用于控制電壓升壓電路的電路的制作方法
【專利摘要】用于控制電壓升壓電路（2）的電路，包括：第一PNP晶體管（4），其射極（E1）連接至輸入電壓（Vin）；第二NPN晶體管（6），其集極（C2）連接到第一晶體管（4）的集極（C1），第二晶體管（6）的射極（E2）連接至地，其特征在于，所述第二晶體管（6）的射極（E2）經(jīng)由第一電阻器（12）連接到地，其基極（B2）通過至少一個(gè)二極管（14，16，18）連接至地。
【專利說明】用于控制電壓升壓電路的電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于控制電壓升壓電路的電路。其還涉及電壓升壓電路、用于控制N-通道MOSFET晶體管的裝置，以及用于調(diào)節(jié)安裝在用于機(jī)動(dòng)車輛的通風(fēng)、供暖和/或空調(diào)設(shè)備上的馬達(dá)-風(fēng)扇單元的旋轉(zhuǎn)速度的系統(tǒng)。
[0002]更具體地，本發(fā)明涉及裝備有稱為“停止&起動(dòng)”的內(nèi)燃機(jī)的自動(dòng)停止和重新起動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)車輛的【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0003]當(dāng)車輛靜止(例如由于交通燈變?yōu)榧t)時(shí)，“停止&起動(dòng)”功能停止內(nèi)燃機(jī)。當(dāng)行駛再次可能時(shí)，“停止&起動(dòng)”功能執(zhí)行內(nèi)燃機(jī)的快速起動(dòng)。這樣的起動(dòng)導(dǎo)致車輛的車載網(wǎng)絡(luò)的電壓降，從而，該網(wǎng)絡(luò)的電壓可降到一定臨界值以下，在該臨界值以下，一些設(shè)備關(guān)閉。在該設(shè)備中，馬達(dá)-風(fēng)扇單元或MFU確保朝向乘客艙的空氣流循環(huán)，用于對(duì)所述艙進(jìn)行熱調(diào)節(jié)。由此，內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)的該電壓降停止MFU，且所以影響乘客艙的熱調(diào)節(jié)。
[0004]為了調(diào)節(jié)MFU的旋轉(zhuǎn)速度，使用N-通道MOSFET晶體管，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(dòng)重新起動(dòng)期間，例如由于交通燈變?yōu)榧t，MOSFET晶體管的柵極電壓下降。該下降可降到一水平，從而MOSFET晶體管以線性模式操作，且可因此不再調(diào)節(jié) MFU。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)不提供用于減少該風(fēng)險(xiǎn)的方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明意圖通過提供用于在車輛重新起動(dòng)時(shí)，盡可能限制MOSFET晶體管的柵極電壓降的器件而改善該情況。
[0008]為此目的，本發(fā)明涉及用于控制電壓升壓電路的電路，包括:
[0009]-第一PNP晶體管，其射極連接至輸入電壓；
[0010]-第二NPN晶體管，其集極連接到第一晶體管的集極，第二晶體管的射極連接至地，其特征在于，所述第二晶體管的射極通過第一電阻器連接到地，其基極通過至少一個(gè)二極管連接至地。
[0011]分別連接發(fā)射器和第二 NPN晶體管的基部至地的第一電阻器和二極管用于在短路期間精確控制所述第一電阻器的端子處的電勢(shì)差，和限制兩個(gè)晶體管中流動(dòng)的電流。特別地，二極管的使用確保電路關(guān)于溫度變化的均一性，二極管電壓以與第二 NPN晶體管的基極和射極之間的電壓相同的方式變化。
[0012]根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，第二晶體管的基極通過串聯(lián)設(shè)置的三個(gè)二極管連接至地。
[0013]該數(shù)量的二極管提供了在最嚴(yán)峻使用情況下用于控制第二 NPN晶體管的必要的電壓。這些最嚴(yán)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(shù)。[0014]有利地，第一電阻器的值小于十歐姆。
[0015]該值提供確保與短路時(shí)間期間晶體管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，第二晶體管的基極通過第二電阻器連接至參考電壓。
[0017]這允許第二 NPN晶體管的基極電壓被控制。
[0018]本發(fā)明還涉及一種電壓升壓電路，包括根據(jù)本發(fā)明的控制電路和輸出級(jí)，連接至第一和第二晶體管的集極，在輸出級(jí)的端子處，輸出電壓被恢復(fù)為大于輸入電壓。
[0019]有利地，升壓電路包括輸入級(jí)，連接至第一和第二晶體管的基極，用于控制所述晶體管的斷開和閉合。
[0020]優(yōu)選地，輸入級(jí)能夠在所述輸入級(jí)的一個(gè)輸入端子上接收脈寬調(diào)制控制。
[0021]根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，輸入級(jí)包括兩個(gè)MOSFET晶體管，其柵極連接至輸入端子，優(yōu)選地通過電阻器連接。
[0022]有利地，輸入級(jí)包括連接至第一晶體管的基極的電壓分配橋。
[0023]優(yōu)選地，電壓分配橋包括兩個(gè)電阻器。
[0024]有利地，輸出級(jí)包括:
[0025]-兩個(gè)二極管和第一電容器，在輸入電壓和地之間相繼地串聯(lián)連接；和
[0026]-第二電容器，連接在第一晶體管的集極和兩個(gè)二極管之間，
[0027]輸出電壓等于第一電容器的端子處的電壓。
[0028]包括兩個(gè)二極管和兩個(gè)電容器的該輸出級(jí)由此構(gòu)成作為電壓二倍器操作的供給栗。
[0029]優(yōu)選地，輸出級(jí)的二極管是肖特基二極管。
[0030]本發(fā)明還涉及一種用于控制N-通道MOSFET晶體管的裝置，包括根據(jù)本發(fā)明的升壓電壓電路。
[0031]本發(fā)明還涉及一種用于調(diào)節(jié)安裝在用于機(jī)動(dòng)車輛的通風(fēng)、供暖和/或空調(diào)設(shè)備上的馬達(dá)-風(fēng)扇單元的旋轉(zhuǎn)速度的系統(tǒng)，包括N-通道MOSFET晶體管和根據(jù)本發(fā)明的用于控制所述MOSFET晶體管的裝置。
[0032]MOSFET晶體管優(yōu)選地連接在供給電壓和馬達(dá)-風(fēng)扇單元之間。
[0033]貫穿本發(fā)明的說明書，術(shù)語“連接”是指直接連接或經(jīng)由低阻抗電阻器連接。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]參考附圖，本發(fā)明的實(shí)施例的例子現(xiàn)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(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)模式包括控制電路的升壓電壓電路的結(jié)構(gòu)的圖；和
[0036]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)模式的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)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(gè)雙極晶體管4、6、用于控制晶體管4、6的斷開和閉合的輸入級(jí)8、和輸出級(jí)10,在輸出級(jí)的端子處恢復(fù)輸出電壓Vout。
[0039]第一雙極晶體管4是PNP晶體管，其射極El連接至輸入電壓Vin，基極BI連接至輸入級(jí)8，集極Cl連接至輸出級(jí)10。
[0040]第二雙極晶體管6是NPN晶體管，其集極C2連接至第一晶體管4的集極Cl，基極B2連接至輸入級(jí)8，射極E2通過第一電阻器12連接至地。該第一電阻器12的值小于lOohm，例如等于5ohm。
[0041]第二NPN晶體管6的基極B2還連接至地，通過至少一個(gè)且有利地根據(jù)圖1的例子，三個(gè)二極管14、16、18，它們相繼地串聯(lián)設(shè)置且沿同一方向取向，二極管14的陽(yáng)極連接至基極B2，二極管18的陰極連接至地。
[0042]第二 NPN晶體管6的基極B2還連接至參考電壓Vref，等于5V，例如通過第二電阻器20連接。
[0043]由于參考電壓Vref、二極管14、16、18和電阻器12，基極B2的電壓被完全控制。
[0044]輸入級(jí)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(diào)制控制信號(hào)24，稱為PWM控制。
[0045]該輸入級(jí)8包括兩個(gè)MOSFET晶體管26、28，其柵極G1、G2分別經(jīng)由兩個(gè)電阻器30、32連接至PWM信號(hào)的輸入端子23。
[0046]第一 MOSFET晶體管26的漏極Dl連接至第一 PNP晶體管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晶體管28的漏極D2連接至第二 NPN晶體管6的基極B2，且其源極S2連接至地。
[0048]輸入級(jí)8的該構(gòu)造確保，當(dāng)PWM控制信號(hào)處于邏輯水平I時(shí)，典型地對(duì)應(yīng)于微控制器輸出端處的5V電壓時(shí)，第一 PNP晶體管4閉合，且第二 NPN晶體管6斷開。相反，當(dāng)PWM控制信號(hào)處于邏輯水平O時(shí)，典型地對(duì)應(yīng)于微控制器輸出端處的OV電壓時(shí)，第一 PNP晶體管4斷開，第二 NPN晶體管6閉合。
[0049]特別地在此，電阻器20、22、34被選擇為限制雙極晶體管4、6兩者都閉合的時(shí)間，即第一 PNP晶體管的斷開時(shí)間和第二 NPN晶體管6的閉合時(shí)間，反之亦然。輸入電壓Vin和地之間的短路的時(shí)間必須減小，以便避免電路2的部件的過應(yīng)力，特別是雙極晶體管4、6和第一電阻器12。
[0050]小于IOohm的第一電阻器12的值提供確保與短路時(shí)間期間晶體管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(jí)10包括兩個(gè)二極管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42，二極管36、38和第一電容器在輸入電壓Vin和地之間相繼串聯(lián)連接，第二電容器連接在第一 PNP晶體管4的集極Cl和兩個(gè)肖特基二極管36、38之間。第一肖特基二極管36的陽(yáng)極連接到輸入電壓Vin，其陰極連接到第二肖特基二極管38的陽(yáng)極，第二肖特基二極管的陰極連接到第一電容器40。
[0052]輸出級(jí)10由此構(gòu)成用于使輸入電壓Vin成雙倍的供給泵，以便獲得基本等于2*Vin的輸出電壓Vout。
[0053]典型地，電壓Vin是機(jī)動(dòng)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(shí)間之后，流過第一電阻器12的電流非常低，是十毫安量級(jí)，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(jí)。由于電容器42的充電電流非常低，沒有電流流過三個(gè)二極管14、16、18。
[0056]在電路2的輸出處，輸出電壓Vout等于2*Vin-Vdrop_2*Vd，其中，Vd是在肖特基二極管36、38的每個(gè)的端子處的電壓。由于電壓Vd是300mV量級(jí)，電壓Vdrop相對(duì)于2*Vd可忽略。
[0057]由于本發(fā)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，由于第一 PNP晶體管4連接至輸入電壓和第二 NPN晶體管6連接至地，雙極晶體管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(chǎn)生任何損失。
[0059]圖2示出用于調(diào)節(jié)安裝在用于機(jī)動(dòng)車輛的通風(fēng)、供暖和/或空調(diào)設(shè)備上的馬達(dá)-風(fēng)扇單元MFU52的旋轉(zhuǎn)速度的系統(tǒng)50。
[0060]該調(diào)節(jié)系統(tǒng)50包括N-通道MOSFET晶體管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(gè)二極管58連接在馬達(dá)端子處。在此，電壓Valim等于車輛電池的電壓Vin。
[0061]MOSFET晶體管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]由于升壓電路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(jí)，MOSFET晶體管54的控制電壓Vout足以確保MOSFET晶體管54不進(jìn)入到線性模式，且MFU52不停止操作。
[0063]顯然，可設(shè)想實(shí)施例的其他模式。
[0064]作為例子，輸入級(jí)8的MOSFET晶體管26、28可被在晶體管4、6的基極的水平處具有高阻抗的其他器件替換。
[0065]由于第一 PNP晶體管4連接至輸入電壓和第二 NPN晶體管6連接至地，雙極晶體管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(chǎn)生任何損失，如所解釋的。
[0066]由于電阻器12和一個(gè)或多個(gè)二極管14、16和18，通過晶體管4和6的電流在PWM控制信號(hào)24的邏輯狀態(tài)改變階段期間被限制，同時(shí)，在PWM控制信號(hào)24的給定邏輯狀態(tài)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管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，由于根據(jù)本發(fā)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，這是由于輸出電壓Vout足以確保MOSFET晶體管54不進(jìn)入線性模式，如以上所解釋的。
【權(quán)利要求】
1.一種用于控制電壓升壓電路(2)的電路，包括: -第一 PNP晶體管(4)，其射極(El)連接至輸入電壓(Vin)； -第二 NPN晶體管(6)，其集極(C2)連接到第一晶體管(4)的集極(Cl)，第二晶體管(6)的射極(E2)連接至地， 其特征在于，所述第二晶體管(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(gè)二極管(14，16，18)連接至地。
2.如權(quán)利要求1所述的控制電路，其中，第二晶體管(6)的基極(B2)通過串聯(lián)設(shè)置的三個(gè)二極管(14，16，18)連接至地。
3.如權(quán)利要求1或2所述的控制電路，其中，第一電阻器(12)的值小于十歐姆。
4.如權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的控制電路，其中，第二晶體管(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(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的控制電路和輸出級(jí)(10)，所述輸出級(jí)連接至第一和第二晶體管(4，6)的集極(Cl，C2)，在所述輸出級(jí)的端子處，輸出電壓(Vout)被恢復(fù)為大于輸入電壓(Vin)。
6.如權(quán)利要求5所述的升壓電路(2)，包括輸入級(jí)(8)，連接至第一和第二晶體管(4，6)的基極(BI，B2)，用于控制所述晶體管(4，6)的斷開和閉合。
7.如權(quán)利要求6所述的升壓電路(2)，其中，輸入級(jí)(8)能夠在所述輸入級(jí)(8)的一個(gè)輸入端子(23 )上接收脈寬調(diào)制控制(24)。
8.如權(quán)利要求7所述的升壓電路(2)，其中，輸入級(jí)(8 )包括兩個(gè)MOSFET晶體管(26，28)，其柵極(Gl，G2)連接至輸入端子(23)。
9.如權(quán)利要求6至8中的任一項(xiàng)所述的升壓電路(2)，其中，輸入級(jí)(8)包括連接至第一晶體管(4)的基極(BI)的電壓分配橋(22，34)。
10.如權(quán)利要求5至9中的任一項(xiàng)所述的升壓電路(2)，其中，輸出級(jí)(10)包括: -兩個(gè)二極管(36，38)和第一電容器(40)，在輸入電壓(Vin)和地之間相繼地串聯(lián)連接；和 -第二電容器(42)，連接在第一晶體管(4)的集極(Cl)和兩個(gè)二極管(36，38)之間， 輸出電壓(Vout)等于第一電容器(40)的端子處的電壓。
11.如權(quán)利要求10所述的升壓電路(2)，其中，輸出級(jí)的二極管(36，38)是肖特基二極管。
12.—種用于控制N-通道MOSFET晶體管(54)的裝置，包括如權(quán)利要求5至11中任一項(xiàng)所述的升壓電壓電路(2)。
13.一種用于調(diào)節(jié)安裝在用于機(jī)動(dòng)車輛的通風(fēng)、供暖和/或空調(diào)設(shè)備上的馬達(dá)-風(fēng)扇單元(52)的旋轉(zhuǎn)速度的系統(tǒng)(50)，包括N-通道MOSFET晶體管(54)和如權(quán)利要求12所述的用于控制所述MOSFET晶體管(54)的裝置。
【文檔編號(hào)】H03K17/06GK103907277SQ201280049074
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年10月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月5日
【發(fā)明者】K.考溫 申請(qǐng)人:法雷奧熱系統(tǒng)公司