DE102018130976A1

DE102018130976A1 - Stromversorgungssteuereinrichtung und Stromversorgungssteuerverfahren

Info

Publication number: DE102018130976A1
Application number: DE102018130976.7A
Authority: DE
Inventors: Shunichi SAWANO; Yuuki Sugisawa
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2018-12-05
Publication date: 2019-06-13
Also published as: JP6904229B2; US20190181850A1; CN116073484A; US10581424B2; JP2019106624A; CN110021971A; CN110021971B

Abstract

Bereitgestellt werden eine Stromversorgungssteuereinrichtung und ein Stromversorgungssteuerverfahren, die einen einen Schalter betreffenden Fehler richtig erkennen können. Eine Stromversorgungssteuereinrichtung 10 steuert eine Stromversorgung über einen Schalter 20. Eine Ausgabeeinheit 33 eines Mikrocomputers 21 erzeugt ein Schaltsignal, das den Schalter 20 dazu anweist, sich abwechselnd ein- und auszuschalten. Eine Erkennungsschaltung 24 meldet einen Fehler, der den Schalter 20 betrifft, wenn ein kumulierter Zeitraum einen Schwellzeitraum erreicht oder überschritten hat. Der kumulierte Zeitraum ist eine Kumulierung eines Zeitraums oder mehrerer Zeiträume, während derer das Schaltsignal den Schalter dazu anweist, sich einzuschalten, ein Komparator 25 jedoch keinen Einschaltzustand des Schalters 20 erkennt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromversorgungssteuereinrichtung und ein Stromversorgungssteuerverfahren.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Ein Fahrzeug ist mit einer Stromversorgungssteuereinrichtung zum Steuern einer Stromversorgung von einer Batterie zu einer Last ausgestattet (z. B. JP 2017-103683A ). Die in der JP 2017-103683A offenbarte Stromversorgungssteuereinrichtung schaltet einen Schalter, der in einem Strompfad von einer Batterie zu einer Last bereitgestellt ist, gemäß einem Schaltsignal ein oder aus, wobei das Schaltsignal den Schalter dazu anweist, sich ein- oder auszuschalten. Die Stromversorgung der Last wird durch diesen Schaltbetrieb gesteuert.
Wenn der Schalter eingeschaltet ist, beträgt die am Schalter abfallende Spannung ungefähr 0 V. Wenn der Schalter ausgeschaltet ist, ist die am Schalter abfallende Spannung groß. Wenn ein Zeitraum, während dessen das Schaltsignal den Schalter dazu anweist, sich einzuschalten, während dessen jedoch die am Schalter abfallende Spannung nicht kleiner als eine vorgegebene Spannung ist, einen vorbestimmten Zeitraum erreicht oder überschreitet, dann entscheidet die in JP 2017-103683A offenbarte Stromversorgungssteuereinrichtung, dass der Schalter nicht richtig eingeschaltet ist, und erkennt einen den Schalter betreffenden Fehler. Wenn das Schaltsignal den Schalter dazu anweist, sich auszuschalten, dann wird der Zeitraum, während dessen die am Schalter abfallende Spannung nicht kleiner als die vorgegebene Spannung ist, auf null initialisiert.
JP 2017-103683A ist ein Beispiel aus dem Stand der Technik.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABEN
Als bekannte Ausgestaltung zum Versorgen einer Last mit elektrischem Strom kann ein Schalter abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden, das heißt, der Schalter kann gemäß einer PWM- (Pulsweitenmodulations-) Steuerung ein- und ausgeschaltet werden. Wenn bei dieser Ausgestaltung die Last mit elektrischem Strom versorgt wird, dann weist das Schaltsignal den Schalter dazu an, sich abwechselnd ein- und auszuschalten. Diese Ausgestaltung steuert zum Beispiel das Tastverhältnis des Schaltsignals basierend auf der Ausgangsspannung der Batterie und kann dadurch der Last ungeachtet der schwankenden Ausgangsspannung der Batterie eine vorgegebene Durchschnittsspannung bereitstellen.
Angenommen, die in JP 2017-103683A offenbarte Stromversorgungssteuereinrichtung wird derart abgewandelt, dass sie die Last durch abwechselndes und wiederholtes Ein- und Ausschalten des Schalters mit elektrischem Strom versorgt. Solange aber bei dieser abgewandelten Ausgestaltung der Zeitraum, während dessen das Schaltsignal den Schalter fortdauernd dazu anweist, sich einzuschalten, kürzer als der vorstehend erwähnte vorbestimmte Zeitraum ist, kann der Zeitraum, während dessen die am Schalter abfallende Spannung nicht kleiner als die vorgegebene Spannung ist, den vorbestimmten Zeitraum niemals erreichen oder überschreiten. Schlussendlich erkennt diese Stromversorgungssteuereinrichtung einen den Schalter betreffenden Fehler selbst dann nicht, wenn sich der Schalter als Reaktion auf das Schaltsignal nicht richtig einschaltet.
Die vorliegende Erfindung entstand in Anbetracht derartiger Umstände und ihr liegt als Aufgabe zugrunde, eine Stromversorgungssteuereinrichtung und ein Stromversorgungssteuerverfahren bereitzustellen, die einen einen Schalter betreffenden Fehler richtig erkennen können.
MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
Eine Stromversorgungssteuereinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zum Steuern einer Stromversorgung über einen Schalter. Diese Stromversorgungssteuereinrichtung umfasst eine Ausgabeeinheit, die dazu eingerichtet ist, ein Schaltsignal zu erzeugen, das den Schalter dazu anweist, sich abwechselnd ein- und auszuschalten, eine Einschalt-Erkennungseinheit, die dazu eingerichtet ist, einen Einschaltzustand des Schalters zu erkennen, und eine Meldeeinheit, die dazu eingerichtet ist, einen Fehler, der den Schalter betrifft, zu melden, wenn ein kumulierter Zeitraum einen Schwellzeitraum erreicht oder überschritten hat, wobei der kumulierte Zeitraum eine Kumulierung von Zeiträumen ist, während derer das von der Ausgabeeinheit erzeugte Schaltsignal den Schalter dazu anweist, sich einzuschalten, die Einschalt-Erkennungseinheit jedoch den Einschaltzustand des Schalters nicht erkennt.
Ein Stromversorgungssteuerverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern einer Stromversorgung über einen Schalter. Dieses Stromversorgungssteuerverfahren umfasst die Schritte: Erzeugen eines Schaltsignals, das den Schalter dazu anweist, sich abwechselnd ein- und auszuschalten, Erkennen eines Einschaltzustands des Schalters und Melden eines Fehlers, der den Schalter betrifft, wenn ein kumulierter Zeitraum einen Schwellzeitraum erreicht oder überschritten hat, wobei der kumulierte Zeitraum eine Kumulierung von Zeiträumen ist, während derer das erzeugte Schaltsignal den Schalter dazu anweist, sich einzuschalten, der Einschaltzustand des Schalters jedoch nicht erkannt wird.
EFFEKT DER ERFINDUNG
Die vorstehend erwähnten Aspekte ermöglichen eine richtige Erkennung eines Schalterfehlers.
Figurenliste

1 ist ein Blockschaltbild, das eine hauptsächliche Ausgestaltung eines Stromerzeugungssystems gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
2 ist ein Schaltdiagramm einer Erkennungsschaltung;
3 ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein Beispiel für den Betrieb einer zweiten UND-Schaltung zeigt;
4 ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein Beispiel für den Betrieb einer ODER-Schaltung zeigt;
5 ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein Beispiel für den Betrieb einer Meldeeinheit zeigt;
6 ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein weiteres Beispiel für den Betrieb der zweiten UND-Schaltung zeigt;
7 ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein weiteres Beispiel für den Betrieb der ODER-Schaltung zeigt;
8 ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein weiteres Beispiel für den Betrieb der Meldeeinheit zeigt; und
9 ist ein Blockschaltbild, das die hauptsächliche Ausgestaltung eines Stromerzeugungssystems gemäß Ausführungsform 2 zeigt.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
Zunächst werden Aspekte der vorliegenden Erfindung einzeln erwähnt. Später beschriebene Ausführungsformen können - zumindest teilweise - beliebig kombiniert werden.

(1) Eine Stromversorgungssteuereinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zum Steuern einer Stromversorgung über einen Schalter. Diese Stromversorgungssteuereinrichtung umfasst eine Ausgabeeinheit, die dazu eingerichtet ist, ein Schaltsignal zu erzeugen, das den Schalter dazu anweist, sich abwechselnd ein- und auszuschalten, eine Einschalt-Erkennungseinheit, die dazu eingerichtet ist, einen Einschaltzustand des Schalters zu erkennen, und eine Meldeeinheit, die dazu eingerichtet ist, einen Fehler, der den Schalter betrifft, zu melden, wenn ein kumulierter Zeitraum einen Schwellzeitraum erreicht oder überschritten hat, wobei der kumulierte Zeitraum eine Kumulierung von Zeiträumen ist, während derer das von der Ausgabeeinheit erzeugte Schaltsignal den Schalter dazu anweist, sich einzuschalten, die Einschalt-Erkennungseinheit jedoch den Einschaltzustand des Schalters nicht erkennt.
(2) Eine Stromversorgungssteuereinrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ferner eine Initialisierungseinheit auf, die dazu eingerichtet ist, den kumulierten Zeitraum zu initialisieren, wenn die Einschalt-Erkennungseinheit den Einschaltzustand des Schalters erkennt.
(3) Bei einer Stromversorgungssteuereinrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Schalter ein Halbleiterschalter. Der Schalter ist eingeschaltet, wenn eine Spannung an einem Steueranschluss des Schalters größer als eine Schwellspannung ist. Die Einschalt-Erkennungseinheit erkennt den Einschaltzustand, wenn die Spannung an dem Steueranschluss größer als die Schwellspannung ist.
(4) Bei einer Stromversorgungssteuereinrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erkennt die Einschalt-Erkennungseinheit den Einschaltzustand, wenn eine Spannung an einem Ausgangsanschluss des Schalters, an dem der Strom austritt, größer als eine zweite Schwellspannung ist.
(5) Eine Stromversorgungssteuereinrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ferner eine Umschaltungseinheit auf, die dazu eingerichtet ist, den Schalter ungeachtet des von der Ausgabeeinheit erzeugten Schaltsignals auszuschalten, wenn die Meldeeinheit den Fehler meldet.
(6) Eine Stromversorgungssteuereinrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ferner eine Regeleinheit auf, die dazu eingerichtet ist, ein Tastverhältnis des von der Ausgabeeinheit erzeugten Schaltsignals abhängig von einer Spannung an einem Eingangsanschluss des Schalters, an dem der Strom eintritt, zu regeln.
(7) Ein Stromversorgungssteuerverfahren gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern einer Stromversorgung über einen Schalter. Dieses Stromversorgungssteuerverfahren umfasst die Schritte: Erzeugen eines Schaltsignals, das den Schalter dazu anweist, sich abwechselnd ein- und auszuschalten, Erkennen eines Einschaltzustands des Schalters und Melden eines Fehlers, der den Schalter betrifft, wenn ein kumulierter Zeitraum einen Schwellzeitraum erreicht oder überschritten hat, wobei der kumulierte Zeitraum eine Kumulierung von Zeiträumen ist, während derer das erzeugte Schaltsignal den Schalter dazu anweist, sich einzuschalten, der Einschaltzustand des Schalters jedoch nicht erkannt wird.

Die Stromversorgungssteuereinrichtung und das Stromversorgungssteuerverfahren gemäß den vorstehend erwähnten Aspekten erkennen einen den Schalter betreffenden Fehler basierend auf dem kumulierten Zeitraum, welcher eine Kumulierung eines Zeitraums oder mehrerer Zeiträume ist, während derer das Schaltsignal den Schalter dazu anweist, sich einzuschalten, der Einschaltzustand des Schalters jedoch nicht erkannt wird. Folglich wird ein den Schalter betreffender Fehler richtig erkannt und gemeldet, solange sich der Schalter nicht einschaltet, selbst wenn der Zeitraum, während dessen das Schaltsignal den Schalter fortdauernd dazu anweist, sich einzuschalten, kürzer als der Schwellzeitraum ist. Ein Fehler, der den Schalter betrifft, kann zum Beispiel ein Fehler des Schalters selbst oder ein Fehler der Umschaltungseinheit sein.
Die Stromversorgungssteuereinrichtung gemäß den vorstehenden Aspekten benötigt üblicherweise einen Zeitraum, nachdem das Schaltsignal den Schalter dazu angewiesen hat, sich einzuschalten, bevor sich der Schalter tatsächlich einschaltet. Gemäß dem obigen zweiten Aspekt initialisiert die Stromversorgungssteuereinrichtung den kumulierten Zeitraum, sobald der Einschaltzustand des Schalters erkannt wird. Eine derartige Initialisierung vermeidet irrtümliches Melden eines den Schalter betreffenden Fehlers aufgrund von Kumulierung des Zeitraums, nachdem das Schaltsignal den Schalter dazu anweist, sich einzuschalten, und bevor sich der Schalter tatsächlich einschaltet.
Die Stromversorgungssteuereinrichtung gemäß dem dritten Aspekt meldet einen den Schalter betreffenden Fehler, wenn ein kumulierter Zeitraum den Schwellzeitraum erreicht oder überschritten hat, wobei der kumulierte Zeitraum eine Kumulierung von Zeiträumen ist, während derer das Schaltsignal den Schalter dazu anweist, sich einzuschalten, die Spannung an dem Steueranschluss des Schalters jedoch kleiner als die Schwellspannung ist.
Die Stromversorgungssteuereinrichtung gemäß dem vierten Aspekt meldet einen den Schalter betreffenden Fehler, wenn ein kumulierter Zeitraum den Schwellzeitraum erreicht oder überschritten hat, wobei der kumulierte Zeitraum eine Kumulierung von Zeiträumen ist, während derer das Schaltsignal den Schalter dazu anweist, sich einzuschalten, die Spannung an dem Ausgangsanschluss des Schalters jedoch kleiner als die zweite Schwellspannung ist.
Die Stromversorgungssteuereinrichtung gemäß dem fünften Aspekt schaltet den Schalter ungeachtet des Schaltsignals aus, wenn ein schalterbetreffender Fehler gemeldet wird.
Die Stromversorgungssteuereinrichtung gemäß dem sechsten Aspekt regelt das Tastverhältnis abhängig von der Spannung am Eingangsanschluss des Schalters. Eine derartige Einrichtung kann zum Beispiel die durchschnittliche Ausgangsspannung des Schalters ungeachtet der Spannung am Eingangsanschluss des Schalters auf einen vorgegebenen Wert regeln.
Einzelheiten zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
Konkrete Beispiele für Stromerzeugungssysteme gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt ist, sondern alle Variationen und Abwandlungen umfassen soll, die durch die angefügten Ansprüche angegeben werden, diesen äquivalent sind und innerhalb dieser liegen.
Ausführungsform 1
1 ist ein Blockschaltbild, das eine hauptsächliche Ausgestaltung eines Stromerzeugungssystems 1 gemäß Ausführungsform 1 zeigt. Das Stromerzeugungssystem 1 ist zweckmäßigerweise in einem Fahrzeug eingebaut und weist eine Stromversorgungssteuereinrichtung 10, eine Batterie 11 und eine Last 12 auf. Die Stromversorgungssteuereinrichtung 10 ist separat mit der positiven Elektrode der Batterie 11 und mit einem Ende der Last 12 verbunden. Die negative Elektrode der Batterie 11 und das andere Ende der Last 12 sind mit Masse verbunden.
Die Batterie 11 versorgt die Last 12 über die Stromversorgungssteuereinrichtung 10 mit elektrischem Strom. Die Last 12 ist eine elektrische Einrichtung, die in einem Fahrzeug eingebaut ist. Die Last 12 ist in Betrieb, solange die Batterie 11 die Last 12 mit elektrischem Strom versorgt. Die Last 12 stoppt, wenn die Stromversorgung von der Batterie 11 zur Last 12 beendet wird.
Die Stromversorgungssteuereinrichtung 10 empfängt ein Betriebssignal zu Betreiben der Last 12 und ein Stoppsignal zum Stoppen der Last 12. Sobald die Stromversorgungssteuereinrichtung 10 das Betriebssignal empfängt, baut sie eine elektrische Verbindung zwischen der Batterie 11 und der Last 12 auf, wodurch der Batterie 11 ermöglicht wird, die Last 12 mit Strom zu versorgen, und bewirkt wird, dass die Last 12 in Betrieb ist. Sobald die Stromversorgungssteuereinrichtung 10 das Stoppsignal empfängt, unterbricht sie die elektrische Verbindung zwischen der Batterie 11 und der Last 12, wodurch die Stromversorgung von der Batterie 11 zur Last 12 unterbrochen wird und die Last 12 gestoppt wird. Die Stromversorgungssteuereinrichtung 10 steuert somit die Stromversorgung von der Batterie 11 zur Last 12.
Die Stromversorgungssteuereinrichtung 10 weist einen Schalter 20, einen Mikrocomputer 21, eine Ansteuerschaltung 22, eine erste UND-Schaltung 23, eine Erkennungsschaltung 24, einen Komparator 25, einen Negator 26, eine Taktschaltung 27, eine Resetschaltung 28 und eine Gleichstromquelle 29 auf. Der Halbleiterschalter 20 ist ein Halbleiterschalter, insbesondere ein n-Kanal-FET (Feldeffekttransistor). Die erste UND-Schaltung 23 weist zwei Eingangsenden und ein Ausgangsende auf. Der Komparator 25 weist einen positiven Anschluss, einen negativen Anschluss und einen Ausgangsanschluss auf. Der Mikrocomputer 21 weist Eingabeeinheiten 30, 31, eine A/D- (Analog/Digital-) Wandlereinheit 32, eine Ausgabeeinheit 33, eine Speichereinheit 34 und eine Steuereinheit 35 auf.
Der Drain des Schalters 20 ist mit der positiven Elektrode der Batterie 11 verbunden. Die Source des Schalters 20 ist mit einem Ende der Last 12 verbunden. Der Drain des Schalters 20 ist außerdem mit einem Ende eines Widerstands R1 verbunden. Das andere Ende des Widerstands R1 ist mit einem Ende eines Widerstands R2 verbunden. Das andere Ende des Widerstands R2 ist mit Masse verbunden. Der Verbindungsknoten zwischen den Widerständen R1 und R2 ist mit dem Eingangsende der Eingabeeinheit 30 des Mikrocomputers 21 verbunden.
Das Gate des Schalters 20 ist mit dem Ausgangsende der Ansteuerschaltung 22 verbunden. Das Eingangsende der Ansteuerschaltung 22 ist mit dem Ausgangsende der ersten UND-Schaltung 23 verbunden. Das erste Eingangsende der ersten UND-Schaltung 23 ist mit dem Ausgangsende der Ausgabeeinheit 33 des Mikrocomputers 21 verbunden. Das zweite Eingangsende der ersten UND-Schaltung 23 ist mit der Erkennungsschaltung 24 verbunden.
Die Erkennungsschaltung 24 ist außerdem separat mit dem Ausgangsende der Ausgabeeinheit 33 des Mikrocomputers 21, dem Ausgangsanschluss des Komparators 25, dem Ausgangsende des Negators 26, dem Ausgangsende der Taktschaltung 27 und dem Ausgangsende der Resetschaltung 28 verbunden. Das Eingangsende des Negators 26 ist mit dem Ausgangsanschluss des Komparators 25 verbunden. Das Eingangsende der Resetschaltung 28 ist mit dem Ausgangsende der Ausgabeeinheit 33 des Mikrocomputers 21 verbunden. Der negative Anschluss des Komparators 25 ist mit dem Gate des Schalters 20 verbunden. Der positive Anschluss des Komparators 25 ist mit der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 29 verbunden. Die negative Elektrode der Gleichstromquelle 29 ist mit dem Drain des Schalters 20 verbunden.
In dem Mikrocomputer 21 ist die Eingabeeinheit 30 mit der A/D-Wandlereinheit 32 verbunden. Die Eingabeeinheit 31, die A/D-Wandlereinheit 32, die Ausgabeeinheit 33, die Speichereinheit 34 und die Steuereinheit 35 sind separat an einen internen Bus 36 angeschlossen.
Bei dem Schalter 20 gilt, dass der Widerstand zwischen dem Drain und der Source umso kleiner ist, je größer die Gatespannung bezogen auf das Sourcepotenzial ist. Wenn die Gatespannung des Schalters 20 bezogen auf das Sourcepotenzial gleich groß wie oder größer als ein spezieller Einschaltschwellwert ist, dann ist der Widerstand zwischen dem Drain und der Source klein genug, um Strom über den Drain und die Source zu leiten. Der Schalter 20 ist in diesem Zustand eingeschaltet. Wenn der Schalter 20 eingeschaltet ist, ist die Batterie 11 elektrisch mit der Last 12 verbunden und versorgt die Last 12 über den Schalter 20 mit elektrischem Strom. Im Schalter 20 fließt der Strom von dem Drain zu der Source. Der Drain des Schalters 20 ist somit der Eingangsanschluss, an dem der Strom eintritt, und die Source des Schalters 20 ist der Ausgangsanschluss, an dem der Strom austritt.
Wenn der Schalter 20 eingeschaltet ist, stimmt die Sourcespannung bezogen auf das Massepotenzial im Wesentlichen mit der Ausgangsspannung der Batterie 11 überein. Wenn der Schalter 20 eingeschaltet ist, wird die Gatespannung bezogen auf das Massepotenzial daher auf eine Spannung angehoben, die größer als die Ausgangsspannung der Batterie 11 ist. Die Ausgangsspannung der Batterie 11 ist die Spannung bezogen auf das Massepotenzial.
Wenn die Gatespannung des Schalters 20 bezogen auf das Sourcepotenzial kleiner als ein spezieller Ausschaltschwellwert ist, der kleiner als der Einschaltschwellwert ist, dann ist der Widerstand zwischen dem Drain und der Source groß genug, um zu verhindern, dass Strom über den Drain und die Source fließt. Der Schalter 20 ist in diesem Zustand ausgeschaltet. Wenn der Schalter 20 ausgeschaltet ist, ist die Batterie 11 elektrisch von der Last 12 getrennt und die Stromversorgung der Last 12 stoppt. Wenn der Schalter 20 ausgeschaltet ist, ist die Gatespannung bezogen auf das Massepotenzial ungefähr 0 V und kleiner als die Ausgangsspannung der Batterie 11.
Die Ausgabeeinheit 33 des Mikrocomputers 21 führt der ersten UND-Schaltung 23, wie von der Steuereinheit 35 angewiesen, ein Schaltsignal zu, das auf einer High-Pegel-Spannung bzw. einer Low-Pegel-Spannung liegt. Ein Schaltsignal, das auf der High-Pegel-Spannung liegt, weist den Schalter 20 an, sich einzuschalten, und ein Schaltsignal, das auf der Low-Pegel-Spannung liegt, weist den Schalter 20 an, sich auszuschalten.
Die Erkennungsschaltung 24 erkennt einen Fehler, der den Schalter 20 betrifft, wenn der Schalter 20 sich nicht richtig einschaltet. Wenn die Erkennungsschaltung 24 keinen Fehler erkennt, der den Schalter 20 betrifft, dann wird der ersten UND-Schaltung 23 von der Erkennungsschaltung 24 eine High-Pegel-Spannung zugeführt. Wenn die Erkennungsschaltung 24 einen Fehler erkennt, der den Schalter 20 betrifft, dann wird der ersten UND-Schaltung 23 von der Erkennungsschaltung 24 eine Low-Pegel-Spannung zugeführt.
Wenn die erste UND-Schaltung 23 die High-Pegel-Spannung von der Erkennungsschaltung 24 empfängt, wird das von der Ausgabeeinheit 33 ausgespeiste Schaltsignal von der ersten UND-Schaltung 23 dem Eingangsende der Ansteuerschaltung 22 zugeführt. Wenn die erste UND-Schaltung 23 die Low-Pegel-Spannung von der Erkennungsschaltung 24 empfängt, wird der Ansteuerschaltung 22 ungeachtet des von der Ausgabeeinheit 33 ausgespeisten Schaltsignals eine Low-Pegel-Spannung von der ersten UND-Schaltung 23 zugeführt.
Wenn das Schaltsignal, das der Ansteuerschaltung 22 von der ersten UND-Schaltung 23 zugeführt wird, von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung wechselt, dann erhöht die Ansteuerschaltung 22 die Gatespannung des Schalters 20 bezogen auf das Massepotenzial auf eine Spannung, die größer als die Ausgangsspannung der Batterie 11 ist. Als Ergebnis erreicht oder überschreitet die Gatespannung des Schalters 20 bezogen auf das Sourcepotenzial den Einschaltschwellwert, und der Schalter 20 schaltet sich ein.
Die Ansteuerschaltung 22 setzt die Ausgangsspannung der Batterie 11 hoch und legt diese hochgesetzte Spannung an das Gate des Schalters 20 an. Die Ansteuerschaltung 22 erhöht dadurch die Gatespannung des Schalters 20 bezogen auf das Massepotenzial auf eine Spannung, die größer als die Ausgangsspannung der Batterie 11 ist. Die Ansteuerschaltung 22 hält die Gatespannung größer als die Ausgangsspannung der Batterie 11 und hält dadurch den Schalter 20 eingeschaltet.
Auf ähnliche Weise senkt die Ansteuerschaltung 22 die Gatespannung bezogen auf das Massepotenzial, wenn das Schaltsignal, das der Ansteuerschaltung 22 von der ersten UND-Schaltung 23 zugeführt wird, von der High-Pegel-Spannung zur Low-Pegel-Spannung wechselt. Als Ergebnis fällt die Gatespannung des Schalters 20 bezogen auf das Sourcepotenzial unter den Ausschaltschwellwert, und der Schalter 20 schaltet sich aus. Außerdem schaltet die Ansteuerschaltung 22 den Schalter 20 auf gleiche Weise aus, wenn die erste UND-Schaltung 23 eine Low-Pegel-Spannung von der Erkennungsschaltung 24 empfängt und daher die Low-Pegel-Spannung an die Ansteuerschaltung 22 ausgibt.
Wenn die Erkennungsschaltung 24 der ersten UND-Schaltung 23 eine High-Pegel-Spannung zuführt, das heißt, wenn die Erkennungsschaltung 24 keinen Fehler erkennt, der den Schalter 20 betrifft, dann schaltet die Ansteuerschaltung 22, wie vorstehend beschrieben ist, den Schalter 20 entsprechend der Spannung des von der Ausgabeeinheit 33 des Mikrocomputers 21 erzeugten Schaltsignals ein bzw. aus. Die Stromversorgung der Last 12 von der Batterie 11 über den Schalter 20 ist somit steuerbar. Ein Fehler, der den Schalter 20 betrifft, kann zum Beispiel ein Fehler des Schalters 20 selbst oder ein Fehler der Ansteuerschaltung 22 sein.
Die Widerstände R1, R2 teilen die Ausgangsspannung der Batterie 11. Die Widerstände R1, R2 führen die geteilte Spannung als analoge Spannungsinformation, die die Ausgangsspannung der Batterie 11 angibt, der Eingabeeinheit 30 des Mikrocomputers 21 zu. In dieser Beschreibung bezeichnet K eine positive reelle Zahl kleiner als 1. Die von den Widerständen R1, R2 geteilte Spannung, d. h. die Spannungsinformation, wird durch K • (Ausgangsspannung der Batterie 11) ausgedrückt. Die reelle Zahl K ist ein fester Wert, der durch die Widerstandswerte der Widerstände R1, R2 bestimmt ist, und beträgt zum Beispiel 0,1.
Sobald die Eingabeeinheit 30 die analoge Spannungsinformation empfängt, führt sie die empfangene analoge Spannungsinformation der A/D-Wandlereinheit 32 zu. Die A/D-Wandlereinheit 32 wandelt die von der Eingabeeinheit 30 zugeführte analoge Spannungsinformation in digitale Spannungsinformationen um. Die durch die A/D-Wandlereinheit 32 umgewandelten digitalen Spannungsinformationen werden von der A/D-Wandlereinheit 32 an die Steuereinheit 35 gesendet. Der Ausgangsspannung der Batterie 11, die durch die von der Steuereinheit 35 bezogenen Spannungsinformationen angegeben wird, ist im Wesentlichen gleich der Ausgangsspannung der Batterie 11 zum Zeitpunkt des Bezugs.
Die Eingabeeinheit 31 empfängt das Betriebssignal und das Stoppsignal. Sobald die Eingabeeinheit 31 das Betriebssignal oder das Stoppsignal empfängt, meldet sie das empfangene Signal an die Steuereinheit 35.
Die Speichereinheit 34 ist ein nicht flüchtiger Speicher. In der Speichereinheit 34 ist ein Computerprogramm P1 gespeichert. Die Steuereinheit 35 weist eine oder mehrere CPUs (Zentrale Prozessoreinheiten) auf. Die eine oder mehreren CPUs der Steuereinheit 35 führen durch Ausführen des Computerprogramms P1 einen Stromversorgungssteuerprozess zum Steuern der Stromversorgung von der Batterie 11 an die Last 12 durch.
Die Steuereinheit 35 führt den Stromversorgungssteuerprozess periodisch durch. Bei dem Stromversorgungssteuerprozess bestimmt die Steuereinheit 35, ob die Eingabeeinheit 31 ein Betriebssignal empfangen hat. Wenn die Steuereinheit 35 die Eingabe eines Betriebssignals bestätigt, dann weist die Steuereinheit 35 die Ausgabeeinheit 33 dazu an, der ersten UND-Schaltung 23 ein Schaltsignal zuzuführen, das zwischen der High-Pegel-Spannung und der Low-Pegel-Spannung hin- und herwechselt, das heißt ein Schaltsignal, das den Schalter 20 dazu anweist, sich abwechselnd ein- und auszuschalten. Dann beendet die Steuereinheit 35 den Stromversorgungssteuerprozess.
Angenommen, die Erkennungsschaltung 24 führt eine High-Pegel-Spannung zu, das heißt, die Erkennungsschaltung 24 erkennt keinen Fehler, der den Schalter 20 betrifft. In dieser Situation schaltet die Ansteuerschaltung 22, wenn die Ausgabeeinheit 33 ein Schaltsignal erzeugt, das zwischen der High-Pegel-Spannung und der Low-Pegel-Spannung hin- und herwechselt, den Schalter 20 entsprechend dem von der Ausgabeeinheit 33 erzeugten Schaltsignal abwechselnd und wiederholt ein und aus, das heißt, sie schaltet den Schalter 20 gemäß einer PWM-Steuerung ein und aus. Ein derartiges Umschalten initiiert die Stromversorgung von der Batterie 11 zur Last 12 und veranlasst den Betrieb der Last 12.
Wenn die Steuereinheit 35 die Abwesenheit eines Betriebssignals bestätigt, dann bestimmt die Steuereinheit 35, ob die Eingabeeinheit 31 ein Stoppsignal empfangen hat. Wenn die Steuereinheit 35 die Eingabe eines Stoppsignals bestätigt, weist die Steuereinheit 35 die Ausgabeeinheit 33 dazu an, der ersten UND-Schaltung 23 ein Schaltsignal mit einer Low-Pegel-Spannung zuzuführen. Dann beendet die Steuereinheit 35 den Stromversorgungssteuerprozess.
Angenommen, die Erkennungsschaltung 24 führt eine High-Pegel-Spannung zu. In dieser Situation schaltet die Ansteuerschaltung 22, wenn die Ausgabeeinheit 33 ein Schaltsignal mit einer Low-Pegel-Spannung erzeugt, den Schalter 20 entsprechend dem von der Ausgabeeinheit 33 erzeugten Schaltsignal aus. Ein derartiges Schalten stoppt die Stromversorgung von der Batterie 11 zur Last 12 und veranlasst den Stopp der Last 12. Wenn die Steuereinheit 35 die Abwesenheit eines Stoppsignals bestätigt, beendet die Steuereinheit 35 den Stromversorgungssteuerprozess.
Wenn das Schaltsignal, das der ersten UND-Schaltung 23 von der Ausgabeeinheit 33 zugeführt wird, zwischen der High-Pegel-Spannung und der Low-Pegel-Spannung hin- und herwechselt, dann wechselt dieses Schaltsignal periodisch von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung oder von der High-Pegel-Spannung zur Low-Pegel-Spannung. Die eine oder mehreren CPUs in der Steuereinheit 35 führen ferner durch Ausführen des Computerprogramms P 1 einen Tastverhältnisregelprozess zum Regeln des Tastverhältnisses des Schaltsignals durch.
Das Tastverhältnis des Schaltsignals ist das Verhältnis der Dauer des High-Pegel-Spannungszustands zu einem Zyklus des Schaltsignals. Das Tastverhältnis ist größer als 0 und kleiner als 1. Das Computerprogramm P1 veranlasst die eine oder mehreren CPUs in der Steuereinheit 35 dazu, den Stromversorgungssteuerprozess und den Tastverhältnisregelprozess auszuführen.
Wenn das Schaltsignal, das der ersten UND-Schaltung 23 von der Ausgabeeinheit 33 zugeführt wird, zwischen der High-Pegel-Spannung und der Low-Pegel-Spannung hin- und herwechselt, dann führt die Steuereinheit 35 periodisch den Tastverhältnisregelprozess durch. Bei dem Tastverhältnisregelprozess bezieht die Steuereinheit 35 die Spannungsinformationen von der A/D-Wandlereinheit 32. Als Nächstes bestimmt die Steuereinheit 35 das Tastverhältnis basierend auf der Ausgangsspannung der Batterie 11, die durch die bezogenen Spannungsinformationen angegeben wird, das heißt, basierend auf der Drainspannung des Schalters 20. Als Letztes weist die Steuereinheit 35 die Ausgabeeinheit 33 dazu an, das Tastverhältnis des Schaltsignals auf das bestimmte Tastverhältnis zu ändern, und beendet den Tastverhältnisregelprozess. Die Steuereinheit 35 regelt das Tastverhältnis des von der Ausgabeeinheit 33 erzeugten Schaltsignals auf die vorstehende Weise in Abhängigkeit von der Drainspannung des Schalters 20. Die Steuereinheit 35 dient als Regeleinheit.
Angenommen, die Erkennungsschaltung 24 führt eine High-Pegel-Spannung zu. Die Steuereinheit 35 regelt das Tastverhältnis des Schaltsignals auf einen bezogenen Wert, zum Beispiel durch Teilen einer gegebenen vorbestimmten Sollspannung durch die Ausgangsspannung der Batterie 11. In diesem Fall kann die durchschnittliche Ausgangsspannung des Schalters 20 an die Last 12 ungeachtet der Drainspannung des Schalters 20, das heißt, ungeachtet der Ausgangsspannung der Batterie 11, auf die Sollspannung geregelt werden.
Das Computerprogramm P1 kann auf einem Speichermedium E1 derart gespeichert sein, dass die eine oder mehreren CPUs in der Steuereinheit 35 das Programm lesen können. In diesem Fall wird das Computerprogramm P1 durch eine Ausleseeinrichtung (nicht gezeigt) aus dem Speichermedium E1 ausgelesen und in der Speichereinheit 34 gespeichert. Das Speichermedium E1 kann eine optische Scheibe, eine flexible Scheibe, eine magnetische Scheibe, eine magnetooptische Scheibe, ein Halbleiterspeicher usw. sein. Die optische Scheibe kann eine CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory), eine DVD- (Digital Versatile Disc-) ROM, eine BD (Blu-ray® Disc) usw. sein. Die magnetische Scheibe kann zum Beispiel eine Festplatte sein. Das Computerprogramm P1 kann alternativ auch von einer externen Einrichtung (nicht gezeigt) heruntergeladen werden, die mit einem Kommunikationsnetzwerk (nicht gezeigt) verbunden ist, und kann dann in der Speichereinheit 34 gespeichert werden.
Wie vorstehend beschrieben ist, steuert die Steuereinheit 35, wenn die Erkennungsschaltung 24 keinen Fehler erkennt, der den Schalter 20 betrifft, die Stromversorgung von der Batterie 11 zur Last 12 basierend auf dem Eingangssignal an die Eingabeeinheit 31.
Die Eingangsspannung am positiven Anschluss des Komparators 25 ist die Summe aus der Ausgangsspannung der Batterie 11 und der an der Gleichstromquelle 29 anliegenden Spannung (im Folgenden als „Klemmenspannung“ bezeichnet). In der folgenden Beschreibung bezeichnet Vg die Gatespannung des Schalters 20, Vb die Ausgangsspannung der Batterie 11 und Vc die Klemmenspannung der Gleichstromquelle 29. Die Gatespannung Vg und die Ausgangsspannung Vb der Batterie 11 sind Spannungen, die sich jeweils auf das Massepotenzial beziehen.
Wenn Vg > Vb + Vc, das heißt, wenn Vg - Vb > Vc, dann führt der Komparator 25 der Erkennungsschaltung 24 und dem Negator 26 von seinem Ausgangsende aus eine Low-Pegel-Spannung zu. Wenn Vg ≤ Vb + Vc, das heißt, wenn Vg - Vb ≤ Vc, dann führt der Komparator 25 der Erkennungsschaltung 24 und dem Negator 26 von seinem Ausgangsende aus eine High-Pegel-Spannung zu.
Wenn die Gatespannung Vg des Schalters 20 größer als die Gesamtspannung Vp - die Summe der Ausgangsspannung Vb der Batterie 11 und der Klemmenspannung Vc - ist, dann ist der Schalter 20 eingeschaltet. Wenn die Gatespannung Vg des Schalters 20 nicht größer als die Gesamtspannung Vp ist, dann ist der Schalter 20 nicht eingeschaltet. Das Gate des Schalters 20 dient als Steueranschluss. Die Gesamtspannung Vp entspricht der Schwellspannung.
Wenn Vg > Vp (= Vb + Vc), dann erkennt der Komparator 25 den Einschaltzustand und führt von seinem Ausgangsende aus eine Low-Pegel-Spannung zu. Wenn Vg ≤ Vp, dann erkennt der Komparator 25 den Einschaltzustand nicht und führt von seinem Ausgangsende aus eine High-Pegel-Spannung zu. Der Komparator 25 dient als Einschalt-Erkennungseinheit.
Bei Empfang einer High-Pegel-Spannung von dem Komparator 25 führt der Negator 26 der Erkennungsschaltung 24 von seinem Ausgangsende aus eine Low-Pegel-Spannung zu. Bei Empfang einer Low-Pegel-Spannung von dem Komparator 25 führt der Negator 26 der Erkennungsschaltung 24 von seinem Ausgangsende aus eine High-Pegel-Spannung zu.
Die Taktschaltung 27 führt der Erkennungsschaltung 24 ein Taktsignal mit einer High-Pegel-Spannung und einer Low-Pegel-Spannung zu. Das Taktsignal wechselt periodisch von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung.
Die Ausgabeeinheit 33 des Mikrocomputers 21 führt ein Schaltsignal nicht nur der ersten UND-Schaltung 23 zu, sondern auch der Erkennungsschaltung 24 und der Resetschaltung 28. Die Resetschaltung 28 führt der Erkennungsschaltung 24 basierend auf dem von der Ausgabeeinheit 33 zugeführten Schaltsignal ein Resetsignal mit einer High-Pegel-Spannung oder einer Low-Pegel-Spannung zu. Wenn die Spannung des Schaltsignals, die über einen vorgegebenen Zeitraum hinweg auf der Low-Pegel-Spannung gelegen hat, von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung wechselt, dann wechselt das Resetsignal von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung. Die Spannung des Resetsignals, die von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung gewechselt hat, kehrt umgehend zur Low-Pegel-Spannung zurück.
Die Erkennungsschaltung 24 erkennt einen Fehler, der den Schalter 20 betrifft, basierend auf der Ausgangsspannung des Komparators 25, der Ausgangsspannung des Negators 26, dem Schaltsignal, dem Taktsignal und dem Resetsignal. Wenn die Erkennungsschaltung 24 einen Fehler erkennt, der den Schalter 20 betrifft, dann wird, wie vorstehend beschrieben ist, der ersten UND-Schaltung 23 eine Low-Pegel-Spannung zugeführt. Wenn die Erkennungsschaltung 24 keinen Fehler erkennt, der den Schalter 20 betrifft, dann wird der ersten UND-Schaltung 23 eine High-Pegel-Spannung zugeführt. Nachdem die Erkennungsschaltung 24 auf das Zuführen der Low-Pegel-Spannung gewechselt hat, führt die Erkennungsschaltung 24 das Zuführen der Low-Pegel-Spannung ungeachtet der Ausgangsspannung des Komparators 25, der Ausgangsspannung des Negators 26, des Schaltsignals, des Taktsignals und des Resetsignals fort.
2 ist ein Schaltdiagramm einer Erkennungsschaltung 24. Die Erkennungsschaltung 24 weist eine zweite UND-Schaltung 40, eine ODER-Schaltung 41, eine Meldeeinheit 42 und n D-Flipflops A1, A2, ..., An auf (wobei n eine Ganzzahl größer oder gleich 2 ist). Die zweite UND-Schaltung 40 weist drei Eingangsenden und ein Ausgangsende auf. Die ODER-Schaltung 41 weist zwei Eingangsenden und ein Ausgangsende auf. Alle D-Flipflops A1, A2, ..., An weisen jeweils einen D-Anschluss, einen Taktanschluss, einen R-Anschluss, einen Q-Anschluss und einen Nicht-Q-Anschluss auf.
Die zweite UND-Schaltung 40 ist über ihr erstes Eingangsende mit dem Ausgangsende der Ausgabeeinheit 33 des Mikrocomputers 21 verbunden, über ihr zweites Eingangsende mit dem Ausgangsanschluss des Komparators 25 verbunden und über ihr drittes Eingangsende mit dem Ausgangsende der Taktschaltung 27 verbunden. Das Ausgangsende der zweiten UND-Schaltung 40 ist mit dem Taktanschluss des D-Flipflops A1 verbunden.
Die n D-Flipflops A1, A2, ..., An sind in Reihe geschaltet. Konkret ist der Nicht-Q-Anschluss des k-ten D-Flipflops Ak (wobei k eine natürliche Zahl kleiner als n ist) mit dem Taktanschluss des (k+1)-ten D-Flipflops Ak+1 verbunden. Der Nicht-Q-Anschluss des n-ten D-Flipflops An ist mit der Meldeeinheit 42 verbunden. Wie in 2 gezeigt ist, ist bei allen n D-Flipflops A1, A2, ..., An der Nicht-Q-Anschluss außerdem mit dem D-Anschluss verbunden.
Die ODER-Schaltung 41 ist über ihr erstes Eingangsende mit dem Ausgangsende des Negators 26 verbunden und über ihr zweites Eingangsende mit dem Ausgangsende der Resetschaltung 28 verbunden. Das Ausgangsende der ODER-Schaltung 41 ist mit den Resetanschlüssen der n D-Flipflops A1, A2, ..., An und mit der Meldeeinheit 42 verbunden. Die Meldeeinheit 42 ist außerdem mit dem zweiten Eingangsende der ersten UND-Schaltung 23 verbunden. Die Q-Anschlüsse der n D-Flipflops A1, A2, ..., An sind Anschlüsse mit offenem Stromkreis (sind nirgends angeschlossen).
Als Eingang empfängt die zweite UND-Schaltung 40 das Schaltsignal von der Ausgabeeinheit 33 des Mikrocomputers 21, die Ausgangsspannung des Komparators 25 und das Taktsignal von der Taktschaltung 27. Als Ausgang führt die zweite UND-Schaltung 40 dem Taktanschluss des D-Flipflops A1 eine High-Pegel-Spannung oder eine Low-Pegel-Spannung zu.
Wenn sowohl die Spannung des Schaltsignals als auch die Ausgangsspannung des Komparators 25 auf dem High-Pegel liegt, dann ist der Ausgang am Ausgangsende der zweiten UND-Schaltung 40, der an den Taktanschluss des D-Flipflops A1 ausgegeben wird, das von der Taktschaltung 27 ausgespeiste Taktsignal. Wenn die Spannung des Schaltsignals und/oder die Ausgangsspannung des Komparators 25 auf dem Low-Pegel liegt, dann ist der Ausgang der zweiten UND-Schaltung 40, der an den Taktanschluss des D-Flipflops A1 ausgegeben wird, ungeachtet der Spannung des Taktsignals die Low-Pegel-Spannung.
In jedem der n D-Flipflops A1, A2, ..., An wird jeweils an dem Nicht-Q-Anschluss die High-Pegel-Spannung oder die Low-Pegel-Spannung ausgesendet; die Ausgangsspannung am Nicht-Q-Anschluss wird außerdem am D-Anschluss desselben D-Flipflops eingespeist.
Die derart eingerichteten n D-Flipflops A1, A2, ..., An werden wie folgt betrieben. Wenn die Eingangsspannung am Taktanschluss von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung wechselt, während der Nicht-Q-Anschluss die High-Pegel-Spannung sendet, dann wechselt die Ausgangsspannung des Nicht-Q-Anschlusses auf die Low-Pegel-Spannung. Wenn die Eingangsspannung am Taktanschluss von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung wechselt, während der Nicht-Q-Anschluss die Low-Pegel-Spannung sendet, dann wechselt die Ausgangsspannung des Nicht-Q-Anschlusses auf die High-Pegel-Spannung. Der Nicht-Q-Anschluss des n-ten D-Flipflops An sendet die High-Pegel-Spannung oder die Low-Pegel-Spannung an die Meldeeinheit 42.
Die ODER-Schaltung 41 empfängt die Ausgangsspannung des Negators 26 und das Resetsignal der Resetschaltung 28. Wenn die Ausgangsspannung des Negators 26 und/oder die Spannung des Resetsignals auf dem High-Pegel liegen, dann führt die ODER-Schaltung 41 von ihrem Ausgangsende aus den Resetanschlüssen der n D-Flipflops A1, A2, ..., An und der Meldeeinheit 42 eine High-Pegel-Spannung zu. Wenn sowohl die Ausgangsspannung des Negators 26 als auch die Spannung des Resetsignals auf dem Low-Pegel liegen, dann führt die ODER-Schaltung 41 von ihrem Ausgangsende aus den Resetanschlüssen der n D-Flipflops A1, A2, ..., An und der Meldeeinheit 42 eine Low-Pegel-Spannung zu.
Wenn die Ausgangsspannung der ODER-Schaltung 41 von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung gewechselt hat, führen alle n D-Flipflops A1, A2, ..., An gleichermaßen die High-Pegel-Spannung von ihrem jeweiligen Nicht-Q-Anschluss aus zu.
Solange die ODER-Schaltung 41 die Low-Pegel-Spannung zuführt, führt die Meldeeinheit 42 der ersten UND-Schaltung 23 fortgesetzt die High-Pegel-Spannung zu (fährt damit fort, die High-Pegel-Spannung zuzuführen), bis die Ausgangsspannung des Nicht-Q-Anschlusses des D-Flipflops An von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung wechselt.
Solange die ODER-Schaltung 41 die Low-Pegel-Spannung zuführt, wechselt die Meldeeinheit 42 ihre an die erste UND-Schaltung 23 ausgegebene Ausgangsspannung auf die Low-Pegel-Spannung, wenn die Ausgangsspannung des Nicht-Q-Anschlusses des D-Flipflops An von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung wechselt. Als Reaktion darauf schaltet die Ansteuerschaltung 22 den Schalter 20 ungeachtet des Schaltsignals aus. Nachdem die Meldeeinheit 42 ihre an die erste UND-Schaltung 23 ausgegebene Ausgangsspannung auf die Low-Pegel-Spannung gewechselt hat, führt die Meldeeinheit 42 fortgesetzt und ungeachtet der Ausgangsspannung des Nicht-Q-Anschlusses des D-Flipflops An sowie der Ausgangsspannung der ODER-Schaltung 41 der ersten UND-Schaltung 23 die Low-Pegel-Spannung zu.
Die folgende Beschreibung betrifft den Betrieb der Erkennungsschaltung 24 bei normalem Einschalten des Schalters 20. 3 ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein Beispiel für den Betrieb der zweiten UND-Schaltung 40 zeigt. 3 zeigt die Änderungen der Spannung des Taktsignals, der Spannung des Schaltsignals, der Ausgangsspannung des Komparators 25 und der Ausgangsspannung der zweiten UND-Schaltung 40. Die waagrechte Achse in der jeweiligen Zeile steht für die Zeit. In 3 und 4 bis 8 (später beschrieben) bezeichnet „H“ eine High-Pegel-Spannung und „L“ eine Low-Pegel-Spannung.
Das Taktsignal wechselt, wie vorstehend beschrieben ist, periodisch von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung. Solange das Schaltsignal auf der Low-Pegel-Spannung liegt und die Stromversorgung der Last 12 gestoppt ist, beträgt die Gatespannung Vg des Schalters 20 ungefähr 0 V und ist daher nicht größer als die Gesamtspannung Vp, der Summe aus der Ausgangsspannung Vb der Batterie 11 und der Klemmenspannung Vc der Gleichstromquelle 29. Da Vg ≤ Vp ist, führt der Komparator 25 eine High-Pegel-Spannung zu. Dass das Schaltsignal auf der Low-Pegel-Spannung fixiert ist, sorgt außerdem dafür, dass die zweite UND-Schaltung 40 eine Low-Pegel-Spannung zuführt.
Wenn bei dem Mikrocomputer 21 die Eingabeeinheit 31 ein Betriebssignal empfängt, erzeugt die Ausgabeeinheit 33 ein Schaltsignal, das zwischen der High-Pegel-Spannung und der Low-Pegel-Spannung hin- und herwechselt. Wenn die Spannung des Schaltsignals von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung wechselt, erhöht die Ansteuerschaltung 22, wie vorstehend beschrieben ist, die Gatespannung Vg des Schalters 20. Nachdem die Spannung des Schaltsignals von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung gewechselt hat, führt der Komparator 25 die High-Pegel-Spannung fortgesetzt zu, bis die Gatespannung Vg die Gesamtspannung Vp überschreitet.
Wenn die Gatespannung Vg die Gesamtspannung Vp überschreitet, erkennt der Komparator 25 den Einschaltzustand des Schalters 20 und wechselt seine Ausgangsspannung an die zweite UND-Schaltung 40 von der High-Pegel-Spannung zur Low-Pegel-Spannung. Wenn die Spannung des Schaltsignals auf die Low-Pegel-Spannung gewechselt hat, reduziert die Ansteuerschaltung 22 die Gatespannung Vg des Schalters 20. Die reduzierte Gatespannung Vg ist nicht größer als die Gesamtspannung Vp, was den Komparator 25 dazu veranlasst, seine an die zweite UND-Schaltung 40 ausgegebene Ausgangsspannung auf die High-Pegel-Spannung zu wechseln.
Während des Zeitraums, während dessen das Schaltsignal auf der High-Pegel-Spannung liegt, der Komparator 25 jedoch fortdauernd die High-Pegel-Spannung zuführt, führt die zweite UND-Schaltung 40 dem Taktanschluss des D-Flipflops A1 das Taktsignal zu. Mit Ausnahme dieses Zeitraums führt die zweite UND-Schaltung 40 dem Taktanschluss des D-Flipflops A1 eine Low-Pegel-Spannung zu. Der Zeitraum, während dessen der Komparator 25 eine High-Pegel-Spannung zuführt, entspricht dem Zeitraum, während dessen der Komparator 25 den Einschaltzustand des Schalters 20 nicht erkennt.
4 ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein Beispiel für den Betrieb der ODER-Schaltung 41 zeigt. 4 zeigt die Änderungen der Spannung des Resetsignals, der Ausgangsspannung des Negators 26 und der Ausgangsspannung der ODER-Schaltung 41. Die waagrechte Achse in der jeweiligen Zeile steht für die Zeit.
Solange das Schaltsignal auf der Low-Pegel-Spannung liegt und die Stromversorgung der Last 12 gestoppt ist, ist der Zeitraum, während dessen das Schaltsignal auf der Low-Pegel-Spannung liegt, länger als der in Zusammenhang mit der Resetschaltung 28 beschriebene vorgegebene Zeitraum. Wenn die Eingabeeinheit 31 des Mikrocomputers 21 ein Betriebssignal empfangen hat und die Spannung des Schaltsignals von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung gewechselt hat, wechselt daher die Spannung des Resetsignals von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung und kehrt umgehend zur Low-Pegel-Spannung zurück.
Wenn die Ausgabeeinheit 33 ein Schaltsignal erzeugt, das zwischen der High-Pegel-Spannung und der Low-Pegel-Spannung hin- und herwechselt, dann schaltet die Spannung des Schaltsignals, wie vorstehend beschrieben wurde, periodisch um. Der vorgegebene Zeitraum in der vorstehenden Beschreibung ist länger als dieser Umschaltzyklus. Nachdem die Spannung des Schaltsignals als Reaktion auf die Eingabe des Betriebssignals von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung gewechselt hat, bleibt das Resetsignal auf der Low-Pegel-Spannung fixiert und wechselt nicht auf die High-Pegel-Spannung, solange die Spannung des Schaltsignals periodisch umgeschaltet wird.
Wie vorstehend beschrieben wurde, führt der Negator 26 eine Low-Pegel-Spannung zu, solange er eine High-Pegel-Spannung von dem Komparator 25 empfängt, und führt eine High-Pegel-Spannung zu, solange er eine Low-Pegel-Spannung von dem Komparator 25 empfängt. Wenn die Gatespannung Vg des Schalters 20 nicht größer als die Gesamtspannung Vp ist, das heißt, wenn der Einschaltzustand des Schalters 20 nicht erkannt wird, führt der Negator 26 demgemäß eine Low-Pegel-Spannung zu. Wenn die Gatespannung Vg die Gesamtspannung Vp überschreitet, das heißt, wenn der Einschaltzustand des Schalters 20 erkannt wird, dann wechselt der Negator 26 seine Ausgangsspannung an die ODER-Schaltung 41 auf die High-Pegel-Spannung. Wenn die Gatespannung Vg auf die Gesamtspannung Vp oder darunter gefallen ist, das heißt, wenn der Einschaltzustand des Schalters 20 nicht mehr erkannt wird, dann wechselt der Negator 26 seine Ausgangsspannung an die ODER-Schaltung 41 auf die Low-Pegel-Spannung.
Wenn die Spannung des Resetsignals auf die High-Pegel-Spannung gewechselt hat, das heißt, wenn ein Betriebssignal zugeführt wird, dann wechselt die ODER-Schaltung 41 ihre Ausgangsspannung auf die High-Pegel-Spannung. Wenn die Spannung des Resetsignals auf die Low-Pegel-Spannung gewechselt hat, wechselt die ODER-Schaltung 41 ihre Ausgangsspannung auf die Low-Pegel-Spannung.
Wenn die Ausgangsspannung des Negators 26 auf die High-Pegel-Spannung gewechselt hat, das heißt, wenn der Einschaltzustand des Schalters 20 erkannt wird, dann wechselt die ODER-Schaltung 41 ihre Ausgangsspannung von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung. Wenn die Ausgangsspannung des Negators 26 auf die Low-Pegel-Spannung gewechselt hat, das heißt, wenn der Einschaltzustand des Schalters 20 nicht mehr erkannt wird, dann wechselt die ODER-Schaltung 41 ihre Ausgangsspannung auf die Low-Pegel-Spannung.
5 ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein Beispiel für den Betrieb der Meldeeinheit 42 zeigt. Das in 5 gezeigte Beispiel verwendet zwei D-Flipflops (d. h. n = 2). 5 zeigt die Änderungen der Ausgangsspannung der zweiten UND-Schaltung 40, der ODER-Schaltung 41, der D-Flipflops A1, A2 und der Meldeeinheit 42. Die waagrechte Achse in der jeweiligen Zeile steht für die Zeit. Die Änderungen der Ausgangsspannung der zweiten UND-Schaltung 40 sind identisch mit den in 3 gezeigten Änderungen. Die Änderungen der Ausgangsspannung der ODER-Schaltung 41 sind identisch mit den in 4 gezeigten Änderungen.
Wenn ein Betriebssignal empfangen wird, wechselt die Ausgangsspannung der ODER-Schaltung 41, wie vorstehend beschrieben ist, auf die High-Pegel-Spannung, und alle n (d. h. zwei) D-Flipflops A1, A2, ..., An führen gleichermaßen von ihrem jeweiligen Nicht-Q-Anschluss aus die High-Pegel-Spannung zu. Danach wechselt die Ausgangsspannung des D-Flipflops A1 jedes Mal, wenn die Ausgangsspannung der zweiten UND-Schaltung 40 auf die High-Pegel-Spannung wechselt, auf die Low-Pegel-Spannung oder auf die High-Pegel-Spannung. Die Ausgangsspannung des D-Flipflops A1 wechselt demgemäß auf die High-Pegel-Spannung, wenn die Anzahl der Wechsel der Ausgangsspannung der zweiten UND-Schaltung 40 auf die High-Pegel-Spannung im Zeitraum ab dem Wechseln der Ausgangsspannung der ODER-Schaltung 41 auf die High-Pegel-Spannung und vor dem nächstmaligen Wechseln der Ausgangsspannung der ODER-Schaltung 41 auf die High-Pegel-Spannung zwei hoch eins (d. h. 2¹ = 2) erreicht.
Die Ausgangsspannung des D-Flipflops A2 wechselt jedes Mal, wenn die Ausgangsspannung des D-Flipflops A1 auf eine High-Pegel-Spannung wechselt, auf die Low-Pegel-Spannung oder auf die High-Pegel-Spannung. Die Ausgangsspannung des D-Flipflops A2 wechselt demgemäß auf die High-Pegel-Spannung, wenn die Anzahl der Wechsel der Ausgangsspannung der zweiten UND-Schaltung 40 auf die High-Pegel-Spannung im Zeitraum ab dem Wechseln der Ausgangsspannung der ODER-Schaltung 41 auf die High-Pegel-Spannung und vor dem nächstmaligen Wechseln der Ausgangsspannung der ODER-Schaltung 41 auf die High-Pegel-Spannung zwei hoch zwei (d. h. 2² = 4) erreicht.
Entsprechend wechselt die Ausgangsspannung des m-ten D-Flipflops Am (wobei m eine natürliche Zahl nicht kleiner als 3 und nicht größer als n ist) jedes Mal, wenn die Ausgangsspannung des (m-1)-ten D-Flipflops Am-1 auf eine High-Pegel-Spannung wechselt, auf eine Low-Pegel-Spannung oder eine High-Pegel-Spannung. Die Ausgangsspannung des m-ten D-Flipflops Am wechselt demgemäß auf die High-Pegel-Spannung, wenn die Anzahl der Wechsel der Ausgangsspannung der zweiten UND-Schaltung 40 auf die High-Pegel-Spannung im Zeitraum ab dem Wechseln der Ausgangsspannung der ODER-Schaltung 41 auf die High-Pegel-Spannung und vor dem nächstmaligen Wechseln der Ausgangsspannung der ODER-Schaltung 41 auf die High-Pegel-Spannung zwei hoch m (d. h. 2^m) erreicht.
Die Ausgangsspannung des D-Flipflops An wechselt demgemäß auf eine High-Pegel-Spannung, wenn die Anzahl der Wechsel der Ausgangsspannung der zweiten UND-Schaltung 40 auf eine High-Pegel-Spannung im Zeitraum ab dem Wechseln der Ausgangsspannung der ODER-Schaltung 41 auf die High-Pegel-Spannung und vor dem nächstmaligen Wechseln der Ausgangsspannung der ODER-Schaltung 41 auf die High-Pegel-Spannung zwei hoch n (d. h. 2ⁿ) erreicht. Die n D-Flipflops A1, A2, ..., An zählen somit die Anzahl der Wechsel der Ausgangsspannung der zweiten UND-Schaltung 40 von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung.
Wie vorstehend beschrieben ist, führt die zweite UND-Schaltung 40 in dem Zeitraum, während dessen das Schaltsignal auf der High-Pegel-Spannung liegt, der Komparator 25 jedoch fortgesetzt die High-Pegel-Spannung zuführt, das Taktsignal zu, und außerhalb dieses Zeitraums führt die zweite UND-Schaltung 40 eine Low-Pegel-Spannung zu. Die Anzahl der Wechsel der Ausgangsspannung der zweiten UND-Schaltung 40 auf die High-Pegel-Spannung entspricht somit der Anzahl vollständiger Zyklen des Taktsignals. Das Zählen der Anzahl der Wechsel der Ausgangsspannung der zweiten UND-Schaltung 40 auf die High-Pegel-Spannung entspricht folglich einem Kumulieren der Zeiträume, während derer das Schaltsignal auf der High-Pegel-Spannung liegt, der Komparator 25 jedoch fortgesetzt die High-Pegel-Spannung zuführt. Wenn der kumulierte Zeitraum ((zwei hoch n) - 1) • (ein vollständiger Zyklus des Taktsignals) erreicht hat, wobei das Zeichen „ • “ Multiplikation bezeichnet, dann wechselt die Ausgangsspannung des D-Flipflops An auf die High-Pegel-Spannung.
Wenn sich der Schalter 20 normal einschaltet, wird, wie in 5 gezeigt ist, der Einschaltzustand des Schalters 20 erkannt, bevor die Anzahl der Wechsel der Ausgangsspannung der zweiten UND-Schaltung 40 auf die High-Pegel-Spannung - gezählt ab dem Wechseln der Ausgangsspannung der ODER-Schaltung 41 auf die High-Pegel-Spannung - zwei hoch n (2ⁿ, d. h. vier) erreicht.
Als Ergebnis wechselt die Ausgangsspannung der ODER-Schaltung 41 auf die High-Pegel-Spannung und alle n (d. h. zwei) D-Flipflops A1, A2, ..., An führen gleichermaßen die High-Pegel-Spannung von ihrem jeweiligen Nicht-Q-Anschluss aus zu. Die ODER-Schaltung 41 initialisiert als Konsequenz daraus die Anzahl der Wechsel der Ausgangsspannung der zweiten UND-Schaltung 40 auf die High-Pegel-Spannung, das heißt, sie initialisiert den kumulierten Zeitraum, während dessen das Schaltsignal auf der High-Pegel-Spannung liegt, der Komparator 25 jedoch fortgesetzt die High-Pegel-Spannung zuführt. Wenn der Komparator 25 den Einschaltzustand des Schalters 20 erkennt, dann wechselt die ODER-Schaltung 41, wie vorstehend beschrieben ist, ihre Ausgangsspannung von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung und initialisiert den kumulierten Zeitraum auf null. Die ODER-Schaltung 41 dient als Initialisierungseinheit.
Wenn sich der Schalter 20 normal einschaltet, hält die Meldeeinheit 42 daher ihre an die erste UND-Schaltung 23 ausgegebene Ausgangsspannung auf dem High-Pegel und meldet keinen Fehler, der den Schalter 20 betrifft. Ebenso schaltet die Ansteuerschaltung 22 den Schalter 20 gemäß dem Schaltsignal ein und aus, wenn sich der Schalter 20 normal einschaltet.
Es ist außerdem, wie in 5 gezeigt ist, wahrscheinlich, dass die Ausgangsspannung des D-Flipflops An (d. h. A2) an die Meldeeinheit 42 auf die High-Pegel-Spannung wechselt, wenn die Ausgangsspannung der ODER-Schaltung 41 auf die High-Pegel-Spannung wechselt. In dieser Situation wechsein die Ausgangsspannung der ODER-Schaltung 41 und die Ausgangsspannung des D-Flipflops An im Wesentlichen gleichzeitig auf die High-Pegel-Spannung. Die Meldeeinheit 42 wechselt daher ihre Ausgangsspannung an die erste UND-Schaltung 23 nicht auf den Low-Pegel, sondern hält ihre Ausgangsspannung auf dem High-Pegel. Diese Anordnung verhindert, dass die Meldeeinheit 42 fälschlicherweise einen Fehler meldet, der den Schalter 20 betrifft, wenn die Ausgangsspannung der ODER-Schaltung 41 auf die High-Pegel-Spannung wechselt.
Die nachstehende Beschreibung betrifft den Betrieb der Erkennungsschaltung 24 für einen Fall, bei dem ein Fehler, der den Schalter 20 betrifft, das Einschalten des Schalters 20 verhindert hat. 6 ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein weiteres Beispiel für den Betrieb der zweiten UND-Schaltung 40 zeigt. 6 entspricht 3 und zeigt die Änderungen der Spannung des Taktsignals, der Spannung des Schaltsignals, der Ausgangsspannung des Komparators 25 und der Ausgangsspannung der zweiten UND-Schaltung 40. Die waagrechte Achse in der jeweiligen Zeile steht für die Zeit.
Angenommen, dass ein Fehler, der den Schalter 20 betrifft, verhindert hat, dass die Gatespannung Vg des Schalters 20 größer als die Gesamtspannung Vp wird. Obwohl das Schaltsignal fortdauernd auf der High-Pegel-Spannung liegt, erkennt der Komparator 25 in dieser Situation den Einschaltzustand des Schalters 20 nicht und führt fortdauernd die High-Pegel-Spannung zu. Nach dem Auftreten eines Fehlers, der den Schalter 20 betrifft, führt die zweite UND-Schaltung 40 daher das Taktsignal zu, wenn das Schaltsignal auf der High-Pegel-Spannung liegt, und sie führt eine Low-Pegel-Spannung zu, wenn das Schaltsignal auf der Low-Pegel-Spannung liegt.
7 ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein weiteres Beispiel für den Betrieb der ODER-Schaltung 41 zeigt. 7 entspricht 4 und zeigt die Änderungen der Spannung des Resetsignals, der Ausgangsspannung des Negators 26 und der Ausgangsspannung der ODER-Schaltung 41. Die waagrechte Achse in der jeweiligen Zeile steht für die Zeit. Nach dem Auftreten eines Fehlers, der den Schalter 20 betrifft, erkennt der Komparator 25 den Einschaltzustand nicht, und der Negator 26 führt, wie in 7 gezeigt ist, fortgesetzt die Low-Pegel-Spannung zu. Außer dem Negator 26 führt auch die ODER-Schaltung 41 fortgesetzt die Low-Pegel-Spannung zu.
8 ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein weiteres Beispiel für den Betrieb der Meldeeinheit 42 zeigt. 8 entspricht 5 und betrifft ebenso ein Beispiel, bei dem zwei D-Flipflops verwendet werden (d. h. n = 2). 8 zeigt die Änderungen der Ausgangsspannung der zweiten UND-Schaltung 40, der ODER-Schaltung 41, der D-Flipflops A1, A2 und der Meldeeinheit 42. Die waagrechte Achse in der jeweiligen Zeile steht für die Zeit. Die Änderungen der Ausgangsspannung der zweiten UND-Schaltung 40 sind identisch mit den in 6 gezeigten Änderungen. Die Änderungen der Ausgangsspannung der ODER-Schaltung 41 sind identisch mit den in 7 gezeigten Änderungen.
Wie in 8 gezeigt ist, wechselt die Ausgangsspannung der ODER-Schaltung 41 nach dem Auftreten des Fehlers des Schalters 20 nicht von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung, es sei denn, ein Betriebssignal wird empfangen. Die ODER-Schaltung 41 initialisiert daher nicht das Zählen durch die n (d. h. zwei) D-Flipflops A1, A2, ..., An bzw. initialisiert nicht den kumulierten Zeitraum, während dessen das Schaltsignal auf der High-Pegel-Spannung liegt, der Komparator 25 jedoch fortgesetzt die High-Pegel-Spannung zuführt.
Wenn die Anzahl der Wechsel der Ausgangsspannung der zweiten UND-Schaltung 40 auf die High-Pegel-Spannung zwei hoch n erreicht hat (im Beispiel aus 8 heißt dies, dass die Anzahl vier erreicht hat), das heißt, wenn der kumulierte Zeitraum ((zwei hoch n) - 1) • (ein vollständiger Zyklus des Taktsignals) erreicht oder überschritten hat, dann wechselt der D-Flipflop An (A2 im Beispiel aus 8) seine Ausgangsspannung an die Meldeeinheit 42 von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung. Da zu diesem Zeitpunkt die Ausgangsspannung der ODER-Schaltung 41 die Low-Pegel-Spannung ist, wechselt die Meldeeinheit 42 ihre Ausgangsspannung an die erste UND-Schaltung 23 auf die Low-Pegel-Spannung und meldet somit einen Fehler, der den Schalter 20 betrifft. Der Wert von ((zwei hoch n) - 1) • (ein vollständiger Zyklus des Taktsignals) entspricht dem Schwellzeitraum. Der Wert von ((zwei hoch n) - 1) • (ein vollständiger Zyklus des Taktsignals) ist außerdem größer als der Zeitraum nach dem Wechseln der Spannung des Schaltsignals von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung und vor dem tatsächlichen Einschalten des Schalters 20.
Wenn die Meldeeinheit 42 ihre Ausgangsspannung an die erste UND-Schaltung 23 auf die Low-Pegel-Spannung wechselt, das heißt, wenn die Meldeeinheit 42 einen Fehler, der den Schalter 20 betrifft, an die erste UND-Schaltung 23 meldet, dann schaltet die Ansteuerschaltung 22, wie vorstehend beschrieben ist, ungeachtet der Spannung des Schaltsignals den Schalter 20 aus. Nachdem die Meldeeinheit 42 ihre Ausgangsspannung an die erste UND-Schaltung 23 auf die Low-Pegel-Spannung gewechselt hat, führt die Meldeeinheit 42 außerdem, wie vorstehend beschrieben ist, der ersten UND-Schaltung 23 fortgesetzt und ungeachtet der Ausgangsspannung des Nicht-Q-Anschlusses des D-Flipflops An sowie der Ausgangsspannung der ODER-Schaltung 41 die Low-Pegel-Spannung zu. Die Ansteuerschaltung 22 hält folglich den Schalter 20 ausgeschaltet. Die Ansteuerschaltung 22 dient als Umschaltungseinheit.
Ein Beispiel für einen Zustand, bei dem der Einschaltzustand des Schalters 20 nicht erkannt wird, ist ein Zustand, bei dem die Gatespannung Vg zwar durch die Ansteuerschaltung 22 erhöht wird, sie die Gesamtspannung Vp jedoch nicht erreicht. In diesem Zustand ist der Widerstand zwischen Drain und Source des Schalters 20 nicht groß genug, und Strom kann über den Schalter 20 fließen. Gleichzeitig ist der Widerstand zwischen Drain und Source des Schalters 20 nicht klein genug; dies verursacht eine beträchtliche Leistungsaufnahme und Temperaturerhöhung im Schalter 20. Um die beträchtliche Leistungsaufnahme im Schalter 20 zu beenden, schaltet die Ansteuerschaltung 22 den Schalter 20 ungeachtet der Spannung des Schaltsignals aus.
Die Erkennungsschaltung 24 nutzt auf die vorstehend beschriebene Weise den kumulierten Zeitraum zur Erkennung eines Fehlers, der den Schalter 20 betrifft. Selbst wenn der Zeitraum, während dessen das Schaltsignal den Schalter 20 fortgesetzt zum Einschalten anweist, kürzer als ((zwei hoch n) - 1) • (ein vollständiger Zyklus des Taktsignals) ist, kann folglich die Erkennungsschaltung 24 einen Fehler, der den Schalter 20 betrifft, bei fehlgeschlagenem Einschalten des Schalters 20 richtig erkennen und melden. Der kumulierte Zeitraum wird ferner initialisiert, wenn der Einschaltzustand des Schalters 20 erkannt wird. Bei der Ausgestaltung zum Erkennen und Melden eines Fehlers, der den Schalter 20 betrifft, basierend auf einer Kumulierung des Zeitraums nach dem Anweisen des Einschaltens des Schalters 20 durch das Schaltsignal und vor dem tatsächlichen Einschalten des Schalters 20 verhindert eine derartige Initialisierung irrtümliche Fehlermeldungen.
Die Art und Weise des Regelns des Tastverhältnisses des Schaltsignals soll außerdem nicht auf das Regeln der durchschnittlichen Ausgangsspannung des Schalters 20 auf einen vorgegebenen Wert beschränkt sein. Die Art und Weise des Regelns des Tastverhältnisses des Schaltsignals kann zum Beispiel ein Regeln des durchschnittlichen Ausgangsstroms des Schalters 20, der durchschnittlichen Leistungsaufnahme der Last 12 oder eines ähnlichen Durchschnitts eines vorgegebenen Werts sein.
Ausführungsform 2
9 ist ein Blockschaltbild, das die hauptsächliche Ausgestaltung eines Stromerzeugungssystem 1 gemäß Ausführungsform 2 zeigt. Die folgende Beschreibung von Ausführungsform 2 legt den Schwerpunkt auf Unterschiede zu Ausführungsform 1. Nachfolgend nicht beschriebene Ausgestaltungen hat die zweite Ausführungsform mit Ausführungsform 1 gemein. Daher tragen mit Ausführungsform 1 gemeine Bestandteile die gleichen Bezugszeichen wie in Ausführungsform 1, und auf ihre Beschreibung wird verzichtet.
Das Stromerzeugungssystem 1 der Ausführungsform 2 weist ebenfalls die Bestandteile des Stromerzeugungssystems 1 der Ausführungsform 1 auf. Die Stromversorgungssteuereinrichtung 10 der Ausführungsform 2 weist ebenfalls die Bestandteile des Stromversorgungssystems 10 der Ausführungsform 1 auf. Ausführungsform 2 unterscheidet sich durch die Verbindungen des Komparators 25 und der Gleichstromquelle 29 von Ausführungsform 1.
In Ausführungsform 2 ist der negative Anschluss des Komparators 25 mit der Source des Schalters 20 verbunden. Der positive Anschluss des Komparators 25 ist mit der negativen Elektrode der Gleichstromquelle 29 verbunden. Die positive Elektrode der Gleichstromquelle 29 ist mit dem Drain des Schalters 20 verbunden. Das Ausgangsende des Komparators 25 ist, wie in Ausführungsform 1 auch, mit der Erkennungsschaltung 24 und dem Eingangsende des Negators 26 verbunden.
In der folgenden Beschreibung bezeichnet Vd eine Differenzspannung, die durch Subtraktion der Klemmenspannung Vc der Gleichstromquelle 29 von der Ausgangsspannung Vb der Batterie 11 erhalten wird. Wenn der Schalter 20 eingeschaltet ist, ist der Widerstand zwischen Drain und Source des Schalters 20 klein genug, um die Sourcespannung Vs des Schalters 20 größer als die Differenzspannung Vd (= Vb - Vc) zu halten. Wenn der Schalter 20 nicht eingeschaltet ist, ist der Widerstand zwischen Drain und Source des Schalters 20 so groß, dass die Sourcespannung Vs des Schalters 20 nicht größer als die Differenzspannung Vd ist.
Wenn Vs > Vd (= Vb - Vc) ist, das heißt, wenn (Vb - Vs) < Vc ist, dann erkennt der Komparator 25 den Einschaltzustand und führt vom Ausgangsende aus eine Low-Pegel-Spannung zu. Wenn Vs ≤ Vd ist, das heißt, wenn (Vb - Vs) ≥ Vc ist, dann erkennt der Komparator 25 den Einschaltzustand nicht und führt vom Ausgangsende aus eine High-Pegel-Spannung zu. Die Differenzspannung Vd entspricht einer zweiten Schwellspannung.
Wenn die Spannung des von der Ausgabeeinheit 33 zugeführten Schaltsignals von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung wechselt, während die Erkennungsschaltung 24 der ersten UND-Schaltung 23 eine High-Pegel-Spannung zuführt, dann erhöht die Ansteuerschaltung 22 die Gatespannung Vg des Schalters 20, was wiederum die Sourcespannung Vs des Schalters 20 erhöht. Diese Ausführungsform benötigt daher, ähnlich wie Ausführungsform 1 auch, einen Zeitraum nach dem Wechseln der Spannung des Schaltsignals von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung und vor dem Wechseln der Ausgangsspannung des Komparators 25 von der High-Pegel-Spannung zur Low-Pegel-Spannung.
Die Erkennungsschaltung 24 funktioniert daher genauso wie in Ausführungsform 1 beschrieben. Als Ergebnis meldet die Erkennungsschaltung 24 einen Fehler, der den Schalter 20 betrifft, wenn ein kumulierter Zeitraum ((zwei hoch n) - 1) • (ein vollständiger Zyklus des Taktsignals) erreicht oder überschritten hat, wobei der kumulierte Zeitraum eine Kumulierung der Zeiträume ist, während derer das Schaltsignal den Schalter dazu anweist, sich einzuschalten, die Sourcespannung Vs des Schalters 20 jedoch kleiner als die Differenzspannung Vd ist.
Ausführungsform 1 und 2 sind dazu eingerichtet, den Einschaltzustand des Schalters 20 basierend auf der Gatespannung Vg des Schalters 20 oder der Sourcespannung Vs des Schalters 20 zu erkennen. Die Ausgestaltung zur Einschalt-Erkennung des Schalters 20 soll jedoch nicht darauf beschränkt sein, sondern kann zum Beispiel auf der Spannung zwischen Drain und Source des Schalters 20 basieren. Diese alternative Ausgestaltung erkennt den Einschaltzustand des Schalters 20, wenn die Drain-Source-Spannung des Schalters 20 klein ist, und sie erkennt den Einschaltzustand des Schalters 20 nicht, wenn die Drain-Source-Spannung des Schalters 20 groß ist.
Ausführungsform 1 und 2 können dazu eingerichtet sein, den Einschaltzustand des Schalters 20 basierend auf zwei oder drei Werten zu erkennen, die aus der Gatespannung Vg des Schalters 20, der Sourcespannung Vs des Schalters 20 und der Drain-Source-Spannung des Schalters 20 ausgewählt sind. Der Einschaltzustand des Schalters 20 kann zum Beispiel erkannt werden, wenn die Gatespannung Vg größer als die Gesamtspannung Vp ist und die Sourcespannung Vs größer als die Differenzspannung Vd ist. In diesem Fall wird der Einschaltzustand des Schalters 20 nicht erkannt, wenn die Gatespannung Vg nicht größer als die Gesamtspannung Vp ist oder die Sourcespannung Vs nicht größer als die Differenzspannung Vd ist.
Ferner muss das von der Taktschaltung 27 zugeführte Taktsignal nicht notwendigerweise ein Signal sein, das periodisch von der Low-Pegel-Spannung zur High-Pegel-Spannung wechselt, sondern kann auch ein Signal sein, das periodisch von der High-Pegel-Spannung zur Low-Pegel-Spannung wechselt. In diesem Fall weist die Erkennungsschaltung 24 einen zusätzlichen Negator (nicht gezeigt) auf. Die zweite UND-Schaltung 40 führt dem zusätzlichen Negator eine High-Pegel-Spannung oder eine Low-Pegel-Spannung zu, welcher dann dem Taktanschluss des D-Flipflops A1 eine High-Pegel-Spannung bzw. eine Low-Pegel-Spannung zuführt. Der zusätzliche Negator führt beim Empfangen der High-Pegel-Spannung eine Low-Pegel-Spannung zu und führt beim Empfangen der Low-Pegel-Spannung eine High-Pegel-Spannung zu.
Außerdem soll die Ausgestaltung zum Melden eines Fehlers, der den Schalter 20 betrifft, wenn der kumulierte Zeitraum den Schwellzeitraum erreicht oder überstiegen hat, nicht auf die Verwendung von n D-Flipflops A1, A2, ..., An beschränkt sein; sondern sie kann stattdessen mehrere T- Flipflops, einen Mikrocomputer oder dergleichen verwenden. Der Schalter 20 muss nicht notwendigerweise ein n-Kanal-FET sein; er kann auch ein p-Kanal-FET, ein Bipolartransistor usw. sein.
Die vorliegend offenbarten Ausführungsformen 1 und 2 sind in jeder Hinsicht veranschaulichend und nicht einschränkend zu verstehen. Der Schutzumfang der Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche und nicht durch die vorstehende Beschreibung angegeben; er soll alle Variationen und Abwandlungen umfassen, die durch die angefügten Ansprüche angegeben werden, diesen äquivalent sind und innerhalb dieser liegen.
Bezugszeichenliste

1:: Stromerzeugungssystem
10:: Stromversorgungssteuereinrichtung
11:: Batterie
12:: Last
20:: Schalter
21:: Mikrocomputer
22:: Ansteuerschaltung (Umschaltungseinheit)
23:: erste UND-Schaltung
24:: Erkennungsschaltung
25:: Komparator (Einschalt-Erkennungseinheit)
26:: Negator
27:: Taktschaltung
28:: Resetschaltung
30, 31:: Eingabeeinheit
32:: A/D-Wandlereinheit
33:: Ausgabeeinheit
34:: Speichereinheit
35:: Steuereinheit (Regeleinheit)
36:: interner Bus
40:: zweite UND-Schaltung
41:: ODER-Schaltung (Initialisierungseinheit)
42:: Meldeeinheit
A1, A2, ..., An:: Flipflop
E1:: Speichermedium
P1:: Computerprogramm
R1, R2:: Widerstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017103683 A [0002, 0003, 0004, 0006]

Claims

Stromversorgungssteuereinrichtung (10) zum Steuern einer Stromversorgung über einen Schalter (20), wobei die Einrichtung (10) aufweist: eine Ausgabeeinheit (33), die dazu eingerichtet ist, ein Schaltsignal zu erzeugen, das den Schalter (20) dazu anweist, sich abwechselnd ein- und auszuschalten; eine Einschalt-Erkennungseinheit (25), die dazu eingerichtet ist, einen Einschaltzustand des Schalters (20) zu erkennen; und eine Meldeeinheit (42), die dazu eingerichtet ist, einen Fehler, der den Schalter (20) betrifft, zu melden, wenn ein kumulierter Zeitraum einen Schwellzeitraum erreicht oder überschritten hat, wobei der kumulierte Zeitraum eine Kumulierung von Zeiträumen ist, während derer das von der Ausgabeeinheit (33) erzeugte Schaltsignal den Schalter (20) dazu anweist, sich einzuschalten, die Einschalt-Erkennungseinheit (25) jedoch den Einschaltzustand des Schalters (20) nicht erkennt.
Stromversorgungssteuereinrichtung (10) nach Anspruch 1, ferner mit einer Initialisierungseinheit (41), die dazu eingerichtet ist, den kumulierten Zeitraum zu initialisieren, wenn die Einschalt-Erkennungseinheit (25) den Einschaltzustand des Schalters (20) erkennt.
Stromversorgungssteuereinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schalter (20) ein Halbleiterschalter ist, der Schalter (20) eingeschaltet ist, wenn eine Spannung an einem Steueranschluss des Schalters (20) größer als eine Schwellspannung ist, und die Einschalt-Erkennungseinheit (25) den Einschaltzustand erkennt, wenn die Spannung an dem Steueranschluss größer als die Schwellspannung ist.
Stromversorgungssteuereinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einschalt-Erkennungseinheit (25) den Einschaltzustand erkennt, wenn eine Spannung an einem Ausgangsanschluss des Schalters (20), an dem der Strom austritt, größer als eine zweite Schwellspannung ist.
Stromversorgungssteuereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit einer Umschaltungseinheit (22), die dazu eingerichtet ist, den Schalter (20) ungeachtet des von der Ausgabeeinheit (33) erzeugten Schaltsignals auszuschalten, wenn die Meldeeinheit (42) den Fehler meldet.
Stromversorgungssteuereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner mit einer Regeleinheit (35), die dazu eingerichtet ist, ein Tastverhältnis des von der Ausgabeeinheit (33) erzeugten Schaltsignals abhängig von einer Spannung an einem Eingangsanschluss des Schalters (20), an dem der Strom eintritt, zu regeln.
Stromversorgungssteuerverfahren zum Steuern einer Stromversorgung über einen Schalter (20), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Erzeugen eines Schaltsignals, das den Schalter (20) dazu anweist, sich abwechselnd ein- und auszuschalten; Erkennen des Einschaltzustands des Schalters (20); und Melden eines Fehlers, der den Schalter (20) betrifft, wenn ein kumulierter Zeitraum einen Schwellzeitraum erreicht oder überschritten hat, wobei der kumulierte Zeitraum eine Kumulierung von Zeiträumen ist, während derer das erzeugte Schaltsignal den Schalter (20) dazu anweist, sich einzuschalten, der Einschaltzustand des Schalters (20) jedoch nicht erkannt wird.