專利名稱：用于雙層電容器的串聯(lián)電容器的電荷平衡的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1或2所述的尤其是在車(chē)輛電網(wǎng)中用于使雙層電容器的串聯(lián)電容器的電荷平衡的裝置。
本發(fā)明還涉及一種如權(quán)利要求5所述的運(yùn)行該裝置的方法。
例如在通過(guò)作為電動(dòng)機(jī)工作的集成起動(dòng)發(fā)電機(jī)提速支持(助推)內(nèi)燃機(jī)的情況下或者在通過(guò)作為發(fā)電機(jī)工作的集成起動(dòng)發(fā)電機(jī)將再生性制動(dòng)過(guò)程(再生)中的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能的情況下，雙層電容器已經(jīng)證實(shí)為用于在車(chē)輛電網(wǎng)中存儲(chǔ)和提供短時(shí)間高功率的最有意義的技術(shù)解決方案。
雙層電容器的單電容器的最高電壓被限制為約2.5V至3.0V，從而對(duì)于例如60V的電壓值(即在42V車(chē)輛電網(wǎng)中所使用的雙層電容器的典型的電壓值)必須將約20至25個(gè)單個(gè)電容器串聯(lián)成電容器組。
以單個(gè)電容器的不同的自放電(在16小時(shí)內(nèi)約5％至8％)為條件，在電容器組中隨著時(shí)間形成電荷不平衡，如果不采取電荷平衡，則所述電荷不平衡使雙層電容器最終不能用。如果從周至月的時(shí)間間隔上外推在汽車(chē)的情況下重要的放電曲線，則存在的問(wèn)題就是顯而易見(jiàn)的。
例如，正如在鉛酸蓄電池的情況下那樣通過(guò)對(duì)該組稍微過(guò)充電所引起的簡(jiǎn)單電荷平衡在雙層電容器的情況下卻是不可能的。
從EP 0 432 639 B2中公知，在許多串聯(lián)的蓄電池的情況下在弱充電的蓄電池與其余蓄電池的組之間的電荷平衡是通過(guò)以下方式達(dá)到的，即為該蓄電池組的每個(gè)單個(gè)蓄電池設(shè)置比較電路和具有矩形波函數(shù)發(fā)生器的充電電路、以及二極管、變壓器和斷路器。借助于這種作為回掃轉(zhuǎn)換器(根據(jù)閉塞換能器原理)工作的裝置，從整個(gè)組提取能量并且隨后將所述能量回饋到放電最多的蓄電池。
該耗費(fèi)對(duì)兩個(gè)或者三個(gè)蓄電池尚為合算，對(duì)于由二十個(gè)或者更多的蓄電池/電容器組成的組來(lái)說(shuō)，所述耗費(fèi)明顯過(guò)高了。
本發(fā)明的任務(wù)是，創(chuàng)造一種具有被簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)的裝置，借助這種裝置可以實(shí)現(xiàn)自控運(yùn)行，用于以很低的技術(shù)耗費(fèi)在雙層電容器的電容器組的單個(gè)電容器之間進(jìn)行電荷平衡。本發(fā)明的任務(wù)還是，說(shuō)明一種運(yùn)行該裝置的方法，借助于所述方法可以進(jìn)行對(duì)所述裝置和所述電容器組的功能監(jiān)視。
根據(jù)本發(fā)明，所述任務(wù)通過(guò)依照權(quán)利要求1或2的特征的裝置和依照權(quán)利要求5的特征的方法來(lái)解決。
本發(fā)明的有利的擴(kuò)展可以由從屬權(quán)利要求給出。
下面借助于示例的附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。在附圖中

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的電路，圖2示出該電路的被選取的點(diǎn)的電壓特性曲線，圖2示出該電路的被選取的點(diǎn)的電流特性曲線，圖4示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的電路，圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的電路，其具有由n個(gè)串聯(lián)的單個(gè)電容器C1至Cn組成的雙層電容器DLC，所述雙層電容器有一個(gè)正的和一個(gè)負(fù)的端子V+和V-。
該電路具有回掃變壓器Tr0，其初級(jí)繞組和次級(jí)繞組彼此反相地繞制并且具有存儲(chǔ)磁能的作用.在圖1和圖4中在變壓器上標(biāo)出的點(diǎn)示出相應(yīng)的繞組始端。
回掃變壓器Tr0的初級(jí)繞組一方面與所述正端子V+連接，而另一方面與例如被構(gòu)造為MOSFET的開(kāi)關(guān)晶體管T1的漏極端子連接。然而開(kāi)關(guān)晶體晶體管T1也可以被構(gòu)成為帶有基極、發(fā)射極和集電極端子的雙極型晶體管。所述開(kāi)關(guān)晶體管T1的源極端子一方面與第一電壓比較器KOMP1的反相輸入端連接而另一方面通過(guò)第一電阻R1與負(fù)端子V-連接，所述負(fù)端子V-處在電路的基準(zhǔn)電位(地)上。
開(kāi)關(guān)晶體管T1的柵極端子與第一“與”門(mén)UND1的輸出端連接，其中向所述第一“與”門(mén)的一個(gè)輸入端輸送由外部的未示出的控制邏輯電路所提供的控制信號(hào)EN，并且所述第一“與”門(mén)的另一個(gè)輸入端與第二“與”門(mén)UND2的輸出端連接。
第一電壓比較器KOMP1的非反相輸入端與對(duì)地基準(zhǔn)電壓Vref1相連接，并且其輸出端與第二“與”門(mén)UND2的一個(gè)輸入端以及與監(jiān)控單元DIGA(診斷)的第一輸入端相連接。
回掃變壓器Tr0的次級(jí)繞組的一個(gè)端子直接連接到負(fù)端子V-，而另一個(gè)端子經(jīng)第一二極管D0和第二電阻R2連接到該負(fù)端子V-。第一電容器C0一方面連接到所述第一二極管D0的陰極而另一方面連接到負(fù)端子V-。第一二極管D0的陰極與第二電阻R2的連接點(diǎn)連接到第二電壓比較器KOMP2的反相輸入端，而所述第二電壓比較器KOMP2的非反相輸入端處在基準(zhǔn)電壓Vref1上。
該第二電壓比較器KOMP2的輸出端一方面與所述第二“與”門(mén)UND2的另一個(gè)輸入端相連接，而另一方面與監(jiān)控單元DIAG的第二輸入端相連接。
監(jiān)控單元DIAG的第三輸入端連接到第二電壓比較器KOMP2的非反相輸入端，并且監(jiān)控單元DIAG的第四輸入端處在第二對(duì)地基準(zhǔn)電壓Verf2上。監(jiān)控單元DIAG的輸出端提供狀態(tài)信號(hào)ST，該狀態(tài)信號(hào)ST由外部的未示出的分析邏輯電路監(jiān)控，對(duì)此在下文中將詳細(xì)說(shuō)明。
對(duì)雙層電容器DLC的每個(gè)單個(gè)電容器C1至Cn都分配一個(gè)同相繞制的(初級(jí)繞組與次級(jí)繞組是相互同相繞制的)單個(gè)變壓器Tr1至Trn。
每個(gè)單個(gè)變壓器Tr1至Trn的次級(jí)繞組的繞組始端經(jīng)由單個(gè)二極管D1至Dn與被分配給它的單個(gè)電容器C1至Cn的正端子+C1至+Cn相連接，而另一個(gè)端子直接與被分配給它的單個(gè)電容器C1至Cn的另一個(gè)(負(fù))端子連接。
單個(gè)變壓器Tr1至Trn的初級(jí)繞組并聯(lián)連接，其中公共的繞組始端連接到第一二極管D0的陰極，并且公共的繞組末端連接到負(fù)端子V-(基準(zhǔn)電位)并且連接到回掃變壓器Tr0的次級(jí)繞組的繞組末端。在此通過(guò)雙線總線線路實(shí)現(xiàn)回掃變壓器(Tr0)與單個(gè)變壓器的連接。
接下來(lái)，借助于所述電路的被選取的點(diǎn)的、在圖2a至圖2e(電壓)中以及在圖3a至圖3e(電流)中示出的信號(hào)特性曲線來(lái)說(shuō)明用于運(yùn)行該裝置的方法。在此假定，所述雙層電容器DLC的額定電壓＝10V，并且單個(gè)電容器的額定電壓＝2.5V，同時(shí)n＝4。這里，電荷平衡根據(jù)雙層電容器DLC的總電壓進(jìn)行，然而還可以根據(jù)其它的儲(chǔ)能器進(jìn)行，只要其與雙層電容器DLC相連接，然而這在圖1中沒(méi)有示出。
借助于上述控制信號(hào)EN(圖2a，在時(shí)間點(diǎn)t＝1μs開(kāi)始)，在該信號(hào)的持續(xù)時(shí)間期間1經(jīng)“與”門(mén)UND1開(kāi)通開(kāi)關(guān)晶體管T1(圖2b示出在開(kāi)關(guān)晶體管T1的漏極端子上的電壓；直到時(shí)間點(diǎn)t＝1μs為止在漏極端子上的電壓為+10V，在時(shí)間點(diǎn)t＝1μs時(shí)該電壓下降到接近于0V)。如果控制信號(hào)EN以及“與”門(mén)UND2的輸出位于高電平，則導(dǎo)通開(kāi)關(guān)晶體管T1(圖2e，t＝1μs)。
電流開(kāi)始從正端子V+經(jīng)過(guò)回掃變壓器Tr0的初級(jí)繞組、經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)晶體管T1和第一電阻R1流向負(fù)端子V-(圖3a)，其中在第一電阻R1上有與該電流成比例的電壓(圖2c)。
在第一電阻R1上的電壓隨著電流增加而上升，也就是說(shuō)還隨著對(duì)回掃變壓器Tr0的鐵芯的充電增加而上升。如果所述電壓在時(shí)間點(diǎn)t≌2.2μs達(dá)到基準(zhǔn)電壓Vref1的值，則電壓比較器KOMP1把其輸出端從高電平切換到低電平，接著“與”門(mén)UND″的輸出端也成為低電平并且由此把開(kāi)關(guān)晶體管切換到不導(dǎo)通。也就是說(shuō)，電壓比較器KOMP1用于檢測(cè)回掃變壓器Tr0的初級(jí)電流。
因?yàn)榇藭r(shí)流過(guò)第一電阻R1的電流急劇地下降，所以位于其上的電壓也降低并且下降至基準(zhǔn)電壓Vref1的值以下。這時(shí)KMOP1的輸出端將會(huì)立即重新變?yōu)楦唠娖剑纱酥匦聦?dǎo)通開(kāi)關(guān)晶體管T1。
為了防止這一點(diǎn)，在斷開(kāi)回掃變壓器Tr0時(shí)，在其次級(jí)側(cè)出現(xiàn)的電壓階躍被檢測(cè)，并且被用于保持開(kāi)關(guān)晶體管T1不導(dǎo)通，直到回掃變壓器完全地放電為止。
在開(kāi)關(guān)晶體管切換到不導(dǎo)通時(shí)，回掃變壓器Tr0初級(jí)側(cè)的電壓(由存儲(chǔ)在其鐵芯中的能量驅(qū)動(dòng))上升至超過(guò)在正端子上的電壓V+。同樣在其次級(jí)側(cè)的電壓也上升；由它所引起的電流流經(jīng)沿導(dǎo)通方向工作的第一二極管D0(圖2d)，并且在第二電阻R2上產(chǎn)生成比例的電壓，該電壓的上升速度由第一電容器C0的充電來(lái)確定。該電壓抵達(dá)電壓比較器KOMP2的反相輸入端。于是，該電壓比較器用于檢測(cè)回掃變壓器Tr0的次級(jí)電壓。
只要該電壓一高于基準(zhǔn)電壓Vref1，則電壓比較器KOPM2的輸出端就切換到低電平，從而開(kāi)關(guān)晶體管T1通過(guò)“與”門(mén)UND1和UND2保持不導(dǎo)通。只有當(dāng)回掃變壓器Tr0完全放電，并且在其次級(jí)側(cè)的電壓消失(zusammenbricht)，在電壓比較器KOMP2的反相的輸入端上的電壓才下降到基準(zhǔn)電壓Vref1以下，接著其輸出端變?yōu)楦唠娖讲⑶彝ㄟ^(guò)“與”門(mén)UND2和UND1控制開(kāi)關(guān)晶體管T1重新導(dǎo)通。
在開(kāi)關(guān)晶體管T1導(dǎo)通切換時(shí)回掃變壓器Tr0的次級(jí)繞組的電壓變?yōu)樨?fù)的，這在此是無(wú)意義的，因?yàn)檫@時(shí)第一二極管D0截止。
在開(kāi)關(guān)晶體管T1不導(dǎo)通切換以后，在回掃變壓器Tr0中所存儲(chǔ)的能量經(jīng)由回掃變壓器Tr0的次級(jí)繞組和第一二極管D0流向第一電容器C0并且流向小的單個(gè)變壓器Tr1至Trn的并聯(lián)連接的次級(jí)繞組，并且從那里經(jīng)由次級(jí)繞組以及單個(gè)二極管D1至Dn流向單個(gè)電容器C1至Cn。
與開(kāi)關(guān)晶體管T1的不導(dǎo)通切換相關(guān)聯(lián)的在回掃變壓器Tr0的次級(jí)繞組中的急劇電流上升首先使第一電容器充電C0。由此單個(gè)變壓器Tr1至Trn的主電感得到用于電流建立的足夠的時(shí)間，從而最后電流也可以在其次級(jí)側(cè)上流通。
因此，在單個(gè)變壓器(例如Tr1)的次級(jí)側(cè)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)于單個(gè)電容器C1的充電電壓和單個(gè)二極管D1的流動(dòng)電壓所組成的和的電壓。這以相同的方式對(duì)于變壓器Tr2至Trn的次級(jí)電壓也是這種情況。該電壓的一個(gè)典型值例如是3.2V，其中C1的充電電壓是2.5V并且D1的流通電壓是0.7V。在采用肖特基二極管時(shí)該二極管流通電壓只有約0.3V。
每一個(gè)單個(gè)變壓器的初級(jí)電壓由相應(yīng)的次級(jí)電壓和針對(duì)每個(gè)單個(gè)變壓器Tr1至Trn被設(shè)為相同的變壓比來(lái)給出。
其結(jié)果是，對(duì)于單個(gè)電容器C1至Cn的不同的充電電壓也得出變壓器Tr1至Trn的不同的初級(jí)電壓。
但是因?yàn)檫@時(shí)所有變壓器Tr1至Trn的初級(jí)繞組是并聯(lián)連接的，所以必然得到統(tǒng)一的初級(jí)電壓，并由此也得到統(tǒng)一的次級(jí)電壓。
在此，該統(tǒng)一的初級(jí)電壓由帶有最低的充電電壓的單個(gè)電容器(例如C1)引起，因?yàn)樗鰡蝹€(gè)電容器確實(shí)也在被分配給它的單個(gè)變壓器Tr1上產(chǎn)生最低的初級(jí)電壓。
該統(tǒng)一的初級(jí)電壓(用變壓器的成倒數(shù)的變壓比變換)也位于所有其它變壓器Tr2至Trn的次級(jí)側(cè)。
然而因?yàn)榇藭r(shí)該電壓小于各個(gè)單個(gè)電容器C2至Cn的充電電壓與所分配的單個(gè)二極管的流通電壓所組成的和，所以這些單個(gè)二極管D2至Dn變?yōu)椴粚?dǎo)通，并且單個(gè)電容器C2至Cn不獲得充電電流。相反地，來(lái)自回掃變壓器Tr0的次級(jí)側(cè)的電流基本上作為充電電流流向帶有最低電壓的單個(gè)電容器(C1)。
在充電過(guò)程中，此時(shí)該電容器的電壓上升，并且所述電壓達(dá)到帶有次最低電壓的電容器的值。從此時(shí)開(kāi)始，被分配給該電容器的單個(gè)二極管也變?yōu)閷?dǎo)通，并且該電容器也得到充電電流的一部分。因此從此時(shí)開(kāi)始兩個(gè)電容器的電壓將上升，直到其電壓達(dá)到第三最低電壓的電容器的值為止，等等。
該過(guò)程重復(fù)，直到最后該組的所有電容器C1至Cn有相同的電壓為止。于是由此結(jié)束充電過(guò)程。
借助于監(jiān)控電路DIAG來(lái)測(cè)量在電壓比較器KOMP1的輸出端上可測(cè)量的信號(hào)持續(xù)時(shí)間(＝充電持續(xù)時(shí)間)和在電壓比較器KOMP2的輸出端上可測(cè)量的信號(hào)持續(xù)時(shí)間(＝回掃變壓器Tr0的放電持續(xù)時(shí)間)，并且與預(yù)先給定的上和下極限值比較。
如果所測(cè)量的持續(xù)時(shí)間在預(yù)先給定的極限值范圍之內(nèi)，則可以以雙層電容器DLC和電荷平衡電路的完好的狀態(tài)為出發(fā)點(diǎn)。以此方式可以簡(jiǎn)單地檢測(cè)功能故障，譬如各個(gè)單個(gè)電容器的短路或者斷路。
此外，附加地測(cè)量回掃變壓器Tr0(圖2d)的整流過(guò)的次級(jí)電壓還允許檢測(cè)單個(gè)電容器C1至Cn的最低電壓，例如其方式是，在根據(jù)圖2d的時(shí)間大小、即在電壓上升以及起振過(guò)程以后約0.2μs至1.0μs內(nèi)檢測(cè)幅度。該值與單個(gè)電容器的當(dāng)前最小的電壓成比例。
將該值與預(yù)先給定的上和下極限值進(jìn)行比較同樣地使得能夠說(shuō)明雙層電容器DLC的功能。
以此方式所檢測(cè)的、雙層電容器DLC的總體狀態(tài)通過(guò)具有相應(yīng)電平的狀態(tài)信號(hào)ST在監(jiān)控單元DIAG的輸出端示出。該狀態(tài)信號(hào)ST表示，雙層電容器DLC是否無(wú)故障地工作或者是否應(yīng)當(dāng)找車(chē)間檢查或者修理。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的電路，除了以下情況外該電路與圖1所示的電路基本上相同，即在所述電路中由線圈L1代替了回掃變壓器Tr0，并且附加地增加了晶體管T2(例如PNP晶體管)和第三電阻R3。
在圖1中回掃變壓器Tr0所處的位置上，該電路具有線圈L1。該線圈L1的一個(gè)端子連接到正端子V+，而另一個(gè)端子一方面連接到開(kāi)關(guān)晶體管T1的漏極端子而另一方面經(jīng)由第一二極管D0和第三電阻R3連接作為電平轉(zhuǎn)換器運(yùn)行的晶體管T2的發(fā)射極端子，該晶體管T2的基極端子連接正端子V+，并且其集電極端子連接到第二電阻R2和電壓比較器KOMP2的反相輸入端。第一電容器C0一方面連接到第一二極管D0的陰極端子而另一方面連接正端子V+。
單個(gè)變壓器Tr1至Trn的初級(jí)繞組通過(guò)以下方式連接到線圈L1，即相互連接的繞組始端與第一二極管D0和第三電阻R3的連接點(diǎn)連接，并且相互連接的繞組末端連接到正端子V+。
如前面所述的，其余的電路與圖1的其余電路是相同的。在該實(shí)施例中，線圈(L1)與單個(gè)變壓器的連接也通過(guò)雙線總線線路實(shí)現(xiàn)。
對(duì)線圈L1的放電電壓的測(cè)量在該電路的情況下必須參照正端子V+上的電壓，這借助于作為電平轉(zhuǎn)換器運(yùn)行的PNP晶體管T2進(jìn)行。
如果控制開(kāi)關(guān)晶體管T1導(dǎo)通并且因此其漏極電壓低，則第一二極管D0截止并且因此阻止沿截止方向從線圈L1經(jīng)晶體管T2的基極-發(fā)射極二極管的電流流動(dòng)。
因?yàn)榇藭r(shí)晶體管T2的處于正端子V+的電位上的基極電壓高于其發(fā)射極電壓，所以晶體管T2截止并且在R2上或在電壓比較器KOMP2的反相輸入端上的電壓為0伏特。
如果在開(kāi)關(guān)晶體管T1變得不導(dǎo)通以后線圈L1上的電壓階躍超過(guò)在正端子V+上的電位，則第一二極管D0導(dǎo)通并且電流開(kāi)始從線圈L1經(jīng)第一二極管D0、第三電阻R3、晶體管T2和第二電阻R2流向負(fù)端子V-(基準(zhǔn)電位)。
該電流在第二電阻R2上產(chǎn)生正電壓，如在根據(jù)圖1的實(shí)施例的情況下所說(shuō)明的那樣，該正電壓大于基準(zhǔn)電壓Vref1，從而把電壓比較器KOMP2的輸出端切換到低電平，這最終通過(guò)“與”門(mén)UND2和UND1將開(kāi)關(guān)晶體管T1切換成不導(dǎo)通的。
只有當(dāng)線圈L1完全被放電時(shí)，其放電電壓才下降到接近基準(zhǔn)電位，接著流過(guò)第二電阻R2的電流消失并且如在根據(jù)圖1的實(shí)施例的情況下所說(shuō)明的那樣，控制開(kāi)關(guān)晶體管T1重新導(dǎo)通。
該電路的其余功能方式和用于運(yùn)行該電路的方法與根據(jù)圖1的實(shí)施例的情況相同，正如更上面所描述的。
權(quán)利要求
1.用于雙層電容器(DLC)的串聯(lián)電容器的電荷平衡的裝置，所述裝置具有被分配給每個(gè)電容器(C1至Cn)的每一個(gè)單個(gè)變壓器(Tr1至Trn)，其中所述單個(gè)變壓器的次級(jí)繞組經(jīng)由單個(gè)二極管(D1至Dn)連接到所述電容器的正端子并且直接連接到負(fù)端子，并且所述裝置具有電壓比較器，其特征在于，設(shè)置有回掃變壓器(Tr0)，所述回掃變壓器(Tr0)的初級(jí)和次級(jí)繞組彼此反相地繞制，其中所述回掃變壓器(Tr0)的初級(jí)繞組的繞組末端與雙層電容器(DLC)的正端子(V+)相連接，并且繞組始端與開(kāi)關(guān)晶體管(T1)的集電極或者漏極端子相連接，該回掃變壓器(Tr0)的次級(jí)繞組的繞組末端與雙層電容器(DLC)的負(fù)端子(V-)直接連接，而繞組始端經(jīng)由第一二極管(D0)和第二電阻(R2)的串聯(lián)電路與雙層電容器(DLC)的負(fù)端子(V-)相連接，設(shè)置有第一電壓比較器(KOMP1)，所述第一電壓比較器(KOMP1)的反相輸入端一方面連接到開(kāi)關(guān)晶體管(T1)的發(fā)射極或者源極端子，而另一方面連接到第一電阻(R1)，所述第一電阻的另一個(gè)端子連接到雙層電容器(DLC)的負(fù)端子(V-)，設(shè)置有第一“與”門(mén)(UND1)，所述第一“與”門(mén)(UND1)的輸出端連接到開(kāi)關(guān)晶體管(T1)的基極或者柵極端子，并且向所述第一“與”門(mén)(UND1)的一個(gè)輸入端輸送外部的控制信號(hào)(EN)，設(shè)置有第二“與”門(mén)(UND2)，所述第二“與”門(mén)(UND2)的輸出端與第一“與”門(mén)UND1的另一個(gè)輸入端相連接，并且所述第二“與”門(mén)(UND2)的一個(gè)輸入端與第一電壓比較器(KOMP1)的輸出端相連接，設(shè)置有第二電壓比較器(KOMP2)，所述第二電壓比較器(KOMP2)的反相輸入端連接到第一二極管D0與第二電阻(R2)之間的連接點(diǎn)，設(shè)置有第一基準(zhǔn)電壓(Vref1)，所述第一基準(zhǔn)電壓(Vref1)被施加到第一電壓比較器(KOMP1)和第二電壓比較器(KOMP2)的非反相輸入端，第二電壓比較器(KOMP2)的輸出端連接到第二“與”門(mén)(UND2)的另一個(gè)輸入端，設(shè)置有監(jiān)控單元(DIAG)，所述監(jiān)控單元(DIAG)的第一輸入端連接到第一電壓比較器(KOMP1)的輸出端，所述監(jiān)控單元(DIAG)的第二輸入端連接到第二電壓比較器(KOMP2)的輸出端，所述監(jiān)控單元(DIAG)的第三輸入端連接第二電壓比較器(KOMP2)的反相輸入端，所述監(jiān)控單元(DIAG)的第四輸入端處于第二基準(zhǔn)電壓(Vref2)上，并且在所述監(jiān)控單元(DIAG)的輸出端上可以取得狀態(tài)信號(hào)(ST)，單個(gè)變壓器(Tr1至Trn)是同相繞制的，其中每個(gè)單個(gè)變壓器(Tr1至Trn)的次級(jí)繞組的繞組始端經(jīng)由單個(gè)二極管(D1至Dn)連接到被分配給它的單個(gè)電容器的正端子(+C1至+Cn)，而每個(gè)單個(gè)變壓器(Tr1至Trn)的次級(jí)繞組的繞組末端直接地與被分配給它的單個(gè)電容器(C1至Cn)的負(fù)端子相連接，單個(gè)變壓器(Tr1至Trn)的初級(jí)繞組并聯(lián)連接，其中公共的繞組始端連接到第一二極管(D0)與第二電阻(R2)之間的連接點(diǎn)，并且公共的繞組末端連接到負(fù)端子(V-)并且連接到回掃變壓器(Tr0)的次級(jí)繞組的繞組末端。
2.用于雙層電容器(DLC)的串聯(lián)電容器的電荷平衡的裝置，所述裝置具有被分配給每個(gè)電容器(C1至Cn)的每一個(gè)單個(gè)變壓器(Tr1至Trn)，其中所述單個(gè)變壓器的次級(jí)繞組經(jīng)由單個(gè)二極管(D1至Dn)連接到電容器的正端子并且直接連接到負(fù)端子，并且所述裝置具有電壓比較器，其特征在于，設(shè)置有線圈(L1)，所述線圈(L1)的一個(gè)端子連接到雙層電容器(DLC)的正端子(V+)而所述線圈(L1)的另一個(gè)端子一方面連接到開(kāi)關(guān)晶體管(T1)的集電極或者漏極端子，設(shè)置有PNP晶體管(T2)，所述PNP晶體管(T2)的基極端子連接到所述線圈(L1)的一個(gè)端子，所述PNP晶體管(T2)的發(fā)射極端子經(jīng)由第三電阻R3和第一二極管D0連接到該線圈(L1)的另一個(gè)端子，所述PNP晶體管(T2)的集電極端子經(jīng)由第二電阻連接到雙層電容器(DLC)的負(fù)端子(V-)，設(shè)置有第一電壓比較器(KOMP1)，所述第一電壓比較器(KOMP1)的反相輸入端一方面連接到開(kāi)關(guān)晶體管(T1)的發(fā)射極或者源極端子，而另一方面連接到第一電阻(R1)，所述第一電阻的另一個(gè)端子連接雙層電容器(DLC)的負(fù)端子(V-)，設(shè)置有第一“與”門(mén)(UND1)，所述第一“與”門(mén)(UND1)的輸出端連接到開(kāi)關(guān)晶體管(T1)的基極或者柵極端子，并且向所述第一“與”門(mén)(UND1)的一個(gè)輸入端輸送外部的控制信號(hào)(EN)，設(shè)置有第二“與”門(mén)(UND2)，所述第二“與”門(mén)(UND2)的輸出端與第一“與”門(mén)UND1的另一個(gè)輸入端相連接，并且所述第二“與”門(mén)(UND2)的一個(gè)輸入端與第一電壓比較器(KOMP1)的輸出端相連接，設(shè)置有第二電壓比較器(KOMP2)，所述第二電壓比較器(KOMP2)的反相輸入端連接到第二晶體管(T2)的集電極與第二電阻(R2)之間的連接點(diǎn)，設(shè)置有第一基準(zhǔn)電壓(Vref1)，所述第一基準(zhǔn)電壓(Vref1)被施加到第一(KOMP1)和第二電壓比較器(KOMP2)的非反相輸入端，第二電壓比較器(KOMP2)的輸出端連接到第二“與”門(mén)(UND2)的另一個(gè)輸入端，設(shè)置有監(jiān)控單元(DIAG)，所述監(jiān)控單元(DIAG)的第一輸入端連接到第一電壓比較器(KOMP1)的輸出端，所述監(jiān)控單元(DIAG)的第二輸入端連接到第二電壓比較器(KOMP2)的輸出端，所述監(jiān)控單元(DIAG)的第三輸入端連接到第二電壓比較器(KOMP2)的反相輸入端，所述監(jiān)控單元(DIAG)的第四輸入端處于第二基準(zhǔn)電壓(Vref2)上，并且在所述監(jiān)控單元(DIAG)的輸出端上可以取得狀態(tài)信號(hào)(ST)，單個(gè)變壓器(Tr1至Trn)是同相繞制的，其中每個(gè)單個(gè)變壓器(Tr1至Trn)的次級(jí)繞組的繞組始端經(jīng)由單個(gè)二極管(D1至Dn)連接到被分配給它的單個(gè)電容器(C1至Cn)的正端子，而每個(gè)單個(gè)變壓器(Tr1至Trn)的次級(jí)繞組的繞組末端直接地與被分配給它的單個(gè)電容器(C1至Cn)的負(fù)端子相連接，單個(gè)變壓器(Tr1至Trn)的初級(jí)繞組并聯(lián)連接，其中公共的繞組始端連接到第一二極管(D0)與第三電阻(R3)之間的連接點(diǎn)，并且其公共的繞組末端連接到雙層電容器(DLC)的正端子(V+)并且連接到線圈(L1)的一個(gè)端子。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，單個(gè)變壓器(Tr1至Trn)和單個(gè)二極管D1至Dn與單個(gè)電容器(C1至Cn)一起被布置在雙層電容器(DLC)的殼體中。
4.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，回掃變壓器(Tr0)或者線圈(L1)與單個(gè)變壓器的連接通過(guò)雙線總線線路實(shí)現(xiàn)。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，設(shè)置有第一電容器(C0)，所述第一電容器(C0)一方面與第一二極管(D0)的陰極相連接，而另一方面與所述負(fù)端子(V-)相連接。
6.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，設(shè)有第一電容器(C0)，所述第一電容器一方面與第一二極管(D0)的陰極連接，而另一方面與正端子(V+)連接。
7.用于運(yùn)行如權(quán)利要求1或2所述的裝置的方法，其特征在于，該運(yùn)行自控地進(jìn)行，其中只要存在外部的控制信號(hào)(EN)，并且只要回掃變壓器(Tr0)的次級(jí)繞組上的或者線圈(L1)上的電壓處在預(yù)先給定的值以下，就控制開(kāi)關(guān)晶體管(T1)導(dǎo)通，如果流過(guò)回掃變壓器(Tr0)的初級(jí)繞組或者線圈(L1)的電流達(dá)到預(yù)先給定的值，則控制開(kāi)關(guān)晶體管(T1)不導(dǎo)通，并且只要回掃變壓器(Tr0)次級(jí)繞組上的或者線圈(L1)上的電壓超過(guò)預(yù)先給定的值或者不存在所述外部的控制信號(hào)(EN)，就保持該開(kāi)關(guān)晶體管(T1)受控不導(dǎo)通。
8.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在監(jiān)控電路(DIAG)中將在電壓比較器(KOMP1)的輸出端上可測(cè)量的對(duì)應(yīng)于充電持續(xù)時(shí)間的信號(hào)持續(xù)時(shí)間、和在電壓比較器KOMP2的輸出端上可測(cè)量的對(duì)應(yīng)于回掃變壓器(Tr0)或者線圈(L1)的放電持續(xù)時(shí)間的信號(hào)持續(xù)時(shí)間分別與上和下極限值進(jìn)行比較，并且只要所測(cè)量的值處在所述極限值之內(nèi)，則就可以以雙層電容器(DLC)和電荷平衡電路的完好的狀態(tài)為出發(fā)點(diǎn)，所述監(jiān)控電路(DIAG)輸出對(duì)應(yīng)于該狀態(tài)的狀態(tài)信號(hào)(ST)。
9.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在回掃變壓器(Tr0)或者級(jí)圈(L1)的放電過(guò)程中在起振過(guò)程以后可測(cè)量的、整流過(guò)的放電電壓的幅度與雙層電容器(DLC)的單個(gè)電容器(C1至Cn)的當(dāng)前最小的電壓成比例。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，在監(jiān)控電路(DIAG)中將在起振過(guò)程以后可測(cè)量的、整流過(guò)的放電電壓的幅度分別與上和下極限值進(jìn)行比較，只要該測(cè)量值處在所述極限值之內(nèi)，則就可以以雙層電容器(DLC)的完好的狀態(tài)為出發(fā)點(diǎn)，并且所述監(jiān)控電路(DIAG)輸出對(duì)應(yīng)于該狀態(tài)的狀態(tài)信號(hào)(ST)。
全文摘要
用于雙層電容器(DLC)的電容器(C1－Cn)的電荷平衡的裝置和方法，具有被分配給每個(gè)單個(gè)電容器的單個(gè)變壓器(Tr1－Tr2)，并且具有回掃變壓器或者線圈(Tr0)，從所述回掃變壓器或者線圈經(jīng)由所述單個(gè)變壓器把能量向帶有相應(yīng)最低電荷的單個(gè)變壓器傳輸，其中從回掃變壓器的所測(cè)量的充電持續(xù)時(shí)間和放電持續(xù)時(shí)間推斷雙層電容器和電荷平衡電路的狀態(tài)。
文檔編號(hào)H02J7/34GK1943091SQ200580010872
公開(kāi)日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2005年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月2日
發(fā)明者S·博爾茨, M·格岑伯格, R·克諾爾, G·盧格爾特 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司