CN111247740A - 输出装置及电源系统 - Google Patents

Abstract

输出装置(3)将施加于第一端子(T1)与第二端子(T2)之间的直流电压经由半导体开关(30)的漏极及源极而输出。在输出装置(3)中，变换电路(32)与直流电压的极性无关地将该直流电压变换为规定极性的电压。升压电路(33)对变换电路(32)变换后的电压进行升压，将升压后的电压向半导体开关(30)的栅极施加。半导体开关(30)在以源极的电位为基准的栅极的电压为规定电压以上的情况下为接通。

Description

输出装置及电源系统

技术领域

本公开涉及输出装置及电源系统。

本申请主张基于2017年11月9日申请的日本申请第2017-216603号的优先权，援引所述日本申请所记载的全部记载内容。

背景技术

在专利文献1中公开了具备半导体开关且将蓄电池施加于第一端与第二端之间的直流电压经由半导体开关而输出的车辆用的输出装置。该输出装置输出的电压向负载施加。在专利文献1所记载的输出装置中，半导体开关是N沟道型的FET(Field EffectTransistor：场效应晶体管)。在半导体开关的漏极连接有第一端子。在半导体开关的源极连接有负载的一端。在负载的另一端连接有第二端子。在半导体开关的漏极及源极分别连接有寄生二极管的阴极及阳极。在半导体开关的栅极与第二端子之间连接有端子开关。

在以源极的电位为基准的栅极的电压为规定电压以上的情况下，半导体开关为接通，在以源极的电位为基准的栅极的电压低于规定电压的情况下，半导体开关为断开。专利文献1所记载的输出装置还具备将半导体开关及端子开关分别切换为接通或断开的驱动器电路。驱动器电路连接于半导体开关30的栅极，通过使栅极的电压上升而将半导体开关切换为接通，通过使栅极的电压下降而切换为断开。驱动器电路在将半导体开关切换为接通的情况下将端子开关切换为断开，在将半导体开关切换为断开的情况下将端子开关切换为接通。

在半导体开关及端子开关分别为断开及接通的状态下，将蓄电池连接于第一端子与第二端子之间。在蓄电池的正极及负极分别连接于第一端子及第二端子的情况下，通过驱动器电路将半导体开关切换为接通或断开而正常进行电压输出和电压输出的停止。

在将蓄电池的正极及负极分别误连接于第二端子及第一端子的情况下，在半导体开关维持为断开时，电流经由半导体开关的寄生二极管而流动。在经由寄生二极管而长时间流动了大的电流的情况下，存在半导体开关的温度上升为异常的温度而半导体开关发生故障的可能性。

在专利文献1所记载的输出装置中，在将蓄电池的正极及负极分别误连接于第二端子及第一端子的情况下，以源极的电位为基准的栅极的电压与蓄电池的输出电压大致一致，成为规定电压以上。由此，半导体开关强制性地切换为接通，电流不在寄生二极管中流动而在半导体开关中流动。因而，电流经由寄生二极管而流动的期间是从连接蓄电池起到半导体开关切换为接通为止的期间，该期间短，半导体开关发生故障的可能性低。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-19812号公报

发明内容

本公开的一方案的输出装置将施加于两个端子间的直流电压经由半导体开关的第一端及第二端而输出，其中，具备：变换电路，与所述直流电压的极性无关地将该直流电压变换为规定极性的电压；及升压电路，对该变换电路变换后的电压进行升压，将升压后的电压向所述半导体开关的控制端施加，所述半导体开关在以所述第一端的电位为基准的所述控制端的电压为规定电压以上的情况下为接通。

本公开的一方案的电源系统具备前述的输出装置和被施加该输出装置输出的所述直流电压的负载。

附图说明

图1是本实施方式中的电源系统的电路图。

图2是用于说明输出装置的动作的时间图。

具体实施方式

[本公开所要解决的课题]

在专利文献1所记载的输出装置中，以负载的电阻值为基准，第一端子与半导体开关的漏极之间的电阻值充分小是前提条件。

在将蓄电池的正极及负极分别误连接于第二端子及第一端子的情况下，第一端子与半导体开关的漏极之间的电阻值越大，则以第一端子的电位为基准的半导体开关的源极的电压越高。另一方面，以第一端子的电位为基准的半导体开关的栅极的电压与第一端子和半导体开关的漏极之间的电阻值无关，与蓄电池的输出电压大致一致。

因而，在第一端子与半导体开关的漏极之间的电阻值大的情况下，在将蓄电池的正极及负极分别误连接于第二端子及第一端子时，存在以源极的电位为基准的栅极的电压不成为规定电压以上，半导体开关不强制性地切换为接通的可能性。在半导体开关未强制性地切换为接通的情况下，大的电流会向半导体开关的寄生二极管长时间持续流动，半导体开关有可能发生故障。

因此，目的在于提供在向两个端子间施加的直流电压的极性错误的情况下能够将半导体开关可靠地维持为接通的输出装置及电源系统。

[本公开的效果]

根据本公开，能够在向两个端子间施加的直流电压的极性错误的情况下将半导体开关可靠地维持为接通。

[本公开的实施方式的说明]

首先，列举本公开的实施方式来说明。也可以将以下记载的实施方式的至少一部分任意组合。

(1)本公开的一方案的输出装置将施加于两个端子间的直流电压经由半导体开关的第一端及第二端而输出，其中，具备：变换电路，与所述直流电压的极性无关地将该直流电压变换为规定极性的电压；及升压电路，对该变换电路变换后的电压进行升压，将升压后的电压向所述半导体开关的控制端施加，所述半导体开关在以所述第一端的电位为基准的所述控制端的电压为规定电压以上的情况下为接通。

在上述的一方案中，在向两个端子间施加的直流电压的极性错误的情况下，变换电路与直流电压的极性正确时同样地将直流电压变换为极性例如为正的电压。升压电路对变换电路变换后的电压进行升压，将升压后的电压向半导体开关的控制端施加。假定为升压电路使得上升的电压的幅度充分大。在该情况下，由于升压电路施加的电压充分高，所以对于半导体开关，与另一方的端子与半导体开关的第二端之间的电阻值无关地，半导体开关可靠地切换为接通。

(2)在本公开的一方案的输出装置中，所述升压电路在所述直流电压施加于所述两个端子间的情况下开始升压。

在上述的一方案中，在直流电压施加于两个端子间的情况下，与直流电压的极性无关地，升压电路开始升压，半导体开关切换为接通。

(3)本公开的一方案的电源系统具备前述的输出装置和被施加该输出装置输出的所述直流电压的负载。

在上述的一方案中，输出装置向负载输出电压，负载工作。

(4)本公开的一方案的电源系统具备在流动了规定电流以上的电流的情况下被熔断的熔断元件，所述直流电压经由所述半导体开关及熔断元件而向所述负载施加。

在上述的一方案中，在直流电压的极性错误的情况下，半导体开关也切换为接通。在该状态下，在经由半导体开关而流动的电流大的情况下，断元件被熔断，防止过电流流动。

[本公开的实施方式的详情]

以下，参照附图对本公开的实施方式的电源系统的具体例进行说明。需要说明的是，本发明不限定于这些例示，由请求保护的范围表示，意在包含与请求保护的范围均等的含义及范围内的所有变更。

图1是本实施方式中的电源系统1的电路图。电源系统1合适地搭载于车辆，具备蓄电池2、输出装置3、负载4、熔断元件F1、第一导线L1、第二导线L2、第一端子T1及第二端子T2。蓄电池2连接于第一端子T1与第二端子T2之间。第一导线L1及第二导线L2分别具有电阻成分。第一导线L1的等效电路由第一电阻R1表示，第二导线L2的等效电路由第二电阻R2表示。

第一端子T1连接于熔断元件F1的一端。熔断元件F1的另一端连接于第一导线L1的一端。第一导线L1的另一端和第二端子T2连接于输出装置3。输出装置3还连接于第二导线L2的一端。第二导线L2的另一端连接于负载4的一端。负载4的另一端连接于输出装置3。

在第一端子T1与第二端子T2之间连接了蓄电池2的情况下，蓄电池2向第一端子T1与第二端子T2之间施加直流电压。输出装置3将施加于第一端子T1与第二端子T2之间的直流电压经由第二导线L2而输出。输出装置3输出的直流电压向负载4施加。

负载4是搭载于车辆的电气设备。在负载4中，电流不仅能够在从一端朝向另一端的方向上流动，也能够在从另一端朝向一端的方向上流动。

在蓄电池2的正极及负极分别连接于第一端子T1及第二端子T2的情况下，蓄电池2的连接是正常连接，以第二端子T2的电位为基准的直流电压的极性为正。在蓄电池2的连接是正常连接的情况下，电流从第一端子T1向熔断元件F1、第一导线L1、输出装置3、第二导线L2、负载4、输出装置3及第二端子T2依次流动。由此，向负载4供给电力，负载4正常工作。

在蓄电池2的正极及负极分别连接于第二端子T2及第一端子T1的情况下，蓄电池2的连接是反向连接，是错误的连接。此时，以第二端子T2的电位为基准的直流电压的极性为负。在蓄电池2的连接是反向连接的情况下，电流从第二端子T2向输出装置3、负载4、第二导线L2、输出装置3、第一导线L1、熔断元件F1及第一端子T1依次流动。

熔断元件F1是熔断器或熔丝等。在熔断元件F1中流动的电流成为了规定电流以上的情况下，熔断元件F1被熔断。在熔断元件F1被熔断了的情况下，经由输出装置3、负载4、第一导线L1及第二导线L2而流动的电流被切断，防止过电流流动。

输出装置3具有半导体开关30、二极管31、变换电路32及升压电路33。半导体开关30是N沟道型的FET。二极管31是在半导体开关30的制造过程中形成的寄生二极管。二极管31的阴极及阳极分别连接于半导体开关30的漏极及源极。变换电路32具有4个二极管50、51、52、53。

在输出装置3中，第一导线L1的另一端连接于半导体开关30的漏极，半导体开关30的源极连接于第二导线L2的一端。在半导体开关30的漏极还连接有二极管50的阳极和二极管51的阴极。二极管50的阴极连接于二极管52的阴极。二极管51的阳极连接于二极管53的阳极。二极管52的阳极和二极管53的阴极连接于第二端子T2。二极管50、52间的第一连接节点和二极管51、53间的第二连接节点分别连接于升压电路33。升压电路33还分别连接于半导体开关30的源极及栅极。负载4的另一端也连接于第二端子T2。

变换电路32是被动元件，对施加于第一端子T1与第二端子T2之间的直流电压进行变换。变换电路32变换后的变换电压从第一连接节点及第二连接节点向升压电路33输出。

在蓄电池2的连接是正常连接的情况下，电流从第一端子T1向熔断元件F1、第一导线L1、二极管50、升压电路33、二极管53及第二端子T2依次流动。此时，以第二连接节点的电位为基准的变换电压的极性为正。

在蓄电池2的连接是反向连接的情况下，电流从第二端子T2向二极管52、升压电路33、二极管51、第一导线L1、熔断元件F1及第一端子T1依次流动。此时，以第二连接节点的电位为基准的变换电压的极性也为正。

如以上这样，变换电路32与以第二端子T2的电位为基准的直流电压的极性无关地将该直流电压变换为以第二连接节点的电位为基准的极性为正的电压。

需要说明的是，在以第一连接节点的电位为基准的情况下，变换电压的极性与直流电压的极性无关地始终为负。以下记载的变换电压意味着以第二连接节点的电位为基准的电压。

升压电路33对从变换电路32输入的变换电压进行升压。升压电路33将升压后的电压(以下，称作升压电压)向半导体开关30的栅极施加。在本实施方式中记载的升压电压也意味着以第二连接节点的电位为基准的电压。

在半导体开关30中以源极的电位为基准的栅极的电压为规定电压以上的情况下，电流能够在漏极与源极之间流动。此时，半导体开关30为接通。另外，在半导体开关30中以源极的电位为基准的栅极低于规定电压的情况下，电流不会在漏极与源极之间流动。此时，半导体开关30为断开。

半导体开关30的源极、漏极及栅极分别相当于第一端、第二端及控制端。

升压电路33监视在半导体开关30中以源极的电位为基准的栅极的电压(以下，称作栅极电压)。升压电路33通过调整变换电压的升压幅度来调整升压电压。具体而言，升压电路33以使栅极电压成为预先设定的一定的设定电压的方式调整升压电压。设定电压为规定电压以上。因而，在升压电路33进行着升压的情况下，半导体开关30为接通。

在升压电路33停止了升压的情况下，不向半导体开关30的栅极施加升压电压，因此栅极电压小于规定电压，半导体开关30为断开。

如前所述，在第一端子T1与第二端子T2之间连接了蓄电池2的情况下，与蓄电池2的连接是否是正常连接无关，电流向第一连接节点、升压电路33及第二连接节点依次流动。此时，从第一连接节点及第二连接节点向升压电路33输出变换电压，并且用于进行升压的电力向升压电路33供给。

在升压电路33中，例如，在电感器的一端连接有开关，通过交替地反复进行开关向接通及断开的切换来进行升压。在用于进行升压的电力中，例如包括用于将升压电路33内的开关切换为接通或断开的电力。

图2是用于说明输出装置3的动作的时间图。在图2中，关于半导体开关30示出了接通及断开的推移。各推移的横轴表示时间。

首先，在蓄电池2未连接于第一端子T1与第二端子T2之间的情况下，即，在第一端子T1及第二端子T2开放的情况下，未向升压电路33供给电力。因而，对于升压电路33，升压电路33停止升压，半导体开关30为断开。在半导体开关30为断开的情况下，电流不经由半导体开关30的漏极及源极流动，输出装置3停止经由半导体开关30的电压输出。此时，由于未向负载4施加直流电压，所以负载4停止动作。

在蓄电池2连接于第一端子T1与第二端子T2之间的情况下，与蓄电池2的连接是否是正常连接无关，即，与以第二端子T2的电位为基准的直流电压的极性无关，向升压电路33供给电力，升压电路33开始变换电路32变换后的变换电压的升压。由此，半导体开关30切换为接通。

在蓄电池2的连接是正常连接的情况下，在半导体开关30为接通时，电流从第一端子T1向熔断元件F1、第一导线L1、半导体开关30、第二导线L2、负载4及第二端子T2依次流动。此时，输出装置3将施加于第一端子T1与第二端子T2之间的直流电压经由半导体开关30的漏极及源极而输出，输出装置3输出的直流电压向负载4施加。直流电压经由半导体开关30及熔断元件F1而向负载4施加。在直流电压施加于负载4的情况下，负载4工作。

在蓄电池2的连接是反向连接的情况下，在半导体开关30为接通时，电流从第二端子T2向负载4、第二导线L2、半导体开关30、第一导线L1、熔断元件F1及第一端子T1依次流动。

如前所述，在经由熔断元件F1而流动的电流为规定电流以上的情况下，熔断元件F1被熔断。因此，在经由半导体开关30而流动的电流与在升压电路33中流动的电流之和成为了规定电流以上的情况下，熔断元件F1被熔断。由此，经由半导体开关30而流动的电流被切断，防止过电流经由半导体开关30而流动。

如前所述，在蓄电池2连接于第一端子T1与第二端子T2之间的情况下，与蓄电池2的连接是否是正常连接无关，电流经由半导体开关30及熔断元件F1而流动。并且，通过熔断元件F1的作用，防止过电流经由半导体开关30而流动。

在蓄电池2的连接是正常连接的情况下，向升压电路33输入指示半导体开关30的断开的断开指示和指示半导体开关30的接通的接通指示。

升压电路33在被输入了断开指示的情况下，停止升压电压的施加。由此，半导体开关30切换为断开。在蓄电池2的连接正常的情况下，在半导体开关30为断开时，电流不经由半导体开关30的漏极及源极流动。此时，输出装置3停止经由半导体开关30的电压输出。由此，直流电压向负载4的施加停止，负载4停止动作。

升压电路33在被输入了接通指示的情况下，再次开始升压电压的施加。由此，半导体开关30切换为接通，负载4再次工作。

在蓄电池2的连接是反向连接的情况下，断开指示及接通指示不会向升压电路33输入。因此，在蓄电池2连接于第一端子T1与第二端子T2之间的情况下，在蓄电池2的连接是反向连接时，升压电路33继续升压电压的施加，将半导体开关30维持为接通。

需要说明的是，输出装置3也可以在以第二端子T2的电位为基准的第一端子T1的电压的极性为负的情况下输出表示蓄电池2的连接是反向连接的报告信号。

在如以上这样构成的输出装置3中，在向第一端子T1与第二端子T2之间施加的直流电压的极性错误的情况下，即，在蓄电池2的连接是反向连接的情况下，变换电路32与直流电压的极性正确时同样地将直流电压变换为规定极性的电压。升压电路33对变换电压进行升压，将升压电压向半导体开关30的栅极施加。升压电路33以使栅极电压成为设定电压的方式调整升压电压，设定电压为半导体开关30向接通及断开的切换所涉及的规定电压以上。因而，对于半导体开关30，在升压电路33进行了升压的情况下，半导体开关30与第一电阻R1的电阻值无关地可靠地切换为接通。

另外，在蓄电池2的连接是反向连接的情况下，在半导体开关30为断开时，电流在二极管31即半导体开关30的寄生二极管中流动。然而，在蓄电池2的连接是反向连接的情况下，半导体开关30切换为接通，因此电流经由二极管31而流动的期间短。在半导体开关30为接通的情况下，二极管51的阴极与阳极之间的电压成为大致零V，因此电流不会在二极管51中流动。

而且，在蓄电池2的连接是反向连接且经由半导体开关30而流动着电流的情况下，在经由半导体开关30而流动的电流大时，熔断元件F1被熔断。由此，防止过电流经由半导体开关30而流动。

需要说明的是，连接于第一端子T1及第二端子T2的电源不限于蓄电池，只要是直流电源即可。另外，在能够将半导体开关30切换为接通的情况下，例如，在升压电路33使得上升的电压的幅度充分大的情况下，升压电路33也可以不以使栅极电压成为设定电压的方式调整升压电压。

应该认为，公开的实施方式在所有方面都是例示而非限制性的内容。本发明的范围不是由上述的含义表示，而是由请求保护的范围表示，意在包含与请求保护的范围均等的含义及范围内的所有变更。

标号说明

1 电源系统

2 蓄电池

3 输出装置

30 半导体开关

31、50、51、52、53 二极管

32 变换电路

33 升压电路

4 负载

F1 熔断元件

L1 第一导线

L2 第二导线

R1 第一电阻

R2 第二电阻

T1 第一端子

T2 第二端子

Claims (4)

1.一种输出装置，将施加于两个端子间的直流电压经由半导体开关的第一端及第二端而输出，其中，具备：

变换电路，与所述直流电压的极性无关地将该直流电压变换为规定极性的电压；及

升压电路，对该变换电路变换后的电压进行升压，将升压后的电压向所述半导体开关的控制端施加，

所述半导体开关在以所述第一端的电位为基准的所述控制端的电压为规定电压以上的情况下为接通。

2.根据权利要求1所述的输出装置，其中，

所述升压电路在所述直流电压施加于所述两个端子间的情况下开始升压。

3.一种电源系统，具备：

权利要求1或2所述的输出装置；及

负载，被施加该输出装置输出的所述直流电压。

4.根据权利要求3所述的电源系统，其中，

具备在流动了规定电流以上的电流的情况下被熔断的熔断元件，

所述直流电压经由所述半导体开关及熔断元件而向所述负载施加。

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