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DC-DC-WANDLER
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QUERVERWEIS AUF EINE VERWANDTE PATENTANMELDUNG
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Diese Anmeldung basiert auf der
Japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-233744 , die beim Japanischen Patentamt am 12. November 2013 eingereicht wurde und deren vollständiger Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen ist.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen DC-DC-Wandler, der eine Last mit einer elektrischen Spannung einer DC-Stromversorgung versorgt, dabei die Spannung der DC-Stromversorgung verstärkend oder heruntertransformierend. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen DC-DC-Wandler, der eine Bypass-Schaltung umfasst, die einen Stromversorgungspfad zu der Last während des Nichtverstärkens oder des Nichtheruntertransformierens ausbildet.
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STAND DER TECHNIK
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Beispielsweise ist ein DC-DC-Wandler in einem Fahrzeug als ein Stromversorgungsgerät installiert, das diverse Geräte und Schaltungen an Bord des Fahrzeugs mit einer Gleichspannung versorgt. Im Allgemeinen weist der DC-DC-Wandler eine Spannungsumwandlungsschaltung (Verstärkerschaltung oder heruntertransformierende Schaltung) auf, die mit einem Schaltelement und einer Induktivität ausgebildet ist. Der DC-DC-Wandler gibt eine Gleichspannung aus, die durch das Schalten der Spannung der DC-Stromversorgung mit hoher Geschwindigkeit verstärkt oder heruntertransformiert wird.
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In manchen DC-DC-Wandlern wird die Spannungsumwandlungsschaltung nur dann aktiviert, wenn das Verstärken oder Heruntertransformieren erforderlich ist, und die Last wird mit Strom nicht durch die Spannungsumwandlungsschaltung, sondern eine Bypass-Schaltung versorgt, wenn das Verstärken oder Heruntertransformieren nicht erforderlich ist. Schaltelemente, wie z. B. ein Relais oder ein FET (Feldeffekttransistor), sind in der Bypass-Schaltung vorgesehen.
Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichungen Nr. 2010-183755 ,
2010-174721 und
2013-74741 offenbaren Stromversorgungsvorrichtungen, die Bypass-Schaltungen umfassen.
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Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2010-183755 offenbart eine Stromversorgungsvorrichtung, die eine Steuerung derart durchführt, dass beide, die Spannungsumwandlungsschaltung und die Bypass-Schaltung, in einen Betriebszustand gesetzt werden, während zwischen einem ersten Zustand, in dem der Strom durch die Spannungsumwandlungsschaltung ausgegeben wird, und einem zweiten Zustand, in dem der Strom durch die Bypass-Schaltung ausgegeben wird, umgeschaltet wird.
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Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2010-174721 offenbart eine Anlaufsteuerungsvorrichtung, die einen Betriebsüberwachungsmonitor, der eine elektrische Spannung an einem Ausgangsanschluss der Bypass-Schaltung überwacht, sowie einen Controller umfasst, der eine Verstärkerschaltung ansteuert, um die Spannung am Ausgangsanschluss der Bypass-Schaltung auf einem vorbestimmten Niveau aufrechtzuerhalten.
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In einer Stromversorgungsschaltung, die in der
Japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2013-74741 offenbart ist, ist ein Gleichrichterschaltelement anstelle einer Gleichrichterdiode vorgesehen, und das Gleichrichterschaltelement wird angesteuert, um die Last mit der Spannung zu versorgen, während ein Bypass-Relais in einem AUS-Zustand aufrechterhalten wird, wenn die Maschine neugestartet wird.
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In der
Japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2013-74741 ist ein Thermistor in der Nähe des Gleichrichterschaltelements angeordnet, und eine Abnormalität des Gleichrichterschaltelements wird detektiert, wenn eine elektrische Spannung des Thermistors höher als ein Schwellenwert oder gleich diesem durch einen Temperaturanstieg des Gleichrichterschaltelements ist.
Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichungen Nr. 9-327120 und
2003-107123 schlagen ebenfalls vor, dass Temperatursensoren, wie z. B. der Thermistor, in der Nähe eines Elements vorgesehen sind, um die Abnormalität des Elements zu detektieren. In den
japanischen ungeprüften Patentveröffentlichungen Nr. 9-327120 und
2003-107123 detektiert der Temperatursensor einen Betriebsausfall einer Diode.
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Im DC-DC-Wandler, in dem der FET als das Schaltelement der Bypass-Schaltung verwendet wird, wird der FET in einen AN-Zustand gesetzt, um einen Strompfad von der DC-Stromversorgung bis zur Last durch den FET während einer Nichtumwandlung der Spannung zu bilden. Während der Nichtumwandlung der Spannung erzeugt der FET Wärme, die zu einem Temperaturanstieg führt, falls der Controller ein falsches Signal zum Setzen des FETs in den AUS-Zustand ausgibt und ein Strom weiterhin durch eine parallel an den FET angeschlossene parasitäre Diode fließt. Als Ergebnis verschlechtert sich der FET, und im schlimmsten Fall brennt der FET durch.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung stellen einen DC-DC-Wandler bereit, der eine Verschlechterung oder ein Durchbrennen eines Elements der Bypass-Schaltung verhindern kann, selbst wenn der Controller eine falsche Ausgabe produziert.
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Ein DC-DC-Wandler gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung umfasst: einen Eingangsanschluss, an den eine DC-Stromversorgung angeschlossen ist; einen Ausgangsanschluss, an den eine Last angeschlossen ist; eine Spannungsumwandlungsschaltung, die zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss vorgesehen ist, wobei die Spannungsumwandlungsschaltung die Last mit einer elektrischen Spannung der DC-Stromversorgung versorgt, wobei sie die Spannung der DC-Stromversorgung verstärkt oder heruntertransformiert; eine Bypass-Schaltung, die ein Schaltelement umfasst, das parallel zur Spannungsumwandlungsschaltung vorgesehen ist, wobei die Bypass-Schaltung die Last mit der Spannung der DC-Stromversorgung nicht durch die Spannungsumwandlungsschaltung, sondern durch das Schaltelement versorgt, wenn das Schaltelement in einem AN-Zustand ist; eine Ansteuerungsschaltung, die zum AN- und AUS-Schalten des Schaltelements ausgelegt ist; einen Controller, der zum Ausgeben eines Steuersignals ausgelegt ist, um die Spannungsumwandlungsschaltung und die Ansteuerungsschaltung zu steuern; und einen Temperaturdetektor, der zum Detektieren einer Temperatur einer Diode ausgelegt ist, wobei die Diode parallel zum Schaltelement derart angeschlossen ist, dass sie in einer Vorwärtsrichtung bezüglich der DC-Stromversorgung ausgerichtet ist. An dieser Stelle erhält die Ansteuerungsschaltung das Schaltelement im AN-Zustand unabhängig vom Steuersignal des Controllers aufrecht, wenn der Temperaturdetektor eine Temperatur höher als ein vorbestimmter Wert oder gleich diesem detektiert.
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In der obigen Ausgestaltung fließt der elektrische Strom während des Nichtumwandelns der Spannung, wenn der Controller fälschlicherweise das Steuersignal an die Ansteuerungsschaltung zum Versetzen des Schaltelements der Bypass-Schaltung in den AUS-Zustand ausgibt, durch die Diode, die parallel zum Schaltelement angeschlossen ist. Daher steigt die Temperatur der Diode an. Die Temperatur der Diode wird vom Temperaturdetektor detektiert. Wenn die Temperatur der Diode höher als ein vorbestimmter Wert oder gleich diesem ist, wird das Schaltelement in den AN-Zustand gesetzt. Daher wird vom Schaltelement ein Bypass-Pfad gebildet, und der Strom fließt nicht weiterhin durch die Diode, was eine Verschlechterung oder ein Durchbrennen des Schaltelements aufgrund der Wärmeerzeugung der Diode zu verhindern erlaubt.
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Im erfindungsgemäßen DC-DC-Wandler kann der Temperaturdetektor ein Thermistor mit der Eigenschaft, dass ein Widerstandswert bei steigender Temperatur abnimmt, sein. In diesem Fall kann die Ansteuerungsschaltung einen Transistor umfassen, der durch ein vom Controller ausgegebenes Steuersignal in einen AN-Zustand gesetzt wird, und der Thermistor kann zwischen einer Basis und einem Emitter des Transistors angeschlossen sein.
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Im erfindungsgemäßen DC-DC-Wandler kann der Temperaturdetektor ein Thermistor mit der Eigenschaft, dass ein Widerstandswert bei steigender Temperatur zunimmt, sein. In diesem Fall kann die Ansteuerungsschaltung einen Transistor umfassen, der durch ein vom Controller ausgegebenes Steuersignal in einen AN-Zustand gesetzt wird, und der Thermistor kann zwischen einer Basis des Transistors und dem Controller angeschlossen sein.
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Im erfindungsgemäßen DC-DC-Wandler kann das Schaltelement ein FET sein, und die Diode kann eine parasitäre Diode des FETs sein. Eine parasitäre Diode des FETs kann dabei insbesondere eine intrinsische parasitäre Struktur des FETs darstellen. Alternativ hierzu kann ein anderartiges Schaltelement, wie z. B. ein Transistor oder ein Relais, vorgesehen sein und/oder die parallel zum Schaltelement angeschlossene Diode ein zusätzlich vorgesehenes Bauelement der Schaltung sein.
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Ausführungsformen der Erfindung können einen DC-DC-Wandler bereitstellen, der eine Verschlechterung oder ein Durchbrennen eines Elements der Bypass-Schaltung verhindern kann, selbst wenn der Controller eine falsche Ausgabe abgibt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Schaltbild, das einen DC-DC-Wandler gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
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2 ist ein Schaltbild, das Einzelheiten einer Verstärkerschaltung darstellt;
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3 ist ein Schaltbild, das einen Strompfad während des Nichtverstärkens in einem Normalbetrieb darstellt;
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4 ist ein Schaltbild, das einen Strompfad während des Verstärkens im Normalbetrieb darstellt;
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5A bis 5E sind Zeitdiagramme zur Erläuterung der Betriebe in 3 und 4;
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6 ist ein Schaltbild, das einen Strompfad in einem anormalen Zustand darstellt;
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7 ist ein Schaltbild, das einen Strompfad in einem anormalen Zustand darstellt;
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8A bis 8G sind Zeitdiagramme zur Erläuterung der Betriebe in 6 und 7;
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9 ist ein Schaltbild, das einen DC-DC-Wandler gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen werden identische oder entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In dargestellten Ausführungsbeispielen nach der Erfindung werden zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, um ein möglichst gründlichen Verständnis der Erfindung zu ermöglichen. Es wird allerdings für einen Fachmann auf dem Gebiet erkennbar sein, dass die Erfindung auch ohne diese spezifischen Einzelheiten ausgeführt werden kann. An anderen Stellen sind wohl bekannte Merkmale nicht ins Detail beschrieben worden, um eine Verschleierung der Erfindung zu vermeiden. Rein beispielhaft wird ein DC-DC-Wandler beschrieben, der in einem Fahrzeug installiert ist.
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Eine Ausgestaltung eines DC-DC-Wandlers wird mit Bezug auf 1 beschrieben. Ein DC-DC-Wandler 100 ist zwischen einer DC-Stromversorgung 10 und einer Last 20 vorgesehen und umfasst eine Verstärkerschaltung 1, eine Bypass-Schaltung 2, eine Ansteuerungsschaltung 3, eine Hauptprozessoreinheit (Englisch: central processing unit) CPU 4 und Anschlüsse T1 bis T4. Die DC-Stromversorgung 10 ist eine Fahrzeugbatterie. Die Last 20 ist ein an Bord der Fahrzeugs installiertes Gerät, das von der DC-Sromversorgung 10 mit elektrischem Strom versorgt wird.
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Eine positive Elektrode der DC-Stromversorgung 10 ist an den Eingangsanschluss T1 angeschlossen, und eine negative Elektrode der DC-Stromversorgung 10 ist an den Erdungsanschluss T3 angeschlossen. Der Erdungsanschluss T3 ist an eine Erdung G angeschlossen. Ein Ende der Last 20 ist an den Ausgangsanschluss T4 angeschlossen, und das andere Ende der Last 20 ist an die Erdung G angeschlossen. Der Außenanschluss T2 ist an ein Gerät höherer Ordnung, wie z. B. eine elektronische Steuerungseinheit ECU (Englisch: Electronic Control Unit), angeschlossen.
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Die Verstärkerschaltung 1 ist zwischen dem Eingangsanschluss T1 und dem Ausgangsanschluss T4 vorgesehen und verstärkt eine elektrische Spannung der DC-Stromversorgung 10, um die Last 20 mit der Spannung zu versorgen. 2 stellt ein Beispiel der Verstärkerschaltung 1 dar. Die Verstärkerschaltung 1 umfasst eine Induktivität L, einen verstärkenden Feldeffekttransistor FET2 (nachfolgend einfach als „FET2” bezeichnet), eine Gleichrichterdiode D3 und einen glättenden Kondensator C.
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Der FET2, der von einem N-Kanal-MOSFET gebildet ist, ist zwischen einem Verbindungspunkt der Induktivität L und der Diode D3 und der Erdung G vorgesehen. Ein Drain-Anschluss d des FET2 ist an den Verbindungspunkt angeschlossen, und ein Source-Anschluss s des FET2 ist an die Erdung G geerdet. Ein Gate-Anschluss g des FET2 ist an die CPU 4 angeschlossen (siehe 1). Eine Diode D2 ist parallel an den FET2 derart angeschlossen, dass sie in einer umgekehrten Richtung bezüglich der DC-Stromversorgung 10 ausgerichtet ist. Die Diode D2 ist eine parasitäre Diode zwischen dem Drain-Anschluss d und dem Source-Anschluss s.
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Die Bypass-Schaltung 2 versorgt die Last 20 mit der Spannung der DC-Stromversorgung 10, ohne dass diese die Verstärkerschaltung 1 durchläuft, während des Nichtverstärkens. Die Bypass-Schaltung 2 ist parallel zur Verstärkerschaltung 1 vorgesehen. Die Bypass-Schaltung 2 umfasst einen Bypass-Feldeffekttransistor FET1 (nachfolgend einfach als „FET1” bezeichnet) und einen elektrischen Widerstand R1. Ein Drain-Anschluss d des FET1 ist an den Eingangsanschluss T1 angeschlossen, und ein Source-Anschluss s des FET1 ist an den Ausgangsanschluss T4 angeschlossen. Ein Gate-Anschluss g des FET1 ist an die Ansteuerungsschaltung 3 angeschlossen. Der elektrische Widerstand R1 ist zwischen dem Source-Anschluss s und dem Gate-Anschluss g des FET1 angeschlossen.
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Der FET1 ist ein P-Kanal-MOSFET. Eine Diode D1 ist parallel an den FET2 derart angeschlossen, dass sie in einer Vorwärtsrichtung bezüglich der DC-Stromversorgung 10 ausgerichtet ist. Die Diode D1 ist eine parasitäre Diode zwischen dem Drain-Anschluss d und dem Source-Anschluss s.
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Die Ansteuerungsschaltung 3 schaltet den FET1 der Bypass-Schaltung 2 an oder aus. Die Ansteuerungsschaltung 3 umfasst Transistoren Q1 und Q2 und elektrische Widerstände R2 bis R6. Ein Kollektor des Transistors Q1 ist an den Eingangsanschluss T1 durch den elektrischen Widerstand R2 angeschlossen und ist an eine Basis des Transistors Q2 durch den elektrischen Widerstand R5 angeschlossen. Ein Emitter des Transistors Q1 ist an die Erdung G geerdet. Eine Basis des Transistors Q1 ist an die CPU 4 durch den elektrischen Widerstand R4 angeschlossen.
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Ein Kollektor des Transistors Q2 ist an den Gate-Anschluss g des FET1 durch den elektrischen Widerstand R3 angeschlossen. Ein Emitter des Transistors Q2 ist an die Erdung G geerdet. Der elektrische Widerstand R6 ist zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Q2 angeschlossen.
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Ein Thermistor TH1 ist an die Basis und den Emitter des Transistors Q1 angeschlossen. Der Thermistor TH1 ist in der Nähe des FET1 auf der Elektronikplatine (nicht dargestellt) angeordnet, um die Temperatur der Diode D1 zu detektieren. In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ist der Thermistor TH1 ein NTC-Thermistor (mit negativem Temperaturkoeffizienten; Englisch: Negative Temperature Coefficient) mit einer Eigenschaft, dass ein Widerstandswert bei steigender Temperatur abnimmt.
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Die CPU 4 kann einen Mikrocomputer darstellen und gibt ein Steuersignal aus, um die Verstärkerschaltung 1 und die Ansteuerungsschaltung 3 zu steuern. Die CPU 4 führt Kommunikation mit einem Gerät höherer Ordnung (etwa einem Host, nicht dargestellt) durch den Außenanschluss T2 durch. Befehlssignale, wie z. B. ein Verstärkungsbefehl, werden vom Gerät höherer Ordnung am Außenanschluss T2 eingegeben.
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In der obigen Ausgestaltung ist die Verstärkerschaltung 1 ein Beispiel der „Spannungsumwandlungsschaltung” in einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die CPU 4 ist ein Beispiel des „Controllers” in einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der FET1 ist ein Beispiel des „Schaltelements” in einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der Thermistor TH1 ist ein Beispiel des „Temperaturdetektors” in einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Ein Betrieb des DC-DC-Wandlers 100 mit der obigen Ausgestaltung wird unten beschrieben. Der Betrieb des DC-DC-Wandlers 100 während eines Normalbetriebs wird mit Bezug auf die 3 bis 5E beschrieben.
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3 stellt einen Strompfad während des Nichtverstärkens dar. Während des Nichtverstärkens ist der Verstärkungsbefehl dem Außenanschluss T2 vom Gerät höherer Ordnung nicht zugeführt. In solchen Situationen gibt die CPU 4 das Steuersignal zum Ansteuern des FET2 (2) an die Verstärkerschaltung 1 nicht aus. Demgemäß ist der FET2 in der Verstärkerschaltung 1 in einen AUS-Zustand gesetzt, und ein Verstärkungsvorgang wird nicht durchgeführt. Die CPU 4 gibt ein Steuersignal einer L-(Niedrig-, Englisch: Low-)Stufe an die Ansteuerungsschaltung 3 aus. Daher ist der Transistor Q1 in einen AUS-Zustand gesetzt, und der Transistor Q2 ist in einen AN-Zustand gesetzt. Durch den AN-Zustand des Transistors Q2 ist ein Potential am Gate-Anschluss g des FET1 der Bypass-Schaltung 2 niedriger gesenkt als ein Potential am Source-Anschluss s, wodurch der FET1 in den AN-Zustand gesetzt wird. Als Ergebnis bildet sich ein Strompfad, wie durch einen dicken Pfeil in 3 angedeutet, und eine Gleichspannung, die nicht verstärkt ist, wird der Last 20 von der DC-Stromversorgung 10 durch den Eingangsanschluss T1, den FET1 und den Ausgangsanschluss T4 zugeführt.
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4 stellt den Strompfad während des Verstärkens dar. Während des Verstärkens ist ein Verstärkungsbefehl dem Außenanschluss T2 vom Gerät höherer Ordnung zugeführt. Als Antwort auf den Verstärkungsbefehl gibt die CPU 4 ein Steuersignal an die Verstärkerschaltung 1 aus, um den FET2 (siehe 2) anzusteuern. Das Steuersignal ist ein PWM-(Pulsweitenmodulations-)Signal und wird dem Gate-Anschluss g des FET2 zugeführt. Daher führt der FET2 einen Schaltvorgang durch. Eine hohe elektrische Spannung wird durch den Schaltvorgang an der Induktivität L erzeugt, die von der Diode D3 gleichgerichtet und vom Kondensator C geglättet wird, um zu einer verstärkten Gleichspannung zu werden. Als Ergebnis bildet sich während des Verstärkens ein Strompfad, der in 4 durch einen dicken Pfeil angedeutet ist, und eine verstärkte Gleichspannung wird der Last 20 von der DC-Stromversorgung 10 durch den Eingangsanschluss T1, die Verstärkerschaltung 1 und den Ausgangsanschluss T4 zugeführt.
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Die CPU 4 gibt auch ein Steuersignal einer H-(Hoch-, Englisch: High-)Stufe an die Ansteuerungsschaltung 3 während des Verstärkens aus. Wegen des hohen Widerstandswerts des Thermistors TH1 im Normalbetriebszustand ist der Transistor Q1 durch das der Basis zugeführte Signal der H-Stufe in einen AN-Zustand gesetzt. Wenn der Transistor Q1 in den AN-Zustand gesetzt ist, nimmt das Potential an der Basis des Transistors Q2 ab, um den Transistor Q2 in den AUS-Zustand zu setzten. Das Potential am Gate-Anschluss g des FET1 der Bypass-Schaltung 2 ist durch den AUS-Zustand des Transistors Q2 höher angehoben, als das Potential am Source-Anschluss s, wodurch der FET1 in den AUS-Zustand gesetzt wird. Als Ergebnis bildet sich ein Strompfad von der DC-Stromversorgung 10 bis zur Last 20 durch die Bypass-Schaltung 2 nicht aus.
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5A bis 5E sind Zeitdiagramme, die den obigen Normalbetrieb darstellen. 5A stellt das Vorliegen oder Nichtvorliegen des Verstärkungsbefehls dar, der dem Außenanschluss T2 vom Gerät höherer Ordnung zugeführt wird. 5B stellt das Steuersignal dar, das der Ansteuerungsschaltung 3 von der CPU 4 zugeführt wird. 5C bis 5E stellen die AN- und AUS-Zustände des Transistors Q1, des Transistors Q2 und des FET1 dar.
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Ein Betrieb im Falle, dass eine Abnormalität in der CPU 4 erzeugt ist, wird mit Bezug auf 6 bis 8G beschrieben.
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6 stellt einen Zustand dar, in dem die CPU 4 fälschlicherweise ein Steuersignal der H-Stufe ausgibt, obwohl der Verstärkungsbefehl dem Außenanschluss T2 nicht zugeführt ist. An dieser Stelle, da der Thermistor TH1 immer noch den hohen Widerstandswert hat, ist der Transistor Q1 in den AN-Zustand gesetzt, während der Transistor Q2 ähnlich zu dem Fall in 4 in den AUS-Zustand gesetzt ist. Demgemäß ist der FET1 der Bypass-Schaltung 2 in den AUS-Zustand gesetzt. Andererseits gibt die CPU 4 das Steuersignal (PWM-Signal), das den FET2 ansteuert, an die Verstärkerschaltung 1 nicht aus. Demgemäß führt die Verstärkerschaltung 1 den Verstärkungsvorgang nicht durch. Als Ergebnis bildet sich ein Strompfad, der in 6 durch einen dicken Pfeil angedeutet ist, von der DC-Stromversorgung 10 bis zur Last 20 durch den Eingangsanschluss T1, die Diode D1 und den Ausgangsanschluss T4.
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An dieser Stelle erzeugt die Diode D1 Wärme durch einen elektrischen Strom, der durch die Diode D1 fließt. Der Thermistor TH1, der in der Nähe des FET1 vorgesehen ist, detektiert die Temperatur der Diode D1. Wie oben beschrieben, da der Widerstandswert des Thermistors TH1 bei steigender Temperatur der Diode D1 abnimmt, dient der Widerstandswert als ein Detektionswert des Thermistors TH1. Wenn der Thermistor TH1 eine Temperatur detektiert, die höher als ein vorbestimmter Wert oder gleich diesem ist, nämlich, wenn der Widerstandswert des Thermistors TH1 bis zu einem bestimmten Wert abnimmt, wird der Transistor Q1 in den AUS-Zustand gesetzt, wie in 7 dargestellt. Insbesondere, und obwohl die CPU 4 das Steuersignal der H-Stufe ausgibt, ist das Basispotential am Transistor Q1 niedriger als ein Basispotential (AN-Schwellenwert), das zum Setzen des Transistors in den AN-Zustand erforderlich ist, weil der Widerstandswert des Thermistors TH1 abnimmt. Daher wird der Transistor Q1 in den AUS-Zustand gesetzt.
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Wie in 7 dargestellt, wenn der Transistor Q1 in den AUS-Zustand gesetzt ist, ist der Transistor Q2 in den AN-Zustand gesetzt, und der FET1 der Bypass-Schaltung 2 ist ebenfalls in den AN-Zustand gesetzt. Daher schaltet der Strompfad, der durch den dicken Pfeil in 6 angedeutet ist, zu einem Strompfad, der durch einen dicken Pfeil in 7 angedeutet ist, um. Als Ergebnis, ähnlich zu dem Fall in 3, wird die Gleichspannung, die nicht verstärkt ist, der Last 20 von der DC-Stromversorgung 10 durch den FET1 zugeführt.
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Wenn im Falle der 6 der Strom, der durch die Diode D1 fließt, so gelassen wird wie er ist, wird der FET1 aufgrund der Wärmeerzeugung der Diode D1 hohen Temperaturen ausgesetzt. Im Falle dass der FET1 sich aufgrund der Wärme verschlechtert, brennt der FET1 manchmal im schlimmsten Falle durch. Andererseits detektiert der Thermistor TH1 in einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung, wie oben beschrieben, dass die Temperatur der Diode D1 höher als der vorbestimmte Wert oder gleich diesem ist, und der Transistor Q1 wird in den AUS-Zustand gesetzt, unabhängig vom H-Stufensignal von der CPU 4. Daher fließt der elektrische Strom nicht durch die Diode D1, weil der FET1 in den AN-Zustand gesetzt ist, um den Strompfad in 7 zu bilden. Als Ergebnis kann eine Verschlechterung oder ein Durchbrennen des FET1 aufgrund der Wärmeerzeugung der Diode D1 verhindert werden.
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8A bis 8G sind Zeitdiagramme, die den obigen anormalen Betrieb darstellen. Im Zustand, in dem der Verstärkungsbefehl vom Gerät höherer Ordnung nicht ausgegeben ist, wie in 8A dargestellt, und wenn die CPU 4 fälschlicherweise das H-Stufensignal zu einem Zeitpunkt t1 ausgibt, wie in 8B dargestellt, wird der Transistor Q1 in den AN-Zustand gesetzt, der Transistor Q2 wird in den AUS-Zustand gesetzt, und der FET1 wird in den AUS-Zustand gesetzt, wie in 8C bis 8E dargestellt. Daher fließt der elektrische Strom durch die Diode D1, und die Diode D1 erzeugt die Wärme, die den Widerstandswert des Thermistors TH1 senkt, wie in 8F dargestellt. Andererseits steigt der Schwellenwert des Basispotentials (AN-Schwellenwert), das zum Setzen des Transistors Q1 in den AN-Zustand erforderlich ist, umgekehrt zum Widerstandswert des Thermistors TH1 an, wie in 8G dargestellt.
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Wenn der Widerstandswert des Thermistors TH1 zu einem Zeitpunkt t2 bis zu einem bestimmten Wert abnimmt, wie in 8F dargestellt, übersteigt der AN-Schwellenwert des Transistors Q1 eine Spannung Vp (beispielsweise 5 V) des H-Stufensignals, das von der CPU 4 ausgegeben wird, wie in 8G dargestellt. Daher wird, wie in 8C bis 8E dargestellt, der Transistor Q1 in den AUS-Zustand gesetzt, der Transistor Q2 wird in den AN-Zustand gesetzt und der FET1 wird in den AN-Zustand gesetzt. Dann, da der Strom nicht durch die Diode D1 fließt, nimmt der AN-Schwellenwert des Transistors Q1 graduell ab, während der Widerstandswert des Thermistors TH1 graduell steigt. In diesem Fall wird der FET1 zu einem Zeitpunkt, zu dem der AN-Schwellenwert bis zu der Spannung Vp abnimmt, erneut in den AUS-Zustand gesetzt, wenn die CPU 4 das H-Stufensignal ausgibt. Allerdings wird der FET1, ähnlich zu dem Fall zum Zeitpunkt t2, durch den Temperaturanstieg der Diode D1 in den AN-Zustand gesetzt. Dann wiederholt sich der Ablauf, und die Diode D1 wird nicht überhitzt, weil der elektrische Strom nicht ununterbrochen durch die Diode D1 fließt.
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Wie oben beschrieben, in einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung, während des Nichtverstärkens und wenn die CPU 4 fälschlicherweise das Steuersignal (H-Stufensignal) an die Ansteuerungsschaltung 3 ausgibt, um den FET1 der Bypass-Schaltung 2 in den AUS-Zustand zu setzen, fließt der Strom durch die Diode D1, die parallel zum FET1 angeschlossen ist. Daher steigt die Temperatur der Diode D1. Die Temperatur der Diode D1 wird vom Thermistor TH1 detektiert. Wenn die Temperatur der Diode D1 höher als der vorbestimmte Wert oder gleich diesem ist, wird der FET1 in den AN-Zustand gesetzt. Daher bildet sich der Bypass-Pfad durch den FET1, und der Strom fließt nicht mehr durch die Diode D1, was es ermöglicht, eine Verschlechterung oder ein Durchbrennen des FET1 aufgrund der Wärmeerzeugung der Diode D1 zu verhindern.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung ist der Thermistor TH1, wie beschrieben, zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Q1 angeschlossen, und der Transistor Q1 kann automatisch in den AUS-Zustand gesetzt werden, um den FET1 in den AN-Zustand zu setzen, wenn die Temperatur der Diode D1 höher als der vorbestimmte Wert oder gleich diesem ist. Daher ist eine Prozessierungsbelastung in der CPU 4 im Vergleich zu dem Fall reduziert, in dem der Detektionswert des Thermistors TH1 von der CPU 4 aufgenommen wird und mit dem Schwellenwert verglichen wird, und in dem die CPU 4 das Steuersignal ausgibt, um den FET1 in den AN-Zustand zu setzen, wenn der Detektionswert höher als der Schwellenwert ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, vielmehr können weitere Ausführungsformen insbesondere wie folgt verwirklicht werden.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiels wird ein NTC-Thermistor, in welchem der Widerstandswert mit steigender Temperatur abnimmt, als der Thermistor TH1 eingesetzt. Alternativ kann ein PTC-Thermistor (mit positivem Temperaturkoeffizienten; Englisch: Positive Temperature Coefficient), in dem der Widerstandswert bei steigender Temperatur steigt, statt des NTC-Thermistors eingesetzt werden. In diesem Fall kann ein PTC-Thermistor TH2, wie in 9 dargestellt, zwischen der Basis des Transistors Q1 und der CPU 4 angeschlossen sein, und ein elektrischer Widerstand R7 kann zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Q1 angeschlossen sein. Darüber hinaus sind Ausführungsformen der Erfindung nicht oder nicht nur auf einen Thermistor beschränkt, vielmehr kann beispielsweise auch ein Platinwiderstandstemperatursensor als der Temperaturdetektor eingesetzt werden.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind Transistoren Q1 und Q2 als Schaltelement(e) in der Ansteuerungsschaltung 3 eingesetzt. Alternativ kann – insbesondere jeweils – ein FET statt eines Transistors eingesetzt werden.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die gleichrichtende Diode D3 in der Verstärkerschaltung 1 vorgesehen. Alternativ kann ein Synchrongleichrichterschaltelement (FET), das im Gleichlauf mit dem FET2 in AN- und AUS-Zustände gesetzt wird, statt der gleichrichtenden Diode D3 vorgesehen sein.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der FET1, der die parasitäre Diode D1 umfasst, als das Schaltelement der Bypass-Schaltung 2 eingesetzt. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen solchen FET1 beschränkt. Beispielsweise können Schaltelemente, wie z. B. ein Transistor, ein IGBT (Bipolartransistor mit isolierte Gate-Elektrode, Englisch: Insulated Gate Bypolar Transistor) sowie ein Relais, statt des FET1 eingesetzt werden, und/oder eine Diode kann parallel zum Schaltelement angeschlossen sein.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verstärkerschaltung 1 als ein Beispiels der Spannungsumwandlungsschaltung genannt. Alternativ kann die Verstärkerschaltung 1 je nach Anforderungen an die zu umwandelnde Spannung durch eine heruntertransformierende Schaltung ersetzt werden.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der FET1 der Bypass-Schaltung 2 ein P-Kanal-FET. Alternativ kann der FET1 ein N-Kanal-FET sein. In diesem Fall kann die Ansteuerungsschaltung 3 entsprechend dem N-Kanal-FET geändert werden. Nicht nur der FET1 der Bypass-Schaltung 2, sondern auch der FET2 der Verstärkerschaltung 1 kann mit einem P-Kanal-FET ausgebildet sein.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist rein beispielhaft der DC-DC-Wandler 100, der in einem Fahrzeug installiert ist, beschrieben worden. Allerdings ist die Erfindung ebenfalls auf DC-DC-Wandler außer DC-DC-Wandlern, die in einem Fahrzeug installiert sind, anwendbar.
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Während die Erfindung in Bezug auf eine beschränkte Anzahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden Fachleute auf dem Gebiet in Kenntnis dieser Offenbarung erkennen, dass auch andere Ausführungsformen aufgestellt werden können, die nicht vom hierin dargestellten Umfang der Erfindung abweichen. Dementsprechend sollte der Umfang der Erfindung nur durch die angehängten Ansprüche beschränkt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verstärkerschaltung (bzw. Spannungsumwandlungsschaltung/Wandlerschaltung)
- 2
- Bypass-Schaltung
- 3
- Ansteuerungsschaltung (bzw. Treiberschaltung)
- 4
- CPU (bzw. Controller/Steuereinheit)
- 10
- DC-Stromversorgung
- 20
- Last
- 100
- DC-DC-Wandler
- D1
- Diode
- FETZ
- Feldeffekttransistor (bzw. Schaltelement)
- Q1, Q2
- Transistor
- TH1, TH2
- Thermistor (bzw. Temperaturdetektor/Temperaturfühlelement)
- T1
- Eingangsanschluss
- T4
- Ausgangsanschluss
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2013-233744 [0001]
- JP 2010-183755 [0004, 0005]
- JP 2010-174721 [0004, 0006]
- JP 2013-74741 [0004, 0007, 0008]
- JP 9-327120 [0008, 0008]
- JP 2003-107123 [0008, 0008]
