DE102014108784A1

DE102014108784A1 - Dc-dc-wandler

Info

Publication number: DE102014108784A1
Application number: DE201410108784
Authority: DE
Inventors: Akihiro Kinoshita; Ryo Kobayashi; Toshinori Origane
Original assignee: Omron Automotive Electronics Co Ltd
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2015-01-15
Anticipated expiration: 2034-06-25
Also published as: CN104253414A; DE102014108784B4; US20150002124A1; US9252664B2; JP2015008612A; JP5611420B1; CN104253414B

Abstract

[Aufgabe] Nicht nur beim Auftreten eines Kurzschlussfehlers in einem Schaltelement einer Spannungsumwandlungsschaltung, sondern auch beim Auftreten eines Kurzschlussfehlers in einem Kondensator, der in der Spannungsumwandlungsschaltung oder in einer Filterschaltung enthalten ist, kann ein starker Strom unterbunden werden. [Mittel zur Lösung] Ein DC-DC-Wandler 100 umfasst eine Spannungsumwandlungsschaltung 2 mit einem FET 1, einen FET 3 zum Kurzschlussschutz, der einen starken Strom davon abhält, in der Spannungsumwandlungsschaltung 2 zu fließen, wenn ein Kurzschlussfehler im FET 1 oder Kondensatoren C1 bis C3 auftritt, und einen Detektor, der den Kurzschlussfehler im FET 1 oder den Kondensatoren C1 bis C3 detektiert, um den FET 3 auszuschalten. Ein Ende des FET 1 ist an eine Stromversorgungsleitung X angeschlossen, und der FET 3 ist in Reihe mit dem FET 1 auf der Seite des anderen Endes des FET 1 verbunden. Die einen Enden der Kondensatoren C1 bis C3 sind an die Stromversorgungsleitung X angeschlossen, und die anderen Enden sind an einem Verbindungspunkt P zwischen dem FET 1 und dem FET 3 angeschlossen. Der Detektor detektiert einen Fehler anhand der Spannung am Verbindungspunkt P.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen DC-DC-Wandler (ein DC-DC-Wandlergerät), der die elektrische Spannung einer DC-Stromversorgung verstärkt oder heruntertransformiert, um mit der Spannung eine Last zu versorgen, und insbesondere einen DC-DC-Wandler, der eine Schutzfunktion aufweist, die verwendet wird, wenn ein Kurzschlussfehler in der Schaltung auftritt.
[Stand der Technik]
Beispielsweise ist ein DC-DC-Wandler in einem Fahrzeug als ein Stromversorgungsgerät installiert, um diverse Geräte oder Schaltungen an Bord des Fahrzeugs mit einer Gleichspannung zu versorgen. Im Allgemeinen weist ein DC-DC-Wandler eine Spannungsumwandlungsschaltung (Verstärkerschaltung oder heruntertransformierende Schaltung) auf, die ein Schaltelement, eine Spule, einen Kondensator und dergleichen umfasst und mit hoher Geschwindigkeit Spannungen einer DC-Stromversorgung schaltet, um eine verstärkte oder heruntertransformierte Gleichspannung auszugeben.
Im DC-DC-Wandler fließt bei einer Anomalität, wie z. B. einem Kurzschluss, ein starker elektrischer Strom in der Schaltung, und der starke Strom kann ein Element der Schaltung zerstören. Daher wird konventionell eine Schutzschaltung vorgesehen, die ein Element der Schaltung vor einer Zerstörung durch einen starken Strom in einem anormalen Zustand schützt. Patentdokument 1, Patentdokument 2 und Patentdokument 3 (die weiter unten beschrieben werden) zeigen ein Stromversorgungsgerät, das die Schutzschaltung umfasst.
Im Patentdokument 1 sind ein Überspannungsschutz-FET (Feldeffekttransistor), ein Verpolungsschutz-FET und eine Spannungsdetektionsschaltung, die eine Spannung einer DC-Stromversorgung detektiert, vorgesehen. Wenn eine von der Spannungsdetektionsschaltung detektierte Spannung einen vorbestimmten Wert bei einem angeschalteten Stromversorgungsschalter übersteigt, wird der Überspannungs-FET ausgeschaltet, um einer Zerstörung des Schaltungsbauelements einer Leistungsumwandlungsschaltung vorzubeugen. Wenn der Stromversorgungsschalter bei einer in umgekehrter Richtung angeschlossenen DC-Stromversorgung angeschaltet wird, wird der Verpolungsschutz-FET ausgeschaltet, um einer Zerstörung des Schaltungsbauelements der Leistungsumwandlungsschaltung vorzubeugen.
Im Patentdokument 2 ist ein Verpolungsschutz-FET im Stromversorgungspfad vorgesehen, der angeschaltet wird, wenn eine Stromversorgung in Vorwärtsrichtung angeschlossen wird, und ausgeschaltet wird, wenn die Stromversorgung in umgekehrter Richtung angeschlossen wird, und eine Verstärkerschaltung ist vorgesehen, die eine Ausgangsleistung des FET verstärkt. Anhand der Ausgangsleistung der Verstärkerschaltung wird der FET angeschaltet. Selbst wenn die Stromversorgungsspannung niedrig ist, kann eine stabile Ausgangsspannung bereitgestellt werden.
Im Patentdokument 3 sind zur Vorbeugung einer Zerstörung eines Elements durch einen starken Strom, der fließt, wenn eine Last auf einer Ausgangsseite kurzgeschlossen ist, eine Überstromschutzfunktion, die einen in einem Schaltelement einer Verstärkerschaltung fließenden elektrischen Strom anhand eines ersten Referenzwerts beschränkt, und eine Kurzschlussschutzfunktion, die den Strom anhand eines zweiten Referenzwerts, der größer als der erste Referenzwert ist, schnell beschränkt, vorgesehen.
[Stand-der-Technik-Dokumente]
[Patentdokumente]

[Patentdokument 1] Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2005-51919
[Patentdokument 2] Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2006-14491
[Patentdokument 3] Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2012-157191

[Überblick über die Erfindung]
[Aufgaben der Erfindung]
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen DC-DC-Wandler vorzusehen, der nicht nur zum Unterbinden eines starken Stroms, der in einer Spannungsumwandlungsschaltung beim Auftreten eines Kurzschlussfehlers in einem Schaltelement der Spannungsumwandlungsschaltung fließt, sondern auch zum Unterbinden eines starken Stroms beim Auftreten eines Kurzschlussfehlers in einem Kondensator, der in der Spannungsumwandlungsschaltung oder einer Filterschaltung enthalten ist, geeignet ist.
[Mittel zur Lösung der Aufgabe]
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein DC-DC-Wandler, der einen Eingangsanschluss, an den eine positive Elektrode einer DC-Stromversorgung angeschlossen ist, einen Ausgangsanschluss, an den eine Last angeschlossen ist, eine Stromversorgungsleitung der DC-Stromversorgung, die sich vom Eingangsanschluss bis zum Ausgangsanschluss erstreckt, eine Spannungsumwandlungsschaltung, die zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss angeordnet ist, ein erstes Schaltelement, dessen ein Ende an die Stromversorgungsleitung angeschlossen ist, aufweist und eine Spannung der DC-Stromversorgung in Abhängigkeit von AN-/AUS-Schaltvorgängen des ersten Schaltelements verstärkt oder heruntertransformiert, um mit der Spannung die Last zu versorgen, und einen Kondensator, dessen ein Ende an die Stromversorgungsleitung angeschlossen ist, umfasst, ferner ein zweites Schaltelement zum Kurzschlussschutz, das in Reihe mit dem ersten Schaltelement auf der Seite des anderen Endes des ersten Schaltelements angeschlossen ist, und einen Detektor, der einen Kurzschlussfehler im ersten Schaltelement oder dem Kondensator detektiert, um das zweite Schaltelement auszuschalten, auf. Das andere Ende des Kondensators ist an einen Verbindungspunkt zwischen dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement angeschlossen. Der Detektor detektiert einen Fehler anhand der Spannung am Verbindungspunkt.
Bei diesem Aufbau erhöht ein starker Strom, der fließt, wenn ein Kurzschlussfehler im ersten Schaltelement oder dem Kondensator auftritt, die Spannung am Verbindungspunkt zwischen dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement. Wenn der Detektor die Spannungserhöhung detektiert, wird das zweite Schaltelement, das in Reihe mit dem ersten Schaltelement angeschlossen ist, ausgeschaltet. Daher wird ein durch einen Kurzschlussfehler verursachter starker Strom vom zweiten Schaltelement unterbunden. Auf diese Weise kann selbst dann, wenn ein Kurzschlussfehler im ersten Schaltelement oder im Kondensator auftritt, ein Element der Schaltung, das in einem Pfad angeordnet ist, in dem ein starker Strom fließt, vor einer Zerstörung geschützt werden.
Wenn in der vorliegenden Erfindung ein Eingangsfilter zwischen dem Eingangsanschluss und der Spannungsumwandlungsschaltung angeordnet ist, kann der Kondensator ein Rauschen entfernender Kondensator sein, der im Eingangsfilter enthalten ist.
Wenn in der vorliegenden Erfindung ein Ausgangsfilter zwischen der Spannungsumwandlungsschaltung und dem Ausgangsanschluss angeordnet ist, kann der Kondensator ein Rauschen entfernender Kondensator sein, der im Ausgangsfilter enthalten ist.
In der vorliegenden Erfindung kann der Kondensator ein glättender Kondensator sein, der eine vom ersten Schaltelement geschaltete Spannung glättet und in der Spannungsumwandlungsschaltung enthalten ist.
Wenn in der vorliegenden Erfindung ein Eingangsfilter zwischen dem Eingangsanschluss und der Spannungsumwandlungsschaltung angeordnet ist und ein Ausgangsfilter zwischen der Spannungsumwandlungsschaltung und dem Ausgangsanschluss angeordnet ist, kann der Kondensator einen Rauschen entfernenden ersten Kondensator, der im Eingangsfilter enthalten ist, einen Rauschen entfernenden zweiten Kondensator, der im Ausgangsfilter enthalten ist, und einen glättender dritten Kondensator, der eine vom ersten Schaltelement geschaltete Spannung glättet und in der Spannungsumwandlungsschaltung enthalten ist, umfassen.
In der vorliegenden Erfindung kann der Detektor einen spannungsteilenden elektrischen Widerstand, der die Spannung am Verbindungspunkt zwischen dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement teilt, und ein drittes Schaltelement, das an- oder ausgeschaltet wird, wenn die vom spannungsteilenden elektrischen Widerstand geteilte Spannung gleich einem vorbestimmten Wert oder höher als dieser ist, umfassen. In diesem Fall wird das zweite Schaltelement ausgeschaltet, indem das dritte Schaltelement an- oder ausgeschaltet wird.
In der vorliegenden Erfindung kann der Detektor einen Controller, der anhand der Spannung am Verbindungspunkt feststellt, ob ein Fehler vorliegt oder nicht, und ein Steuerungssignal ausgibt, wenn der Detektor feststellt, dass der Fehler auftritt, und ein viertes Schaltelement, das anhand des Steuerungssignals an- oder ausgeschaltet wird, umfassen. In diesem Fall wird das zweite Schaltelement ausgeschaltet, indem das vierte Schaltelement an- oder ausgeschaltet wird.
In der vorliegenden Erfindung kann der Detektor einen ersten Detektor und einen zweiten Detektor umfassen. In diesem Fall umfasst der erste Detektor einen spannungsteilenden elektrischen Widerstand, der die Spannung am Verbindungspunkt teilt, und ein drittes Schaltelement, das an- oder ausgeschaltet wird, wenn die vom spannungsteilenden elektrischen Widerstand geteilte Spannung einem vorbestimmten Wert gleich oder höher als dieser ist, der zweite Detektor umfasst einen Controller, der anhand der Spannung am Verbindungspunkt feststellt, ob der Fehler vorliegt oder nicht, und ein Steuerungssignal ausgibt, wenn der Controller feststellt, dass der Fehler auftritt, und ein viertes Schaltelement, das anhand des Steuerungssignals an- oder ausgeschaltet wird, und das zweite Schaltelement kann dazu ausgelegt sein, ausgeschaltet zu werden, indem das dritte Schaltelement im ersten Detektor an- oder ausgeschaltet wird oder das vierte Schaltelement im zweiten Detektor an- oder ausgeschaltet wird.
In der vorliegenden Erfindung weist der DC-DC-Wandler ferner ein fünftes Schaltelement zum Verpolungsschutz auf, das einen starken Strom davon abhält, in die Spannungsumwandlungsschaltung zu fließen, wenn die negative Elektrode der DC-Stromversorgung an den Eingangsanschluss angeschlossen ist. Das fünfte Schaltelement kann in Reihe mit dem zweiten Schaltelement verbunden und zwischen dem zweiten Schaltelement und der Erdung angeordnet sein.
[Wirkung der Erfindung]
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein DC-DC-Wandler vorgesehen sein, der nicht nur zum Unterbinden eines starken Stroms beim Auftreten eines Kurzschlussfehlers in einem Schaltelement einer Spannungsumwandlungsschaltung, sondern auch zum Unterbinden eines starken Stroms beim Auftreten eines Kurzschlussfehlers in einem Kondensator, der in der Spannungsumwandlungsschaltung oder in einer Filterschaltung enthalten ist, geeignet ist.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
1 ist ein Schaltbild eines DC-DC-Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Schaltbild, das einen Strompfad in einem Normalzustand darstellt;
3 ist ein Schaltbild zur Erläuterung der Stromunterbindung in einem Anschlusszustand einer DC-Stromversorgung in umgekehrter Richtung (Verpolungszustand);
4 ist ein Schaltbild, das einen Strompfad darstellt, wenn ein Kurzschlussfehler in einem FET auftritt;
5 ist ein Schaltbild zur Erläuterung der Stromunterbindung beim Auftreten eines Kurzschlussfehlers;
6 ist ein Schaltbild zur Erläuterung der Stromunterbindung beim Auftreten eines Kurzschlussfehlers;
7 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf eines Controllers darstellt;
8 zeigt Kurvenbilder, die Änderungen eines Stroms und einer Spannung beim Auftreten eines Kurzschlussfehlers zeigen;
9 ist ein Schaltbild, das einen Strompfad darstellt, wenn ein Kurzschlussfehler in einem Kondensator eines Eingangsfilters auftritt;
10 ist ein Schaltbild, das einen Strompfad darstellt, wenn ein Kurzschlussfehler in einem Kondensator einer Spannungsumwandlungsschaltung auftritt;
11 ist ein Schaltbild, das einen Strompfad darstellt, wenn ein Kurzschlussfehler in einem Kondensator eines Ausgangsfilters auftritt.
[Ausführungsbeispiel der Erfindung]
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen bezeichnen die entsprechenden Elemente in den Zeichnungen.
Zunächst wird im Folgenden mit Bezug auf 1 der Aufbau eines DC-DC-Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein DC-DC-Wandler 100 umfasst einen Eingangsanschluss 10, einen Eingangsfilter 1, eine Spannungsumwandlungsschaltung 2, einen Ausgangsfilter 3, einen Ausgangsanschluss 20, einen Controller 4, einen FET-Steuerkreis 5, eine Schutzschaltung 6, eine FET-Steuerungsschaltung 7, eine Kurzschlussdetektionsschaltung 8, einen FET 2 zum Verpolungsschutz und einen FET 3 zum Kurzschlussschutz.
Die positive Elektrode einer DC-Stromversorgung 50 ist an den Eingangsanschluss 10 angeschlossen, und eine Last 70 ist an den Ausgangsanschluss 20 angeschlossen. Die DC-Stromversorgung 50 ist eine Fahrzeugbatterie, die beispielsweise in einem Auto installiert ist, und die Last 70 ist eine ECU (elektronische Steuerungseinheit, Englisch: Electronic Control Unit) beispielsweise zum Ansteuern eines Motors, eines fahrzeugeigenen Geräts oder dergleichen. Eine Stromversorgungsleitung X auf der Seite einer positiven Elektrode der DC-Stromversorgung 50 erstreckt sich vom Eingangsanschluss 10 bis zum Ausgangsanschluss 20.
Der Eingangsfilter 1 ist eine bekannte Schaltung, die von einer Spule L1 und einem Kondensator C1 gebildet wird, zum Entfernen eines Rauschens von der DC-Stromversorgung 50, die am Eingangsanschluss 10 angeschlossen ist. Die Spule L1 bildet zum Teil die Stromversorgungsleitung X. Ein Ende der Spule L1 ist an den Eingangsanschluss 10 angeschlossen, und das andere Ende ist an ein Ende einer Spule L2 (die weiter unten beschrieben wird) angeschlossen. Ein Ende des Kondensators C1 ist an einen Verbindungspunkt zwischen den Spulen L1 und L2 in der Stromversorgungsleitung X angeschlossen. Das andere Ende des Kondensators C1 ist an einen Verbindungspunkt P angeschlossen. Der Verbindungspunkt P ist ein Verbindungspunkt zwischen dem FET 1 und dem FET 3.
Die Spannungsumwandlungsschaltung 2 ist eine bekannte Verstärkerschaltung, die die Spule L2, einen Kondensator C2, den schaltenden FET 1 und einen Synchrongleichrichtungs-FET 4 umfasst, zum Verstärken der Spannung der DC-Stromversorgung 50. Die Spule L2 und der FET 4 bilden zum Teil die Stromversorgungsleitung X. Ein Ende der Spule L2 ist an das andere Ende der Spule L1 angeschlossen, und das andere Ende der Spule L2 ist an einen Source-Anschluss s des FET 4 angeschlossen. Ein Drain-Anschluss d des FET 4 ist an ein Ende einer Spule L3 (die weiter unten beschrieben wird) angeschlossen, und ein Gate-Anschluss g des FET 4 ist an die Ausgangsseite des FET-Steuerkreises 5 angeschlossen. Ein Drain-Anschluss d des FET 1 ist an einen Verbindungspunkt zwischen der Spule L2 und dem FET 4 in der Stromversorgungsleitung X angeschlossen. Ein Source-Anschluss s des FET 1 ist an den Verbindungspunkt P angeschlossen, und ein Gate-Anschluss g des FET 1 ist an die Ausgangsseite des FET-Steuerkreises 5 angeschlossen. Ein Ende des Kondensators C2 ist an einen Verbindungspunkt zwischen dem FET 4 und der Spule C3 in der Stromversorgungsleitung X angeschlossen, und das andere Ende ist an den Verbindungspunkt P angeschlossen.
Der FET 1 ist ein MOSFET, der durch das Anschließen einer Diode D1 (parasitäre Diode) parallel zwischen dem Source-Anschluss s und dem Drain-Anschluss d erhalten wurde. Der FET 4 ist ein MOSFET, der durch das Anschließen einer Diode D4 (parasitäre Diode) parallel zwischen dem Source-Anschluss s und dem Drain-Anschluss d erhalten wurde.
Ein Ausgangsfilter 3 ist eine bekannte Schaltung, die eine Spule L3 und einen Kondensator C3 umfasst, zum Entfernen eines Rauschens, das in einer Ausgabe der Spannungsumwandlungsschaltung 2 enthalten ist. Die Spule L3 bildet zum Teil die Stromversorgungsleitung X. Ein Ende der Spule L3 ist an den Drain-Anschluss d des FET 4 angeschlossen, und das andere Ende ist an den Ausgangsanschluss 20 angeschlossen. Ein Ende des Kondensators C3 ist an einen Verbindungspunkt zwischen der Spule L3 und dem Ausgangsanschluss 20 in der Stromversorgungsleitung X angeschlossen, und das andere Ende ist an den Verbindungspunkt P angeschlossen.
Der Controller 4 umfasst eine CPU, einen Speicher und dergleichen, um den Betrieb des DC-DC-Wandlers 100 zu steuern. Der Controller 4 kommuniziert mit einem Host-Gerät (nicht dargestellt). Ein Befehlssignal, wie z. B. ein Verstärkungsbefehl, vom Host-Gerät wird in den Controller 4 eingegeben.
Der FET-Steuerkreis 5 ist eine Schaltung zum Ansteuern des FET 1 und des FET 4 und erhält ein Signal vom Controller 4, um ein Pulssignal (ein PWM-Signal), wie in der Zeichnung dargestellt, an die Gate-Anschlüsse g der FETs auszugeben. Der FET 1 und der FET 4 werden mit dem vom FET-Steuerkreis 5 abgegebene Pulssignal abwechselnd an- und ausgeschaltet. Insbesondere ist der FET 4 ausgeschaltet, wenn der FET 1 angeschaltet ist, und der FET 1 ist ausgeschaltet, wenn der FET 4 angeschaltet ist.
Die Schutzschaltung 6 umfasst elektrische Widerstände R1 und R2, eine Zener-Diode Z und einen Kondensator C4. Die Eingangsseite der Schutzschaltung 6 ist an eine Kurzschlussfehler-Detektionsleitung a angeschlossen, und die Ausgangsseite ist an den Controller 4 angeschlossen. Die Kurzschlussfehler-Detektionsleitung a ist an den Verbindungspunkt P angeschlossen. Die Schutzschaltung 6 ist vorgesehen, um das Anlegen einer Überspannung an den Controller 4 durch die Kurzschlussfehler-Detektionsleitung a zu verhindern.
Die FET-Steuerungsschaltung 7 ist eine Schaltung, die die AN-/AUS-Zustände des FET 2 und des FET 3 steuert und Transistoren Q1 und Q2 und elektrische Widerstände R3, R6 und R7 umfasst. Eine Spannung Vo, die an den Ausgangsanschluss 20 ausgegeben wird, wird am Emitter des Transistors Q1 angelegt. Der Kollektor des Transistors Q1 ist an den Gate-Anschluss g des FET 3 und den Gate-Anschluss g des FET 2 durch den elektrischen Widerstand R3 angeschlossen. Die Basis des Transistors Q1 ist an den Kollektor des Transistors Q2 angeschlossen. Der Emitter des Transistors Q2 ist an die Erdung angeschlossen, und dessen Basis ist an den Controller 4 angeschlossen. Die elektrischen Widerstände R6 und R7 sind quer über der Basis und dem Emitter des Transistors Q2 angeordnet.
Die Kurzschlussdetektionsschaltung 8 ist eine Schaltung, die einen Kurzschlussfehler im FET 1 detektiert und einen Transistor Q3 und elektrische Widerstände R4 und R5 umfasst. Der Kollektor des Transistors Q3 ist an den Gate-Anschluss g des FET 3 und den Gate-Anschluss g des FET 2 angeschlossen. Der Emitter des Transistors Q3 ist an die Erdung angeschlossen. Die Basis des Transistors Q3 ist an einen Verbindungspunkt zwischen den elektrischen Widerständen R4 und R5 angeschlossen. Die elektrischen Widerstände R4 und R5 bilden spannungsteilende elektrische Widerstände, die eine Spannung am Verbindungspunkt P teilen. Ein Ende des elektrischen Widerstands R4 ist an den Verbindungspunkt P durch eine Kurzschlussfehler-Detektionsleitung b angeschlossen, und das andere Ende ist an ein Ende des elektrischen Widerstands R5 angeschlossen. Das andere Ende des elektrischen Widerstands R5 ist an die Erdung angeschlossen.
Der FET 2 ist ein Verpolungsschutz-MOSFET, der durch das Anschließen einer Diode D2 (parasitäre Diode) parallel zwischen dem Source-Anschluss s und dem Drain-Anschluss d erhalten wurde. Der FET 3 ist ein Kurzschlussschutz-MOSFET, der durch das Anschließen einer Diode D3 (parasitäre Diode) parallel zwischen dem Source-Anschluss s und dem Drain-Anschluss d erhalten wurde.
Der FET 1, der FET 2 und der FET 3 sind in Reihe zwischen der Stromversorgungsleitung X und der Erdung verbunden. Insbesondere ist der Drain-Anschluss d des FET 1 an die Stromversorgungsleitung X angeschlossen, und der Source-Anschluss s ist an den Drain-Anschluss d des FET 3 angeschlossen. Der Source-Anschluss s des FET 3 ist an den Source-Anschluss s des FET 2 angeschlossen, und der Drain-Anschluss d des FET 2 ist an die Erdung angeschlossen. Somit ist der FET 3 in Reihe mit dem FET 1 auf der Seite des Source-Anschlusses s des FET 1 verbunden, und der FET 2 ist in Reihe mit dem FET 3 auf der Seite des Source-Anschlusses s des FET 3 verbunden. Die Diode D1 des FET 1 und die Diode D3 des FET 3 sind in einer Sperrrichtung an die DC-Stromversorgung 50 angeschlossen, und die Diode D2 des FET 2 ist in einer Durchlassrichtung an die DC-Stromversorgung 50 angeschlossen.
Im obigen Aufbau ist der FET 1 ein Beispiel für das „erste Schaltelement” in der vorliegenden Erfindung, und der FET 3 ist ein Beispiel für das „zweite Schaltelement”. Der Transistor Q3 ist ein Beispiel für das „dritte Schaltelement” in der vorliegenden Erfindung, und der Transistor Q1 ist ein Beispiel für das „vierte Schaltelement”. Der FET 2 ist ein Beispiel für das „fünfte Schaltelement” in der vorliegenden Erfindung. Der Kondensator C1 ist ein Beispiel für den „ersten Kondensator” in der vorliegenden Erfindung, der Kondensator C3 ist ein Beispiel für den „zweiten Kondensator” und der Kondensator C2 ist ein Beispiel für den „dritten Kondensator”.
Die Kurzschlussfehler-Detektionsleitung b und die Kurzschlussdetektionsschaltung 8 sind Beispiele für den „Detektor” und den „ersten Detektor” in der vorliegenden Erfindung. Die Kurzschlussfehler-Detektionsleitung a, der Controller 4 und die FET-Steuerungsschaltung 7 sind Beispiele für den „Detektor” und den „zweiten Detektor” in der vorliegenden Erfindung.
Ein Betrieb des DC-DC-Wandlers 100 mit dem obigen Aufbau wird im Folgenden beschrieben.
Ein Betrieb in einem Normalzustand wird zunächst mit Bezug auf 2 beschrieben. Wenn ein Host-Gerät (nicht dargestellt) einen Verstärkungsbefehl an den Controller 4 abgibt, gibt der Controller 4 ein Ansteuerungssignal an den FET-Steuerkreis 5 aus. Als Reaktion auf das Ansteuerungssignal erzeugt der FET-Steuerkreis 5 ein Pulssignal (siehe 1), und das Pulssignal wird an die Gate-Anschlüsse g des FET 1 und des FET 4 ausgegeben. Der Controller 4 gibt ein Steuerungssignal einer H-(hoch, Englisch: high)-Stufe an die FET-Steuerungsschaltung 7 aus. Mit dem Signal der H-Stufe ist der Transistor Q2 der FET-Steuerungsschaltung 7 angeschaltet, und der Transistor Q1 ist ebenfalls angeschaltet. Daher, da die Spannung Vo an die Gate-Anschlüsse g des FET 2 und des FET 3 durch den Transistor Q1 abgegeben wird, sind der FET 2 und der FET 3 beide angeschaltet. In einem Normalbetrieb werden der FET 2 und der FET 3 in einem Stets-AN-Zustand gehalten. Hingegen ist der Transistor Q3 in einem AUS-Zustand.
Der FET 1 und der FET 4 werden, wie oben beschrieben, mit einem Pulssignal vom FET-Steuerkreis 5 abwechselnd an- und ausgeschaltet. In 2 stellt eine durchgezogene dicke Pfeillinie einen Strompfad dar, der beim angeschalteten FET 4 erhalten wird, und eine gestrichelte dicke Pfeillinie stellt einen Strompfad dar, der beim angeschalteten FET 1 erhalten wird. Mit den AN-/AUS-Schaltvorgängen des FET 1 und des FET 4 wird die Spannung der DC-Stromversorgung 50, die in die Spannungsumwandlungsschaltung 2 eingegeben wird, durch den Eingangsfilter 1 geschaltet, um eine hohe Spannung an der Spule L2 zu erzeugen. Die hohe Spannung wird mit der Diode D4 des FET 4 gleichgerichtet, mit dem Kondensator C2 geglättet und der Last 70 als eine verstärkte DC-Spannung durch den Ausgangsfilter 3 bereitgestellt.
Ein Betrieb, der durchgeführt wird, wenn die DC-Stromversorgung 50 in umgekehrter Richtung angeschlossen ist, wird im Folgenden mit Bezug auf 3 beschrieben.
Wie in 3 dargestellt, fließt ein starker Strom, wie durch eine dicke Pfeillinie dargestellt, wenn die negative Elektrode und die positive Elektrode der DC-Stromversorgung 50 an den Eingangsanschluss 10 bzw. die Erdung angeschlossen sind, falls der Verpolungsschutz-FET 2 nicht vorgesehen ist. Dies liegt daran, dass die Dioden D1 und D3 in einer Durchlassrichtung bezüglich der DC-Stromversorgung 50 angeschlossen sind, und ein Strom durch die Dioden D1 und D3 fließt, selbst wenn der FET 1 und der FET 3 in einem AUS-Zustand sind. Wenn allerdings der Verpolungsschutz-FET 2 vorgesehen ist, ist die Diode D2 des FET 2 in einer Sperrrichtung bezüglich der DC-Stromversorgung 50 angeschlossen, und der durch die dicke Pfeillinie angedeutete Strompfad entsteht nicht. Auf diese Weise können bei einem Anschluss der DC-Stromversorgung 50 in umgekehrter Richtung die Elemente der Schaltung im Strompfad vor einer Zerstörung bewahrt werden.
Ein Betrieb, der durchgeführt wird, wenn ein Kurzschlussfehler im FET 1 der Spannungsumwandlungsschaltung 2 auftritt, wird im Folgenden mit Bezug auf 4 bis 8 beschrieben.
Wenn ein Kurzschlussfehler im FET 1 auftritt, ist der leitende Zustand zwischen dem Source-Anschluss s und dem Drain-Anschluss d des FET 1 fixiert, und der FET 1 ist in einem Stets-AN-Zustand. Da alle der FET 1 bis FET 3 angeschaltet sind, fließt daher ein starker Strom in einem Pfad, der von der positiven Elektrode der DC-Stromversorgung 50 → der Spule L1 → der Spule L2 → dem FET 1 → dem FET 3 → dem FET 2 → der Erdung → der negativen Elektrode der DC-Stromversorgung 50 gebildet wird, wie durch eine dicke Pfeillinie in 4 angedeutet. Mit dem starken elektrischen Strom steigt ein Potential am Verbindungspunkt P.
In diesem Fall wird angenommen, dass ein Strom, der im Pfad fließt, Io ist und die elektrischen Widerstände des FET 2 und des FET 3 in einem AN-Zustand r2 bzw. r3 sind. In diesem Fall ist eine Spannung Vp, die am Verbindungspunkt P auftritt, durch Vp = Io·(r2 + r3) gegeben.
Die Spannung Vp wird durch die Kurzschlussfehler-Detektionsleitung b an die Kurzschlussdetektionsschaltung 8 abgegeben. In der Kurzschlussdetektionsschaltung 8 wird die Spannung Vp mittels einer spannungsteilenden Schaltung, die die elektrischen Widerstände R4 und R5 umfasst, geteilt. Daher wird die vom elektrischen Widerstand R4 und vom elektrischen Widerstand R5 geteilte Spannung an der Basis des Transistors Q3 angelegt. Eine Basisspannung Vb des Transistors Q3 zu diesem Zeitpunkt ist durch Vb = Vp·R5/(R4 + R5) gegeben.
Da die Spannung Vb gleich einer zum Anschalten des Transistors Q3 erforderlichen Basisspannung oder höher als diese gesetzt ist, ist der Transistor Q3 angeschaltet, wie in 5 dargestellt. Als Ergebnis sind die Gate-Anschlüsse g des FET 2 und des FET 3 durch den Transistor Q3 an die Erdung angeschlossen. Daher sind der FET 2 und der FET 3 beide aufgrund einer gesunkenen Gate-Spannung ausgeschaltet.
In diesem Zustand ist die Diode D2 des FET 2 in einer Durchlassrichtung bezüglich der DC-Stromversorgung 50 angeschlossen, und die Diode D3 des FET 3 ist in einer Sperrrichtung bezüglich der DC-Stromversorgung 50 angeschlossen. Daher bildet sich ein Strompfad, der sich von der positiven Elektrode der DC-Stromversorgung 50 bis zur Erdung durch den FET 1 erstreckt, nicht aus, und ein starker Strom, der durch einen Kurzschlussfehler im FET 1 erzeugt wird, ist mittels des FET 3 (und der Diode D3) unterbunden.
Wenn ein Kurzschlussfehler im FET 1 der Spannungsumwandlungsschaltung 2 auftritt, steigt auf diese Weise die Spannung Vp am Verbindungspunkt P an, um den Transistor Q3 anzuschalten, und der FET 3 ist ausgeschaltet. Daher kann der starke Strom, der aufgrund des Kurzschlussfehlers fließt, vom FET 3 unterbunden werden. Daher kann beim Auftreten eines Kurzschlussfehlers im FET 1 ein Element der Schaltung, das im Pfad angeordnet ist, in dem ein starker Strom fließt, vor einer Zerstörung geschützt werden.
Auf der anderen Seite wird die Spannung Vp am Verbindungspunkt P ebenfalls an den Controller 4 durch die Kurzschlussfehler-Detektionsleitung a und die Schutzschaltung 6 weitergegeben. Der Controller 4 stellt anhand der Spannung Vp fest, ob ein Kurzschlussfehler im FET 1 vorliegt oder nicht. Ein Betriebsablauf des Controllers 4 wird im Folgenden mit Bezug auf das Flussdiagramm in 7 beschrieben. Die Schritte in 7 werden von der CPU des Controllers 4 in einem vorgeschriebenen Zyklus sich wiederholend ausgeführt.
Eine Spannung Vd, die von der Spannung Vp am Verbindungspunkt P abhängt, wird in den Controller 4 durch die Kurzschlussfehler-Detektionsleitung a eingegeben. Der Controller 4 detektiert die Spannung Vd in einem Schritt S1. In einem Schritt S2 vergleicht der Controller 4 die detektierte Spannung Vd mit einem Schwellwert α. Der Schwellwert α ist in einem im Controller 4 angeordneten Speicher im Voraus gesetzt. In einem Schritt S3 stellt der Controller 4 fest, ob die Spannung Vd gleich dem Schwellwert α oder höher ist.
Wenn ein Kurzschlussfehler im FET 1 auftritt, steigt, wie in 8(a) dargestellt, ein Strom Ip am Verbindungspunkt P an, und die Spannung Vp steigt. Als Ergebnis steigt ebenfalls die vom Controller 4 detektierte Spannung Vd entsprechend an, wie in 8(b) dargestellt. Wenn das Ergebnis der Feststellung im Schritt S3 zeigt, dass die Spannung Vd gleich dem Schwellwert α oder höher ist (Schritt S3; JA), stellt der Controller 4 fest, dass ein Kurzschlussfehler im FET 1 auftritt. Im nächsten Schritt S4 gibt der Controller 4, wie in 6 dargestellt, ein Steuerungssignal einer L-(tief, Englisch: Low)-Stufe an die FET-Steuerungsschaltung 7 aus. Insbesondere wird das an die FET-Steuerungsschaltung 7 vom Controller 4 abgegebene Steuerungssignal von einem Signal einer H-Stufe zu einem Signal einer L-Stufe umgeschaltet. Wenn andererseits die Spannung Vd als Ergebnis der Feststellung im Schritt S3 kleiner als der Schwellwert α ist (Schritt S3; NEIN), endet der Ablauf, ohne dass der Schritt S4 ausgeführt wird.
Durch das vom Controller 4 im Schritt S4 ausgegebene Signal der L-Stufe wird, wie in 6 dargestellt, der Transistor Q2 der FET-Steuerungsschaltung 7 ausgeschaltet, und der Transistor Q1 wird ebenfalls ausgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt sind der FET 2 und der FET 3 bereits ausgeschaltet worden, weil der Transistor Q3 in der Kurzschlussdetektionsschaltung 8 angeschaltet ist. Daher ändern sich die Zustände des FET 2 und des FET 3 nicht, auch obwohl der Transistor Q1 ausgeschaltet wird. Wenn allerdings der Transistor Q3 in der Kurzschlussdetektionsschaltung 8 aus irgendeinem Grund nicht angeschaltet ist, macht das Ausschalten des Transistors Q1 es möglich, den FET 2 und den FET 3 auszuschalten.
Auf diese Weise sind in diesem Ausführungsbeispiel der erste Detektor, der die Kurzschlussfehler-Detektionsleitung b und die Kurzschlussdetektionsschaltung 8 umfasst, und der zweite Detektor, der die Kurzschlussfehler-Detektionsleitung a, den Controller 4 und die FET-Steuerungsschaltung 7 umfasst, vorgesehen, um die Mittel zum Detektieren eines Kurzschlussfehlers im FET 1 zu verdoppeln. Da der erste Detektor nur Hardware (den Transistor Q3 und die elektrischen Widerstände R4 und R5) umfasst, ist eine zur Detektion eines Kurzschlussfehlers erforderliche Zeit kurz. Da der zweite Detektor hingegen eine Software-Bearbeitung erfordert, die von der CPU im Controller 4 durchgeführt wird, ist eine zur Detektion eines Kurzschlussfehlers erforderliche Zeit länger als diejenige, die im ersten Detektor erforderlich ist. Daher agiert, wenn ein Kurzschlussfehler im FET 1 auftritt, zuerst die Kurzschlussdetektionsschaltung 8 im ersten Detektor, um den FET 2 und den FET 3 auszuschalten. Dann agieren der Controller 4 und die FET-Steuerungsschaltung 7 im zweiten Detektor, um bei einem anormalen Zustand der Kurzschlussdetektionsschaltung 8 einen Ersatzablauf auszuführen. Aus diesem Grund kann beim Auftreten eines Kurzschlussfehlers die Verlässlichkeit eines Unterbindens eines starken Stroms verbessert werden.
Ein Betrieb, der durchgeführt wird, wenn ein Kurzschlussfehler in den Kondensatoren C1 bis C3 auftritt, wird im Folgenden mit Bezug auf 9 bis 11 beschrieben. Wenn ein Kurzschlussfehler in den Kondensatoren C1 bis C3 auftritt, werden DC-Widerstände der Kondensatoren nahezu gleich Null.
Wenn ein Kurzschlussfehler im Kondensator C1 des Eingangsfilters 1 auftritt, fließt daher ein starker Strom in einem Pfad, der von der positiven Elektrode der DC-Stromversorgung 50 → der Spule L1 → dem Kondensator C1 → dem FET 3 → dem FET 2 → der Erdung → der negativen Elektrode der DC-Stromversorgung 50 gebildet wird, wie durch eine dicke Pfeillinie in 9 angedeutet. Mit dem starken elektrischen Strom steigt ein Potential am Verbindungspunkt P. Daher werden durch dasselbe Prinzip wie das beim Auftreten eines Kurzschlussfehlers im FET 1 der FET 2 und der FET 3 beide ausgeschaltet. Folglich ist ein starker Strom, der wegen des Kurzschlussfehlers im Kondensator C1 erzeugt wurde, vom FET 3 unterbunden.
Wenn ein Kurzschlussfehler im Kondensator C2 der Spannungsumwandlungsschaltung 2 auftritt, fließt daher ein starker Strom in einem Pfad, der von der positiven Elektrode der DC-Stromversorgung 50 → der Spule L1 → der Spule L2 → dem FET 4 → dem Kondensator C2 → dem FET 3 → dem FET 2 → der Erdung → der negativen Elektrode der DC-Stromversorgung 50 gebildet wird, wie durch eine dicke Pfeillinie in 10 angedeutet. Mit dem starken elektrischen Strom steigt ein Potential am Verbindungspunkt P. Daher werden durch dasselbe Prinzip wie das im Fall der 9 der FET 2 und der FET 3 beide ausgeschaltet.
Folglich ist ein starker Strom, der wegen des Kurzschlussfehlers im Kondensator C2 erzeugt wurde, vom FET 3 unterbunden.
Wenn ein Kurzschlussfehler im Kondensator C3 des Ausgangsfilters 3 auftritt, fließt daher ein starker Strom in einem Pfad, der von der positiven Elektrode der DC-Stromversorgung 50 → der Spule L1 → der Spule L2 → dem FET 4 → der Spule L3 → dem Kondensator C3 → dem FET 3 → dem FET 2 → der Erdung → der negativen Elektrode der DC-Stromversorgung 50 gebildet wird, wie durch eine dicke Pfeillinie in 11 angedeutet. Mit dem starken elektrischen Strom steigt ein Potential am Verbindungspunkt P. Daher werden durch dasselbe Prinzip wie das im Fall der 9 der FET 2 und der FET 3 beide ausgeschaltet. Folglich ist ein starker Strom, der wegen des Kurzschlussfehlers im Kondensator C3 erzeugt wurde, vom FET 3 unterbunden.
Wenn Kurzschlussfehler in beiden, dem FET 1 der Spannungsumwandlungsschaltung 2 und manchen (oder allen) der Kondensatoren C1 bis C3, auftreten, bilden sich der Strompfad, der durch die dicke Pfeillinie in 4 angedeutet ist, und die Strompfade, die durch die dicken Pfeillinien in 9 bis 11 angedeutet sind. Da das Potential am Verbindungspunkt P aufgrund des fließenden starken Stroms steigt, wird selbstverständlich auch in diesem Fall der FET 3 ausgeschaltet, um das Unterbinden des starken Stroms zu ermöglichen.
Auf diese Weise sind in diesem Ausführungsbeispiel die einen Enden der Kondensatoren C1 bis C3 an die Stromversorgungsleitung X angeschlossen, und die anderen Enden sind an den Verbindungspunkt P zwischen dem FET 1 und dem FET 3 angeschlossen, sodass der FET 3 ausgeschaltet wird, wenn eine Spannung am Verbindungspunkt P ansteigt. Daher kann der starke Strom von demselben FET 3 nicht nur beim Auftreten eines Kurzschlussfehlers im FET 1, sondern auch beim Auftreten eines Kurzschlussfehlers in den Kondensatoren C1 bis C3 unterbunden werden.
In der vorliegenden Erfindung können diverse Ausführungsformen eingesetzt werden, die anders als die obigen Ausführungsformen sind. Wenn ein Kurzschlussfehler im FET 1 oder den Kondensatoren C1 bis C3 auftritt, wird beispielsweise im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Transistor Q3 der Kurzschlussdetektionsschaltung 8 angeschaltet, um den FET 2 und den FET 3 auszuschalten, derart dass ein starker Strom unterbunden wird. Stattdessen kann ein Schaltungsaufbau eingesetzt werden, in dem, wenn ein Kurzschlussfehler im FET 1 oder den Kondensatoren C1 bis C3 auftritt, der Transistor der Kurzschlussdetektionsschaltung 8 ausgeschaltet wird, um den FET 2 und den FET 3 auszuschalten.
Im obigen Ausführungsbeispiel wird der Transistor Q1 der FET-Steuerungsschaltung 7 angeschaltet, um den FET 2 und den FET 3 anzuschalten. Allerdings kann ein Schaltungsaufbau eingesetzt werden, in dem der Transistor der FET-Steuerungsschaltung 7 ausgeschaltet wird, um den FET 2 und den FET 3 anzuschalten. In diesem Fall wird der Transistor der FET-Steuerungsschaltung 7 angeschaltet, wenn ein Kurzschlussfehler im FET 1 oder den Kondensatoren C1 bis C3 auftritt.
Im obigen Ausführungsbeispiel ist in der Spannungsumwandlungsschaltung 2 der Synchrongleichrichtungs-FET 4 mit der Diode D4 vorgesehen, um eine in der Spule L2 erzeugte hohe Spannung gleichzurichten. Allerdings kann eine normale Diode statt des FET 4 verwendet werden.
Im obigen Ausführungsbeispiel wird der FET als ein Schaltelement verwendet. Allerdings kann ein Transistor statt des FET verwendet werden. Ähnlich können statt der Transistoren Q1 bis Q3 im Ausführungsbeispiel FETs verwendet werden. Darüber hinaus kann statt des FET ein Schaltelement wie z. B. ein IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) verwendet werden.
Im obigen Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Verbindungspunkt P und der Erdung der FET 2 auf der Seite der Erdung vorgesehen, und der FET 3 ist auf der Seite der Stromversorgung vorgesehen. Allerdings kann der FET 2 auf der Seite der Stromversorgung vorgesehen sein, und der FET 3 kann auf der Seite der Erdung vorgesehen sein. Ebenfalls unterscheidet sich in diesem Fall der Verbindungspunkt P nicht vom Verbindungspunkt zwischen dem FET 1 und dem FET 3, da der FET 1 durch den FET 3 und den FET 2 verbunden ist.
Im obigen Ausführungsbeispiel sind als Mittel zum Detektieren eines Kurzschlussfehlers im FET 1 oder den Kondensatoren C1 bis C3 der erste Detektor, der die Kurzschlussfehler-Detektionsleitung b und die Kurzschlussdetektionsschaltung 8 umfasst, und der zweite Detektor, der die Kurzschlussfehler-Detektionsleitung a, den Controller 4 und die FET-Steuerungsschaltung 7 umfasst, vorgesehen. Allerdings kann von dem ersten und dem zweiten Detektor auch nur einer vorgesehen sein. Wenn nur der zweite Detektor vorgesehen ist, wird der Transistor Q1 der FET-Steuerungsschaltung 7 ausgeschaltet, um den FET 2 und den FET 3 auszuschalten, und ein starker Strom ist unterbunden. Auch in diesem Fall kann ein solcher Schaltungsaufbau, dass der FET 2 und der FET 3 ausgeschaltet werden, indem der Transistor der FET-Steuerungsschaltung 7 angeschaltet wird, eingesetzt werden.
Obwohl im obigen Ausführungsbeispiel die Spannungsumwandlungsschaltung 2 durch eine Verstärkerschaltung gebildet ist, kann die Spannungsumwandlungsschaltung 2, je nach Anforderungen an die umgewandelte Spannung, durch eine heruntertransformierende Schaltung gebildet sein.
Im obigen Ausführungsbeispiel dient der DC-DC-Wandler 100 zum Installieren in einem Fahrzeug als Beispiel. Allerdings kann die vorliegende Erfindung auch auf einen DC-DC-Wandler angewendet werden, der in anderen Anwendungen als der obigen Anwendung verwendet wird.
Bezugszeichenliste

2: Spannungsumwandlungsschaltung
4: Controller
7: FET-Steuerungsschaltung
8: Kurzschlussdetektionsschaltung
10: Eingangsanschluss
20: Ausgangsanschluss
50: DC-Stromversorgung
70: Last
100: DC-DC-Wandler
a, b: Kurzschlussfehler-Detektionsleitung
C1: Rauschen entfernender Kondensator (erster Kondensator)
C2: glättender Kondensator (dritter Kondensator)
C3: Rauschen entfernender Kondensator (zweiter Kondensator)
FET 1: Schaltender FET (erstes Schaltelement)
FET 2: Verpolungsschutz-FET (fünftes Schaltelement)
FET 3: FET zum Kurzschlussschutz (zweites Schaltelement)
P: Verbindungspunkt
R4, R5: spannungsteilende elektrische Widerstände
Q3: Transistor (drittes Schaltelement)
Q1: Transistor (viertes Schaltelement)
X: Stromversorgungsleitung auf der Seite einer positiven Elektrode der DC-Stromversorgung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005-51919 [0007]
JP 2006-14491 [0007]
JP 2012-157191 [0007]

Claims

DC-DC-Wandler, umfassend: einen Eingangsanschluss, an den eine positive Elektrode einer DC-Stromversorgung angeschlossen ist; einen Ausgangsanschluss, an den eine Last angeschlossen ist; eine Stromversorgungsleitung der DC-Stromversorgung, die sich vom Eingangsanschluss bis zum Ausgangsanschluss erstreckt; eine Spannungsumwandlungsschaltung, die zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss angeordnet ist, ein erstes Schaltelement, dessen ein Ende an die Stromversorgungsleitung angeschlossen ist, aufweist und eine Spannung der DC-Stromversorgung in Abhängigkeit von AN-/AUS-Schaltvorgängen des ersten Schaltelements verstärkt oder heruntertransformiert, um mit der Spannung die Last zu versorgen; und einen Kondensator, dessen ein Ende an die Stromversorgungsleitung angeschlossen ist, und ferner umfassend: ein zweites Schaltelement zum Kurzschlussschutz, das in Reihe mit dem ersten Schaltelement auf der Seite des anderen Endes des ersten Schaltelements angeschlossen ist; und einen Detektor, der einen Kurzschlussfehler im ersten Schaltelement oder dem Kondensator detektiert, um das zweite Schaltelement auszuschalten, wobei das andere Ende des Kondensators an einen Verbindungspunkt zwischen dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement angeschlossen ist, und der Detektor einen Fehler anhand einer Spannung am Verbindungspunkt detektiert.
DC-DC-Wandler nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Eingangsfilter, der zwischen dem Eingangsanschluss und der Spannungsumwandlungsschaltung angeordnet ist, wobei der Kondensator ein Rauschen entfernender Kondensator ist, der im Eingangsfilter enthalten ist.
DC-DC-Wandler nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Ausgangsfilter, der zwischen der Spannungsumwandlungsschaltung und dem Ausgangsanschluss angeordnet ist, wobei der Kondensator ein Rauschen entfernender Kondensator ist, der im Ausgangsfilter enthalten ist.
DC-DC-Wandler nach Anspruch 1, wobei der Kondensator ein glättender Kondensator ist, der eine vom ersten Schaltelement geschaltete Spannung glättet und in der Spannungsumwandlungsschaltung enthalten ist.
DC-DC-Wandler nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Eingangsfilter, der zwischen dem Eingangsanschluss und der Spannungsumwandlungsschaltung angeordnet ist; und einen Ausgangsfilter, der zwischen der Spannungsumwandlungsschaltung und dem Ausgangsanschluss angeordnet ist, wobei der Kondensator einen Rauschen entfernenden ersten Kondensator, der im Eingangsfilter enthalten ist; einen Rauschen entfernenden zweiten Kondensator, der im Ausgangsfilter enthalten ist; und einen glättender dritten Kondensator, der eine vom ersten Schaltelement geschaltete Spannung glättet und in der Spannungsumwandlungsschaltung enthalten ist, umfasst.
DC-DC-Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Detektor einen spannungsteilenden elektrischen Widerstand, der die Spannung am Verbindungspunkt teilt; und ein drittes Schaltelement, das an- oder ausgeschaltet wird, wenn die vom spannungsteilenden elektrischen Widerstand geteilte Spannung gleich einem vorbestimmten Wert oder höher als dieser ist, umfasst, und das zweite Schaltelement ausgeschaltet wird, indem das dritte Schaltelement an- oder ausgeschaltet wird.
DC-DC-Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Detektor einen Controller, der anhand einer Spannung am Verbindungspunkt feststellt, ob ein Fehler vorliegt oder nicht, und ein Steuerungssignal ausgibt, wenn festgestellt ist, dass der Fehler auftritt; und ein viertes Schaltelement, das anhand des Steuerungssignals an- oder ausgeschaltet wird, umfasst, und das zweite Schaltelement ausgeschaltet wird, indem das vierte Schaltelement an- oder ausgeschaltet wird.
DC-DC-Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Detektor einen ersten Detektor und einen zweiten Detektor umfasst, der erste Detektor einen spannungsteilenden elektrischen Widerstand, der die Spannung am Verbindungspunkt teilt, und ein drittes Schaltelement, das an- oder ausgeschaltet wird, wenn die vom spannungsteilenden elektrischen Widerstand geteilte Spannung einem vorbestimmten Wert gleich oder höher als dieser ist, umfasst, der zweite Detektor einen Controller, der anhand der Spannung am Verbindungspunkt feststellt, ob der Fehler vorliegt oder nicht, und ein Steuerungssignal ausgibt, wenn festgestellt ist, dass der Fehler auftritt, und ein viertes Schaltelement, das anhand des Steuerungssignals an- oder ausgeschaltet wird, umfasst, und das zweite Schaltelement ausgeschaltet wird, indem das dritte Schaltelement im ersten Detektor an- oder ausgeschaltet wird oder das vierte Schaltelement im zweiten Detektor an- oder ausgeschaltet wird.
DC-DC-Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend ein fünftes Schaltelement zum Verpolungsschutz, das einen starken Strom davon abhält, in die Spannungsumwandlungsschaltung zu fließen, wenn die negative Elektrode der DC-Stromversorgung an den Eingangsanschluss angeschlossen ist, wobei das fünfte Schaltelement in Reihe mit dem zweiten Schaltelement verbunden ist und zwischen dem zweiten Schaltelement und der Erdung angeordnet ist.