DE102015101673A1

DE102015101673A1 - Leistungswandler

Info

Publication number: DE102015101673A1
Application number: DE102015101673.7A
Authority: DE
Inventors: c/o DENSO CORPORATION Yamaguchi Nobuhisa; c/o DENSO CORPORATION Takahashi Masaya; c/o DENSO CORPORATION Arimura Seikoh
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2015-02-05
Publication date: 2015-08-13
Anticipated expiration: 2035-02-06
Also published as: DE102015101673B4; JP2015165762A; JP6361479B2

Abstract

Es ist bei einem Leistungswandler eine erste Einheit vorgesehen, um einen Hauptschalter und einen Synchrongleichrichtungsschalter ergänzend ein- und auszuschalten, derart, dass eine Schaltübergangszeit, die durch eine zweite Einheit erfasst wird, eine vorbestimmte Zielzeit wird. Eine dritte Einheit ist vorgesehen, um basierend auf einem ersten Parameter und einem zweiten Parameter einen Ausgangsstrom, der von einem Induktor zu einer Last fließt, während der Hauptschalter und der Synchrongleichrichtungsschalter durch die erste Einheit ergänzend ein- und ausgeschaltet werden, zu schätzen. Der erste Parameter weist mindestens entweder eine Ein-Dauer des Hauptschalters oder eine Ein-Dauer des Synchrongleichrichtungsschalters auf. Der zweite Parameter weist mindestens entweder eine Eingangsspannung von einer Leistungsquelle zu dem Leistungswandler oder eine Ausgangsspannung von dem Leistungswandler zu der Last auf.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Leistungswandler zum Wandeln einer Eingangsleistung in eine Ausgangsleistung.
HINTERGRUND
Es gibt einen Schaltregler als ein Beispiel von Leistungswandlern zum Wandeln einer Eingangs-DC-(= Direct Current = Gleichstrom)Spannung in eine Ausgleichsgleichstromspannung, die einen geregelten Pegel hat; der Schaltregler ist mit einem Stromtransformator zum Messen eines Eingangsstroms zu dem Schaltregler ausgestattet, um einen Ausgangsstrom von dem Schaltregler zu schätzen. Ein solcher Schaltregler ist in der japanischen Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 2012-090406 offenbart.
Der Schaltregler, der in der Patentveröffentlichung offenbart ist, ist genauer gesagt mit einem Stromtransformator, einer Eingangsspannung erfassenden Schaltung, einer Ausgangsspannung erfassenden Schaltung, einer gleichrichtenden und glättenden Schaltung, einem Schaltkreis und einer Steuerschaltung ausgestattet. Der Stromtransformator ist zwischen einer Eingangsgleichstromspannungsquelle und dem Schaltkreis angeordnet. Der Stromtransformator ist betriebsfähig, um einen Eingangsstrom, der durch die Primärspule desselben fließt, zu messen. Die Eingangsspannungsschaltung ist mit der Sekundärspule des Stromtransformators verbunden und betriebsfähig, um eine Sekundärspannung über der Sekundärspule zu messen.
Eine Eingangsspannung, die durch den Stromtransformator in den Schaltkreis eingegeben wird, wird über den Schaltkreis, der durch die Steuerschaltung gesteuert wird, in eine Pulsspannung gewandelt. Die Pulsspannung wird durch die gleichrichtende und glättende Schaltung gleichgerichtet und geglättet, sodass eine Ausgangsgleichstromspannung erzeugt wird, die in die eine Ausgangsspannung erfassende Schaltung eingegeben wird. Die eine Ausgangsspannung erfassende Schaltung misst die Ausgangsgleichstromspannung.
Die Steuerschaltung berechnet einen Tastfaktor und einen Durchschnittswert der Sekundärspannung, die über der Sekundärspule des Stromtransformators induziert wird und durch die eine Eingangsspannung erfassende Schaltung gemessen wird, gemäß dem Kurvenverlauf der Sekundärspannung. Die Steuerschaltung schätzt den Ausgangsstrom von dem Schaltregler gemäß dem Tastfaktor, dem Durchschnittswert der Sekundärspannung und der Ausgangsspannung, die durch die eine Ausgangsspannung erfassende Schaltung gemessen wird.
KURZFASSUNG
Der Schaltregler, der in der Patentveröffentlichung offenbart ist, muss jedoch den Stromtransformator als ein Beispiel von Stromsensoren zum Messen des Eingangsstroms in den Schaltregler vorsehen, um den Ausgangsstrom von dem Schaltregler zu schätzen. Dies kann die Zahl von Komponenten des Schaltreglers erhöhen, was in einer Erhöhung der Größe und des Aufwands des Schaltreglers resultiert.
Angesichts der im Vorhergehenden dargelegten Umstände strebt ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung danach, Leistungswandler zu schaffen, die entworfen sind, um sich dem im Vorhergehenden dargelegten Problem zu widmen.
Ein alternativer Aspekt der vorliegenden Offenbarung zielt genauer gesagt darauf ab, solche Leistungswandler zu schaffen, die fähig sind, einen Ausgangsstrom von den Leistungswandlern zu schätzen, während eine Erhöhung der Leistungswandler hinsichtlich der Größe und/oder des Aufwands beschränkt wird.
Gemäß einem exemplarischen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Leistungswandler geschaffen. Der Leistungswandler weist einen Induktor und einen Hauptschalter auf, der eine Leistungsquelle mit dem Induktor verbindet, wenn derselbe eingeschaltet ist, um dadurch den Induktor von der Leistungsquelle mit einem Strom zu versorgen, so dass eine Energie in den Induktor geladen wird. Der Leistungswandler weist einen Synchrongleichrichtungsschalter auf, der den Induktor mit einer Last verbindet, wenn derselbe während eines Aus-Zustands des Hauptschalters eingeschaltet ist, um dadurch die Energie von dem Induktor zu entladen, sodass die Last von dem Induktor mit einem Strom versorgt wird. Der Leistungswandler weist eine erste Einheit zum ergänzenden Ein- und Ausschalten des Hauptschalters und des Synchrongleichrichtungsschalters auf. Der Leistungswandler weist eine zweite Einheit zum Erfassen einer Schaltübergangszeit auf. Die Schaltübergangszeit ist mit einer Abfallrate einer Spannung über dem Hauptschalter, nachdem der Synchrongleichrichtungsschalter durch die erste Einheit ausgeschaltet wurde, korreliert. Die erste Einheit ist konfiguriert, um den Hauptschalter und den Synchrongleichrichtungsschalter ergänzend ein- und auszuschalten, derart, dass die Schaltübergangszeit, die durch die zweite Einheit erfasst wird, eine vorbestimmte Zielzeit wird. Der Leistungswandler weist eine dritte Einheit zum Schätzen eines Ausgangsstroms, der von dem Induktor zu der Last fließt, während der Hauptschalter und der Synchrongleichrichtungsschalter durch die erste Einheit ergänzend ein- und ausgeschaltet werden, basierend auf einem ersten Parameter und einem zweiten Parameter auf. Der erste Parameter weist mindestens entweder eine Ein-Dauer des Hauptschalters oder eine Ein-Dauer des Synchrongleichrichtungsschalters auf. Der zweite Parameter weist mindestens entweder eine Eingangsspannung von der Leistungsquelle zu dem Leistungswandler oder eine Ausgangsspannung von dem Leistungswandler zu der Last auf.
Es sei eine Reduzierung eines Schaltverlusts, das heißt eines Ausschaltverlusts, des Hauptschalters betrachtet, wenn der Hauptschalter von dem Aus-Zustand zu dem Einzustand geändert wird, während der Leistungswandler gemäß dem exemplarischen Aspekt in einem Modus eines kritischen Stroms (Modus eines kritischen Leitens) in Betrieb ist, um jeden der Haupt- und Synchrongleichrichtungsschalter einzuschalten, nachdem ein Induktorstrom null wird. Um einen solchen Schaltverlust zu reduzieren, ist es notwendig, die Spannung über dem Hauptschalter zu verstehen, nachdem der Synchrongleichrichtungsschalter ausgeschaltet wurde. Die Spannung über dem Hauptschalter, nachdem der Synchrongleichrichtungsschalter ausgeschaltet wurde, ändert sich abhängig von einer Änderung des Induktorstroms, nach dem Synchrongleichrichtungsschalter ausgeschaltet wurde. Der Induktorstrom, nachdem der Synchrongleichrichtungsschalter ausgeschaltet wurde, ist mit der Schaltübergangszeit korreliert. Aus diesem Grund macht es eine Anpassung der Schaltübergangszeit an eine optimale Zeit, das heißt eine Zielzeit, möglich, den Hauptschalter einzuschalten, wenn die Spannung über dem Hauptschalter niedrig ist. Angesichts dieser Umstände ist der Leistungswandler gemäß dem exemplarischen Aspekt mit der ersten Einheit und der zweiten Einheit ausgestattet. Das heißt, die erste Einheit ist konfiguriert, um den Hauptschalter und den Synchrongleichrichtungsschalter ergänzend ein- und auszuschalten, derart, dass die Schaltübergangszeit, die durch die zweite Einheit erfasst wird, eine vorbestimmte Zielzeit wird. Dies resultiert in einer Reduzierung eines Ausschaltverlusts des Hautschalters und darin, dass der Leistungswandler fähig ist, in dem Modus eines kritischen Stroms in Betrieb zu sein, ohne dass der Leistungswandler mit einem Stromsensor zum Messen des Induktorstroms ausgestattet ist.
Ergänzende Ein-Aus-Betriebsvorgänge der Haupt- und Synchrongleichrichtungsschalter durch die erste Einheit resultieren in einem Ausgangsstrom des Leistungswandlers, der von dem Induktor zu der Last fließt, der zwischen einem maximalen Wert und einem minimalen Wert desselben abwechselnd variiert, um einen Dreieckkurvenverlauf zu haben.
Die Tatsache, die im Vorhergehenden dargelegt ist, macht es möglich,

(1) den Ausgangsstrom des Leistungswandlers, der sich mit der Zeit von dem minimalen Wert zu dem maximalen Wert allmählich erhöht, basierend auf der Ein-Dauer des Hauptschalters und entweder der Eingangsspannung oder sowohl der Eingangsspannung als auch der Ausgangsspannung zu schätzen,
(2) den Ausgangsstrom des Leistungswandlers, der sich mit der Zeit von dem maximalen Wert zu dem minimalen Wert allmählich verringert, basierend auf der Ein-Dauer des Synchrongleichrichtungsschalters und entweder der Ausgangsspannung oder sowohl der Eingangsspannung als auch der Ausgangsspannung zu schätzen.

Der Leistungswandler gemäß dem exemplarischen Aspekt weist somit die dritte Einheit zum Schätzen des Ausgangsstroms basierend auf einem ersten Parameter und einem zweiten Parameter auf. Der erste Parameter weist mindestens entweder die Ein-Dauer des Hauptschalters oder die Ein-Dauer des Synchrongleichrichtungsschalters auf. Der zweite Parameter weist mindestens entweder die Eingangsspannung oder die Ausgangsspannung auf.
Wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, ist es, da der Leistungswandler gemäß dem exemplarischen Aspekt in dem Modus eines kritischen Stroms in Betrieb ist, möglich, die Ein-Dauer des Hauptschalters und die Ein-Dauer des Synchrongleichrichtungsschalters zu bestimmen, ohne dass der Leistungswandler mit einem Stromsensor zum Messen des Induktorstroms ausgestattet ist. Der Leistungswandler gemäß dem exemplarischen Aspekt ist somit fähig, den Ausgangsstrom desselben ohne den Leistungswandler, der mit einem Stromsensor zum Messen des Induktorstroms ausgestattet ist, zu schätzen.
Die vorhergehenden und/oder andere Charakteristiken und/oder Vorteile von verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung sind angesichts der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlicher. Verschiedene Aspekte der vorliegenden Offenbarung können unterschiedliche Charakteristiken und/oder Vorteile, wo anwendbar, umfassen und/oder ausschließen. Bei verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung können zusätzlich eine oder mehrere Charakteristiken von anderen Ausführungsbeispielen, wo anwendbar, kombiniert sein. Die Beschreibung von Charakteristiken und/oder Vorteilen von besonderen Ausführungsbeispielen sollte nicht als andere Ausführungsbeispiele oder die Ansprüche begrenzend aufgefasst werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlicher. Es zeigen:
1 ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel der Gesamtstruktur eines Leistungswandlers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung schematisch darstellt;
2A bis 2C ein gemeinsames Zeitdiagramm, das Betriebsvorgänge einer Abspannaufgabe, die durch eine Steuerschaltung des Leistungswandlers, der in 1 dargestellt ist, ausgeführt wird, schematisch darstellt;
3 eine grafische Darstellung, die schematisch darstellt, wie sich ein Induktorstrom während einer Ausführung der Abspannaufgabe ändert;
4A bis 4D ein gemeinsames Zeitdiagramm, das schematisch darstellt, wie sich eine gegenständliche Spannung, eine Source-Drain-Spannung eines Schalters eines oberen Zweigs und erste und zweite Treibsignale während einer Ausführung der Abspannaufgabe ändern;
5 eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Induktorstrom und einer Schaltübergangszeit während einer Ausführung der Abspannaufgabe schematisch darstellt;
6 ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel der Schaltungsstruktur eines Schaltübergangszeitdetektors, der in 1 dargestellt ist, schematisch darstellt;
7A bis 7G ein gemeinsames Zeitdiagramm, das schematisch darstellt, wie sich vorbestimmte Parameter ändern, um zu beschreiben, wie eine Schaltübergangszeit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zu erfassen ist;
8 ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Funktionsstruktur einer Steuerung, die in 1 dargestellt ist, während einer Ausführung der Abspannaufgabe schematisch darstellt;
9 ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Funktionsstruktur der Steuerung, die in 1 dargestellt ist, während einer Ausführung einer Aufspannaufgabe schematisch darstellt;
10 ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Funktionsstruktur des Stromschätzers, der in 1 dargestellt ist, schematisch darstellt;
11 eine grafische Darstellung, die ein Beispiel einer Ausgangsstrom schätzenden Aufgabe während einer Ausführung der Abspannaufgabe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel schematisch darstellt;
12 eine grafische Darstellung, die ein Beispiel einer Ausgangsstrom schätzenden Aufgabe während einer Ausführung der Aufspannaufgabe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel schematisch darstellt;
13 ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Funktionsstruktur einer Steuerung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung schematisch darstellt;
14 ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Funktionsstruktur einer Steuerung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung schematisch darstellt;
15 ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer Gesamtstruktur eines Leistungswandlers gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung schematisch darstellt;
16 ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Funktionsstruktur eines Stromschätzers, der in 15 dargestellt ist, schematisch darstellt;
17 eine grafische Darstellung, die ein Beispiel der Ausgangsstrom schätzenden Aufgabe während einer Ausführung einer Abspannaufgabe gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel schematisch darstellt;
18 eine grafische Darstellung, die ein Beispiel der Ausgangsstrom schätzenden Aufgabe während einer Ausführung einer Aufspannaufgabe gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel schematisch darstellt;
19 ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Funktionsstruktur eines Stromschätzers eines Leistungswandlers gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung schematisch darstellt;
20A bis 20D ein gemeinsames Zeitdiagramm, das ein Beispiel der Ausgangsstrom schätzenden Aufgabe während einer Ausführung einer Abspannaufgabe gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel schematisch darstellt;
21A bis 21D ein gemeinsames Zeitdiagram, das ein Beispiel der Ausgangsstrom schätzenden Aufgabe während einer Ausführung einer Aufspannaufgabe gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel schematisch darstellt;
22 eine grafische Darstellung, die ein Vergleichsresultat zwischen geschätzten Resultaten und tatsächlich gemessenen Resultaten des Ausgangsstroms des Leistungswandlers gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel schematisch darstellt:
23 ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Funktionsstruktur eines Stromschätzers eines Leistungswandlers gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung schematisch darstellt;
24A bis 24C ein gemeinsames Zeitdiagramm, das ein Beispiel der Ausgangsstrom schätzenden Aufgabe während einer Ausführung einer Abspannaufgabe gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel schematisch darstellt, und
25 ein Flussdiagramm, das ein Beispiel der Ausgangsstrom schätzenden Aufgabe gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung schematisch darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Ausführungsbeispielen sind zwischen den Ausführungsbeispielen gleiche Teile, denen gleiche Bezugszeichen zugewiesen sind, weggelassen oder vereinfacht, um eine redundante Beschreibung zu vermeiden.
Ein Leistungswandler 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, der in einem Fahrzeug angebaut ist, ist zuerst im Folgenden beschrieben.
Bezug nehmend auf 1 ist der Leistungswandler 10, der als ein Entgegenwirken-Verstärken-Gleichstrom-Gleichstrom-(englisch: buck-boost DC-DC)Wandler entworfen ist, als ein Beispiel von verschiedenen Typen eines Leistungswandlers dargestellt.
Der Leistungswandler 10 weist einen ersten Kondensator 12a, einen zweiten Kondensator 12b, einen Schalter 14p eines oberen Zweigs, einen Schalter 14n eines unteren Zweigs, einen Induktor, mit anderen Worten eine Drossel, 16 und eine Steuerschaltung 30 auf. Der Leistungswandler 10 ist betriebsfähig, um zwischen einer Hochspannungsbatterie 20 und einer Niederspannungsbatterie 22, die in einem Fahrzeug eingebaut sind, eine Leistungsübertragung durchzuführen. Die Niederspannungsbatterie 22 hat eine Anschlussspannung zwischen positiven und negativen Anschlüssen derselben, die eingestellt ist, um niedriger als eine Anschlussspannung zwischen positiven und negativen Anschlüssen der Hochspannungsbatterie 20 zu sein. Die Hochspannungsbatterie 20 hat beispielsweise eine Nennspannung von 48 V, und die Niederspannungsbatterie 22 hat eine Nennspannung von 12 V.
Der Leistungswandler 10 ist betriebsfähig, um eine Abspannaufgabe, die eine Ausgangsspannung der Hochspannungsbatterie 20 abspannt, um eine abgespannte Spannung an die Niederspannungsbatterie 22 anzulegen, durchzuführen, sodass die Niederspannungsbatterie 22 geladen wird. Der Leistungswandler 10 ist ferner betriebsfähig, um eine Aufspannaufgabe durchzuführen, die eine Ausgangsspannung der Niederspannungsbatterie 22 aufspannt, um eine aufgespannte Spannung an die Hochspannungsbatterie 22 anzulegen, sodass die Hochspannungsbatterie 20 geladen wird. Während der Abspannaufgabe dient die Hochspannungsbatterie 20 als eine Leistungsversorgungsquelle, und die Niederspannungsbatterie 22 dient als eine Last. Während der Aufspannaufgabe dient die Niederspannungsbatterie 22 als eine Leistungsversorgungsquelle, und die Hochspannungsbatterie 20 dient als eine Last.
Der Leistungswandler 10 hat erste bis vierte Anschlüsse T1 bis T4. Der positive Anschluss der Hochspannungsbatterie 20 ist mit dem ersten Anschluss T1 verbunden, und der negative Anschluss der Hochspannungsbatterie 20 ist mit dem zweiten Anschluss T2 verbunden. Der erste Kondensator 12a hat ein erstes Ende und ein zweites Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt. Das erste Ende des ersten Kondensators 12a ist mit dem ersten Anschluss T1 verbunden, und das zweite Ende des ersten Kondensators 12a ist mit dem zweiten Anschluss T2 verbunden.
Der Schalter 14p eines oberen Zweigs und der Schalter 14n eines unteren Zweigs sind miteinander in Reihe geschaltet, um ein reihengeschaltetes Element (14p–14n) zu liefern. Das reihengeschaltete Element (14p–14n) ist zu dem ersten Kondensator 12a parallel geschaltet. Ein spannungsgesteuertes Halbleiterschaltelement wird als jeder der Schalter 14p und 14n verwendet. Ein N-Kanal-MOSFET wird genauer gesagt als jeder der Schalter 14p und 14n gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet. Da jeder der Schalter 14p und 14n ein N-Kanal-MOSFET ist, sind intrinsische Dioden 15p und 15n der Schalter 14p und 14n zu den jeweiligen Schaltern 14p und 14n antiparallel geschaltet. Wenn IGBT als die Schalter 14p und 14n verwendet werden, können Schwungraddioden zu den entsprechenden Schaltern 14p und 14n antiparallel geschaltet sein.
Die Source, das heißt ein erster Anschluss, des Schalters 14p eines oberen Zweigs ist mit der Drain, das heißt einem zweiten Anschluss, des Schalters 14n eines unteren Zweigs verbunden, und die Drain, das heißt ein zweiter Anschluss, des Schalters 14p eines oberen Zweigs ist mit dem Verbindungspunkt verbunden, an dem der erste Kondensator 12a und der erste Anschluss T1 verbunden sind. Die Drain, das heißt ein zweiter Anschluss, des Schalters 14n eines unteren Zweigs ist mit dem Verbindungspunkt verbunden, an dem der erste Kondensator 12a und der zweite Anschluss T2 verbunden sind.
Ein Kondensator, der zu dem Schalter 14p eines oberen Zweigs parallel geschaltet ist, auf den als ein Kondensator 18b eines oberen Zweigs Bezug genommen ist, stellt eine parasitäre Kapazität über dem Schalter 14p eines oberen Zweigs dar. Ein Kondensator, der zu dem Schalter 14n eines unteren Zweigs parallel geschaltet ist, auf den als ein Kondensator 18n eines unteren Zweigs Bezug genommen ist, stellt eine parasitäre Kapazität über dem Schalter 14n eines unteren Zweigs dar.
Der Induktor 16 und der zweite Kondensator 12b sind miteinander in Reihe geschaltet, um ein reihengeschaltetes Element (16–12b) zu liefern. Das reihengeschaltete Element (16–12b) ist zu dem Schalter 14n eines unteren Zweigs parallel geschaltet.
Der Induktor 16 hat genauer gesagt ein erstes Ende und ein zweites Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt. Der Verbindungspunkt, an dem der Schalter 14p eines oberen Zweigs und der Schalter 14n eines unteren Zweigs verbunden sind, ist mit dem erste Ende des Induktors 16 verbunden.
Der zweite Kondensator 12b hat ein erstes Ende und ein zweites Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt. Das erste Ende des zweiten Kondensators 12b ist mit dem zweiten Ende des Induktors 16 verbunden. Der dritte Anschluss T3 des Leistungswandlers 10 ist mit dem ersten Ende des zweiten Kondensators 12b verbunden. Das Schaltelement 14n eines unteren Zweigs, das heißt die Source desselben, ist mit dem zweiten Ende des zweiten Kondensators 12b verbunden. Das zweite Ende des zweiten Kondensators 12b ist mit dem vierten Anschluss T4 des Leistungswandlers 10 verbunden. Der positive Anschluss der Niederspannungsbatterie 22 ist mit dem dritten Anschluss T3 des Leistungswandlers 10 verbunden, und der negative Anschluss der Niederspannungsbatterie 22 ist mit dem vierten Anschluss T4 des Leistungswandlers 10 verbunden.
Die Steuerschaltung 30 dient als eine erste Einrichtung zum Betreiben, das heißt zum Treiben, der Schalter 14p und 14n eines oberen und unteren Zweigs. Die Steuerschaltung 30 weist beispielsweise eine Steuerung 32, einen Schaltübergangszeitdetektor 34, einen Stromschätzer 36, einen ersten Treiber 38p und einen zweiten Treiber 38n auf. Der erste Treiber 38p ist konfiguriert, um den Schalter 14p eines oberen Zweigs zu treiben, und der zweite Treiber 38n ist konfiguriert, um den Schalter 14n eines unteren Zweigs zu treiben. Alle Elemente 32, 34, 36, 38p und 38n sind in der einzelnen Steuerschaltung 30 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel angeordnet, verschiedene Anordnungen der Elemente 32, 34, 36, 38p und 38n können jedoch ausgeführt sein.
Die Abspannaufgabe, die Aufspannaufgabe, eine detaillierte Struktur der Steuerschaltung 30 und eine Ausgangsstrom schätzende Aufgabe, die durch den Leistungswandler 10 ausgeführt wird, sind als Nächstes in dieser Reihenfolge im Folgenden beschrieben.
Die Abspannaufgabe ist zuerst im Folgenden unter Bezugnahme auf 2A bis 2C beschrieben. 2A stellt schematisch dar, wie sich ein Strom, der durch den Induktor 16 fließt, auf den als ein Induktorstrom IL Bezug genommen ist, ändert. 2B stellt schematisch dar, wie sich ein erstes Treibsignal gp, das an das Gate, das heißt einen Steueranschluss, des Schalters 14p eines oberen Zweigs von dem ersten Treiber 38p angelegt ist, ändert. 2C stellt schematisch dar, wie sich ein zweites Treibsignal gn, das an das Gate, das heißt einen Steueranschluss, des Schalters 14n eines oberen Zweigs von dem zweiten Treiber 38n angelegt ist, ändert. Es sei bemerkt, dass die Polarität des Induktorstroms IL, der in 2A dargestellt ist, während einer Ausführung der Abspannaufgabe derart definiert ist, dass die Richtung des Flusses des Induktorstroms IL von dem ersten Ende, das mit dem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern 14p und 14n verbunden ist, zu dem zweiten Ende, das mit dem zweiten Kondensator 12b verbunden ist, eine positive Richtung ist. Während der Ausführung der Abspannaufgabe entspricht der Schalter 14p eines oberen Zweigs einem Hauptschalter, und der Schalter 14n eines unteren Zweigs entspricht einem Synchrongleichrichtungsschalter.
Während einer Ausführung der Abspannaufgabe ist der Schalter 14p eines oberen Zweigs angeordnet, um zwischen der Hochspannungsbatterie 20, dem Schalter 14p eines oberen Zweigs, dem Induktor 16 und der Niederspannungsbatterie 22 einen geschlossenen Kreis zu liefern, wenn derselbe eingeschaltet ist. Während einer Ausführung der Abspannaufgabe ist der Schalter 14n eines unteren Zweigs angeordnet, um zwischen der Niederspannungsbatterie 22, dem Schalter 14n eines unteren Zweigs und dem Induktor 16 einen geschlossenen Kreis zu liefern, wenn derselbe eingeschaltet ist.
Bezug nehmend auf 2 werden der Schalter 14p eines oberen Zweigs und der Schalter 14n eines unteren Zweigs gemäß den ersten und zweiten Treibsignalen gp und gn derselben ergänzend ein- und ausgeschaltet. Wenn sich genauer gesagt das erste Treibsignal gp von einer Aus-Treib-Anweisung (AUS in 2B) zu einer Ein-Treib-Anweisung (EIN in 2B) ändert, wird der Schalter 14p eines oberen Zweigs eingeschaltet. Wenn sich ähnlicherweise das zweite Treibsignal gn von einer Ein-Treib-Anweisung (EIN in 2C) zu einer Aus-Treib-Anweisung (AUS in 2C) ändert, wird der Schalter 14n eines unteren Zweigs ausgeschaltet. Dies verursacht, dass die Hochspannungsbatterie 20 mit dem Induktor 16 verbunden wird, sodass der Induktor 16 von der Hochspannungsbatterie 20 mit einem Strom als der Induktorstrom I1 versorgt wird. Dies resultiert in einer magnetischen Energie, die in den Induktor 16 geladen wird. Dies verursacht, dass sich der Induktorstrom IL allmählich mit der Zeit erhöht.
Wenn sich danach das erste Treibsignal gp von der Ein-Treib-Anweisung zu der Aus-Treib-Anweisung ändert, wird der Schalter 14p eines oberen Zweigs ausgeschaltet. Wenn sich ähnlicherweise das zweite Treibsignal gn von der Aus-Treib-Anweisung zu der Ein-Treib-Anweisung ändert, wird der Schalter 14n eines unteren Zweigs eingeschaltet. Dies verursacht, dass die Hochspannungsbatterie 20 mit der Niederspannungsbatterie 22 verbunden wird, und die magnetische Energie, die in dem Induktor 16 gespeichert ist, entladen wird, sodass ein Strom von dem Induktor 16 zu der Niederspannungsbatterie 22 als der Induktorstrom IL fließt. Dies verursacht, dass sich der Induktorstrom IL allmählich mit der Zeit verringert.
Diese Betriebsvorgänge werden wiederholt, sodass die Niederspannungsbatterie 22 von der Hochspannungsbatterie 20 mit einer Leistung versorgt wird, was darin resultiert, dass die Niederspannungsbatterie 22 geladen wird.
Der Leistungswandler 1, das heißt die Steuerschaltung 30 desselben, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist insbesondere konfiguriert, um in einem Modus eines kritischen Stroms in Betrieb zu sein, um die Schalter 14p und 14n eines oberen und eines unteren Zweigs zu steuern, ohne dass der Leistungswandler 10 mit einem Stromsensor zum Messen des Induktorstroms IL ausgestattet ist. Es sei bemerkt, dass die Steuerschaltung 30, die in dem Modus eines kritischen Stroms in Betrieb ist, konfiguriert ist, um jeden der Schalter 14p und 14n eines oberen und unteren Zweigs einzuschalten, nachdem der Induktorstrom IL null geworden ist.
Die Steuerschaltung 30 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist genauer gesagt konfiguriert, um den Schalter 14n eines unteren Zweigs auszuschalten, nachdem der Induktorstrom IL ein leicht negativer Wert geworden ist, sodass man fähig ist, ein Nullspannungsschalten des Schalters 14p eines oberen Zweigs zu erreichen (siehe 2). Dieses Nullspannungsschalten gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist konfiguriert, um den Schalter 14p eines oberen Zweigs einzuschalten, wobei eine Spannung über dem Schalter 14p eines oberen Zweigs null ist, um dadurch einen Einschaltverlust des Schalters 14p eines oberen Zweigs zu reduzieren.
Wenn der Schalter 14n eines unteren Zweigs ausgeschaltet wird, lädt der Induktorstrom IL, der den leicht negativen Wert hat, die Kondensatoren 18p und 18n eines oberen und unteren Zweigs. Aus diesem Grund erhöht sich, wie in 4A dargestellt ist, das Potenzial, auf das als eine gegenständliche Spannung Varm Bezug genommen ist, an der Verbindung zwischen den Schaltern 14p und 14n eines oberen und eines unteren Zweigs hinsichtlich des Potenzials an der Source des Schalters 14n eines unteren Zweigs bis zu einem Wert, der mit einer Ausgangsspannung V1 der Hochspannungsbatterie 20 übereinstimmt.
Wie in 3 dargestellt ist, sei angenommen, dass eine Menge des Induktorstroms IL, der in der negativen Richtung fließt, größer als eine vorbestimmte optimale Menge des Induktorstroms IL, der in der negativen Richtung fließt, ist.
Unter dieser Annahme wird die Anstiegsrate der gegenständlichen Spannung Varm hoch. Dies liegt daran, dass die Ladungsrate der Kondensatoren 18p und 18n eines oberen und eines unteren Zweigs basierend auf dem Induktorstrom IL, die unter dieser Annahme erhalten wird, höher als dieselbe wird, die erhalten wird, wenn die Menge des Induktorstroms I1, der in der negativen Richtung fließt, gleich der vorbestimmten optimalen Menge des Induktorstroms IL, der in der negativen Richtung fließt, ist.
Es sei im Gegensatz dazu angenommen, dass die Menge des Induktorstroms IL, der in der negativen Richtung fließt, kleiner als die vorbestimmte optimale Menge des Induktorstroms IL, der in der negativen Richtung fließt, ist.
Unter dieser Annahme wird die Anstiegsrate der gegenständlichen Spannung Varm niedrig. Dies liegt daran, dass die Ladungsrate der Kondensatoren 18p und 18n eines oberen und eines unteren Zweigs basierend auf dem Induktorstrom IL unter dieser Annahme niedriger als dieselbe wird, die erhalten wird, wenn die Menge des Induktorstroms IL, der in der negativen Richtung fließt, gleich der vorbestimmten optimalen Menge des Induktorstroms IL, der in der negativen Richtung fließt, ist.
Eine Spannung V14p zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen des Schalters 14p eines oberen Zweigs, die den Potenzialunterschied zwischen der Source und der Drain des Schalters 14p eines oberen Zweigs darstellt, ist auf einen gegebenen Wert eingestellt. Der Wert der Spannung V14p, auf die als eine Source-Drain-Spannung V14p Bezug genommen ist, stimmt mit einer Subtraktion der gegenständlichen Spannung Varm von der Anschlussspannung, das heißt der Ausgangsspannung, V1 der Hochspannungsbatterie 20 überein; die Anschlussspannung V1 der Hochspannungsbatterie 20 stellt eine Eingangsspannung in den Leistungswandler 20 während einer Ausführung der Abspannaufgabe dar.
Aus diesem Grund erhöht sich, wenn die Menge des Induktorstroms IL, der in der negativen Richtung fließt, größer als die vorbestimmte optimale Menge des Induktorstroms I1, der in der negativen Richtung fließt, ist, die Abfallrate, das heißt der Abfallgradient, der Source-Drain-Spannung V14p des Schalters 14p eines oberen Zweigs (siehe die Strichpunktlinie in 4B). Dies verkürzt die Zeit, die von dem Zeitpunkt, zu dem das zweite Treibsignal gn für das Schaltelement 14n eines unteren Zweigs von der Ein-Treib-Anweisung zu der Aus-Treib-Anweisung geändert wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Source-Drain-Spannung V14p des Schalters 14p eines oberen Zweigs fallt, um eine vorbestimmte Schwellenspannung Vth für den Schalter 14p eines oberen Zweigs zu erreichen, gebraucht wird. Auf die Zeit ist als eine Schaltübergangszeit während einer Ausführung der Abspannaufgabe Bezug genommen. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Schwellenspannung Vth auf 10% der Anschlussspannung V1 der Hochspannungsbatterie 20 eingestellt.
Wenn andererseits die Menge des Induktorstroms IL, der in der negativen Richtung fließt, kleiner als die vorbestimmte optimale Menge des Induktorstroms IL, der in der negativen Richtung fließt, ist, verringert sich die Abfallrate der Source-Drain-Spannung V14p des Schalters 14p eines oberen Zweigs (siehe die gestrichelte Linie in 4B). Dies verlängert die Schaltübergangszeit des Schalters 14p eines oberen Zweigs.
Das heißt, der Induktorstrom IL und die Schaltübergangszeit haben die folgende Beziehung, die in 5 dargestellt ist. Die Beziehung zeigt genauer gesagt, dass, während der Induktorstrom IL negativ ist, sich die Schaltübergangszeit mit einer Erhöhung eines Absolutwerts des Induktorstroms IL verringert. Es ist daher möglich, den Induktorstrom IL basierend auf der Schaltübergangszeit zu verstehen.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Zielzeit Ttgt für die Schaltübergangszeit vorausgehend bestimmt; wenn die Schaltübergangszeit auf die Zielzeit Ttgt eingestellt wird, erhält der Induktorstrom IL einen optimalen Wert, mit anderen Worten ist die Menge des Induktorstroms IL, der in der negativen Richtung fließt, gleich der vorbestimmten optimalen Menge des Induktorstroms IL, der in der negativen Richtung fließt.
Das heißt, die Steuerschaltung 30 passt einen tatsächlichen Wert der Schaltübergangszeit an die Zielzeit Ttgt an. Eine Anpassung des tatsächlichen Werts der Schaltübergangszeit an die Zielzeit Ttgt macht es möglich, dass die Steuerschaltung 30

(1) das Nullspannungsschalten des Schalters 14p eines oberen Zweigs erreicht,
(2) in dem Modus eines kritischen Stroms in Betrieb ist, um die Schalter 14p und 14n eines oberen und eines unteren Zweigs zu steuern, ohne dass der Leistungswandler 10 mit einem Stromsensor zum Messen des Induktorstroms IL ausgestattet ist.

Die Aufspannaufgabe ist im Folgenden als Nächstes beschrieben. Die Aufspannaufgabe zielt darauf ab, das Nullspannungsschalten des Schalters 14n eines unteren Zweigs zu erreichen, um einen Ausschaltverlust des Schalters 14n eines unteren Zweigs zu reduzieren. Es sei bemerkt, dass die Polarität des Induktorstroms IL während einer Ausführung der Aufspannaufgabe derart definiert ist, dass die Richtung des Flusses des Induktorstroms IL von dem zweiten Ende, das mit dem zweiten Kondensator 12b verbunden ist, zu dem ersten Ende, das mit dem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern 14p und 14n verbunden ist, zu dem zweiten Kondensator 12b eine positive Richtung ist. Während einer Ausführung der Aufspannaufgabe entspricht der Schalter 14n eines unteren Zweigs einem Hauptschalter, und der Schalter 14p eines oberen Zweigs entspricht einem Synchrongleichrichtungsschalter.
Während einer Ausführung der Aufspannaufgabe ist der Schalter 14n eines unteren Zweigs angeordnet, um zwischen der Niederspannungsbatterie 22, dem Induktor 16, dem Schalter 14n eines unteren Zweigs und der Hochspannungsbatterie 20, wenn derselbe eingeschaltet ist, einen geschlossenen Kreis zu liefern. Während einer Ausführung der Aufspannaufgabe ist der Schalter 14p eines höheren Zweigs angeordnet, um zwischen der Niederspannungsbatterie 22, dem Induktor 16, dem Schalter 14p eines oberen Zweigs und der Hochspannungsbatterie 20 einen geschlossenen Kreis zu liefern, wenn derselbe eingeschaltet ist.
Während einer Ausführung der Aufspannaufgabe wird, wenn sich das zweite Treibsignal gn von der Aus-Treib-Anweisung zu der Ein-Treib-Anweisung ändert, der Schalter 14n eines unteren Zweigs eingeschaltet. Wenn sich ähnlicherweise das erste Treibsignal gp von der Ein-Treib-Anweisung zu der Aus-Treib-Anweisung ändert, wird der Schalter 14p eines oberen Zweigs ausgeschaltet. Dies verursacht, dass die Niederspannungsbatterie 22 mit dem Induktor 16 verbunden wird, sodass der Induktor 16 von der Niederspannungsbatterie 22 mit einem Strom als der Induktorstrom IL versorgt wird. Dies resultiert darin, dass eine magnetische Energie in den Induktor 16 geladen wird. Dies verursacht, dass sich der Induktorstrom IL allmählich mit der Zeit erhöht.
Wenn sich danach das zweite Treibsignal gn von der Ein-Treib-Anweisung zu der Aus-Treib-Anweisung ändert, wird der Schalter 14n eines unteren Zweigs ausgeschaltet. Wenn sich ähnlicherweise das erste Treibsignal gp von der Aus-Treib-Anweisung zu der Ein-Treib-Anweisung ändert, wird der Schalter 14p eines oberen Zweigs eingeschaltet.
Dies verursacht, dass der Induktor 16 mit der Hochspannungsbatterie 20 verbunden wird, und die magnetische Energie, die in dem Induktor 16 gespeichert ist, entladen wird, sodass ein Strom von dem Induktor 16 zu der Hochspannungsbatterie 20 als der Induktorstrom IL fließt. Dies verursacht, dass sich der Induktorstrom IL allmählich mit der Zeit verringert.
Diese Betriebsvorgänge werden wiederholt, sodass die Hochspannungsbatterie 20 mit einer Leistung von der Niederspannungsbatterie 22 versorgt wird, was darin resultiert, dass die Hochspannungsbatterie 20 geladen wird.
Während einer Ausführung der Aufspannaufgabe ist die Schaltübergangszeit als eine Zeit definiert, die von dem Zeitpunkt, zu dem sich das erste Treibsignal gp für das Schaltelement 14p eines oberen Zweigs von der Ein-Treib-Anweisung zu der Aus-Treib-Anweisung ändert, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem eine Source-Drain-Spannung V14n des Schalters 14n eines unteren Zweigs fällt, um die vorbestimmte Schwellenspannung Vth für den Schalter 14n eines unteren Zweigs zu erreichen, gebraucht wird.
Die detaillierte Struktur der Steuerschaltung 30 zum Durchführen der Abspann- und Aufspannaufgaben ist als Nächstes im Folgenden unter Bezugnahme auf 2 und 6 bis 9 beschrieben.
Bezug nehmend auf 6 weist der Schaltübergangszeitdetektor 34 beispielsweise erste bis fünfte Widerstände 34a bis 34e, erste und zweite Vergleicher bzw. Komparatoren 34f und 34g und erste und zweite EXKLUSIV-ODER-Schaltungen 34h und 34i auf.
Die ersten bis dritten Widerstände 34a bis 34c sind miteinander in Reihe geschaltet. Jeder der ersten bis dritten Widerstände 34a bis 34c hat genauer gesagt gegenüberliegende erste und zweite Enden. Das zweite Ende des ersten Widerstands 34a ist mit dem ersten Ende des zweiten Widerstands 34b verbunden, und das zweite Ende des zweiten Widerstands 34b ist mit dem ersten Ende des dritten Widerstands 34c verbunden. Das erste Ende des ersten Widerstands 34a ist mit der Drain des Schalters 14p eines oberen Zweigs verbunden. Das zweite Ende des dritten Widerstands 34c ist mit der Source des Schalters 14n eines unteren Zweigs verbunden.
Die vierten und fünften Widerstände 34d und 34e sind miteinander in Reihe geschaltet. Jeder der vierten und fünften Widerstände 34d und 34e hat genauer gesagt gegenüberliegende erste und zweite Enden, Das zweite Ende des vierten Widerstands 34d ist mit dem ersten Ende des fünften Widerstands 34e verbunden, um ein reihengeschaltetes Glied (34d–34e) zu liefern. Das erste Ende des reihengeschalteten Glieds (34d–34e), das heißt der vierte Widerstand 34d, ist mit dem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern 14p und 14n eines oberen und eines unteren Zweigs verbunden. Das zweite Ende des reihengeschalteten Glieds (34d–34e), das heißt der fünfte Widerstand 34e, ist mit der Source des Schalters 14n eines unteren Zweigs verbunden.
Jeder der ersten und zweiten Vergleicher 34f und 34g hat einen nicht invertierenden Eingangsanschluss, einen invertierenden Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss. Der nicht invertierende Eingangsanschluss des ersten Vergleichers 34f ist mit dem Verbindungspunkt zwischen den ersten und zweiten Widerständen 34a und 34b verbunden. Der invertierende Eingangsanschluss des ersten Vergleichers 34f ist mit dem Verbindungspunkt zwischen den vierten und fünften Widerständen 34d und 34e verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen den vierten und fünften Widerständen 34d und 34e ist mit dem nicht invertierenden Eingangsanschluss des zweiten Vergleichers 34g verbunden, und der Verbindungspunkt zwischen den zweiten und dritten Widerständen 34b und 34c ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss des zweiten Vergleichers 34g verbunden.
Jede der ersten und zweiten EXKLUSIV-ODER-Schaltungen 34h und 34i hat einen ersten Eingangsanschluss, einen zweiten Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss. In den ersten Eingangsanschluss der ersten EXKLUSIV-ODER-Schaltung 34h wird ein Ausgangssignal des ersten Vergleichers 34f eingegeben. In den zweiten Eingangsanschluss der ersten EXKLUSIV-ODER-Schaltung 34h wird das zweite Treibsignal gn für den Schalter 14n eines unteren Zweigs von der Steuerung 32 eingegeben.
In den ersten Eingangsanschluss der zweiten EXKLUSIV-ODER-Schaltung 34i wird ein Ausgangssignal des zweiten Vergleichers 34g eingegeben. In den zweiten Eingangsanschluss der zweiten EXKLUSIV-ODER-Schaltung 34i wird das erste Treibsignal gp für den Schalter 14p eines oberen Zweigs von der Steuerung 32 eingegeben. Ein puls-artiges Ausgangssignal Sig1 der ersten EXKLUSIV-ODER-Schaltung 34h und ein puls-artiges Ausgangssignal Sig2 der zweiten EXKLUSIV-ODER-Schaltung 34i werden in eine Übergangszeit messende Einheit 32b, die später beschrieben ist, eingegeben.
Bezug nehmend auf 7A bis G werden die ersten bis fünften Widerstände 34a bis 34e vorausgehend eingestellt, derart, dass ein logischer Pegel des Ausgangssignals Sig1 der ersten EXKLUSIV-ODER-Schaltung 34h während einer Periode von einer Zeit t1 zu einer Zeit t2 ein hoher Pegel (H) wird. Die Periode, auf die als t1–t2 Bezug genommen ist, von der Zeit t1 zu der Zeit t2 ist als eine Periode von der Zeit t1, zu der sich das zweite Treibsignal gn von der Ein-Treib-Anweisung zu der Aus-Treib-Anweisung ändert, bis zu der Zeit t2, zu der die Anschlussspannung V14p des Schalters 14p eines oberen Zweigs fällt, um die Schwellenspannung Vth zu erreichen, definiert.
Dieses Einstellen der Widerstände der ersten bis fünften Widerstände 34a bis 34e zielt darauf ab, die Schaltübergangszeit während einer Ausführung der Abspannaufgabe zu messen.
Es sei bemerkt, dass 7A darstellt, wie sich der Induktorstrom IL ändert, und 7D bis 7E jeweiligen 4A bis 4D entsprechen. 7F stellt dar, wie sich das Ausgangssignal des ersten Vergleichers 34f ändert, und 7G stellt dar, wie sich das Ausgangssignal Sig1 der ersten EXKLUSIV-ODER-Schaltung 34h ändert
Die Widerstände der ersten bis fünften Widerstände 34a bis 34e werden ferner vorausgehend eingestellt, derart, dass ein logischer Pegel des Ausgangssignal Sig2 der zweiten EXKLUSIV-ODER-Schaltung 34i während einer Periode ein hoher Pegel (H) wird; die Periode ist als eine Periode zwischen

(1) einer ersten Zeit, zu der sich das erste Treibsignal gp von der Ein-Treib-Anweisung zu der Aus-Treib-Anweisung ändert, und
(2) einer zweiten Zeit, zu der die Anschlussspannung V14n des Schalters 14n eines unteren Zweigs abfällt, um die Schwellenspannung Vth einschließlich zu erreichen, definiert.

Dieses Einstellen der Widerstände der ersten bis fünften Widerstände 34a bis 34e zielt darauf ab, die Schaltübergangszeit während der Aufspannaufgabe zu messen.
Ein Beispiel einer detaillierten Struktur der Steuerung 32 ist als Nächstes im Folgenden unter Bezugnahme auf 8 und 9 beschrieben.
Eine detaillierte Funktionsstruktur der Steuerung 32, wenn die Steuerschaltung 30 die Abspannaufgabe durchführt, ist als Erstes unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
Bezug nehmend auf 8 ist die Steuerung 32 konfiguriert, um

(1) eine Zielspannung Vtgt, die in dieselbe von einer externen Vorrichtung des Leistungswandlers 10 eingegeben wird,
(2) die Anschlussspannung V1 der Hochspannungsbatterie 20 als eine Eingangsspannung V1 in den Leistungswandler 10, und
(3) die Anschlussspannung V2 der Niederspannungsbatterie 22 als eine Ausgangsspannung V2 von dem Leistungswandler 10 aufzunehmen.

Die Steuerung 32 ist dann konfiguriert, um die ersten und zweiten Treibsignale gp und gn basierend auf der aufgenommenen Zielspannung Vtgt, der Eingangsspannung V1, der Anschlussspannung V2 und der Schaltübergangszeit während einer Ausführung der Abspannaufgabe zu erzeugen.
Die Steuerung 32 ist beispielsweise als eine Schaltung entworfen, die prinzipiell einen Mikrocomputer aufweist. Es sei bemerkt, dass die Zielspannung Vtgt ein Zielwert einer Spannung, die von dem Potenzial zwischen den dritten und vierten Anschlüssen T3 und T4 an die Niederspannungsbatterie 22 angelegt ist, ist.
Die Steuerung 32 weist funktionell einen Tastungsrechner 32a, eine Übergangszeit messende Einheit 32b, die im Vorhergehenden dargelegt ist, einen Zeitabweichungsrechner 32c, eine Übergangszeitsteuerung 32d und einen ersten Korrektor 32e auf. Die Steuerung 32 weist ferner funktionell einen zweiten Korrektor 32f, einen Spannungsabweichungsrechner 32g, eine Spannungssteuerung 32h, einen ersten Ein-Dauer-Rechner 32i, einen zweiten Ein-Dauer-Rechner 32j und einen Treibsignalgenerator 32k auf.
Der Tastungsrechner 32a ist konfiguriert, um basierend auf der Eingangsspannung V1, der Zielspannung Vtgt und der Ausgangsspannung V2 eine Ein-Tastung Dutyp für den Schalter 14p eines oberen Zweigs und eine Ein-Tastung Dutyn für den Schalter 14n eines unteren Zweigs zu berechnen. Eine Ein-Tastung für einen Schalter stellt ein vorbestimmtes Verhältnis, das heißt einen Prozentsatz, einer Ein-Dauer (Ein-Zeit) zu einer gesamten Dauer jedes Schaltzyklus Tsw für den Schalter dar. Sowohl die Ein-Tastung Dutyp für den Schalter 14p eines oberen Zweigs als auch die Ein-Tastung für den Schalter 14 eines unteren Zweigs sind zwischen 0 und 1 einschließlich eingestellt. Der Tastungsrechner 32a dient als beispielsweise ein erster Rechner gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die Übergangszeit messende Einheit 32b ist konfiguriert, um eine Pulsbreite des Ausgangssignals Sig1 der ersten EXKLUSIV-ODER-Schaltung 34h als die Schaltübergangszeit zu messen; die Pulsbreite entspricht einer Dauer, während der der logische Pegel des Ausgangssignals Sig1 hoch ist. Die Übergangszeit messende Einheit 32b und der Schaltübergangszeitdetektor 34 dienen als beispielsweise eine zweite Einrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Der Zeitabweichungsrechner 32c ist konfiguriert, um eine Zeitabweichung zwischen der Zielzeit Ttgt und der Schaltübergangszeit, die von der Übergangszeit messenden Einheit 32b ausgegeben wird, zu berechnen. Der Zeitabweichungsrechner 32c ist genauer gesagt konfiguriert, um die Schaltübergangszeit von der Zielzeit Ttgt zu subtrahieren, sodass die Zeitabweichung berechnet wird. Ein positiver Wert der Zeitabweichung demonstriert, dass der Induktorstrom IL, der von der Seite des zweiten Kondensators 12b zu der Seite des Verbindungspunkts zwischen den Schaltern 14p und 14n fließt, mit anderen Worten in der negativen Richtung fließt, ein Überstrom wird, der zeigt, dass die Menge des Induktorstroms in der negativen Richtung größer als eine optimale Menge desselben ist. Ein negativer Wert der Zeitabweichung demonstriert andererseits, dass der Induktorstrom IL, der von der Seite des zweiten Kondensators 12b zu der Seite des Verbindungspunkts zwischen den Schaltern 14p und 14n fließt, mit anderen Worten in der negativen Richtung fließt, ein Unterstrom wird, der zeigt, dass die Menge des Induktorstroms IL in der negativen Richtung kleiner als die optimale Menge desselben ist.
Bei dem Leistungswandler 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Zielzeit Ttgt auf einen vorbestimmten fixierten Wert eingestellt. Die Zielzeit Ttgt wird genauer gesagt basierend auf einer Resonanzperiode eines LC-Resonanzkreises eingestellt; der LC-Resonanzkreis weist eine Induktivität L des Induktors 16 und Kapazitäten der Kondensatoren 18p und 18n eines oberen und eines unteren Zweigs auf. Die Zielzeit Ttgt kann beispielsweise auf ein Viertel der Resonanzperiode eingestellt sein. Die Zielzeit Ttgt kann auf 80% eines Viertels der Resonanzperiode in Anbetracht einer Signalverzögerungszeit des Schaltübergangsdetektors 34 und von Variationen von Signalverzögerungszeiten der jeweiligen Treiber 38p und 38n eingestellt sein.
Die Übergangszeitsteuerung 32d ist konfiguriert, um unter Verwendung der Zeitabweichung, die von dem Zeitabweichungsrechner 32c ausgegeben wird, als Eingangsdaten und eines Proportionalverstärkungsterms und eines Integralverstärkungsterms eines PI-Rückkopplungssteueralgorithmus (PI-Algorithmus) eine PI-Steuerung durchzuführen. Dadurch wird ein Korrekturwert ΔD zum Korrigieren von sowohl der Ein-Tastung Dutyp als auch der Ein-Tastung Dutyn erhalten.
Bei dem PI-Algorithmus wird beispielsweise der Korrekturwert ΔD basierend auf dem Proportionalverstärkungsterm und dem Integralverstärkungsterm ausgedrückt.
Der Proportionalverstärkungsterm für den Korrekturwert ΔD trägt zu einer Änderung des Korrekturwerts ΔD proportional zu der Zeitabweichung bei. Der Integralverstärkungsterm für den Korrekturwert ΔD ist proportional zu einem angesammelten Versatz von Momentanwerten des Korrekturwerts ΔD mit der Zeit, um den angesammelten Versatz (die stationäre Abweichung) mit der Zeit auf null neu einzustellen. Die Übergangszeitsteuerung 32d dient als beispielsweise ein zweiter Rechner gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Der erste Korrektor 32e ist konfiguriert, um den Korrekturwert ΔD zu der Ein-Tastung Dutyp für den Schalter 14p eines oberen Zweigs, die von dem Tastungsrechner 32a ausgegeben wird, zu addieren. Der zweite Korrektor 32f ist konfiguriert, um den Korrekturwert ΔD von der Ein-Tastung Dutyn für den Schalter 14n eines unteren Zweigs, die von dem Tastungsrechner 32a ausgegeben wird, zu subtrahieren. Diese Konfigurationen der ersten und zweiten Korrektoren 32e und 32f korrigieren die jeweiligen Ein-Tastungen Dutyp und Dutyn, um die Ein-Dauer des Schalters 14n eines unteren Zweigs zu reduzieren und die Ein-Dauer des Schalters 14p eines oberen Zweigs zu erhöhen, wenn die Zeitabweichung ein positiver Wert wird, sodass der Induktorstrom IL, der in der negativen Richtung fließt, ein Überstrom wird, der zeigt, dass die Menge des Induktorstroms IL in der negativen Richtung größer als eine optimale Menge desselben ist. Das heißt, wenn die Zeitabweichung ein positiver Wert wird, sodass der Induktorstrom IL, der in der negativen Richtung fließt, ein solcher Überstrom wird, dass diese Konfigurationen der ersten und zweiten Korrektoren 32e und 32f eine negative Spitze der Bahn einer Änderung des Induktorstrom IL reduzieren (siehe 3). Die ersten und zweiten Korrektoren 32e und 32f dienen als beispielsweise ein Korrektor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Der Spannungsabweichungsrechner 32g ist konfiguriert, um eine Spannungsabweichung zwischen der Zielspannung Vtgt und der Ausgangsspannung V2 zu berechnen. Der Spannungsabweichungsrechner 32g ist genauer gesagt konfiguriert, um die Ausgangsspannung V2 von der Zielspannung Vtgt zu subtrahieren, sodass die Spannungsabweichung berechnet wird.
Die Spannungssteuerung 32h ist konfiguriert, um unter Verwendung der Spannungsabweichung, die von dem Spannungsabweichungsrechner 32g als Eingangsdaten ausgegeben wird, und eines Proportionalverstärkungsterms und eines Integralverstärkungsterms eines PI-Rückkopplungssteueralgorithmus (PI-Algorithmus) eine PI-Steuerung durchzuführen. Dadurch wird ein Transformationskoeffizient für ein Rückkopplungssteuern der Ausgangsspannung V2 auf die Zielspannung Vtgt erhalten. Der Transformationskoeffizient stimmt mit dem Schaltzyklus Tsw für jeden der Schalter 14p und 14n überein.
Bei dem PI-Algorithmus wird beispielsweise der Transformationskoeffizient basierend auf dem Proportionalverstärkungsterm und dem Integralverstärkungsterm ausgedrückt.
Der Proportionalverstärkungsterm für den Transformationskoeffizienten trägt zu einer Änderung in dem Transformationskoeffizienten proportional zu der Spannungsabweichung bei. Der Integralverstärkungsterm für den Transformationskoeffizienten ist proportional zu einem angesammelten Versatz von Momentanwerten des Transformationskoeffizienten mit der Zeit, um den angesammelten Versatz (die stationäre Abweichung) mit der Zeit auf null einzustellen.
Der erste Ein-Dauer-Rechner 32i ist konfiguriert, um einen Ausgangswert des ersten Korrektors 32e, der als „Dutyp + ΔD” ausgedrückt ist, mit dem Transformationskoeffizienten, der von der Spannungssteuerung 32h ausgegeben wird, zu multiplizieren, sodass eine Ein-Dauer (Ein-Zeit) Tmon für den Schalter 14p eines oberen Zweigs berechnet wird. Der zweite Ein-Dauer-Rechner 32j ist konfiguriert, um einen Ausgangswert des zweiten Korrektors 32f, der als „Dutyp – ΔD” ausgedrückt ist, mit dem Transformationskoeffizienten, der von der Spannungssteuerung 32h ausgegeben wird, zu multiplizieren, sodass eine Ein-Dauer Tron für den Schalter 14n eines unteren Zweigs berechnet wird.
Der Treibsignalgenerator 32k ist konfiguriert, um basierend auf den Ein-Dauern Tmon und Tron die Treibsignale gp und gn für die jeweiligen Schalter 14p und 14n eines oberen und eines unteren Zweigs zu erzeugen. Der Treibsignalgenerator 32k ist dann konfiguriert, um zu den jeweiligen ersten und zweiten Treibern 38p und 38n die Treibsignale gp und gn für die jeweiligen Schalter 14p und 14n eines oberen und eines unteren Zweigs auszugeben. Der erste Treiber 38p ist somit konfiguriert, um den Schalter 14p eines oberen Zweigs basierend auf dem Treibsignal gp abwechselnd ein- und auszuschalten, und der zweite Treiber 38n ist konfiguriert, um den Schalter 14n eines unteren Zweigs basierend auf dem Treibsignal gn abwechselnd ein- und auszuschalten.
Der Treibsignalgenerator 32k ist insbesondere konfiguriert, um eine Totzeit zu jedem der Treibsignale gp und gn zu addieren. Das heißt, der erste Treiber 38p ist konfiguriert, um den Schalter 14p eines oberen Zweigs basierend auf dem Treibsignal gp nach einem Verstreichen der Totzeit seit dem Ausschaltzeitpunkt des Schalters 14n eines unteren Zweigs einzuschalten. Der zweite Treiber 38n ist ähnlicherweise konfiguriert, um den Schalter 14n eines unteren Zweigs basierend auf dem Treibsignal gn nach einem Verstreichen der Totzeit seit dem Ausschaltzeitpunkt des Schalters 14p eines oberen Zweigs einzuschalten. Ein Einführen der Totzeit verhindert, dass die Schalter 14p und 14n eines oberen und eines unteren Zweigs gleichzeitig ein sind. Das heißt, die Schalter 14p und 14n eines oberen und eines unteren Zweigs werden ergänzend ein- und ausgeschaltet, während die Totzeiten, während der die Schalter 14p und 14n eines oberen und eines unteren Zweigs gleichzeitig ausgeschaltet sind, sichergestellt werden.
Diese Betriebsvorgänge der Steuerung 32 werden bei jedem Schaltzyklus von jedem der Schalter 14p und 14n eines oberen und eines unteren Zweigs durchgeführt.
Die Steuerung 32, die wie im Vorhergehenden dargelegt konfiguriert ist, ist genauer gesagt fähig, die Schaltübergangszeit an die Zielzeit Ttxt anzupassen, sodass die Menge des Induktorstroms IL, der in der negativen Richtung fließt, auf die vorbestimmte optimale Menge während einer Ausführung der Abspannaufgabe angepasst wird. Diese Anpassung ermöglicht, dass der Leistungswandler 10, das heißt die Steuerschaltung 30 desselben, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in dem Modus eines kritischen Stroms in Betrieb ist, um die Schalter 14p und 14n eines oberen und eines unteren Zweigs während einer Ausführung der Abspannaufgabe zu steuern, ohne dass der Leistungswandler 10 mit einem Stromsensor zum Messen des Induktorstroms IL ausgestattet ist.
Eine detaillierte Funktionsstruktur der Steuerung 32, wenn die Steuerschaltung 30 die Aufspannaufgabe durchführt, ist als Nächstes unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. Funktionskomponenten der Steuerung 32, die in 9 dargestellt ist, die im Wesentlichen identisch zu jenen, die in 8 dargestellt sind, sind, sind die gleichen Bezugssymbole beigefügt.
Bezug nehmend auf 9 ist die Steuerung 32 konfiguriert, um

(1) die Zielspannung Vtgt, die in dieselbe von einer externen Vorrichtung des Leistungswandlers 10 eingegeben wird,
(2) die Anschlussspannung V2 der Niederspannungsbatterie 22 als eine Eingangsspannung V2 in den Leistungswandler 10, und
(3) die Anschlussspannung V1 der Hochspannungsbatterie 20 als eine Ausgangsspannung V1 von dem Leistungswandler 10 aufzunehmen.

Die Steuerung 32 ist dann konfiguriert, um basierend auf der aufgenommenen Zielspannung Vtgt, der Eingangsspannung V1, der Anschlussspannung V2 und der Schaltübergangszeit während einer Ausführung der Aufspannaufgabe erste und zweite Treibsignale gp und gn zu erzeugen.
Die Zielspannung Vtgt ist ein Zielwert einer Spannung, die von dem Potenzial zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen T1 und T2 an die Hochspannungsbatterie 20 angelegt ist.
Die Übergangszeit messende Einheit 32b ist konfiguriert, um eine Pulsbreite des Ausgangssignals Sig2 der zweiten EXKLUSIV-ODER-Schaltung 34i als die Schaltübergangszeit zu messen; die Pulsbreite entspricht einer Dauer, während der der logische Pegel des Ausgangssignals Sig2 hoch ist.
Der Spannungsabweichungsrechner 32g ist konfiguriert, um eine Spannungsabweichung zwischen der Zielspannung Vtgt und der Ausgangsspannung V1 zu berechnen. Der Spannungsabweichungsrechner 32g ist genauer gesagt konfiguriert, um die Ausgangsspannung V1 von der Zielspannung Vtgt zu subtrahieren, sodass die Spannungsabweichung berechnet wird.
Der erste Korrektor 32e ist konfiguriert, um den Korrekturwert ΔD von der Ein-Tastung Dutyp für den Schalter 14p eines oberen Zweigs, die von dem Tastungsrechner 32a ausgegeben wird, zu subtrahieren. Der zweite Korrektor 32f ist konfiguriert, um den Korrekturwert ΔD zu der Ein-Tastung Dutyn für den Schalter 14b eines unteren Zweigs, die von dem Tastungsrechner 32a ausgegeben wird, zu addieren. Diese Konfigurationen der ersten und zweiten Korrektoren 32e und 32f korrigieren die jeweiligen Ein-Tastungen Dutyp und Dutyn, um die Ein-Dauer des Schalters 14p eines oberen Zweigs zu reduzieren und die Ein-Dauer des Schalters 14n eines unteren Zweigs zu erhöhen, wenn die Zeitabweichung ein positiver Wert wird, sodass der Induktorstrom IL, der in der negativen Richtung fließt, ein Überstrom wird, der zeigt, dass die Menge des Induktorstroms IL in der negativen Richtung größer als eine optimale Menge desselben ist. Das heißt, wenn die Zeitabweichung ein positiver Wert wird, sodass der Induktorstrom IL, der in der negativen Richtung fließt, ein solcher Überstrom wird, reduzieren diese Konfigurationen der ersten und zweiten Korrektoren 32e und 32f eine negative Spitze der Bahn einer Änderung des Induktorstroms IL.
Andere Funktionen der Komponenten der Steuerung 32 während einer Ausführung der Aufspannaufgabe sind im Wesentlichen identisch zu jenen der Komponenten der Steuerung 32 während einer Ausführung der Abspannaufgabe.
Die Steuerung 32, die wie im Vorhergehenden dargelegt konfiguriert ist, ist genauer gesagt fähig, die Schaltübergangszeit an die Zielzeit Ttgt anzupassen, sodass die Menge des Induktorstroms IL, der in der negativen Richtung fließt, an die vorbestimmte optimale Menge während einer Ausführung der Aufspannaufgabe angepasst wird. Diese Anpassung ermöglicht, dass der Leistungswandler 10, das heißt die Steuerschaltung 30 desselben, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in dem Modus eines kritischen Stroms in Betrieb ist, um die Schalter 14p und 14n eines oberen und eines unteren Zweigs während einer Ausführung der Aufspannaufgabe zu steuern, ohne dass der Leistungswandler 10 mit einem Stromsensor zum Messen des Induktorstroms IL ausgestattet ist.
Die Ausgangsstrom schätzende Aufgabe, die durch den Stromschätzer 36 ausgeführt wird, ist als Nächstes im Folgenden unter Bezugnahme auf 10 bis 12 beschrieben. Der Stromschätzer 36 dient als beispielsweise eine dritte Einrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Der Stromschätzer 36 ist konfiguriert, um

(1) die Anschlussspannung V1 der Hochspannungsbatterie 20,
(2) die Anschlussspannung V2 der Niederspannungsbatterie 22, und
(3) die Ein-Dauern Tmon und Tron für die jeweiligen Schalter 14p und 14n aufzunehmen.

Der Stromschätzer 36 ist dann konfiguriert, um einen Ausgangsstrom Iest von dem Leistungswandler 10 basierend auf der Anschlussspannung V1, der Anschlussspannung V2 und den Ein-Dauern Tmon und Tron zu schätzen.
Ein Verfahren eines Schätzens des Ausgangsstroms Iest von dem Leistungswandler 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist entworfen, um die folgende Tatsache zu nutzen.
Während der Leistungswandler 10 (die Steuerschaltung 30) in dem Modus eines kritischen Stroms in Betrieb ist, variiert der Induktorstrom IL abwechselnd zwischen einem maximalen Wert Imax und einem minimalen Wert Imin desselben, um einen Dreieckkurvenverlauf zu haben.
Ergänzende Ein-Aus-Betriebsvorgänge der Schalter 14p und 14n eines oberen und eines unteren Zweigs resultieren mit anderen Worten in dem Induktorstrom IL, der sich ändert, um einen Dreieckkurvenverlauf zu haben.
Der Stromschätzer 36 schätzt genauer gesagt unter Verwendung der folgenden Gleichung [Glg1] den Ausgangsstrom Iest.
ΔIpp stellt die Spitze-zu-Spitze des Induktorstroms IL dar, und Imin stellt den minimalen Wert des Induktorstroms IL dar, sodass die Summe von ΔIpp / 2 und Imin einen Durchschnittswert des Induktorstroms IL darstellt. Der minimale Wert Imin kann gemäß einer folgenden Gleichung [Glg2] berechnet werden:
L stellt die Induktivität des Induktors 16 dar, und C/2 stellt die Kapazität von jedem der Kondensatoren 18p und 18n dar.
Die Gleichung 2 wird wie folgt abgeleitet.
Während der Induktorstrom IL auf den optimalen Wert unter einer Steuerung der Steuerschaltung 30 in dem Modus eines kritischen Stroms gesteuert wird, tritt genauer gesagt eine LC-Resonanz zwischen jedem der Kondensatoren 18p und 18n und dem Induktor 16 auf. In dieser Situation stimmt der Zeitpunkt, zu dem der Induktorstrom IL eine negative Spitze hat, mit dem Zeitpunkt überein, zu dem die Spannung über den ersten und zweiten Enden des Induktors 16 null wird, sodass die gegenständliche Spannung Varm die Anschlussspannung V2 der Niederspannungsbatterie 22 wird. Zu dieser Zeit wird die Energie Er1, die in dem Induktor 16 basierend auf dem minimalen Wert Imin des Induktorstroms IL gespeichert wird, die mit der folgenden Gleichung ausgedrückt wird, eine Energie Er2, die erforderlich ist, um die Summe der Kondensatoren 18p und 18n, die eine Kapazität C haben, zu laden; die Energien Er1 und Er2 werden durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt. Er1 = 1/2 × L × Imin² Er2 = 1/2 × C × (V1 – V2)²
Diese Beziehung zwischen der Energie Er1 und der Energie Er2 führt die im Vorhergehenden erwähnte Gleichung [Glg2] ein.
Während einer Ausführung der Abspannaufgabe kann insbesondere die Spitze-zu-Spitze ΔIpp des Induktorstroms IL, der durch die Gleichung Glg1 gegeben ist, gemäß der folgenden Gleichung [Glg3] berechnet werden.
Die mittlere Seite der Gleichung [Glg3] basiert auf der Tatsache, dass der Ausgangsstrom des Leistungswandlers 10, der sich allmählich von dem minimalen Wert Imin zu dem maximalen Wert Imax mit der Zeit erhöht, basierend auf der Ein-Dauer Tmon des Schalters 14p eines oberen Zweigs und der Spannung über den ersten und zweiten Enden des Induktors 16 geschätzt werden kann. Die Spannung über den ersten und zweiten Enden des Induktors 16 in dieser Situation kann als die Subtraktion der Anschlussspannung V2 der Niederspannungsbatterie 22 von der Anschlussspannung V1 der Hochspannungsbatterie 20 berechnet werden.
Die rechte Seite der Gleichung [Glg3] basiert auf der Tatsache, dass der Ausgangsstrom des Leistungswandlers 10, der sich allmählich von dem maximalen Wert Imax zu dem minimalen Wert Imin mit der Zeit verringert, basierend auf der Ein-Dauer Tron des Schalters 14n eines unteren Zweigs und der Spannung über den ersten und zweiten Enden des Induktors 16 geschätzt werden kann. Die Spannung über den ersten und zweiten Enden des Induktors 16 in dieser Situation ist die Anschlussspannung V2 der Niederspannungsbatterie 22.
11 stellt schematisch ein Beispiel der Ausgangsstrom schätzenden Aufgabe während einer Ausführung der Abspannaufgabe dar. In 11 wird eine Totzeit, die zu jeder der Ein-Dauern Tmon und Tron addiert wird, ignoriert. Dies liegt daran, dass bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Totzeit eine sehr kleine Wirkung auf die Schätzung des Ausgangsstroms lest von dem Leistungswandler 10 hat.
Bezug nehmend auf 11 schätzt der Stromschätzer 36 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel den Ausgangsstrom Iest von dem Leistungswandler 10 über sowohl

1. eine Erhöhungsperiode (siehe eine Zeit t1 bis zu einer Zeit t2 und eine Zeit t3 bis zu einer Zeit t4), während der sich der Ausgangsstrom Iest allmählich erhöht, als auch
2. eine Verringerungsperiode (siehe die Zeit t2 bis zu der Zeit t3 und die Zeit t4 bis zu einer Zeit t5), während der sich der Ausgangsstrom allmählich verringert.

Der Stromschätzer 36 ist genauer gesagt konfiguriert, um die Spitze-zu-Spitze ΔIpp und den minimalen Wert Imin des Induktorstroms IL in jedem voreingestellten Verarbeitungszyklus der Steuerschaltung 30 zu berechnen, sodass der Ausgangsstrom Iest von dem Leistungswandler 10 bei jedem Verarbeitungszyklus der Steuerschaltung geschätzt wird. Der Stromschätzer 36 ist beispielsweise konfiguriert, um den Ausgangsstrom Iest von dem Leistungswandler 10 jedes Mal zu schätzen, wenn die Steuerung 32 die Ein-Dauer Tmon und die Ein-Dauer Tron neu berechnet.
Zurückkehrend zu 10 kann während einer Ausführung der Aufspannaufgabe die Spitze-zu-Spitze ΔIpp des Induktorstroms IL, der durch die Gleichung [Glg1] gegeben ist, gemäß einer folgenden Gleichung [Glg4] berechnet werden.
Die mittlere Seite der Gleichung [Glg4] basiert auf der Tatsache dass der Ausgangsstrom des Leistungswandlers 10, der sich von dem minimalen Wert Imin zu dem maximalen Wert Imax mit der Zeit allmählich erhöht, basierend auf der Ein-Dauer Tron des Schalters 14n eines unteren Zweigs und der Spannung über den ersten und zweiten Enden des Induktors 16 geschätzt werden kann. Die rechte Seite der Gleichung [Glg4] basiert auf der Tatsache, dass der Ausgangsstrom des Leistungswandlers 10, der sich allmählich von dem maximalen Wert Imax auf den minimalen Wert Imin mit der Zeit verringert, basierend auf der Ein-Dauer Tmon des Schalters 14p eines oberen Zweigs und der Spannung über den ersten und zweiten Enden des Induktors 16 geschätzt werden kann.
12 stellt schematisch ein Beispiel der Ausgangsstrom schätzenden Aufgabe während einer Ausführung der Aufspannaufgabe dar. In 12 wird wie in 11 eine Totzeit, die zu jeder der Ein-Dauern Tmon und Tron addiert wird, ignoriert.
Bezug nehmend auf 12 schätzt der Stromschätzer 36 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel den Ausgangsstrom Iest von dem Leistungswandler 10 über sowohl

1. eine Erhöhungsperiode (siehe t1a bis t2a und t3a bis t4a), während der sich der Ausgangsstrom Iest allmählich verringert, als auch
2. eine Verringerungsperiode (siehe t2a bis t3a und t4a bis t5a), während der sich der Ausgangsstrom allmählich verringert.

Wie im Vorhergehenden beschrieben ist, ist der Leistungswandler gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel konfiguriert, um den Ausgangsstrom Iest von dem Leistungswandler 10 zu schätzen, ohne einen Stromsensor zum Messen des Induktorstroms IL zu haben. Der geschätzte Ausgangsstrom Iest kann beispielsweise zu einer anderen Vorrichtung, wie zum Beispiel einer Steuerschaltung auf einer höheren Ebene als die Steuerschaltung 30, ausgegeben werden, und der geschätzte Ausgangsstrom Iest kann durch die andere Vorrichtung, wie zum Beispiel die ranghöhere Steuerschaltung, verwendet werden.
Zweites Ausführungsbeispiel
Ein Leistungswandler 10A gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist unter Bezugnahme auf 13 beschrieben.
Die Struktur und/oder Funktionen des Leistungswandlers 10A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich von dem Leistungswandler 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in den folgenden Punkten. Die sich unterscheidenden Punkte sind somit hauptsächlich im Folgenden beschrieben.
Bei dem Leistungswandler 10A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist die Steuerschaltung 32 eine Steuerung 32A, deren Struktur sich von derselben der Steuerung 32 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet, auf.
13 stellt schematisch eine detaillierte Funktionsstruktur der Steuerung 32A dar, wenn die Steuerschaltung 30 die Abspannaufgabe als ein Beispiel gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel durchführt. Funktionskomponenten der Steuerung 32A, die in 13 dargestellt ist, die im Wesentlichen identisch zu jenen, die in 8 dargestellt sind, sind, sind gleiche Bezugszeichen beigefügt.
Die Steuerung 32A weist funktionell eine Spannungssteuerung 32l anstelle der Spannungssteuerung 32h, einen Wähler 32m, einen Stromabweichungsrechner 32n und eine Stromsteuerung 32o zusätzlich zu den Komponenten 32a bis 32g und 32i bis 32k auf.
Die Steuerung 32A ist konfiguriert, um zusätzlich zu der Zielspannung Vtgt, der Eingangsspannung V und der Ausgangsspannung V2 den Ausgangsstrom Iest, der durch den Stromschätzer 36 geschätzt wird, aufzunehmen.
Die Steuerung 32A ist dann konfiguriert, um basierend auf der aufgenommenen Zielspannung Vtgt, der Eingangsspannung V1, der Anschlussspannung V2, dem Ausgangsstrom Iest und der Schaltübergangszeit während einer Ausführung der Abspannaufgabe die ersten und zweiten Treibsignale gp und gn zu erzeugen.
Die Spannungssteuerung 32l ist konfiguriert, um unter Verwendung der Spannungsabweichung, die von dem Spannungsabweichungsrechner 32g als Eingangsdaten ausgegeben wird, und eines Proportionalverstärkungsterms und eines Integralverstärkungsterms eines PI-Rückkopplungssteueralgorithmus (PI-Algorithmus), wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, eine PI-Steuerung durchzuführen. Dadurch wird ein erster Zielstrom I1tgt erhalten. Die Spannungssteuerung 32l dient als beispielsweise ein Zielspannungsrechner gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Der Wähler 32m ist konfiguriert, um den ersten Zielstrom I1tgt, der von der Spannungssteuerung 32l ausgegeben wird, und einen zweiten Zielstrom I2tgt, der von einer externen Vorrichtung des Leistungswandlers 10A eingegeben wird, aufzunehmen. Der Wähler 32m ist konfiguriert, um entweder den ersten Zielstrom I1tgt oder den zweiten Zielstrom I2tgt auszuwählen, derart, dass entweder der erste Zielstrom I1tgt oder der zweite Zielstrom I2tgt niedriger als der andere derselben ist. Der Wähler 32m ist dann konfiguriert, um einen ausgewählten von dem ersten Zielstrom I1tgt und dem zweiten Zielstrom I2tgt als einen Endzielstrom Itgt auszugeben. Der zweite Zielstrom I2tgt ist auf eine obere Grenze für den Ausgangsstrom des Leistungswandlers 10A eingestellt; wenn der Ausgangsstrom des Leistungswandlers 10A gehalten wird, um gleich oder niedriger als der zweite Zielstrom I2tgt zu sein, kann die Zuverlässigkeit des Leistungswandlers 10 beibehalten werden.
Der Stromabweichungsrechner 32n ist konfiguriert, um eine Stromabweichung zwischen dem Endzielstrom Itgt und dem Ausgangsstrom Iest, der durch den Stromschätzer 32 geschätzt wird, zu berechnen. Der Stromabweichungsrechner 32n ist genauer gesagt konfiguriert, um den Ausgangsstrom Iest, der durch den Stromschätzer 32 geschätzt wird, von dem Endzielstrom Itgt zu subtrahieren, sodass die Stromabweichung berechnet wird.
Die Stromsteuerung 32o ist konfiguriert, um unter Verwendung der Stromabweichung, die von dem Stromabweichungsrechner 32n ausgegeben wird, als Eingangsdaten und eines Proportionalverstärkungsterms und eines Integralverstärkungsterms eines PI-Rückkopplungssteueralgorithmus (PI-Algorithmus), der im Vorhergehenden dargelegt ist, eine PI-Steuerung durchzuführen. Dadurch wird ein Transformationskoeffizient für ein Rückkopplungssteuern des Ausgangsstroms des Leistungswandlers 10A auf den Endzielstrom Itgt erhalten. Der Transformationskoeffizient stimmt mit dem Schaltzyklus Tsw für jeden der Schalter 14p und 14n überein.
Der erste Ein-Dauer-Rechner 32i gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist konfiguriert, um den Ausgangswert des ersten Korrektors 32e, der als „Dutyp + ΔD” ausgedrückt ist, mit dem Transformationskoeffizienten, der von der Stromsteuerung 32o ausgegeben wird, zu multiplizieren, sodass eine Ein-Dauer (Ein-Zeit) Tmon für den Schalter 14p eines oberen Zweigs berechnet wird. Der zweite Ein-Dauer-Rechner 32j gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist konfiguriert, um den Ausgangswert des zweiten Korrektors 32f, der als „Dutyp –ΔD” ausgedrückt ist, mit dem Transformationskoeffizienten, der von der Stromsteuerung 32o ausgegeben wird, zu multiplizieren, sodass eine Ein-Dauer Tron für den Schalter 14n eines unteren Zweigs berechnet wird.
Andere Funktionen der Komponenten der Steuerung 32A während einer Ausführung der Abspannaufgabe sind im Wesentlichen identisch zu jenen der Komponenten der Steuerung 32 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel während einer Ausführung der Abspannaufgabe.
Die Funktionskomponenten der Steuerung 32A während der Abspannaufgabe können auf jene der Steuerung 32A während der Aufspannaufgabe auf die gleiche Art und Weise wie bei der Beziehung zwischen den Funktionskomponenten der Steuerung 32, die in 8 dargestellt ist, und jenen der Steuerung 32, die in 9 dargestellt ist, angewendet werden.
Wie im Vorhergehenden beschrieben ist, ist der Leistungswandler 10A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel fähig, den Ausgangsstrom Iest von dem Leistungswandler 10 zu schätzen, ohne einen Stromsensor zum Messen des Induktorstroms IL zu haben. Der Leistungswandler 10A erreicht somit die gleichen technischen Wirkungen wie jene, die durch den Leistungswandler 10 erreicht werden.
Der Leistungswandler 10A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich konfiguriert, um den Ausgangsstrom desselben auf den Zielstrom I2tgt zu begrenzen, wenn der erste Zielstrom I1tgt für den Ausgangsstrom des Leistungswandlers 10A den Zielstrom I2tgt überschreitet. Dies verhindert, dass die Zuverlässigkeit des Leistungswandlers 10A reduziert wird.
Drittes Ausführungsbeispiel
Ein Leistungswandler 10B gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist unter Bezugnahme auf 14 beschrieben.
Die Struktur und/oder Funktionen des Leistungswandlers 10B gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich von dem Leistungswandler 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in den folgenden Punkten. Die sich unterscheidenden Punkte sind somit hauptsächlich im Folgenden beschrieben.
Bei dem Leistungswandler 10B gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist die Steuerschaltung 32 eine Steuerung 37, deren Struktur sich von derselben der Steuerung 32 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet, auf.
14 stellt schematisch eine detaillierte Funktionsstruktur der Steuerung 37 dar, wenn die Steuerschaltung 30 die Abspannaufgabe als ein Beispiel gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel durchführt.
Die Steuerung 37 weist funktionell einen Spannungsabweichungsrechner 37a, eine Spannungssteuerung 37b, eine Übergangszeit messende Einheit 37c, einen Zeitabweichungsrechner 37d, eine Übergangszeitsteuerung 37e, einen Ein-Dauer-Rechner 37f und einen Treibsignalgenerator 37g auf.
Der Spannungsabweichungsrechner 37a hat eine im Wesentlichen identische Struktur zu derselben des Spannungsabweichungsrechners 32g. Der Spannungsabweichungsrechner 37a ist genauer gesagt konfiguriert, um eine Spannungsabweichung zwischen einer Zielspannung Vtgt, die extern in die Steuerung 32A eingegeben wird, und der Ausgangsspannung V2 zu berechnen. Der Spannungsabweichungsrechner 32g ist genauer gesagt konfiguriert, um die Ausgangsspannung V2 von der Zielspannung Vtgt zu subtrahieren, sodass die Spannungsabweichung berechnet wird.
Die Spannungssteuerung 37b ist konfiguriert, um basierend auf der Spannungsabweichung, die von dem Spannungsabweichungsrechner 37a ausgegeben wird, unter Verwendung von beispielsweise der im Vorhergehenden dargelegten PI-Steuerung eine Ein-Tastung Dutyp für den Schalter 14p eines oberen Zweigs und eine Ein-Tastung Dutyn für den Schalter 14n eines unteren Zweigs zu berechnen.
Die Konfigurationen der Übergangszeit messenden Einheit 37c und des Zeitabweichungsrechners 37d sind im Wesentlichen identisch zu jenen der Übergangszeit messenden Einheit 32b und des Zeitabweichungsrechners 32c.
Die Übergangszeitsteuerung 37e ist konfiguriert, um basierend auf der Zeitabweichung, die von dem Zeitabweichungsrechner 37d ausgegeben wird, unter Verwendung der PI-Steuerung, die im Vorhergehenden dargelegt ist, einen Schaltzyklus Tsw für jeden der Schalter 14p und 14n zu berechnen. Dies resultiert in

(1) einer Verringerung in dem Schaltzyklus Tsw, um dadurch die Menge des Induktorstroms IL, der in der negativen Richtung fließt, zu reduzieren, wenn die Zeitabweichung ein positiver Wert wird, sodass der Induktorstrom IL, der in der negativen Richtung fließt, ein Überstrom wird, der zeigt, dass die Menge des Induktorstroms IL in der negativen Richtung größer als ein optimaler Wert desselben ist, und
(2) einer Erhöhung des Schaltzyklus Tsw, um dadurch die Menge des Induktorstroms IL, der in der negativen Richtung fließt, zu erhöhen, wenn die Zeitabweichung ein negativer Wert wird, sodass der Induktorstrom IL, der in der negativen Richtung fließt, ein Unterstrom wird, der zeigt, dass die Menge des Induktorstroms IL in der negativen Richtung kleiner als die optimale Menge desselben ist.

Die Übergangszeitsteuerung 37e dient als beispielsweise ein zweiter Rechner gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.
Der Ein-Dauer-Rechner 37f ist konfiguriert, um sowohl die Ein-Tastung Dutyp als auch die Ein-Tastung Dutyn, die von der Spannungssteuerung 37b ausgegeben werden, mit dem Schaltzyklus Tsw, der von der Übergangszeitsteuerung 37e ausgegeben wird, zu multiplizieren, sodass eine Ein-Dauer Tmon für den Schalter 14p eines oberen Zweigs und eine Ein-Dauer Tron für den Schalter 14n eines unteren Zweigs berechnet werden.
Die Konfiguration des Treibsignalgenerators 37g ist im Wesentlichen identisch zu derselben des Treibsignalgenerators 32k.
Die Funktionskomponenten der Steuerung 32B während der Abspannaufgabe können auf jene der Steuerung 32B während der Aufspannaufgabe auf die gleiche Art und Weise wie bei der Beziehung zwischen den Funktionskomponenten der Steuerung 32, die in 8 dargestellt ist, und jenen der Steuerung 32, die in 9 dargestellt ist, angewendet werden.
Wie im Vorhergehenden beschrieben ist, ist der Leistungswandler 10B gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel fähig, den Ausgangsstrom Iest von dem Leistungswandler 10 zu schätzen, ohne einen Stromsensor zum Messen des Induktorstroms IL zu haben. Der Leistungswandler 10B erreicht somit die gleichen technischen Wirkungen wie jene, die durch den Leistungswandler 10 erreicht werden.
Viertes Ausführungsbeispiel
Ein Leistungswandler 40 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist unter Bezugnahme auf 15 beschrieben.
Die Struktur und/oder Funktionen des Leistungswandlers 40 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich von dem Leistungswandler 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in den folgenden Punkten. Die sich unterscheidenden Punkte sind somit hauptsächlich im Folgenden beschrieben.
Bezug nehmend auf 15 ist der Leistungswandler 40, der als ein Sperr-Gleichstrom-Gleichstrom-(englisch: flyback DC-DC)Wandler als ein Beispiel von verschiedenen Typen eines Leistungswandlers entworfen ist, dargestellt. Komponenten des Leistungswandlers 40, der in 15 dargestellt ist, die im Wesentlichen identisch zu jenen, die in 1 dargestellt sind, sind, sind gleiche Bezugssymbole beigefügt.
Der Leistungswandler 40 weist einen ersten Kondensator 42a, einen zweiten Kondensator 42b, einen ersten Schalter 44a, einen zweiten Schalter 44b, einen Transformator 46 und eine Steuerschaltung 30A auf. Der Leistungswandler 40 ist betriebsfähig, um eine Leistungsübertragung zwischen der Hochspannungsbatterie 20 und der Niederspannungsbatterie 22, die in einem Fahrzeug eingebaut sind, durchzuführen, während die Hochspannungsbatterie 20 und die Niederspannungsbatterie 22 dazwischen elektrisch getrennt werden.
Der Leistungswandler 40 hat erste bis vierte Anschlüsse T1 bis T4. Der positive Anschluss der Hochspannungsbatterie 20 ist mit dem ersten Anschluss T1 verbunden, und der negative Anschluss der Hochspannungsbatterie 20 ist mit dem zweiten Anschluss T2 verbunden. Der erste Kondensator 42a hat ein erstes Ende und ein zweites Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt. Das erste Ende des ersten Kondensators 42a ist mit dem ersten Anschluss T1 verbunden, und das zweite Ende des ersten Kondensators 42a ist mit dem zweiten Anschluss T2 verbunden.
Der Transformator 46 weist eine Primärwicklung 46a und eine Sekundärwicklung 46b auf. Die Primär- und Sekundärwicklungen 46a und 46b dienen als beispielsweise ein Induktor gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel.
Der erste Schalter 44a und die Primärwicklung 46a sind miteinander in Reihe geschaltet, um ein reihengeschaltetes Element (46a–44a) zu liefern. Das reihengeschaltete Element (46a–44a) ist zu dem ersten Kondensator 42a parallel geschaltet. Ein spannungsgesteuertes Halbleiterschaltelement wird als jeder der Schalter 44a und 44b verwendet. Ein N-Kanal-MOSFET wird genauer gesagt als jeder der Schalter 44a und 44b gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel verwendet. Da jeder der Schalter 44a und 44b ein N-Kanal-MOSFET ist, sind intrinsische Dioden 45p und 45n der Schalter 44a und 44b zu den jeweiligen Schaltern 44a und 44b antiparallel geschaltet. Wenn IGBT als die Schalter 44a und 44b verwendet werden, können Schwungraddioden zu den entsprechenden jeweiligen Schaltern 44a und 44b antiparallel geschaltet sein.
Die Source, das heißt ein erster Anschluss, des ersten Schalters 44a ist genauer gesagt mit dem zweiten Anschluss T2 verbunden, und die Drain, das heißt ein zweiter Anschluss, des ersten Schalters 44a ist mit der Primärwicklung 46a des Transformators 46 verbunden.
Ein Kondensator, der zu dem ersten Schalter 44a parallel geschaltet ist, auf den als ein Kondensator 48a Bezug genommen ist, stellt eine parasitäre Kapazität über dem ersten Schalter 44a dar. Ein Kondensator, der zu dem zweiten Schalter 44b parallel geschaltet ist, auf den als ein Kondensator 48n Bezug genommen ist, stellt eine parasitäre Kapazität über dem zweiten Schalter 44b dar. Jeder der Kondensatoren 48a und 48b hat eine Kapazität C/2 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel.
Der zweite Schalter 44b und der zweite Kondensator 42b sind miteinander in Reihe geschaltet, um ein reihengeschaltetes Element (44b–42b) zu liefern. Das reihengeschaltete Element (44b–42b) ist zu der Sekundärwicklung 46b des Transformators 46 parallel geschaltet.
Die Source, das heißt ein erster Anschluss, des zweiten Schalters 44b ist genauer gesagt mit der Sekundärwicklung 46b des Transformators 46 verbunden, und die Drain, das heißt ein zweiter Anschluss, des zweiten Schalters 44b ist mit dem dritten Anschluss T3 verbunden.
Der zweite Kondensator 42b hat ein erstes Ende und ein zweites Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt. Das erste Ende des zweiten Kondensators 42b ist mit dem zweiten Schalter 44b verbunden. Der dritte Anschluss T3 des Leistungswandlers 40 ist mit dem ersten Ende des zweiten Kondensators 42b verbunden. Die Sekundärwicklung 46b ist mit dem zweiten Ende des zweiten Kondensators 42b verbunden. Das zweite Ende des zweiten Kondensators 42b ist mit dem vierten Anschluss T4 des Leistungswandlers 40 verbunden. Der positive Anschluss der Niederspannungsbatterie 22 ist mit dem dritten Anschluss T3 des Leistungswandlers 40 verbunden, und der negative Anschluss der Niederspannungsbatterie 22 ist mit dem vierten Anschluss T4 des Leistungswandlers 40 verbunden. Die Primärwicklung 46a hat eine Zahl von Windungen N1, und die Sekundärwicklung 46b hat eine Zahl von Windungen N2, sodass das Windungsverhältnis RL der Zahl von Windungen N1 zu der Zahl von Windungen N2, das als „N1/N2” ausgedrückt wird, auf einen vorbestimmten Wert, der größer als 1 ist, eingestellt ist.
Die Steuerschaltung 30A dient als eine Einrichtung zum Betreiben, das heißt Treiben, der ersten und zweiten Schalter 44a und 44b. Die Steuerschaltung 30A weist beispielsweise eine Steuerung 37, einen Schaltübergangszeitdetektor 34, einen Stromschätzer 36, einen ersten Treiber 50a und einen zweiten Treiber 50b auf. Der erste Treiber 50a ist konfiguriert, um basierend auf dem Treibsignal gp den ersten Schalter 44a abwechselnd ein- und auszuschalten, und der zweite Treiber 50b ist konfiguriert, um basierend auf dem Treibsignal gn den zweiten Schalter 50b abwechselnd ein- und auszuschalten.
Eine Abspannaufgabe der Steuerschaltung 30A ist als Erstes im Folgenden beschrieben. Während einer Ausführung der Abspannaufgabe entspricht die Primärwicklung 46a einer ersten Wicklung, die Sekundärwicklung 46b entspricht einer zweiten Wicklung, der erste Schalter 44a entspricht einem Hauptschalter, und der zweite Schalter 44b entspricht einem Synchrongleichrichtungsschalter.
Während einer Ausführung der Abspannaufgabe sind der erste Schalter 44a und die Primärwicklung 46a angeordnet, um zwischen der Hochspannungsbatterie 20, dem ersten Schalter 44a und der Primärwicklung 46a einen geschlossenen Kreis zu liefern, wenn der erste Schalter 44a eingeschaltet ist. Während einer Ausführung der Abspannaufgabe sind der zweite Schalter 44b und die Sekundärwicklung 46b angeordnet, um zwischen der Sekundärwicklung 46b, dem zweiten Schalter 44b und der Niederspannungsbatterie 22 einen geschlossenen Kreis zu liefern, wenn der zweite Schalter 44b eingeschaltet ist.
Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel werden der erste Schalter 44a und der zweite Schalter 44b gemäß den ersten und zweiten Treibsignalen gp und gn derselben ergänzend ein- und ausgeschaltet. Wenn sich genauer gesagt das erste Treibsignal gp von der Aus-Treib-Anweisung zu der Ein-Treib-Anweisung ändert, wird der erste Schalter 44a eingeschaltet. Wenn sich ähnlicherweise das zweite Treibsignal gn von der Ein-Treib-Anweisung zu der Aus-Treib-Anweisung ändert, wird der zweite Schalter 44b ausgeschaltet. Dies verursacht, dass die Hochspannungsbatterie 20 mit der Primärwicklung 46a verbunden wird, sodass die Primärwicklung 46a von der Hochspannungsbatterie 20 mit einem Strom als ein Induktorstrom IL versorgt wird. Dies resultiert darin, dass eine magnetische Energie in den Transformator 46 geladen wird.
Wenn sich danach das erste Treibsignal gp von der Ein-Treib-Anweisung zu der Aus-Treib-Anweisung ändert, wird der erste Schalter 44a ausgeschaltet. Wenn sich ähnlicherweise das zweite Treibsignal gn von der Aus-Treib-Anweisung zu der Ein-Treib-Anweisung ändert, wird der zweite Schalter 44b eingeschaltet. Dies verursacht, dass die Sekundärwicklung 46b mit der Niederspannungsbatterie 22 verbunden wird, und dass die magnetische Energie, die in dem Transformator 46 gespeichert ist, entladen wird, sodass ein Strom von der Sekundärwicklung 46b des Transformators 46 zu der Niederspannungsbatterie 22 als der Induktorstrom IL fließt.
Diese Betriebsvorgänge werden wiederholt, sodass die Niederspannungsbatterie 22 von der Hochspannungsbatterie 20 mit einer Leistung versorgt wird, was darin resultiert, dass die Niederspannungsbatterie 22 geladen wird.
Eine Aufspannaufgabe der Steuerschaltung 30A ist als Nächstes im Folgenden beschrieben. Während einer Ausführung der Aufspannaufgabe entspricht die Sekundärwicklung 46b der ersten Wicklung, die Primärwicklung 46a entspricht der zweiten Wicklung, der zweite Schalter 44b entspricht einem Hauptschalter, und der erste Schalter 44a entspricht einem Synchrongleichrichtungsschalter.
Während einer Ausführung der Aufspannaufgabe sind der zweite Schalter 44b und die Sekundärwicklung 46b angeordnet, um zwischen der Niederspannungsbatterie 22, dem zweiten Schalter 44b und der Sekundärwicklung 46b einen geschlossenen Kreis zu liefern, wenn der zweite Schalter 44b eingeschaltet ist. Während einer Ausführung der Aufspannaufgabe sind der erste Schalter 44a und die Primärwicklung 46a angeordnet, um zwischen der Primärwicklung 46a, dem ersten Schalter 44a und der Hochspannungsbatterie 20 einen geschlossenen Kreis zu liefern, wenn der erste Schalter 44a eingeschaltet ist.
Während einer Ausführung der Aufspannaufgabe wird, wenn sich das zweite Treibsignal gn von der Aus-Treib-Anweisung zu der Ein-Treib-Anweisung ändert, der zweite Schalter 44b eingeschaltet. Wenn sich ähnlicherweise das erste Treibsignal gp von der Ein-Treib-Anweisung zu der Aus-Treib-Anweisung ändert, wird der erste Schalter 44a ausgeschaltet. Dies verursacht, dass die Niederspannungsbatterie 22 mit der Sekundärwicklung 46b verbunden wird, sodass die Sekundärwicklung 46b mit einem Strom von der Niederspannungsbatterie 22 versorgt wird. Dies resultiert darin, dass eine magnetische Energie in den Transformator 46 geladen wird.
Wenn sich danach das zweite Treibsignal gn von der Ein-Treib-Anweisung zu der Aus-Treib-Anweisung ändert, wird der zweite Schalter 44b ausgeschaltet. Wenn sich ähnlicherweise das erste Treibsignal gp von der Aus-Treib-Anweisung zu der Ein-Treib-Anweisung ändert, wird der erste Schalter 44a eingeschaltet. Dies verursacht, dass die Primärwicklung 46a mit der Hochspannungsbatterie 20 verbunden wird, und dass die magnetische Energie, die in dem Transformator 46 gespeichert ist, entladen wird, sodass ein Strom von dem Transformator 46 zu der Hochspannungsbatterie 20 fließt, was darin resultiert, dass die Hochspannungsbatterie 20 geladen wird.
Eine Anschlussspannung zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen des ersten Schalters 44a, die den Potenzialunterschied zwischen der Source und der Drain des ersten Schalters 44a darstellt, wird in den Schaltübergangszeitdetektor 34 eingegeben. Eine Anschlussspannung zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen des zweiten Schalters 44b, die den Potenzialunterschied zwischen der Source und der Drain des zweiten Schalters 44b darstellt, wird ähnlicherweise in den Schaltübergangszeitdetektor 34 eingegeben.
Es gibt genauer gesagt einen Trenner (nicht gezeigt), der auf dem Weg zwischen dem Schaltübergangszeitdetektor 34 und beiden der ersten und zweiten Enden des zweiten Schalters 44b vorgesehen ist; der Weg erlaubt, dass der Schaltübergangszeitdetektor 34 die Anschlussspannung des zweiten Schalters 44b erfasst. Der Trenner ist konfiguriert, um zu erlauben, dass der Schaltübergangszeitdetektor 34 mit beiden der ersten und zweiten Enden des zweiten Schalters 44b kommuniziert, während der Schaltübergangszeitdetektor 34 und beide der ersten und zweiten Enden des zweiten Schalters 44b voneinander elektrisch getrennt sind. Es gibt ferner einen Trenner (nicht gezeigt), der auf dem Weg zwischen der Steuerung 37 und beiden der positiven und negativen Anschlüsse der Niederspannungsbatterie 22 vorgesehen ist; der Weg erlaubt, dass die Steuerung 37 die Anschlussspannung der Niederspannungsbatterie 22 erfasst. Der Trenner ist konfiguriert, um zu erlauben, dass die Steuerung 37 mit beiden der positiven und negativen Anschlüsse der Niederspannungsbatterie 22 kommuniziert, während die Steuerung 37 und beide der positiven und negativen Anschlüsse der Niederspannungsbatterie 22 voneinander elektrisch getrennt sind.
Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Schaltübergangszeitdetektor 34 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel konfiguriert, um das pulsartige Ausgangssignal Sig1 mit dem hohen Pegel (H) während einer Periode von einer ersten spezifischen Zeit zu einer zweiten spezifischen Zeit auszugeben. Die Periode von der ersten spezifischen Zeit zu der zweiten spezifischen Zeit ist als eine Periode von der ersten spezifischen Zeit, zu der sich das zweite Treibsignal gn von der Ein-Treib-Anweisung zu der Aus-Treib-Anweisung ändert, bis zu der zweiten spezifischen Zeit, zu der die Anschlussspannung des ersten Schalters 44p abfällt, um die Schwellenspannung Vth zu erreichen, definiert.
Die Steuerschaltung 30A gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist fähig, die Abspannaufgabe in der gleichen Prozedur wie dieselbe der Steuerschaltung 30 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durchzuführen. Dies resultiert in einer Anpassung der Schaltübergangszeit an die Zielzeit Ttgt, sodass die Menge des Induktorstroms IL, der in der negativen Richtung fließt, an die vorbestimmte optimale Menge während einer Ausführung der Abspannaufgabe angepasst wird. Der Leistungswandler 40 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ermöglicht somit, dass die Steuerschaltung 30A in dem Modus eines kritischen Stroms in Betrieb ist, um die ersten und zweiten Schalter 44p und 44n während einer Ausführung der Abspannaufgabe zu steuern, ohne dass der Leistungswandler 12 mit einem Stromsensor zum Messen eines Induktorstroms, der durch die Primärwicklung 46a fließt, ausgestattet ist.
Die Steuerschaltung 30A gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist ferner fähig, die Aufspannaufgabe in der gleichen Prozedur wie dieselbe der Steuerschaltung 30 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durchzuführen. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist während der Aufspannaufgabe der Schaltübergangszeitdetektor 34 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel konfiguriert, um das pulsartige Ausgangssignal Sig2 mit dem hohen Pegel (H) während einer Periode auszugeben; die Periode ist als eine Periode zwischen

(1) einer dritten spezifischen Zeit, zu der sich das erste Zeitsignal gp von der Ein-Treib-Anweisung zu der Aus-Treib-Anweisung ändert, und
(2) einer vierten spezifischen Zeit, zu der die Anschlussspannung des zweiten Schalters 44n abfallt, um die Schwellenspannung Vth einschließlich zu erreichen, definiert.

Die Ausgangsstrom schätzende Aufgabe, die durch den Stromschätzer 36a ausgeführt wird, die als eine dritte Einrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel dient, ist als Nächstes im Folgenden unter Bezugnahme auf 16 bis 18 beschrieben.
Der Stromschätzer 36a ist konfiguriert, um

(1) die Anschlussspannung V1 der Hochspannungsbatterie 20,
(2) die Anschlussspannung V2 der Niederspannungsbatterie 22, und
(3) die Ein-Dauern Tmon und Tron für die jeweiligen Schalter 44p und 44n aufzunehmen.

Der Stromschätzer 36a ist dann konfiguriert, um einen Ausgangsstrom Iest von dem Leistungswandler 40 basierend auf der Anschlussspannung V1, der Anschlussspannung V2 und den Ein-Dauern Tmon und Tron während jeder Ausführung der Abspannaufgabe und der Aufspannaufgabe zu schätzen (siehe 16).
Der Stromschätzer 36a schätzt genauer gesagt den Ausgangsstrom lest während einer Ausführung der Abspannaufgabe unter Verwendung einer folgenden Gleichung [Glg5].
L2 stellt eine Eigeninduktivität der Sekundärwicklung 46b dar, und ΔIp2 wird mit einer folgenden Gleichung [Glg5a] ausgedrückt.
Die Summe der Ein-Dauer Tmon für den ersten Schalter 44a und der Ein-Dauer Tron für den zweiten Schalter 44b, die als „Tmon + Tron” ausgedrückt wird, stellt den Schaltzyklus Tsw für jeden der ersten und zweiten Schalter 44a und 44b dar.
Die Gleichung [Glg5] wird wie folgt abgeleitet.
Wie in 17 dargestellt ist, sei genauer gesagt der Wert des Zeitintegrals eines Stroms, der durch die Sekundärwicklung 46b während der Ein-Dauer Tron für den zweiten Schalter 44b fließt, betrachtet; auf den Wert ist als ein Zeitintegralstromwert Bezug genommen. In 17 wird wie in 11 eine Totzeit, die zu jeder der Ein-Dauern Tmon und Tron addiert ist, ignoriert.
Zu dieser Zeit basiert die Gleichung [Glg5] auf der Tatsache, dass eine Durchschnittsbestimmung des Zeitintegralstromwerts über den Schaltzyklus Tsw den Ausgangsstrom von dem Leistungswandler 40 einführt. Bei dem vierten Ausführungsbeispiel wird, da ein negativer Strom, der durch die Sekundärwicklung 46b fließt, einen sehr kleinen Einfluss auf eine Schätzung des Ausgangsstroms lest hat, der Einfluss des negativen Stroms auf die Schätzung des Ausgangsstroms Iest ignoriert.
17 zeigt als einen Induktorstrom einen Strom, der durch die Primärwicklung 46a fließt, wobei sich dabei der Ausgangsstrom Iest allmählich erhöht (siehe eine Zeit t11 bis zu einer Zeit t12 und eine Zeit t13 bis zu einer Zeit t14). 17 zeigt ferner als einen Induktorstrom einen Strom, der durch die Sekundärwicklung 46b fließt, wobei sich dabei der Ausgangsstrom Iest allmählich verringert (siehe die Zeit t12 bis zu der Zeit t13 und die Zeit t14 bis zu einer Zeit t15).
Es sei bemerkt, dass die Steuerung 30A einen Eingangsstrom Iin in den Leistungswandler 40 während einer Ausführung der Abspannaufgabe gemäß einer folgenden Gleichung [Glg6] berechnen kann.
ΔIp1 wird durch eine folgende Gleichung [Glg6a] ausgedrückt.
Der Stromschätzer 36a schätzt zusätzlich den Ausgangsstrom Iest während einer Ausführung der Aufspannaufgabe unter Verwendung der Anschlussspannung V1, der Anschlussspannung V2, der Ein-Dauern Tmon und Tron und einer folgenden Gleichung [Glg17].
L1 stellt eine Eigeninduktivität der Primärwicklung 46a dar, und ΔIp2 wird durch eine folgende Gleichung [Glg7a] ausgedrückt.
Die Gleichung [Glg7] wird wie folgt abgeleitet.
Wie in 18 dargestellt ist, sei genauer gesagt der Wert eines Zeitintegrals eines Stroms, der durch die Primärwicklung 46a über die Ein-Dauer Tmon für den ersten Schalter 44a fließt, betrachtet; auf den Wert ist als ein Zeitintegralstromwert Bezug genommen. Zu dieser Zeit basiert die Gleichung [Glg7] auf der Tatsache, dass eine Durchschnittsbestimmung des Zeitintegralstromwerts über den Schaltzyklus Tsw den Ausgangsstrom von dem Leistungswandler 40 einführt. Bei dem vierten Ausführungsbeispiel kann, da ein negativer Strom, der durch die Primärwicklung 46a fließt, einen sehr kleinen Einfluss auf eine Schätzung des Ausgangsstroms Iest hat, der Einfluss des negativen Stroms auf die Schätzung des Ausgangsstroms Iest ignoriert werden.
18 zeigt als einen Induktorstrom einen Strom, der durch die Sekundärwicklung 46b fließt, wobei sich dabei der Ausgangsstrom Iest allmählich erhöht (siehe eine Zeit t11a bis zu einer Zeit t12a und eine Zeit t13a und eine Zeit t14a). 18 zeigt ferner als einen Induktorstrom einen Strom, der durch die Primärwicklung 46a fließt, wobei sich dabei der Ausgangsstrom Iest allmählich verringert (siehe die Zeit t12a bis zu der Zeit t13a und die Zeit t14a und eine Zeit t15a). In 18 wird wie bei 12 eine Totzeit, die zu jeder der Ein-Dauern Ton und Tron addiert ist, ignoriert.
Es sei bemerkt, dass die Steuerung 30A den Eingangsstrom Iin in den Leistungswandler 40 während einer Ausführung der Aufspannaufgabe gemäß einer folgenden Gleichung [Glg8] berechnen kann.
ΔIp1 wird durch eine folgende Gleichung [Glg8a] ausgedrückt.
Wie im Vorhergehenden beschrieben ist, ist der Leistungswandler 40 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel fähig, den Ausgangsstrom Iest von dem Leistungswandler 10 zu schätzen, ohne einen Stromsensor zum Messen des Induktorstroms IL zu haben. Der Leistungswandler 40 erreicht somit die gleichen technischen Wirkungen wie jene, die durch den Leistungswandler 10 erreicht werden.
Fünftes Ausführungsbeispiel
Ein Leistungswandler 60 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist unter Bezugnahme auf 19 bis 22 beschrieben.
Die Struktur und/oder Funktionen des Leistungswandlers 60 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel unterscheiden sich von dem Leistungswandler 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in den folgenden Punkten. Die sich unterscheidenden Punkte sind somit hauptsächlich im Folgenden beschrieben.
Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, wird die Totzeit, die zu jeder der Ein-Dauern Tmon und Tron addiert ist, ignoriert. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Resonanzdauer TLC, die in dem LC-Resonanzkreis während einer Totzeit auftritt, auf die als eine Totzeit DT Bezug genommen ist, die zu jedem der Treibsignale gp und gn addiert ist, ein ausreichend niedriger Wert, sodass die Resonanzdauer TLC, die in dem LC-Resonanzkreis auftritt, hinsichtlich des Schaltzyklus Tsw ignoriert werden kann.
Ein Verfahren eines Schätzen des Ausgangsstroms Iest von dem Leistungswandler 60 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel ist im Gegensatz dazu in einem Fall entworfen, in dem die Resonanzdauer TLC, die in dem LC-Resonanzkreis auftritt, nicht hinsichtlich des Schaltzyklus Tsw ignoriert werden kann.
Die Umstände, unter denen die Resonanzdauer TLC, die in dem LC-Resonanzkreis LC auftritt, nicht ignoriert werden kann, kommen vor, wenn der Ausgangsstrom, das heißt ein Laststrom, des Leistungswandlers 60 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel reduziert ist. Je niedriger der Laststrom sein kann, um so kleiner kann genauer gesagt die Ladezeit, die erforderlich ist, um die Drossel 16 zu laden, hinsichtlich der Resonanzdauer TLC, die in dem LC-Resonanzkreis LC auftritt, sein. Dies kann darin resultieren, dass die Resonanzdauer TLC, die in dem LC-Resonanzkreis auftritt, einen Wert erhält, der hinsichtlich des Schaltzyklus Tsw nicht ignoriert werden kann, was in einer Reduzierung der Genauigkeit eines Schätzens des Ausgangsstroms von dem Leistungswandler 60 resultiert.
Es sei bemerkt, dass die Resonanzdauer TLC, die in dem LC-Resonanzkreis LC auftritt, als eine Zeit von einem Zeitpunkt, zu dem ein Zeitableitungswert dIL/dt des Induktorstroms IL nach dem Induktorstrom IL ein negativer Wert wird, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem der Schalter 14p eines oberen Zweigs eingeschaltet wird, definiert ist.
Die Ausgangsstrom schätzende Aufgabe, die durch einen Stromschätzer 36b gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel ausgeführt wird, ist als Nächstes im Folgenden unter Bezugnahme auf 19 bis 22 beschrieben.
Der Stromschätzer 36b ist konfiguriert, um

(1) die Anschlussspannung V1 der Hochspannungsbatterie 20,
(2) die Anschlussspannung V2 der Niederspannungsbatterie 22,
(3) die Ein-Dauern Tmon und Tron der jeweiligen Schalter 44p und 44n, und
(4) die Treibsignale gp und gn, die von der Steuerung 32 ausgegeben werden, aufzunehmen.

Der Stromschätzer 36b ist konfiguriert, um basierend auf der Anschlussspannung V1, der Anschlussspannung V2 und einer ersten Ein-Dauer Tpon während einer Ausführung der Abspannaufgabe unter Verwendung der im Vorhergehenden erwähnten Gleichungen [Glg1] und [Glg2] und einer folgenden Gleichung [Glg9] einen Ausgangsstrom Iest von dem Leistungswandler 60 zu schätzen.
Die erste Ein-Dauer Tpon ist als eine Zeit definiert, die basierend auf einer Subtraktion der Totzeit DT von der Ein-Dauer Tmon für den Schalter 14p eines oberen Zweigs erhalten wird. Der Stromschätzer 36b gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel ist genauer gesagt konfiguriert, um basierend auf den Treibsignalen gp und gn die Totzeit DT zu berechnen, und basierend auf der Totzeit DT und der Ein-Dauer Tmon für den Schalter 14p eines oberen Zweigs die erste Ein-Dauer Tpon zu berechnen.
Der Stromschätzer 36b ist konfiguriert, um basierend auf der Anschlussspannung V1, der Anschlussspannung V2 und einer zweiten Ein-Dauer Tnon während einer Ausführung der Aufspannaufgabe unter Verwendung der im Vorhergehenden erwähnten Gleichungen [Glg1] und [Glg2] und einer folgenden Gleichung [Glg10] einen Ausgangsstrom Iest von dem Leistungswandler zu schätzen.
Die zweite Ein-Dauer Tnon ist als eine Zeit definiert, die basierend auf einer Subtraktion der Totzeit DT von der Ein-Dauer Tron für den Schalter 14n eines unteren Zweigs erhalten wird. Der Stromschätzer 36b gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel ist genauer gesagt konfiguriert, um basierend auf den Treibsignalen gp und gn die Totzeit DT zu berechnen, und basierend auf der Totzeit DT und der Ein-Dauer Tron für den Schalter 14n eines unteren Zweigs die zweite Ein-Dauer Tnon zu berechnen.
Wie die Gleichungen [Glg9] und [Glg110] zu entwickeln sind, ist als Nächstes im Folgenden unter Bezugnahme auf 20 und 21 beschrieben.
Wie die Gleichung [Glg9], die während einer Ausführung der Abspannaufgabe verwendet wird, zu entwickeln ist, ist erstens im Folgenden unter Bezugnahme auf 20A bis 20D beschrieben. 20A, 20B, 20C und 20D entsprechen den jeweiligen 2A, 4A, 4C und 4D.
Bezug nehmend auf 20A erhöht sich der Induktorstrom IL innerhalb einer Periode P1 monoton, während der sich der Schalter 14p eines oberen Zweigs in einem Ein-Zustand befindet. Dies erlaubt, dass ein maximaler Wert des Ausgangsstroms von dem Leistungswandler 60 durch eine folgende Gleichung [Glg11] ausgedrückt wird.
Der Induktorstrom IL verringert sich ferner monoton innerhalb sowohl einer Periode P2 als auch P3, während denen sich der Schalter 14n eines unteren Zweigs in einem Ein-Zustand befindet. Innerhalb einer Periode P4, die der Totzeit DT entspricht, findet eine LC-Resonanz zwischen jedem der Kondensatoren 18p und 18n und dem Induktor 16 statt. Ein Minimaler Wert Imin des Ausgangsstroms von dem Leistungswandler 60 kann als die im Vorhergehenden erwähnte Gleichung [Glg2] basierend auf der LC-Resonanz ausgedrückt werden. Die Spitze-zu-Spitze ΔIpp des Induktorstroms IL entspricht einer Subtraktion des minimalen Werts Imin von dem maximalen Wert Imax des Ausgangsstroms von dem Leistungswandler 60. Aus diesen Gründen kann die Gleichung [Glg9] aus der Gleichung [11] und der Gleichung [2] abgeleitet werden.
Wie die Gleichung [Glg10], die während einer Ausführung der Aufspannaufgabe verwendet wird, zu entwickeln ist, ist als Nächstes im Folgenden unter Bezugnahme auf 21A bis 21D beschrieben. 21A bis 21D entsprechen jeweils 20A bis 20D.
In 21A ist, wie im Vorhergehenden beschrieben ist, die Polarität des Induktorstroms IL während einer Ausführung der Aufspannaufgabe derart definiert, dass die Richtung des Flusses des Induktorstroms IL von dem zweiten Ende, das mit dem zweiten Kondensator 12b verbunden ist, zu dem ersten Ende, das mit dem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern 14p und 14n verbunden ist, zu dem zweiten Kondensator 12b eine positive Richtung ist.
Bezug nehmend auf 21A erhöht sich der Induktorstrom IL innerhalb einer Periode P1 monoton, während der der Schalter 14n eines unteren Zweigs in einem Ein-Zustand ist. Dies erlaubt, dass ein maximaler Wert des Ausgangsstroms von dem Leistungswandler 60 durch eine folgende Gleichung [Glg12] ausgedrückt wird.
Der Induktorstrom erhöht sich ferner monoton innerhalb sowohl einer Periode P2 als auch P3, während denen ein Schalter 14p eines oberen Zweigs in einem Ein-Zustand ist. Innerhalb einer Periode P4, die der Totzeit DT entspricht, findet eine LC-Resonanz zwischen jedem der Kondensatoren 18p und 18n und dem Induktor 16 statt. Da die Spitze-zu-Spitze ΔIpp des Induktorstroms IL der Subtraktion des minimalen Werts Imin von dem maximalen Wert Imax des Ausgangsstroms von dem Leistungswandler 60 entspricht, kann die Gleichung [Glg10] aus der Gleichung [12] und der Gleichung [2] abgeleitet werden.
22 zeigt die geschätzten Resultate und die tatsächlich gemessenen Resultate des Ausgangsstroms, das heißt des Laststroms, des Leistungswandlers 60 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel. Die geschätzten Resultate und die tatsächlich gemessenen Resultate des Ausgangsstroms von dem Leistungswandler 60 werden insbesondere erhalten, während ein Zielstromwert für den Laststrom innerhalb eines relativ niedrigen Bereichs während einer Ausführung der Abspannaufgabe variiert. Wie in 22 dargestellt ist, macht es der Leistungswandler 60 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel möglich, den Ausgangsstrom davon mit einer hohen Genauigkeit zu schätzen, selbst wenn der Laststrom einen relativ niedrigen Wert hat.
Es sei bemerkt, dass, je größer die Induktivität L des Induktors 16 ist, und/oder je kleiner die Kapazität C von jedem der Kondensatoren 18p und 18n ist, desto näher der minimale Wert Imin des Induktorstroms IL an null ist. Aus diesem Grund ist jede der Gleichungen [Glg9] und [Glg10] näher an der Gleichung [Glg3].
Wie im Vorhergehenden beschrieben ist, erreicht der Leistungswandler 60 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel zusätzlich zu einem Erreichen der technischen Wirkungen, die identisch zu jenen sind, die durch den Leistungswandler 10 erreicht werden, eine Wirkung eines Verbesserns der Genauigkeit eines Schätzens des Ausgangsstroms von demselben, selbst wenn der Laststrom einen relativ niedrigen Wert hat.
Sechstes Ausführungsbeispiel
Ein Leistungswandler 40A gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist unter Bezugnahme auf 23 und 24 beschrieben.
Die Struktur und/oder Funktionen des Leistungswandlers 40A gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich von dem Leistungswandler 40 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel in den folgenden Punkten. Somit sind die sich unterscheidenden Punkte im Folgenden hauptsächlich beschrieben.
Wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, wird die Totzeit, die zu jeder der Ein-Dauern Tmon und Tron addiert ist, ignoriert. Bei dem vierten Ausführungsbeispiel ist insbesondere die Resonanzdauer, die bei einem LC-Resonanzkreis auftritt, der eine Induktivität des Transformators 46 und Kapazitäten der Kondensatoren 48p und 48n aufweist, während der Totzeit DT, die zu jedem der Treibsignale gp und gn addiert ist, ein ausreichend niedrigerer Wert, sodass die Resonanzdauer, die bei dem LC-Resonanzkreis auftritt, hinsichtlich des Schaltzyklus Tsw ignoriert werden kann.
Ein Verfahren eines Schätzens des Ausgangsstroms Iest von dem Leistungswandler 40A gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ist im Gegensatz dazu für einen Fall entworfen, bei dem die Resonanzdauer, die bei dem LC-Resonanzkreis auftritt, nicht hinsichtlich des Schaltzyklus Tsw ignoriert werden kann.
Die einen Ausgangsstrom schätzende Aufgabe, die durch einen Stromschätzer 36c gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ausgeführt wird, ist als Nächstes im Folgenden unter Bezugnahme auf 23 und 24 beschrieben.
Der Stromschätzer 36c ist konfiguriert, um

(1) die Anschlussspannung V1 der Hochspannungsbatterie 20,
(2) die Anschlussspannung V2 der Niederspannungsbatterie 22,
(3) die Ein-Dauern Tmon und Tron für die jeweiligen Schalter 44p und 44n,
(4) die Treibsignale gp und gn, die von der Steuerung 32 ausgegeben werden, und
(5) den Schaltzyklus Tsw aufzunehmen.

Der Stromschätzer 36c ist konfiguriert, um basierend auf der Anschlussspannung V1, der Anschlussspannung V2 und einer ersten Ein-Dauer T1on während einer Ausführung der Abspannaufgabe unter Verwendung der im Vorhergehenden erwähnten Gleichung [Glg2] und einer folgenden Gleichung [Glg13] einen Ausgangsstrom Iest von dem Leistungswandler 40A zu schätzen.
Es sei bemerkt, dass ΔIp1 durch eine folgende Gleichung [Glg13a] ausgedrückt wird.
Die erste Ein-Dauer T1on ist als eine Zeit definiert, die basierend auf einer Subtraktion der Totzeit DT von der Ein-Dauer Tmon für den ersten Schalter 44p erhalten wird. Der Stromschätzer 36c gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ist genauer gesagt konfiguriert, um die Totzeit DT basierend auf den Treibsignalen gp und gn zu berechnen und die erste Ein-Dauer T1on basierend auf der Totzeit DT und der Ein-Dauer Tmon für den ersten Schalter 44p zu berechnen.
Der Stromschätzer 36c ist konfiguriert, um basierend auf der Anschlussspannung V1, der Anschlussspannung V2 und einer zweiten Ein-Dauer T2on während einer Ausführung der Abspannaufgabe unter Verwendung der im Vorhergehenden erwähnten Gleichung [Glg2] und einer folgenden Gleichung [Glg14] einen Ausgangsstrom Iest von dem Leistungswandler zu schätzen.
Es sei bemerkt, dass ΔIp1 durch eine folgende Gleichung [Glg14a] ausgedrückt wird.
Die zweite Ein-Dauer T2on ist als eine Zeit definiert, die basierend auf einer Subtraktion der Totzeit DT von der Ein-Dauer Tron für den zweiten Schalter 44n erhalten wird. Der Stromschätzer 36c gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ist genauer gesagt konfiguriert, um basierend auf den Treibsignalen gp und gn die Totzeit DT zu berechnen und basierend auf der Totzeit DT und der Ein-Dauer Tron für den zweiten Schalter 44n die zweite Ein-Dauer T2on zu berechnen.
Wie die Gleichungen [Glg13] und [Glg14] zu entwickeln sind, ist als Nächstes im Folgenden unter Bezugnahme auf 24A bis 24C beschrieben.
Wie die Gleichung [Glg13], die während einer Ausführung der Abspannaufgabe verwendet wird, zu entwickeln ist, ist zuerst im Folgenden unter Bezugnahme auf 24A bis 24C beschrieben. 24A, 24B und 24C entsprechen 17, 20C bzw. 20D.
Ein Durchschnittswert I1est des Eingangsstroms in den Leistungswandler 40A während einer Ausführung der Abspannaufgabe ist durch eine folgende Gleichung [15] ausgedrückt.
In der Gleichung [Glg15] wird eine folgende Gleichung [Glg15a] aufgestellt. Tmon = DT + T1on [Glg15a]
Durch die Vorbedingung des Verhältnisses zwischen einer Eingangsleistung in den Leistungswandler 40A und einer Ausgangsleistung von dem Leistungswandler 40A wird eine folgende Gleichung [16] abgeleitet.
Aus den Gleichungen [15] und [16] kann die Gleichung [13] abgeleitet werden.
Wie die Gleichung [Glg14], die während einer Ausführung der Abspannaufgabe verwendet wird, zu entwickeln ist, ist als Nächstes im Folgenden beschrieben.
Ein Durchschnittswert I1est des Eingangsstroms in den Leistungswandler 40A während einer Ausführung der Abspannaufgabe wird durch eine folgende Gleichung [17] ausgedrückt.
In der Gleichung [Glg17] wird eine folgende Gleichung [Glg17a] aufgestellt. Tron = DT + T2on [Glg17a]
Aus den Gleichungen [17] und [16] kann die Gleichung [14] abgeleitet werden.
Jede der Gleichungen [Glg13] und [Glg14] betrachtet einen negativen Strom, der durch eine entsprechende der Sekundär- und Primärwicklungen 46b und 46a fließt, die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf begrenzt. Unter der Annahme, dass ein negativer Strom, der durch jede der Primär- und Sekundärwicklungen 46a und 46b fließt, einen sehr kleinen Einfluss auf eine Schätzung des Ausgangsstroms Iest hat, kann genauer gesagt der Einfluss des negativen Stroms auf eine Schätzung des Ausgangsstroms Iest ignoriert werden. Bei dieser Modifikation kann genauer gesagt der minimale Wert Imin bei jeder der Gleichungen [13] und [14] auf null eingestellt werden.
Wie im Vorhergehenden beschrieben ist, erreicht der Leistungswandler 40A gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel zusätzlich zu einem Erreichen der technischen Wirkungen, die identisch zu jenen sind, die durch den Leistungswandler 40 erreicht werden, eine Wirkung eines Verbesserns der Genauigkeit eines Schätzens des Ausgangsstroms aus demselben, selbst wenn der Laststrom einen relativ niedrigen Wert hat.
Siebtes Ausführungsbeispiel
Ein Leistungswandler gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist unter Bezugnahme auf 25 beschrieben.
Die Struktur und/oder Funktionen des Leistungswandlers gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich von dem Leistungswandler 60 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel in den folgenden Punkten. Die sich unterscheidenden Punkte sind somit hauptsächlich im Folgenden beschrieben.
Der Stromschätzer 36 führt eine Ausgangsstrom schätzende Aufgabe während einer Ausführung der Abspannaufgabe gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel in jedem voreingestellten Schätzungszyklus durch. Die Ausgangsstrom schätzende Aufgabe bei einem Stromschätzungszyklus ist entworfen, um einige der Gleichungen [Glg1], [Glg2], [Glg3], [Glg4], [Glg9] und [Glg10] gemäß einem Wert eines Laststroms, der bei dem vorausgehenden Schätzungszyklus geschätzt wird, auszuwählen.
Die Ausgangsstrom schätzende Aufgabe ist im Folgenden unter Bezugnahme auf 25 beschrieben.
Bei einem Beginnen der Ausgangsstrom schätzenden Aufgabe bei einem Stromschätzungszyklus bestimmt der Stromschätzer 36 bei einem Schritt S10, ob ein Laststrom einstellender Wert Iload gleich oder niedriger als ein Schwellenstrom Ith, der größer als null ist, ist. Als der Laststrom einstellende Wert Iload kann beispielsweise ein Wert des Ausgangsstroms Iest, der bei dem vorausgehenden Schätzungszyklus geschätzt wurde, oder der erste Zielstrom I1tgt, der von der Spannungssteuerung 32l, die in 13 dargestellt ist, basierend auf einem Wert des Ausgangsstroms Iest, der bei dem vorausgehenden Schätzungszyklus geschätzt wurde, ausgegeben wird, verwendet werden. Wenn der Stromschätzungszyklus der erste Schätzungszyklus ist, kann ein vorbestimmter Anfangswert als der Laststrom einstellende Wert Iload verwendet werden.
Wenn bestimmt wird, dass der Laststrom einstellende Wert Iload höher als der Schwellenstrom Ith ist (NEIN bei dem Schritt S10), wählt der Stromschätzer 36 die Gleichungen [Glg1], [Glg2] und [Glg3] aus, um dadurch bei einem Schritt S11 unter Verwendung der ausgewählten Gleichungen [Glg1], [Glg2] und [Glg3] den Ausgangsstrom Iest zu schätzen.
Wenn sonst bestimmt wird, dass der Laststrom einstellende Wert Iload gleich oder niedriger als der Schwellenstrom Ith ist (JA bei dem Schritt S10), wählt der Stromschätzer 36 die Gleichungen [Glg1], [Glg2] und [Glg9] aus, um dadurch bei einem Schritt S12 unter Verwendung der ausgewählten Gleichungen [Glg1], [Glg2] und [Glg9] den Ausgangsstrom lest zu schätzen.
Der Stromschätzer 36 kann während einer Ausführung der Aufspannaufgabe gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel auf die gleiche Art und Weise wie die Ausgangsstrom schätzende Aufgabe während einer Ausführung der Abspannaufgabe eine Ausgangsstrom schätzende Aufgabe durchführen.
Während einer Ausführung der Aufspannaufgabe führt genauer gesagt der Stromschätzer 36 statt des Betriebs bei dem Schritt S11, der in 25 dargestellt ist, einen Betrieb durch, um die Gleichungen [Glg1], [Glg2] und [Glg4] auszuwählen, um dadurch unter Verwendung der ausgewählten Gleichungen [Glg1], [Glg2] und [Glg4] den Ausgangsstrom Iest zu schätzen. Während einer Ausführung der Aufspannaufgabe führt zusätzlich der Stromschätzer 36 statt des Betriebs bei dem Schritt S12, der in 25 dargestellt ist, einen Betrieb durch, um die Gleichungen [Glg1], [Glg2] und [Glg10] auszuwählen, um dadurch unter Verwendung der ausgewählten Gleichungen [Glg1], [Glg2] und [Glg10] den Ausgangsstrom zu schätzen.
Wie im Vorhergehenden beschrieben ist, ändert der Leistungswandler gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel eine Auswahl der Gleichungen, die erforderlich sind, um den Ausgangsstrom desselben zu schätzen, abhängig von einer Änderung des Laststroms. Dies erreicht eine Wirkung eines weiteren Verbesserns der Genauigkeit eines Schätzen des Ausgangsstroms von demselben zusätzlich zu einem Erreichen der technischen Wirkungen, die identisch zu jenen sind, die durch den Leistungswandler 60 erreicht werden.
Jedes der ersten bis siebten Ausführungsbeispiele kann wie folgt modifiziert sein.
Die Schaltübergangszeit gemäß der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf dieselbe begrenzt, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Der Startzeitpunkt, um die Schaltübergangszeit zu messen, kann beispielsweise als der Zeitpunkt definiert sein, zu dem die Source-Drain-Spannung V14n des Schalters 14n eines unteren Zweigs steigt, um eine vorbestimmte Bezugsspannung zu erreichen, nachdem sich das zweite Treibsignal gn für das Schaltelement 14n eines unteren Zweigs von der Aus-Treib-Anweisung zu der Ein-Treib-Anweisung geändert hat. Die Schaltübergangszeit, die gemäß dieser Modifikation gemessen wird, ermöglicht, dass der Leistungswandler die Abfallrate der Source-Drain-Spannung V14p des Schalters 14p eines oberen Zweigs nach einem Ausschalten des Schalters 14n eines unteren Zweigs versteht. Es ist somit möglich, dass Nullspannungsschalten des Schalters 14p eines oberen Zweigs zu erreichen, um einen Ausschaltverlust des Schalters 14p eines oberen Zweigs zu reduzieren.
Der Stromschätzer 36 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist konfiguriert, um die Summe eines Durchschnittswerts des Induktorstroms IL und des minimalen Werts des Induktorstroms IL als den Ausgangsstrom Iest zu schätzen, die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf begrenzt. Der Stromschätzer 36 kann genauer gesagt konfiguriert sein, um die Summe von der Spitze-zu-Spitze ΔIpp und des minimalen Werts des Induktorstroms IL als den Ausgangsstrom Iest zu schätzen.
Der Stromschätzer 36 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist konfiguriert, um während einer Ausführung der Abspannaufgabe den Ausgangsstrom Iest von dem Leistungswandler 10 über sowohl

1. die Erhöhungsperiode (siehe die Zeit t1 bis zu der Zeit t2 und die Zeit t3 bis zu der Zeit t4), während der sich der Ausgangsstrom Iest allmählich erhöht, als auch
2. die Verringerungsperiode (siehe die Zeit t2 bis zu der Zeit t3 und die Zeit t4 bis zu der Zeit t5), während der sich der Ausgangsstrom allmählich verringert (siehe 11), zu schätzen.

Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration begrenzt.
Der Stromschätzer 36 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann genauer gesagt konfiguriert sein, um während einer Ausführung der Abspannaufgabe den Ausgangsstrom Iest von dem Leistungswandler 10 über entweder die Erhöhungsperiode oder die Verringerungsperiode zu schätzen.
Der Stromschätzer 36 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann ähnlicherweise konfiguriert sein, um während einer Ausführung der Aufspannaufgabe den Ausgangsstrom Iest von dem Leistungswandler 10 über entweder

1. die Erhöhungsperiode (siehe t1a bis t2a und t3a bis t4a,), während der sich der Ausgangsstrom Iest allmählich erhöht, oder
2. die Verringerungsperiode (siehe t2a bis t3a und t4a bis t5a), während der sich der Ausgangsstrom allmählich verringert, zu schätzen.

Der Stromschätzer 36 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann konfiguriert sein, um basierend auf dem geschätzten Ausgangsstrom Iest einen Eingangsstrom in den Leistungswandler 10 zu schätzen.
Es sei als ein Beispiel beschrieben, wie der Stromschätzer 36 den Eingangsstrom in den Leistungswandler 10 während einer Ausführung der Abspannaufgabe schätzt.
Der Stromschätzer 36 kann konfiguriert sein, um den Eingangsstrom, dem das Bezugszeichen I1 angefügt ist, unter Verwendung einer folgenden Gleichung [18] zu schätzen.
P2 stellt eine Ausgangsleistung des Leistungswandlers 10 dar, V1 stellt die Anschlussspannung der Hochspannungsbatterie 20 dar, V2 stellt die Anschlussspannung der Niederspannungsbatterie 22 dar, und η stellt einen Wandlungswirkungsgrad des Leistungswandlers 10 dar.
Der Stromschätzer 36 kann ferner konfiguriert sein, um unter Verwendung einer folgenden Gleichung [Glg19] eine Eingangsleistung P1 in den Leistungswandler 10 zu schätzen.
Der Wandlungswirkungsgrad η des Leistungswandlers 10 in jeder der Gleichungen [Glg18] und [Glg19] kann auf einen fixierten Wert von beispielsweise 1 eingestellt sein. Der Stromschätzer 36 kann konfiguriert sein, um den Wandlungswirkungsgrad η des Leistungswandlers 10 gemäß dem geschätzten Ausgangsstrom Iest unter Verwendung von beispielsweise einer Abbildung in einem Datentabellenformat, in einem Format eines mathematischen Ausdrucks und/oder einem Programmformat zu korrigieren. Die Abbildung, die beispielsweise in dem Stromschätzer 36 gespeichert ist, weist eine Funktion, das heißt eine Korrelation, des Wandlungswirkungsgrads η des Leistungswandlers 10 hinsichtlich des Ausgangsstroms Iest auf.
Der Leistungswandler 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann lediglich als ein Entgegenwirkungs- (englisch: buck) oder ein Verstärkungs- (englisch: boost) Wandler dienen.
Ein anderer spannungsgesteuerter Schalter statt des N-Kanal-MOSFET, wie zum Beispiel ein IGBT, kann für sowohl den Hauptschalter als auch den Synchrongleichrichtungsschalter verwendet werden.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Kapazitäten der Kondensatoren 18p und 18n für die jeweiligen Schalter 14p und 14n auf den gleichen Wert C eingestellt, sie können jedoch auf unterschiedliche Werte eingestellt sein. Bei dieser Modifikation wird die Kapazität C, die in der Gleichung [Glg2] beschrieben ist, durch die Summe der unterschiedlichen Werte der Kapazitäten der Kondensatoren 18p und 18n ersetzt.
Eine Begrenzer-(englisch: snubber)Schaltung mit einem Kondensator als das passive Element derselben kann hinzugefügt sein, um zu jedem der Schalter 14p und 14n parallel geschaltet zu sein. Bei dieser Modifikation muss die Kapazität des Kondensators der Snubber-Schaltung zu der Kapazität C, die in der Gleichung [Glg2] beschrieben ist, addiert werden.
Der Stromschätzer 36 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist konfiguriert, um den minimalen Wert Imin des Induktorstroms IL bei jedem voreingestellten Verarbeitungszyklus zu berechnen, der Stromschätzer 36 gemäß der vorliegenden Offenbarung kann jedoch konfiguriert sein, um einen fixierten Wert als den minimalen Wert Imin des Induktorstroms IL zu verwenden. Der Stromschätzer 36 von jedem der massenhaft erzeugten Leistungswandler 10 kann beispielsweise konfiguriert sein, um als den minimalen Wert Imin des Induktorstroms IL einen Mittelwert der minimalen Werte des Induktorstroms IL bei den massenhaft erzeugten Leistungswandlern 10 zu verwenden. In diesem Fall kann, wenn der Mittelwert der minimalen Werte des Induktorstroms IL bei den massenhaft erzeugten Leistungswandlern 10 ein niedriger Wert ist, der minimale Wert Imin des Induktorstroms IL auf null eingestellt sein.
Der Leistungswandler 40A gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel kann konfiguriert sein, um basierend auf dem Laststrom unter Verwendung von entweder dem Ausgangsstrom schätzenden Verfahren, das bei dem vierten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, oder dem Ausgangsstrom schätzenden Verfahren, das bei dem fünften Ausführungsbeispiel beschrieben ist, den Ausgangsstrom Iest zu schätzen.
Obwohl darstellende Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung hierin beschrieben sind, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt, umfasst jedoch irgendeines und alle Ausführungsbeispiele, die Modifikationen, Weglassungen, Kombinationen (zum Beispiel von Aspekten über verschiedene Ausführungsbeispiele hinweg), Anpassungen und/oder Abwechslungen, wie es für Fachleute basierend auf der vorliegenden Offenbarung offensichtlich ist, haben. Die Begrenzungen der Ansprüche sind basierend auf der Sprache, die in den Ansprüchen genutzt ist, breit zu interpretieren und nicht auf die Beispiele begrenzt, die in der vorliegenden Beschreibung oder während der Verfolgung der Anmeldung beschrieben werden, wobei diese Beispiele als nicht ausschließlich aufzufassen sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012-090406 [0002]

Claims

Leistungswandler mit einem Induktor (16, 46a, 46b); einem Hauptschalter (14p, 14n, 44a, 44b), der eine Leistungsquelle (20, 22) mit dem Induktor verbindet, wenn derselbe eingeschaltet ist, um dadurch den Induktor von der Leistungsquelle mit einem Strom zu versorgen, sodass eine Energie in den Induktor geladen wird; einem Synchrongleichrichtungsschalter (14n, 14p, 44b, 44a), der den Induktor mit einer Last (22, 20) verbindet, wenn derselbe während eines Aus-Zustands des Hauptschalters eingeschaltet ist, um dadurch die Energie von dem Induktor zu entladen, sodass die Last von dem Induktor mit einem Strom versorgt wird; einer ersten Einrichtung (30) zum ergänzenden Ein- und Ausschalten des Hauptschalters und des Synchrongleichrichtungsschalters; einer zweiten Einrichtung (32b, 34, 37c) zum Erfassen einer Schaltübergangszeit, wobei die Schaltübergangszeit mit einer Abfallrate einer Spannung über dem Hauptschalter, nachdem der Synchrongleichrichtungsschalter durch die erste Einrichtung ausgeschaltet wurde, korreliert ist, wobei die erste Einrichtung konfiguriert ist, um den Hauptschalter und den Synchrongleichrichtungsschalter ergänzend ein- und auszuschalten, derart, dass die Schaltübergangszeit, die durch die zweite Einrichtung erfasst wird, eine vorbestimmte Zielzeit wird; und einer dritten Einrichtung (36, 36a) zum Schätzen eines Ausgangsstroms, der von dem Induktor zu der Last fließt, während der Hauptschalter und der Synchrongleichrichtungsschalter durch die erste Einrichtung ergänzend ein und ausgeschaltet werden, basierend auf einem ersten Parameter und einem zweiten Parameter, wobei der erste Parameter mindestens entweder eine Ein-Dauer des Hauptschalters oder eine Ein-Dauer des Synchrongleichrichtungsschalters aufweist; und der zweite Parameter mindestens entweder eine Eingangsspannung von der Leistungsquelle zu dem Leistungswandler oder eine Ausgangsspannung von dem Leistungswandler zu der Last aufweist.
Leistungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einrichtung folgende Merkmale aufweist: einen ersten Rechner (37b), der basierend auf einer Abweichung zwischen der Ausgangsspannung und einer Zielspannung eine Ein-Tastung berechnet, wobei die Ein-Tastung ein Verhältnis der Ein-Dauer von sowohl dem Hauptschalter als auch dem Synchrongleichrichtungsschalter zu einem Schaltzyklus eines entsprechenden von dem Hauptschalter und dem Synchrongleichrichtungsschalter darstellt; und einen zweiten Rechner (37e), der basierend auf einer Abweichung zwischen der Schaltübergangszeit und der Zielzeit den Schaltzyklus von sowohl dem Hauptschalter als auch dem Synchrongleichrichtungsschalter berechnet, wobei die erste Einrichtung konfiguriert ist, um basierend auf der Ein-Tastung für jeden der Haupt- und Synchrongleichrichtungsschalter, die durch den ersten Rechner berechnet wird, und dem Schaltzyklus für jeden der Haupt- und Synchrongleichrichtungsschalter, der durch den zweiten Rechner berechnet wird, den Hauptschalter und den Synchrongleichrichtungsschalter ergänzend ein- und auszuschalten,
Leistungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einrichtung folgende Merkmale aufweist: einen ersten Rechner (32a), der basierend auf der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung eine Ein-Tastung berechnet, wobei die Ein-Tastung ein Verhältnis der Ein-Dauer von sowohl dem Hauptschalter als auch dem Synchrongleichrichtungsschalter zu einem Schaltzyklus eines entsprechenden von dem Hauptschalter und dem Synchrongleichrichtungsschalter darstellt; und einen zweiten Rechner (32d), der basierend auf einer Abweichung zwischen der Schaltübergangszeit und der Zielzeit einen Korrekturwert zum Korrigieren der Schaltübergangszeit auf die Zielzeit berechnet; und einen Korrektor (32e, 32f), der basierend auf dem Korrekturwert die Ein-Tastung für jeden der Haupt- und Synchrongleichrichtungsschalter, die durch den ersten Rechner berechnet wird, korrigiert, wobei die erste Einrichtung konfiguriert ist, um basierend auf der Ein-Tastung für jeden der Haupt- und Synchrongleichrichtungsschalter, die durch den Korrektor korrigiert wird, den Hauptschalter und den Synchrongleichrichtungsschalter ergänzend ein- und auszuschalten.
Leistungswandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einrichtung ferner folgende Merkmale aufweist: einen Zielwertrechner (32l), der basierend auf einer Abweichung zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung einen ersten Zielwert für den Ausgangsstrom berechnet; und einen Wähler (32m), der als einen Endzielwert für den Ausgangsstrom entweder den ersten Zielwert, der durch den Zielwertrechner berechnet wird, oder einen zweiten Zielwert für den Ausgangsstrom auswählt, wobei der zweite Zielwert in den Leistungswandler extern eingegeben wird, und ein Ausgewählter von dem ersten Zielwert und dem zweiten Zielwert niedriger als der andere derselben ist, wobei die erste Einrichtung konfiguriert ist, um basierend auf einer Abweichung zwischen dem geschätzten Ausgangsstrom und dem Endzielwert den Hauptschalter und den Synchrongleichrichtungsschalter ergänzend ein- und auszuschalten, derart, dass der geschätzte Ausgangsstrom gleich oder niedriger als der Endzielwert ist.
Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einrichtung konfiguriert ist, um zu dem Hauptschalter ein erstes Treibsignal zu senden, das eine Ein-Treib-Anweisung angibt, um den Hauptschalter einzuschalten; zu dem Hauptschalter das erste Treibsignal zu senden, das eine Aus-Treib-Anweisung angibt, um den Hauptschalter auszuschalten; zu dem Synchrongleichrichtungsschalter ein zweites Treibsignal zu senden, das angibt, dass die Ein-Treib-Anweisung den Synchrongleichrichtungsschalter einschaltet; zu dem Hauptschalter das zweite Treibsignal zu senden, das die Aus-Treib-Anweisung angibt, um den Synchrongleichrichtungsschalter auszuschalten; und wobei die zweite Einrichtung konfiguriert ist, um als die Schaltübergangszeit eine Zeit, die von einem Zeitpunkt, zu dem sich das zweite Treibsignal von der Ein-Treib-Anweisung zu der Aus-Treib-Anweisung ändert, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem die Spannung über dem Hauptschalter fällt, um eine vorbestimmte Schwellenspannung zu erreichen, gebraucht wird, zu erfassen.
Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einrichtung konfiguriert ist, um den Hauptschalter und den Synchrongleichrichtungsschalter ergänzend ein- und auszuschalten, während eine Totzeit sichergestellt wird, während der der Hauptschalter und der Synchrongleichrichtungsschalter gleichzeitig ausgeschaltet sind; der Hauptschalter (14p) und der Synchrongleichrichtungsschalter (14n) miteinander in Reihe geschaltet sind; der Induktor ein erstes Ende und ein zweites Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt, hat, wobei das erste Ende des Induktors mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Hauptschalter und dem Synchrongleichrichtungsschalter verbunden ist; der Hauptschalter (14p) angeordnet ist, um zwischen der Leistungsquelle (20), dem Hauptschalter, dem Induktor und der Last (22) einen ersten geschlossenen Kreis zu liefern, wenn derselbe eingeschaltet ist; der Synchrongleichrichtungsschalter (14n) angeordnet ist, um zwischen der Last, dem Synchrongleichrichtungsschalter und dem Induktor einen zweiten geschlossenen Kreis zu liefern, wenn derselbe eingeschaltet ist; und die dritte Einrichtung konfiguriert ist, um eine erste Strom schätzende Aufgabe durchzuführen, um basierend auf der Totzeit, der Ein-Dauer des Hauptschalters, der Ausgangsspannung und der Eingangsspannung den Ausgangsstrom zu schätzen.
Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einrichtung konfiguriert ist, um den Hauptschalter und den Synchrongleichrichtungsschalter ergänzend ein- und auszuschalten, während eine Totzeit sichergestellt wird, während der der Hauptschalter und der Synchrongleichrichtungsschalter gleichzeitig ausgeschaltet sind; der Hauptschalter (14n) und der Synchrongleichrichtungsschalter (14p) miteinander in Reihe geschaltet sind; der Induktor ein erstes Ende und ein zweites Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt, hat, wobei das erste Ende des Induktors mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Hauptschalter und dem Synchrongleichrichtungsschalter verbunden ist; der Hauptschalter (14n) angeordnet ist, um zwischen der Leistungsquelle (22), dem Induktor, dem Hauptschalter und der Last (20) einen dritten geschossenen Kreis zu liefern, wenn derselbe eingeschaltet ist; der Synchrongleichrichtungsschalter (14p) angeordnet ist, um zwischen der Leistungsquelle (22), dem Induktor, dem Synchrongleichrichtungsschalter und der Last (20) einen zweiten geschlossenen Kreis zu liefern, wenn derselbe eingeschaltet ist; und die dritte Einrichtung konfiguriert ist, um eine zweite Strom schätzende Aufgabe durchzuführen, um basierend auf der Totzeit, der Ein-Dauer des Hauptschalters, der Ausgangsspannung und der Eingangsspannung den Ausgangsstrom zu schätzen.
Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einrichtung konfiguriert ist, um den Hauptschalter und den Synchrongleichrichtungsschalter ergänzend ein- und auszuschalten, während eine Totzeit sichergestellt wird, während der der Hauptschalter und der Synchrongleichrichtungsschalter gleichzeitig ausgeschaltet sind; der Induktor einen Transformator (46), der eine erste Wicklung (46a, 46b) und eine zweite Wicklung (46b, 46a), die mit der ersten Wicklung magnetisch gekoppelt ist, aufweist, aufweist; der Hauptschalter (44a, 44b) und die erste Wicklung angeordnet sind, um zwischen der Leistungsquelle, dem Hauptschalter und der ersten Wicklung einen ersten geschlossenen Kreis zu liefern, wenn der Hauptschalter eingeschaltet ist; der Synchrongleichrichtungsschalter und die zweite Wicklung angeordnet sind, um zwischen der zweiten Wicklung, dem Synchrongleichrichtungsschalter und der Last einen zweiten geschlossenen Kreis zu liefern, wenn der Synchrongleichrichtungsschalter eingeschaltet ist; und die dritte Einrichtung konfiguriert ist, um eine Strom schätzende Aufgabe durchzuführen, um basierend auf der Totzeit, der Ein-Dauer des Hauptschalters, der Eingangsspannung und einem Schaltzyklus von sowohl dem Hauptschalter als auch dem Synchrongleichrichtungsschalter den Ausgangsstrom zu schätzen.
Leistungswandler nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Einrichtung konfiguriert ist, um die Strom schätzende Aufgabe durchzuführen, um den Ausgangsstrom zu schätzen, wenn eine Bedingung erfüllt ist, wobei die Bedingung darin besteht, dass der Ausgangsstrom, der von dem Induktor zu der Last fließt, gleich oder niedriger als null ist.
Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptschalter (14p) und der Synchrongleichrichtungsschalter (14n) miteinander in Reihe geschaltet sind; der Induktor ein erstes Ende und ein zweites Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt, hat, wobei das erste Ende des Induktors mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Hauptschalter und dem Synchrongleichrichtungsschalter verbunden ist; der Hauptschalter (14p) angeordnet ist, um zwischen der Leistungsquelle (20), dem Hauptschalter, dem Induktor und der Last (22) einen ersten geschlossenen Kreis zu liefern, wenn derselbe eingeschaltet ist; der Synchrongleichrichtungsschalter (14n) angeordnet ist, um zwischen der Last, dem Synchrongleichrichtungsschalter und dem Induktor einen zweiten geschlossenen Kreis zu liefern, wenn derselbe eingeschaltet ist; und die dritte Einrichtung konfiguriert ist, um basierend auf mindestens entweder einer ersten Parametergruppe oder einer zweiten Parametergruppe den Ausgangsstrom zu schätzen, wobei die erste Parametergruppe die Ein-Dauer des Hauptschalters, die Ausgangsspannung und die Eingangsspannung aufweist, und die zweite Parametergruppe die Ein-Dauer des Synchrongleichrichtungsschalters und die Ausgangsspannung aufweist.
Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptschalter (14p) und der Synchrongleichrichtungsschalter (14n) miteinander in Reihe geschaltet sind; der Induktor ein erstes Ende und ein zweites Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt, hat, wobei das erste Ende des Induktors mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Hauptschalter und dem Synchrongleichrichtungsschalter verbunden ist; der Hauptschalter (14n) angeordnet ist, um zwischen der Leistungsquelle (22), dem Hauptschalter, dem Induktor und der Last (20) einen dritten geschlossenen Kreis zu liefern, wenn derselbe eingeschaltet ist; der Synchrongleichrichtungsschalter (14p) angeordnet ist, um zwischen der Last (22), dem Induktor, dem Synchrongleichrichtungsschalter und der Last (20) einen vierten geschlossenen Kreis zu liefern, wenn derselbe eingeschaltet ist; und die dritte Einrichtung konfiguriert ist, um basierend auf mindestens entweder einer dritten Parametergruppe oder einer vierten Parametergruppe den Ausgangsstrom zu schätzen, wobei die dritte Parametergruppe die Ein-Dauer des Hauptschalters und die Eingangsspannung aufweist, und die vierte Parametergruppe die Ein-Dauer des Synchrongleichrichtungsschalters, die Ausgangsspannung und die Eingangsspannung aufweist.
Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor einen Transformator (46), der eine erste Wicklung (46a, 46b) und eine zweite Wicklung (46b, 46a), die mit der ersten Wicklung magnetisch gekoppelt ist, aufweist, aufweist; der Hauptschalter (44a, 44b) und die erste Wicklung angeordnet sind, um zwischen der Leistungsquelle, dem Hauptschalter und der ersten Wicklung, einen ersten geschlossenen Kreis zu liefern, wenn der Hauptschalter eingeschaltet ist; der Synchrongleichrichtungsschalter und die zweite Wicklung angeordnet sind, um zwischen der zweiten Wicklung, dem Synchrongleichrichtungsschalter und der Last einen zweiten geschlossenen Kreis zu liefern, wenn der Synchrongleichrichtungsschalter eingeschaltet ist; und die dritte Einrichtung konfiguriert ist, um basierend auf mindestens entweder einer fünften Parametergruppe oder einer sechsten Parametergruppe den Ausgangsstrom zu schätzen, wobei die fünfte Parametergruppe die Ein-Dauer des Hauptschalters und die Eingangsspannung aufweist, und die sechste Parametergruppe die Ein-Dauer des Synchrongleichrichtungsschalters und die Ausgangsspannung aufweist.