DE102013227109A1 - Fahrzeugstromversorgungseinheit - Google Patents

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Takayuki Ubukaya
Nobuhiro Kihara
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Abstract

Eine Fahrzeugstromversorgungseinheit weist eine aufladbare und entladbare erste Stromversorgung (100) und eine zweite Stromversorgung (300) auf, die an Eingangs- bzw. Ausgangsanschlüssen mit einem Spannungswandler (200) verbunden sind, und ein Schaltelement (270), verbunden zwischen dem Ausgangsanschluss des Spannungswandlers (200) und der zweiten Stromversorgung (300). Durch Steuern eines Drosselstroms, der durch eine Drossel (240) fließt, die mit zumindest zwei Schaltelementen (230) (231) an einem Ende verbunden ist, wenn der Spannungswandler (200) gestartet wird, wird ein Kondensator (260), der zwischen dem anderen Ende der Drossel (140) und dem Massepotential verbunden ist, aufgeladen, und das Schaltelement (270) wird in einen Verbindungszustand gemäß einer Ladespannung des Kondensators (260) und einem Spannungswert der zweiten Stromversorgung (300) gebracht. Eine Fahrzeugstromversorgungseinheit kann folglich die Elemente schützen, indem ein Einschaltstrom während eines Rückflusses und einer inversen Verbindung und bei Inbetriebnahme verhindert wird.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Erfindungsgebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugstromversorgungseinheit, die konfiguriert ist zum Verhindern eines Einschaltstroms (engl. Rush Current) in einem Fahrzeugstromversorgungssystem von der Strom- bzw. Leistungsaktivierung bis zur Inbetriebnahme.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Mit dem Ziel der Verbesserung einer Kraftstoffeffizienz für eine Reduzierung der Umweltbelastung gibt es ein Fahrzeugstromversorgungssystem, das zumindest zwei unabhängige Stromversorgungen erfordert, um eine Strom- bzw. Leistungserzeugungseffizienz eines Generators zu erhöhen und eine regenerative Energie während des Abbremsens zu verwenden. Dieses Fahrzeugstromversorgungssystem erfordert einen Spannungswandler, um die Stromversorgungen bzw. Leistungsversorgungen, die unterschiedliche Spannungen aufweisen, zu handhaben, und weist ein Problem auf, das darin besteht, wie ein Einschaltstrom bei der Inbetriebnahme verhindert wird, und Elemente von einem Rückfluss und während einer inversen Verbindung geschützt werden.
  • PTL 1 offenbart ein System, das einen Aufwärts-DC-zu-DC-Wandler einsetzt, bei dem ein Schutz gegen eine inverse Verbindung bereitgestellt wird, und darüber hinaus ein Einschaltstrom verhindert wird und Elemente geschützt werden, indem eine normale Ladesteuerung mittels einer konstanten Spannungssteuerung durchgeführt wird.
  • Liste der Patentliteratur
    • PTL 1: JP-A-2007-104865
  • Die Konfiguration gemäß PTL 1 erfordert jedoch eine separate Steuerschaltung, um eine Gate-Spannung zu steuern, da die Konstante Stromsteuerung durchgeführt wird, indem eine Gate-Spannung eines Halbleiterschaltelements gesteuert wird. Eine inverse Spannung wird darüber hinaus während einer inversen Verbindung an einem Kondensator angelegt und ein Element, das eine Polarität aufweist, wie z.B. ein Kondensator, kann möglicherweise beschädigt werden. Es ist daher wünschenswert, ein Element bereitzustellen, das einen Schutz gegen einen Rückfluss und eine inverse Verbindung bereitstellt, und zwar an einer Seite, die näher an einem Ausgangsanschluss als der Kondensator ist. Durch die Anordnung eines Elements, das einen Schutz gegen einen Rückfluss und eine inverse Verbindung an der Seite bereitstellt, die näher zu dem Ausgangsanschluss als der Kondensator ist, kann ein Einschaltstrom (engl. Rush Current) verändert werden. Damit entsteht jedoch ein Problem, das darin besteht, dass ein Glättungskondensator durch eine Überspannung beschädigt wird, es sei denn, dass eine Kondensatorladespannung überwacht wird. Um dieses Problem zu vermeiden, ist ein separates Mittel zum Überwachen der Kondensatorladespannung erforderlich.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung dient zur Lösung der oben diskutierten Probleme und hat die Bereitstellung einer Fahrzeugstromversorgungseinheit zur Aufgabe, die ein Element von einem Rückfluss und während einer inversen Verbindung schützen kann, und ein Element schützt, indem ein Einschaltstrom bei einer Inbetriebnahme verändert wird.
  • Eine Fahrzeugstromversorgungseinheit gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst einen DC-zu-DC-Wandler mit einer aufladbaren und entladbaren ersten Stromversorgung, verbunden mit einem Eingangsanschluss, und eine aufladbare und entladbare zweite Stromversorgung, die mit einem Ausgangsanschluss verbunden ist, und eine DC-Spannungstransformation durchführt. Der Wandler enthält zumindest zwei Schaltelemente, die jeweils zwischen dem Eingangsanschluss und einem Ende einer Drossel bzw. zwischen dem anderen Ende der Drossel und einem Massepotential verbunden sind, und durch eine Steuerschaltung zum Schalten betrieben werden; einen Kondensator, verbunden zwischen dem anderen Ende der Drossel und dem Massepotential; und ein Schaltelement, verbunden zwischen dem anderen Ende der Drossel und dem Ausgangsanschluss. Die Steuerschaltung führt ein Abtasten durch, um einen Spannung an dem Eingangsanschluss, eine Spannung an dem Ausgangsanschluss und einen Drosselstrom zu erhalten, der durch die Drossel fließt, bei jedem einer bestimmten Anzahl von Schaltzeitpunkten mit einer vorbestimmten Schaltperiode, mit der die Schaltelemente betrieben werden; eine relative Einschaltdauer der Schaltelemente synchron mit dem Abtasten anpasst; die Schaltelemente steuert, um die bestimmte Anzahl von Schaltzeitpunkten bei einer ersten relativen Einschaltdauer zu betreiben, die bestimmt wird gemäß einem Spannungswert an dem Eingangsanschluss, einem Induktivitätswert der Drossel, einem vorbestimmten Stromwert, ausgegeben von dem Wandler, der Schaltperiode und der bestimmten Anzahl von Schaltzeitpunkten, und dann einen anfänglichen Ladespannungswert schätzt, auf den der Kondensator vorläufig aufgeladen ist, gemäß dem Drosselstromwert, dem Spannungswert an dem Eingangsanschluss, der ersten relativen Einschaltdauer und dem Induktivitätswert, den Kondensator lädt, während eine zweite relative Einschaltdauer geändert wird, wobei es sich um ein Spannungsverhältnis des anfänglichen Ladespannungswerts und dem Spannungswert an dem Eingangsanschluss handelt, um eine vorbestimmte Größe zu einem Zeitpunkt, und einen Ladespannungswert des Kondensators schätzt, während einem Aufladen des Kondensators gemäß dem Drosselstromwert, einem Kapazitätswert des Kondensators und der Schaltperiode; und eine AN-Steuerung für das Schaltelement anwendet, wenn der Ladespannungswert des Kondensators einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht.
  • Gemäß der obigen Konfiguration kann durch ein Schätzen einer Spannung, auf die der Kondensator vorläufig aufgeladen ist, auf Grundlage eines Drosselstroms, durch Durchführen der Schaltsteuerung bei der ersten relativen Einschaltdauer, und durch die Verwendung eines Spannungsverhältnisses aus dem vorläufigen Ladespannungswert und dem Eingangsanschluss-Spannungswert als zweite relative Einschaltdauer, nicht nur ein Einschaltstrom von der ersten Stromversorgung, verbunden mit dem Eingangsanschluss verhindert werden, sondern darüber hinaus kann auch das Auftreten eines Rückflusses von Energie verhindert werden, die vorläufig in den Kondensator geladen ist. Durch ein Schätzen der Ladespannung des Kondensators auf Grundlage der zweiten relativen Einschaltdauer und durch ein Ansteuern des Schaltelements, das an dem Ausgangsanschluss bereitgestellt ist, gemäß der Ladespannung des Kondensators zum gleichen Zeitpunkt, wird es möglich, die Elemente von einer inversen Verbindung und einem Rückfluss zu schützen.
  • Die oben stehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen noch ersichtlicher.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Blockschaltungsdiagramm zur Darstellung einer Konfiguration einer Fahrzeugstromversorgungseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Betriebs der Fahrzeugstromversorgungseinheit der ersten Ausführungsform;
  • 3A und 3B sind Wellenformdiagramme, die verwendet werden zum Beschreiben eines Betriebs der Fahrzeugstromversorgungseinheit der ersten Ausführungsform;
  • 4 ist ein Blockschaltungsdiagramm zur Darstellung einer Konfiguration einer Fahrzeugstromversorgungseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
  • 5 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Betriebs der Fahrzeugstromversorgungseinheit der zweiten Ausführungsform;
  • 6 ist ein Blockschaltungsdiagramm zur Darstellung einer Konfiguration einer Fahrzeugstromversorgungseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
  • 7 ist ein Blockschaltungsdiagramm zur Darstellung einer Konfiguration einer Fahrzeugstromversorgungseinheit gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung; und
  • 8 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Betriebs einer Fahrzeugstromversorgungseinheit gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung detailliert mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Die gleichen oder äquivalenten Abschnitte werden mit den gleichen Bezugszeichen in allen Zeichnungen bezeichnet, und eine entsprechende Erläuterung wird nicht wiederholt.
  • ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 1 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration einer Fahrzeugstromversorgungseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Eine erste Stromversorgung 100 gemäß 1 ist eine Speicherzelle, z.B. ein elektrischer Doppelschichtkondensator oder eine Lithium-Ionen-Batterie, und ist mit einem Generator verbunden, wie z.B. ein Wechselstromgenerator mit einem Gleichrichter und einem MG (engl. Motor Generator) (in der Zeichnung nicht gezeigt). Die erste Stromversorgung 100 wird bis zu einem vorbestimmten Spannungswert V1 durch den Generator aufgeladen, und liefert über einen Spannungswandler bzw. Spannungsumformer 200 einen Strom an eine elektrische Fahrzeuglast 400. Der Spannungswandler 200 transformiert den Spannungswert V1 der ersten Stromversorgung 100 in einen Gleichstrom-Spannungswert V2 und gibt das Transformationsergebnis aus. Eine zweite Stromversorgung 300 ist eine Speicherzelle vergleichbar zu der ersten Stromversorgung 100, z.B. eine Bleispeicherbatterie, und ist zusammen mit der elektrischen Fahrzeuglast 400 an einer Ausgangsseite des Spannungswandlers 200 verbunden.
  • Der Spannungswandler 200 ist z.B. ein Abwärts-DC-zu-DC-Wandler, und wie in 1 gezeigt, ist ein positiver Anschluss der ersten Stromversorgung 100 und ein positiver Anschluss der zweiten Stromversorgung 300 über ein erstes Schaltelement 230, eine Drossel 240 und ein Schaltelement 270 mit der Last 400 verbunden. Eine Drain-Seite des ersten Schaltelements 230 ist mit dem positiven Anschluss der ersten Stromversorgung 100 verbunden. Eine Source-Seite des ersten Schaltelements 230 ist mit einem Ende der Drossel 240 und mit einer Drain-Seite des zweiten Schaltelements 231 verbunden, wobei dessen Source-Seite mit dem Massepotential verbunden ist. Das andere Ende der Drossel 240 ist mit einem Ende des Schaltelements 270 verbunden. Ein Kondensator 260 als ein Glättungsabschnitt ist zwischen dem anderen Ende der Drossel 240 und dem Massepotential verbunden. Das andere Ende des Schaltelements 170 ist mit einem Ausgangsanschluss des Spannungswandlers 200 verbunden. Die zweite Stromversorgung 300 und die elektrische Last 400 sind mit diesem Ausgangsanschluss verbunden. In dem in 1 gezeigten Beispiel sind das erste Schaltelement 230 und das zweite Schaltelement 231 z.B. Halbleiterschaltelement, wie z.B. MOSFETs. 1 zeigt Body-Dioden, die in den MOSFETs ausgebildet sind. Das Schaltelement 270 kann z.B. ein Halbleiterschaltelement sein, wie z.B. ein MOSFET und ein IGBT, oder ein elektromagnetisches oder mechanisches Relay.
  • Verbunden mit dem ersten Schaltelement 230 und dem zweiten Schaltelement 231 ist eine Steuerschaltung 220, die eine Spannung steuert, die an einem Gate von jedem Element anliegt. Eine Schaltsteuerung wird für das erste Schaltelement 230 und das zweite Schaltelement 231 gemäß einem ersten Schaltelement-Gate-Ansteuersignal bzw. einem zweiten Schaltelement-Gate-Ansteuersignal angewendet. Die Schaltsteuerung wird durch die Steuerschaltung 220 für das zweite Schaltelement 231 in einer komplementären Art und Weise zum Schalten des ersten Schaltelements 230 angewendet. Eine Totzeit zur Kurzschlussverhinderung wird darüber hinaus während des Schaltens des ersten Schaltelements 230 und des zweiten Schaltelements 231 bereitgestellt, um einen Kurzschluss zwischen der ersten Stromversorgung 100 und dem Massepotential zu verhindern. Das Schaltelement 270 empfängt eine Eingabe eines Schaltsteuersignals zum Steuern eines Trennens und Verbindens des Schaltelements 170 von der Steuerschaltung 120.
  • Die Steuerschaltung 220 empfängt eine Eingabe von Detektions- bzw. Erfassungswerten, die erfasst werden durch: einen Eingangsanschluss-Spannungserfassungsabschnitt (im Folgenden auch als der erste Stromversorgungs-Spannungsverfassungsabschnitt bezeichnet) 210, der den Spannungswert V1 der ersten Stromversorgung 100 erfasst, die mit einem Eingangsanschluss des Spannungswandlers 200 verbunden ist (z.B. durch ein Dividieren einer Spannung durch Widerstände); ein Drosselstrom-Verfassungsabschnitt 250, der einen Drosselstromwert IL erfasst, der durch die Drossel 240 fließt (z.B. durch Erfassen eines Stroms unter Verwendung eines Shunt-Widerstands oder eines Stromsensors); und ein Ausgangsanschluss-Spannungserfassungsabschnitt (im Folgenden auch als der zweite Stromversorgungs-Spannungserfassungsabschnitt bezeichnet) 280, der den Spannungswert V2 der zweiten Stromversorgung 300 erfasst, die mit dem Ausgangsanschluss des Spannungswandlers 200 verbunden ist (z.B. durch Dividieren einer Spannung durch Widerstände). Diese Erfassungswerte werden durch einen Abtastabschnitt erhalten, der in die Steuerschaltung 220 eingebaut ist, und eine Abtastung zu jeden N Schaltzeiten synchron mit einer Schaltperiode des ersten Schaltelements 230 und des zweiten Schaltelements 231 durchführt. Gemäß der erhaltenen Werte wird eine Steuerung einer relativen Einschaltdauer (engl. Duty Ratio), bei der die Schaltsteuerung für das erste Schaltelement 230 und das zweite Schaltelement 231 angewendet wird, und eine AN- und AUS-Steuerung an dem Schaltelement 270 durchgeführt. Durch eine Anpassung der relativen Einschaltdauer in der vorbestimmten Periode auf diese Art und Weise transformiert der Spannungswandler 200 den Spannungswert V1 der ersten Stromversorgung 100 in den DC- bzw. Gleichstrom – Spannungswert V2, und steuert den Spannungswert V2 der zweiten Stromversorgung 300, indem das Transformationsergebnis ausgegeben wird.
  • Der Steuerfluss des Spannungswandlers 200 ab dem Zeitpunkt, zu dem die oben konfigurierte Fahrzeugstromversorgungseinheit gestartet wird, bis der Spannungswert V2 der zweiten Stromversorgung 300 gesteuert wird, wird im Folgenden unter Verwendung des Flussdiagramms gemäß 2 erläutert.
  • Im Schritt S1 bestimmt die Steuerschaltung 220, ob der Spannungswandler 200 gestartet ist oder nicht. Diese Bestimmung erfolgt in Abhängigkeit davon, ob oder ob nicht der Spannungswandler 200 bei Empfang eines Inbetriebnahmesignals von dem Generator oder einer Kraftmaschinensteuervorrichtung, z.B. einer ECU, gestartet ist. Wenn die Inbetriebnahme bestimmt ist, wird mit Schritt S2 fortgesetzt; andererseits wird zum Schritt S1 zurückgekehrt. Es wird vermerkt, dass das erste Schaltelement 230, das zweite Schaltelement 231 und das Schaltelement 270 im Schritt S1 in einem AUS-Zustand sind.
  • Im Schritt S2 erhält die Steuerschaltung 220 den Spannungswert V1 der ersten Stromversorgung 100, erfasst durch den Eingangsanschluss-Spannungserfassungsabschnitt 210, mittels der internen Abtastabschnitts, und geht zum Schritt S3. Die anschließenden Schritte S3 bis S6 sind Schritte zum Schätzen eines anfänglichen Ladespannungswerts Vco_init des Kondensators 260.
  • Im Schritt S3 berechnet die Steuerschaltung 220 ein erstes relatives Einschaltverhältnis (engl. Duty Ratio), wobei es sich um einen zeitlichen Prozentanteil einer AN-Zeit Ton des ersten Schaltelements 230 in einer vorbestimmten Schaltperiode Tpwm handelt, auf Grundlage des Spannungswerts V1 der ersten Stromversorgung 100, erhalten in Schritt S2, und geht zum Schritt S4.
  • Eine Beziehung eines relativen Einschaltverhältnisses (engl. Duty Ratio), wenn das erste Schaltelement 230 mit der vorbestimmten Schaltperiode Tpwm geschaltet wird, eine Variation eines Drosselstroms, ΔIL, dem Spannungswert V1 der ersten Stromversorgung 100 und einem Spannungswert Vco des Kondensators 260 wird gemäß der folgenden Gleichung (1) berechnet. Die folgende Gleichung (1) kann in die folgende Gleichung (2) modifiziert werden. Es wird aus der folgenden Gleichung (2) verstanden, dass eine Variation des Drosselstroms, ΔIL, maximal ist, wenn die Spannung Vco, die vorausgehend in den Kondensator 260 geladen wird, gleich 0 V ist. Durch eine Modifizierung der folgenden Gleichung (2) mit Vco = 0, kann somit Gleichung (3) erhalten werden. Eine Variation des Drosselstroms, ΔIL, wiedergegeben durch die folgende Gleichung (3) ist ein Drosselstromwert IL, der durch die Drossel fließt, wenn die Schaltsteuerung für das erste Schaltelement 230 bei dem relativen Einschaltverhältnis mit 0 A als Drosselstrom bei der Inbetriebnahme angewendet wird. Durch eine Modifizierung der folgenden Gleichung (3) in eine Gleichung, aus der ein erstes relatives Einschaltverhältnis (engl. Duty Ratio) berechnet wird, wobei es sich um ein relatives Einschaltverhältnis des ersten Schaltelements 230 während des Schaltens handelt, durch Ersetzen des Drosselstromwerts IL mit einem vorbestimmten Stromwert, der ausgegeben werden kann, oder einem vorbestimmten Stromwert IL_limit zum Schutz der Elemente von einem Überstrom, kann die folgende Gleichung (4) erhalten werden. ΔIL = (V1 – Vco)/L × duty ratio × Tpwm – Vco/L × (1 – duty ratio) × Tpwm Gleichung (1) ΔIL = V1/L × duty ratio × Tpwm – Vco/L × Tpwm Equation (2) ΔIL = V1/L × duty ratio × Tpwm Gleichung (3) Erstes duty ratio = IL_limit × L/(V1 × Tpwm) Gleichung (4)
  • 3A zeigt eine Definition des Drosselstromwerts IL, der durch die Drossel 240 fließt, wenn die Schaltsteuerung für das erste Schaltelement 230 mit 0 A als der Drosselstromwert IL bei Inbetriebnahme im Schritt S3 angewendet wird. Der in 3A gezeigte Drosselstromwert IL gibt einen Drosselstromwert wieder, der durch die Drossel 240 durch Schalten des ersten Schaltelements 230 mit der Schaltperiode Tpwm und der AN-Zeit Ton fließt. Ein Punkt, der durch den Drossel-Stromerfassungsabschnitt 250 erhalten wirst, ist der in 3A gezeigte Abtastpunkt.
  • Durch Modifizierung der obigen Gleichung (3) in eine Gleichung, aus der eine Drosselstromvariation NΔIL berechnet wird, die variiert, wenn das relative Einschaltverhältnis bei jeden N Schaltzeitpunkten aktualisiert wird, kann die folgende Gleichung (5) erhalten werden. Die Drosselstromvariation NΔIL, die durch die folgende Gleichung (5) wiedergegeben wird, ist ein Drosselstromwert IL_N, der durch die Drossel 240 fließt, wenn die Schaltsteuerung für das erste Schaltelement 230 N-Mal bei dem relativen Einschaltverhältnis mit 0 A als Drosselstromwert bei Inbetriebnahme angewendet wird. Durch eine Modifizierung der folgenden Gleichung (5) in eine Gleichung, aus der ein erstes relatives Einschaltverhältnis berechnet wird, wobei es sich um ein relatives Einschaltverhältnis des ersten Schaltelements 230 während des Schaltens handelt, kann durch Ersetzen des Drosselstromwerts IL_N mit einem vorbestimmten Stromwert, der ausgegeben werden kann, oder einem vorbestimmten Drosselstromwert IL_limit zum Schutz der Elemente von einem Überstrom, die folgende Gleichung (6) erhalten werden. NΔIL = V1/L × duty ratio × Tpwm × N Gleichung (5) Erstes duty ratio = IL_limit × L/(N × V1 × Tpwm) Gleichung (6)
  • 3B zeigt eine Definition eines Drosselstromwerts IL_N, der durch die Drossel 240 fließt, wenn die Schaltsteuerung für das erste Schaltelement 230 N-Mal bei dem relativen Einschaltverhältnis mit 0 A als Drosselstromwert bei der Inbetriebnahme im Schritt S3 angewendet wird. 3B zeigt eine Varianz des Drosselstromwerts, wenn das Schalten N-Mal durchgeführt wird, und der Drosselstromwert IL_N in der Zeichnung gibt einen Drosselstromwert wieder, der sich verändert hat, wenn das erste Schaltelement 230 N-Mal mit der Schaltperiode Tpwm und der AN-Zeit Ton geschaltet wird, der durch den Drosselstrom-Erfassungsabschnitt 250 erhalten wird, ist ein in 3B gezeigter Abtastpunkt.
  • Das erste relative Einschaltverhältnis (engl. Duty Ratio) des ersten Schaltelements 230 wird gemäß der obigen Gleichung (6) berechnet, und das Verfahren wird im Schritt S4 fortgesetzt. Ein Teil der obigen Gleichung (6), IL_limit × L/(N × Tpwm), kann direkt durch ein Halten von Werten, die vorab berechnet werden, als feste Daten, berechnet werden. Eine tatsächliche Stromerhöhungsgröße ist darüber hinaus geringer als die in der obigen Gleichung (6), da der Kondensator 260 mit einem Strom aufgeladen wird, der aufgrund des Schaltens des ersten Schaltelements 230 fließt. Wenn darüber hinaus ein Fall angenommen wird, dass der Kondensator 260 vorab aufgeladen wird, werden selbst dann, wenn das erste Schaltelement 230 und das zweite Schaltelement 231 für ein N-Maliges Schalten bei der ersten relativen Einschaltdauer gesteuert werden, die gemäß der obigen Gleichung (6) berechnet wird, die Elemente durch einen Überstrom nicht beschädigt.
  • Im Schritt S4 gibt die Steuerschaltung 220 das erste Schaltelement-Ansteuersignal und das zweite Schaltelement-Ansteuersignal an das erste Schaltelement 230 bzw. das zweite Schaltelement 231 aus, so dass das erste Schaltelement 230 und das zweite Schaltelement 231 mit der vorbestimmten Schaltperiode Tpwm bei der ersten relativen Einschaltdauer des ersten Schaltelements 230, berechnet im Schritt S3, schalten, und geht dann zum Schritt S5.
  • Im Schritt S5 erhält die Steuerschaltung 220 den Spannungswert V1 der ersten Stromversorgung 100, den Drosselstromwert IL_N, und den Spannungswert V2 der zweiten Stromversorgung 300, wobei es sich um Detektions- bzw. Erfassungswerte handelt, die erfasst werden durch den Eingangsanschluss-Spannungserfassungsabschnitt 210, den Drosselstrom-Erfassungsabschnitt 250 bzw. den Ausgangsanschluss-Spannungserfassungsabschnitt 280, wenn das Schalten für N Schaltzeitpunkte mit der Schaltperiode Tpwm bei der ersten relativen Einschaltdauer im Schritt S4 durchgeführt wird, und geht dann zum Schritt S6.
  • Im Schritt S6 schätzt die Steuerschaltung 220 den Spannungswert Vco_init, der vorab in den Kondensator 260 aufgeladen wurde, auf Grundlage des Spannungswerts V1 der ersten Stromversorgung 100 und dem Drosselstromwert IL_N, erhalten im Schritt S5, und geht dann zum Schritt S7.
  • Durch Berechnen einer Drosselstromvariation NΔIL, die fließt, wenn das Schalten N-Mal gemäß der obigen Gleichung (1) und der obigen Gleichung (2) durchgeführt wird, die die Beziehung der relativen Einschaltdauer des ersten Schaltelements 230 in der vorbestimmten Schaltperiode Tpwm, der Drosselstromvariation ΔIL, dem Spannungswert V1 der ersten Stromversorgung 100 und dem Spannungswert Vco_init des Kondensators 160 wiedergeben, kann die folgende Gleichung (7) erhalten werden. Durch eine Modifizierung der Gleichung (7) in eine Gleichung, aus der der Kondensatorspannungswert Vco_init berechnet wird, der vorab in dem Kondensator 260 aufgeladen wird, als Kondensatorspannungswert Vco durch Ersetzen von NΔIL mit dem Drosselstromwert IL_N, erhalten durch den Abtastabschnitt bei allen N Schaltzeitpunkten mit der vorbestimmten Schaltperiode Tpwm und mit 0 A als Drosselstromwert zum Beginn des Schaltens, und durch Ersetzen der relativen Einschaltdauer mit der ersten relativen Einschaltdauer, kann die folgenden Gleichung (8) erhalten werden. NΔIL = N × ΔIL = N × (V1/L × duty ratio × Tpwm – Vco/L × Tpwm) Gleichung (7) Vco_init = V1 × erstes duty ratio – IL_N × L/(Tpwm × N) Gleichung (8)
  • Der Spannungswert Vco_init, der vorab in dem Kondensator 260 aufgeladen wurde, wird gemäß der obigen Gleichung (8) auf diese Art und Weise geschätzt, und das Verfahren wird mit Schritt S7 fortgesetzt. Ein Teil der obigen Gleichung (8), L/(Tpwm × N), kann direkt berechnet werden, indem Werte gehalten werden, die vorab als feste Daten berechnet werden. Der im Schritt S6 erhaltene Drosselstromwert IL_N ist der Drosselstromwert, der bei einem Abtastpunkt erhalten wird, der gleich ist zu dem in Schritt S3 bestimmten.
  • Im Schritt S7 wird bestimmt, ob der Spannungswert Vco_init, der vorab in dem Kondensator 260 aufgeladen wurde, geschätzt im Schritt S6, gleich zu oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Wenn der Spannungswert Vco_init gleich zu oder größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, wird das Verfahren im Schritt S8 fortgesetzt. Wenn andererseits der Spannungswert Vco_init geringer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, wird das Verfahren mit Schritt S10 fortgesetzt.
  • Im Schritt S8 verbindet die Steuerschaltung 220 den Ausgangsanschluss des Spannungswandlers 200 und die Drossel 240 durch ein AN-Schalten des Schaltelements 270, und geht zum Schritt S9.
  • Im Schritt S9 führt die Steuerschaltung 220 eine Spannungssteuerung durch, durch die der Spannungswert V2 der zweiten Stromversorgung 300 auf einen vorbestimmten Spannungswert gesteuert wird. Unter der Annahme eines vorbestimmten Spannungswerts als ein Zielspannungswert wird dann, z.B., gemäß einer Abweichung von dem Spannungswert V2 der zweiten Stromversorgung 300 die relative Einschaltdauer durch eine Strommodus-Steuerung angepasst, durch die der Drosselstrom gesteuert wird. Im Schritt S9 kann anstelle der oben beschriebenen Strommodus-Steuerung eine Spannungsmodus-Steuerung eingesetzt werden, durch die die relative Einschaltdauer bzw. das Tastverhältnis auf Grundlage einer Abweichung zwischen dem Zielspannungswert und dem Spannungswert V2 der zweiten Stromversorgung 300 bestimmt wird. Das heißt, dass ein Verfahren zum Bestimmen der relativen Einschaltdauer (engl. Duty Ratio) nicht auf das oben erläuterte Verfahren beschränkt ist.
  • Da im Schritt S10 der Spannungswert Vco_init, der vorab in den Kondensator 260 aufgeladen wurde, geschätzt im Schritt S6, geringer ist als der vorbestimmte Schwellenwert, bestimmt die Steuerschaltung 220 eine zweite relative Einschaltdauer, bei der das erste Schaltelement 230 und das zweite Schaltelement 231 mit der vorbestimmten Schaltperiode Tpwm geschaltet werden, um den Kondensator 260 aufzuladen.
  • Die zweite relative Einschaltdauer, die im Schritt S10 bestimmt wird, ist hier ein Spannungsverhältnis des Spannungswerts Vco_init, der vorab in dem Kondensator 260 aufgeladen, geschätzt im Schritt S6, und dem Spannungswert V1 der ersten Stromversorgung 100, erhalten im Schritt S5. Unter Verwendung eines Spannungsverhältnisses aus Vco_init und V1 als die zweite relative Einschaltdauer, wird es möglich, einen Rückfluss (engl. Backflow) von dem Kondensator 260 und einen Einschaltstrom (engl. Rush Current), der von der ersten Stromversorgung 100, verbunden an der Eingangsseite, zum Beginn des Schaltens fließt, zu verhindern. Wenn das Verfahren von Schritt S14, der im Folgenden erläutert wird, mit Schritt S10 fortgesetzt wird, wird die zweite relative Einschaltdauer derart bestimmt, dass die zweite relative Einschaltdauer graduell bzw. allmählich durch eine vorbestimmte Größe, die vorab eingestellt ist, zu einem Zeitpunkt erhöht wird.
  • Im Schritt S11 wird das erste Schaltelement 230 und das zweite Schaltelement 231 N-Mal bei der zweiten relativen Einschaltdauer, die im Schritt S10 bestimmt wird, mit der vorbestimmten Schaltperiode Tpwm geschaltet, und das Verfahren wird mit Schritt S12 fortgesetzt.
  • Im Schritt S12 erhält die Steuerschaltung 220 den Drosselstromwert IL_N, den Spannungswert V1 der ersten Stromversorgung 100 (Eingangsanschluss), und den Spannungswert V2 der zweiten Stromversorgung 300 (Ausgangsanschluss), wobei es sich um Detektions- bzw. Erfassungswerte handelt, die durch den Eingangsanschluss-Spannungserfassungsabschnitt 210, den Drosselstrom-Erfassungsabschnitt 250 bzw. den Ausgangsanschluss-Spannungserfassungsabschnitt 280 erfasst werden, wenn das Schalten N-Mal mit der Schaltperiode Tpwm bei der zweiten relativen Einschaltdauer im Schritt S11 durchgeführt wird, und das Verfahren geht dann um Schritt S13.
  • Im Schritt S13 schätzt die Steuerschaltung 220 den Ladespannungswert Vco des Kondensators 260 auf Grundlage des im Schritt S12 erhaltenen Drosselstromwerts IL_N, und geht dann zum Schritt S14.
  • Um eine Beziehung des Ladespannungswerts Vco des Kondensators 260 und eines Stroms I wiederzugeben, der zu dem Kondensator 260 fließt, wird hier eine relative Beziehung einer Varianz dv einer Ladespannung eines Kondensators mit einer Kapazität C in Bezug auf einen Strom I, der zu dem Kondensator über eine gegebenen Zeit dt fließt, durch die folgenden Gleichung (8) wiedergegeben. Durch Modifizieren der folgenden Gleichung (8) durch Ersetzen der gegebenen Zeit dt mit der Schaltperiode Tpwm, des Stroms I mit dem Drosselstromwert IL, und der Varianz dv mit einer Variation der Kondensatorspannung, ΔVco, kann die folgenden Gleichung (9) erhalten werden. Durch Modifizieren der folgenden Gleichung (9) in eine Gleichung, aus der eine Variation der Kondensatorspannung, ΔVco, des Kondensators mit der Kapazität C berechnet wird, kann die Gleichung (10) erhalten werden. I = C × dv/dt Gleichung (8) IL = C × ΔVco/Tpwm Gleichung (9) ΔVco = IL × Tpwm/C Gleichung (10)
  • Wenn die relative Einschaltdauer bei allen N Schaltzeitpunkten aktualisiert wird, wird die obige Gleichung (10) in eine Gleichung modifiziert, aus der ΔVco_n als ΔVco berechnet wird, durch Ersetzen des Drosselstromwerts IL der obigen Gleichung (10) mit einem Drosselstromwert IL_N, der zu allen N Schaltzeitpunkten synchron mit der vorbestimmten Schaltperiode Tpwm abgetastet wird. Dann kann die folgenden Gleichung (11) erhalten werden. Durch Modifizieren der folgenden Gleichung (11) in eine Gleichung, aus der der Ladespannungswert Vco des Kondensators 260 zu berechnen ist, unter Verwendung des Spannungswerts Vco_init, der vorab in dem Kondensator 260 aufgeladen, geschätzt im Schritt S6, kann die folgenden Gleichung (12) erhalten werden. ΔVco_n = ΔVco × N = IL_N × Tpwm × N/C Gleichung (11) Vco = Vco_init + ΔVco_n = Vco_init + IL_N × Tpwm × N/C Gleichung (12)
  • Die Drosselstromwerte und IL und IL_N in der Gleichung (9) bis Gleichung (12), verwendet zum Berechnen des Ladespannungswerts Vco des Kondensators 260 im Schritt S13, sind Durchschnitts- bzw. Mittelwerte, die in einem Filterabschnitt erhalten werden, d.h., ein Durchschnitts- bzw. Mittelwert, wenn das Schalten mit der Schaltperiode Tpwm durchgeführt wird, und eines Durchschnitts- bzw. Mittelwerts der Drosselströme, wenn das Schalten N-Mal mit der Schaltperiode Tpwm durchgeführt wird. Der im Schritt S12 erhaltene Drosselstromwert hängt darüber hinaus nicht von dem Abtastzeitpunkt ab. Im Schritt S6, in dem die in der 3A und der 3B definierten Drosselstromwerte verwendet werden, kann ein vorläufiger gemittelter Stromwert verwendet werden, und ein Wert, der in Übereinstimmung mit der obigen Gleichung (8) berechnet wird, kann später korrigiert werden. Die Konfiguration ist somit nicht auf die in der ersten Ausführungsform beschriebene beschränkt.
  • Auf diese Art und Weise berechnet die Steuerschaltung 220 den Ladespannungswert Vco des Kondensators 260 in Übereinstimmung mit der obigen Gleichung (12) auf Grundlage des Spannungswerts Vco_init, der vorher in dem Kondensator 260 aufgeladen wurde, geschätzt im Schritt S6, den im Schritt S12 erhaltenen Stromwert IL_N, und dem Kapazitätswert C des Kondensators 260, und geht dann zum Schritt S14. Ein Teil der obigen Gleichung (12), Tpwm × N/C, kann direkt berechnet werden, indem Werte, die vorab als feste Daten berechnet werden, gehalten werden.
  • Wenn das Verfahren vom Schritt S14, der im Folgenden erläutert wird, mit Schritt S13 mittels Schritt S10 fortgesetzt wird, wird der Ladespannungswert Vco des Kondensators 260, geschätzt im Schritt S13 mittels der oben erläuterten Schritte S10 bis S13, durch die folgende Gleichung (13) wiedergegeben. Vco_old ist dabei der Ladespannungswert des Kondensators 260, der im Schritt S13 beim letzten Mal berechnet wurde. Der Ladespannungswert Vco des Kondensators 260 wird durch Aufsummieren und Integrieren eines Werts der Variation der Ladespannung, ΔVco_N, des Kondensators 260, berechnet im Schritt S13 zu diesem Zeitpunkt, berechnet, und das Verfahren wird mit Schritt S14 fortgesetzt. Vco = Vco_old + ΔVco_n = Vco_old + IL_N × Tpwm × N/C Gleichung (13)
  • Im Schritt S14 folgt eine Bestimmung in Bezug auf den Ladespannungswert Vco des Kondensators 260, geschätzt im Schritt S13, auf dieselbe Art und Weise wie im Schritt S7.
  • Wenn der Ladespannungswert Vco des Kondensators 260 gleich zu oder größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, wird das Verfahren mit Schritt S8 fortgesetzt. Wenn andererseits der Ladespannungswert Vco des Kondensators 260 geringer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, kehrt das Verfahren zum Schritt S10 zurück und die Ladesteuerung des Kondensators 260 wird durch ein graduelles bzw. allmähliches Erhöhen der zweiten relativen Einschaltdauer (engl. Duty Ratio) fortgesetzt.
  • Durch ein Durchführen der Ladesteuerung durch Schätzen des Ladespannungswerts Vco des Kondensators 260 auf Grundlage des Drosselstromwerts kann, in der ersten Ausführungsform, nicht nur ein Detektions- bzw. Erfassungsabschnitts des Ladespannungswerts des Kondensators 260 weggelassen werden, sondern auch ein Einschaltstrom (engl. Rush Current) verhindert werden, die Elemente können während einer Umkehrverbindung und einem Rückfluss geschützt werden, und eine Verarbeitungslast kann durch die Durchführung der Steuerung unabhängig von der Abtastperiode verringert werden.
  • ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 4 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration einer Fahrzeugstromversorgungseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Unterschiede zu 1 liegen darin, dass eine Diode 271, die mit deren Anode an der Seite der Drossel 240 und deren Kathode an der Ausgangsanschlussseite des Spannungswandlers 200 angeordnet ist, parallel mit dem Schaltelement 270 verbunden ist, und dass ein Diodenstrom-Verfassungsabschnitt 272 bereitgestellt ist, der einen Strom erfasst, der durch die Diode 271 fließt. Der Rest ist gleich zu der Konfiguration gemäß 1.
  • Der Steuerfluss des Spannungswandlers 200 vom Start der Fahrzeugstromversorgungseinheit, wie in 4 konfiguriert, bis der Spannungswert V2 der zweiten Stromversorgung 300 gesteuert wird, wird unter Verwendung des Schlussdiagramms gemäß 5 erläutert.
  • Der Inhalt des Schritts S1 bis Schritt S11 in dem Flussdiagramm der 5 ist gleich zum Inhalt von Schritt S1 bis Schritt S11 in dem Flussdiagramm der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform, und eine Erläuterung dieser Schritte wird hier nicht wiederholt. Im Folgenden wird Schritt S12 und der anschließende Schritt in 5 beschrieben.
  • Im Schritt S12 wird ein Diodenstromwert Dcur, der durch die Diode 271 fließt, die parallel mit dem Schaltelement 270 verbunden ist, durch den Diodenstrom-Erfassungsabschnitt 272 erfasst, und das Verfahren wird mit Schritt S13 fortgesetzt. Da ein Stromfluss durch die Diode 271 startet, wenn eine Ladespannung des Kondensators 260 eine Summe des Spannungswerts V2 der zweiten Stromversorgung 300 und einer Durchbruchsspannung der Diode 271 erreicht oder übersteigt, wird im Schritt S12 bestimmt, dass ein Strom durch die Diode 271 geflossen ist, wenn der Diodenstromwert Dcur gleich 0 A oder höher ist. Im Schritt S12 erfolgt eine Erfassung zur Bestimmung, ob ein Strom durch die Diode 271 geflossen ist. Folglich kann eine Abtastung zu dem gleichen Zeitpunkt mit dem Abtastungsabschnitt durchgeführt werden, der den Drosselstromwert abtastet, wenn das Schalten N-Mal mit der Schaltperiode Tpwm durchgeführt wird. D.h., das eine Art und Weise der Stromerfassung nicht auf die oben erläuterte Art und Weise beschränkt ist.
  • Im Schritt S13 erfolgt eine Bestimmung, ob das Aufladen des Kondensators 260 abgeschlossen ist, in Abhängigkeit davon, ob ein Strom durch die Diode 271 geflossen ist. Wenn Erfasst wird, dass ein Strom durch die Diode 271 im vorhergehenden Schritt S12 geflossen ist, wird das Verfahren im Schritt S8 fortgesetzt; andernfalls kehrt das Verfahren zum Schritt S10 zurück.
  • Die zweite Ausführungsform ist derart konfiguriert, dass die Diode 271 in unmittelbarer Nähe zu dem Diodenstrom-Erfassungsabschnitt 272 angeordnet ist. Ein Strom, der in die zweite Stromversorgung 300 von dem Spannungswandler 200 fließt, und zum Verwalten eines Ladezustands (engl. State of Charge bzw. SOC) der z weiten Stromversorgung 300 verwendet wird, die mit dem Ausgangsanschluss des Spannungswandlers 200 verbunden ist, kann anstelle des Diodenstromwerts Dcur verwendet werden, um zu bestimmen, ob ein Strom durch die Diode 271 geflossen ist. Der Diodenstrom-Erfassungsabschnitt 272 ist somit nicht auf den in der zweiten Ausführungsform beschriebenen beschränkt. Das Schaltelement 270 und die Diode 271 können darüber hinaus Halbleiterschaltelemente sein, wie z.B. ein MOSFET, der eine Body-Diode darin ausbildet.
  • Eine Bestimmung in der obigen ersten Ausführungsform dahingehend, ob das Aufladen des Kondensators 260 zum AN-Schalten des Schaltelements 270 abgeschlossen ist, erfolgt in der zweiten Ausführungsform durch eine Bestimmung, ob oder ob nicht ein Strom durch die Diode 271 geflossen ist, die parallel mit dem Schaltelement 270 verbunden ist. Da es in der zweiten Ausführungsform nicht erforderlich ist, einen Ladespannungswert des Kondensators 260 zu schätzen, kann, z.B., eine Verarbeitungslast reduziert werden, wenn die Steuerschaltung 220 eine Berechnung durchführt.
  • DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 6 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration einer Fahrzeugstromversorgungseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Konfiguration wird der Spannungswandler 200 der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform in einen Abwärts-DC-zu-DC-Wandler geändert.
  • In dem Spannungswandler 200 der dritten Ausführungsform ist der positive Anschluss der ersten Stromversorgung 100 und der positive Anschluss der zweiten Stromversorgung 300 über die Drossel 240, das zweite Schaltelement 231 und das Schaltelement 270 verbunden. Der positive Anschluss der ersten Stromversorgung 100 ist mit einem Ende der Drossel 240 verbunden, und die Drain-Seite des ersten Schaltelements, der Source-Seite mit dem Massepotential verbunden ist, ist mit dem anderen Ende der Drossel 240 verbunden. Die Source-Seite des zweiten Schaltelements 231 ist mit dem anderen Ende der Drossel 240 verbunden, und die Drain-Seite des zweiten Schaltelements 231 ist mit einem Ende des Schaltelementes 270 verbunden. Das andere Ende des Kondensators 260, wobei ein Ende davon geerdet ist, ist mit der Drain-Seite des zweiten Schaltelements 231 verbunden. Das andere Ende des Schaltelements 270 ist mit dem Ausgangsanschluss des Spannungswandlers 200 verbunden. Die zweite Stromversorgung 300 und die elektrische Last 400, wie z.B. Bleispeicherbatterien, sind mit dem Ausgangsanschluss verbunden. In dem in 6 gezeigten Beispiel sind, genau wie in dem Beispiel gemäß 1, das erste Schaltelement 230 und das zweite Schaltelement 231 z. B. Halbleiterschaltelemente, wie z.B. MOSFETs. 6 zeigt Body-Dioden, die in den MOSFETs ausgebildet sind. Das Schaltelement 270 kann darüber hinaus, wie in dem Beispiel gemäß 1, ein Halbleiterschaltelement sein, wie z.B. ein MOSFET und ein IGBT, oder ein elektromagnetisches oder mechanisches Relay.
  • Die ausbildenden Komponenten gemäß 6 der dritten Ausführungsform sind gleich zu jenen gemäß 1 und Verbindungen der jeweiligen Komponenten unterscheiden sich, wie oben erläutert. Die Steuerschaltung 220 ist mit dem ersten Schaltelement 230 und dem zweiten Schaltelement 231 verbunden. Die Steuerschaltung 220 führt eine Anwendung der Schaltsteuerung für das erste Schaltelement 230 und das zweite Schaltelement 231 gemäß einem ersten Schaltelement-Gate-Ansteuersignal bzw. einem zweiten Schaltelement-Gate-Ansteuersignal durch. Die Schaltsteuerung wird durch die Steuerschaltung 220 an dem zweiten Schaltelement 231 angewendet, auf eine komplementäre Art und Weise zu dem Schalten des ersten Schaltelements 230. Darüber hinaus wird eine Totzeit für eine Kurzschlussverhinderung während des Schaltens des ersten Schaltelements 130 und des zweiten Schaltelements 231 bereitgestellt, um einen Kurzschluss zwischen der ersten Stromversorgung 100 und dem Massepotential zu verhindern. Das Schaltelement 270 empfängt eine Eingabe eines Schaltansteuersignals, um ein Trennen und Verbinden des Schaltelements 270 von der Steuerschaltung 220 zu steuern. Die Steuerschaltung 220 transformiert den Spannungswert V1 der ersten Stromversorgung 100 in den Gleichstrom-Spannungswert V2, indem eine relative Einschaltdauer (engl. Duty Ratio) in einer vorbestimmten Periode gemäß dem Spannungswert V1 der ersten Stromversorgung 100, dem Drosselstromwert IL und dem Spannungswert V2 der zweiten Stromversorgung 300, erfasst durch die jeweiligen Erfassungsabschnitte 210, 250, 280 angepasst wird, und wobei diese durch den Abtastungsabschnitt abgetastet werden, der gleich ist zu den entsprechenden Abschnitten in der obigen ersten Ausführungsform, und steuert den Spannungswert V2 der zweiten Stromversorgung 300, indem das Transformationsergebnis ausgegeben wird.
  • Der Steuerfluss des Spannungswandlers 200 vom Start der Fahrzeugstromversorgungseinheit, die wie oben konfiguriert ist, bis der Spannungswert V2 der zweiten Stromversorgung 300 gesteuert wird, wird im Folgenden erläutert.
  • Im Vergleich mit der Konfiguration der obigen ersten Ausführungsform, wobei der Spannungswandler 200 ein Abwärts-DC-zu-DC-Wandler ist, unterscheidet sich der Spannungswandler 200 der dritten Ausführungsform lediglich darin, dass dies ein Aufwärts-DC-zu-DC-Wandler ist. Von dem Steuerfluss der obigen ersten Ausführungsform, dargestellt in 2, wird nur der Steuerfluss bezüglich Schritt S3, Schritt S6 und Schritt S13 erläutert, die sich aufgrund der Änderung von dem Abwärts-DC-zu-DC-Wandler zu dem Aufwärts-DC-zu-DC-Wandler unterscheiden, und eine Beschreibung des Schritts S1 und des Schritts S2 in dem Steuerfluss gemäß 2 wird hier nicht wiederholt.
  • Die Schritte S3 bis S6 in dem Steuerfluss der dritten Ausführungsform sind die Schritte zum Schätzen des anfänglichen Ladespannungswerts Vco_init des Kondensators 260, wie gemäß dem Steuerfluss der obigen ersten Ausführungsform.
  • Im Schritt S3 berechnet die Steuerschaltung 220 eine erste relative Einschaltdauer (engl. Duty Ratio) wobei es sich um einen zeitlichen Prozentanteil einer AN-Zeit Ton des ersten Schaltelements 230 in der vorbestimmten Schaltperiode Tpwm handelt, auf Grundlage des Spannungswerts V1 der ersten Stromversorgung 100, erhalten in Schritt S2 und das Verfahren wird im Schritt S4 fortgesetzt.
  • Der Kondensator 260 wird vorab von der ersten Stromversorgung 100 aufgeladen, verbunden mit dem Eingangsanschluss des Spannungswandlers 200, über die Body-Diode, die parallel mit dem zweiten Schaltelement 231 verbunden ist. Der anfängliche Ladespannungswert Vco_init des Kondensators 260 ist folglich ein Spannungswert, der nicht unter den Spannungswert V1 der ersten Stromversorgung 100 fällt. Der anfängliche Ladespannungswert Vco_init kann jedoch möglicherweise einen Spannungswert annehmen, der größer als der Spannungswert V1 ist. Es ist daher erforderlich, den anfänglichen Ladespannungswert Vco_init zu schätzen.
  • Eine Beziehung der relativen Einschaltdauer (engl. Duty Ratio), bei der das erste Schaltelement 230 mit der vorbestimmten Schaltperiode Tpwm geschaltet, einer Variation des Drosselstroms ΔIL, des Spannungswerts V1 der ersten Stromversorgung 100, und dem Spannungswert Vco des Kondensators 260 durch die folgende Gleichung (14) wiedergegeben. Wie in dem obigen Schritt S3 erläutert, ist der Spannungswert Vco ein Spannungswert, der gleich zu oder größer als der Spannungswert V1 ist. Durch eine Modifizierung der folgenden Gleichung (14) unter der Annahme, dass der Spannungswert Vco gleich zu dem Spannungswert V1 ist, der minimal ist, kann somit die folgende Gleichung (15) erhalten werden. Die Drosselstromvariation ΔIL, wiedergegeben durch die folgende Gleichung (15), ist ein Drosselstromwert IL, der durch die Drossel 240 fließt, wenn die Schaltsteuerung an dem ersten Schaltelement 230 bei der relativen Einschaltdauer mit 0 A als Drosselstromwert bei der Inbetriebnahme angewendet wird. Durch eine Modifizierung der folgenden Gleichung (15) in eine Gleichung, aus der eine erste relative Einschaltdauer berechnet wird, wobei es sich um die relative Einschaltdauer des ersten Schaltelements 230 während des Schaltens zum Aufladen des Kondensators 260 handelt, kann durch Ersetzen des Drosselstromwerts IL mit einem vorbestimmten Stromwert, der ausgegeben werden kann, oder einen vorbestimmten Stromwert IL_limit zum Schutz der Elemente von einem Überstrom, die folgende Gleichung (16) erhalten werden. ΔIL = V1/L × duty ratio × Tpwm – (Vco – V1)/L × (1 – duty ratio) × Tpwm Gleichung (14) ΔIL = V1/L × duty ratio × Tpwm Gleichung (15) Erstes duty ratio = IL_limit × L/(V1 × Tpwm) Gleichung (16)
  • Durch eine Modifizierung der obigen Gleichung (15) in eine Gleichung, aus der ein Drosselstromwert NΔIL berechnet wird, der dann variiert, wenn das relative Einschaltverhältnis zu allen N Schaltzeitpunkten aktualisiert wird, kann die folgende Gleichung (17) erhalten werden.
  • Dabei ist NΔIL in der folgenden Gleichung (17) ein Drosselstromwert IL_N, der erhalten wird durch den Abtastungsabschnitt zu jeden N Schaltzeitpunkten mit der vorbestimmten Schaltperiode Tpwm mit 0 A als Drosselstromwert zum Beginn des Schaltens. Durch eine Modifizierung der Gleichung (17) in eine Gleichung, aus der eine erste relative Einschaltdauer (engl. Duty Ratio) berechnet wird, wobei es sich um eine relative Einschaltdauer des ersten Schaltelements 230 handelt, kann durch Ersetzen des Drosselstromwerts NΔIL mit einem vorbestimmten Stromwert, der ausgegeben werden kann, oder einem vorbestimmten Stromwert IL_limit zum Schutz der Elemente von einem Überstrom, und durch Ersetzen der relativen Einschaltdauer mit der ersten relativen Einschaltdauer die folgende Gleichung (18) erhalten werden. NΔIL = N × V1/L × duty ratio × Tpwm Gleichung (17) Erstes duty ratio = IL_limit × L/(N × V1 × Tpwm) Gleichung (18)
  • Die erste relative Einschaltdauer, wobei es sich um einen Prozentanteil der AN-Zeit Ton des ersten Schaltelements 230 in der vorbestimmten Schaltperiode Tpwm handelt, wird gemäß der obigen Gleichung (18) berechnet, und das Verfahren wird mit Schritt S4 fortgesetzt. Ein Teil der obigen Gleichung (18), IL_limit × L/(N × Tpwm), kann direkt berechnet werden, indem Werte gehalten werden, die vorab als feste Daten berechnet werden. Eine tatsächliche Stromerhöhungsgröße ist darüber hinaus geringer als die in der folgenden Gleichung (20), da der Kondensator 260 aufgrund des Schaltens aufgeladen wird. Selbst dann, wenn das erste Schaltelement 230 und das zweite Schaltelement 231 für ein N-Maliges Schalten bei der ersten relativen Einschaltdauer gesteuert werden, werden die Elemente nicht durch einen Überstrom beschädigt.
  • Die Schritt S4 und S5 sind gleich zu jenen in dem Steuerfluss gemäß 2 der obigen ersten Ausführungsform, und eine Beschreibung dieser Schritte wird hier nicht wiederholt.
  • Im Schritt S6 schätzt die Steuerschaltung 220 den Spannungswert Vco_init, der vorläufig in dem Kondensator 260 geladen ist, auf Grundlage des Spannungswerts V1 der ersten Stromversorgung 100 dem im Schritt S5 erhaltenen Drosselstromwert IL_N, und das Verfahren wird mit Schritt S7 fortgesetzt.
  • Durch eine Berechnung der Drosselstromvariation NΔIL, der fließt, wenn das Schalten N-Mal gemäß der obigen Gleichung (14) durchgeführt wird, die die Beziehung der relativen Einschaltdauer des ersten Schaltelements 230 mit der vorbestimmten Schaltperiode Tpwm, der Drosselstromvariation ΔIL, dem Spannungswert V1 der ersten Stromversorgung 100 und dem Spannungswert Vco_init des Kondensators 260 angibt, kann die folgenden Gleichung (19) erhalten werden. Durch eine Modifizierung der folgenden Gleichung (19) in eine Gleichung, aus der der Kondensatorspannungswert Vco_init berechnet wird, auf den der Kondensator 260 vorläufig aufgeladen ist, als der Kondensatorspannungswert Vco durch Ersetzen von NΔIL mit dem Drosselstromwert IL_N, erhalten durch den Abtastungsabschnitt zu allen N Schaltzeitpunkten mit der vorbestimmten Schaltperiode Tpwm mit 0 A als Drosselstrom zu Beginn des Schaltens und Ersetzen der relativen Einschaltdauer mit der ersten relativen Einschaltdauer, kann die folgende Gleichung (20) erhalten werden. NΔIL = N × ΔIL = N × (V1/L × duty ratio × Tpwm – (Vco – V1)/L × (1 – duty ratio) × Tpwm) Gleichung (19) Vco_init = V1/(1 – erstes duty ratio) – IL_N × L/((1 – erstes duty ratio) × Tpwm × N) Gleichung (20)
  • Der Spannungswert Vco_init, mit dem der Kondensator 260 vorläufig aufgeladen ist, wird gemäß der obigen Gleichung (20) auf diese Art und Weise geschätzt, und das Verfahren wird mit Schritt S7 fortgesetzt. Ein Teil der obigen Gleichung (20), L/(Tpwm × N), kann direkt berechnet werden, indem Werte gehalten werden, die vorab als feste Daten berechnet werden. Der Drosselstromwert IL_N, erhalten im Schritt S6, ist der Drosselstromwert zu einem Abtastungspunkt, der gleich ist zu dem in Schritt S3 in dem Steuerfluss der obigen ersten Ausführungsform, gezeigt in 2, bestimmten.
  • Die Schritte S7 bis S12 sind gleich zu jenen in dem Steuerfluss gemäß 2 der obigen ersten Ausführungsform, und eine Beschreibung dieser Schritte wird nicht wiederholt.
  • Im Schritt S13 wird der Ladespannungswert Vco des Kondensators 260 auf Grundlage des Drosselstromwerts IL_N, erhalten im Schritt S12, geschätzt, und das Verfahren wird mit Schritt S14 fortgesetzt.
  • Um eine Beziehung des Ladespannungswerts Vco des Kondensators 260 und eines in den Kondensator 260 fließenden Stroms I wiederzugeben, wird eine Beziehung einer Varianz dv einer Ladespannung eines Kondensators mit einer Kapazität von C bezüglich eines Stroms I, der in den Kondensator fließt, über einer gegebenen Zeit dt durch die folgenden Gleichung (21) wiedergegeben. Ein Strom fließt in den Kondensator 260 nur während einer AUS-Zeit Toff des ersten Schaltelements 230, d.h., einem inversen der ersten relativen Einschaltdauer, wobei es sich um einen zeitlichen Prozentanteil der AN-Zeit Ton in der Schaltperiode Tpwm handelt. Durch Ersetzen des Stroms I mit dem Drosselstromwert IL kann die Varianz dv mit einer Variation der Kondensatorspannung ΔVco, und der gegebenen Zeit dt mit der Zeit Toff die folgenden Gleichung (22) erhalten werden. Durch eine Modifizierung der folgenden Gleichung (22) in einer Gleichung, aus der eine Variation der Kondensatorspannung ΔVco, des Kondensators mit einer Kapazität C berechnet wird, und zum Berechnen der Toff auf Grundlage der zweiten relativen Einschaltdauer und der Schaltperiode Tpwm, kann die folgenden Gleichung (23) erhalten werden. I = C × dv/dt Gleichung (21) IL = C × ΔVco/Toff Gleichung (22) ΔVco = IL × (1 – zweites duty ratio) × Tpwm/C Gleichung (23)
  • Wenn die relative Einschaltdauer (engl. Duty Ratio) zu allen N Schaltzeitpunkten aktualisiert wird, wird die obige Gleichung (23) in eine Gleichung modifiziert, aus der ΔVco_n berechnet wird, indem der Drosselstromwert IL der obigen Gleichung (23) mit dem Drosselstromwert IL_N ersetzt wird, der zu jeden N Schaltzeitpunkten synchron mit der vorbestimmten Schaltperiode Tpwm abgetastet wird, und durch ein Ersetzen von ΔVco mit ΔVco_n. Dann kann die folgenden Gleichung (24) erhalten werden. Durch eine weitere Modifizierung der folgenden Gleichung (24) in eine Gleichung, aus der der Ladespannungswert Vco des Kondensators 260 auf Grundlage des Spannungswerts Vco_init berechnet wird, mit der der Kondensator 260 vorläufig aufgeladen ist, geschätzt im Schritt S6, kann die folgenden Gleichung (25) erhalten werden. ΔVco_n = ΔVco × N = IL_N × (1 – zweites duty ratio) × Tpwm × N/C Gleichung (24) Vco = Vco_init + Δ Vco_n = Vco_init + IL_N × (1 – zweites duty ratio) × Tpwm × N/C Gleichung (25)
  • Die Drosselstromwerte IL und IL_N in den Gleichungen (22) bis (25), die verwendet werden zum Berechnen des Ladespannungswerts Vco des Kondensators 260 im Schritt S13 sind die Drosselströme während der AUS-Zeit Toff des ersten Schaltelements 230, wenn das Schalten mit der Schaltperiode Tpwm bei der zweiten relativen Einschaltdauer durchgeführt wird, und nehmen den Stromwert, der zu einem Abtastungszeitpunkt erhalten wird, der gleich ist zu dem im Schritt S6 in der obigen ersten und zweiten Ausführungsform. Wie im Schritt S13 der oben stehenden ersten Ausführungsform dargestellt, kann ein vorläufig gemittelter Stromwert für den Drosselstrom verwendet werden, und der in Übereinstimmung mit der obigen Gleichung (25) berechnete Wert kann später korrigiert werden. Die Konfiguration ist somit nicht auf die hier dargestellte beschränkt.
  • Auf diese Art und Weise wird der Ladespannungswert Vco des Kondensators 260 gemäß der obigen Gleichung (25) berechnet, auf Grundlage des Spannungswerts Vco_init, mit dem der Kondensator 260 vorläufig aufgeladen ist, geschätzt im Schritt S6, dem Drosselstromwert IL_N, erhalten im Schritt S12, und der Kapazität C des Kondensators 260, und das Verfahren wird mit Schritt S14 fortgesetzt. Ein Teil der obigen Gleichung (25), Tpwm × N/C, kann direkt berechnet werden, indem Werte gehalten werden, die vorab als feste Daten berechnet werden. Wenn das Verfahren vom Schritt S14 über Schritt S10 mit Schritt S13 fortgesetzt wird, wird der Ladespannungswert Vco des Kondensators 260, geschätzt im Schritt S13 mittels Schritte S10 bis S13, durch die folgende Gleichung (26) wiedergegeben. Hierbei ist Vco_old ein Ladespannungswert des Kondensators 260, der im Schritt S13 beim letzten Mal berechnet wurde. Der Ladespannungswert Vco des Kondensators 260 wird durch Aufsummieren und Integrieren eines Werts der Ladespannungsvariation ΔVco_n des Kondensators 260 berechnet, die im Schritt S13 zu diesem Zeitpunkt berechnet wird, und das Verfahren wird mit Schritt S14 fortgesetzt. Vco = Vco_old + ΔVco_n = Vco_old + IL_N × (1 – zweites duty ratio) × Tpwm × N/C Gleichung (26)
  • Oben stehend wurde der Steuerfluss der dritten Ausführungsform in einem Abschnitt erläutert, der sich von dem Steuerfluss der obigen ersten Ausführungsform, gezeigt in 2, unterscheidet.
  • Die dritte Ausführungsform weist die gleiche Konfiguration wie die obige erste Ausführungsform auf, mit Ausnahme, dass der Spannungswandler 200 ein Aufwärts-DC-zu-DC-Wandler ist. Durch die Durchführung der Ladesteuerung durch Schätzen des Ladespannungswerts Vco des Kondensators 260 auf Grundlage des Drosselstromwerts kann somit nicht nur ein Erfassungs- bzw. Detektionsabschnitt des Ladespannungswerts des Kondensators 260 weggelassen werden, sondern es kann ebenso ein Einschaltstrom (engl. Rush Current) verhindert werden, die Elemente können während einer Umkehrverbindung und eines Rückflusses geschützt werden, und eine Verarbeitungslast kann verringert werden, indem die Steuerung unabhängig von der Abtastungsperiode durchgeführt wird.
  • VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 7 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration einer Fahrzeugstromversorgungseinheit gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung, wobei der Spannungswandler 200 der in der 4 gezeigten zweiten Ausführungsform in einen Aufwärts-DC-zu-DC-Wandler geändert ist.
  • Der Spannungswandler 200 gemäß 7 ist gleich zu dem Gegenstück der obigen dritten Ausführungsform und ein Abschnitt des Schaltelements 270 ist gleich zu dem Gegenstück der obigen zweiten Ausführungsform. Eine detaillierte Beschreibung der Konfiguration wird daher hier nicht wiederholt.
  • Der Steuerfluss der vierten Ausführungsform ist gleich dem Steuerfluss der zweiten Ausführungsform in 5 und eine Erläuterung des Steuerflusses wird hier nicht wiederholt. Auch der Schritt S3 und der Schritt S6, wobei es sich um die Schritte handelt, die mit einer Änderung des Spannungswandlers 200 von dem Abwärts-DC-zu-DC-Wandler der obigen zweiten Ausführungsform in den Aufwärts-DC-zu-DC-Wandler in der vierten Ausführungsform handelt, sind gleich zu dem Schritt S2 bzw. Schritt S6, die in der obigen dritten Ausführungsform erläutert wurden. Eine Erläuterung dieser Schritte wird somit hier ebenfalls nicht wiederholt.
  • Wie beschrieben ist die vierte Ausführungsform derart konfiguriert, dass der Spannungswandler 200 ein Aufwärts-DC-zu-DC-Wandler ist, und, wie in der obigen zweiten Ausführungsform, wird bestimmt, ob das Aufladen des Kondensators 260 abgeschlossen ist, in Abhängigkeit davon, ob ein Strom durch die Diode 271 fließt, die parallel mit dem Schaltelement 270 verbunden ist. In der vierten Ausführungsform ist es nicht erforderlich, den Ladespannungswert des Kondensators 260 zu schätzen, und eine Verarbeitungslast, z.B. dann, wenn die Steuerschaltung 220 eine Berechnung durchführt, kann daher reduziert werden.
  • FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Eine fünfte Ausführungsform ist konfiguriert zum Steuern einer vorbestimmten Größe, durch die die zweite relative Einschaltdauer (engl. Duty Ratio) im Schritt S10 in der ersten bis vierten Ausführungsform geändert wird und auf Grundlage des Drosselstromwerts IL gesteuert wird.
  • Ein vorbestimmter Stromwert IL_limit, der von dem Spannungswandler 200 ausgegeben werden kann, wird hier als der Zielstromwert gegeben, und dann wird die Ladesteuerung an den Kondensator 260 angewendet, während ein Drosselstromwert IL_N durch Steuern der zweiten relativen Einschaltdauer auf Grundlage des durch den Abtastabschnitt erhaltenen Drosselstromwerts IL_N gesteuert wird. Die Ladesteuerung in diesem Beispiel kann ein Verfahren zum Steuern des Drosselstroms durch eine Feedback-Steuerung oder eine Feed-Forward-Steuerung anwenden, wie z.B. eine PID-Steuerung und eine PI-Steuerung, und das Verfahren ist nicht auf das oben erläuterte beschränkt. Das Schalten wird N Schaltzeitpunkte durchgeführt, gemäß der relativen Einschaltdauer, die auf Grundlage des Drosselstromwerts durch die oben erläuterte Steuerung bestimmt wird, und das Verfahren wird mit Schritt S11 fortgesetzt.
  • Die anschließenden Schritte sind gleich zu jenen in der obigen ersten bis vierten Ausführungsform, und eine Erläuterung dieser Schritte wird nicht wiederholt. Gemäß der fünften Ausführungsform kann das Laden des Kondensators 260 schneller als in der obigen ersten bis vierten Ausführungsform beendet werden, da der Kondensator 260 geladen wird, während der Drosselstrom gesteuert wird.
  • SECHSTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Eine sechste Ausführungsform ist derart konfiguriert, dass eine Diodenstromerfassung, durch die ein Strom, der durch die Diode 271 fließt in den Schritten S12 und S13 der obigen zweiten Ausführungsform und der obigen vierten Ausführungsform erfasst wird, gemäß einer Variation des Drosselstromwerts IL_N, ΔIL_N bestimmt wird.
  • In der sechsten Ausführungsform werden die Schritte S12 und S13 der obigen zweiten Ausführungsform und der obigen vierten Ausführungsform durch die in 8 gezeigten Schritte A, B und C ersetzt.
  • Im Schritt A wird der Drosselstromwert IL_N erhalten, wenn das Schalten N-Mal bei der zweiten relativen Einschaltdauer (engl. Duty Ratio) im Schritt S11 durchgeführt wird, und das Verfahren wird mit Schritt B fortgesetzt.
  • Im Schritt B wird eine Variation ΔIL_N zwischen dem Drosselstromwert IL_N, erhalten im Schritt A, und dem Drosselstromwert IL_N des letzten Zeitpunkts berechnet, und das Verfahren wird im Schritt C fortgesetzt.
  • Im Schritt C wird eine Bestimmung in Abhängigkeit der Variation des Drosselstromwerts IL, ΔIL_N, berechnet im Schritt B. Wenn die Variation des Drosselstromwerts IL, ΔIL_N, gleich zu oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, wird das Verfahren mit dem Schritt fortgesetzt, indem das Schaltelement 270 gesteuert wird, um auf AN von AUS zu schalten. Wenn andererseits die Variation ΔIL_N geringer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, wird zu dem Schritt zurückgekehrt, indem die zweite relative Einschaltdauer bestimmt wird, und das Laden des Kondensators 260 wird fortgesetzt. Wenn der Ladespannungswert Vco des Kondensators 260 eine Summe des Spannungswerts V2 der zweiten Stromversorgung 300 und eines Durchbruchsspannungswerts der Diode 271 übersteigt, fließt ein Strom von dem Kondensator 260 über die Diode 271 in die zweite Stromversorgung 300. Der Drosselstrom steigt temporär an, aufgrund des Stroms, der von dem Kondensator 260 in die zweite Stromversorgung 300 fließt. Dieser Anstieg wird als die Variation des Drosselstromwerts IL_N, ΔIL_N erfasst bzw. detektiert. Ob das Laden des Kondensators 260 abgeschlossen ist oder nicht, wird unter Verwendung der Variation ΔIL_N als ein Schwellenwert bestimmt, auf dessen Grundlage eine Bestimmung erfolgt, ob das Laden des Kondensators 260 abgeschlossen ist.
  • Unter Verwendung der Variation des Drosselstromwerts IL_N, ΔIL_N, die auftritt, wenn der Drosselstrom über die Diode 271 fließt, als der Schwellenwert, auf dessen Grundlage die Bestimmung in der obigen zweiten Ausführungsform und der obigen vierten Ausführungsform erfolgt, ob das Laden des Kondensators 260 abgeschlossen ist, um das Schaltelement 270 AN zu schalten, kann in der sechsten Ausführungsform ein Abschnitt zum Erfassen der Ladespannung des Kondensators 260 weggelassen werden. Da der Diodenstrom-Erfassungsabschnitt 272 in der zweiten Ausführungsform und der vierten Ausführungsform darüber hinaus nicht mehr erforderlich sind, kann der Schaltungsmaßstab und eine Verarbeitungslast ebenfalls reduziert werden.
  • SIEBENTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Eine siebente Ausführungsform beschreibt einen vorbestimmten Schwellenwert des Ladespannungswerts Vco des Kondensators 260 auf Grundalge dessen die AN-Steuerung für das Schaltelement 270 in den Schritten S7 und S14 der ersten und dritten Ausführungsform angewendet wird.
  • Der Ladespannungswert Vco_init des Kondensators 260 im Schritt S7 oder der vorbestimmte Schwellenwert des Ladespannungswerts Vco des Kondensators 260 im Schritt S14 wird hier als der Spannungswert V2 der zweiten Stromversorgung 300 gegeben. Wenn die Ladespannung Vco_init des Kondensators 260 gleich zu oder größer als der Spannungswert V2 der zweiten Stromversorgung 300 ist, wird es möglich, einen Rückfluss-Strom zu reduzieren, der von der zweiten Stromversorgung 300 in den Kondensator 260 fließt, wenn das Schaltelement 270 AN-geschaltet wird.
  • Wie erläutert, ist es in der siebenten Ausführungsform durch die Verwendung des Spannungswerts V2 der zweiten Stromversorgung 300 als der vorbestimmte Schwellenwert, auf Grundlage dessen die AN-Steuerung für das Schaltelement 270 angewendet wird, möglich, eine sanfte Start-Steuerung zu erzielen, durch die ein Rückflussstrom von der zweiten Stromversorgung 300 reduziert werden kann, wenn das Schaltelement 270 AN-geschaltet wird.
  • ACHTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Eine achte Ausführungsform erläutert, wie die obige siebente Ausführungsform, den vorbestimmten Schwellenwert des Ladespannungswerts Vco des Kondensators 260, auf Grundlage dessen die AN-Steuerung für das Schaltelement 270 angewendet wird.
  • Ein hineinfließender Stromwert Iin, der in den Kondensator 260 von der zweiten Stromversorgung 300 fließt, in dem Beispiel, dass das Schaltelement 270 AN-geschaltet wird, wird gemäß der folgenden Gleichung (27) auf Grundlage einer Differenz ΔV2Vco zwischen dem Spannungswert V2 der zweiten Stromversorgung 300 und dem Ladespannungswert Vco des Kondensators 260 und einem AN-Widerstand Rswitch über dem Schaltelement 270 berechnet. Durch eine Modifizierung der folgenden Gleichung (27) in eine Gleichung, aus der der Ladespannungswert Vco des Kondensators 260 berechnet wird, indem der einfließende Stromwert Iin mit einem maximalen Stromwert Iin_max ersetzt wird, der in das Schaltelement 270 fließen kann, kann die folgende Gleichung (28) erhalten werden. Iin = ΔV2Vco × Rswitch = (V2 – Vco) × Rswitch Gleichung (27) Vco = V2 – Iin_max/Rswitch Gleichung (28)
  • Unter Verwendung des Ladespannungswerts Vco des Kondensators 260, berechnet gemäß der obigen Gleichung (28) als der vorbestimmte Schwellenwert, auf Grundlage dessen die AN-Steuerung für das Schaltelement 270 angewendet wird, kann das Schaltelement 270 schneller als in der ersten und dritten obigen Ausführungsform AN-geschaltet werden.
  • Gemäß der achten Ausführungsform wie oben erläutert, wird unter Verwendung des Schwellenwerts, der gemäß der obigen Gleichung (28) berechnet wird, als der vorbestimmte Schwellenwert, auf dessen Grundlage die AN-Steuerung für das Schaltelement 270 angewendet wird, wird das Laden des Kondensators 260 durchgeführt, um das Minimumerfordernis zu erfüllen. Der sanfte Start kann somit schnell beendet werden.
  • In den oben erläuterten Ausführungsformen verwendet der Spannungswandler 200 die Abschnitte, die den Spannungswert V1 der ersten Stromversorgung 100 und den Spannungswert V2 der zweiten Stromversorgung 300 erfassen. Es sollte jedoch gewürdigt werden, dass die Spannungswerte V1 und V2, die durch einen Generator oder eine Kraftmaschinensteuerung, z.B., eine ECU erfasst werden, über ein Kommunikationsmittel, wie z.B. ein CAN und ein LIN, in die Steuerschaltung 220 in den Spannungswandler 200 eingegeben werden können, und in den Spannungswandlern 200 verwendet werden können, die in der obigen ersten bis achten Ausführungsform verwendet werden.
  • Die obige erste bis achte Ausführungsform beschreiben Fälle, in denen der Spannungswandler 200 ein Abwärts-DC-zu-DC-Wandler oder ein Aufwärts-DC-zu-DC-Wandler ist. Es sollte jedoch gewürdigt werden, dass die erste bis achte Ausführungsform kombiniert werden kann. Wenn der Spannungswandler 200 z.B. ein Aufwärts- und ein Abwärts-DC-zu-DC-Wandler ist, wird der Kondensators 260 durch das Verfahren geladen, das in der ersten und zweiten Ausführungsform beschrieben ist. Wenn der Spannungswert V1 der ersten Stromversorgung 100 reduziert ist, wird das Verfahren unversehrt verwendet, das in der ersten und zweiten Ausführungsform beschrieben. Wenn der Spannungswert V1 der ersten Stromversorgung 100 erhöht ist, lädt der Spannungswandler 200 den Kondensator 260 als Aufwärts-DC-zu-DC-Wandler durch das Verfahren, das in der obigen dritten und vierten Ausführungsform erläutert ist, da der Zeitpunkt, wenn der Ladespannungswert Vco des Kondensators 260 einen Spannungswert erreicht, der gleich zu dem Spannungswert V1 der ersten Stromversorgung 100 ist. Das Schaltelement 270 wird AN-geschaltet, wenn das Laden abgeschlossen ist, um den Spannungswert V2 der zweiten Stromversorgung 300 zu steuern, indem der Spannungswert V1 der ersten Stromversorgung 100 erhöht wird.
  • Verschiedene Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung werden dem Durchschnittsfachmann ersichtlich, ohne von dem Umfang dieser Erfindung abzuweichen, und es wird verstanden, dass diese nicht auf die hier dargestellten beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist.

Claims (9)

  1. Fahrzeugstromversorgungseinheit, umfassend: einen DC-zu-DC-Wandler (200) mit einer aufladbaren und entladbaren ersten Stromversorgung (100), verbunden mit einem Eingangsanschluss, und einer aufladbaren und entladbaren zweiten Stromversorgung (300), verbunden mit einem Ausgangsanschluss, und zum Durchführen einer DC-Spannungstransformation, wobei der Wandler (200) zumindest zwei Schaltelemente (230) (231) enthält, die jeweils zwischen dem Eingangsanschluss und einem Ende einer Drossel (240) bzw. zwischen dem einen Ende der Drossel (240) und einem Massepotential verbunden sind, und betrieben werden, um durch eine Steuerschaltung (220) geschaltet zu werden; einen Kondensator (260), verbunden zwischen dem anderen Ende der Drossel (240) und dem Massepotential; und einem Schaltelement (270), verbunden zwischen dem anderen Ende der Drossel (240) und dem Ausgangsanschluss, und wobei die Steuerschaltung (220) eine Abtastung durchführt, um eine Spannung an dem Eingangsanschluss zu erhalten, eine Spannung an dem Ausgangsanschluss, und einem Drosselstrom, der durch die Drossel (240) fließt, bei jeder bestimmten Anzahl von Schaltzeitpunkten mit einer vorbestimmten Schaltperiode, mit der die Schaltelemente (230) (231) betrieben werden; eine relative Einschaltdauer der Schaltelement (230) (231) synchron mit dem Abtasten anpasst; die Schaltelement (230) (231) steuert, um die bestimmte Anzahl von Schaltzeitpunkten bei einer ersten relativen Einschaltdauer zu betreiben, die gemäß einem Spannungswert an dem Eingangsanschluss, einem Induktivitätswert der Drossel (240), einem vorbestimmten Stromwert, ausgegeben von dem Wandler (200), der Schaltperiode und der bestimmten Anzahl von Schaltzeitpunkten bestimmt wird, und dann einen anfänglichen Ladespannungswert schätzt, auf den der Kondensator (260) vorläufig aufgeladen ist, gemäß dem Drosselstromwert, dem Spannungswert an dem Eingangsanschluss, der ersten relativen Einschaltdauer und dem Induktivitätswert; den Kondensator (260) lädt, während eine zweite relative Einschaltdauer geändert wird, wobei es sich um ein Spannungsverhältnis des anfänglichen Ladespannungswerts und dem Spannungswert an dem Eingangsanschluss handelt, durch eine vorbestimmte Größe zu einem Zeitpunkt und einen Ladespannungswert des Kondensators (260) während einem Laden des Kondensators (260) schätzt, gemäß dem Drosselstromwert, einem Kapazitätswert des Kondensators (260) und der Schalperiode; und eine AN-Steuerung für das Schaltelement (270) anwendet, wenn der Ladespannungswert des Kondensators (260) einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht.
  2. Fahrzeugstromversorgungseinheit, umfassend: einen DC-zu-DC-Wandler (200) mit einer aufladbaren und entladbaren ersten Stromversorgung (100), verbunden mit einem Eingangsanschluss, und einer aufladbaren und entladbaren zweiten Stromversorgung (300), verbunden mit einem Ausgangsanschluss, zum Durchführen einer DC-Spannungstransformation, wobei der Wandler (200) zumindest zwei Schaltelemente (230) (231) enthält, die jeweils zwischen dem Eingangsanschluss und einem Ende einer Drossel (240) bzw. dem einen Ende der Drossel (240) und einem Massepotential verbunden sind, und betrieben werden, um durch eine Steuerschaltung (220) geschaltet zu werden; einen Kondensator (260), verbunden zwischen dem anderen Ende der Drossel (240) und dem Massepotential; ein Schaltelement (270), verbunden zwischen dem anderen Ende der Drossel (240) und dem Ausgangsanschluss; und eine Diode (271), die derart angeordnet ist, dass eine Anode an einer Seite des anderen Endes der Drossel (240) ist und eine Kathode an einer Seite des Ausgangsanschlusses ist, und parallel mit dem Schaltelement (270) verbunden ist, und wobei die Steuerschaltung (220) eine Abtastung durchführt, um eine Spannung an dem Eingangsanschluss zu erhalten, eine Spannung an dem Ausgangsanschluss, und einen Drosselstrom, der durch die Drossel (240) fließt, zu jedem einer bestimmten Anzahl von Schaltzeitpunkten mit einer vorbestimmten Schaltperiode, mit der die Schaltelemente (230) (231) betrieben werden; eine relative Einschaltdauer der Schalelemente (230) (231) synchron mit dem Abtasten anpasst; die Schaltelement (230) (231) steuert, um die bestimmte Anzahl von Schaltzeitpunkten bei einer ersten relativen Einschaltdauer zu betreiben, die bestimmt wird gemäß einem Spannungswert an dem Eingangsanschluss, einem Induktivitätswert der Drossel (240), einem vorbestimmten Stromwert, ausgegeben von dem Wandler (200), der Schaltperiode, und der bestimmten Anzahl von Schaltzeitpunkten, und dann einen anfänglichen Ladespannungswert schätzt, auf den der Kondensator (260) vorläufig aufgeladen ist, gemäß dem Drosselstromwert, dem Spannungswert an dem Eingangsanschluss, der ersten relativen Einschaltdauer und dem Induktivitätswert; den Kondensator (260) auflädt, während eine zweite relative Einschaltdauer geändert wird, wobei es sich um ein Spannungsverhältnis des anfänglichen Ladespannungswerts und dem Spannungswert an dem Eingangsanschluss handelt, um eine vorbestimmte Größe zu jedem Zeitpunkt; und eine AN-Steuerung für das Schaltelement (270) anwendet, bei Erfassung eines Stroms, der von einer Anodenseite zu einer Kathodenseite der Diode (271) während eines Ladens des Kondensators fließt.
  3. Fahrzeugstromversorgungseinheit, umfassend: einen DC-zu-DC-Wandler (200) mit einer aufladbaren und entladbaren ersten Stromversorgung (100), verbunden mit einem Eingangsanschluss, und einer aufladbaren und entladbaren Zweitstromversorgung (300), verbunden mit einem Ausgangsanschluss, und zum Durchführen einer DC-Spannungstransformation, wobei der Wandler (200) eine Drossel (240) enthält, die verbunden ist mit dem Eingangsanschluss an einem Ende; ein Schaltelement (270), verbunden mit dem Ausgangsanschluss an einem Ende; zumindest zwei Schaltelemente (230) (231), jeweils verbunden zwischen dem anderen Ende der Drossel (240) und einem Massepotential bzw. zwischen dem anderen Ende der Drossel (240) und dem anderen Ende des Schaltelements (270), und betrieben werden zum Schalten durch eine Steuerschaltung (220); und einen Kondensator (260), verbunden zwischen einem Verbindungspunkt von einem der Schaltelemente (231) und dem Schaltelement (270) und dem Massepotential, und wobei die Steuerschaltung (220) eine Abtastung durchführt, um eine Spannung an dem Eingangsanschluss, eine Spannung an dem Ausgangsanschluss und einen Drosselstrom zu erhalten, der durch die Drossel (240) fließt, zu jedem einer bestimmten Anzahl von Schaltzeitpunkten mit einer vorbestimmten Schaltperiode, mit der die Schaltelemente (230) (231) betrieben werden; eine relative Einschaltdauer der Schaltelemente (230) (231) synchron mit dem Abtasten anpasst; die Schaltelemente (230) (231) steuert, um die bestimmte Anzahl von Schaltzeitpunkten bei einer ersten relativen Einschaltdauer zu betreiben, die bestimmt wird gemäß einem Spannungswert an dem Eingangsanschluss, einem Induktivitätswert der Drossel (240), einem vorbestimmten Stromwert, ausgegeben von dem Wandler (200), der Schaltperiode und der bestimmten Anzahl von Schaltzeitpunkten, und dann einen anfänglichen Ladespannungswert schätzt, auf den der Kondensator (260) vorläufig aufgeladen ist, gemäß dem Drosselstromwert, dem Spannungswert an dem Eingangsanschluss, der ersten relativen Einschaltdauer und dem Induktivitätswert; den Kondensator (260) lädt, während eine zweite relative Einschaltdauer geändert wird, wobei es sich um ein Spannungsverhältnis des anfänglichen Ladespannungswerts und dem Spannungswert an dem Eingangsanschluss handelt, um eine vorbestimmte Größe zu jedem Zeitpunkt, und einen Ladespannungswert des Kondensators (260) schätzt, während der Kondensators (260) gemäß dem Drosselstromwert, einem Kapazitätswert des Kondensators (260) und der Schalperiode geladen wird; und eine AN-Steuerung für das Schaltelement (270) anwendet, wenn der Ladespannungswert des Kondensators (260) einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht.
  4. Fahrzeugstromversorgungseinheit, umfassend: einen DC-zu-DC-Wandler (200) mit einer aufladbaren und entladbaren ersten Stromversorgung (100), verbunden mit einem Eingangsanschluss, und eine aufladbare und entladbare zweite Stromversorgung (300), verbunden mit einem Ausgangsanschluss, und zum Durchführen einer DC-Spannungstransformation, wobei der Wandler (200) eine Drossel (240) enthält, verbunden mit dem Eingangsanschluss an einem Ende; ein Schaltelement (270) verbunden mit dem Ausgangsanschluss an einem Ende; zumindest zwei Schaltelemente (230) (231), jeweils verbunden zwischen dem anderen Ende der Drossel (240) und einem Massepotential bzw. zwischen dem anderen Ende der Drossel (240) und dem anderen Ende des Schaltelements (270), und durch eine Steuerschaltung (220) zum Schalten betrieben wird; einen Kondensator (260), verbunden zwischen einem Verbindungspunkt von einem der Schaltelemente (231) und dem Schaltelement (270) und dem Massepotential; und eine Diode (271), angeordnet, so dass eine Anode an einer Seite der Schaltelemente (230) (231) ist, und eine Kathode an einer Seite des Ausgangsanschlusses ist, und parallel mit dem Schaltelements (270) verbunden ist, und wobei die Steuerschaltung (220) eine Abtastung durchführt, um eine Spannung an dem Eingangsanschluss, eine Spannung an dem Ausgangsanschluss, und einen Drosselstrom zu erhalten, der durch die Drossel (240) fließt, zu jedem einer bestimmten Anzahl von Schaltzeitpunkten mit einer vorbestimmten Schaltperiode, mit der die Schaltelemente (230) (231) betrieben werden; eine relative Einschaltdauer der Schaltelemente synchron mit der Abtastung anpasst; die Schaltelemente (230) (231) steuert, um die bestimmte Anzahl von Schaltzeitpunkten bei einer ersten relativen Einschaltdauer zu betreiben, die bestimmt wird gemäß einem Spannungswert an dem Eingangsanschluss, einem Induktivitätswert der Drossel (240), einem vorbestimmten Stromwert, ausgegeben von dem Wandler (200), der Schaltperiode und der bestimmten Anzahl von Schaltzeitpunkten, und dann einen anfänglichen Ladespannungswert schätzt, auf den der Kondensator (260) vorläufig geladen ist, gemäß dem Drosselstromwert, dem Spannungswert an dem Eingangsanschluss, der ersten relativen Einschaltdauer, und dem Induktivitätswert; den Kondensator (260) lädt, während eine zweite relative Einschaltdauer geändert wird, wobei es sich um ein Spannungsverhältnis des anfänglichen Ladespannungswerts und dem Spannungswert an dem Eingangsanschluss handelt, um eine vorbestimmte Größe zu jedem Zeitpunkt; und eine AN-Steuerung für das Schaltelement (270) anwendet, bei Erfassung eines Stroms, der von einer Anodenseite zu einer Kathodenseite der Diode (271) während einem Laden des Kondensators (260) fließt.
  5. Fahrzeugstromversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: die vorbestimmten Größe, durch die zweite relative Einschaltdauer geändert wird, eine vorbestimmte Größe, die bestimmt auf Grundlage eines Drosselstroms, der erhalten wird durch das Abtasten mit dem vorbestimmten Stromwert, der von dem Wandler (200) ausgegeben wird, als ein Vielstromwert.
  6. Fahrzeugstromversorgungseinheit nach Anspruch 2 oder 4, wobei: ein Strom, der von der Anodenseite zu der Kathodenseite der Diode (271) fließt, die parallel mit dem Schaltelement (270) verbunden ist, während des Ladens des Kondensators (260) gemäß einer vorbestimmten Variation des Drosselstromwerts erfasst wird.
  7. Fahrzeugstromversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: der Drosselstrom, der erhalten wird, wenn ein Spannungswert des Kondensators (2650) geschätzt wird, ein gemittelter Stromwert der Drosselströme in der vorbestimmten Schaltperiode ist, wenn die zumindest zwei Schaltelemente (230) (231) geschaltet werden.
  8. Fahrzeugstromversorgungseinheit nach Anspruch 1 oder 3, wobei: der vorbestimmte Schwellenwert des Ladespannungswerts des Kondensators (260) gleich zu oder größer als der Spannungswert an dem Ausgangsanschluss ist.
  9. Fahrzeugstromversorgungseinheit nach Anspruch 1 oder 3, wobei: der vorbestimmte Schwellenwert des Ladespannungswerts des Kondensators (260) gleich zu oder größer als ein Spannungswert ist, der bestimmt wird auf Grundlage einer Differenz zwischen dem Spannungswert an dem Ausgangsanschluss und dem Kondensator-Ladespannungswert und einem AN-Widerstand über dem Schaltelement (270).
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