專利名稱：裝置的制作方法
裝置
本發(fā)明涉及一種具有振蕩器單元的裝置，該振蕩器單元可以與電 負載相耦合，用于向電負栽輸送電能。
應該以具有預定頻率和預定電壓幅度的交流電壓給電負載輸送電 能。借助振蕩器單元生成該交流電壓。但是與電負載有關地可能損害 振蕩器單元的起振。
本發(fā)明的任務是創(chuàng)造一種具有可靠起振的振蕩器單元的裝置。
通過獨立權利要求的特征來解決該任務。在從屬權利要求中表明 本發(fā)明的有利改進方案。
本發(fā)明的特征在于可與電負載相耦合用于向電負載輸送電能的裝 置。該裝置包括振蕩器單元和輔助振蕩器單元。構造振蕩器單元用以 生成裝置的輸出信號，該輸出信號可以被輸送給電負載和具有第一頻 率。輔助振蕩器單元與振蕩器單元電耦合。還構造輔助振蕩器單元， 以大于第一頻率的第二頻率來激勵振蕩器單元振蕩。輔助振蕩器單元 包括時間元件，其中所述時間元件被構造和布置，用以在預定持續(xù)時 間結束之后，在啟動振蕩器單元和輔助振蕩器單元之后終止對振蕩器 單元的激勵。
本發(fā)明基于以下認識，如果電負載具有太小的負載電阻，則可能 損害振蕩器單元的起振。由于微小的負載電阻，可能過于降低振蕩器 單元的開路放大率，以便能夠確保振蕩器單元的可靠起振。通過設置 輔助振蕩器單元，振蕩器單元的受控的和可靠的起振是可能的，其方
式是使振蕩器單元與輔助振蕩器單元強制同步。在例如處于大約100
微秒或毫秒數(shù)量級的預定持續(xù)時間結束之后，振蕩器單元于是可以以 其自身的第一頻率振蕩。振蕩器單元的少損耗運行因此是可能的。還 可以筒單和成本低地實現(xiàn)這種裝置。振蕩器單元尤其是功率振蕩器單元。
本發(fā)明特別適用于以輸出信號的形式向電負載傳輸電能，用于運 行電負栽，例如用于運行加熱裝置、尤其是機動車中的噴油閥的感應 式加熱裝置，其中所述輸出信號尤其是有關預定基準電位的差分輸出 信號。該裝置尤其是機動車中的控制設備。
3在有利的擴展方案中，振蕩器單元包括至少一個晶體管，其代表 用于生成輸出信號的環(huán)路放大器。輔助振蕩器單元與所述至少一個晶 體管的控制輸入端相耦合，用于觸發(fā)所述至少一個晶體管。這具有以 下的優(yōu)點，由此可以以此方式通過輔助振蕩器單元控制所述至少一個 晶體管的開關。因此以受控方式和如由輔助振蕩器單元預先規(guī)定那樣 來實現(xiàn)開關。對于至少一個晶體管的觸發(fā)，只需要微小的功率，使得 可以成本低地構造輔助振蕩器單元。所述至少一個晶體管尤其是被構 造為功率晶體管。
在這方面，如果在振蕩器單元中設置分別代表用于生成輸出信號 的兩個環(huán)路放大器，并且構造輔助振蕩器單元來交替地觸發(fā)兩個晶體 管，則是有利的。通過兩個晶體管尤其可以生成基本上與預定基準電 位對稱的差分輸出信號。優(yōu)點是不同時地接通兩個晶體管。由此可以 在振蕩器單元起振期間，防止產(chǎn)生電流尖峰。對于振蕩器單元的元件 和尤其是對于至少一個晶體管，這種電流尖峰是大的負荷，并且可能 導致振蕩器單元的壽命和可靠性的降低。通過防止產(chǎn)生電流尖峰，因 此保持振蕩器單元的可靠性和壽命。此外電流尖峰也可能導致必要時 必須通過昂貴的濾波措施抑制的干擾的電磁輻射。但是由于防止了電 流尖峰的產(chǎn)生，而不需要這種濾波措施。因此可以特別成本低地構造 裝置。
在另一有利的擴展方案中，振蕩器單元和輔助振蕩器單元具有共 同的激活輸入端。構造振蕩器單元，用以根據(jù)在激活輸入端處的激活 信號來激活或去激活偏壓向至少一個晶體管的控制端子的輸送，其中 所述偏壓對于生成輸出電壓是必要的。還構造輔助振蕩器單元，用以 與激活信號有關地啟動時間元件。優(yōu)點是，通過至少一個晶體管的相 應控制輸入端來激活和去激活和相應地啟動和停止振蕩器單元。激活 和去激活以及啟動和停止的功率需求由此特別微小的。因此在這方面 可以很簡單地用成本低的元件(例如用小信號元件)建造裝置。由此 還存在將這些元件集成在半導體元件中的可能性。
在另一有利的擴展方案中，輔助振蕩器單元包括多諧振蕩器或施 密特觸發(fā)器振蕩器。優(yōu)點是，由此可以很簡單和成本低地構造輔助振 蕩器單元，并還能夠?qū)崿F(xiàn)振蕩器單元的可靠激勵。
以下借助示意附圖來闡述本發(fā)明的實施例。
4

圖1展示了具有振蕩器單元和輔助振蕩器單元的第一實施形式的 裝置，
圖2展示了輔助振蕩器單元的第二實施形式，和
圖3展示了電壓時間圖和電流時間圖。
所有附圖中相同構造或功能的元件具有相同的參考符號。
裝置1經(jīng)由第一線路2和第二線路3與電負栽4、即與電消耗器相 耦合(圖1)。裝置l例如是機動車中的控制設備，第一和第二線路2、 3例如被敷設在機動車的電纜束中。
裝置1被構造，用于生成輸出信號USIG，其中優(yōu)選地以具有高電 壓幅度和具有第一頻率的正弦形交流電壓的形式來構造該輸出信號 USIG。此外，裝置1被構造，用于經(jīng)由第一和第二線路2、 3來給負栽 4輸送輸出信號USIG。輸出信號USIG的第一頻率例如在約40和50 kHz之間，所述輸出信號USIG的電壓幅度在振蕩周期之內(nèi)在輸出信號 USIG的信號特性曲線的最高值和最低值之間約為140 V。例如以此方 式從裝置1向負栽4傳輸約100至200瓦特數(shù)量級的功率。負載4例如 是可感應加熱的噴油閥。但是輸出信號USIG的第一頻率、電壓幅度和 /或所傳輸?shù)墓β室部梢愿蠡蚋　Ｒ策€可以用另一負載4來運行裝 置l。
裝置l包括用于生成輸出信號USIG的振蕩器單元5和輔助振蕩器 單元6。振蕩器單元5與第一和第二線路2、 3相耦合。優(yōu)選地，振蕩 器單元5被構造，用以如此生成輸出信號USIG,使得該輸出信號USIG 關于預定的基準電位GND基本上對稱。因此以差分的方式傳輸信號。 就電磁輻射而言，這是特別有利的，所述電磁輻射尤其是在具有大電 壓幅度的高頻信號的情況下可能以干擾的程度出現(xiàn)，并有時可能干擾 另外的電元件。預定的基準電位GND尤其是接地電位，例如是機動車 底盤的電位。但是也可以不同地構造振蕩器單元5。
振蕩器單元5優(yōu)選包括功率振蕩器，或被構造為功率振蕩器單元。 振蕩器單元5包括優(yōu)選被構造為功率晶體管的第一晶體管T1和第二晶 體管T2。笫一和第二晶體管T1、 T2的相應源極端子經(jīng)由第一電阻R1 與預定的基準電位GND相耦合。例如設置第一電阻Rl，以便借助經(jīng) 由第一電阻R1的電壓降來檢測通過第一或第二晶體管T1、T2的電流。 但是第一和第二晶體管T1、T2的相應源極端子同樣可以直接與預定的基準電位GND相耦合。第一和第二晶體管T1、 T2的相應漏極端子與 振蕩器電容CO的相應端子相耦合。
還如此構造振蕩器單元5，使得交替地觸發(fā)第一和第二晶體管Tl、 T2的相應柵極端子。相應柵極端子形成第一或第二晶體管Tl、 T2的 相應控制輸入端。第一晶體管Tl的控制輸入端經(jīng)由第一二極管Dl與 第二晶體管T2的漏極端子相耦合。第二晶體管T2的控制輸入端相應 地經(jīng)由第二二極管D2與第一晶體管Tl的漏極端子相耦合。
振蕩器單元5還包括具有初級繞組PR和次級繞組SE的變壓器 TR。在電氣上與振蕩器電容CO并聯(lián)地布置初級繞組PR。初級繞組具 有經(jīng)由退耦電感L與預定的供應電位V相耦合的中間抽頭。在預定的 供應電位V和預定的基準電位GND之間的電壓例如約為12伏。但是 該電壓也可以大于或小于12伏。在振蕩器單元5的運行期間，電流I 流過退耦電感L。
次級繞組SE與笫一和第二線路2、 3相耦合。負載4例如包括在 電上串聯(lián)的負載電感LL和負栽電阻RL。負載電感LL和負載電阻RL 與次級繞組SE和第一和第二線路2、 3形成回路。
基本由振蕩器電容CO的電容值和由電感值預先規(guī)定經(jīng)由第一和 第二線路2、 3可傳輸?shù)妮敵鲂盘朥SIG的第一頻率，該電感值由變壓 器TR的在電氣上互相并聯(lián)布置的初級繞組PR和由通過變壓器TR所 轉換的負載電感LL形成。
為了可以生成輸出信號USIG，必須給第一和第二晶體管Tl、 T2 的相應控制輸入端輸送大于第一或第二晶體管T1、T2的門限電壓的偏 壓。為此，相應的控制輸入端經(jīng)由第二電阻R2或第三電阻R3在電氣 上與第三晶體管T3的集電極端子相耦合。第三晶體管T3優(yōu)選被構造 為小信號晶體管。第三晶體管T3以其發(fā)射極端子與預定的供應電位V 相耦合。笫二和第三電阻R2、 R3和笫三晶體管T3的集電極端子經(jīng)由 第四電阻R4與預定的基準電位GND相耦合。如果第三晶體管T3截 止，第四電阻R4確保第一和第二晶體管Tl、 T2的可靠關斷。
笫三晶體管T3的基極端子經(jīng)由笫五電阻R5與預定的供應電位V 相耦合，并可以經(jīng)由笫六電阻R6和第四晶體管T4與預定的基準電位 GND相耦合。為此，第四晶體管T4在電氣上布置在第六電阻R6和預 定的基準電位GND之間。第四晶體管T4的柵極端子在電氣上與振蕩器單元5的激活輸入端EN相耦合。第四晶體管T4優(yōu)選地^t構造為小 信號晶體管。
根據(jù)激活信號接通第四晶體管T4，其中所述激活信號可以被輸送 給激活輸入端EN并且例如由數(shù)字高電平構成。因而也接通第三晶體管 T3，并因此在預定的供應電位V的方向上提高了在第一和第二晶體管 Tl、 T2的相應控制輸入端處的電位，使得在第一和第二晶體管Tl、 T2的控制輸入端和預定的基準電位GND之間可以施加偏壓。通過激 活信號因此可以激活偏壓的輸送。
第一和第二晶體管Tl、 T2分別形成振蕩器單元5的環(huán)路放大器， 該環(huán)路放大器以其相應的環(huán)路放大率使振蕩回路去阻尼，該振蕩回路 基本由振蕩器電容CO和在電氣上互相并聯(lián)布置的初級繞組PR和所轉 換的負載電感LL形成。如果振蕩器單元5以第一頻率振蕩，則由于經(jīng) 由第一和第二二極管Dl、 D2的反饋，交替地和相互地接通和關斷第一 和第二晶體管T1、 T2。所得出的輸出信號USIG基本上是正弦形的。
另外，與激活信號有關地，例如如果該激活信號采用數(shù)字低電平， 偏壓的輸送也可以被去激活。于是笫四晶體管T4和因此還有笫三晶體 管T3截止，第一和第二晶體管T1、 T2的相應控制輸入端經(jīng)由第四電 阻R4和經(jīng)由第二或第三電阻R2、 R3而處于預定的基準電位GND。 于是第一和第二晶體管T1、 T2關斷，并且不生成輸出信號USIG。
尤其是當負載電阻RL的電阻值微小時，振蕩器單元5有時具有不 充足的起振性能。于是振蕩器單元5的環(huán)路放大率有時不足以確保振 蕩器單元5的可靠起振。因此存在著以下的危險，即第一和第二晶體 管T1、 T2同時接通至少短的持續(xù)時間，并且通過退耦電感L、初級繞 組PR和第一和笫二晶體管Tl、 T2的電流I由此是很大的，也即生成 電流尖峰。在對于振蕩器單元5的運行所設置的約10至16安培的電 流I的情況下，這種電流尖峰例如可能高于50安培。這可能顯著損害 振蕩器單元5的壽命和可靠性。此外還可能由于電流尖峰而不允許地 提高了電磁輻射，使得必要時必須設置昂貴的濾波措施，以便必要時 可以遵守關于電磁兼容性(筒寫EMV)的所規(guī)定的極限值。
為了避免電流尖峰和隨著該電流尖峰而來的損害和為了確保振蕩 器單元5的可靠而穩(wěn)定的起振，裝置1包括與振蕩器單元5電耦合的 輔助振蕩器單元6。輔助振蕩器單元6的第一實施形式被構造為非穩(wěn)態(tài)觸發(fā)級(astabile Kippstufe)。該非穩(wěn)態(tài)觸發(fā)級也可以稱為多諧振蕩器。 該多諧振蕩器包括第五晶體管T5和第六晶體管T6。第五和第六晶體 管T5、 T6優(yōu)選地被構造為小信號晶體管。
第五和第六晶體管T5、T6的相應源極端子與預定的基準電位GND 相耦合。第五晶體管T5的漏極端子與第一晶體管Tl的控制輸入端相 耦合，第六晶體管T6的漏極端子與第二晶體管T2的控制輸入端相耦 合。第五晶體管T5的漏極端子還經(jīng)由第一電容器Cl與第六晶體管T6 的柵極端子相耦合。第六晶體管T6的漏極端子相應地經(jīng)由第二電容器 C2與第五晶體管T5的柵極端子相耦合。多諧振蕩器還包括第七和第 八電阻R7、 R8，所述第七和第八電阻R7、 R8與第六晶體管T6的柵 極端子或與第五晶體管T5的柵極端子相耦合。振蕩器單元5的第二和 第三電阻R2、 R3分別形成多諧振蕩器的負載電阻。
輔助振蕩器單元6還具有時間元件7，該時間元件7包括分別與第 七和第八電阻R7、 R8電耦合的第三電容器C3和第九電阻R9。第五 和第六晶體管T5、 T6的相應柵極端子經(jīng)由第七或第八電阻R7、 R8和 經(jīng)由第三電容器C3與激活輸入端EN相耦合。第五和第六晶體管T5、 T6的相應柵極端子還經(jīng)由第七或第八電阻R7、 R8和經(jīng)由笫九電阻R9 與預定的基準電位GND相耦合。
如果在激活輸入端EN處的激活信號例如從低電平跳躍為高電平， 則第五和第六晶體管T5、 T6在其相應的柵極端子處被輸送電壓，該電 壓對于預定的持續(xù)時間能夠運行輔助振蕩器單元6和尤其是多諧振蕩 器。第五和第六晶體管T5、 T6的相應漏極端子還在第一和笫二晶體管 Tl、 T2的所激活的偏壓情況下經(jīng)由第二或第三電阻R2、 R3和第三晶 體管T3與預定的供應電位V相耦合，使得多諧振蕩器可以起振。預定 的持續(xù)時間基本取決于第三電容器C3的電容值和笫九電阻R9的電阻 值。預定的持續(xù)時間例如約為100微秒。但是也可以將預定的持續(xù)時 間設置得長于或短于100微秒。
輔助振蕩器單元6和尤其是多諧振蕩器以第二頻率振蕩，該第二 頻率基本由第一和笫二電容器C1、C2的相應電容值和由第七和第八電 阻R7、 R8的相應電阻值來預先規(guī)定。如此選擇第二頻率，使得該第二 頻率大于第一頻率。例如第一頻率在約40和50 kHz之間，而第二頻 率約為60kHz。但是第一和/或第二頻率也可以是更大或更小的。
8多諧振蕩器被構造，用于交替或相互地接通和關斷第五和第六晶
體管T5、 T6，使得基本上總是僅接通兩個晶體管中的一個。通過第五 晶體管T5與第一晶體管Tl的控制輸入端耦合和通過第六晶體管T6 與笫二晶體管T2的控制輸入端耦合，通過輔助振蕩器單元6強制控制 第一和笫二晶體管T1、 T2和因此強制控制振蕩器單元5。由第五或由 第六晶體管T5、 T6交替地將第一和第二晶體管T1、 T2的相應控制輸 入端牽引到預定的基準電位GND，使得關斷相關的晶體管。由于第二 頻率大于第一頻率，此外使振蕩器單元5與輔助振蕩器單元6強制同 步。由此確保，也基本上僅僅要么接通第一晶體管Tl，要么接通第二 晶體管T2。因而可靠地防止電流尖峰的形成。
通過第七或第八電阻R7、 R8和第九電阻R9，將在第五和第六晶 體管T5、 T6的相應柵極端子處的電壓重新引回到預定的基準電位 GND，并因此可靠地截止第五和第六晶體管T5、 T6。如果第五和第六 晶體管T5、 T6截止，則振蕩器單元5振蕩和以第一頻率生成輸出信號 USIG，基本上不由輔助振蕩器單元6所影響。由此可以特別少損耗地 生成輸出信號USIG。
圖2展示了輔助振蕩器單元6的替代第二實施形式，其被構造為 施密特觸發(fā)器振蕩器。例如可以很簡單地借助邏輯門電路實現(xiàn)施密特 觸發(fā)器振蕩器。
激活輸入端EN在電氣上經(jīng)由第十電阻R10和經(jīng)由第三電容器C3 與第一門電路NA1的第一輸入端相耦合。第一門電路NA1例如被構造 為NAND門電路。第一門電路NA1的該第一輸入端還經(jīng)由在電氣上互 相并聯(lián)布置的第九電阻R9和第三二極管D3與預定的基準電位GND 相耦合。第一門電路NA1的第二輸入端經(jīng)由第四電容器C4與預定的 基準電位GND相耦合，并且還經(jīng)由第十一電阻Rll與第一門電路NA1 的輸出端相耦合。第一門電路NA1、第十一電阻R11和第四電容器C4 形成施密特觸發(fā)器。第一門電路NA1的輸出端經(jīng)由第二門電路NA2與 第五晶體管T5的柵極端子相耦合。第二門電路NA2例如是逆變器， 但是也可以由相應接線的NAND門電路來構成。
設置例如由NAND門電路構成的第三門電路NA3和例如由逆變器 或相應接線的NAND門電路構成的第四門電路NA4，用于觸發(fā)笫六晶 體管T6。第三門電路NA3的第一輸入端與第一門電路NA1的輸出端相耦合。第三門電路NA3的第二輸入端與第一門電路NA1的第一輸入 端相耦合。第三門電路NA3的輸出端經(jīng)由笫四門電路NA4與第六晶體 管T6的柵極端子相耦合。
圖3展示了在由激活信號啟動振蕩器單元5和輔助振蕩器單元6 之后具有輸出信號USIG的信號特性曲線的電壓時間圖。圖3還展示了 具有電流I的所屬特性曲線的電流時間圖。電流尖峰完全被抑制，并且 振蕩器單元安全、可靠和穩(wěn)定地起振。
也可以不同地構造振蕩器單元5和/或輔助振蕩器單元6。尤其是 當不以差分的方式生成輸出信號USIG時，例如在振蕩器單元5中也可 以只設置一個晶體管，該晶體管代表用于生成輸出信號USIG的振蕩器 單元的環(huán)路放大器。輔助振蕩器單元必須相應地僅強制控制該一個晶 體管。
權利要求
1.能與電負載(4)相耦合用于向電負載(4)輸送電能的裝置，所述裝置包括-振蕩器單元(5)，所述振蕩器單元(5)被構造用于生成所述裝置(1)的輸出信號(USIG)，該輸出信號(USIG)能被輸送給電負載(4)并且具有第一頻率，和-輔助振蕩器單元(6)，所述輔助振蕩器單元(6)與振蕩器單元(5)電耦合，并且被構造用于以大于所述第一頻率的第二頻率來激勵振蕩器單元(5)用于振蕩，并且該輔助振蕩器單元(6)包括時間元件(7)，所述時間元件(7)被構造和布置，用于在預定的持續(xù)時間結束之后在啟動振蕩器單元(5)和輔助振蕩器單元(6)之后終止振蕩器單元(5)的激勵。
2. 按照權利要求1的裝置，其中所述振蕩器單元(5)包括至少一 個晶體管，其中所述至少一個晶體管代表用于生成輸出信號(USIG) 的環(huán)路放大器，所述輔助振蕩器單元(6)與所述至少一個晶體管的控 制輸入端相耦合用于觸發(fā)所述至少一個晶體管。
3. 按照權利要求2的裝置，其中，在所述振蕩器單元(5)中設置 分別代表用于生成輸出信號(USIG)的環(huán)路放大器的兩個晶體管，所 述輔助振蕩器單元(6)被構造，用于交替地觸發(fā)所述兩個晶體管。
4. 按照權利要求2或3之一的裝置，其中，誦所述振蕩器單元(5)和所述輔助振蕩器單元(6)具有共同的激 活輸入端(EN),-所述振蕩器單元(5)被構造，用于根據(jù)在激活輸入端(EN)處 的激活信號來激活或去激活偏壓向所述至少一個晶體管的控制端子的 輸送，所述偏壓對于生成輸出信號(USIG)是必要的，和-所述輔助振蕩器單元(6)被構造，用于與激活信號有關地啟動所 述時間元件(7)。
5. 按照以上權利要求之一的裝置，其中，所述輔助振蕩器單元(6) 包括多諧振蕩器或施密特觸發(fā)器振蕩器。
全文摘要
裝置(1)可以與電負載(4)相耦合，用于向電負載(4)輸送電能。該裝置(1)包括振蕩器單元(5)和輔助振蕩器單元(6)。構造振蕩器單元(5)，用于生成裝置(1)的輸出信號(USIG)，該輸出信號可被輸送給電負載(4)和具有第一頻率。輔助振蕩器單元(6)與振蕩器單元(5)電耦合。還構造輔助振蕩器單元(6)，以大于第一頻率的第二頻率來激勵振蕩器單元(5)用于振蕩。輔助振蕩器單元(6)包括時間元件(7)，所述時間元件(7)被構造和布置，用于在預定的持續(xù)時間結束之后在啟動振蕩器單元(5)和輔助振蕩器單元(6)之后終止振蕩器單元(5)的激勵。
文檔編號H02M7/5383GK101542887SQ200880000155
公開日2009年9月23日 申請日期2008年1月16日 優(yōu)先權日2007年1月31日
發(fā)明者S·博爾茨 申請人:歐陸汽車有限責任公司