DE10213253A1 - Lastbetriebssystem und Verfahren dazu - Google Patents

Abstract

Ein System und Verfahren zum Betreiben einer Last an einer Spannung, die höher ist als eine normale Betriebsspannung, die in der Lage sind, Schaltverluste und Wärmeerzeugung zu reduzieren. DOLLAR A Ein Lastbetriebssystem 1 hat einen Mikrocomputer 2, einen DC/DC-Umwandler 3 und ein Halbleiter-Relais 5, das an jede Lampe 4, als eine Last, bereitgestellt wird. Der DC/DC-Umwandler 3 hat einen Hauptschalter 6, einen Zusatzschalter 7 und einen Widerstand R1. Ein rechteckförmiges Impulssignal mit einer relativen Einschaltdauer wird an den Hauptschalter 6 gegeben, um den Hauptschalter 6 ein- und auszuschalten, und dadurch eine rechteckförmige Wellenformspannung auszugeben. Ein Betriebssignal wird an das Halbleiter-Relais 5 gegeben, zum Zuführen der rechteckförmigen Wellenformspannung, die von dem DC/DC-Umwandler 3 an die Lampe 4 ausgegeben wird, wodurch die Lampe 4 erhellt wird.

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein Lastbetriebssystem und Verfahren dazu, zum Betreiben von Lasten unter Verwendung einer Leistungsquelle, die eine Ausgangsspannung hat, die höher ist als eine normale Betriebsspannung der Last, und genauer eine Technik zum Vereinfachen der Schaltkreistechnik und einer Reduzierung der erzeugten Wärmemenge.

2. Beschreibung zum Stand der Technik

Die Spannung einer Batterieleistungsquelle, die in Fahrzeugen, beispielsweise Autos oder Lkws, eingebaut ist, ist gewöhnlich 12 Volt oder 24 Volt. Der jüngste Trend ist es, eine höhere Batteriespannung (beispielsweise 52 Volt) zu verwenden, um den Wert des Stromes, der durch unterschiedliche Schaltungen oder Lasten fließt, die in einem Fahrzeug eingebaut sind, zu reduzieren. Jedoch sind solche Lasten, wie Lampen, die in einem Fahrzeug eingebaut sind, gedacht für eine gewöhnliche Batteriespannung von 12 Volt oder 24 Volt und können nicht betrieben werden, wenn sie direkt an eine 52 Volt-Gleichspannungsleistungsquelle angeschlossen werden.

Es ist daher notwendig solche Lasten, die in einem Fahrzeug eingebaut sind, durch solche zu ersetzen, die für Spannungen von 52 Volt gedacht sind, um der 52-Volt-Batteriespannung zu entsprechen. Jedoch wird dieser Anstieg einer Betriebsspannung solcher Lampen, wie Scheinwerfer, Schlussleuchten, Bremsleuchten und Innenraumlampen, die in einem Fahrzeug eingebaut sind, (dies gilt für eine Konstruktion der Lampen für 52 Volt), in einer Vergrößerung der Ausmaße dieser Einrichtungen resultieren, was zu einer Kostenerhöhung führt und daher unpraktisch ist.

Unter diesen Umständen wurden unterschiedliche Arten eines Lastbetriebssystems zum Ansteuern von Lasten mit einer Spannung, die höher ist als eine normale Betriebsspannung, ohne übertriebene Last, vorgeschlagen und in praktische Anwendung gesetzt. Ein Beispiel solcher herkömmlicher Lastbetriebssysteme ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift No. Hei-5-168164 veröffentlicht (nachstehend bezeichnet als "herkömmliches Beispiel") Fig. 1 ist ein Schaltbild eines Lastbetriebssystems, das in dem herkömmlichen Beispiel beschrieben wurde. Wie in der Figur gezeigt, hat das Lastbetriebssystem eine Gleichspannungsleistungsquelle 101 und einen FET 106, der dirket mit einer Lampe 102 als eine Last verbunden ist. Das System enthält ferner einen Spannungsdetektor 104, einen PWM-Steuerer 105 und einen Schalter 103.

Der PWM-Steuerer 105 gibt ein Impulssignal an den FET 106 aus, um ihn zum Ein- und Ausschalten zu veranlassen, um somit einen der Lampe 102 zugeführten Effektivwert der Spannung kleiner zu machen, als die Ausgabespannung der Gleichspannungsleistungsquelle 101, wodurch die Lampe 102 davor bewahrt wird, überbelastet zu werden, wenn sie erleuchtet.

In dem obigen Lastbetriebssystem erzeugt jedoch der Schaltvorgang des FET 106, basierend auf PWM-Signale, Schaltverluste, was die durch das Element erzeugte Wärmemenge erhöht und in einer vergrößerten Ausmaße eines Kühlkörpers resultiert.

Ein weiteres vorgeschlagenes Verfahren ist in Fig. 2 gezeigt, in der ein DC/DC-Umwandler verwendet wird, um eine Spannung zu verkleinern, die von einer Gleichspannungsleistungsquelle zugeführt wird. Im Speziellen, wie in der Figur gezeigt, hat der DC/DC- Umwandler einen Hauptschalter 110 und einen Zusatzschalter 111, die mit einer gewünschten relativen Einschaltdauer (duty ratio) geschaltet werden, um die Eingangsspannung Van, die von der Gleichspannungsleistungsquelle zugeführt wird, in eine gepulste Spannung umzuwandeln. Die Impulsspannung wird über eine Schaltung, die aus einer Diode D101, einer Spule L101 und einem Kondensator C101 besteht, gleichgerichtet und geglättet und als die Ausgangsspannung V_out ausgegeben.

Der DC/DC-Umwandler, der auf diese Weise den Zusatzschalter 111 und einen Widerstand R101, der mit dem Schalter 111 verbunden ist, verwendet, hat den Vorteil reduzierter Schaltverluste, verglichen mit einem Ausgeführten von lediglich einer PWM-Steuerung. Jedoch gibt der DC/DC- Umwandler ununterbrochen eine niedrige Spannung aus und benötigt die Spule L101 und den Kondensator C101 zum Gebrauch als einen Filter. Dies verkompliziert den Stromkreis nachteilig. Ferner gibt es ein Problem durch Wärme, die durch die Spule L101 und den Kondensator C101 erzeugt wird.

Wenn ein Bauteil, das ein bildendes Teil des DC/DC- Umwandlers ist, nicht an der Oberfläche montiert werden kann, verbreitet sich Wärme, die durch das Bauteil erzeugt wird, innerhalb eines Gehäuses, dass das Bauteil unterbringt, wodurch die Gesamttemperatur innerhalb des Gehäuses erhöht wird.

Ferner wird Leistung zugeführt, sogar wenn der Hauptschalter 110 aus ist, was eine Verkleinerung der Operationsfrequenz des Hauptschalters 110 verhindert.

Es würde vorstellbar sein, einen Zusatzschalter, ähnlich dem in Fig. 2 gezeigten Zusatzschalter 111, an jedes Schaltelement (FET 106, gezeigt in Fig. 1) zum Betreiben von Lasten bereitzustellen, um somit Schaltverluste zu reduzieren. Dieses Verfahren erhöht jedoch die Anzahl von Schaltelementen, was in eine Gesamtkostenerhöhung resultiert und daher unpraktisch ist.

Wie oben beschrieben verursacht das in Fig. 1 gezeigte herkömmliche Lastbetriebssystem nachteiligerweise große Schaltverluste. Der in Fig. 2 gezeigte DC/DC-Umwandler hat eine hohe Wärmemenge, die von den Bauteilen erzeugt wurde, und kann nicht in der Operationsfrequenz gesenkt werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Erfindung wurde gemacht, um die obigen herkömmlichen Probleme zu lösen und hat eine Aufgabe, ein Lastbetriebssystem bereitzustellen, das geeignet ist, Verluste und Geräusche im Zusammenhang mit den Schaltoperationen zu reduzieren und weiter die Wärmemengenerzeugung zu reduzieren.

Gemäß eines ersten technischen Aspektes dieser Erfindung wird ein Betriebssystem bereitgestellt, das an eine Gleichspannungsleistungsquelle verbunden ist, die eine vorbestimmte Ausgangsspannung bereitstellt, zum Betreiben mindestens einer Last, die einen Spannungsumwandler hat, der einen ersten Schalter zum Umwandeln einer Spannung hat, die von der Leistungsquelle ausgegeben wird, in eine Impulsspannung zur Ausgabe, die eine gewünschte relative Einschaltdauer hat, wobei der erste Schalter die Impulsspannung in Ansprechen auf ein erstes Steuersignal erzeugt, und einen zweiten Schalter, der zwischen dem Spannungsumwandler und der Last angeordnet ist, wobei der zweite Schalter in Abhängigkeit zu einem zweiten Steuersignal ein- und ausschaltet.

Gemäß eines zweiten Aspektes dieser Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben mindestens einer Last bereitgestellt, die eine Gleichspannungsleistungsquelle verwendet die eine vorbestimmte Ausgangsspannung zuführt, das die Schritte enthält eines Umwandelns einer Spannung, die von der Leistungsquelle ausgegeben wird, in eine Impulsspannung zur Ausgabe, die eine gewünschte relative Einschaltdauer in Abhängigkeit zu einem ersten Steuersignal hat und selektiv zwischen kapazitiven und nicht-kapazitiven Zuständen der Impulsspannung auf die Last in Abhängigkeit zu einem zweiten Signal schaltet, wobei, um die Last in einen kapazitiven Zustand zu bringen, während eines Aus-Zustandes der Impulsspannung das zweite Steuersignal ausgegeben wird, um von dem nicht-kapazitiven Zustand in den kapazitiven Zustand zu schalten.

Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 ist ein Schaltbild, das den Aufbau eines herkömmlichen Lastbetriebssystems darstellt;

Fig. 2 ist ein Schaltbild, das den Aufbau eines typischen DC/DC-Umwandlers darstellt;

Fig. 3 ist ein Schaltbild, das den Aufbau eines Lastbetriebssystems gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung darstellt;

Fig. 4 ist ein Schaltbild, das im Detail den Aufbau eines DC/DC-Umwandlers darstellt;

Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm, das die Wirkungsweise der Ausführungsform dieser Erfindung darstellt, in dem (a) die Ausgangsspannung des DC/DC-Umwandlers 3 darstellt, (b) ein Schaltsignal, (c) ein Betriebssignal, (d) die Spannung (V_CE), die an ein Halbleiter-Relais angelegt wird und (e) den Strom I_CE, der durch das Halbleiter-Relais fließt;

Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das die Wirkungsweise der Ausführungsform dieser Erfindung detaillierter darstellt;

Fig. 7A zeigt ein Beispiel einer Verwendung einer Halbleiter-Lichtemittierenden Einrichtung D1 als eine Last 4a, gemäß einer Abänderung der Ausführungsform dieser Erfindung; und

Fig. 7B zeigt Beispiele einer Zusatzschaltung Z aus Fig. 7A, in der (a) ein Beispiel unter Verwendung eines Widerstandselements 21 darstellt und (b) ein Beispiel, das mit einer Glättungsschaltung bereitgestellt wird, darstellt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen wird eine Ausführungsform dieser Erfindung im Folgenden detailliert beschrieben. Fig. 3 zeigt ein Schaltbild, das den Aufbau eines Lastbetriebssystems gemäß der Ausführungsform dieser Erfindung darstellt. Ein Lastbetriebssystem 1 betreibt eine Mehrzahl von Lasten 4 (4a-4c), die verschiedene Lampen, beispielsweise Scheinwerferlampen, Rückleuchten, Bremsleuchten und Raumlampen enthält, die in einem Fahrzeug eingebaut sind und eine Spannungsquelle einer höheren Spannung verwenden, als eine Spannung zum normalen Betreiben dieser Lampen. Das Lastbetriebssystem 1 enthält einen Mikrocomputer 2 (Steuerer) zum Steuern des gesamten Lastbetriebssystems 1, einen DC/DC-Umwandler (Spannungsumwandler) 3 zum Umwandeln einer Gleichspannung, die von einer Gleichspannungsleistungsquelle E1 ausgegeben wird, in eine rechteckförmige Impulsspannung mit einer gewünschten relativen Einschaltdauer, und ein Schaltmittel 5, beispielsweise ein Halbleiterrelais, das an jede der Mehrzahl von Lampen 4 (drei in der Figur) bereitgestellt wird.

Die Gleichspannungsleistungsquelle E1 ist eine Batterie, die in ein Fahrzeug eingebaut ist und eine Gleichspannung von beispielsweise 52 Volt ausgibt. Die in dieser Ausführungsform verwendeten Lampen 4 sind normalerweise zum Gebrauch an beispielsweise 12 Volt (eine herkömmlich verwendete Batteriespannung wird im Folgenden als "normale Betriebsspannung" gekennzeichnet) gedacht. Somit wird in dieser Ausführungsform ein Lastbetriebssystem bereitgestellt zum Verbinden der Lasten 4, die für eine normale Betriebsspannung gedacht sind, an einer Spannungsquelle einer höheren Spannung als die normale Betriebsspannung (im Folgenden gekennzeichnet als eine "höhere Betriebsspannung"), und die Lasten stabil betrieben werden.

Fig. 4 ist ein Schaltbild, das den Aufbau des DC/DC- Umwandlers 3 detailliert darstellt, der in dieser Ausführungsform verwendet wird. Der DC/DC-Umwandler 3 enthält einen Hauptschalter 6, in der Form eines Transistors (FET), als ein Schaltelement, das in Synchronisation zu einem Impulssignal, das als ein Steuersignal zugeführt wird, ein- und ausschaltet. Der Hauptschalter 6 wird in den beigefügten Ansprüchen als ein erster Schalter gekennzeichnet. Schaltelemente, die auf diese Erfindung anwendbar sind, enthalten einen Transistor (Bipolar Transistor, FET) und sind vorzugsweise Halbleiterschaltelemente zum Steuern eines Stroms oder einer Spannung in Abhängigkeit zu einem Steuersignal. In dieser Ausführungform wird ein Steuersignal an ein Gate (oder eine Basis) 14 als ein Steueranschluss angelegt.

Eine Serienschaltung eines Zusatzschalters 7 in der Form eines Halbleiterschalters, beispielsweise ein Transistor, und eines Widerstandes R1 wird zu dem Hauptschalter 6 parallel geschaltet. Der Zusatzschalter 7 wird in den beigefügten Ansprüchen als ein dritter Schalter bezeichnet. Rechteckförmige Impulssignale werden an die Gates (oder Basen) des Hauptschalters 6 und des Zusatzschalters 7 zugeführt, um die Schalter 6 und 7 an- und auszuschalten (wechselweise), um somit eine Spannung (V_in), die von der Gleichspannungsleistungsquelle E1 ausgegeben wird, in eine rechteckförmige Impulsspannung (V_out) mit einem gewünschten Verhältnis zur Ausgabe umzuwandeln. Ein Ausgangsimpuls wird durch eine Impulsbreite und einen Impulsabstand oder ein Verhältnis zwischen der An-Periode und der Aus-Periode der Impulse spezifiziert. Jedes dieser Impuls-Steuerinformation- Stücke kann zur Steuerung des Hauptschalters 6 verwendet werden.

Der in Fig. 3 gezeigte Mikrocomputer 2 ist ein Steuerer für das Lastbetriebssystem. Der Mikrocomputer 2 erzeugt ein rechteckförmiges Impulssignal und gibt das Signal an den DC/DC-Umwandler 3 aus. Der Mikrocomputer 2 gibt auch ein Betriebssignal an jedes Relais 5 aus, in Ansprechen auf ein Schaltsignal (eine Leucht-Anweisungseingabe, die über ein Fahrzeug-LAN für jede Lampe 4 eingegeben) 20. Die Relais 5 (5a-5c) schalten die entsprechenden Lasten, in Übereinstimmung mit Anweisungen aus dem Mikrocomputer 2, ein und aus, wodurch die zu betreibende(n) Last(en) ausgewählt wird (werden). Die Relais 5 sind vorzugsweise Transistor- Relais in der Form von Halbleiterschaltelementen, beispielsweise Transistoren. In den beiliegenden Ansprüchen werden die Relais 5 als zweite Schalter gekennzeichnet.

Die Wirkungsweise des Last-Betriebssystems 1 wird gemäß dieser Ausführungsform nun mit Bezug auf das in Fig. 5 gezeigte Ablaufdiagramm beschrieben. Der Mikrocomputer 2 gibt ein rechteckförmiges Impulssignal, das durch Impulssteuerinformation, beispielsweise eine relative Einschaltdauer des Hauptschalters 6 des DC/DC-Umwandlers 3, spezifiziert wird, aus. Die relative Einschaltdauer, oder dergleichen, wird so gesetzt oder eingestellt, um einen quadratischen Mittelwert oder Effektivwert der ausgegebenen rechteckförmigen Spannung (V_out) eine vorbestimmte Spannung, wie im wesentlichen 12 Volt, als eine normale Betriebsspannung zu machen. In dieser Ausführungsform sind drei Lasten 4a bis 4c verbunden. Wenn eine Mehrzahl von Lasten verbunden sind, kann jede Last unabhängig betrieben werden, in Ansprechen auf das Schaltsignal 20. Es gibt somit eine Möglichkeit, dass ein Leistungsverbrauch gemäß der Amplitude einer zugeführten Spannung 22 variiert werden kann. Um die Abweichung der zugeführten Spannung zu verringern, kann eine Impulssteuerinformation wie nötig in Übereinstimmung zu dem ausgewählten Zustand der Lasten abgeändert oder angepasst werden.

Der Zusatzschalter 7 empfängt einen rechteckförmigen Impuls, der in einer solchen Zeiteinteilung ein- und ausschaltet, um den Zusatzschalter 7 unverzüglich von Aus auf Ein (ansteigend) zu schalten, bevor der Hauptschalter 6 von Aus auf Ein schaltet, und um den Zusatzschalter 7 unverzüglich von Ein auf Aus (sinkend) zu schalten, nachdem der Hauptschalter 6 von Ein auf Aus schaltet. Somit ist der Zusatzschalter 7 in einem Ein-Zustand, wenn der Hauptschalter 6 von Aus auf Ein oder von Ein auf Aus wechselt, was eine Potentialdifferenz V_CE über den Hauptschalter 6 von im wesentlichen 0 Volt zulässt.

Wie in Fig. 5(a) gezeigt, wird das Spannungssignal V_out einer rechteckförmigen Wellenform, (das einen quadratischen Mittelwert von etwa 12 Volt hat), von dem DC/DC-Umwandler 3 ausgegeben. Beim Empfang eines Schaltsignals, wie in Fig. 5(b) gezeigt, über das Fahrzeug-LAN (nicht gezeigt), zum Beleuchten einer spezifizierten Lampe 4, gibt der Mikrocomputer 2 ein Betriebssignal 25 aus, wie in Fig. 5(c) gezeigt, als ein Auswahlsignal. Das Betriebssignal 25 wird gesteuert, um von einem Aus-Zustand in einen Ein-Zustand zu wechseln, wenn die Ausgangsspannung des DC/DC-Umwandlers 3 Null ist (in einem Aus-Zustand). Genauer gesagt, wenn irgendeine der zu betreibenden Lasten 4 durch das Schaltsignal 20 ausgewählt wird, gibt der Mikrocomputer 2 das Betriebssignal 25 aus, um das Relais 5 entsprechend zu der ausgewählten Last 4 von einem Aus-Zustand in einen Ein- Zustand zu wechseln, wenn die Impulsspannung 22, die von dem Ausgang des DC/DC-Umwandlers 3 zugeführt wird, in einem Aus- Zustand ist. Mit anderen Worten, wenn das Schaltsignal zum Beleuchten der Lampe 4a gegeben ist, wenn die Ausgabe des DC/DC-Umwandlers 3 Ein ist, wartet der Mikrocomputer 2 ab, bis die Ausgabe des DC/DC-Umwandlers 3 auf Aus schaltet und steuert dann das Betriebssignal 25a, um von Aus auf Ein zu wechseln.

Das Betriebssignal 25, das von dem Mikrocomputer 2 ausgegeben wird, wird an das Relais 5 gegeben. Der Wert der Spannung (V_CE), die über die Schalteranschlüsse des Relais 5 angelegt wird, wird somit geändert, wie in Fig. 5(d) gezeigt. Dies geschieht, wenn das Betriebssignal 25 (Fig. 5(c)) in dem Aus-Zustand ist, die Ausgabe des Relais 5 eine hohe Impedanz hat und die Spannung V_CE über die Schalteranschlüsse eine wesentliche Amplitude in Synchronisation zu der Ausgangsspannung des DC/DC-Umwandlers 3 hat. Wenn das Betriebssignal 25 in den Ein-Zustand wechselt, geht die Ausgabe des Relais 5 in einen leitfähigen Zustand über und die Amplitude oder der quadratische Mittelwert der Spannung V_CE werden im wesentlichen Null.

Somit wird das Einschalten des Betriebssignals 25 gefolgt durch den Strom I_CE, der durch das Relais 5 in die Last fließt, der einen Stromwert in Synchronisation zu der Ausgangsspannung des DC/DC-Umwandlers 3 hat.

Fig. 6 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm, dass den Betrieb von vier Lasten darstellt. Beispielsweise die Last 4a betrachtend, wird ein Schaltsignal 20a eingegeben (T_a), wenn der zweite Impuls (gekennzeichnet durch 1) der Spannungsausgabe V_out erzeugt wird. Ein Betriebssignal 25a geht nicht von Aus auf Ein über, bis der V_out-Impuls ausschaltet. Nachdem das Betriebssignal 25a einschaltet (T'_a) wird der dritte Impuls (gekennzeichnet durch 3) des Spannungssignals V_out (aus einem quadratischen Mittelwert von ungefähr 12 Volt) von dem DC/DC-Umwandler 3 angelegt. Somit betreibt ein Stromimpuls i_a die Last 4a. Die Last 4a wird bei einem quadratischen Mittelwert, der im wesentlichen identisch ist zu der normalen Betriebsspannung die einen stabilen Betrieb realisiert, betrieben. Um den Betrieb der Last 4a zu beenden, kann das Betriebssignal 25a unter der Kontrolle des Mikrocomputers 2 ausgeschaltet werden.

Die Last 4b betrachtend, wird ein Schaltsignal 20b eingegeben (T_b), wenn der V_out-Impuls aus ist. Ein Betriebssignal 25b wird somit, ohne wesentlicher Verzögerung (T'_b), in einen Ein-Zustand geschaltet. Ein Stromimpuls i_b, der dem Spannungssignal V_out während und nach dem vierten Impuls entspricht, betreibt die Last 4b.

Die Lasten 4c und 4d betrachtend, werden Schaltsignale 20c und 20d eingegeben (T_c, T_d), wenn der fünfte Impuls aus Vout erzeugt wird. Somit werden Betriebssignale 25c und 25d nicht in einen Ein-Zustand übergehen, bis der V_out-Impuls ausschaltet, wie im Falle der Last 4a. Wenn die Signale 25c und 25d einschalten (T'_c, T'_d) betreiben Stromimpulse ic und id in Übereinstimmung mit dem Spannungssignal Vout während und nach dem sechsten Impuls die Lasten 4c und 4d.

In dieser Art und Weise verwendet das Lastbetriebssystem dieser Ausführungsform den Microcomputer 2 zum Ein- und Aussteuern des Betriebssignals 25n, in Ansprechen auf das Schaltsignal 20 für jede Lampe 4n (n = a, b, c, d, . . .). Dies ermöglicht unabhängiges Ein- und Ausschalten der zwei oder mehr Lampen 4, die stetige Beleuchtung bereitstellen. Ferner sind der Zusatzschalter 7 und der Widerstand R1 parallel zu dem Hauptschalter 6 in dem DC/DC-Umwandler 3 angeordnet, und der Zusatzschalter 7 ist in einem Ein-Zustand, wenn der Hauptschalter 6 ein- oder ausgeschaltet wurde, um einen Ausgleichsstrom umzuleiten, wodurch Schaltverluste des Hauptschalters 6 reduziert werden.

Ferner benötigt der DC/DC-Umwandler 3, gemäß dieser Erfindung, nicht die Induktivität L101, den Kondensator C101 und die Diode D101, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Spannung 22 (Vout), die von dem DC/DC-Umwandler 3 ausgegeben wird, wird der Lampe 4 als die Last zugeführt, die diese Leistungsaufnahme benötigt, die im wesentlichen innerhalb eines vorbestimmten Bereiches ist aber nicht notwendiger Weise eine konstante Spannung benötigt. Diese Erfindung basiert auf der Tatsache, dass eine Steuerung einer solchen Last nicht die Gleichrichtung und Glättung einer rechteckförmigen Impulsspannung bedarf, die durch den DC/DC- Umwandler 3 erzeugt wird. Als Resultat eliminiert diese Erfindung Elemente zur Gleichrichtung und Glättung, wie beispielsweise eine Spule, einen Kondensator und eine Diode, die in einem typischen DC/DC-Umwandler verwendet werden.

Dies ermöglicht eine Reduktion in der Größe des Stromkreises und Kosten. Die Eliminierung solcher Elemente reduziert die erzeugte Wärmemenge, wodurch der Temperaturanstieg in dem gesamten System reduziert wird, wodurch die Reduktion einer Größe eines Kühlkörpers ermöglicht wird. Dies ermöglicht ferner eine Absenkung der Betriebsfrequenz.

Da die Spannung 22, die von dem DC/DC-Umwandler 3 ausgegeben wird, eine rechteckförmige Impulsspannung ist, und das Betriebssignal 25 in Beziehung zu dem Zustand des rechteckförmigen Impulses gesteuert wird, schaltet das Relais 5 einfach ein und aus, in Ansprechen auf das Betriebssignal 25. Dies eliminiert die Notwendigkeit der relativen Einschaltdauer-Steuerung für jedes Relais 5 und eliminiert somit Hardware und Software, die für die relative Einschaltsteuerung benötigt werden.

Da ferner das Betriebssignal, das an jedes Relais 5 zugeführt wird, zum Einschalten gesteuert wird, während die Ausgangsspannung 22 des DC/DC-Umwandlers 3 aus ist (Null), können Schaltverluste und Schaltgeräusche des Relais 5 reduziert werden.

Des weiteren kann der Mikrocomputer 2 den DC/DC-Umwandler 3 steuern, seinen Betrieb nach Übergang aller Lampen 4 in den Aus-Zustand (kein Auswahl-Zustand) zu beenden. Dies ermöglicht eine Reduktion im Leistungsverbrauch, was zum Energiesparen beiträgt.

Die obige Beschreibung des Betriebs-Lastsystems gemäß der Ausführungsform dieser Erfindung mit Bezug auf die Figuren wurde nicht mit der Beabsichtigung gegeben, diese Erfindung zu begrenzen. Eine Anordnung jedes Bauteils kann ersetzt werden durch jedes Bauteil, das ähnliche Funktionen hat. Beispielsweise wurde die obige Ausführungsform mit den Lampen 4 als die Lasten beschrieben. Diese Erfindung ist nicht begrenzt auf diese Anwendung und kann auf jegliche Last angewendet werden, die mit spezifizierter Leistungsaufnahme betrieben wird. Fig. 7A stellt den Fall dar, wo mindestens eine der Lasten, wie beispielsweise die Last 4a, eine lichtemittierende Einrichtung D1, mit Halbleiter-Lichtemittierenden Elementen, wie beispielsweise eine Leuchtdiode (LED) oder organische Elektro-Lumineszenz lichtemittierende Elemente ist, die in Serie verbunden sind. Eine Zusatzschaltung Z, beispielsweise ein Widerstand 21 zur Strombegrenzung, wie in Fig. 7B(a) gezeigt, oder ein Integrator, wie in Fig. 7B(b) gezeigt, können zwischen einer Ausgangsleitung 26a des Relais 5a und D1 eingesetzt werden. Beispielsweise ist 21 ein Widerstand oder eine Induktivität und 22 ist eine Kapazität.

Die obige Ausführungsform wurde beispielhaft beschrieben mit einer Batterie, die in einem Fahrzeug als die Gleichspannungsleistungsquelle E1 eingebaut ist, und mit unterschiedlichen Lampen, die in dem Fahrzeug als die Lasten eingebaut sind. Diese Erfindung ist nicht begrenzt auf diese Anwendung und kann auch für den Fall angewendet werden, wo die Last mit einer höheren Spannung als eine normale Betriebsspannung der Last betrieben wird.

Ferner wurde die obige Ausführungsform beispielhaft beschrieben unter Bezugnahme auf den Betrieb der drei Lampen (Lasten). Diese Erfindung ist nicht begrenzt auf diese Anwendung und kann auch für den Fall angewendet werden, wo mindestens eine Last betrieben wird.

Wie oben beschrieben wird das Lastbetriebssystem gemäß dieser Erfindung mit einem Spannungsumwandler zur Ausgabe einer rechteckförmigen Impulsspannung bereitgestellt und verwendet einen elektronischen Steuerschalter, zum ein- und ausschalten des Ausgangssignals des Spannungsumwandlers, wodurch eine Spannung an eine Last zugeführt wird. Der Spannungsumwandler eliminiert somit Gleichrichtungs- und Glättungselemente, wodurch die Vereinfachung seines Aufbaus und die Reduktion der erzeugten Wärmemenge ermöglicht wird. Der elektronische Steuerschalter wird einfach, zum Ein- und Ausschalten in Ansprechen auf ein Betriebssignal gesteuert. Dies eliminiert PWM Steuerung, wodurch die Vereinfachung der Verarbeitung durch den Steuerer ermöglicht wird. Ferner ermöglicht das Ein- und Ausschalten eines Zusatzschalters, der parallel zu einem Hauptschalter einer Spannungsumwandlungseinrichtung angeordnet ist, eine Reduktion von Schaltverlusten an dem Hauptschalter.

Ferner können, da das Betriebssignal, das an den elektronischen Steuerschalter zugeführt wird, von Aus auf Ein übergeht, wenn die Impulsspannung, die von dem Spannungsumwandler ausgegeben wird, Aus ist, Schaltverluste und Schaltgeräusche des elektronischen Steuerschalters reduziert werden. Ferner kann, wenn alle Lasten gesteuert werden ihren Betrieb zu beenden, die Spannungsumwandlungseinrichtung gesteuert werden, ihren Betrieb zu beenden, wodurch eine Reduktion im Leistungsverbrauch und eine Reduktion einer erzeugten Wärmemenge ermöglicht werden.

Der gesamte Inhalt einer japanischen Patentanmeldung Nr. 2001-087722, eingereicht am 26. März 2001, wird hierdurch unter Bezugnahme aufgenommen. Obwohl die Erfindung oben beschrieben wurde unter Bezug auf bestimmte Ausführungsformen der Erfindung, ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt. Abänderungen und Veränderungen der oben beschriebenen Ausführungsformen werden dem Fachmann im Lichte der Lehren einfallen. Der Umfang der Erfindung wird bestimmt unter Bezugnahme auf die folgenden Ansprüche.

Claims (11)

1. Betriebssystem, das mit einer Gleichspannungsleistungsquelle verbunden ist, die eine vorbestimmte Ausgangsspannung zum Betreiben mindestens einer Last zuführt, enthaltend:
einen Spannungsumwandler, der einen ersten Schalter zum Umwandeln einer von der Leistungsquelle ausgegebenen Spannung in eine Impulsspannung hat, die eine gewünschte relative Einschaltdauer zur Ausgabe hat, wobei der erste Schalter die Impulsspannung in Abhängigkeit zu einem ersten Steuersignal erzeugt und
einen zweiten Schalter, der zwischen dem Spannungsumwandler und der Last verbunden ist, wobei der zweite Schalter in Abhängigkeit zu einem zweiten Steuersignal ein- und ausschaltet.

2. Betriebssystem, das mit einer Gleichspannungsleistungsquelle verbunden ist, die eine vorbestimmte Ausgangsspannung zum Betreiben mindestens einer Last zuführt, enthaltend:
einen Spannungsumwandler der einen ersten Schalter zum Umwandeln einer von der Leistungsquelle ausgegebenen Spannung in eine Impulsspannung hat, die eine gewünschte relative Einschaltdauer zur Ausgabe hat und
einen zweiten Schalter, der zwischen dem Spannungsumwandler und der Last verbunden ist, wobei der zweite Schalter so gesteuert wird, um während eines Aus-Zustandes der Ausgabe des Spannungsumwandlers von einem Aus-Zustand in einen Ein- Zustand zu schalten.

3. Betriebssystem nach Anspruch 1, ferner enthaltend einen Steuerer zum Ausgeben des ersten Steuersignals an den Spannungsumwandler und zum Ausgeben des zweiten Steuersignals an den zweiten Schalter, wobei der Steuerer den zweiten Schalter in einen Ein-Zustand schaltet, während die Ausgabe des Spannungsumwandlers aus ist.

4. Betriebssystem nach Anspruch 3, wobei der Steuerer den Betrieb des Spannungsumwandlers beendet, wenn keine Last betrieben wird.

5. Betriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Spannungsumwandler eine Reihenschaltung aus einem dritten Schalter und einem Widerstand, die parallel zu dem ersten Schalter geschaltet sind, hat und der dritte Schalter unverzüglich in einen Ein-Zustand übergeht, bevor der erste Schalter von Aus auf Ein übergeht, und unverzüglich in einen Aus-Zustand übergeht, nachdem der erste Schalter von Ein auf Aus übergeht.

6. Betriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leistungsquelle eine Batterie ist, die in einem Fahrzeug eingebaut ist, und eine Spannung zuführt, die höher ist als eine normale Betriebsspannung der Last.

7. Betriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Last eine Lampe ist, die in ein Fahrzeug eingebaut ist.

8. Betriebssystem nach Anspruch 1, wobei die Last mindestens durch ihre Leistungsaufnahme im Betrieb spezifiziert werden kann.

9. Betriebssystem nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Last mindestens ein Halbleiter-Lichtemittierendes Element ist.

10. Betriebssystem nach Anspruch 1, wobei der Spannungsumwandler eine relative Einschaltdauer hat, die in Abhängigkeit zu einem Betriebszustand der Lasten eingestellt werden kann.

11. Verfahren zum Betreiben mindestens einer Last, die eine Gleichspannungsleistungsquelle verwendet, die eine vorbestimmte Ausgangsspannung zuführt, die Schritte enthaltend:
Umwandeln einer von der Leistungsquelle ausgegebenen Spannung in eine Impulsspannung, die eine gewünschte relative Einschaltdauer zur Ausgabe hat, und
selektives Schalten zwischen leitenden und nicht-leitenden Zuständen der Impulsspannung auf die Last, in Abhängigkeit zu einem Steuersignal, wobei
um die Last in einen leitfähigen Zustand zu bringen, das Steuersignal ausgegeben wird, um von dem nicht-leitenden Zustand in den leitenden Zustand während eines Aus-Zustandes der Impulsspannung zu schalten.