用於控制電壓升壓電路的電路的製作方法

2023-10-29 00:45:07

用於控制電壓升壓電路的電路的製作方法
【專利摘要】用於控制電壓升壓電路（2）的電路，包括：第一PNP電晶體（4），其射極（E1）連接至輸入電壓（Vin）；第二NPN電晶體（6），其集極（C2）連接到第一電晶體（4）的集極（C1），第二電晶體（6）的射極（E2）連接至地，其特徵在於，所述第二電晶體（6）的射極（E2）經由第一電阻器（12）連接到地，其基極（B2）通過至少一個二極體（14，16，18）連接至地。
【專利說明】用於控制電壓升壓電路的電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及用於控制電壓升壓電路的電路。其還涉及電壓升壓電路、用於控制N-通道MOSFET電晶體的裝置，以及用於調節安裝在用於機動車輛的通風、供暖和/或空調設備上的馬達-風扇單元的旋轉速度的系統。
[0002]更具體地，本發明涉及裝備有稱為「停止&起動」的內燃機的自動停止和重新起動系統的機動車輛的【技術領域】。
【背景技術】
[0003]當車輛靜止(例如由於交通燈變為紅)時，「停止&起動」功能停止內燃機。當行駛再次可能時，「停止&起動」功能執行內燃機的快速起動。這樣的起動導致車輛的車載網絡的電壓降，從而，該網絡的電壓可降到一定臨界值以下，在該臨界值以下，一些設備關閉。在該設備中，馬達-風扇單元或MFU確保朝向乘客艙的空氣流循環，用於對所述艙進行熱調節。由此，內燃機起動時的該電壓降停止MFU，且所以影響乘客艙的熱調節。
[0004]為了調節MFU的旋轉速度，使用N-通道MOSFET電晶體，連接在供電電壓和MFU之間且由其柵極電壓控制。
[0005]在車輛的停止和自動重新起動期間，例如由於交通燈變為紅，MOSFET電晶體的柵極電壓下降。該下降可降到一水平，從而MOSFET電晶體以線性模式操作，且可因此不再調節 MFU。
[0006]現有技術調節系統不提供用於減少該風險的方案。

【發明內容】

[0007]本發明意圖通過提供用於在車輛重新起動時，儘可能限制MOSFET電晶體的柵極電壓降的器件而改善該情況。
[0008]為此目的，本發明涉及用於控制電壓升壓電路的電路，包括:
[0009]-第一PNP電晶體，其射極連接至輸入電壓；
[0010]-第二NPN電晶體，其集極連接到第一電晶體的集極，第二電晶體的射極連接至地，其特徵在於，所述第二電晶體的射極通過第一電阻器連接到地，其基極通過至少一個二極體連接至地。
[0011]分別連接發射器和第二 NPN電晶體的基部至地的第一電阻器和二極體用於在短路期間精確控制所述第一電阻器的端子處的電勢差，和限制兩個電晶體中流動的電流。特別地，二極體的使用確保電路關於溫度變化的均一性，二極體電壓以與第二 NPN電晶體的基極和射極之間的電壓相同的方式變化。
[0012]根據優選的實施例，第二電晶體的基極通過串聯設置的三個二極體連接至地。
[0013]該數量的二極體提供了在最嚴峻使用情況下用於控制第二 NPN電晶體的必要的電壓。這些最嚴峻使用情況例如是從_40°C至150°C變化的溫度，且還涉及部件的最差情況技術。[0014]有利地，第一電阻器的值小於十歐姆。
[0015]該值提供確保與短路時間期間電晶體的使用的限制條件符合的需求和限制在該第一電阻器的端子處的電壓降的需求之間的折中。
[0016]有利地，第二電晶體的基極通過第二電阻器連接至參考電壓。
[0017]這允許第二 NPN電晶體的基極電壓被控制。
[0018]本發明還涉及一種電壓升壓電路，包括根據本發明的控制電路和輸出級，連接至第一和第二電晶體的集極，在輸出級的端子處，輸出電壓被恢復為大於輸入電壓。
[0019]有利地，升壓電路包括輸入級，連接至第一和第二電晶體的基極，用於控制所述電晶體的斷開和閉合。
[0020]優選地，輸入級能夠在所述輸入級的一個輸入端子上接收脈寬調製控制。
[0021]根據優選的實施例，輸入級包括兩個MOSFET電晶體，其柵極連接至輸入端子，優選地通過電阻器連接。
[0022]有利地，輸入級包括連接至第一電晶體的基極的電壓分配橋。
[0023]優選地，電壓分配橋包括兩個電阻器。
[0024]有利地，輸出級包括:
[0025]-兩個二極體和第一電容器，在輸入電壓和地之間相繼地串聯連接；和
[0026]-第二電容器，連接在第一電晶體的集極和兩個二極體之間，
[0027]輸出電壓等於第一電容器的端子處的電壓。
[0028]包括兩個二極體和兩個電容器的該輸出級由此構成作為電壓二倍器操作的供給慄。
[0029]優選地，輸出級的二極體是肖特基二極體。
[0030]本發明還涉及一種用於控制N-通道MOSFET電晶體的裝置，包括根據本發明的升壓電壓電路。
[0031]本發明還涉及一種用於調節安裝在用於機動車輛的通風、供暖和/或空調設備上的馬達-風扇單元的旋轉速度的系統，包括N-通道MOSFET電晶體和根據本發明的用於控制所述MOSFET電晶體的裝置。
[0032]MOSFET電晶體優選地連接在供給電壓和馬達-風扇單元之間。
[0033]貫穿本發明的說明書，術語「連接」是指直接連接或經由低阻抗電阻器連接。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]參考附圖，本發明的實施例的例子現將以更精確但非限制性的方式描述，在附圖中:
[0035]圖1是示出根據本發明的實施例的一個模式包括控制電路的升壓電壓電路的結構的圖；和
[0036]圖2是示出根據本發明的實施例的一個模式的調節系統的結構的圖。
【具體實施方式】
[0037]圖1示出根據本發明的優選實施例的電壓升壓電路2。
[0038]電路2包括控制電路1，控制電路I主要包括兩個雙極電晶體4、6、用於控制電晶體4、6的斷開和閉合的輸入級8、和輸出級10,在輸出級的端子處恢復輸出電壓Vout。
[0039]第一雙極電晶體4是PNP電晶體，其射極El連接至輸入電壓Vin，基極BI連接至輸入級8，集極Cl連接至輸出級10。
[0040]第二雙極電晶體6是NPN電晶體，其集極C2連接至第一電晶體4的集極Cl，基極B2連接至輸入級8，射極E2通過第一電阻器12連接至地。該第一電阻器12的值小於lOohm，例如等於5ohm。
[0041]第二NPN電晶體6的基極B2還連接至地，通過至少一個且有利地根據圖1的例子，三個二極體14、16、18，它們相繼地串聯設置且沿同一方向取向，二極體14的陽極連接至基極B2，二極體18的陰極連接至地。
[0042]第二 NPN電晶體6的基極B2還連接至參考電壓Vref，等於5V，例如通過第二電阻器20連接。
[0043]由於參考電壓Vref、二極體14、16、18和電阻器12，基極B2的電壓被完全控制。
[0044]輸入級8能夠在輸入端子23上接收來自微控制器(未示出)的脈寬調製控制信號24，稱為PWM控制。
[0045]該輸入級8包括兩個MOSFET電晶體26、28，其柵極G1、G2分別經由兩個電阻器30、32連接至PWM信號的輸入端子23。
[0046]第一 MOSFET電晶體26的漏極Dl連接至第一 PNP電晶體4的基極BI且通過電壓分配橋(包括電阻器22和電阻器34)連接至輸入電壓Vin，其源極SI連接至地。
[0047]第二 MOSFET電晶體28的漏極D2連接至第二 NPN電晶體6的基極B2，且其源極S2連接至地。
[0048]輸入級8的該構造確保，當PWM控制信號處於邏輯水平I時，典型地對應於微控制器輸出端處的5V電壓時，第一 PNP電晶體4閉合，且第二 NPN電晶體6斷開。相反，當PWM控制信號處於邏輯水平O時，典型地對應於微控制器輸出端處的OV電壓時，第一 PNP電晶體4斷開，第二 NPN電晶體6閉合。
[0049]特別地在此，電阻器20、22、34被選擇為限制雙極電晶體4、6兩者都閉合的時間，即第一 PNP電晶體的斷開時間和第二 NPN電晶體6的閉合時間，反之亦然。輸入電壓Vin和地之間的短路的時間必須減小，以便避免電路2的部件的過應力，特別是雙極電晶體4、6和第一電阻器12。
[0050]小於IOohm的第一電阻器12的值提供確保與短路時間期間電晶體4、6的使用的限制條件相符合的需求和限制在該第一電阻器12的端子處的電壓降的需求之間的折中。
[0051]輸出級10包括兩個二極體36、38，特別是肖特基(Schottky)類型的，以及第一電容器40和第二電容器42，二極體36、38和第一電容器在輸入電壓Vin和地之間相繼串聯連接，第二電容器連接在第一 PNP電晶體4的集極Cl和兩個肖特基二極體36、38之間。第一肖特基二極體36的陽極連接到輸入電壓Vin，其陰極連接到第二肖特基二極體38的陽極，第二肖特基二極體的陰極連接到第一電容器40。
[0052]輸出級10由此構成用於使輸入電壓Vin成雙倍的供給泵，以便獲得基本等於2*Vin的輸出電壓Vout。
[0053]典型地，電壓Vin是機動車輛的電池的電壓，即6V至18V之間的電壓。
[0054]輸出電壓Vout是在第一電容器40的端子處的電壓。[0055]在上述短路時間之後，流過第一電阻器12的電流非常低，是十毫安量級，從而在Vdrop指代的第一電阻器12的端子處的電壓是百毫伏量級。由於電容器42的充電電流非常低，沒有電流流過三個二極體14、16、18。
[0056]在電路2的輸出處，輸出電壓Vout等於2*Vin-Vdrop_2*Vd，其中，Vd是在肖特基二極體36、38的每個的端子處的電壓。由於電壓Vd是300mV量級，電壓Vdrop相對於2*Vd可忽略。
[0057]由於本發明的電路包括低成本部件，因此例如可以獲得輸出電壓Vout=2*Vin-0.7V。
[0058]特別地，由於第一 PNP電晶體4連接至輸入電壓和第二 NPN電晶體6連接至地，雙極電晶體4、6的基極和射極之間的電壓在輸出電壓Vout的水平處不產生任何損失。
[0059]圖2示出用於調節安裝在用於機動車輛的通風、供暖和/或空調設備上的馬達-風扇單元MFU52的旋轉速度的系統50。
[0060]該調節系統50包括N-通道MOSFET電晶體54，其漏極D通過濾波器56被連接至正供電電壓Valim，其源極S連接至MFU52的正端子。一個二極體58連接在馬達端子處。在此，電壓Valim等於車輛電池的電壓Vin。
[0061]MOSFET電晶體54通過升壓電路2的輸出電壓Vout在其柵極G水平處被控制。
[0062]由於升壓電路2作為基本完美的二倍器操作，且具有低電池電壓Vin，例如7V的量級，MOSFET電晶體54的控制電壓Vout足以確保MOSFET電晶體54不進入到線性模式，且MFU52不停止操作。
[0063]顯然，可設想實施例的其他模式。
[0064]作為例子，輸入級8的MOSFET電晶體26、28可被在電晶體4、6的基極的水平處具有高阻抗的其他器件替換。
[0065]由於第一 PNP電晶體4連接至輸入電壓和第二 NPN電晶體6連接至地，雙極電晶體4、6的基極和射極之間的電壓在輸出電壓Vout的水平處不產生任何損失，如所解釋的。
[0066]由於電阻器12和一個或多個二極體14、16和18，通過電晶體4和6的電流在PWM控制信號24的邏輯狀態改變階段期間被限制，同時，在PWM控制信號24的給定邏輯狀態期間的操作中，確保電阻器12的端子處的電壓是低的，且沒有電流流過二極體14、16和18，從而控制電路I到輸出電壓Vout上幾乎沒有損失，如以上所解釋的。
[0067]由此，由於根據本發明的控制電路，可以控制具有低供電電壓的M0SFET，且確保MFU52不停止操作，這是由於輸出電壓Vout足以確保MOSFET電晶體54不進入線性模式，如以上所解釋的。
【權利要求】
1.一種用於控制電壓升壓電路(2)的電路，包括: -第一 PNP電晶體(4)，其射極(El)連接至輸入電壓(Vin)； -第二 NPN電晶體(6)，其集極(C2)連接到第一電晶體(4)的集極(Cl)，第二電晶體(6)的射極(E2)連接至地， 其特徵在於，所述第二電晶體(6)的射極(E2)通過第一電阻器(12)連接到地，其基極(B2)通過至少一個二極體(14，16，18)連接至地。
2.如權利要求1所述的控制電路，其中，第二電晶體(6)的基極(B2)通過串聯設置的三個二極體(14，16，18)連接至地。
3.如權利要求1或2所述的控制電路，其中，第一電阻器(12)的值小於十歐姆。
4.如權利要求1至3中的任一項所述的控制電路，其中，第二電晶體(6)的基極(B2)通過第二電阻器(20)連接至參考電壓(Vref)。
5.一種電壓升壓電路(2)，包括根據權利要求1至4中任一項所述的控制電路和輸出級(10)，所述輸出級連接至第一和第二電晶體(4，6)的集極(Cl，C2)，在所述輸出級的端子處，輸出電壓(Vout)被恢復為大於輸入電壓(Vin)。
6.如權利要求5所述的升壓電路(2)，包括輸入級(8)，連接至第一和第二電晶體(4，6)的基極(BI，B2)，用於控制所述電晶體(4，6)的斷開和閉合。
7.如權利要求6所述的升壓電路(2)，其中，輸入級(8)能夠在所述輸入級(8)的一個輸入端子(23 )上接收脈寬調製控制(24)。
8.如權利要求7所述的升壓電路(2)，其中，輸入級(8 )包括兩個MOSFET電晶體(26，28)，其柵極(Gl，G2)連接至輸入端子(23)。
9.如權利要求6至8中的任一項所述的升壓電路(2)，其中，輸入級(8)包括連接至第一電晶體(4)的基極(BI)的電壓分配橋(22，34)。
10.如權利要求5至9中的任一項所述的升壓電路(2)，其中，輸出級(10)包括: -兩個二極體(36，38)和第一電容器(40)，在輸入電壓(Vin)和地之間相繼地串聯連接；和 -第二電容器(42)，連接在第一電晶體(4)的集極(Cl)和兩個二極體(36，38)之間， 輸出電壓(Vout)等於第一電容器(40)的端子處的電壓。
11.如權利要求10所述的升壓電路(2)，其中，輸出級的二極體(36，38)是肖特基二極體。
12.—種用於控制N-通道MOSFET電晶體(54)的裝置，包括如權利要求5至11中任一項所述的升壓電壓電路(2)。
13.一種用於調節安裝在用於機動車輛的通風、供暖和/或空調設備上的馬達-風扇單元(52)的旋轉速度的系統(50)，包括N-通道MOSFET電晶體(54)和如權利要求12所述的用於控制所述MOSFET電晶體(54)的裝置。
【文檔編號】H03K17/06GK103907277SQ201280049074
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年10月4日 優先權日:2011年10月5日
【發明者】K.考溫 申請人:法雷奧熱系統公司