[发明专利]同步电压转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种同步电压转换器，其具有电隔离部和借助PWM装置根据输入电压对多个输出电压可调节的调整部。

背景技术

将在输入端馈入的直流电压转换为具有更高、更低或者相反的电压水平的直流电压的同步电压转换器也被称为直流电压转换器(DC-DC转换器)。电压变换借助以特定开关或工作频率控制的至少一个电子半导体开关和用于能量传输的至少一个转换器-变压器以及用于断开输出直流电压的至少一个整流二极管进行。

电压转换器中的变压器可以作为具有在转换器输入端和转换器输出端之间电隔离部的所谓的逆向变换器(sperrwandler)的储能器工作。在所谓的导通阶段期间，半导体开关闭合，并且电流由于截止的次级侧二极管而经过变压器的初级绕组流动。在该导通阶段，不进行能量传输并且变压器的次级绕组无电流，而是建立了磁场。与转换器输出端并联连接的次级侧电容器在该导通阶段期间保持输出电压。如果控制半导体开关断开，则初级侧电流下降为零，并且上升的次级侧电流流过二极管并将电容器充电到输出电压。该次级电流随着变压器的次级绕组中的能量的减小而减小到零。根据截止转换器的负载，半导体开关于是随后被直接重新控制为闭合(满负载)或者稍后闭合(部分负载)。该由导通阶段和截止阶段构成的周期通过对半导体开关相应的控制来调整。

电压转换器中的变压器还可以作为所谓的正向变换器的电隔离部件工作。在这种变化中，在输入侧半导体开关的所谓的导通阶段期间，通过次级侧二极管进行通过变压器传输的电流的断开。在这种变化中，同样必须定期控制半导体开关断开，由此变压器中的磁场可以减小。

在正向变换器的更复杂的变化中，在输入侧使用多个半导体开关，以使变压器在桥式电路(半桥或全桥正向转换器)中工作。这些更复杂的变化常常使用具有多于两个的绕组或者带有中间抽头的绕组的变压器，并且在输出侧需要多个整流二极管。上述变换器类型是直流电压转换器(DC-DC转换器)的常用结构变化。

为了调节输入电压变化和/或负载变化，可以在也被称为反馈回路的调节回路中使用利用光耦合器的调节，来保持电势隔离。在偏离额定值的情况下，光耦合器向用于脉冲宽度调制的装置发出数字控制信号，所述装置于是改变或者调整电压转换器的半导体开关的控制信号(PWM信号)的占空比(duty cycle)，以使输出电压跟随额定值。

特别是在用于轨道车辆的信号技术中，为了控制信号灯，需要至少两个可切换的输出电压，特别是以便为信号灯的白天和夜晚工作提供两个不同的亮度等级。借助同步电压转换器的电路技术实现在使用具有紧公差的光耦合器的情况下成本昂贵，或者在成本低、相对来说公差大并且由此不精确的光耦合器的情况下在电路技术上开销非常大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，给出一种被构造为以特别简单的方式提供多个可切换的输出电压的同步电压转换器。

特别地，所述电压转换器还被构造为使用实际上仅能够传输“实际电压过高/过低”这两个极值信息的具有这种大公差的光耦合器，以便改善具有PWM装置的DC-DC转换器的结构变化，对于其来说，根据两点控制方式，具有“实际电压过高”和“实际电压过低”这两个二进制极值信息的控制信号就足够了。

根据本发明，上述技术问题通过权利要求1的特征来解决。有利构造和扩展是从属权利要求的内容。

为此，设置具有电隔离部的调节的同步电压转换器，其在输入侧具有借助脉冲宽度调制器(PWM装置)控制的半导体开关，并且在输出侧具有整流器。调节器和/或控制器包括频率控制的额定值切换部，其依据可调整的工作频率，将第一额定值切换为与当前所选择的工作频率相关联的第二额定值。调节器或控制器由额定值偏差产生控制信号，并且将其馈入PWM装置，用于调整当前所选择的输出电压。

在一个有利构造中，调节器或控制器包括额定值-实际值比较器，其在调节回路或者其所谓的反馈回路内布置在频率控制的额定值切换部上游。额定值-实际值比较器优选电隔离地、由此与电压转换器的输出电压电势隔离地输出用于将输出电压调整到取决于工作频率的额定值的控制信号。

为了在反馈回路内保持同步电压转换器的电势隔离，在那里插入这样的光耦合器，其针对PWM装置形成与各个输出电压电隔离的控制信号。