用于在機(jī)動車輛起動期間保持電壓的裝置制造方法
【專利摘要】根據(jù)本發(fā)明的裝置(DMT)被設(shè)置以提供附加電壓，當(dāng)熱機(jī)被起動時，該電壓用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)(AD)的供電。該額外電壓加到被電池(BAT)提供的車載電網(wǎng)(RB)的名義電壓。該裝置包括第二電壓源(Ucap)以及電子開關(guān)(K1、K2)，每個電子開關(guān)包括至少一個MOSFET晶體管。根據(jù)本發(fā)明，開關(guān)的至少一個MOSFET晶體管(K2)，與第二電壓源(Ucap)串聯(lián)安裝，在熱機(jī)起動結(jié)束時以線性模式被控制。有利地，裝置包括電流控制環(huán)路，用于在線性模式控制晶體管。
【專利說明】用于在機(jī)動車輛起動期間保持電壓的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及用于機(jī)動車輛保持電壓的裝置。更具體地，本發(fā)明涉及用于保持電壓的裝置，其可在機(jī)動車輛熱機(jī)起動階段期間被使用。

【背景技術(shù)】
[0002]用于熱機(jī)的自動停止/重新起動的系統(tǒng)(稱為停止和行進(jìn))引入到機(jī)動車輛中使車輛的車載電網(wǎng)的電壓約束更加嚴(yán)格。
[0003]總體上，確保熱機(jī)起動的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的功率已經(jīng)增加，以便有助于發(fā)動機(jī)的起動，并防止車輛重新起動的多個操作對用戶導(dǎo)致的一些缺點(diǎn)。因而，在發(fā)動機(jī)起動期間，存在來自電池的更高電流尖峰，且因而存在車載電網(wǎng)上的相應(yīng)的大的電壓降。大電壓降的該問題在停止和行進(jìn)系統(tǒng)中已知的兩個結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)，即，交流發(fā)電機(jī)-起動器的結(jié)構(gòu)和具有再起動器(其還稱為增強(qiáng)起動器)的結(jié)構(gòu)。
[0004]將用于保持電壓的裝置并入在熱機(jī)的自動停止/重新起動系統(tǒng)中是對上述問題的可行響應(yīng)。在具有交流發(fā)電機(jī)-起動器的系統(tǒng)中，并入用于保持電壓的裝置還具有允許增加電機(jī)扭矩的優(yōu)點(diǎn)，該扭矩增加由于通過一電壓提供轉(zhuǎn)子的激勵電流的可能性而導(dǎo)致，該電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)車載電網(wǎng)的14V標(biāo)稱電壓。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)中，由本發(fā)明主體制造的系統(tǒng)是已知的，交流發(fā)電機(jī)-起動器裝備有用于保持電壓的裝置，其可使車載電網(wǎng)電壓增加到大約17.5V的值。
[0006]但是，應(yīng)注意到，連接至車輛車載電網(wǎng)的大多數(shù)電子附件和裝備沒有被設(shè)計用于重復(fù)抵抗大約17.5V的車載電網(wǎng)電壓。實際上，這些電子附件和裝備已經(jīng)通常被設(shè)計用于12V的標(biāo)準(zhǔn)車載電網(wǎng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此期望的是提供出允許更好地控制裝備有用于保持電壓的裝置的車輛中的車載電網(wǎng)電壓的方案，這是通過將裝置在車載電網(wǎng)上施加高電壓的時間段減小到最小實現(xiàn)的。
[0008]根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種用于保持電壓的裝置，其被設(shè)計為與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相關(guān)聯(lián)，該旋轉(zhuǎn)電機(jī)實現(xiàn)起動機(jī)動車輛的熱機(jī)的功能，該裝置被設(shè)計為，當(dāng)熱機(jī)被起動時，提供用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)供電的額外電壓，該額外電壓加到車輛的被電池供電的車載電網(wǎng)的標(biāo)稱電壓，該電池作為主電壓源包含在車輛中，該裝置包括第二電壓源以及第一和第二電子開關(guān)，每個電子開關(guān)包括至少一個MOSFET類型的晶體管。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，第二開關(guān)的至少一個MOSFET晶體管，與第二電壓源串聯(lián)安裝，在熱機(jī)起動結(jié)束時以線性模式被控制。
[0010]根據(jù)另一特定特征，在熱機(jī)起動結(jié)束時以線性模式運(yùn)行的MOSFET晶體管在起動操作的其余部分期間以全或無切換模式(all-or-nothing switching mode)運(yùn)行。
[0011]根據(jù)另一特定特征，裝置包括電流控制環(huán)路，用于第二電子開關(guān)晶體管的以線性模式的控制。
[0012]根據(jù)另一特定特征，在線性模式的晶體管中循環(huán)的電流通過作為輸入被供應(yīng)給電流控制環(huán)路的設(shè)定值被控制。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的特定實施例，第二電子開關(guān)包括并聯(lián)安裝的多個MOSFET晶體管，該多個MOSFET晶體管與第二電壓源串聯(lián)安裝。該組晶體管可在熱機(jī)起動結(jié)束時以線性模式被控制，且對于每個晶體管，裝置包括一電流控制環(huán)路來以線性模式控制該晶體管。
[0014]實際上，在本發(fā)明的一些應(yīng)用中，必要的是，將多個MOSFET晶體管并聯(lián)安裝，以便能夠使具有大尖峰的電流通過。在現(xiàn)有技術(shù)中，將MOSFET晶體管并聯(lián)在這些晶體管以線性模式運(yùn)行期間帶來問題，因為首先，該運(yùn)行模式是熱不穩(wěn)定的，其次，與MOSFET晶體管的Vsgth(源極對柵極臨界電壓)有關(guān)的制造偏差產(chǎn)生每個晶體管傳導(dǎo)的電流的大差異。在本發(fā)明中，盡管在晶體管中存在與Vsgth電壓和跨導(dǎo)相關(guān)以及與晶體管之間的熱耦合和溫度相關(guān)的制造偏差，并入電流控制環(huán)路以控制并聯(lián)安裝的MOSFET晶體管確保滿意的運(yùn)行，而不需要在制造期間給晶體管分級。另外，沒有對晶體管熱耦合的約束使得可以使用用于晶體管的不同功率基板，和特別地使用隔離金屬類型(SMI)的基板。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的又一特定特征，第一開關(guān)包括至少一個MOSFET晶體管，其在所謂的全或無切換模式中被控制。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的又一特定實施例，第二電壓源包括超級電容器。在該情況下，裝置可包括連接至第二電壓源的直流-直流轉(zhuǎn)換器，以便為超級電容器充電。
[0017]根據(jù)另外的方面，本發(fā)明還涉及一種用于起動熱機(jī)的系統(tǒng)，包括如前述的用于保持電壓的裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]參考附圖，本發(fā)明現(xiàn)通過不同實施例被描述。應(yīng)注意到，這些圖的目的僅是示出說明的文字，它們并不以任何方式構(gòu)成對本發(fā)明范圍的限制。
[0019]圖1示出具有交流發(fā)電機(jī)-起動器的用于起動熱機(jī)的系統(tǒng)，其裝備有用于保持電壓的裝置；
[0020]圖2示出電子開關(guān)，其可以線性模式控制，且包含在根據(jù)本發(fā)明的裝置的特定實施例中，該電子開關(guān)包括多個MOSFET晶體管，它們并聯(lián)安裝并裝備有電流控制環(huán)路；和
[0021]圖3示出MOSFET晶體管，其裝備有電流控制環(huán)路，且包含在圖2所示的電子開關(guān)中。

【具體實施方式】
[0022]在圖1中示出用于起動具有交流發(fā)電機(jī)起動器的熱機(jī)的系統(tǒng)1，其具有用于保持電壓的裝置DMT。
[0023]用于起動熱機(jī)的系統(tǒng)I大體包括交流發(fā)電機(jī)-起動器AD、可逆交流-直流(AC/DC)轉(zhuǎn)換器CAC、電子控制單元E⑶和用于保持電壓的裝置DMT。
[0024]電池BAT連接至車輛的車載電網(wǎng)RB。電池BAT的正端子B+連接到纜線，該纜線具有電網(wǎng)RB的正極。電池BAT的負(fù)端子B-通過用于保持電壓的裝置DMT連接至車載電網(wǎng)RB的地線(車體)。
[0025]交流發(fā)電機(jī)-起動器AD是可逆電機(jī)，其可首先在被熱機(jī)驅(qū)動時用作發(fā)電機(jī)，且其次用作用于起動與其相關(guān)的熱機(jī)的電馬達(dá)。
[0026]轉(zhuǎn)換器CAC是可逆轉(zhuǎn)換器，其可在交流發(fā)電機(jī)-起動器AD處于發(fā)電機(jī)模式時用作整流電橋，當(dāng)交流發(fā)電機(jī)-起動器AD處于電馬達(dá)或起動器模式時以逆變器模式運(yùn)行。轉(zhuǎn)換器CAC習(xí)慣性地在功率晶體管橋周圍構(gòu)造，例如是MOSFET類型，且首先連接到交流發(fā)電機(jī)-起動器的起動器的定子繞組，且其次連接到車輛的車載電網(wǎng)RB。當(dāng)交流發(fā)電機(jī)-起動器AD處于電馬達(dá)模式時，轉(zhuǎn)換器CAC的晶體管被串聯(lián)地控制，并同步地向定子相繞組供應(yīng)電力。
[0027]電子控制單元E⑶以傳統(tǒng)方式構(gòu)造在微控制器周圍。單元E⑶通過通信總線(例如CAN類型)連接到車輛的控制單元(未示出)。通過該通信總線，單元ECU從車輛控制單元接收命令和指令，單元ECU將它們分為用于交流發(fā)電機(jī)-起動器AD、轉(zhuǎn)換器CAC和用于保持電壓DMT的裝置的控制信號。另外，諸如警報的狀態(tài)信息——從交流發(fā)電機(jī)-起動器AD、轉(zhuǎn)換器CAC和用于保持電壓DMT的裝置獲得——可通過設(shè)置有這些功能元件的通信連接件返回至單元E⑶。
[0028]單元ECU由此將激勵控制信號SE供應(yīng)給交流發(fā)電機(jī)-起動器AD，將切換控制信號SG供應(yīng)給轉(zhuǎn)換器CAC。信號SE通過將功率提供給電機(jī)AD的轉(zhuǎn)子的激勵線圈而確定激勵電流。信號SG命令轉(zhuǎn)換器CAC的功率晶體管的切換操作，并確定后者的運(yùn)行模式。另外，單元E⑶將控制信號CK1、CK2和SDC提供給用于保持電壓的裝置DMT。
[0029]如圖1所示，用于保持電壓的裝置DMT大體包括兩個受控電子開關(guān)Kl和K2、超級電容器單元Ucap和直流-直流(DC/DC)負(fù)載轉(zhuǎn)換器。
[0030]用于保持電壓的裝置DMT的大體原理包括在熱機(jī)起動操作期間將第二電壓源與電池BAT串聯(lián)。該第二電壓源在該情況下是超級電容器單元Ucap。在熱機(jī)起動期間，轉(zhuǎn)換器CAC由此被供應(yīng)有比通常在車輛車載電網(wǎng)RB上存在的14V高的電壓。該更高電壓使得可以在起動期間增加電機(jī)AD的扭矩，并保證保持電壓水平，該電壓水平對于連接到車載電網(wǎng)RB的裝備和附件組足夠。
[0031]受控開關(guān)Kl和K2在該情況下是N類型的MOSFET晶體管。
[0032]晶體管Kl包括漏極D，其連接到晶體管K2的漏極D和電池BAT的負(fù)端子B-。晶體管Kl的源極S連接到電路地線。當(dāng)命令晶體管Kl的飽和(開關(guān)閉合)時，電池BAT的端子B-由此連接到地線。晶體管Kl通過單元ECU借助控制信號CKl被控制。
[0033]晶體管K2包括源極S，其連接到超級電容器單元Ucap的正端子+，其負(fù)端子被連接到電路地線。當(dāng)命令晶體管K2的飽和(開關(guān)閉合)時，超級電容器Ucap作為第二電壓源與構(gòu)成主電壓源的電池BAT串聯(lián)。晶體管K2通過單元ECU借助控制信號CK2被控制。
[0034]在該情況下，超級電容器單元Ucap通過串聯(lián)安裝的兩個單元形成，每個單元具有大約1200F的電容。超級電容器單元Ucap的充電通過被電池BAT供電的轉(zhuǎn)換器⑶C被確保。超級電容器單元Ucap的充電水平被單元E⑶通過信號SDC被控制和管理，該信號SDC通過單元ECU提供給轉(zhuǎn)換器CDC。典型地，超級電容器單元Ucap被沖電至大約5V的名義電壓。
[0035]應(yīng)指出，根據(jù)本發(fā)明，晶體管Kl僅在所謂的全或無切換模式中運(yùn)行(即，在閉合狀態(tài)或斷開狀態(tài))，而晶體管K2以切換模式和線性模式運(yùn)行。晶體管Kl和K2的導(dǎo)電永遠(yuǎn)不同時促動。在相同時刻，晶體管Kl和K2處于相反運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)晶體管Kl飽和(閉合)時，晶體管K2截止(斷開)。當(dāng)晶體管Kl截止(斷開)時，晶體管K2通過受控電阻Rds (漏極電阻)而飽和(閉合)或處于線性模式。
[0036]在裝置DMT的閑置狀態(tài)下，即，在熱機(jī)的起動階段之外，晶體管Kl飽和，晶體管K2截止。車載電網(wǎng)RB的電壓則是名義電壓14V，其通過鉛電池類型的電池BAT確定。超級電容器Ucap通過轉(zhuǎn)換器⑶C被保持充電。
[0037]當(dāng)單元E⑶收到起動命令時，裝置DMT通過借助信號CKl和CK2命令晶體管Kl截止和晶體管K2飽和而被激活。電池BAT和超級電容器單元Ucap則串聯(lián)聯(lián)接，且為轉(zhuǎn)換器CAC供應(yīng)有大約17.5V的無負(fù)載高電網(wǎng)電壓VCH。在起動操作期間，該電壓VCH下降，這是電路的不同電阻的結(jié)果，即，電池BAT和超級電容器單元Ucap以及晶體管K2和連接纜線的內(nèi)部電阻。
[0038]在起動操作結(jié)束時，電壓VCH傾向于朝向無負(fù)載電壓17.5V升高，這是所收集的電流減小的結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明，晶體管K2繼而通過控制信號SK2以線性模式被控制，以便將大電阻Rds引入到電路，并在端子B+和地線之間形成電壓VCH降。為此目的，在單元E⑶中設(shè)置控制軟件模塊(未示出)。連接至車輛車載電網(wǎng)的電子附件和裝備由此經(jīng)歷高電壓VCH(17.5V)，僅用于起動熱機(jī)必須的最小時間。
[0039]在該實施例中，晶體管K2以線性方式被控制，以便在熱機(jī)起動操作結(jié)束時將電壓VCH限制到15V的最大值。
[0040]還參考圖2和3，在此以后提供根據(jù)本發(fā)明的保持電壓裝置的實施例的描述，其中，電子開關(guān)Kl和K2被開關(guān)K1’(未不出)和Κ2’替代,每個電子開關(guān)包括并聯(lián)安裝的多個MOSFET晶體管。在此僅詳細(xì)描述開關(guān)Κ2’，已知的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員已知用并聯(lián)的多個MOSFET晶體管形成的開關(guān)Κ1’的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行，其以全或無切換模式運(yùn)行。
[0041]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)Κ2’的大體結(jié)構(gòu)。開關(guān)Κ2’包括并聯(lián)安裝η個開關(guān)ICl至ICn，每個具有MOSFET晶體管，在該情況下為N通道類型，還包括電流控制環(huán)路。每個開關(guān)ICn則傳送電流I/n，并接收相應(yīng)的設(shè)定值CK2’，已知的是，開關(guān)K2’必須傳送的總電流等于I。
[0042]如圖3所示，在該實施例中，用于包含在開關(guān)K2’中的晶體管的K2n’的電流控制環(huán)路大體包括差分放大器2、減法放大器3、矯正器4、驅(qū)動放大器5和電流測量分流器6。
[0043]以與圖1的實施例中的晶體管Κ2相同的方式，在熱機(jī)起動操作期間，晶體管Κ2η’可根據(jù)兩個模式運(yùn)行，即首先全或無切換模式，然后，在起動結(jié)束時，以線性模式，以便限制電壓VCH。晶體管Κ2η’的這兩個運(yùn)行模式通過分配給設(shè)定值CK2’的值控制。
[0044]差分放大器2從分流器6的端子收集電壓信息，該電壓信息表示通過晶體管Κ2η’的實際電流I/n。
[0045]實際電流信息I/n是反作用信息，其應(yīng)用于減法器2的-輸入。減法器3的+輸入接收設(shè)定值CK2’，其具有單元E⑶供應(yīng)的控制信號的形式(見圖1)。晶體管K2n’通過設(shè)定值CK2’和實際電流I/n之間的誤差信號E被控制。誤差信號E通過矯正器4和驅(qū)動放大器5應(yīng)用于晶體管K2n’的柵極G。典型地，矯正器4是比例-積分類型(PI)。
[0046]與開關(guān)Κ2’的晶體管相關(guān)聯(lián)的電流控制回路允許晶體管運(yùn)行點(diǎn)的準(zhǔn)確控制。由此可以根據(jù)通過本發(fā)明提出的兩個運(yùn)行模式控制晶體管，同時確保線性模式中的非常好的穩(wěn)定性。
[0047]應(yīng)意識到，之前參考圖3所述的電流控制環(huán)路可并入在圖1中的實施例中，以便控制MOSFET晶體管K2。
[0048]本發(fā)明與上述實施例不同的實施例在被提供有本說明教導(dǎo)的本領(lǐng)域技術(shù)人員的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于保持電壓的裝置(DMT)，其被設(shè)計為與旋轉(zhuǎn)電機(jī)(AD)相關(guān)聯(lián)，該旋轉(zhuǎn)電機(jī)實現(xiàn)起動機(jī)動車輛的熱機(jī)的功能，該裝置(DMT)被設(shè)計為，當(dāng)熱機(jī)被起動時，提供用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)(AD)的供電的額外電壓，該額外電壓加到車輛的被電池(BAT)供電的車載電網(wǎng)(RB)的名義電壓，該電池作為主電壓源包含在車輛中，該裝置包括第二電壓源(Ucap)以及第一和第二電子開關(guān)(K1、K2)，每個電子開關(guān)包括至少一個MOSFET類型的晶體管，其特征在于，與第二電壓源(Ucap)串聯(lián)安裝的開關(guān)的至少一個MOSFET晶體管(Κ2、Κ2η’)在熱機(jī)起動結(jié)束時以線性模式被控制。
2.根據(jù)前一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，在熱機(jī)起動結(jié)束時以線性模式運(yùn)行的MOSFET晶體管在起動操作的其余部分期間以全或無切換模式運(yùn)行。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的裝置，其特征在于，其包括電流控制環(huán)路(2、3、4、5、6)，用于第二電子開關(guān)的晶體管(Κ2、Κ2η’)的以線性模式的控制。
4.根據(jù)前一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，在線性模式的晶體管(Κ2、Κ2η’)中循環(huán)的電流(1、Ι/η)通過作為輸入被供應(yīng)給電流控制環(huán)路(2、3、4、5、6)的設(shè)定值(CK2’)被控制。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的裝置，其特征在于，第二電子開關(guān)包括并聯(lián)安裝的多個(n) MOSFET晶體管(IC1、IC2，…ICn)，該多個MOSFET晶體管與第二電壓源(Ucap)串聯(lián)安裝。
6.根據(jù)前一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，每個晶體管(IC1、IC2,-1Cn)在熱機(jī)起動結(jié)束時以線性模式被控制，且在于，對于每個晶體管，所述裝置包括一電流控制環(huán)路(2、3、4、5、6)，來以線性模式控制該晶體管。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的裝置，其特征在于，第一開關(guān)(Kl)包括至少一個MOSFET晶體管，該MOSFET晶體管在所謂的全或無切換模式中被控制。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的裝置，其特征在于，第二電壓源包括超級電容器(Ucap) ο
9.根據(jù)前一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，其包括連接至第二電壓源的直流-直流轉(zhuǎn)換器(CDC)，以便為所述超級電容器(Ucap)充電。
10.一種用于起動熱機(jī)的系統(tǒng)，其特征在于，其包括根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的用于保持電壓的裝置(DMT)。
【文檔編號】F02D29/02GK104169131SQ201280070559
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月22日
【發(fā)明者】M.徹敏, P.薩達(dá)特 申請人:法雷奧電機(jī)設(shè)備公司