用于电压变换的装置以及具有所述装置的车载电网的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于电压变换的装置以及具有所述装置的车载电网。本发明还涉及具 有所述车载电网的车辆。
【背景技术】
[0002] 按照种类的用于电压变换的装置被应用在几乎所有的电系统中，在该电系统中存 在不同的系统电压并且一种系统电压由功能决定地被变换成另一系统电压。对于所述系统 的例子是混合动力或电动车的车载电网。这种车载电网通常包括两个或更多具有相应车载 电网电压的车载电网支路，其中不同车载电网支路的车载电网电压具有不同的电压值。在 此，第一车载电网支路包括具有低消耗功率的耗电器、例如导航设备，其被供给12伏特的 车载电网电压。该第一车载电网支路于是例如被称为低电压车载电网支路。第二车载电网 支路包括具有高消耗功率的耗电器、例如电动机，其用作内燃机的起动装置或者用作车辆 的驱动装置。在该第二车载电网支路中通常存在比较高的车载电网电压，其处于100伏特 或者更高。该第二车载电网支路于是例如被称为高电压车载电网支路。在这两个车载电网 支路之间经常存在通过电流，以便例如在第二车载电网支路中由于接通功率大的耗电器而 出现跳跃式上升的电流需求的情况下保护其以防损害性电压降落。为此，车载电网具有用 于电网变换的装置，其将第一车载电网支路的车载电网电压变换成第二车载电网支路的另 外的车载电网电压。
[0003] 如许多其他电系统一样，车辆的车载电网受到严格的安全性要求以便尽可能避免 危险的身体电流，其在接触电压高于60V时在两个电流端子之间形成。电流端-为了遵守 该安全性要求，用于车载电网电压变换的装置通常装备有变压器，其将车载电网支路彼此 电隔离。通过该电隔离，电流不能在不同车载电网支路的电流端子之间、也即在该装置的输 入侧端子和输出侧端子之间流动。因此，在不同车载电网支路的电流端子之间也不存在电 压，该电压可能超过最大允许的接触电压。但是这种装置具有缺点：其由于具有电隔离功能 的变压器而是昂贵的。
【发明内容】
[0004] 因此，本发明的任务在于，提供一种用于低成本电压变换的可能性，其仍然提供足 够的安全性。
[0005] 该任务通过独立权利要求来解决。有利的设计方案是从属权利要求的主题。
[0006] 按照本发明的第一方面创造一种用于电压变换的装置，其包括：具有用于提供第 一输出电压电势的第一输出电势端子的无变压器的第一直流电压变换单元，以及具有用于 提供第二输出电压电势的第二输出电势端子的无变压器的第二直流电压变换单元。第一和 第二输出电势端子同时是该装置的两个输出侧端子。第一和第二直流电压变换单元具有共 同的用于施加共同的输入电压电势的输入电势端子以及共同的用于施加共同的参考电压 电势的参考电势端子。共同的输入电势端子和共同的参考电势端子同时是该装置的两个输 入侧端子。第一直流电压变换单兀由施加在输入电势端子上的输入电压电势在第一输出电 势端子上产生第一输出电压电势，其中第一输出电压电势关于在参考电势端子上的参考电 压电势具有更高的电压电势值。类似地，第二直流电压变换单元由相同的输入电压电势在 第二输出电势端子上产生第二输出电压电势，其中第二输出电压电势关于相同的参考电压 电势具有更低的电压电势值。
[0007] 在此，在第一和第二输出电压电势之间的差在装置的第一和第二输出电势端子之 间或者在装置的两个输出侧端子之间构成该装置的输出电压。
[0008] 概念"无变压器"在此意味着，该装置或者第一和第二直流电压变换单元装置 ?在输入电势端子和第一输出电势端子之间， ?在输入电势端子和第二输出电势端子之间， ?在参考电势端子和第一输出电势端子之间，和/或 ?在参考电势端子和第二输出电势端子之间 不具有变压器或者不具有通过变压器的电隔离。
[0009] "共同的电势端子"意味着在装置的电路拓扑中具有同一电压电势的共同的电节 点。
[0010] 因此，实现了一种用于电压变换的装置，其不具有变压器或者不具有通过变压器 的电隔离，并且因此可以低成本地被制造。此外，能够实现：在相应的设计方案中可以满足 上述安全性要求。通过能够同时相对于输入电压电势和参考电压电势产生较高的输出电压 电势并且相对于输入电压电势和参考电压电势产生较低的输出电压电势，理论上例如能够 提供直至120伏特的输出电压，而同时不损害具有60伏特的最大接触电压的上述安全性要 求。
[0011] 按照一种有利的设计方案，第一直流电压变换单元被构造为升压变换器。这具有 如下优点：利用所述装置可以简单地产生第一输出电压电势，其具有比输入电压电势更高 的电压电势值。
[0012] 按照该装置的另一有利的设计方案，第二直流电压变换单元被构造为逆变换器(Inverswandler)。这具有如下优点：利用所述装置可以简单地产生第二输出电压电势，其 相对于输入电压电势并且因此相对于第一输出电压电势具有负的电压电势值。
[0013] 上述两种有利的设计方案共同提供了如下优点：该装置的为第一和第二输出电压 电势之间的电势差的输出电压可以具有比第一输出电压电势和输入电压电势之间或第二 输出电压电势和输入电压电势之间的电势差更高的电压值。因此，该装置可以以简单并且 低成本的机构无变压器地在电压变换时总体上实现更高的电压放大。
[0014] 按照另一有利的设计方案，第一直流电压变换单元在输入电势端子和参考电势端 子之间具有串联连接的第一线圈和第一可控开关。第一直流电压变换单元在输入电势端子 和第一输出电势端子之间具有串联连接的第一线圈和第二可控开关。在参考电势端子和第 一输出电势端子之间，第一直流电压变换单元具有串联连接的第一和第二可控开关以及与 由第一和第二开关构成的串联电路并联的第一电容器。
[0015] 按照另一有利的设计方案，第二直流电压变换单元在输入电势端子和参考电势端 子之间具有串联连接的第三可控开关和第二线圈。第二直流电压变换单元在输入电势端子 和第二输出电势端子之间具有串联连接的第三可控开关和第四可控开关。在参考电势端子 和第二输出电势端子之间，第二直流电压变换单元具有串联连接的第二线圈和第四可控开 关以及与由第二线圈和第四可控开关构成的串联电路并联的第二电容器。
[0016] 最后提及的该装置的两种设计方案提供如下优点：该装置可以由具有低成本的标 准化器件的简单电路来制造。
[0017] 按照另一有利的设计方案，可以代替第二开关使用第一二极管并且代替第四开关 使用第二二极管。在此，第一二极管布置在第一线圈和第一输出电势端子之间并且在从第 一线圈至第一输出电势端子的方向上导通而在相反方向上截止。第二二极管布置在第三可 控开关和第二输出电势端子之间并且在从第二输出电势端子至第三可控开关的方向上导 通而在相反方向上截止。
[0018] 第二和第四开关的应用相对于第一和第二二极管的应用提供了如下优点：可以快 速地建立和中断从第一线圈至第一电容器或从第二线圈至第二电容器的通过电流。
[0019] 按照另一有利的设计方案，该装置还具有第一信号输入端子以用于接收脉宽调制 的第一控制信号，该脉宽调制的第一控制信号用于控制第一和第二开关。在此，第一或第二 开关被设置有第一控制信号端子。此外，在第一信号输入端子和第一控制信号端子之间设 置有用于对第一控制信号进