DE102017211186A1 - Schaltkreis mit variabler Ausgabe und einer Wandlersteuerung mit demselben Schaltkreis - Google Patents

Schaltkreis mit variabler Ausgabe und einer Wandlersteuerung mit demselben Schaltkreis Download PDF

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Dong Gyun Woo
Gyu Tae Choi
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Hyundai Motor Co
Kia Motors Corp
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Abstract

Ein Schaltkreis der eine variable Ausgabe aufweist, welcher die Ausgabespannung einer Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang, die einen ersten Operationsverstärker mit einem Eingangsanschluss umfasst, an den eine Eingangspannung mit festem Wert angelegt wird, ändert. Der Schaltkreis umfasst einen zwischengeschalteten Inversionsverstärkungsschaltkreis mit einem zweiten Operationsverstärker mit einem Ausgabeanschluss, angeschlossen an einen weiteren Eingangsanschluss des Operationsverstärkers, der im Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang enthalten ist. An einen Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers wird derselbe Eingangswert angelegt, wie der feste Eingangswert, der an einen Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers angelegt ist. An einen weiteren Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers wird ein variabler Eingang angelegt, entsprechend der Ausgabe des ersten Operationsverstärkers.

Description

  • HINTERGRUND
  • Gebiet der Offenbarung
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Schaltkreis mit einer variablen Ausgabe und einer Wandlersteuerung mit diesem Schaltkreis, und insbesondere einen Schaltkreis der eine variable Ausgabe aufweist.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Umweltfreundliche Fahrzeuge, die mit elektrischer Energie betrieben werden, die in einer Batterie gespeichert ist, umfassen Elektrofahrzeuge, Hybrid-Fahrzeuge oder ähnliches, verwenden einen Gleichstromwandler, um Energie, die in der Batterie gespeichert ist auf eine gewünschte Spannung umzuwandeln. Da diese Umweltfreundlichen Fahrzeuge immer beliebter werden und die Technologieentwicklung derer ständig fortgeführt wird, hat sich der Bedarf nach einer Größenreduzierung des Gleichstromwandlers oder ähnlichen erhöht.
  • Während die Forschung der Topologie von Gleichstromwandlern und Energiekomponenten aus neuen Materialien fortgeschritten ist, ist die Topologie zur Anwendung der Gleichstromwandler wurde schrittweise von der frühen PSFB(phasenverschobenen Vollbrücke, engl.: phase shifted full bridge)-Topologie zur ACF(Aktivklemmen-Eintaktflusswandler, engl.: active clamp forward)-Topologie übergegangen. Im Vergleich zur PSFB-Topologie kann bei einer ACF-Topologie die Anzahl der Leistungshalbleiter bei gleicher Leistung reduziert werden. Daher hat die ACF-Topologie den Vorteil, dass die Größe und Kosten solcher Gleichstromwandler reduziert werden können. Außerdem ist die ACF-Topologie geeigneter für hohe Leistung, wie Gleichstromwandler für Fahrzeuge, da Siliziumkarbidtechnologie im Leistungshalbleiter angewendet wird und daher ein Anstieg des Schaltverlusts bei Starkstrom minimal ist.
  • In dem Wandler, in dem zahlreiche Topologien angewendet werden, kann ein digitales oder analoges Schema verwendet werden, um den Ausgang des Wandlers zu steuern. Zwischenzeitlich wendet der Wandler ein Schema zur Steuerung des An-/Aus-Zustand eines oder mehrerer Schaltelemente, die als Leistungshalbleiterelement verwendet werden. Ein Steuerschaltkreis wurde hergestellt, indem ein herkömmliches integriertes Element zur Regelung ausgewählt wurde, welches für eine Wandlerschaltung geeignet ist, die entwickelt wurde um ein Steuersignal zu generieren, welches den An-/Aus-Zustand des Schaltelements oder der Schaltelemente steuert.
  • Wenn das Steuerschema in der Wandlerschaltung angewendet wird, wird ein Steuervorgehen zum Zurückführen einer Ausgabe der Wandlerschaltung angewendet, um einen Spannungsbefehlseingang von einer externen oberen Steuerung oder dergleichen zu vergleichen, um die rückgekoppelte Spannung an den angewendeten Spannungsbefehl anzupassen. Mit anderen Worten, um eine effektive Lade- und Entladesteuerung der Batterie oder eine verbesserte Kraftstoffeffizienz der Fahrzeuge zu erreichen, müssen umweltfreundliche Fahrzeuge einen Spannungsbefehl ändern und anwenden. Deshalb müssen Fahrzeuge in der Lage sein den Ausgang des Wandlers variabel steuern zu können, entsprechend des Spannungsbefehls.
  • Das herkömmliche integrierte Element, das zur Steuerung der Wandlerschaltung verwendet wird, hat häufig keine Struktur, um den Spannungsbefehl im Vergleich zur rückgekoppelten Spannung zu ändern. Insbesondere, an den ersten Eingangsanschluss des Operationsverstärkers im integrierten Element, welches zum Vergleich der rückgekoppelten Spannung vorgesehen ist, wird eine Spannung mit einem bereits festgelegten Wert angelegt. Daher kann es sehr schwierig sein den Ausgang des Wandlers variabel, in Abhängigkeit des variablem Spannungsbefehl, zu steuern.
  • Die Inhalte, die als Stand der Technik beschrieben werden, wurden nur bereitgestellt, um das Verständnis des Hintergrunds der vorliegenden Offenbarung zu unterstützten und sollte nicht als Stand der Technik angesehen werden, der einem Fachmann bekannt ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Ziel der vorliegenden Offenbarung ist, einen Schaltkreis mit variabler Ausgabe zur Verfügung zu stellen, der fähig ist die Ausgabe, mit einem festen Wert, einer Inversionsverstärkungsschaltung, welche einen Operationsverstärker mit einem Eingangsanschluss aufweist, in einen gewünschten Wert zu ändern. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung ist eine Wandlersteuerung, welche diesen Schaltkreis umfasst, zur Verfügung zu stellen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, hat ein Schaltkreis eine variable Ausgabe, durch Änderung der Ausgabe eines Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang, der einen ersten Operationsverstärker mit einer Eingangsanschluss umfasst, an den eine Eingangspannung mit festem Wert angelegt wird. Der Schaltkreis umfasst außerdem einen zwischengeschalteten Inversionsverstärkungsschaltkreis mit einem zweiten Operationsverstärker, der einen Ausgabeanschluss aufweist, der an einen weiteren Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers, der im Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang enthalten ist, angeschlossen ist. An einen Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers wird derselbe Eingangswert angelegt, wie der feste Eingangswert, der an einen Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers angelegt ist. An einen weiteren Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers wird ein variabler Eingang angelegt, entsprechend der Ausgabe des ersten Operationsverstärkers.
  • Der Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang kann einen ersten Widerstand umfassen, der zwischen dem anderen Eingangsanschluss und dem ersten Operationsverstärker angebunden ist, und einen zweiten Widerstand, der zwischen dem anderen Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers und dem Ausgabeanschluss des ersten Operationsverstärkers angebunden ist. Der erste und der zweite Widerstand können denselben Widerstandswert aufweisen. Der zwischengeschaltete Inversionsverstärkungsschaltkreis kann einen dritten Widerstand umfassen, der zwischen den anderen Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers und einem Anschluss eingebunden ist, an den der variable Eingang angelegt ist, und ein vierter Widerstand, der zwischen dem anderen Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers und dem Ausgabeanschluss des zweiten Operationsverstärkers eingebunden ist. Der dritte und der vierte Widerstand können denselben Widerstandswert aufweisen.
  • Der Schaltkreis kann außerdem einen Schaltkreis zur Steuerungswerterzeugung umfassen, der einen Eingangsanschluss umfasst, an den ein Steuerungsbefehlswert angewendet wird und ein anderer Eingangsanschluss, an den ein Steuerrückkopplungswert angelegt wird. Der Steuerwerterzeugungsschaltkreis kann außerdem konfiguriert sein, dass ein Fehlerwert ausgegeben wird, entsprechend der Differenz zwischen dem Steuerbefehlswert und dem Steuerrückkopplungswert, um einen Fehlerwert an dem anderen Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers als variablen Eingang anzulegen.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, steuert eine Wandlersteuerung eine Magnitude eines Eingangsstroms, indem der Eingangsstrom mit der Ausgabespannung zurückgeleitet wird, um eine Magnitude einer Ausgabespannung einem Spannungsbefehl zu folgen. Die Wandlersteuerung umfasst einen Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang, der einen ersten Operationsverstärker umfasst, der einen Eingangsanschluss aufweist, an den ein fester Eingangswert angelegt ist, und an den ein Ausgang angelegt ist, welcher als Strombefehl zur Steuerung der Magnitude des Eingangsstroms verwendet wird. Die Wandlersteuerung umfasst außerdem einen zwischengeschalteten Inversionsverstärkungsschaltkreis, dessen Konfiguration einen zweiten Operationsverstärker umfasst, der einen Ausgabeanschluss aufweist, der mit einem weiteren Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers, welcher im Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang enthalten ist, verbunden ist. Der zweite Operationsverstärker verfügt über einen Eingangsanschluss, der mit demselben Wert versehen ist wie der feste Eingangswert. Die Wandlersteuerung verfügt weiterhin über einen Spannungsvergleichsschaltkreis, dessen Konfiguration einen dritten Operationsverstärker aufweist, der über einen Eingangsanschluss verfügt, an den Spannungsbefehl angelegt wird, ein weiterer Eingangsanschluss, über den die Ausgabespannung zurückgeführt wird, und ein Ausgabeanschluss, der mit einem weiteren Eingangsanschluss des zwischengeschalteten Inversionsverstärkungsschaltkreis verbunden ist, um einen Fehlerwert, entsprechend einer Differenz zwischen des Spannungsbefehls und dem zurückgeführten Wert der Ausgabespannung, auszugeben.
  • Der Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang kann in einem integrierten Schaltkreis zum Schalter treiben, d. h. zur Steuerung des Schaltelements oder Schaltelemente, enthalten sein. Der integrierte Schaltkreis kann vorgefertigt sein, d. h. konfiguriert, gesteuert oder programmiert, um mit der Magnitude des Eingangsstroms angewendet zu werden und um den Eingangsstrom mit dem Strombefehl zu vergleichen, um ein PWM-Signal zu generieren, welches das Schaltelement oder der Schaltelemente des Wandlers steuert.
  • Der Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang kann einen ersten Widerstand umfassen, der zwischen dem anderen Eingangsanschluss und dem ersten Operationsverstärker angebunden ist, und einen zweiten Widerstand, der zwischen dem anderen Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers und dem Ausgabeanschluss des ersten Operationsverstärkers angebunden ist. Der erste und der zweite Widerstand können denselben Widerstandswert aufweisen. Der zwischengeschaltete Inversionsverstärkungsschaltkreis kann einen dritten Widerstand umfassen, der zwischen den anderen Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers und einem Anschluss eingebunden ist, an den der variable Eingang angelegt ist, und ein vierter Widerstand, der zwischen dem anderen Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers und dem Ausgabeanschluss des zweiten Operationsverstärkers eingebunden ist. Der dritte und der vierte Widerstand können denselben Widerstandswert aufweisen.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Schaltdiagramm, welches ein Wandlersystem darstellt in dem ein Schaltkreis mit variablen Ausgang, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, angewendet wird.
    • 2 ist ein Schaltdiagramm eines Schaltkreises mit variabler Ausgabe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
    • 3 ist ein Diagramm, welches die Stufen der Ausgabesignale von jedem Element des Schaltkreises der 2 darstellt, der eine variable Ausgabe aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden werden ein Schaltkreis mit einer variablen Ausgabe und eine Wandlersteuerung inklusive des Schaltkreises gemäß mehrerer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung detaillierter beschrieben, mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.
  • 1 ist ein Schaltdiagramm, welches ein Wandlersystem darstellt in dem ein Schaltkreis mit variablen Ausgang angewendet wird, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, angewendet wird.
  • Bezug nehmend auf 1, ein Wandlersystem, mit einem Schaltkreis mit variabler Ausgabe kann eine Wandlerschaltung 200 umfassen, die konfiguriert ist, um einen Gleichstrompegel einer Stromversorgung 100 umzuwandeln. Die Gleichstromleistung soll einem Verbraucher 300 und einer PWM-integrierten Schaltung (Chip) 400 zugeführt werden. Die integrierte PWM-Schaltung oder der Chip 400 ist so konfiguriert, dass sie ein PWM-Signal ausgibt, das in Gates der Schaltelemente eingegeben wird, die in der Wandlerschaltung 200 enthalten sind, um einen An-/Aus-Zustand der Schaltelemente zu steuern.
  • In dieser Konfiguration kann die Wandlerschaltung 200 implementiert werden, indem eine PSFB-Topologie, eine ACF-Topologie oder eine andere Topologie angewendet wird. 1 stellt ein Beispiel der Wandlerschaltung 200 dar in der die PSFB Topologie angewendet wird. Egal welche Topologie in der Wandlerschaltung zum Einsatz kommt, kann die Wandlerschaltung 200 des Wandlersystems, welches einen Ausgaberegelschaltkreis gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Offenbarung umfasst, eine oder mehrere Schaltelemente zur Steuerung eines Ausgabespannungspegel mittels des An-/Aus-Zustands der Schaltelemente.
  • Zur Steuerung der Wandlerschaltung 200, wird dem Wandlersystem ein Strom zurückgeführt, welcher der Wandlerschaltung 200 zugeführt wird und eine Spannung, die an den Verbraucher 300, ausgehend von der Wandlerschaltung 200, angelegt wird.
  • Zur Steuerung der Wandlerschaltung 200, umfasst das Wandlersystem einen Spannungsvergleichsschaltkreis 30, der eine Steuer- oder rückgekoppelte Spannung vergleicht, der die Spannung erfasst, die von der Wandlerschaltung 200 an den Verbraucher 300 geleitet wird, mittels eines Steuer- oder Spannungsbefehls Vref der von einer oberen Steuerung, oder ähnlichem, eingegeben wird. Der Vergleichsschaltkreis 30 ist konfiguriert, ein Signal mit einem Wert entsprechend der Differenz zwischen der rückgekoppelten Spannung und dem Spannungsbefehl Vref auszugeben. Der Spannungsvergleichsschaltkreis 30 kann ein Fehlerverstärkungsschaltkreis sein, der durch einen Operationsverstärker mit zwei Eingangsanschlüssen implementiert wird. In einen Eingangsanschluss wird die rückgekoppelte Spannung eingeleitet und über einen anderen Eingangsanschluss wird der Spannungsbefehl Vref eingeleitet. Ein Ausgabeanschluss gibt ein Signal aus, entsprechend einer Differenz zwischen der zurückgeführten Spannung und dem Spannungsbefehl Vref. Ein Ausgang des Spannungsvergleichsschaltkreises 30 kann an einen ersten Eingangspin P1 der PWM-integrierten Schaltung oder Chip 400 geleitet werden.
  • Die PWM-integrierte Schaltung oder Chip 400 hat einen zweiten Eingangspin P2, an den ein Wert, entsprechend eines zurückgeführten Stroms, welcher einen Strom erkennt, der von einer Stromquelle (z. B., Hochspannungsbatterie für ein Fahrzeug) 100 zur Wandlerschaltung 200 geleitet wird. Die PWM-integrierte Schaltung oder Chip 400 kann ein Spannungsvergleichsergebnis, welches an den ersten Eingangspin P1 angelegt ist, mit einem Wert vergleichen, der einem zurückgeführten Strom entspricht, der an den zweiten Eingangspin P2 angelegt ist. Der Vergleich kann einen Komparator 410 zur Bestimmung eines Arbeitszyklus oder ähnlichen des PWM-Signals zur Steuerung des Schaltelement oder Schaltelemente der Wandlerschaltung 200, basierend auf der Differenz zwischen dem Spannungsvergleichsersgebnis und dem Wert. 1 veranschaulicht, dass die PWM-integrierte Schaltung oder Chip 400 das PWM-Signal direkt an das Gate oder Gates des Schaltelements oder Schaltelemente sendet. Die PWM-integrierte Schaltung 400 kann außerdem eine zusätzliche Treiberschaltung enthalten, welche ein Gate-Treibersignal generiert, zur Steuerung des Gates oder der Gates des Schaltelements oder der Schaltelemente, basierend auf dem PWM-Signal der PWM-integrierten Schaltung oder Chip 400. In 1 wird angenommen, dass die PWM-integrierte Schaltung oder Chip 400 die Treiberschaltung umfasst, welche das Gate-Treibersignal generiert.
  • Obwohl es nicht in 1 dargestellt ist kann die PWM-integrierte Schaltung oder Chip 400 eine Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang umfassen (siehe Schaltkreis 10 in 2), welcher einen ersten Operationsverstärker mit einem Eingangsanschluss umfasst, an dem ein fester Eingangswert oder eine Spannung angelegt ist.
  • Ein weiterer Eingangsanschluss des Inversionsverstärkungsschaltkreises mit festem Eingang, kann mit dem ersten Eingangspin P1 verbunden sein. Im Falle der spezifischen PWM-integrierten Schaltung oder Chip 400, obwohl ein Steuersignal an den ersten Eingangspin P1 angelegt wird, wird an den Eingangsanschluss des Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang eine festgelegte Spannung angelegt und daher kann das gewünschte Vergleichsergebnis nicht erreicht werden. In anderen Worten, die Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang, welcher in der PWM-integrierten Schaltung oder Chip 400 eingebettet ist, gibt ein Ergebnis aus, welches mit dem festen Eingangswert verglichen wird, obgleich die zurückgeführte Spannung, oder das Vergleichsergebnis zwischen der zurückgeführten Spannung mit dem Spannungsbefehl, an dem ersten Eingangspin P1 eingeleitet wird und das Ergebnis an den Komparator 410 weitergeleitet wird. Daher ist es sehr schwierig, den gewünschten Spannungswert zu ändern, um eine Steuerung auszuführen, um den entsprechenden Wert auszugeben.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, kann die PWM-integrierte Schaltung oder Chip 400, inklusive des Inversionsverstärkungsschaltkreises mit festem Eingang, einen zwischengeschalteten Inversionsverstärkungsschaltkreis 20 umfassen wie in 2 dargestellt, um den gewünschten variablen Eingangswert am ersten Eingangspin P1 zur Verfügung zu stellen.
  • 2 ist ein Schaltdiagramm eines Schaltkreises mit variabler Ausgabe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
  • Bezug nehmend auf 2, der Schaltkreis mit einer variablen Ausgabe ist vorgesehen, um der Ausgabe des Inversionsverstärkungsschaltkreises mit festem Eingang 10 zu ändern. Der Schaltkreis mit variabler Ausgabe umfasst, einen ersten Operationsverstärker OP1 mit einem Eingangsanschluss, an dem ein fester Eingangswert oder eine Spannung angelegt wird. Der Schaltkreis mit variablen Eingang umfasst außerdem, einen zwischengeschalteten Inversionsverstärkungsschaltkreis 20, welcher einen zweiten Operationsverstärker OP2 mit einem Ausgabeanschluss enthält, der über den Pin P1 mit einem Eingangsanschluss des Operationsverstärkers OP1 verbunden ist, welcher im Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang 10 enthalten ist.
  • An einen Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers OP2 des zwischengeschalteten Inversionsverstärkungsschaltkreises 20 ist derselbe Eingangswert oder dieselbe Spannung angelegt wie der feste Eingangswert oder die feste Spannung, welche an einen Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers OP1 angelegt ist, welcher im Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang enthalten ist. An einen weiteren Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers OP2 kann ein variabler Eingang oder eine variable Spannung angelegt werden, entsprechend der Ausgabe des ersten Operationsverstärkers OP1 über den Steuerschaltkreis 200 und den Verbraucher 300. In anderen Worten, das vorher genannte Wandlersystem kann den Ausgang des Spannungsvergleichsschaltkreises 30, wie in 1 dargestellt, an den anderen Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers OP2 anlegen, wie in 2 dargestellt, und in welchem der Spannungsvergleichsschaltkreis 30 den Spannungsbefehl Vref mit der zurückgeführten Spannung Vfb vom Verbraucher 300 vergleicht und das Vergleichsergebnis ausgibt.
  • Gemäß der Schaltkreiskonstruktion wie in 2 dargestellt, wird der Ausgang des Inversionsverstärkungsschaltkreises mit festem Eingang 10, welcher in der PWM-integrierten Schaltung oder Chip 400 eingebettet ist, wie in 1 dargestellt, bestimmt als derselbe Wert, wie der Ausgang des Spannungsvergleichsschaltkreises 30. In anderen Wörtern, das Ergebnis des Vergleichs, zwischen dem Spannungsbefehl Vref und der zurückgeführten Spannung Vfb durch den Spannungsvergleichsschaltkreis 30, kann über den Ausgabeanschluss des Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang 10 ausgegeben werden, ungeachtet des festen Eingangs des Operationsverstärkers OP1 im Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang 10, welcher in der PWM-integrierten Schaltung oder Chip 400 eingebettet ist.
  • Das Ergebnis wird durch die folgenden Merkmale des Inversionsverstärkungsschaltkreises abgeleitet.
  • Für die Ableitung wird die Eingangsspannung des Inversionsverstärkungsschaltkreises mit festem Eingang 10 der 2 als „Vi1“ gesetzt und deren Ausgabespannung ist al „Vo1“ gesetzt. Zusätzlich für die Ableitung, haben der erste Widerstand R1, der zwischen dem anderen Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers OP1 und dem Ausgabeanschluss des zweiten Operationsverstärkers OP2 (d.h. der Eingangsanschluss des Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang 10) angeschlossen ist und der zweite Widerstand R2, der zwischen dem anderen Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers OP1 und dem Ausgabeanschluss des ersten Operationsverstärkers OP1 angeschlossen ist, denselben Wert. Eine Ausgabespannung des Inversionsverstärkungsschaltkreises mit festem Eingang 10 kann durch die folgende Gleichung 1 bestimmt werden. Vo 1 = 2 A − Vi1
    Figure DE102017211186A1_0001
  • In der vorherigen Gleichung 1, stellt A den festen Spannungswert dar, der an den einen Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers OP1 angelegt ist.
  • Zusätzlich für die Ableitung, die Eingangsspannung des zwischengeschalteten Inversionsverstärkungsschaltkreises 20 ist als „Vi2“ gesetzt und die Ausgabespannung derselben ist als „Vo2“ gesetzt. Zusätzlich für die Ableitung, haben ein dritter Widerstand R3, der zwischen dem anderen Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers OP2 und dem Ausgabeanschluss des dritten Operationsverstärkers OP3 (d.h. in anderen Worten, der Eingangsanschluss des zwischengeschalteten Inversionsverstärkungsschaltkreis 20) angeschlossen ist und der vierte Widerstand R4, der zwischen dem anderen Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers OP2 und dem Ausgabeanschluss des ersten Operationsverstärkers OP2 angeschlossen ist, denselben Wert. Eine Ausgabespannung des zwischengeschalteten Inversionsverstärkungsschaltkreises 10 kann mit der folgenden Gleichung 2 bestimmt werden. Vo2 = 2 A − Vi2
    Figure DE102017211186A1_0002
  • In den vorherigen Gleichungen 1 und 2, wenn die Eingangsspannung ‚Vi1‘ des Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang 10 und die Ausgabespannung ‚Vo2‘ des zwischengeschalteten Inversionsverstärkungsschaltkreises 20 eine Spannung eines gemeinsamen Knotens sind und deshalb gleich sind, dann ist die Ausgabespannung ‚Vo1‘ des Inversionsverstärkungsschaltkreises mit festem Eingang 10 gleicht der Eingangsspannung ‚Vi2‘ des zwischengeschalteten Inversionsverstärkungsschaltkreises 20. Die Eingangsspannung ‚Vi2‘ des zwischengeschalteten Inversionsverstärkungsschaltkreises 20 hat denselben Wert wie der Wert der Ausgabespannung des Spannungsvergleichsschaltkreises 30, so dass die Ausgabespannung ‚Vo1‘ des Inversionsverstärkungsschaltkreises mit festem Eingang 10 mit demselben Wert wie der Ausgabespannung des Spannungsvergleichsschaltkreises 30 bestimmt ist.
  • 3 ist ein Diagramm, welches die Stufen von Ausgabesignalen von jedem Element des Schaltkreises darstellt, der eine variable Ausgabe aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. 3 bestätigt, dass eine Ausgabespannung S1 des Spannungsvergleichsschaltkreises 30 zu einem Invertierungssignal S2 invertiert ist, mit einer symmetrischen Beziehung bezüglich des festen Werts oder Spannung durch den zwischengeschalteten Inversionsverstärkungsschaltkreis 20. Die Ausgabespannung wird wieder invertiert zur symmetrischen Beziehung bezüglich des festen Werts durch den Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang 10.
  • Daher wird das Ergebnis des Vergleichs des Spannungsbefehl Vref mit der zurückgeführten Spannung Vfb vom Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang 10 ausgegeben, ungeachtet des festen Werts, welcher an einen Eingangsanschluss im Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang 10 angelegt ist. Deshalb wird das Vergleichsergebnis des Spannungsvergleichsschaltkreises 30, welches geändert wurde als Reaktion auf die Änderung des Spannungsbefehl Vref, in den Komparator 410 in der PWM-integrierte Schaltungschip 400 eingegeben, wodurch der Ausgang der Wandlerschaltung 200 (1) variabel gesteuert wird.
  • Wie oben beschrieben, gemäß mehrerer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung, inklusive des variablen Ausgabeschaltkreises und der Wandlersteuerung mit dem Schaltkreis, obwohl der Inversionsverstärkungsschaltkreis mit dem festen Eingang in einem Zustand implementiert ist in dem er den Schaltkreis, wie die PWM-integrierte Schaltung, selbst nicht ändern kann, ist es möglich die Ausgabe des Inversionsverstärkungsschaltkreises mit dem festen Eingang auf den gewünschten Wert zu ändern.
  • Diese Merkmale können für DC/DC-Wandler verwendet werden, die in Umweltfreundlichen Fahrzeugen oder ähnlichem eingesetzt werden. Im Falle von Wandlern für Fahrzeuge, um eine effiziente Lade/Entladesteuerung (ein Tiefentladen/Überladen der Batterie verhindern oder ähnliches) der Hilfsbatterie zu unterstützen und eine Erhöhung der Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs zu fördern wird die Ladespannung der Batterie geändert und verwendet, abhängig vom Fahrzustand, der elektrischen Feldbelastung, Ladezustand der Batterie, der Umgebungstemperatur oder ähnlichem. Daher muss der Wandler eines Umweltfreundlichen Fahrzeugs die Ausgabespannung auf mehrere Stufen ändern.
  • Daher, gemäß mehrerer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung, kann die Ausgabe des Wandlers einfach geändert werden, abhängig von dem gewünschten Spannungsbefehl in der Schaltkreisstruktur, in welcher der Eingang in dem Zustand bestimmt wird, in dem der Schaltkreis, wie z. B. die PWM-integrierte Schaltung, selbst nicht modifiziert wird. Wenn für die Verstärkung die maximale Spannungsanforderung der PWM-integrierte Schaltung ausgewählt wird, können der offenbarte variable Ausgabeschaltkreis und die Wandlersteuerung mit dem Schaltkreis als Begrenzer eingesetzt werden.
  • Gemäß offenbarten variablen Ausgabeschaltkreis und der Wandlersteuerung mit dem Schaltkreis, obwohl der Inversionsverstärkungsschaltkreis mit dem festen Eingang in einem Zustand implementiert ist in dem er den Schaltkreis, wie die PWM-integrierte Schaltung, selbst nicht ändern kann, ist es möglich den Ausgang des Inversionsverstärkungsschaltkreises mit dem festen Eingang auf den gewünschten Wert zu ändern.
  • Deshalb, wenn der offenbarte variable Ausgabeschaltkreis und die Wandlersteuerung mit dem Schaltkreis in einem Fahrzeug verwendet werden, kann die Ladespannung der Batterie geändert werden, abhängig vom Fahrzustand, den elektrischen Feldbelastungen, dem Ladezustand der Batterie, der Umgebungstemperatur oder ähnlichem. Dies fördert effiziente Lade- und Entladesteuerung (verhindern von Tiefentladen/Überladen der Batterie oder ähnliches) der Batterie für Fahrzeuge, Steigerung der Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs oder ähnliches.
  • Zusätzlich, wenn für die Verstärkung die maximalen Spannungsanforderungen der PWM-integrierte Schaltung ausgewählt werden, können der offenbarte variable Ausgabeschaltkreis und die Wandlersteuerung mit dem Schaltkreis auch als Begrenzer eingesetzt werden.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung im Bezug nehmend auf spezifische Ausführungsbeispiele dargestellt und erläutert wurde, ist es für einen Fachmann selbstverständlich, dass die vorliegende Offenbarung diverse Modifikationen und Änderungen umfassen kann, ohne vom Geiste und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, die durch die folgenden Ansprüche definiert wird.

Claims (12)

  1. Ein Schaltkreis, der eine variable Ausgabe aufweist, der die Ausgabespannung eines Inversionsverstärkungsschaltkreises mit festem Eingang, der einen ersten Operationsverstärker mit einer Eingangsanschluss umfasst, an der eine Eingangsspannung mit festem Wert angelegt wird, ändert, der Schaltkreis umfasst: Einen zwischengeschalteten Inversionsverstärkungsschaltkreis mit einem zweiten Operationsverstärker mit einem Ausgabeanschluss, die an einen weiteren Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers angeschlossen ist, der im Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang, enthalten ist, wobei an einen Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers derselbe Eingangswert angelegt ist, wie der feste Eingangswert, der an einen Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers angelegt ist und ein weiterer Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärker, an den ein variabler Eingang angelegt ist, entsprechend eines Eingangs des ersten Operationsverstärkers.
  2. Der Schaltkreis gemäß Anspruch 1, wobei der Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang einen ersten Widerstand umfasst, der zwischen dem anderen Eingangsanschluss und dem ersten Operationsverstärker angebunden ist, und einen zweiten Widerstand, der zwischen dem anderen Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers und dem Ausgabeanschluss des ersten Operationsverstärkers angebunden ist und wobei der zwischengeschaltete Inversionsverstärkungsschaltkreis einen dritten Widerstand umfasst, der zwischen den anderen Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers und einem Anschluss eingebunden ist, an den der variable Eingang angelegt ist, und ein vierter Widerstand, der zwischen den anderen Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers und dem Ausgabeanschluss des zweiten Operationsverstärkers eingebunden ist.
  3. Der Schaltkreis gemäß Anspruch 2, wobei der erste Widerstand und der zweite Widerstand denselben Widerstandswert aufweisen.
  4. Der Schaltkreis gemäß Anspruch 3, wobei der dritte Widerstand und der vierte Widerstand denselben Widerstandswert aufweisen.
  5. Der Schaltkreis gemäß Anspruch 2, wobei der dritte Widerstand und der vierte Widerstand denselben Widerstandswert aufweisen.
  6. Der Schaltkreis gemäß Anspruch 1, umfasst weiter: ein Steuerwerterzeugungsschaltkreis mit einem Eingangsanschluss, an den ein Steuerbefehlswert angelegt wird und ein weiterer Eingangsanschluss, an den ein Steuerrückkopplungswert angelegt wird, der Steuerwerterzeugungsschaltkreis ist so konfiguriert, dass ein Fehlerwert ausgegeben wird, entsprechend der Differenz zwischen dem Steuerbefehlswert und dem Steuerrückkopplungswert, um einen Fehlerwert an dem anderen Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers als variabler Eingang anzulegen.
  7. Eine Wandlersteuerung, welche eine Magnitude eines Eingangsstroms steuert, indem ein Eingangsstrom mit der Ausgabespannung zurückgeleitet wird, um eine Magnitude der Ausgabespannung einem Spannungsbefehl zu folgen, die Wandlersteuerung umfasst: ein Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang, der einen ersten Operationsverstärker umfasst, der einen Eingangsanschluss aufweist, an den ein fester Eingangswert angelegt ist, und an den ein Ausgang angelegt ist, welcher als Strombefehl zur Steuerung der Magnitude des Eingangsstroms verwendet wird; ein zwischengeschalteter Inversionsverstärkungsschaltkreis mit einem zweiten Operationsverstärker, welcher einen Ausgabeanschluss aufweist, der mit einem Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers, welcher im Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang enthalten ist, verbunden ist und der einen Eingangsanschluss aufweist, an den derselbe Wert angelegt ist, wie der feste Eingangswert; und einen Spannungsvergleichsschaltkreis, der einen dritten Operationsverstärker aufweist, der über einen Eingangsanschluss verfügt, an den der Spannungsbefehl angelegt wird, ein weiterer Eingangsanschluss, über den die Ausgabespannung zurückgeführt wird, und ein Ausgabeanschluss, der mit einem weiteren Eingangsanschluss des zwischengeschalteten Inversionsverstärkungsschaltkreis verbunden ist, um einen Fehlerwert, entsprechend einer Differenz zwischen dem Spannungsbefehl und dem zurückgeführten Wert der Ausgabespannung, auszugeben.
  8. Die Wandlersteuerung des Anspruchs 7, wobei der Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang in einem vorgefertigten integrierten Schaltkreis zum Schalter treiben enthalten ist, an den die Magnitude des Eingangsstroms angelegt wird und um den Eingangsstrom mit dem Strombefehl zu vergleichen, um ein PWM-Signal zur Steuerung des Schaltelements des Wandlers zu generieren.
  9. Die Wandlersteuerung gemäß Anspruch 7, wobei der Inversionsverstärkungsschaltkreis mit festem Eingang einen ersten Widerstand umfasst, der zwischen dem anderen Eingangsanschluss und dem ersten Operationsverstärker angebunden ist, und einen zweiten Widerstand, der zwischen dem anderen Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers und einem Ausgabeanschluss des ersten Operationsverstärkers angebunden ist, und der zwischengeschaltete Inversionsverstärkungsschaltkreis umfasst einen dritten Widerstand, der zwischen den anderen Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers und einem Anschluss eingebunden ist, an den ein variabler Eingang angelegt ist, und ein vierter Widerstand, der zwischen dem anderen Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers und dem Ausgabeanschluss des zweiten Operationsverstärkers eingebunden ist.
  10. Die Wandlersteuerung gemäß Anspruch 9, wobei der erste Widerstand und der zweite Widerstand denselben Widerstandswert aufweisen.
  11. Die Wandlersteuerung gemäß Anspruch 10, wobei der dritte Widerstand und der vierte Widerstand denselben Widerstandswert aufweisen.
  12. Die Wandlersteuerung gemäß Anspruch 9, wobei der dritte Widerstand und der vierte Widerstand denselben Widerstandswert aufweisen.
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