DE102014116337A1 - Elektrischer Leistungswandler - Google Patents

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Nobuhisa Yamaguchi
Masaya Takahashi
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Abstract

Ein elektrischer Leistungswandler 1 weist FETs 11 und 12, eine Drosselspule 15 und eine Steuerschaltung 17 auf. Die Steuerschaltung 17 erfasst eine Schaltübergangszeit, die eine Zeit ist, welche eine Spannung zwischen einer Source und einem Drain des FET 11 benötigt, um eine Schwellwertspannung Vth zu erreichen, nachdem dem FET 12 befohlen wird, auszuschalten, und sie steuert die FETs 11 und 12 basierend auf der Schaltübergangszeit. Es besteht ein vorbestimmtes Verhältnis zwischen der Schaltübergangszeit und dem Drosselspulenstrom IL, und der Drosselspulenstrom IL kann unter Verwendung der Schaltübergangszeit geschätzt werden. Daher kann der elektrische Leistungswandler in einem derzeitigen kritischen Modus ohne Erfassung des Drosselspulenstroms gesteuert werden.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Leistungswandler, der eine Drosselspule, einen Hauptschalter und einen synchronen Gleichrichtungsschalter aufweist.
  • BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
  • Als allgemein bekannter elektrischer Leistungswandler, der eine Drosselspule und Schalter aufweist, ist ein Hochsetzsteller bzw. Aufwärts-Wandler-Steuersystem beispielsweise in der Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung JP 2013-070586 offenbart.
  • Dieses Aufwärts-Wandler-Steuersystem weist eine Drosselspule, Schalter, Dioden und eine Steuerschaltung auf. Die Steuerschaltung steuert die Schalter basierend auf Servobefehlen.
  • Wenn die Steuerschaltung die Schalter steuert, werden die Schalter basierend auf einer Spannungsneigung der Queranschlussspannung der Schalter ausgeschaltet.
  • Wenn das Aufwärts-Wandler-Steuersystem in einem derzeit kritischen Modus gesteuert wird, ist es erforderlich, die Schalter auszuschalten, wenn eine Entladung einer Energie, die in der Drosselspule gespeichert ist, vervollständigt ist.
  • Daher wird herkömmlicherweise ein Drosselspulenstrom erfasst, und basierend auf dem erfassten Strom wird die Vervollständigung der Entladung der Energie, die in der Drosselspule gespeichert ist, beurteilt.
  • Allerdings kann die Vervollständigung der Entladung der Energie, die in der Drosselspule gespeichert ist, ebenso basierend auf der Änderung der Spannungsneigung der Queranschlussspannung der Schalter erfasst werden.
  • Demnach kann das Aufwärts-Wandler-Steuersystem in dem derzeit kritischen Modus ohne Erfassung des Drosselspulenstroms gesteuert werden.
  • Bei dem oben erwähnten Aufwärts-Wandler-Steuersystem können die Dioden durch synchrone Gleichrichtungsschalter ersetzt werden, um Verluste in den Dioden zu verringern.
  • Wenn die Dioden durch synchrone Gleichrichtungsschalter ersetzt werden, tritt die Spannungsänderung der Queranschlussspannung der Schalter nicht auf, selbst wenn die Entladung der Energie, die in der Drosselspule gespeichert ist, vervollständigt ist, da die synchronen Gleichrichtungsschalter eingeschaltet werden.
  • Daher ist die Vervollständigung der Entladung der Energie, die in der Drosselspule gespeichert ist, nicht erfassbar.
  • Daher kann das Aufwärts-Wandler-Steuersystem in dem derzeitigen kritischen Modus ohne Erfassung des Drosselspulenstroms nicht gesteuert werden.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde vor dem Hintergrund des zuvor genannten Problems gemacht und hat die Aufgabe, einen elektrischen Leistungswandler zu schaffen, der in einem derzeitigen kritischen Modus ohne Erfassung eines Drosselspulenstroms gesteuert werden kann.
  • Bei einem elektrischen Leistungswandler gemäß einem ersten Aspekt umfasst der elektrische Leistungswandler eine Drosselspule, einen Hauptschalter, der eine Leistungszufuhr zu der Drosselspule verbindet, indem er eingeschaltet wird, und einen Strom von der Leistungszufuhr der Drosselspule zuführt, um in der Drosselspule Energie zu speichern, einen synchronen Gleichrichtungsschalter, der die Drosselspule mit einer Last verbindet, indem er während einer Dauer eingeschaltet wird, in welcher der Hauptschalter ausgeschaltet ist, und die Energie freisetzt, die in der Drosselspule gespeichert ist, um den Strom von der Drosselspule der Last zuzuführen, und eine Steuerschaltung, die mit dem Hauptschalter und dem synchronen Gleichrichtungsschalter verbunden ist, und den Hauptschalter und den synchronen Gleichrichtungsschalter steuert.
  • Die Steuerschaltung erfasst eine Schaltübergangszeit, die einen Übergangszustand einer Queranschlussspannung des Hauptschalters zeigt, und sie steuert den Hauptschalter und den synchronen Gleichrichtungsschalter basierend auf der erfassten Schaltübergangszeit.
  • Da zwischen der Schaltübergangszeit und dem Drosselspulenstrom ein vorbestimmtes Verhältnis besteht, kann der Drosselspulenstrom unter Verwendung der Schaltübergangszeit geschätzt werden.
  • Gemäß diesem Aufbau werden der Hauptschalter und der synchrone Gleichrichtungsschalter basierend auf der Schaltübergangszeit gesteuert.
  • Demnach kann der Drosselspulenstrom ohne Erfassung des Drosselspulenstroms angemessen gesteuert werden.
  • Demzufolge kann der elektrische Leistungswandler in dem derzeitigen kritischen Modus ohne Erfassung des Drosselspulenstroms gesteuert werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • In den begleitenden Zeichnungen zeigen:
  • 1 das Schaltdiagramm des elektrischen Leistungswandlers in einer ersten Ausführungsform;
  • 2 ein Schaltdiagramm einer Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung, die in 1 gezeigt ist;
  • 3 ein Blockdiagramm eines Controllers, der in 1 gezeigt ist;
  • 4 ein Wellenformdiagramm zum Erklären eines Betriebs des elektrischen Leistungswandlers, der in 1 gezeigt ist;
  • 5 ein anderes Wellenformdiagramm zum Erklären des Betriebs des elektrischen Leistungswandlers, der in 1 gezeigt ist;
  • 6 einen Graph, der ein Verhältnis zwischen einem Drosselspulenstrom und einer Schaltübergangszeit zeigt;
  • 7 ein Wellenformdiagramm zum Erklären eines Betriebs der Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung;
  • 8 ein Schaltungsdiagramm des elektrischen Leistungswandlers in einer zweiten Ausführungsform;
  • 9 ein Schaltungsdiagramm der Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung, die in 8 gezeigt ist;
  • 10 ein Blockdiagramm des Controllers, der in 8 gezeigt ist;
  • 11 ein Schaltungsdiagramm des elektrischen Leistungswandlers in der dritten Ausführungsform;
  • 12 ein Schaltungsdiagramm der Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung, die in 11 gezeigt ist;
  • 13 ein Schaltungsdiagramm des elektrischen Leistungswandlers in einer vierten Ausführungsform;
  • 14 ein Blockdiagramm des Controllers, der in 13 gezeigt ist;
  • 15 ein Schaltungsdiagramm des elektrischen Leistungswandlers in einer fünften Ausführungsform;
  • 16 ein Schaltungsdiagramm des elektrischen Leistungswandlers in einer sechsten Ausführungsform;
  • 17 ein Blockdiagramm des Controllers, der in 16 gezeigt ist,
  • 18 ein Schaltungsdiagramm des elektrischen Leistungswandlers in einer siebten Ausführungsform; und
  • 19 ein Blockdiagramm des Controllers, der in 18 gezeigt ist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
  • (Erste Ausführungsform)
  • Zunächst wird mit Bezug auf 1 bis 3 ein Aufbau eines elektrischen Leistungswandlers einer ersten Ausführungsform erklärt.
  • Ein elektrischer Leistungswandler 1, der in 1 gezeigt ist, ist eine Vorrichtung, die einen Gleichstrom, der von einer Hochspannungsbatterie B10 (Leistungszufuhr), die in einem Fahrzeug angebracht ist, in einen Niederspannungsgleichstrom umwandelt, und diesen einer Niederspannungsbatterie B11 (Last) zuführt, die in dem Fahrzeug angebracht ist, um die Niederspannungsbatterie B11 zu laden. Er ist ein sogenannter Herabstufungstyp eines Hochsetz-/Tiefsetzstellers bzw. Auf-/Abwärts-Wandlers.
  • Hierbei ist die Hochspannungsbatterie B10 eine Batterie, deren Nennspannung beispielsweise 48 V ist. Zudem ist die Niederspannungsbatterie B11 eine Batterie, deren Nennspannung beispielsweise 12 V ist.
  • Der elektrische Leistungswandler 1 weist einen Glättungskondensator 10, einen FET 11 (Hauptschalter), einen FET 12 (synchroner Gleichrichtungsschalter), Schaltungen bzw. Entstörschaltungen 13 und 14, eine Drosselspule 15, einen Glättungskondensator 16 und eine Steuerschaltung 17 auf.
  • Der Glättungskondensator 10 ist ein Element, das eine Eingangsspannung Vin des elektrischen Leistungswandlers 1 glättet. Der Glättungskondensator 10 glättet ebenso eine Spannung der Hochspannungsbatterie B10.
  • Ein Ende des Glättungskondensators 10 ist mit einem positiven Anschluss der Hochspannungsbatterie B10 verbunden, wohingegen ein anderes Ende des Glättungskondensators 10 mit einem negativen Anschluss der Hochspannungsbatterie B10 jeweils verbunden ist.
  • Der FET 11 ist ein Element, das die Hochspannungsbatterie B10 mit der Drosselspule 15 verbindet, indem er eingeschaltet wird, Strom von der Hochspannungsbatterie B10 der Drosselspule 15 zuführt und Energie in der Drosselspule 15 speichert. Der FET 11 weist in der Art einer Parallelverbindung eine Diode zwischen einer Source und einem Drain auf.
  • Der FET 12 ist ein Element, das die Drosselspule 15 mit der Niederspannungsbatterie B11 verbindet, indem er während der Dauer, in welcher der FET 11 ausgeschaltet ist, eingeschaltet wird, die Energie freisetzt, die in der Drosselspule 15 gespeichert ist, und einen Strom von der Drosselspule 15 der Niederspannungsbatterie B11 zuführt. Der FET 12 weist in der Weise einer Parallelverbindung eine Diode zwischen einer Source und einem Drain auf.
  • Die FETs 11 und 12 sind in Reihenschaltung verbunden. Insbesondere ist die Source des FET 11 mit dem Drain des FET 12 verbunden. Der Drain des FET 11 ist mit einem Ende des Glättungskondensators 10 verbunden, und die Source des FET 12 ist jeweils mit einem anderen Ende des Glättungskondensators 10 und dem negativen Anschluss der Niederspannungsbatterie B11 verbunden.
  • Ein Reihenverbindungspunkt der FETs 11 und 12 ist mit der Drosselspule 15 verbunden. Die Gates der FETs 11 und 12 sind jeweils mit der Steuerschaltung 15 verbunden.
  • Die Entstörschaltungen 13 und 14 sind Schaltungen, die Stoßspannungen unterdrücken, die den FETs 11 und 12 unnötig zugefügt werden. Die Entstörschaltungen 13 und 14 weisen jeweils Entstörkondensatoren 130 und 140 auf.
  • Die einen Enden der Entstörkondensatoren 130 und 140 sind mit den Drains der FETs 11 und 12 verbunden, und die anderen Enden der Entstörkondensatoren 130 und 140 sind jeweils mit den Source der FETs 11 und 12 verbunden.
  • Die Drosselspule 15 ist ein Element, das Energie speichert oder freisetzt. Ein Ende der Drosselspule 15 ist mit dem Reihenverbindungspunkt der FETs 11 und 12 verbunden, und ein anderes Ende der Drosselspule 15 ist jeweils mit einem positiven Anschluss der Niederspannungsbatterie B11 verbunden.
  • Der Glättungskondensator 16 ist ein Element, das eine Ausgangsspannung Vout des elektrischen Leistungswandlers 1 glättet.
  • Ein Ende des Glättungskondensators 16 ist mit dem anderen Ende der Drosselspule 15 verbunden, wohingegen ein anderes Ende des Glättungskondensators 16 jeweils mit der Source des FET 12 verbunden ist.
  • Die Steuerschaltung 17 ist eine Schaltung, welche die FETs 11 und 12 steuert.
  • Die Steuerschaltung 17 steuert die FETs 11 und 12 basierend auf einem Ziel-Ausgangsspannungswert Vout* des elektrischen Leistungswandlers 1, der von außen eingegeben wird, erfassten Eingangs- und Ausgangsspannungen Vin und Vout des elektrischen Leistungswandlers 1, und einer Schaltübergangszeit.
  • Hierbei zeigt die Schaltübergangszeit einen Übergangszustand der Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 11 an (Queranschlussspannung).
  • Die Schaltübergangszeit ist insbesondere eine Zeit, welche die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 11 benötigt, um eine Schwellwertspannung Vth zu erreichen nachdem befohlen wird, den FET 12 auszuschalten.
  • Die Schwellwertspannung Vth ist beispielsweise auf 10% der Spannung der Eingangsspannung Vin des elektrischen Leistungswandlers 1 angesetzt.
  • Die Steuerschaltung 17 weist eine Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 170, einen Controller 171 und Ansteuerschaltungen 172 und 173 auf.
  • Die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 170 ist eine Schaltung, die zunächst ein Ansteuersignal (später erwähnt) befiehlt, das von dem Controller 171 an den FET 12 ausgegeben wird, um den FET 12 auszuschalten, und danach ein Pulssignal ausgibt, dessen Pegel aufrechterhalten bleibt bis die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 11 die Schwellwertspannung Vth erreicht.
  • Wie in 2 gezeigt ist, weist die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 170 Widerstände 170a bis 170d, einen Vergleichsschaltung bzw. Komparator 170e und eine XOR-Schaltung 170f auf.
  • Die Widerstände 170a und 170b sind in Reihenschaltung verbunden. Ein Ende des Widerstands 170a ist mit dem Drain des FET 11 verbunden, und ein anderes Ende des Widerstands 170b ist jeweils mit der Source des FET 12 verbunden.
  • Die Widerstände 170c und 170d sind in Reihenschaltung verbunden. Ein Ende des Widerstands 170c ist mit dem Reihenverbindungspunkt der FETs 11 und 12 verbunden, und ein anderes Ende des Widerstands 170d ist jeweils mit der Source des FET 12 verbunden.
  • Ein nicht-invertierender Eingangsanschluss des Komparators 170e ist mit einem Reihenverbindungspunkt der Widerstände 170a und 170b verbunden, und ein invertierender Eingangsanschluss des Komparators 170e ist mit einem Reihenverbindungspunkt der Widerstände 170c und 170d jeweils verbunden.
  • Hierbei ist ein Widerstandswert von jedem der Widerstände 170a bis 170d so ausgestaltet, dass eine Ausgabe des Komparators 170e auf dessen Pegel aufrechterhalten wird bis die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 11 die Schwellwertspannung Vth erreicht.
  • Ein Eingangsende der XOR-Schaltung 170f ist mit einem Ausgangsende des Komparators 170e verbunden, und ein anderes Eingangsende der XOR-Schaltung 170f ist mit dem Controller 171 jeweils verbunden. Ein Ausgangsende der XOR-Schaltung 170f ist mit dem Controller 171 verbunden.
  • Der Controller 171 ist eine Schaltung, welche die Ansteuersignale für die FETs 11 und 12 basierend auf dem Ziel-Ausgangsspannungswert Vout*, den Eingangs- und Ausgangsspannungen Vin und Vout, und der Umschaltübergangszeit erzeugt und ausgibt.
  • Der Controller 171 ist durch einen Mikrocomputer und ein Programm ausgestaltet.
  • Wie in 3 gezeigt ist, weist der Controller 171 einen EIN-Zeitverhältnisberechnungsabschnitt 171a, einen Schaltübergangszeitmessabschnitt 171b, einen Abweichungsberechnungsabschnitt 171c, einen Schaltübergangszeitsteuerabschnitt 171d, Korrekturberechnungsabschnitte 171e und 171f, einen Abweichungsberechnungsabschnitt 171g, einen Spannungssteuerabschnitt 171h, EIN-Zeitberechnungsabschnitte 171i und 171j und einen Ansteuersignalerzeugungsabschnitt 171k auf.
  • Der EIN-Zeitverhältnisberechnungsabschnitt 171a ist ein Block, der ein EIN-Zeitverhältnis der FETs 11 und 12 basierend auf der Eingangsspannung Vin des elektrischen Leistungswandlers 1, dem Ziel-Ausgangsspannungswert Vout* und der Ausgangsspannung Vout erzeugt und ausgibt.
  • Hierbei ist das EIN-Zeitverhältnis ein Verhältnis der EIN-Zeit, wenn die FETs eingeschaltet und ausgeschaltet werden. Es ist ein sogenanntes Abtastverhältnis.
  • Der Schaltübergangszeitmessabschnitt 171b ist ein Block, der die Schaltübergangszeit durch Messen einer Pulsweite des Pulssignals, das die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 170 ausgibt, erlangt und ausgibt.
  • Der Abweichungsberechnungsabschnitt 171c ist ein Block, der eine Abweichung zwischen einem vorbestimmten Ziel-Schaltübergangszeitwert und der Schaltübergangszeit, die von dem Schaltübergangszeitmessabschnitt 171b ausgegeben wird, berechnet und ausgibt.
  • Hierbei ist der Ziel-Schaltübergangszeitwert basierend auf einer Resonanzdauer eines Resonanzschaltkreises ausgelegt, der durch eine Induktivität der Drosselspule 15, Kapazitäten der Entstörkondensatoren 130 und 140 und einer parasitären Kapazität einer Schaltung gebildet wird.
  • Der Ziel-Schaltübergangszeitwert ist beispielsweise auf ein ¼ der Resonanzdauer ausgelegt, oder er ist unter Berücksichtigung einer Verzögerungszeit der Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 170 oder einer Abweichung der Verzögerungszeit der Ansteuerschaltungen 172 und 173 auf in etwa 80% von dem ¼ der Resonanzdauer ausgelegt.
  • Der Schaltübergangszeitsteuerabschnitt 171d ist ein Block, der einen Wert als einen EIN-Zeitverhältniskorrekturwert zum Korrigieren des EIN-Zeitverhältnisses ausgibt, indem er eine proportionale Integralberechnung einer Abweichung des Ziel-Schaltübergangszeitwerts, der durch den Abweichungsberechnungsabschnitt 171c ausgegeben wird, von der tatsächlichen Schaltübergangszeit durchführt.
  • Der Korrekturberechnungsabschnitt 171e ist ein Block, der einen Wert als das korrigierte EIN-Zeitverhältnis des FET 11 ausgibt, indem er den EIN-Zeitverhältniskorrekturwert, der durch den Schaltübergangszeitsteuerabschnitt 171d ausgegeben wird, zu dem EIN-Zeitverhältnis des FET 11, das der EIN-Zeitverhältnisberechnungsabschnitt 171a ausgibt, hinzuaddiert.
  • Der Korrekturberechnungsabschnitt 171f ist ein Block, der einen Wert als das korrigierte EIN-Zeitverhältnis des FET 12 ausgibt, indem er den EIN-Zeitverhältniskorrekturwert, der durch den Schaltübergangszeitsteuerabschnitt 171d ausgegeben wird, von dem EIN-Zeitverhältnis des FET 12, das von dem EIN-Zeitverhältnisberechnungsabschnitt 171a ausgegeben wird, subtrahiert.
  • Der Abweichungsberechnungsabschnitt 171g ist ein Block, der eine Abweichung des Ziel-Ausgangsspannungswerts Vout* des elektrischen Leistungswandlers 1, der aus der tatsächlichen Ausgangsspannung Vout von außen eingegeben wird, berechnet und ausgibt.
  • Der Spannungssteuerabschnitt 171h ist ein Block, der einen Wert als einen Umwandlungsfaktor ausgibt, indem er eine proportionale Integralberechnung der Abweichung des Ziel-Ausgangsspannungswerts Vout*, der durch den Abweichungsberechnungsabschnitt 171b ausgegeben wird, von der tatsächlichen Ausgangsspannung Vout durchführt.
  • Der EIN-Zeitberechnungsabschnitt 171i ist ein Block, der einen Wert als die EIN-Zeit für den FET 11 ausgibt, indem er den Umwandlungsfaktor, der durch den Spannungssteuerabschnitt 171h ausgegeben wird, mit dem korrekten EIN-Zeitverhältnis für den FET 11, das von dem Korrekturberechnungsabschnitt 171e ausgegeben wird, multipliziert.
  • Der EIN-Zeitberechnungsabschnitt 171j ist ein Block, der einen Wert als die EIN-Zeit für den FET 12 ausgibt, indem er den Umwandlungsfaktor, der durch den Spannungssteuerabschnitt 171h ausgegeben wird, mit dem korrigierten EIN-Zeitverhältnis für den FET 12, das von dem Korrekturberechnungsabschnitt 171e ausgegeben wird, multipliziert.
  • Der Ansteuersignalerzeugungsabschnitt 171k ist ein Block, der das Ansteuersignal zum Ansteuern der FETs 11 und 12 basierend auf den EIN-Zeiten für die FETs 11 und 12, welche die EIN-Zeitberechnungsabschnitte 171i und 171j ausgeben, erzeugt und ausgibt.
  • Die Ansteuerschaltungen 172 und 173, die in 1 gezeigt sind, sind Schaltungen, welche die FETs 11 und 12 jeweils basierend auf dem Ansteuersignal, das durch den Ansteuersignalerzeugungsabschnitt 171k des Controllers 171 ausgegeben wird, einschalten und ausschalten.
  • Eingangsenden der Ansteuerschaltungen 172 und 173 sind mit dem Ansteuersignalerzeugungsabschnitt 171k verbunden, wie in 3 gezeigt ist, und Ausgangsenden der Steuerschaltungen 172 und 173 sind jeweils mit den Gates der FETs 11 und 12 verbunden, wie in 1 gezeigt ist.
  • Nachstehend wird mit Bezug auf 1 bis 7 ein Betrieb des elektrischen Leistungswandlers der ersten Ausführungsform erklärt.
  • Zunächst wird mit Bezug auf 1 und 4 bis 6 eine Übersicht des Betriebs des elektrischen Leistungswandlers, und ein Verhältnis zwischen Drosselspulenstrom und der Schaltübergangszeit erklärt.
  • In 1 wird die Hochspannungsbatterie B10 durch den FET 12 mit der Drosselspule 15 verbunden, wenn der FET 11 einschaltet während der FET 12 ausgeschaltet ist.
  • Demzufolge wird Strom von der Hochspannungsbatterie B10 der Drosselspule 15 zugeführt, und in der Drosselspule 15 wird Energie gespeichert.
  • Zu dieser Zeit fließt der Drosselspulenstrom IL, der eine Fließrichtung von der Eingangsseite zu der Ausgangsseite als eine positive Richtung definiert, in die Drosselspule 15 und nimmt zu, wie in 4 gezeigt ist.
  • Danach wird die Drosselspule 15 durch den FET 12 mit der Niederspannungsbatterie B11 verbunden, wie in 1 gezeigt ist, wenn der FET 11 ausschaltet und der FET 12 während dieser Dauer einschaltet.
  • Demzufolge wird die Energie, die in der Drosselspule 15 gespeichert ist, freigesetzt und ein Strom von der Drosselspule 15 wird der Niederspannungsbatterie B11 zugeführt. Zu dieser Zeit nimmt der Drosselspulenstrom IL ab, wie in 4 gezeigt ist.
  • Darauffolgend wird derselbe Betrieb wiederholt, und elektrische Leistung von der Hochspannungsbatterie B10 wird der Niederspannungsbatterie B11 zugeführt, wodurch die Niederspannungsbatterie B11 geladen wird.
  • Wenn der elektrische Leistungswandler 1, der in 1 gezeigt ist, in einem derzeit kritischen Modus gesteuert wird, ist es erforderlich, den FET 12 auszuschalten, wenn das Freisetzen der Energie, die in der Drosselspule 15 gespeichert ist, vervollständigt ist.
  • Um einen Einschaltverlust des FET 11 zu verringern und den FET 11 zu dieser Zeit mit einem Nullspannungsschalten zu betreiben, wird der FET 12 ausgeschaltet, wenn der Drosselspulenstrom IL leicht negativ wird (kleiner als null), wie in 4 gezeigt ist.
  • Wenn der FET 12 ausgeschaltet ist, wird die Kapazität der Entstörkondensatoren 130 und 140 und der parasitären Kapazität der Schaltung durch den Drosselspulenstrom IL, der leicht negativ ist, geladen, und wie in 5 gezeigt ist, steigt eine Spannung Vp des Reihenverbindungspunkts der FETs 11 und 12, mit dem die Drosselspule 15 verbunden ist, an, und sie erreicht die Eingangsspannung Vin innerhalb einer kurzen Zeitdauer.
  • Wenn der Drosselspulenstrom IL in der negativen Richtung größer als ein optimaler Wert ist, wird die Geschwindigkeit der Kapazität der Entstörkondensatoren 130 und 140, und die Geschwindigkeit der parasitären Kapazität der Schaltung, die durch den Drosselspulenstrom IL geladen wird, schnell, und ein Anstieg der Spannung Vp wird schnell.
  • Wenn andererseits der Drosselspulenstrom IL in der negativen Richtung kleiner als der optimale Wert ist, wird der Anstieg der Spannung Vp langsam.
  • Wie in 1 gezeigt ist, ist die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 11 eine Spannung, wie beim Subtrahieren der Spannung Vp von der Eingangsspannung Vin.
  • Daher wird, wie in 5 gezeigt ist, ein Abfall der Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 11 schnell, wenn der Drosselspulenstrom IL in der negativen Richtung größer als der optimale Wert ist.
  • Demzufolge wird die Zeit, welche die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 11 benötigt, um die Schwellwertspannung Vth zu erreichen nachdem der FET 12 ausgeschaltet ist, d. h. die Schaltübergangszeit, kurz.
  • Wenn andererseits der Drosselspulenstrom IL in der negativen Richtung kleiner als der optimale Wert ist, wird der Abfall der Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 11 langsam. Demzufolge wird die Schaltübergangszeit lang.
  • Das heißt es besteht ein Verhältnis zwischen dem Drosselspulenstrom IL und der Schaltübergangszeit darin, dass die Schaltübergangszeit kürzer wird, wenn der Drosselspulenstrom IL in der negativen Richtung groß wird, wie in 6 gezeigt ist. Daher kann der Drosselspulenstrom IL unter Verwendung der Schaltübergangszeit geschätzt werden.
  • Nachstehend wird mit Bezug auf 2 und 7 ein Betrieb der Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung erklärt.
  • Der Widerstandswert von jedem der Widerstände 170a bis 170d, die in 2 gezeigt sind, ist derart ausgelegt, dass der Ausgang des Komparators 170e auf dessen Pegel aufrechterhalten wird bis die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 11 die Schwellwertspannung Vth erreicht.
  • Wie in 7 gezeigt ist, gibt der Komparator 170e daher ein Hochpegelsignal aus bis die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 11 die Schwellwertspannung Vth einnimmt.
  • Danach gibt die XOR-Schaltung 170f ein Hochpegelsignal aus, wenn der Ansteuersignalpegel für den FET 12 niedrig ist, sodass das Ausschalten des FET 12 befohlen wird, und der Ausgang des Komparators 170e hoch ist.
  • Demzufolge kann die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 170 das Pulssignal so ausgeben, dass dessen Pegel aufrechterhalten wird bis die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 11 die Schwellwertspannung Vth erreicht, nachdem sie das Ansteuersignal für den FET 12 befiehlt, um den FET 12 auszuschalten.
  • Nachstehend werden Betriebsweisen der Controller und der Ansteuerschaltung mit Bezug auf 1 und 3 beschrieben.
  • Der EIN-Zeitverhältnisberechnungsabschnitt 170a, der in 3 gezeigt ist, berechnet das EIN-Zeitverhältnis der FETs 11 und 12 basierend auf der Eingangsspannung Vin, dem Ziel-Ausgangsspannungswert Vout* und der Ausgangsspannung Vout, und gibt dieses aus.
  • Der Schaltübergangszeitmessabschnitt 171b erlangt die Schaltübergangszeit durch Messen der Pulsweite des Pulssignals, das die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 170 ausgibt.
  • Der Abweichungsberechnungsabschnitt 171c berechnet die Abweichung zwischen dem vorbestimmten Ziel-Schaltübergangszeitwert und der Schaltübergangszeit, die von dem Schaltübergangszeitmessabschnitt 171b ausgegeben wird.
  • Der Schaltübergangszeitsteuerabschnitt 171d gibt den Wert als den EIN-Zeitverhältniskorrekturwert aus, indem er die proportionale Integralberechnung der Abweichung des Ziel-Schaltübergangszeitwerts von der tatsächlichen Schaltübergangszeit durchführt.
  • Der Korrekturberechnungsabschnitt 171e gibt den Wert als das korrigierte EIN-Zeitverhältnis für den FET 11 aus, indem er den EIN-Zeitverhältniskorrekturwert zu dem EIN-Zeitverhältnis für den FET 11 hinzuaddiert.
  • Der Korrekturberechnungsabschnitt 171f gibt den Wert als das korrigierte EIN-Zeitverhältnis für den FET 12 aus, indem er den EIN-Zeitverhältniskorrekturwert von dem EIN-Zeitverhältnis für den FET 12 subtrahiert.
  • Dadurch wird das EIN-Zeitverhältnis korrigiert, sodass die EIN-Zeitübergangszeit einen Ziel-EIN-Zeitübergangszeitwert einnehmen kann.
  • Der Abweichungsberechnungsabschnitt 171g berechnet die Abweichung des Ziel-Ausgangsspannungswerts Vout* von der tatsächlichen Ausgangsspannung Vout.
  • Der Spannungssteuerabschnitt 171h gibt den Wert als den Umwandlungsfaktor aus, indem er die proportionale Integralberechnung der Abweichung des Ziel-Ausgangsspannungswerts Vout* von der tatsächlichen Ausgangsspannung Vout durchführt.
  • Der EIN-Zeitberechnungsabschnitt 171i gibt den Wert als die EIN-Zeit für den FET 11 aus, indem er den Umwandlungsfaktor mit dem korrigierten EIN-Zeitverhältnis für den FET 11 multipliziert.
  • Der EIN-Zeitberechnungsabschnitt 171j gibt den Wert als die EIN-Zeit für den FET 12 aus, indem er den Umwandlungsfaktor mit dem korrigierten EIN-Zeitverhältnis für den FET 12 multipliziert.
  • Der Ansteuersignalerzeugungsabschnitt 171k erzeugt das Ansteuersignal zum Ansteuern der FETs 11 und 12 basierend auf der EIN-Zeit für die FETs 11 und 12, und gibt dieses aus.
  • Die Ansteuerschaltungen 172 und 173, die in 1 gezeigt sind, schalten die FETs 11 und 12 jeweils basierend auf dem Ansteuersignal ein und schalten sie aus.
  • Demzufolge wird die Schaltübergangszeit auf dem Ziel-Schaltübergangszeitwert gesteuert.
  • Das heißt der Drosselspulenstrom IL wird auf den optimalen Wert gesteuert.
  • Daher kann der elektrische Leistungswandler 1, der elektrische Leistung von der Hochspannungsbatterie B10 der Niederspannungsbatterie B11 zuführt, in dem derzeitigen kritischen Modus ohne Erfassung eines Drosselspulenstroms gesteuert werden.
  • Nachstehend werden Wirkungen des elektrischen Leistungswandlers der ersten Ausführungsform erklärt.
  • Wie in 6 gezeigt ist, kann der Drosselspulenstrom IL unter Verwendung der Schaltübergangszeit geschätzt werden, da ein vorbestimmtes Verhältnis zwischen der Schaltübergangszeit und dem Drosselspulenstrom IL besteht.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform erfasst die Steuerschaltung 17 die Schaltübergangszeit und steuert die FETs 11 und 12 basierend auf der Schaltübergangszeit.
  • Daher kann der Drosselspulenstrom IL ohne Erfassung eines Drosselspulenstroms angemessen gesteuert werden.
  • Daher kann der elektrische Leistungswandler 1, der ein Aufwärts-/Abwärts-Wandler ist, in dem derzeitigen kritischen Modus ohne Erfassung eines Drosselspulenstroms gesteuert werden.
  • Darüber hinaus ist unter Berücksichtigung, dass Charakteristiken von jedem Element, das den elektrischen Leistungswandler ausgestaltet, Abweichungen aufweist, der Drosselspulenstrom herkömmlicherweise in der negativen Richtung insbesondere größer gesteuert wurden.
  • Da sich jedoch die Abweichungen der Charakteristiken von jedem Element in der Schaltübergangszeit in der vorliegenden Ausführungsform wiederfinden, ist es in erster Linie nicht erforderlich, den Drosselspulenstrom IL in der negativen Richtung größer zu steuern. Daher kann ein Schaltverlust und ein Leitungsverlust unterdrückt werden.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform steuert die Steuerschaltung 17 die FETs 11 und 12 basierend auf der Eingangsspannung Vin, der Ausgangsspannung Vout und der Abweichung des Ziel-Schaltübergangszeitwerts von der tatsächlichen Schaltübergangszeit.
  • Daher kann die Schaltübergangszeit auf den Ziel-Schaltübergangszeitwert gesteuert werden.
  • Das heißt der Drosselspulenstrom IL kann auf den optimalen Wert gesteuert werden. Daher kann der elektrische Leistungswandler 1 in dem derzeitigen kritischen Modus zuverlässig gesteuert werden.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform korrigiert die Steuerschaltung 17 das EIN-Zeitverhältnis, das basierend auf der Eingangsspannung Vin und der Ausgangsspannung Vout erlangt wird, durch das korrigierte EIN-Zeitverhältnis, das basierend auf der Abweichung des Ziel-Schaltübergangszeitwerts von der tatsächlichen Schaltübergangszeit erlangt wird, und sie steuert die FETs 11 und 12 basierend auf dem korrigierten EIN-Zeitverhältnis.
  • Daher kann die Schaltübergangszeit zuverlässig auf den Ziel-Schaltübergangszeitwert gesteuert werden.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform steuert die Steuerschaltung 17 die FETs 11 und 12 basierend auf der Abweichung des Ziel-Ausgangsspannungswerts Vout von der tatsächlichen Ausgangsspannung Vout.
  • Daher kann die Ausgangsspannung Vout auf den Ziel-Ausgangsspannungswert Vout* gesteuert werden.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform ändert die Steuerschaltung 17 das EIN-Zeitverhältnis, das basierend auf der Abweichung des Ziel-Ausgangsspannungswerts Vout* von der tatsächlichen Ausgangsspannung Vout korrigiert ist, auf die EIN-Zeit, und sie steuert die FETs 11 und 12 basierend auf der EIN-Zeit.
  • Daher kann die Ausgangsspannung Vout zuverlässig auf den Ziel-Ausgangsspannungswert Vout* gesteuert werden.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Nachstehend wird der elektrische Leistungswandler der zweiten Ausführungsform erklärt.
  • Obwohl der elektrische Leistungswandler der ersten Ausführungsform elektrische Leistung von der Hochspannungsbatterie der Niederspannungsbatterie zuführt, führt der elektrische Leistungswandler der zweiten Ausführungsform elektrische Leistung von der Niederspannungsbatterie der Hochspannungsbatterie zu.
  • Zunächst wird mit Bezug auf 8 bis 10 ein Aufbau des elektrischen Leistungswandlers der zweiten Ausführungsform erklärt.
  • Ein elektrischer Leistungswandler 2, der in 8 gezeigt ist, ist eine Vorrichtung, die einen Gleichstrom, der von einer Niederspannungsbatterie B21 (Leistungszufuhr), die in einem Fahrzeug angebracht ist, in einen Niederspannungsgleichstrom umwandelt und diesen einer Hochspannungsbatterie B20 (Last), die in dem Fahrzeug angebracht ist, zuführt, um die Hochspannungsbatterie B20 zu laden. Es ist ein sogenannter Aufwärts-Typ eines Aufwärts-/Abwärts-Wandlers.
  • Hierbei sind die Hochspannungsbatterie B20 und die Niederspannungsbatterie B21 jeweils dieselben wie die Hochspannungsbatterie B10 und die Niederspannungsbatterie B11 der ersten Ausführungsform.
  • Der elektrische Leistungswandler 1 weist einen Glättungskondensator 26, eine Drosselspule 25, einen FET 21 (Synchrongleichrichtungsschalter), einen FET 22 (Hauptschalter), Entstörkondensatoren 23 und 24, einen Glättungskondensator 20 und eine Steuerschaltung 27 auf.
  • Obwohl Unterschiede in der Funktion von jedem Bauteil bestehen, sind die Aufbauten des Glättungskondensators 26, der Drosselspule 25, der FETs 21 und 22, der Entstörschaltungen 23 und 24 und des Glättungskondensator 20 dieselben wie die Aufbauten des Glättungskondensators 16, der Drosselspule 15, der FETs 11 und 12, der Entstörschaltungen 13 und 14 und des Glättungskondensators 10 der ersten Ausführungsform.
  • Der Glättungskondensator 26 ist ein Element, das eine Eingangsspannung Vin des elektrischen Leistungswandlers 2 glättet. Der Glättungskondensator 26 glättet ebenso eine Spannung der Niederspannungsbatterie B21.
  • Ein Ende des Glättungskondensators 26 ist mit einem positiven Anschluss der Niederspannungsbatterie B21 verbunden, wohingegen ein anderes Ende des Glättungskondensators 26 mit einem negativen Anschluss der Niederspannungsbatterie B21 jeweils verbunden ist.
  • Die Drosselspule 25 ist ein Element, das Energie speichert oder freisetzt. Ein Ende der Drosselspule 25 ist mit einem Ende des Glättungskondensators 26 verbunden, und ein anderes Ende der Drosselspule 25 ist jeweils mit den FETs 21 und 22 verbunden.
  • Der FET 21 ist ein Element, das die Drosselspule 25 mit der Hochspannungsbatterie B20 verbindet, indem er während der Dauer, in welcher der FET 22 ausgeschaltet ist, eingeschaltet wird, die Energie freisetzt, die in der Drosselspule 25 gespeichert ist, und Strom von der Drosselspule 25 der Hochspannungsbatterie B20 zuführt.
  • Der FET 21 weist eine Diode zwischen einer Source und einem Drain in der Art einer Parallelschaltungsverbindung auf.
  • Der FET 22 ist ein Element, das die Niederspannungsbatterie B21 mit der Drosselspule 25 verbindet, indem er eingeschaltet wird, Strom von der Niederspannungsbatterie B21 der Drosselspule 25 zuführt, und Energie in der Drosselspule 25 speichert.
  • Der FET 22 weist eine Diode zwischen einer Source und einem Drain in der Art einer Parallelschaltungsverbindung auf.
  • Die FETs 21 und 22 sind in Reihenschaltung verbunden. Die Source des FET 21 ist insbesondere mit dem Drain des FET 22 verbunden. Ein Reihenschaltungsverbindungspunkt der FETs 21 und 22 ist mit der Drosselspule 25 verbunden.
  • Die Source des FET 22 ist mit einem Ende des Glättungskondensators 26 und dem negativen Anschluss der Hochspannungsbatterie B20 verbunden, und der Drain des FET 21 ist mit dem positiven Anschluss der Hochspannungsbatterie B20 jeweils verbunden. Die Gates der FETs 21 und 22 sind jeweils mit der Steuerschaltung 27 verbunden.
  • Die Entstörschaltungen 23 und 24 sind Schaltungen, die Stoßspannungen unterdrücken, die den FETs 21 und 22 unnötig zugeführt werden. Die Entstörschaltungen 23 und 24 weisen jeweils Entstörkondensatoren 230 und 240 auf.
  • Die einen Enden der Entstörkondensatoren 230 und 240 sind mit den Drains der FETs 21 und 22 verbunden, und die anderen Enden der Entstörkondensatoren 230 und 240 sind mit den Sources der FETs 21 und 22 jeweils verbunden.
  • Der Glättungskondensator 26 ist ein Element, das eine Ausgangsspannung Vout des elektrischen Leistungswandlers 2 glättet.
  • Ein Ende des Glättungskondensators 26 ist mit dem Drain des FET 21 verbunden, wohingegen ein anderes Ende des Glättungskondensators 26 mit der Source des FET 22 jeweils verbunden ist.
  • Die Steuerschaltung 27 ist eine Schaltung, welche die FETs 21 und 22 steuert. Die Steuerschaltung 27 steuert die FETs 21 und 22 basierend auf einem Ziel-Ausgangsspannungswert Vout* des elektrischen Leistungswandlers 2, der von außen eingegeben wird, erfassten Eingangs- und Ausgangsspannungen Vin und Vout des elektrischen Leistungswandlers 2 und einer Schaltübergangszeit.
  • Hierbei ist die Schaltübergangszeit eine Zeit, welche die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 22 (Queranschlussspannung) benötigt, um eine Schwellwertspannung Vth zu erreichen, nachdem dem FET 21 befohlen wurde, auszuschalten.
  • Die Schwellwertspannung Vth ist ähnlich wie diejenige bei der ersten Ausführungsform ausgelegt.
  • Die Steuerschaltung 27 weist eine Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 270, einen Controller 271 und Ansteuerschaltungen 272 und 273 auf.
  • Die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 270 ist eine Schaltung, die zunächst ein Ansteuersignal (wird später erwähnt) befiehlt, das von dem Controller 271 an den FET 21 ausgegeben wird, um den FET 21 auszuschalten, und danach ein Pulssignal ausgibt, dessen Pegel aufrechterhalten bleibt bis die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 22 die Schwellwertspannung Vth erreicht.
  • Wie in 9 gezeigt ist, weist die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 270 eine Referenzleistungszufuhr 270g, Widerstände 270c und 270d, einen Komparator 270e und eine XOR-Schaltung 270f auf.
  • Die Referenzleistungszufuhr 270g ist eine Leistungszufuhr, die eine Spannung ausgibt, die der Schwellwertspannung Vth entspricht.
  • Ein positiver Anschluss der Referenzleistungszufuhr 270g ist mit dem Komparator 270e verbunden, und ein negativer Anschluss der Referenzleistungszufuhr 270g ist mit der Source des FET 22 jeweils verbunden.
  • Die Widerstände 270c und 270d sind in Reihenschaltung verbunden. Ein Ende des Widerstands 270c ist mit dem Reihenverbindungspunkt der FETs 21 und 22 verbunden, und ein Ende des Widerstands 270d ist mit der Source des FET 22 jeweils verbunden.
  • Ein nicht-invertierender Eingangsanschluss des Komparators 270e ist mit dem positiven Anschluss der Referenzleistungszufuhr 270g verbunden, und ein invertierender Eingangsanschluss des Komparators 270e ist mit dem Reihenverbindungspunkt des Widerstands 270c und 270d jeweils verbunden.
  • Hierbei ist der Widerstandswert von jedem der Widerstände 270c und 270d unter Berücksichtigung der Spannung der Referenzleistungszufuhr 270g so ausgelegt, dass ein Ausgang des Komparators 270e dessen Pegel aufrechterhält bis die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 22 die Schwellwertspannung Vth erreicht.
  • Ein Eingangsende der XOR-Schaltung 270f ist mit einem Ausgangsende des Komparators 270e verbunden, und ein anderes Eingangsende der XOR-Schaltung 270f ist mit dem Controller 271 jeweils verbunden. Ein Ausgangsende der XOR-Schaltung 270f ist mit dem Controller 271 verbunden.
  • Der Controller 271, der in 8 gezeigt ist, ist eine Schaltung, welche die Ansteuersignale für die FETs 21 und 22 basierend auf dem Ziel-Ausgangsspannungswert Vout*, den Eingangs- und Ausgangsspannungen Vin und Vout und der Schaltübergangszeit erzeugt und ausgibt.
  • Der Controller 271 wird durch einen Mikrocomputer und ein Programm gebildet.
  • Wie in 10 gezeigt ist, weist der Controller 271 einen EIN-Zeitverhältnisberechnungsabschnitt 271a, einen Schaltübergangszeitmessabschnitt 271b, einen Abweichungsberechnungsabschnitt 271c, einen Schaltübergangszeitsteuerabschnitt 271d, Korrekturberechnungsabschnitt 271e und 271f, einen Abweichungsberechnungsabschnitt 271g, einen Spannungssteuerabschnitt 271h, EIN-Zeitberechnungsabschnitt 271i und 271j und einen Ansteuersignalerzeugungsabschnitt 271k auf.
  • Im Gegensatz zu dem Korrekturberechnungsabschnitt 271e der ersten Ausführungsform ist der Korrekturberechnungsabschnitt 271e ein Block, der einen Wert als das korrigierte EIN-Zeitverhältnis für den FET 21 ausgibt, indem er den EIN-Zeitverhältniskorrekturwert von dem EIN-Zeitverhältnis des FET 21 subtrahiert.
  • Im Gegensatz zu dem Korrekturberechnungsabschnitt 171f der ersten Ausführungsform ist der Korrekturberechnungsabschnitt 271f einen Block, der einen Wert als das korrigierte EIN-Zeitverhältnis für den FET 22 ausgibt, indem er den EIN-Zeitverhältniskorrekturwert zu dem EIN-Zeitverhältnis für den FET 22 hinzuaddiert.
  • Der Controller 271 weist einen identischen Aufbau zu dem Controller 171 der ersten Ausführungsform auf, mit der Ausnahme der Korrekturberechnungsabschnitte 271e und 271f.
  • Nachstehend wird mit Bezug auf die 8 bis 10 ein Betrieb des elektrischen Leistungswandlers der zweiten Ausführungsform erklärt.
  • Zunächst wird mit Bezug auf 9 ein Betrieb der Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung erklärt.
  • Die Referenzleistungszufuhr 270g, die in 9 gezeigt ist, gibt die Spannung aus, die der Schwellwertspannung entspricht.
  • Der Widerstandswert von jedem der Widerstände 270c und 270d ist unter Berücksichtigung der Spannung der Referenzleistung 270g so ausgelegt, dass ein Ausgang des Komparators 270e dessen Pegel aufrechterhält bis die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 22 die Schwellwertspannung Vth erreicht.
  • Daher gibt der Komparator 270e ein Hochpegelsignal aus bis die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 22 die Schwellwertspannung Vth einnimmt.
  • Danach gibt die XOR-Schaltung 270f ein Hochpegelsignal aus, wenn der Ansteuersignalpegel für den FET 21 niedrig ist, sodass das Ausschalten des FET 21 befohlen ist, und der Ausgang des Komparators 270e hoch ist.
  • Demzufolge kann die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 270 das Pulssignal ausgeben, dessen Pegel aufrechterhalten bleibt bis die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 22 die Schwellwertspannung Vth erreicht, nachdem das Ansteuersignal für den FET 21 befiehlt, den FET 21 auszuschalten.
  • Nachstehend werden Betriebsweisen des Controllers und der Ansteuerschaltung mit Bezug auf 8 und 10 erklärt.
  • Im Gegensatz zu dem Korrekturberechnungsabschnitt 171e der ersten Ausführungsform gibt der Korrekturberechnungsabschnitt 271e, der in 10 gezeigt ist, den Wert als das korrigierte EIN-Zeitverhältnis für den FET 21 aus, indem er den EIN-Zeitverhältniskorrekturwert von dem EIN-Zeitverhältnis für den FET 21 subtrahiert.
  • Im Gegensatz zu dem Korrekturberechnungsabschnitt 171f der ersten Ausführungsform gibt der Korrekturberechnungsabschnitt 271f den Wert als das korrigierte EIN-Zeitverhältnis für den FET 22 aus, indem er den EIN-Zeitverhältniskorrekturwert zu dem EIN-Zeitverhältnis für den FET 22 hinzuaddiert.
  • Der Controller 271 führt denselben Betrieb wie der Controller 171 der ersten Ausführungsform durch, mit der Ausnahme der Betriebsweisen der Korrekturberechnungsabschnitte 271e und 271f.
  • Die Ansteuerschaltungen 272 und 273, die in 8 gezeigt sind, schalten die FETs 21 und 22 jeweils basierend auf dem Ansteuersignal ein und schalten sie aus.
  • Demzufolge wird die Schaltübergangszeit auf den Ziel-Schaltübergangszeitwert gesteuert.
  • Das heißt der Drosselspulenstrom IL, der eine Fließrichtung von der Eingangsseite zu der Ausgangsseite als eine positive Richtung definiert, wird auf den optimalen Wert gesteuert.
  • Daher kann der elektrische Leistungswandler 2, der elektrische Leistung von der Niederspannungsbatterie B21 der Hochspannungsbatterie B20 zuführt, in den derzeit kritischen Modus ohne Erfassung eines Drosselspulenstroms gesteuert werden.
  • Anschließend werden Wirkungen des elektrischen Leistungswandlers der zweiten Ausführungsform erklärt.
  • Gemäß der zweiten Ausführungsform werden dieselben Wirkungen wie bei der ersten Ausführungsform erlangt.
  • Obwohl zudem die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 270 unter Verwendung der Referenzleistungszufuhr 270g als Beispiel in der zweiten Ausführungsform zusammengesetzt ist, ist deren Zusammensetzung nicht darauf beschränkt.
  • Der Widerstandswert der Widerstände kann durch dieselbe Zusammensetzung wie bei der Schaltübergangszeiterfassungsschaltung 170 der ersten Ausführungsform angepasst sein.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • Nachstehend wird ein elektrischer Leistungswandler der dritten Ausführungsform erklärt.
  • Der elektrische Leistungswandler der dritten Ausführungsform ist eine Kombination des elektrischen Leistungswandlers in der ersten Ausführungsform und des elektrischen Leistungswandlers in der zweiten Ausführungsform, und ermöglicht es, elektrische Leistung zwischen einer Hochspannungsbatterie und einer Niederspannungsbatterie bidirektional zuzuführen.
  • Zunächst wird mit Bezug auf 11 und 12 eine Zusammensetzung des elektrischen Leistungswandlers der dritten Ausführungsform erklärt.
  • Ein elektrischer Leistungswandler 3, der in 11 gezeigt ist, ist eine Vorrichtung, die einen Gleichstrom, der von einer Hochspannungsbatterie B30 (Leistungszufuhr), die in einem Fahrzeug angebracht ist, in einen Niederspannungsstrom umwandelt, und diesen einer Niederspannungsbatterie B31 (Last), die in dem Fahrzeug angebracht ist, zuführt, um die Niederspannungsbatterie B31 zu laden.
  • Darüber hinaus ist er im Gegenzug eine Vorrichtung, die einen Gleichstrom, der von einer Niederspannungsbatterie B31 (Leistungszufuhr), die in einem Fahrzeug angebracht ist, in einen Hochspannungsgleichstrom umwandelt, und diesen einer Hochspannungsbatterie B30 (Last), die in dem Fahrzeug angebracht ist, zuführt, um die Hochspannungsbatterie B30 zu laden.
  • Das heißt er ist eine Vorrichtung, der eine elektrische Leistung zwischen der Hochspannungsbatterie B30 und der Niederspannungsbatterie B31 bidirektional zuführen kann. Er ist ein sogenannter Aufwärts-/Abwärts-Typ eines Aufwärts-/Abwärts-Wandlers.
  • Der elektrische Leistungswandler 3 weist einen Glättungskondensator 30, einen FET 31 (Hauptschalter), einen FET 32 (synchroner Gleichrichtungsschalter), Entstörschaltungen 33 und 34, eine Drosselspule 35, einen Glättungskondensator 316 und eine Steuerschaltung 37 auf.
  • Die Zusammensetzung aus dem Glättungskondensator 30, den FETs 31 und 32, den Entstörschaltungen 33 und 34, der Drosselspule 35 und dem Glättungskondensator 36 ist dieselbe wie diejenige aus dem Glättungskondensator 10, den FETs 11 und 12, den Entstörschaltungen 13 und 14, der Drosselspule 15 und dem Glättungskondensator 16 der ersten Ausführungsform und wie diejenige aus dem Glättungskondensator 20, den FETs 21 und 22, den Entstörschaltungen 23 und 24, der Drosselspule 25 und dem Glättungskondensator 26 der zweiten Ausführungsform.
  • Die Steuerschaltung 37 ist eine Schaltung, welche die FETs 31 und 32 steuert. Die Steuerschaltung 37 führt denselben Betrieb wie die Steuerschaltung 17 der ersten Ausführungsform durch, wenn elektrische Leistung von der Hochspannungsbatterie B30 der Niederspannungsbatterie B31 zugeführt wird, und sie führt denselben Betrieb wie die Steuerschaltung 27 der zweiten Ausführungsform aus, wenn elektrische Leistung von der Niederspannungsbatterie B31 der Hochspannungsbatterie B30 zugeführt wird.
  • Die Steuerschaltung 37 weist eine Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 370, einen Controller 371 und Ansteuerschaltungen 372 und 373 auf.
  • Die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 370 ist eine Schaltung, die eine Funktion der Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 170 der ersten Ausführungsform und eine Funktion der Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 270 der zweiten Ausführungsform aufweist.
  • Wie in 12 gezeigt ist, weist die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 370 Widerstände 370h bis 370l, Komparatoren 370m und 370n, und XOR-Schaltungen 370l und 370p auf.
  • Die Widerstände 370h bis 370j sind in Reihenschaltung verbunden. Ein Ende des Widerstands 370h ist mit dem Drain des FET 31 verbunden, und das andere Ende des Widerstands 370j ist mit der Source des FET 32 jeweils verbunden.
  • Die Widerstände 370k und 370l sind in Reihenschaltung verbunden. Ein Ende des Widerstands 370k ist mit dem Reihenverbindungspunkt der FETs 31 und 32 verbunden, und ein anderes Ende des Widerstands 370l ist mit der Source des FET 32 jeweils verbunden.
  • Ein nicht-invertierender Eingangsanschluss des Komparators 370m ist mit einem Reihenverbindungspunkt der Widerstände 370h und 370i verbunden, und ein invertierender Eingangsanschluss des Komparators 370m ist mit einem Reihenverbindungspunkt der Widerstände 370 und 370l jeweils verbunden.
  • Ein nicht-invertierender Eingangsanschluss des Komparators 370n ist mit einem Reihenverbindungspunkt der Widerstände 370k und 370l verbunden, und ein invertierender Eingangsanschluss des Komparators 370n ist mit einem Reihenverbindungspunkt der Widerstände 370i und 370j jeweils verbunden.
  • Hierbei ist ein Widerstandswert von jedem der Widerstände 370h bis 370l so ausgelegt, dass ein Ausgang des Komparators 370m dessen hohen Pegel aufrechterhält bis die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 31 die Schwellwertspannung Vth erreicht, und er ist so ausgelegt, dass ein Ausgang des Komparators 370n dessen Pegel aufrechterhält bis die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 32 die Schwellwertspannung Vth erreicht.
  • Ein Eingangsende der XOR-Schaltung 370o ist mit einem Ausgangsende des Komparators 370m verbunden, und ein anderes Eingangsende der XOR-Schaltung 3700 ist mit einem Ansteuersignalerzeugungsabschnitt (nicht dargestellt) des Controllers 371 jeweils verbunden, der ein Ansteuersignal für den FET 32 ausgibt.
  • Ein Ausgangsende der XOR-Schaltung 370o ist mit einem Schaltübergangszeitmessabschnitt (nicht dargestellt) des Controllers 371 verbunden, der eine Schaltübergangszeit des FET 31 misst.
  • Ein Eingangsende der XOR-Schaltung 370p ist mit einem Ausgangsende des Komparators 370m verbunden, und ein anderes Eingangsende der XOR-Schaltung 370p ist mit einem Ansteuersignalerzeugungsabschnitt (nicht dargestellt) des Controllers 371 jeweils verbunden, der ein Ansteuersignal für den FET 31 ausgibt.
  • Ein Ausgangsende der XOR-Schaltung 370p ist mit einem Schaltübergangszeitmessabschnitt (nicht dargestellt) des Controllers 371 verbunden, der eine Schaltübergangszeit des FET 32 misst.
  • Der Controller 371, der in 11 gezeigt ist, ist eine Schaltung, die eine Funktion des Controllers 171 der ersten Ausführungsform und eine Funktion des Controllers 271 der zweiten Ausführungsform aufweist.
  • Der Controller 371 weist Bauteile des Controllers 171 der ersten Ausführungsform und Bauteile des Controllers 271 der zweiten Ausführungsform auf.
  • Die Ansteuerschaltungen 372 und 373 weisen dieselben Funktionen und Aufbauten wie die Ansteuerschaltungen 172 und 173 der ersten Ausführungsform und die Ansteuerschaltungen 272 und 273 der zweiten Ausführungsform auf.
  • Nachstehend wird mit Bezug auf 11 und 12 ein Betrieb des elektrischen Leistungswandlers der dritten Ausführungsform erklärt.
  • Nachstehend wird mit Bezug auf 12 ein Betrieb der Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung erklärt.
  • Der Widerstandswert von jedem der Widerstände 370h bis 370l, die in 12 gezeigt sind, ist so ausgelegt, dass ein Ausgang des Komparators 370m dessen Pegel aufrechterhält bis die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 31 die Schwellwertspannung Vth erreicht, und er ist so ausgelegt, dass ein Ausgang des Komparators 370n dessen Pegel aufrechterhält bis die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 32 die Schwellwertspannung Vth erreicht.
  • Daher gibt der Komparator 370m ein Hochpegelsignal aus bis die Spannung zwischen dem Source und der Drain des FET 31 die Schwellwertspannung Vth einnimmt.
  • Danach gibt die XOR-Schaltung 370o ein Hochpegelsignal aus, wenn der Ansteuersignalpegel für den FET 32 niedrig ist, sodass das Ausschalten des FET 32 befohlen ist, und der Ausgang des Komparators 370m hoch ist.
  • Demzufolge kann die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 370 das Pulssignal ausgeben, dessen Pegel aufrechterhalten bleibt bis die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 31 die Schwellwertspannung Vth erreicht, nachdem das Ansteuersignal dem FET 32 befiehlt, den FET 32 auszuschalten.
  • Andererseits gibt der Komparator 370n ein Hochpegelsignal aus bis die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 32 die Schwellwertspannung Vth einnimmt.
  • Danach gibt die XOR-Schaltung 370p ein Hochpegelsignal aus, wenn der Ansteuersignalpegel für den FET 31 niedrig ist, sodass das Ausschalten des FET 31 befohlen wird, und der Ausgang des Komparators 370n hoch ist.
  • Demzufolge kann die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 370 das Pulssignal ausgeben, dessen Pegel aufrechterhalten bleibt bis die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 32 die Schwellwertspannung Vth erreicht, nachdem das Ansteuersignal dem FET 31 befiehlt, den FET 31 auszuschalten.
  • Nachstehend werden Betriebsweisen des Controllers und der Ansteuerschaltungen mit Bezug auf 11 erklärt.
  • Der Controller 371, der in 11 gezeigt ist, führt denselben Betrieb wie der Controller 171 der ersten Ausführungsform durch, wenn Leistung von der Hochspannungsbatterie B30 der Niederspannungsbatterie B31 zugeführt wird.
  • Andererseits führt der Controller 371 denselben Betrieb wie der Controller 271 der zweiten Ausführungsform durch, wenn elektrische Leistung von der Niederspannungsbatterie B31 der Hochspannungsbatterie B30 zugeführt wird.
  • Die Ansteuerschaltungen 372 und 373 schalten die FETs 31 und 32 jeweils basierend auf den Ansteuersignalen ein und schalten diese aus.
  • Demzufolge wird die Schaltübergangszeit auf den Ziel-Schaltübergangszeitwert gesteuert. Das heißt der Drosselspulenstrom IL wird auf den optimalen Wert gesteuert.
  • Daher kann der elektrische Leistungswandler 3, der elektrische Leistung zwischen der Hochspannungsbatterie B30 und der Niederspannungsbatterie B31 bidirektional zuführt, in dem derzeit kritischen Modus ohne Erfassung eines Drosselspulenstroms gesteuert werden.
  • Nachstehend werden Wirkungen des elektrischen Leistungswandlers der dritten Ausführungsform erklärt.
  • Gemäß der dritten Ausführungsform werden dieselben Wirkungen wie bei der ersten Ausführungsform erlangt.
  • Obwohl zudem die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 370 nicht unter Verwendung der Referenzleistungszufuhr als ein Beispiel in der dritten Ausführungsform zusammengesetzt ist, ist ihr Aufbau nicht darauf beschränkt.
  • Die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 170 der ersten Ausführungsform und die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 270 der zweiten Ausführungsform können kombiniert werden.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • Nachstehend wird der elektrische Leistungswandler der vierten Ausführungsform erklärt.
  • In Bezug auf den elektrischen Leistungswandler der ersten Ausführungsform erfasst der elektrische Leistungswandler der vierten Ausführungsform einen Ausgangsstrom und steuert den FET basierend auf dem erfassten Ausgangsstrom.
  • Zunächst wird mit Bezug auf 13 und 14 ein Aufbau des elektrischen Leistungswandlers der vierten Ausführungsform erklärt.
  • Ein elektrischer Leistungswandler 4, der in 13 gezeigt ist, ist eine Vorrichtung, die einen Gleichstrom, der von einer Hochspannungsbatterie B40 (Leistungszufuhr), die in einem Fahrzeug angebracht ist, in einen Niederspannungsgleichstrom umwandelt und diesen einer Niederspannungsbatterie B41 (Last), die in dem Fahrzeug angebracht ist, zuführt, um die Niederspannungsbatterie B41 zu laden. Er ist ein sogenannter Abwärts-Typ eines Aufwärts-/Abwärts-Wandlers.
  • Der elektrische Leistungswandler 4 weist einen Glättungskondensator 40, einen FET 41 (Hauptschalter), einen FET 42 (synchroner Gleichrichtungsschalter), Entstörschaltungen 43 und 44, eine Drosselspule 45, einen Glättungskondensator 46 und eine Steuerschaltung 47 auf.
  • Der elektrische Leistungswandler 4 weist ferner einen Stromsensor 48 auf.
  • Die Aufbauten und Funktionen von dem Glättungskondensator 40, den FETs 43 und 44, den Entstörschaltungen 43 und 44, der Drosselspule 45 und dem Glättungskondensator 46 sind dieselben wie die Funktionen und Aufbauten des Glättungskondensators 10, der FETs 11 und 12, der Entstörschaltungen 13 und 14, der Drosselspule 15 und dem Glättungskondensator 16 der ersten Ausführungsform.
  • Der Stromsensor 48 ist ein Element, das einen Ausgangsstrom Iout des elektrischen Leistungswandlers 4 erfasst. Der Stromsensor 48 ist an einer Verdrahtung angeordnet, die ein Ende der Drosselspule 45 und einen positiven Anschluss der Niederspannungsbatterie B41 verbindet, und er ist mit der Steuerschaltung 47 verbunden.
  • Die Steuerschaltung 47 ist eine Schaltung, welche die FETs 41 und 42 steuert. Die Steuerschaltung 47 steuert die FETs 41 und 42 basierend auf einem Ziel-Ausgangsspannungswert Vout* und einem Ziel-Ausgangsstromwert Iout* des elektrischen Leistungswandlers 40, die von außen eingegeben werden, sie erfasst Eingangs- und Ausgangsspannungen Vin und Vout und einen Ausgangsstromwert Iout des elektrischen Leistungswandlers 4, und eine Schaltübergangszeit.
  • Hierbei ist die Schaltübergangszeit eine Zeit, welche die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 41 (Queranschlussspannung) benötigt, um eine Schwellwertspannung Vth zu erreichen, nachdem dem FET 42 befohlen wird, ausgeschaltet zu werden, und sie ist ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ausgelegt.
  • Die Steuerschaltung 47 weist eine Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 470, einen Controller 471 und Ansteuerschaltungen 472 und 473 auf.
  • Die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 470 weist dieselbe Funktion und den Aufbau wie die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 170 der ersten Ausführungsform auf.
  • Der Controller 471 ist eine Schaltung, welche die Ansteuersignale für die FETs 41 und 42 basierend auf einem Ziel-Ausgangsspannungswert Vout*, dem Ziel-Ausgangsstromwert Iout*, den Eingangs- und Ausgangsspannungen Vin und Vout, dem Ausgangsstromwert Iout und der Schaltübergangszeit erzeugt und ausgibt. Der Controller 471 wird durch einen Mikrocomputer und ein Programm gebildet.
  • Wie in 14 gezeigt ist, weist der Controller 471 einen EIN-Zeitverhältnisberechnungsabschnitt 471a, einen Schaltübergangszeitmessabschnitt 471b, einen Abweichungsberechnungsabschnitt 471c, einen Schaltübergangszeitsteuerabschnitt 471d, Korrekturberechnungsabschnitte 471e und 471f, einen Abweichungsberechnungsabschnitt 471g, einen Spannungssteuerabschnitt 471h, EIN-Zeitberechnungsabschnitte 471i und 471j, und einen Ansteuersignalerzeugungsabschnitt 471k auf.
  • Ferner weist der Controller 471 einen Auswahlabschnitt 4711, einen Abweichungsberechnungsabschnitt 471m und einen Stromsteuerabschnitt 471n auf.
  • Der EIN-Zeitverhältnisberechnungsabschnitt 471a, der Schaltübergangszeitmessabschnitt 471b, der Abweichungsberechnungsabschnitt 471c, der Schaltübergangszeitsteuerabschnitt 471d, die Korrekturberechnungsabschnitte 471e und 471f und der Abweichungsberechnungsabschnitt 471g weisen dieselben Funktionen und Aufbauten wie der EIN-Zeitverhältnisberechnungsabschnitt 171a, der Schaltübergangsmessabschnitt 171b, der Abweichungsberechnungsabschnitt 171c, der Schaltübergangszeitsteuerabschnitt 171d, die Korrekturberechnungsabschnitte 171e und 171f und der Abweichungsberechnungsabschnitt 171g der ersten Ausführungsform auf.
  • Der Spannungssteuerabschnitt 471h ist ein Block, der einen Wert als einen Ziel-Ausgangsstromwert ausgibt, indem er eine proportionale Integralberechnung der Abweichung des Ziel-Ausgangsspannungswerts Vout*, der durch den Abweichungsberechnungsabschnitt 471g ausgegeben wird, von der tatsächlichen Ausgangsspannung Vout durchführt.
  • Der Auswahlabschnitt 4711 ist ein Block, der unter dem Ziel-Ausgangsstromwert, der durch den Spannungssteuerabschnitt 471h ausgegeben wird, und dem Ziel-Ausgangsstromwert Iout*, der von außen eingegeben wird, einen kleineren als einen neuen Ziel-Ausgangsstromwert auswählt und ausgibt.
  • Der Abweichungsberechnungsabschnitt 471m ist ein Block, der die Abweichung des Ziel-Ausgangsstromwerts, den der Auswahlabschnitt 471l ausgibt, aus dem tatsächlichen Ausgangsstromwert Iout des elektrischen Leistungswandlers 4, den der Stromsensor 48 erfasst, berechnet und ausgibt.
  • Der Stromsteuerabschnitt 471n ist ein Block, der einen Wert als einen Umwandlungsfaktor ausgibt, indem er eine proportionale Integralberechnung einer Abweichung des neuen Ziel-Ausgangsstromwerts, den der Abweichungsberechnungsabschnitt 471m ausgibt, aus dem tatsächlichen Ausgangsstrom Iout durchführt.
  • Der EIN-Zeitberechnungsabschnitt 471i ist ein Block, der einen Wert als die EIN-Zeit für den FET 41 ausgibt, indem er den Umwandlungsfaktor, der durch den Spannungssteuerabschnitt 471h ausgegeben wird, mit dem korrigierten EIN-Zeitverhältnis für den FET 41, den der Korrekturberechnungsabschnitt 471 ausgibt, multipliziert.
  • Der EIN-Zeitberechnungsabschnitt 471j ist ein Block, der einen Wert als die EIN-Zeit für den FET 42 ausgibt, indem er den Umwandlungsfaktor, der von dem Spannungssteuerabschnitt 471h ausgegeben wird, mit dem korrigierten EIN-Zeitverhältnis für den FET 42, den der Korrekturberechnungsabschnitt 471i ausgibt, multipliziert.
  • Der Ansteuersignalerzeugungsabschnitt 471k ist ein Block, der das Ansteuersignal zum Ansteuern der FETs 41 und 42 basierend auf den EIN-Zeiten der FETs 41 und 42, welche die EIN-Zeitberechnungsabschnitte 471i und 471j ausgibt, erzeugt und ausgibt.
  • Die Ansteuerschaltungen 472 und 473, die in 13 gezeigt sind, weisen dieselben Funktionen und Aufbauten wie die Ansteuerschaltungen 172 und 173 der ersten Ausführungsform auf.
  • Nachstehend wird mit Bezug auf 13 und 14 ein Betrieb des elektrischen Leistungswandlers der vierten Ausführungsform erklärt.
  • Da der Betrieb der Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 470, die in 13 gezeigt ist, derselbe wie der Betrieb der Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 170 der ersten Ausführungsform ist, wird eine Erklärung ausgelassen.
  • Es werden Betriebsweisen des Controllers und der Ansteuerschaltung erklärt.
  • Der Spannungssteuerabschnitt 471h, der in 14 gezeigt ist, gibt den Wert als den Ziel-Ausgangsstromwert aus, indem er die proportionale Integralberechnung der Abweichung des Ziel-Ausgangsspannungswerts Vout* von der tatsächlichen Ausgangsspannung Vout durchführt.
  • Der Auswahlabschnitt 471l wählt den kleineren von dem Ziel-Ausgangsstromwert, der durch den Spannungssteuerabschnitt 471h ausgegeben wird, und dem Ziel-Ausgangsstromwert Iout*, der von außen eingegeben wird, als den neuen Ziel-Ausgangsstromwert aus und gibt diesen aus.
  • Der Abweichungsberechnungsabschnitt 471m berechnet die Abweichung des neuen Ziel-Ausgangsstromwerts von dem tatsächlichen Ausgangsstrom Iout und gibt diesen aus.
  • Der Stromsteuerabschnitt 471n gibt den Wert als den Umwandlungsfaktor aus, indem er die proportionale Integralberechnung der Abweichung des neuen Ziel-Ausgangsstromwerts von dem tatsächlichen Ausgangsstrom Iout durchführt.
  • Das heißt im Gegensatz zu dem Controller 171 der ersten Ausführungsform wird der Umwandlungsfaktor unter Berücksichtigung des Ziel-Ausgangsstromwerts und des Ausgangsstroms berechnet.
  • Der EIN-Zeitberechnungsabschnitt 471i gibt den Wert als die EIN-Zeit für den FET 41 aus, indem er den Umwandlungsfaktor, der durch den Stromsteuerabschnitt 471n ausgegeben wird, mit dem korrigierten EIN-Zeitverhältnis für den FET 41 multipliziert.
  • Der EIN-Zeitberechnungsabschnitt 471j gibt den Wert als die EIN-Zeit für den FET 42 aus, indem er den Umwandlungsfaktor, der durch den Stromsteuerabschnitt 471n ausgegeben wird, mit dem korrigierten EIN-Zeitverhältnis für den FET 42 multipliziert.
  • Der Ansteuersignalerzeugungsabschnitt 471k erzeugt das Ansteuersignal zum Ansteuern der FETs 41 und 42 basierend auf der EIN-Zeit für die FETs 41 und 42 und gibt diese aus.
  • Die Ansteuerschaltungen 472 und 473, die in 13 gezeigt sind, schalten die FETs 41 und 42 jeweils basierend auf dem Ansteuersignal ein und schalten sie aus.
  • Demzufolge wird die Umschaltübergangszeit auf den Ziel-Schaltübergangszeitwert gesteuert. Das heißt der Drosselspulenstrom IL wird auf den optimalen Wert gesteuert.
  • Daher kann der elektrische Leistungswandler 4, der elektrische Leistung von der Hochspannungsbatterie B40 der Niederspannungsbatterie B41 zuführt, in dem derzeit kritischen Modus ohne Erfassung eines Drosselspulenstroms gesteuert werden.
  • Nachstehend werden Wirkungen des elektrischen Leistungswandlers der vierten Ausführungsform erklärt.
  • Gemäß der vierten Ausführungsform kann wie bei der ersten Ausführungsform der elektrische Leistungswandler 4, der ein Aufwärts-/Abwärts-Wandler ist, in dem derzeitigen kritischen Modus ohne Erfassung eines Drosselspulenstroms gesteuert werden. Darüber hinaus kann der Schaltverlust unterdrückt werden.
  • Gemäß der vierten Ausführungsform steuert die Steuerschaltung 47 die FETs 41 und 42 basierend auf der Abweichung des Ziel-Ausgangsspannungswerts Vout* von der tatsächlichen Ausgangsspannung Vout, dem Ziel-Ausgangsstromwert Iout* und den Ausgangsstromwert Iout.
  • Daher kann die Ausgangsspannung Vout auf den Ziel-Ausgangsspannungswert Vout* gesteuert werden, und der Ausgangsstromwert Iout kann auf den Ziel-Ausgangsstromwert Iout* gesteuert werden.
  • Gemäß der vierten Ausführungsform wählt die Steuerschaltung 47 unter dem Ziel-Ausgangsstromwert, der basierend auf der Abweichung des Ziel-Ausgangsspannungswerts Vout* von der tatsächlichen Ausgangsspannung Vout erlangt wird, und dem Ziel-Ausgangsstromwert Iout*, der von außen eingegeben wird, einen kleineren als einen neuen Ziel-Ausgangsstromwert aus, und steuert die FETs 41 und 42 basierend auf der Abweichung des neuen Ziel-Ausgangsstromwerts von dem tatsächlichen Ausgangsstrom Iout.
  • Daher kann die Ausgangsspannung Vout zuverlässig auf den Ziel-Ausgangsspannungswert Vout* gesteuert werden, und der Ausgangsstromwert Iout kann zuverlässig auf den Ziel-Ausgangsstromwert Iout* gesteuert werden.
  • (Fünfte Ausführungsform)
  • Nachstehend wird der elektrische Leistungswandler der fünften Ausführungsform erklärt.
  • Der elektrische Leistungswandler der fünften Ausführungsform ist in Bezug zu dem elektrischen Leistungswandler der ersten Ausführungsform, der ein Aufwärts-/Abwärts-Wandler ist, als ein Sperrwandler ausgestaltet.
  • Zunächst wird mit Bezug auf 15 ein Aufbau des elektrischen Leistungswandlers der fünften Ausführungsform erklärt.
  • Ein elektrischer Leistungswandler 5, der in 15 gezeigt ist, ist eine Vorrichtung, die einen Gleichstrom, der von einer Hochspannungsbatterie B50 (Leistungszufuhr), die in einem Fahrzeug angebracht ist, in einen Niederspannungsgleichstrom umwandelt, und diesen einer Niederspannungsbatterie B51 (Last), die in dem Fahrzeug angebracht ist, zuführt, um die Niederspannungsbatterie B51 zu laden. Er ist ein sogenannter Abwärts-Typ eines Sperrwandlers.
  • Hierbei sind die Hochspannungsbatterie B50 und die Niederspannungsbatterie B51 jeweils dieselben wie die Hochspannungsbatterie B10 und die Niederspannungsbatterie B11 in der ersten Ausführungsform.
  • Der elektrische Leistungswandler 5 weist einen Glättungskondensator 50, einen FET 51 (Hauptschalter), einen FET 52 (synchroner Gleichrichtungsschalter), Entstörschaltungen 53 und 54, einen Transformator (Drosselspule) 55, einen Glättungskondensator 56 und eine Steuerschaltung 57 auf.
  • Der Glättungskondensator 50 weist dieselbe Funktion und den Aufbau wie der Glättungskondensator 10 der ersten Ausführungsform auf.
  • Der FET 51 ist ein Element, das die Hochspannungsbatterie B50 mit dem Transformator 55 verbindet, indem er eingeschaltet wird, einen Strom von der Hochspannungsbatterie B50 dem Transformator 55 zuführt, und Energie in der Drosselspule 55 speichert. Der FET 51 weist eine Diode zwischen einer Source und einem Drain in der Art einer Parallelschaltungsverbindung auf.
  • Der Drain des FET 51 ist mit dem Transformator 55 verbunden, und die Source des FET 51 ist mit einem Ende des Glättungskondensators 50 jeweils verbunden.
  • Der FET 52 ist ein Element, das den Transformator 55 mit der Niederspannungsbatterie B51 verbindet, indem er während einer Dauer eingeschaltet wird, in welcher der FET 51 ausgeschaltet ist, die Energie freisetzt, die in dem Transformator 55 gespeichert ist, und Strom von dem Transformator 55 der Niederspannungsbatterie B51 zuführt.
  • Der FET 52 weist eine Diode zwischen einer Source und einem Drain in der Art einer Parallelschaltungsverbindung auf. Die Source des FET 52 ist mit dem Transformator 55 verbunden, und der Drain des FET 51 ist mit einem positiven Anschluss der Niederspannungsbatterie B51 jeweils verbunden.
  • Die Entstörschaltungen 53 und 54 weisen jeweils Entstörkondensatoren 530 und 540 auf, und sie weisen dieselben Funktionen und Aufbauten wie die Entstörschaltungen 13 und 14 der ersten Ausführungsform auf.
  • Der Transformator 55 ist ein Element, das die Energie speichert oder abgibt, und in einem Zustand, bei dem es isoliert ist, einen Wechselstrom umwandelt und ausgibt, der zu einem Wechselstrom mit einer vorbestimmten Spannung gemäß einem Windungsverhältnis zugeführt wird.
  • Der Transformator 55 weist eine Primärwicklung 550 und eine Sekundärwicklung 551 auf. Ein Ende der Primärwicklung 550 ist mit einem Ende des Glättungskondensators 50 verbunden, und ein anderes Ende der Primärwicklung 550 ist mit dem Drain des FET 51 jeweils verbunden.
  • Ein Ende der Sekundärwicklung 551 ist mit der Source des FET 52 verbunden, und ein anderes Ende der Sekundärwicklung 551 ist mit einem negativen Anschluss der Niederspannungsbatterie B51 jeweils verbunden.
  • Der Glättungskondensator 56 weist dieselbe Funktion wie der Glättungskondensator 16 der ersten Ausführungsform auf. Ein Ende des Glättungskondensators 56 ist mit dem Drain des FET 52 verbunden, und ein anderes Ende des Glättungskondensators 56 ist mit einem anderen Ende der Sekundärwicklung 551 jeweils verbunden.
  • Die Steuerschaltung 57 weist dieselbe Funktion wie die Steuerschaltung 17 der ersten Ausführungsform, und eine Schaltung, welche die FETs 51 und 52 steuert, auf.
  • Die Steuerschaltung 57 weist eine Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 570, einen Controller 571, Ansteuerschaltungen 572 und 573 und eine Isolierschaltung 574 auf.
  • Die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 570 ist eine Schaltung, die zunächst ein Ansteuersignal befiehlt, das von dem Controller 571 an den FET 52 ausgegeben wird, um den FET 52 auszuschalten, und danach ein Pulssignal ausgibt, dessen Pegel aufrechterhalten bleibt bis die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 51 die Schwellwertspannung Vth erreicht.
  • Die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 570 ist mit dem Controller 571 verbunden, um das Ansteuersignal für den FET 52 zu erlangen.
  • Darüber hinaus ist die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 570 mit der Source und dem Drain des FET 51 jeweils verbunden, um die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 51 zu erfassen.
  • Ferner ist die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 570 mit dem Controller 571 verbunden, um ein Pulssignal eines erfassten Ergebnisses an den Controller 571 auszugeben.
  • Der Controller 571 und die Ansteuerschaltungen 572 und 573 weisen dieselben Funktionen und Aufbauten wie der Controller 171 der ersten Ausführungsform und die Ansteuerschaltungen 172 und 173 auf.
  • Die Isolierschaltung 574 ist eine Schaltung, welche die Ausgangsspannung Vout des elektrischen Leistungswandlers 5 an den Controller 571 in einen isolierten Zustand ausgibt.
  • Ein Eingangsende der Isolierschaltung 574 ist mit einem Ende des Glättungskondensators 56 verbunden, und ein anderes Ende der Isolierschaltung 574 ist mit dem Controller 571 jeweils verbunden.
  • Nachstehend wird mit Bezug auf 15 ein Betrieb des elektrischen Leistungswandlers der fünften Ausführungsform erklärt.
  • Die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 570, die in 15 gezeigt ist, gibt das Pulssignal aus, dessen Pegel aufrechterhalten bleibt bis die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 51 die Schwellwertspannung Vth erreicht, nachdem dem FET 52 das Ansteuersignal befohlen wird, den FET 52 auszuschalten.
  • Der Controller 571 erlangt wie der Controller 171 der ersten Ausführungsform die Schaltübergangszeit von dem Pulssignal, das die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 570 ausgibt, und erzeugt die Ansteuersignale für die FETs 51 und 52 basierend auf dem Ziel-Ausgangsspannungswert Vout*, den Eingangs- und Ausgangsspannungen Vin und Vout, und der Schaltübergangszeit und gibt diese aus.
  • Die Ansteuerschaltungen 572 und 573 schalten die FETs 51 und 52 jeweils basierend auf dem Ansteuersignal ein und schalten sie aus.
  • Demzufolge wird wie bei dem elektrischen Leistungswandler 1 der ersten Ausführungsform die Schaltübergangszeit auf den Ziel-Schaltübergangszeitwert gesteuert. Das heißt der Drosselspulenstrom IL wird auf den optimalen Wert gesteuert.
  • Daher kann der elektrische Leistungswandler 1, der elektrische Leistung von der Hochspannungsbatterie B10 von der Niederspannungsbatterie B11 zuführt, in dem derzeitigen kritischen Modus ohne Erfassung eines Drosselspulenstroms gesteuert werden.
  • Nachstehend werden Wirkungen des elektrischen Leistungswandlers der fünften Ausführungsform erklärt.
  • Gemäß der fünften Ausführungsform können selbst bei einem elektrischen Leistungswandler 5, der ein Sperrwandler ist, dieselben Wirkungen wie bei der ersten Ausführungsform erlangt werden.
  • Obwohl zudem die FETs 51 und 52 basierend auf dem Ziel-Ausgangsspannungswert Vout*, den Eingangs- und Ausgangsspannungen Vin und Vout und der Schaltübergangszeit als ein Beispiel in der fünften Ausführungsform gesteuert werden, sind diese nicht auf einen solchen Aufbau beschränkt.
  • Die FETs 51 und 52 können wie bei dem elektrischen Leistungswandler 4 der vierten Ausführungsform unter weiterer Berücksichtigung des gewünschten Ausgangsstromwerts Iout* und des Ausgangsstroms Iout gesteuert werden.
  • Dieselben Wirkungen wie diejenigen der vierten Ausführungsform können ebenso bei dem elektrischen Leistungswandler 5 erlangt werden, der ein Sperrwandler ist.
  • (Sechste Ausführungsform)
  • Nachstehend wird der elektrische Leistungswandler der sechsten Ausführungsform erklärt.
  • Der elektrische Leistungswandler der sechsten Ausführungsform ändert einen Aufbau eines Controllers in Bezug auf den elektrischen Leistungswandler der ersten Ausführungsform.
  • Zunächst wird mit Bezug auf 16 und 17 ein Aufbau des elektrischen Leistungswandlers der sechsten Ausführungsform erklärt.
  • Wie in 16 gezeigt ist, ist ein elektrischer Leistungswandler 6 eine Vorrichtung, die einen Gleichstrom, der von einer Hochspannungsbatterie B60 (Leistungsquelle), die in einem Fahrzeug angebracht ist, zugeführt wird, in einen Niederspannungsgleichstrom umwandelt, und diesen einer Niederspannungsbatterie B61 (Last), die in einem Fahrzeug angebracht ist, zuführt, um die Niederspannungsbatterie B61 zu laden. Er ist ein sogenannter Abwärts-Typ von einem Aufwärts-/Abwärts-Wandler.
  • Hierbei sind die Hochspannungsbatterie B60 und die Niederspannungsbatterie B61 jeweils dieselben wie die Hochspannungsbatterie B10 und die Niederspannungsbatterie B11 der ersten Ausführungsform.
  • Der elektrische Leistungswandler 6 weist einen Glättungskondensator 60, einen FET 61 (Hauptschalter), einen FET 62 (Synchrongleichrichtungsschalter), Entstörschaltungen 63 und 64, eine Drosselspule 65, einen Glättungskondensator 66 und eine Steuerschaltung 67 auf.
  • Die Aufbauten und Funktionen von dem Glättungskondensator 60, den FETs 63 und 64, den Entstörschaltungen 63 und 64, der Drosselspule 65 und dem Glättungskondensator 66 sind dieselben wie die Funktionen und Aufbauten von dem Glättungskondensator 10, den FETs 11 und 12, den Entstörschaltungen 13 und 14, der Drosselspule 15 und dem Glättungskondensator 16 der ersten Ausführungsform.
  • Die Steuerschaltung 67 ist eine Schaltung, welche die FETs 61 und 62 steuert. Die Steuerschaltung 67 steuert die FETs 61 und 62 basierend auf einem Ziel-Ausgangsspannungswert Vout* des elektrischen Leistungswandlers 6, der von außen eingegeben wird, einer erfassten Ausgangsspannung Vout des elektrischen Leistungswandlers und einer Schaltübergangszeit.
  • Im Gegensatz zu der Steuerschaltung 17 der ersten Ausführungsform wird eine Eingangsspannung des elektrischen Leistungswandlers 6 nicht zurückgeführt, wenn die FETs 61 und 62 gesteuert werden.
  • Hierbei ist die Schaltübergangszeit eine Zeit, welche die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 61 benötigt, um eine Schwellwertspannung Vth zu erreichen, nachdem dem FET 62 befohlen wird, ausgeschaltet zu werden, und sie ist ähnlich wie diejenige der ersten Ausführungsform ausgelegt.
  • Die Steuerschaltung 67 weist eine Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 670, einen Controller 671 und Ansteuerschaltungen 672 und 673 auf.
  • Die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 670 weist dieselbe Funktion und den Aufbau wie die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 170 der ersten Ausführungsform auf.
  • Der Controller 671 ist eine Schaltung, welche die Ansteuersignale der FETs 61 und 62 basierend auf dem Ziel-Ausgangsspannungswert Vout*, der Ausgangsspannung Vout und der Schaltübergangszeit erzeugt und ausgibt. Der Controller 671 wird aus einem Mikrocomputer und einem Programm gebildet.
  • Wie in 17 gezeigt ist, weist der Controller 671 einen Abweichungsberechnungsabschnitt 671o, einen Spannungssteuerabschnitt 671p, einen Schaltübergangszeitmessabschnitt 671q, einen Abweichungsberechnungsabschnitt 671r, einen Schaltübergangszeitsteuerabschnitt 671s, einen EIN-Zeitberechnungsabschnitt 671t und einen Ansteuersignalerzeugungsabschnitt 671u auf.
  • Der Abweichungsberechnungsabschnitt 671o ist ein Block, der eine Abweichung des Ziel-Ausgangsspannungswerts Vout* des elektrischen Leistungswandlers 6, der von außen eingegeben wird, von der tatsächlichen Ausgangsspannung Vout berechnet und ausgibt.
  • Der Spannungssteuerabschnitt 671p ist ein Block, der einen Wert als ein EIN-Zeitverhältnis für die FETs 61 und 62 ausgibt, indem er eine proportionale Integralberechnung der Abweichung des Ziel-Ausgangsspannungswerts Vout*, der durch den Abweichungsberechnungsabschnitt 671o ausgegeben wird, von der tatsächlichen Ausgangsspannung Vout durchführt.
  • Der Schaltübergangszeitmessabschnitt 671q und der Abweichungsberechnungsabschnitt 671r weisen jeweils dieselben Funktionen und Aufbauten wie der Schaltübergangszeitmessabschnitt 171b und der Abweichungsberechnungsabschnitt 171c der ersten Ausführungsform auf.
  • Der Schaltübergangszeitsteuerabschnitt 671s ist ein Block, der einen Wert als eine Schaltdauer ausgibt, indem er eine proportionale Integralberechnung der Abweichung des Ziel-Schaltübergangszeitwerts, der durch den Abweichungsberechnungsabschnitt 671r ausgegeben wird, von der tatsächlichen Schaltübergangszeit durchführt.
  • Hierbei ist die Schaltdauer eine Zeit zwischen fortlaufenden Befehlen zum Einschalten des FET 61.
  • Darüber hinaus sind die Schaltdauern ebenso eine Zeit zwischen fortlaufenden Befehlen zum Einschalten des FET 62.
  • Der EIN-Zeitberechnungsabschnitt 671t ist ein Block, der die EIN-Zeit der FETs 61 und 62 basierend auf dem EIN-Zeitverhältnis, das der Spannungssteuerabschnitt 671p ausgibt, und der Schaltdauer, die der Schaltübergangszeitsteuerabschnitt 671s ausgibt, berechnet und ausgibt.
  • Der Ansteuersignalerzeugungsabschnitt 671u ist ein Block, der das Ansteuersignal zum Ansteuern der FETs 61 und 62 basierend auf den EIN-Zeiten der FETs 61 und 62, die von dem EIN-Zeitberechnungsabschnitt 671t ausgegeben werden, erzeugt und ausgibt.
  • Die Ansteuerschaltungen 672 und 673, die in 16 gezeigt sind, weisen dieselben Funktionen und Aufbauten wie die Ansteuerschaltungen 172 und 173 der ersten Ausführungsform auf.
  • Nachstehend wird mit Bezug auf 16 und 17 ein Betrieb des elektrischen Leistungswandlers der sechsten Ausführungsform erklärt.
  • Da der Betrieb der Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 670, die in 16 gezeigt ist, derselbe wie der Betrieb der Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 170 der ersten Ausführungsform ist, wird eine Erklärung ausgelassen.
  • Betriebsweisen der Controller und der Ansteuerschaltungen werden erklärt.
  • Der Abweichungsberechnungsabschnitt 671o, der in 17 gezeigt ist, berechnet die Abweichung des Ziel-Ausgangsspannungswerts Vout* von der tatsächlichen Ausgangsspannung Vout, und gibt diese aus.
  • Der Spannungssteuerabschnitt 671p gibt einen Wert als das EIN-Zeitverhältnis der FETs 61 und 62 aus, indem er eine proportionale Integralberechnung der Abweichung des Ziel-Ausgangsspannungswerts Vout* von der tatsächlichen Ausgangsspannung Vout durchführt.
  • Der Schaltübergangszeitmessabschnitt 671q erlangt die Schaltübergangszeit durch Messen einer Pulsweite eines Pulssignals, das die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 670 ausgibt.
  • Der Abweichungsberechnungsabschnitt 671r berechnet die Abweichung des vorbestimmten Ziel-Schaltübergangszeitwerts von der tatsächlichen Schaltübergangszeit.
  • Der Schaltübergangszeitsteuerabschnitt 671s gibt einen Wert als eine Schaltdauer aus, indem er eine proportionale Integralberechnung der Abweichung des Ziel-Schaltübergangszeitwerts von der tatsächlichen Schaltübergangszeit durchführt.
  • Der Schaltübergangszeitsteuerabschnitt 671s verkürzt die Schaltdauer, wenn der Drosselstrom IL in der negativen Richtung größer als der optimale Wert ist.
  • Andererseits verlängert der Schaltübergangszeitsteuerabschnitt 671s die Schaltdauer, wenn der Drosselspulenstrom IL in der negativen Richtung kleiner als der optimale Wert ist.
  • Der EIN-Zeitberechnungsabschnitt 671t berechnet die EIN-Zeit der FETs 61 und 62 basierend auf dem EIN-Zeitverhältnis und der Schaltdauer, und gibt sie aus.
  • Der Ansteuersignalerzeugungsabschnitt 671u erzeugt das Ansteuersignal zum Ansteuern der FETs 61 und 62 basierend auf der EIN-Zeit für die FETs 61 und 62 und gibt dieses aus.
  • Die Ansteuerschaltungen 672 und 673, die in 16 gezeigt sind, schalten die FETs 61 und 62 jeweils basierend auf dem Ansteuersignal ein und schalten sie aus.
  • Wenn die Schaltdauer kurz wird, wird eine Dauer, in welcher der Drosselspulenstrom IL negativ ist, kurz, und der Drosselspulenstrom IL in der negativen Richtung wird klein.
  • Wenn andererseits die Schaltdauer lang wird, ist die Dauer, in welcher der Drosselspulenstrom IL negativ ist, lang, und der Drosselspulenstrom IL in der negativen Richtung wird groß.
  • Demzufolge wird die Schaltübergangszeit auf den Ziel-Schaltübergangszeitwert gesteuert. Das heißt der Drosselspulenstrom IL wird auf den optimalen Wert gesteuert.
  • Daher kann der elektrische Leistungswandler 6, der elektrische Leistung von der Hochspannungsbatterie B60 der Niederspannungsbatterie B61 zuführt, in dem derzeitigen kritischen Modus ohne Erfassung eines Drosselspulenstroms gesteuert werden.
  • Nachstehend werden Wirkungen des elektrischen Leistungswandlers der sechsten Ausführungsform erklärt.
  • Gemäß der sechsten Ausführungsform kann wie bei der ersten Ausführungsform der elektrische Leistungswandler 6, der ein Aufwärts-/Abwärts-Wandler ist, in dem derzeitigen kritischen Modus ohne Erfassung eines Drosselspulenstroms gesteuert werden. Darüber hinaus kann der Schaltverlust unterdrückt werden.
  • Gemäß der sechsten Ausführungsform erlangt die Steuerschaltung 67 das EIN-Zeitverhältnis basierend auf der Abweichung des Ziel-Ausgangsspannungswerts Vout* von der tatsächlichen Ausgangsspannung Vout, während sie die Schaltdauer basierend auf der Abweichung des Ziel-Schaltübergangszeitwerts von der tatsächlichen Schaltübergangszeit erlangt, und sie steuert die FETs 61 und 62 basierend auf dem erlangten EIN-Zeitverhältnis und der Schaltdauer.
  • Daher kann die Schaltübergangszeit auf den Ziel-Schaltübergangszeitwert gesteuert werden, während die Ausgangsspannung Vout auf den Ziel-Ausgangsspannungswert Vout* gesteuert werden kann.
  • Gemäß der sechsten Ausführungsform erlangt die Steuerschaltung 67 die EIN-Zeit basierend auf dem EIN-Zeitverhältnis und der Schaltdauer, und steuert die FETs 61 und 62 basierend auf der erlangten EIN-Zeit.
  • Daher kann die EIN-Zeit, zuverlässig erlangt werden, und die FETs 61 und 62 können zuverlässig basierend auf der EIN-Zeit gesteuert werden.
  • (Siebte Ausführungsform)
  • Nachstehend wird der elektrische Leistungswandler der siebten Ausführungsform erklärt.
  • In Bezug auf den elektrischen Leistungswandler der sechsten Ausführungsform erfasst der elektrische Leistungswandler der siebten Ausführungsform einen Ausgangsstrom und steuert den FET basierend auf dem erfassten Ausgangsstrom.
  • Zunächst wird mit Bezug auf 18 und 19 ein Aufbau des elektrischen Leistungswandlers der siebten Ausführungsform erklärt.
  • Ein elektrischer Leistungswandler 7, der in 18 gezeigt ist, ist eine Vorrichtung, die einen Gleichstrom, der von einer Hochspannungsbatterie B70 (Leistungszufuhr), die in einem Fahrzeug angebracht ist, zugeführt wird, in einen Niederspannungsgleichstrom umwandelt, und diesen einer Niederspannungsbatterie B71 (Last), die in dem Fahrzeug angebracht ist, zuführt, um die Niederspannungsbatterie B71 zu laden. Er ist ein sogenannter Abwärts-Typ eines Aufwärts-/Abwärts-Wandlers.
  • Der elektrische Leistungswandler 7 weist einen Glättungskondensator 70, einen FET 71 (Hauptschalter), einen FET 72 (synchroner Gleichrichtungsschalter), Entstörschaltungen 73 und 74, eine Drosselspule 75, einen Glättungskondensator 76 und eine Steuerschaltung 77 auf.
  • Der elektrische Leistungswandler 7 weist ferner einen Stromsensor 78 auf.
  • Die Aufbauten und Funktionen von dem Glättungskondensator 70, den FETs 71 und 72, den Entstörschaltungen 73 und 74, der Drosselspule 75 und dem Glättungskondensator 76 sind dieselben wie die Funktionen und Aufbauten von dem Glättungskondensator 60, den FETs 61 und 62, den Entstörschaltungen 63 und 64, der Drosselspule 65 und dem Glättungskondensator 66 der sechsten Ausführungsform.
  • Der Stromsensor 78 ist ein Element, das einen Ausgangsstrom Iout des elektrischen Leistungswandlers 7 erfasst. Der Stromsensor 78 ist in einer Verdrahtung angeordnet, die ein Ende der Drosselspule 75 und einen positiven Anschluss der Niederspannungsbatterie B71 verbindet, und er ist mit der Steuerschaltung 77 verbunden.
  • Die Steuerschaltung 77 ist eine Schaltung, welche die FETs 71 und 72 steuert. Die Steuerschaltung 77 steuert die FETs 71 und 72 basierend auf einem Ziel-Ausgangsspannungswerts Vout* und einem Ziel-Ausgangsstromwert Iout* des elektrischen Leistungswandlers 7, der von außen eingegeben wird, erfassten Eingangs- und Ausgangsspannungen Vin und Vout und einem Ausgangsstromwert Iout des elektrischen Leistungswandlers 7, und einer Schaltübergangszeit.
  • Hierbei ist die Schaltübergangszeit eine Zeit, welche die Spannung zwischen der Source und dem Drain des FET 71 (Queranschlussspannung) benötigt, um eine Schwellwertspannung Vth zu erreichen, nachdem dem FET 72 befohlen wird, auszuschalten, und sie ist ähnlich wie diejenige der ersten Ausführungsform ausgelegt.
  • Die Steuerschaltung 77 weist eine Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 770, einen Controller 771 und Ansteuerschaltungen 772 und 773 auf.
  • Die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 770 weist dieselbe Funktion und den Aufbau wie die Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 670 der sechsten Ausführungsform auf.
  • Der Controller 771 ist eine Schaltung, welche die Ansteuersignale der FETs 71 und 72 basierend auf dem Ziel-Ausgangsspannungswert Vout*, dem Ziel-Ausgangsstromwert Iout*, den Eingangs- und Ausgangsspannungen Vin und Vout, dem Ausgangsstromwert Iout und der Schaltübergangszeit erzeugt und ausgibt. Der Controller 771 wird durch einen Mikrocomputer und ein Programm gebildet.
  • Wie in 19 gezeigt ist, weist der Controller 771 einen Abweichungsberechnungsabschnitt 771o, einen Spannungssteuerabschnitt 771p, einen Schaltübergangszeitmessabschnitt 771q, einen Abweichungsberechnungsabschnitt 771r, einen Schaltübergangszeitsteuerabschnitt 771s, einen EIN-Zeitberechnungsabschnitt 771t und einen Ansteuersignalerzeugungsabschnitt 771u auf.
  • Ferner weist der Controller 771 einen Auswahlabschnitt 771v, einen Abweichungsberechnungsabschnitt 771w und einen Stromsteuerabschnitt 771x auf.
  • Der Abweichungsberechnungsabschnitt 771o weist dieselbe Funktion und den Aufbau wie der Abweichungsberechnungsabschnitt 671o der sechsten Ausführungsform auf.
  • Der Spannungssteuerabschnitt 771p ist ein Block, der einen Wert als einen Ziel-Ausgangsstromwert ausgibt, indem er eine proportionale Integralberechnung der Abweichung des Ziel-Ausgangsspannungswerts Vout*, der durch den Abweichungsberechnungsabschnitt 771o von der tatsächlichen Ausgangsspannung Vout durchführt.
  • Der Auswahlabschnitt 771v ist ein Block, der unter dem Ziel-Ausgangsstromwert, der durch den Spannungssteuerabschnitt 771p ausgegeben wird, und dem Ziel-Ausgangsstromwert Iout*, der von außen eingegeben wird, einen kleineren als einen neuen Ziel-Ausgangsstromwert auswählt und diesen ausgibt.
  • Der Abweichungsberechnungsabschnitt 771w ist ein Block, der die Abweichung des neuen Ziel-Ausgangsstromwerts, den der Auswahlabschnitt 771v ausgibt, aus dem tatsächlichen Ausgangsstrom Iout des elektrischen Leistungswandlers 7, den der Stromsensor 78 erfasst, berechnet.
  • Der Stromsteuerabschnitt 771x ist ein Block, der einen Wert als ein EIN-Zeitverhältnis für die FETs 71 und 72 ausgibt, indem er eine proportionale Integralberechnung einer Abweichung des neuen Ziel-Ausgangsstromwerts, den der Abweichungsberechnungsabschnitt 771w ausgibt, von dem tatsächlichen Ausgangsstrom Iout durchführt.
  • Der Schaltübergangszeitmessabschnitt 771q, der Abweichungsberechnungsabschnitt 771r und der Schaltübergangszeitsteuerabschnitt 771s weisen dieselben Funktionen und Aufbauten wie der Schaltübergangszeitmessabschnitt 671q, der Abweichungsberechnungsabschnitt 671r und der Schaltübergangszeitsteuerabschnitt 671s der sechsten Ausführungsform auf.
  • Der EIN-Zeitberechnungsabschnitt 771t ist ein Block, der die EIN-Zeit für die FETs 71 und 72 basierend auf dem EIN-Zeitverhältnis, das der Spannungssteuerabschnitt 771x ausgibt, und der Schaltdauer, die der Schaltübergangszeitsteuerabschnitt 771s ausgibt, berechnet und ausgibt.
  • Der Ansteuersignalerzeugungsabschnitt 771u ist ein Block, der das Ansteuersignal zum Ansteuern der FETs 71 und 72 basierend auf den EIN-Zeiten für die FETs 71 und 72, die von dem EIN-Zeitberechnungsabschnitt 771t ausgegeben werden, erzeugt und ausgibt.
  • Die Ansteuerschaltungen 772 und 773, die in 18 gezeigt sind, weisen dieselben Funktionen und Auftauten wie die Ansteuerschaltungen 672 und 673 der sechsten Ausführungsform auf.
  • Nachstehend werden mit Bezug auf 18 und 19 Betriebsweisen des elektrischen Leistungswandlers der siebten Ausführungsform erklärt.
  • Da der Betrieb der Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 770, die in 18 gezeigt ist, derselbe wie der Betrieb der Schaltübergangszeit-Erfassungsschaltung 670 der sechsten Ausführungsform ist, wird eine Erklärung ausgelassen.
  • Betriebsweisen des Controllers und der Ansteuerschaltung werden erklärt.
  • Der Spannungssteuerabschnitt 771p, der in 19 gezeigt ist, gibt den Wert als den Ziel-Ausgangsstromwert aus, indem er eine proportionale Integralberechnung der Abweichung des Ziel-Ausgangsspannungswerts Vout* von der tatsächlichen Ausgangsspannung Vout durchführt.
  • Der Auswahlabschnitt 771v wählt unter dem Ziel-Ausgangsstromwert, der durch den Spannungssteuerabschnitt 771p ausgegeben wird, und dem Ziel-Ausgangsstromwert Iout*, der von außen eingegeben wird, den kleineren als den neuen Ziel-Ausgangsstromwert aus, und gibt diesen aus.
  • Der Abweichungsberechnungsabschnitt 771w berechnet die Abweichung des neuen Ziel-Ausgangsstromwerts von dem tatsächlichen Ausgangsstrom Iout und gibt diesen aus.
  • Der Stromsteuerabschnitt 771x gibt den Wert als das neue EIN-Zeitverhältnis für die FETs 71 und 72 aus, indem er die proportionale Integralberechnung der Abweichung des neuen Ziel-Ausgangsstromwerts von dem tatsächlichen Ausgangsstrom Iout durchführt.
  • Das heißt im Gegensatz zu dem Controller 671 der sechsten Ausführungsform wird das EIN-Zeitverhältnis für die FETs 71 und 72 unter Berücksichtigung des Ziel-Ausgangsstromwerts und des Ausgangsstroms berechnet.
  • Der EIN-Zeitberechnungsabschnitt 771t berechnet die EIN-Zeit für die FETs 71 und 72 basierend auf dem EIN-Zeitverhältnis und der Schaltdauer und gibt diese aus.
  • Der Ansteuersignalerzeugungsabschnitt 771u erzeugt das Ansteuersignal zum Ansteuern der FETs 71 und 72 basierend auf der EIN-Zeit für die FETs 71 und 72, und gibt diese aus.
  • Die Ansteuerschaltungen 772 und 773, die in 18 gezeigt sind, schalten die FETs 71 und 72 jeweils basierend auf dem Ansteuersignal ein und schalten sie aus.
  • Demzufolge wird die Schaltübergangszeit auf den Ziel-Schaltübergangszeitwert gesteuert. Das heißt der Drosselspulenstrom IL wird auf den optimalen Wert gesteuert.
  • Daher kann der elektrische Leistungswandler 7, der elektrische Leistung von der Hochspannungsbatterie B70 der Niederspannungsbatterie B71 zuführt, in dem derzeitigen kritischen Modus ohne Erfassung eines Drosselspulenstroms gesteuert werden.
  • Nachstehend werden Wirkungen des elektrischen Leistungswandlers der siebten Ausführungsform erklärt.
  • Gemäß der siebten Ausführungsform kann wie bei der sechsten Ausführungsform der elektrische Leistungswandler 7, der ein Aufwärts-/Abwärts-Wandler ist, in dem derzeitigen kritischen Modus ohne Erfassung eines Drosselspulenstroms gesteuert werden. Darüber hinaus kann ein Schaltverlust unterdrückt werden.
  • Gemäß der siebten Ausführungsform steuert die Steuerschaltung 77 die FETs 71 und 72 basierend auf der Abweichung des Ziel-Ausgangsstromwerts Vout* von der tatsächlichen Ausgangsspannung Vout, dem Ziel-Ausgangsstromwert Iout* und dem Ausgangsstromwert Iout.
  • Daher kann die Ausgangsspannung Vout auf den Ziel-Ausgangsspannungswert Vout* gesteuert werden, und der Ausgangsstromwert Iout kann auf den Ziel-Ausgangsstromwert Iout* gesteuert werden.
  • Gemäß der siebten Ausführungsform wählt die Steuerschaltung 77 unter dem Ziel-Ausgangsstromwert, der basierend auf der Abweichung des Ziel-Ausgangsspannungswerts Vout* und der Ausgangsspannung Vout erlangt wird, und dem tatsächlichen Ziel-Ausgangsstromwert Iout*, der von außen eingegeben wird, einen kleineren als einen neuen Ziel-Ausgangsstromwert aus, und steuert die FETs 71 und 72 basierend auf der Abweichung eines neuen Ziel-Ausgangsstromwerts von dem tatsächlichen Ausgangsstrom Iout.
  • Daher kann die Ausgangsspannung Vout zuverlässig auf den Ziel-Ausgangsspannungswert Vout* gesteuert werden, und der Ausgangsstromwert Iout kann zuverlässig auf den Ziel-Ausgangsstromwert Iout* gesteuert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2013-070586 [0002]

Claims (12)

  1. Elektrischer Leistungswandler, aufweisend: eine Drosselspule (15, 25, 35, 45, 55, 65, 75); einen Hauptschalter (11, 22, 31, 32, 41, 51, 61, 71), der eine Leistungszufuhr zu der Drosselspule verbindet, indem er eingeschaltet wird, und Strom von der Leistungszufuhr der Drosselspule zuführt, um in der Drosselspule Energie zu speichern; einen synchronen Gleichrichtungsschalter (12, 21, 32, 31, 42, 52, 62, 72), der die Drosselspule mit einer Last verbindet, indem er während einer Dauer eingeschaltet wird, in welcher der Hauptschalter ausgeschaltet ist, und die Energie freisetzt, die in der Drosselspule gespeichert ist, um den Strom von der Drosselspule der Last zuzuführen; und eine Steuerschaltung (17, 27, 37, 47, 57, 67, 77), die mit dem Hauptschalter und dem synchronen Gleichrichtungsschalter verbunden ist, und den Hauptschalter und den synchronen Gleichrichtungsschalter steuert; wobei die Steuerschaltung eine Schaltübergangszeit erfasst, die einen Übergangszustand einer Queranschlussspannung des Hauptschalters zeigt, und den Hauptschalter und den synchronen Gleichrichtungsschalter basierend auf der erfassten Schaltübergangszeit steuert.
  2. Elektrischer Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung den Hauptschalter und den synchronen Gleichrichtungsschalter basierend auf einem Ziel-Ausgangsspannungswert, einer Ausgangsspannung und einer Abweichung eines Ziel-Schaltübergangszeitwerts von der tatsächlichen Schaltübergangszeit steuert.
  3. Elektrischer Leistungswandler nach Anspruch 2, wobei eine Schaltdauer basierend auf der Abweichung des Ziel-Schaltübergangszeitwerts von der tatsächlichen Schaltübergangszeit erlangt wird, während die Steuerschaltung (67, 77) ein EIN-Zeitverhältnis basierend auf einer Abweichung des -Ausgangsspannungswerts von der tatsächlichen Ausgangsspannung erlangt, und der Hauptschalter und der synchrone Gleichrichtungsschalter basierend auf dem erlangten EIN-Zeitverhältnis und der Schaltdauer gesteuert werden.
  4. Elektrischer Leistungswandler nach Anspruch 3, wobei die Steuerschaltung (67, 77) eine EIN-Zeit basierend auf dem EIN-Zeitverhältnis und der Schaltdauer erlangt, und den Hauptschalter und den synchronen Gleichrichtungsschalter basierend auf der erlangten EIN-Zeit steuert.
  5. Elektrischer Leistungswandler nach Anspruch 2, wobei die Steuerschaltung (17, 27, 37, 47, 57) das EIN-Zeitverhältnis, das basierend auf einer Eingangsspannung und einer Ausgangsspannung erlangt wird, durch einen EIN-Zeitverhältniskorrekturwert, der basierend auf der Abweichung des Ziel-Schaltübergangszeitwerts von der tatsächlichen Schaltübergangszeit erlangt wird, korrigiert, und den Hauptschalter und den synchronen Gleichrichtungsschalter basierend auf dem korrigierten EIN-Zeitverhältnis steuert.
  6. Elektrischer Leistungswandler nach Anspruch 2 oder 5, wobei die Steuerschaltung (17, 27, 37, 47, 57) den Hauptschalter und den synchronen Gleichrichtungsschalter basierend auf einer Abweichung des Ziel-Ausgangsspannungswerts von der tatsächlichen Ausgangsspannung steuert.
  7. Elektrischer Leistungswandler nach Anspruch 6, wobei die Steuerschaltung (17, 27, 37, 47, 57) ein EIN-Zeitverhältnis, das basierend auf der Abweichung des Ziel-Ausgangsspannungswerts von der tatsächlichen Ausgangsspannung korrigiert ist, in die EIN-Zeit umwandelt, und den Hauptschalter und den synchronen Gleichrichtungsschalter basierend auf der umgewandelten EIN-Zeit steuert.
  8. Elektrischer Leistungswandler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Steuerschaltung (47, 77) den Hauptschalter und den synchronen Gleichrichtungsschalter basierend auf einer Abweichung des Ziel-Ausgangsspannungswerts von der tatsächlichen Ausgangsspannung, einem Ziel-Ausgangsstromwert, der von außen eingegeben wird, und einem Ausgangsstrom steuert.
  9. Elektrischer Leistungswandler nach Anspruch 8, wobei die Steuerschaltung (47, 77) unter dem -Ausgangsstromwert, der basierend auf der Abweichung des Ziel-Ausgangsspannungswerts von der tatsächlichen Ausgangsspannung erlangt wird, und dem Ziel-Ausgangsstromwert, der von außen eingegeben wird, einen kleineren als einen neuen Ziel-Ausgangsstromwert auswählt, und den Hauptschalter und den synchronen Gleichrichtungsschalter basierend auf der Abweichung des neuen Ziel-Ausgangsstromwerts von dem tatsächlichen Ausgangsstrom steuert.
  10. Elektrischer Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Schaltübergangszeit eine Zeit ist, welche die Queranschlussspannung des Hauptschalters benötigt, um eine Schwellwertspannung zu erreichen, nachdem dem synchronen Gleichrichtungsschalter befohlen wird, auszuschalten.
  11. Elektrischer Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Hauptschalter (11, 22, 31, 32, 41, 61, 71) und der synchrone Gleichrichtungsschalter (12, 21, 32, 31, 42, 62, 72) in einer Reihenschaltung verbunden sind; ein Ende des Hauptschalters mit der Leistungszufuhr verbunden ist; ein Ende des synchronen Gleichrichtungsschalters mit der Last verbunden ist; und ein Reihenverbindungspunkt des Hauptschalters und des synchronen Gleichrichtungsschalters mit der Drosselspule verbunden ist.
  12. Elektrischer Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Drosselspule (55) ein Transformator ist, der eine primäre Wicklung und eine sekundäre Wicklung aufweist; ein Ende des Hauptschalters (51) mit der Leistungszufuhr verbunden ist und ein anderes Ende des Hauptschalters mit der primären Wicklung verbunden ist; und ein Ende des synchronen Gleichrichtungsschalters (52) mit der sekundären Wicklung verbunden ist und ein anderes Ende des synchronen Gleichrichtungsschalters mit der Last verbunden ist.
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