzschaltkreis umfasst, welcher Spannungen an den Transistoren der DC/DC-Umwandlungsschaltkreise begrenzt, und zwar in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; und3 drei Kurven umfasst, welche den Betrieb der Verfahren der Spannungsbegrenzung für Transistoren in DC/DC-Umwandlungsschaltkreisen zeigen, und zwar in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann wird erkennen, dass Elemente in den Figuren aus Gründen der Einfachheit und Klarheit dementsprechend dargestellt sind. Es wird außerdem davon ausgegangen, dass die hierin verwendeten Begriffe ihre ursprüngliche Bedeutung mit Bezug auf ihre entsprechenden Verwendungsbereiche haben, es sei denn, dass bestimmte Bedeutungen hierin aufgeführt werden. Detaillierte Beschreibung Es werden hierin Verfahren beschrieben, welche an Transistoren in einem DC/DC-Umwandlungsschaltkreis angelegte Spannungen klemmen bzw. begrenzen. Insbesondere versorgt ein Batterieschaltkreis (zum Beispiel ein Batteriepack) einen DC/DC-Umwandlungsschaltkreis mit Spannung, Strom und Energie. Der DC/DC-Umwandlungsschaltkreis wandelt die hohe DC-Spannung der Batterie in eine reduzierte Spannung um. Diese Funktion wird teilweise durch die Verwendung von Transistoren erreicht. Ein Spannungsschutzschaltkreis begrenzt die an den Transistoren angelegte Spannung. Das Verfahren verwendet Kombinationen aus Transistoren, Kondensatoren, Spulen und Dioden, um in aktiver Art und Weise die Spannung an den Treibertransistoren des DC/DC-Umwandlungsschaltkreises zu begrenzen. Die hierin beschriebenen Verfahre