具有两个或更多个独立输出级的反激式转换器

本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的电力供应单元，以及一种具有权利要求12的前序部分的特征的用于向电子机动车辆控制装置供应电力的方法。

当前的电子机动车辆控制装置包括SBC(系统基础芯片)、若干供电架构的ASIC或分立实现或者它们的组合：降压开关模式电力转换器(SMP)、级联降压升压开关模式电源(SMPS)、反激式转换器(反激式SMPS)和线性调节器。这些包括基于模拟PI或PID控制器的控制器。

电源是电子控制装置的重要、昂贵且与热相关的部分。在高负载下，常规的电源具有多个输出，这意味着用于该目的的装置是昂贵的。控制单元和调节器是分开地实现的。开关模式电源(SMPS)被越来越多地用于取代常规的线性AC电力供应单元，从而降低功耗并且减少散热以及部件的尺寸和重量。然而，由于开关模式电源需要复杂的控制单元，因此使用开关模式电源最多实现一到两个输出。其余的输出由简称为LDO的线性调节器生成，这些线性调节器会产生大量热量并且需要大型晶体管。

本发明的目的是指定一种电力供应单元，该电力供应单元为电子控制装置提供特别简单且廉价的电力供应。

该目的通过具有权利要求1的特征的用于电子控制装置的电力供应单元以及通过具有权利要求12的特征的用于向电子机动车辆控制装置供应电力的方法来实现。在从属权利要求中提到了本发明的有利的改进方案。

因此，提供了一种用于电子控制装置、特别是机动车辆控制装置的电力供应单元，该电力供应单元具有变压器，该变压器具有能够借助于可切换的初级开关来激励的初级线圈以及至少一个次级线圈，其中，初级线圈和所述至少一个次级线圈布置在公共磁芯上，并且所述至少一个次级线圈提供具有可控输出电压的至少两个输出，其中，所述至少一个次级线圈被分配有用于至少两个输出中的每一个的可切换的次级开关，并且其中，电力供应单元包括信号处理和计算单元，该信号处理和计算单元被设置成借助于脉冲生成器来激励初级开关和次级开关，其中，至少两个输出被顺序地依次连接以提供至少两个可控输出电压。

通过该数字控制，可以实现复杂、智能和鲁棒的调节。实际上变得可能创建具有多个输出的电力供应单元，其中，所有输出都被调节。以这种方式，不需要线性调节器。

在优选实施方式中，提供至少两个次级线圈，其中，初级线圈和所述至少两个次级线圈布置在公共磁芯上，其中，在所述至少两个次级线圈中的每一个的上游连接有可切换的次级开关，并且其中，电力供应单元包括信号处理和计算单元，该信号处理和计算单元被设置成借助于脉冲生成器来激励初级开关和次级开关，其中，所述至少两个次级线圈被顺序地依次切换以提供至少两个可控的、特别是可变的输出电压。

然而，在本发明的上下文中，次级线圈也可以提供若干个输出电压。为此，次级线圈连接至对应数目的可控次级开关，这些可控次级开关连接在次级线圈的下游。通过依次切换次级开关，次级线圈可以提供若干个输出电压。

变压器优选地是钟控反激式转换器的一部分。反激式转换器特别是具有电势隔离，其用于电能从初级侧到次级侧的电流解耦传输。

当电力供应单元包括电压检测电路时是有利的，该电压检测电路被设置成测量借助于至少一个次级线圈提供的输出电压并且将输出电压传递至信号处理和计算单元。这特别是使得可以将由电压检测电路测量的电压与预先确定的设定点值进行比较。该比较可以由比较器进行，并且用于调节输出电压。还可以提供的是，电压检测电路测量输入电压。

电力供应单元优选地包括时钟发生器，用于对切换周期进行计时，该时钟发生器为信号处理和计算单元提供时钟信号。

电力供应单元特别地可以具有诊断单元和/或其他功能(例如上电/断电排序、错误处理、重新配置)，这些功能可以容易地且廉价地实现。为了可能的重新配置，电力供应单元优选地具有配置存储器。

当电力供应单元具有用于与控制装置的主处理器进行通信的通信接口时是有利的。

在有利的实施方式中，电力供应单元具有用于存储或减少多余的能量的附加初级电路。在另一实施方式中，可以提供循环器和附加脉冲生成器来代替附加初级电路。附加脉冲生成器对分配给输出的开关元件进行切换以产生短路。借助于循环器，电流在线圈中循环，使得多余的能量不会完全损失，而是被保留。该能量可以用作储备。

可以提供的是，电力供应单元具有短路识别装置。短路识别装置检测优选地借助于比较器检测短路输出。如果存在短路，则无法达到预先确定的设定点值。因此，将脉冲生成器的输出信号与预先确定的阈值进行比较。如果超过这样的阈值，则存在短路，该短路由短路识别装置检测到。

初级开关和/或次级开关优选地为双极型晶体管、IGBT或MOSFET。

另外，提供一种具有以上描述的电力供应单元的电子机动车辆控制装置，其中，该电力供应单元具有带有大于100mA负载的输出电压。电力供应单元的输入电压优选地由电池提供。此外，提供了一种用于向电子机动车辆控制装置供应电力的方法，该电子机动车辆控制装置具有电力供应单元，该电力供应单元具有变压器，该变压器具有能够借助于可切换的初级开关来激励的初级线圈以及至少一个次级线圈，其中，初级线圈和所述至少一个次级线圈布置在公共磁芯上，并且所述至少一个次级线圈提供具有可控输出电压的至少两个输出，其中，至少一个次级线圈被分配有用于至少两个输出中的每一个的可切换的次级开关，并且其中，电力供应单元包括信号处理和计算单元，并且其中，该方法包括以下的方法步骤：

-借助于由信号处理和计算单元控制的脉冲生成器来激励初级开关和所述至少一个次级开关；

-借助于初级脉冲生成器将时钟控制信号输出至初级开关，使得初级开关接通一段时间，从而使电流流动通过初级线圈并且在磁芯中生成磁场，并且然后初级开关进入断开状态一段时间；

-在初级开关的断开状态期间，借助于次级开关依次接通至少两个输出，其中，接通过程在每种情况下持续直到达到相应输出电压的设定点值或者超过预先确定的时间为止。

该方法允许以简单的方式在电力供应单元处提供经调节的输出电压。此处，所有输出电压的调节仅使用单个公共信号处理和计算单元进行。

当该方法包括以下另外的方法步骤时是优选的：

-测量借助于至少一个次级线圈提供的输出电压，并且将信号值传递至信号处理和计算单元；

-在信号处理和计算单元中将所测量的信号值与预先确定的设定点值进行比较，以调节次级开关的接通过程。该比较优选地借助于比较器来执行。还可以提供的是，还测量输入电压并且将该值传递至信号处理和计算单元以进行调节。

在优选的实施方式中，提供至少两个次级线圈，其中，初级线圈和至少两个次级线圈布置在公共磁芯上，并且其中，在至少两个次级线圈中的每一个的上游连接有可切换的次级开关，并且其中，电力供应单元包括信号处理和计算单元，并且该方法包括以下的方法步骤：

-借助于由信号处理和计算单元控制的脉冲生成器来激励初级开关和至少两个次级开关；

-借助于初级脉冲生成器将时钟控制信号输出至初级开关，使得初级开关接通一段时间，从而使电流流动通过初级线圈并且在磁芯中生成磁场，并且然后初级开关进入断开状态一段时间；

-在生成磁场之后，在初级开关处于断开状态的情况下依次接通至少两个次级线圈，其中，次级线圈的接通过程在每种情况下持续直到达到相应输出电压的设定点值或者超过预先确定的时间为止。

该方法优选地包括以下另外的方法步骤：

-借助于时钟生成器针对信号处理和计算单元提供时钟信号，以对切换过程进行计时。

优选地以使得输出电压连续升高的方式来激励变压器。为此，在单个接通过程期间会连续增加输出电压的对应设定点值，直到达到目标设定点值为止。然后，输出电压跟随设定点值，并且因此可以以有针对性的方式缓慢增加。

电力供应单元特别地可以具有诊断单元和/或其他功能(例如上电/断电排序、错误处理、重新配置)，这些功能可以容易地且廉价地实现。为了可能的重新配置，电力供应单元优选地具有配置存储器。

当电力供应单元具有用于与控制装置的主处理器进行通信的通信接口时是有利的。

在有利的实施方式中，电力供应单元具有用于存储或减少多余的能量的附加初级电路。在另一实施方式中，可以提供循环器和附加脉冲生成器来代替附加初级电路。附加脉冲生成器对分配给输出的开关元件进行切换以产生短路。借助于循环器，电流在线圈中循环，使得多余的能量不会完全损失，而是被保留。该能量可以用作储备。

可以提供的是，电力供应单元具有短路识别装置。短路识别装置优选地借助于比较器来检测短路输出。如果存在短路，则无法达到预先确定的设定点值。因此，将脉冲生成器的输出信号与预先确定的阈值进行比较。如果超过这样的阈值，则存在短路，该短路由短路识别装置检测到。

初级开关和/或次级开关优选地为双极型晶体管、IGBT或MOSFET。

电力供应单元的输入电压优选地由电池提供。

另外，提供一种具有电力供应单元的电子机动车辆控制装置，该电子机动车辆控制装置被设置成执行以上描述的方法。

下面将借助于附图更详细地说明本发明的优选实施方式。在这种情况下，在整个附图中，所提供的相同或功能相同的部件具有相同的附图标记。在附图中：

图1：示出了变压器的示意图示，以及

图2：示出了控制装置的电力供应的控制系统的框图。

图1中所示的变压器1在初级侧具有初级线圈2，并且在次级侧具有两个次级线圈3、4，这些线圈布置在公共磁芯上。因此，施加至初级线圈2的AC输入电压被转换为可以在次级线圈3、4处分接的AC输出电压。

如图2所示，变压器1是钟控反激式转换器6的一部分，该钟控反激式转换器6又是用于控制控制装置的电力供应的电力供应单元7的一部分。反激式转换器6具有电势隔离，其用于电能从初级侧到次级侧的电流解耦传输。

反激式转换器6被设计为时钟转换器并且具有可控初级开关8。可控初级开关8是电力开关，特别是带有绝缘栅电极的晶体管，优选地为IGBT或MOSFET。信号处理和计算单元9借助于初级脉冲生成器10以时钟方式切换可控初级开关8。反激式转换器6的初级侧连接至电池的正极。正控制脉冲将初级开关8的晶体管导通一段时间。线性增加的电流流动通过初级线圈2并且在未示出的磁芯中生成磁场。在这段时间期间，次级线圈3、4中没有电流流动。如果控制信号将初级开关8切换至断开状态一段时间，则在次级侧上提供的两个输出11、12依次接通，其中，输出11、12优选地被接通，直到达到针对输出电压的设定点值为止。

为了接通和断开输出11、12，为每个输出11、12分配次级开关13、14，所述次级开关也由信号处理和计算单元9通过次级脉冲生成器15、16以时钟方式来激励。

在这种情况下，第一次级开关13被分配给第一次级线圈3，并且第二次级开关14被分配给第二次级线圈4。次级开关13、14也是电力开关，特别是带有绝缘栅电极的晶体管，优选地是IGBT或MOSFET。

如果正控制脉冲将第一次级开关13或第二次级开关14(外部晶体管)接通一段时间，则在第一次级线圈3或第二次级线圈4中感应出电压，其中存储的磁场减小。

借助于次级线圈3、4提供的输出电压和输入电压借助于电压检测电路17、18、19测量，并且被传递至公共信号处理和计算单元9。信号处理和计算单元9使用所测量的电压来计算初级脉冲生成器10和次级脉冲生成器15、16的控制信号。为此，将由电压检测电路17、18、19测量的实际值与可预先确定的设定点值进行比较。为此，优选在每种情况下都提供比较器(未示出)。如果达到输出电压的设定点值，则断开对应的次级线圈3、4。为此，次级开关13、14的晶体管被切换至断开状态。重复该过程，其中，次级线圈3、4一个接一个地切换。还可以提供的是，即使在尚未达到输出电压的设定点值的情况下，在预先确定的时间段之后也要断开次级线圈，以防止短路或者以确保过充保护。

输出电压的数目优选地大于两个。在这种情况下，变压器具有至少一个次级线圈。在未示出的实施方式中，当使用单个次级线圈时，至少两个输出电压由公共次级线圈提供。为此，次级线圈在每种情况下连接至每个输出的可切换的次级开关。如果正控制脉冲将两个次级开关之一接通一段时间，则在次级线圈中感应出电压，其中存储的磁场减少。此处，输出也是依次接通的。

为了控制控制信号的时序，信号处理和计算单元9从时钟发生器20接收时钟信号。

信号处理和计算单元9优选地以数字方式操作。信号处理和计算单元9由连接至电池的正极的内部供应装置21供应电压。

还可以提供诊断单元22，以用于将诊断信息传递至控制装置的主处理器(未示出)。诊断单元22此处优选地经由通信接口23与主处理器通信。

优选地，还提供配置存储器24，该配置存储器24布置在信号处理和计算单元9与通信接口23之间，并且由通信接口23寻址以激励信号处理和计算单元9。

在经过一个控制周期并且向两个输出都供应电压后，可能会存在多余的能量。该多余的能量被释放到附加初级电路25中。

存储在附加初级电路25中的能量可以例如传导至变压器的磁芯中，以便能够覆盖在切换周期期间环境中不可预测的变化。为此，线圈3、4之一被短路。多余的能量还可以用作对偏差不太敏感并且相对于电池的正极进行操作的负载的输出电压。

多余的能量借助于检测电路26来测量，该检测电路26将值传递至信号处理和计算单元9。

可以在附加初级电路25中提供齐纳二极管(未示出)以耗散能量。根据在附加初级电路25中流动的电流和电压来控制用于初级脉冲生成器10的控制信号。

在另一实施方式中，可以提供循环器和附加脉冲生成器来代替附加初级电路。附加脉冲生成器对分配给输出的开关元件进行切换，以产生短路。借助于循环器，电流在线圈中循环，使得多余的能量不会完全损失，而是被保留。该能量可以用作储备。测量装置测量循环器电流。附加脉冲生成器和初级脉冲生成器根据所测量的循环器电流来激励。

反激式转换器6优选地被设计成使得输出电压连续升高。为此，输出电压的对应设定点值在比较器中稳定地增加。然后，输出电压跟随设定点值，并且因此可以以有针对性的方式缓慢增加。

此外，可以提供短路识别装置(未示出)。短路识别装置借助于比较器检测短路输出。如果存在短路，则无法达到预先确定的设定点值。因此，将脉冲生成器的输出信号与预先确定的阈值进行比较。如果超过这样的阈值，则存在短路，该短路由短路识别装置检测到。

电力供应单元优选地用于在高负载(>100mA)下需要若干供应电压的电子机动车辆控制装置。然而，如果仅传感器连接至输出，则也可以使用电力供应单元。在这种情况下，仅消耗约5mA。