同步電壓轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種同步電壓轉(zhuǎn)換器，其具有電隔離部和借助PWM裝置根據(jù)輸入電壓對(duì)多個(gè)輸出電壓可調(diào)節(jié)的調(diào)整部。
【背景技術(shù)】
[0002]將在輸入端饋入的直流電壓轉(zhuǎn)換為具有更高、更低或者相反的電壓水平的直流電壓的同步電壓轉(zhuǎn)換器也被稱為直流電壓轉(zhuǎn)換器(DC-DC轉(zhuǎn)換器)。電壓變換借助以特定開關(guān)或工作頻率控制的至少一個(gè)電子半導(dǎo)體開關(guān)和用于能量傳輸?shù)闹辽僖粋€(gè)轉(zhuǎn)換器-變壓器以及用于斷開輸出直流電壓的至少一個(gè)整流二極管進(jìn)行。
[0003]電壓轉(zhuǎn)換器中的變壓器可以作為具有在轉(zhuǎn)換器輸入端和轉(zhuǎn)換器輸出端之間電隔離部的所謂的逆向變換器(sperrwandler)的儲(chǔ)能器工作。在所謂的導(dǎo)通階段期間，半導(dǎo)體開關(guān)閉合，并且電流由于截止的次級(jí)側(cè)二極管而經(jīng)過變壓器的初級(jí)繞組流動(dòng)。在該導(dǎo)通階段，不進(jìn)行能量傳輸并且變壓器的次級(jí)繞組無電流，而是建立了磁場(chǎng)。與轉(zhuǎn)換器輸出端并聯(lián)連接的次級(jí)側(cè)電容器在該導(dǎo)通階段期間保持輸出電壓。如果控制半導(dǎo)體開關(guān)斷開，則初級(jí)側(cè)電流下降為零，并且上升的次級(jí)側(cè)電流流過二極管并將電容器充電到輸出電壓。該次級(jí)電流隨著變壓器的次級(jí)繞組中的能量的減小而減小到零。根據(jù)截止轉(zhuǎn)換器的負(fù)載，半導(dǎo)體開關(guān)于是隨后被直接重新控制為閉合(滿負(fù)載)或者稍后閉合(部分負(fù)載)。該由導(dǎo)通階段和截止階段構(gòu)成的周期通過對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)相應(yīng)的控制來調(diào)整。
[0004]電壓轉(zhuǎn)換器中的變壓器還可以作為所謂的正向變換器的電隔離部件工作。在這種變化中，在輸入側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)的所謂的導(dǎo)通階段期間，通過次級(jí)側(cè)二極管進(jìn)行通過變壓器傳輸?shù)碾娏鞯臄嚅_。在這種變化中，同樣必須定期控制半導(dǎo)體開關(guān)斷開，由此變壓器中的磁場(chǎng)可以減小。
[0005]在正向變換器的更復(fù)雜的變化中，在輸入側(cè)使用多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)，以使變壓器在橋式電路(半橋或全橋正向轉(zhuǎn)換器)中工作。這些更復(fù)雜的變化常常使用具有多于兩個(gè)的繞組或者帶有中間抽頭的繞組的變壓器，并且在輸出側(cè)需要多個(gè)整流二極管。上述變換器類型是直流電壓轉(zhuǎn)換器(DC-DC轉(zhuǎn)換器)的常用結(jié)構(gòu)變化。
[0006]為了調(diào)節(jié)輸入電壓變化和/或負(fù)載變化，可以在也被稱為反饋回路的調(diào)節(jié)回路中使用利用光耦合器的調(diào)節(jié)，來保持電勢(shì)隔離。在偏離額定值的情況下，光耦合器向用于脈沖寬度調(diào)制的裝置發(fā)出數(shù)字控制信號(hào)，所述裝置于是改變或者調(diào)整電壓轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)體開關(guān)的控制信號(hào)(PWM信號(hào))的占空比(duty cycle)，以使輸出電壓跟隨額定值。
[0007]特別是在用于軌道車輛的信號(hào)技術(shù)中，為了控制信號(hào)燈，需要至少兩個(gè)可切換的輸出電壓，特別是以便為信號(hào)燈的白天和夜晚工作提供兩個(gè)不同的亮度等級(jí)。借助同步電壓轉(zhuǎn)換器的電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)在使用具有緊公差的光耦合器的情況下成本昂貴，或者在成本低、相對(duì)來說公差大并且由此不精確的光耦合器的情況下在電路技術(shù)上開銷非常大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，給出一種被構(gòu)造為以特別簡(jiǎn)單的方式提供多個(gè)可切換的輸出電壓的同步電壓轉(zhuǎn)換器。
[0009]特別地，所述電壓轉(zhuǎn)換器還被構(gòu)造為使用實(shí)際上僅能夠傳輸“實(shí)際電壓過高/過低”這兩個(gè)極值信息的具有這種大公差的光耦合器，以便改善具有PWM裝置的DC-DC轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)變化，對(duì)于其來說，根據(jù)兩點(diǎn)控制方式，具有“實(shí)際電壓過高”和“實(shí)際電壓過低”這兩個(gè)二進(jìn)制極值信息的控制信號(hào)就足夠了。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，上述技術(shù)問題通過權(quán)利要求1的特征來解決。有利構(gòu)造和擴(kuò)展是從屬權(quán)利要求的內(nèi)容。
[0011]為此，設(shè)置具有電隔離部的調(diào)節(jié)的同步電壓轉(zhuǎn)換器，其在輸入側(cè)具有借助脈沖寬度調(diào)制器(PWM裝置)控制的半導(dǎo)體開關(guān)，并且在輸出側(cè)具有整流器。調(diào)節(jié)器和/或控制器包括頻率控制的額定值切換部，其依據(jù)可調(diào)整的工作頻率，將第一額定值切換為與當(dāng)前所選擇的工作頻率相關(guān)聯(lián)的第二額定值。調(diào)節(jié)器或控制器由額定值偏差產(chǎn)生控制信號(hào)，并且將其饋入PWM裝置，用于調(diào)整當(dāng)前所選擇的輸出電壓。
[0012]在一個(gè)有利構(gòu)造中，調(diào)節(jié)器或控制器包括額定值-實(shí)際值比較器，其在調(diào)節(jié)回路或者其所謂的反饋回路內(nèi)布置在頻率控制的額定值切換部上游。額定值-實(shí)際值比較器優(yōu)選電隔離地、由此與電壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓電勢(shì)隔離地輸出用于將輸出電壓調(diào)整到取決于工作頻率的額定值的控制信號(hào)。
[0013]為了在反饋回路內(nèi)保持同步電壓轉(zhuǎn)換器的電勢(shì)隔離，在那里插入這樣的光耦合器，其針對(duì)PWM裝置形成與各個(gè)輸出電壓電隔離的控制信號(hào)。
[0014]根據(jù)頻率控制的額定值切換部的一個(gè)合適的電路實(shí)現(xiàn)，其包括至少一個(gè)頻率濾波器，其優(yōu)選作為帶通濾波器實(shí)現(xiàn)。各個(gè)帶通濾波器根據(jù)尚未進(jìn)行整流的輸出電壓的電壓跳變、電壓改變或交流電壓分量，開始至少在兩個(gè)下面還稱為額定值的電壓額定值之間的額定值切換。為此，帶通濾波器或每個(gè)帶通濾波器以適合的方式在輸入側(cè)連接到電壓轉(zhuǎn)換器的整流器之前的電壓轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)抽頭，或者連接到變壓器的輸出側(cè)繞組的中間抽頭，或者連接到變壓器的輔助繞組。
[0015]各個(gè)帶通濾波器或頻率濾波器在輸出側(cè)以能夠通過電路技術(shù)簡(jiǎn)單并且可靠地實(shí)現(xiàn)的方式，依據(jù)分別量取的工作頻率控制開關(guān)、特別是晶體管。在此，控制以如下方式進(jìn)行:調(diào)節(jié)器或控制器將輸出電壓調(diào)節(jié)或調(diào)整到與各個(gè)當(dāng)前所選擇的工作頻率相關(guān)聯(lián)的額定值。在此，可控的開關(guān)可以以簡(jiǎn)單的方式連接到歐姆電阻。由此，又使得能夠以簡(jiǎn)單并可靠的方式改變提供向額定值-實(shí)際值比較器饋送的電壓值的分壓器的分壓比。
[0016]轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)器的頻率控制的額定值切換部的多個(gè)帶通濾波器還可以借助所謂的接線“與”或“與”門彼此邏輯地連接。在這種實(shí)施方式中，優(yōu)選對(duì)帶通濾波器在輸出側(cè)分別分配電容器。還可以對(duì)帶通濾波器分配解碼器，與帶通濾波器的邏輯連接一樣，其使得能夠調(diào)整固定地分配有工作頻率的電壓額定值。此外，使用這樣的解碼器、特別是所謂的η選I解碼器使得能夠調(diào)整分配有或者可以分配可自由選擇的工作頻率的電壓額定值。
[0017]頻率控制的額定值切換部的該有利擴(kuò)展使得不僅能夠進(jìn)行頻率切換，實(shí)際上還能夠集成地進(jìn)行頻率調(diào)制，這又使得能夠提供多個(gè)借助同步電壓轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定地調(diào)節(jié)的輸出電壓。
[0018]在額定值-實(shí)際值比較器的有利構(gòu)造中，其包括運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器還能夠擴(kuò)展為差分放大器并且相應(yīng)地進(jìn)行連接。在輸入側(cè)向運(yùn)算放大器饋入?yún)⒖茧妷汉徒柚l率控制的額定值切換部可改變的電壓值。依據(jù)該電壓值與參考電壓的各個(gè)偏差，運(yùn)算放大器在輸出側(cè)輸出控制信號(hào)，其信號(hào)值或水平取決于電壓轉(zhuǎn)換器的當(dāng)前調(diào)整的輸出電壓的各個(gè)調(diào)節(jié)偏差。
[0019]在額定值-實(shí)際值比較器的適合的擴(kuò)展中，其包括上面提及的分壓器，所述分壓器連接到轉(zhuǎn)換器輸出端，并且經(jīng)由分壓抽頭連接到運(yùn)算放大器的輸入端，以提供電壓值。運(yùn)算放大器的另一個(gè)輸入端連接到參考值發(fā)生器，特別是連接到擊穿或齊納二極管，以提供參考電壓。
[0020]與同步電壓轉(zhuǎn)換器相關(guān)聯(lián)的變壓器實(shí)現(xiàn)各個(gè)輸出電壓與輸入電壓的希望或需要的電隔離和/或電勢(shì)隔離。各個(gè)輸出電壓以合適的方式在布置于整流器的下游并且與電壓轉(zhuǎn)換器的輸出端并聯(lián)連接的電容器處提供并可量取。
[0021]通過本發(fā)明獲得的優(yōu)點(diǎn)特別是在于，借助具有以合適的方式連接在額定值-實(shí)際值比較器上游的頻率控制的額定值切換部的同步電壓轉(zhuǎn)換器，使得能夠?qū)Χ鄠€(gè)輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)的調(diào)整。頻率控制的額定值切換部可以依據(jù)PWM裝置或電壓轉(zhuǎn)換器的可調(diào)整的開關(guān)或工作頻率在相應(yīng)地分配有選擇的工作頻率的不同的電壓額定值之間進(jìn)行切換。
[0022]調(diào)節(jié)器或其額定值-實(shí)際值比較器由額定值偏差產(chǎn)生控制信號(hào)，其經(jīng)由光耦合器饋入PWM裝置，用于調(diào)整當(dāng)前所選擇的輸出電壓，其中，當(dāng)所使用的光耦合器具有如下的緊公差:調(diào)節(jié)或反饋回路的控制信號(hào)在兩個(gè)數(shù)字極值(實(shí)際電壓過高/過低)之間附加地具有與額定值偏差和光耦合器中的晶體管電流之間的依賴性類似的區(qū)域時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的電壓轉(zhuǎn)換器也可靠地工作。
[0023]在此，對(duì)當(dāng)前調(diào)整的各個(gè)輸出電壓的控制借助同步電壓轉(zhuǎn)換器，實(shí)際上僅通過脈沖寬度、即同步電壓轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)體開關(guān)(主開關(guān)晶體管)的導(dǎo)通時(shí)間的改變來執(zhí)行。
【附圖說明】
[0024]下面根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。其中，
[0025]圖1示出了具有頻率控制的額定值切換部的同步電壓轉(zhuǎn)換器的電路圖，帶有光耦合器的調(diào)節(jié)電路，
[0026]圖2示出了針對(duì)多個(gè)輸出電壓的頻率控制的額定值切換部的實(shí)施方式，
[0027]圖3示出了通過頻率調(diào)制的頻率控制的額定值切換部的第一變形例，以及
[0028]圖4示出了頻率控制的額定值切換部的另一個(gè)變形例，具有解碼器，用于通過頻率切換和頻率調(diào)制產(chǎn)生多個(gè)可自由選擇的輸出電壓。
[0029]在所有附圖中，對(duì)彼此對(duì)應(yīng)的部分設(shè)置相同的附圖標(biāo)記。
【具體實(shí)施方式】
[0030]圖1示出了具有用于輸入電壓隊(duì)的輸入端EjP與其電勢(shì)隔離(電隔離)的用于多個(gè)輸出電壓UAn的輸出端可調(diào)同步電壓轉(zhuǎn)換器10的電路。作為直流電壓轉(zhuǎn)換器工作的同步電壓轉(zhuǎn)換器10在輸入側(cè)