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Diese Erfindung betrifft eine elektrische
Energiequellevorrichtung mit mehreren Ausgängen, die eine Eingangsspannung
von einer externen elektrischen Energiequelle in mehrere Arten von
Konstantspannungen wandelt und diese an externe Objekte anlegt,
die mit elektrischer Leistung versorgt werden müssen.
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Elektronische Steuervorrichtungen
bzw. Regelvorrichtungen, die in einem Fahrzeug montiert sind, wurden
im Allgemeinen bisher so entworfen, dass ein interner Mikrocomputer
und Schaltkreisanordnungen an der Chipperipherie mit der selben
Energiequellenspannung arbeiten (zum Beispiel SV).
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In den letzten Jahren wurden allerdings,
als Begleiterscheinung zum Trend in Richtung für Mikrocomputer benötigter höherer Leistungen,
interne Bereiche bzw. internal cores (zum Beispiel CPUs und Speicher)
mit einer Energiequellenspannung (zum Beispiel 3,3V) betrieben,
die niedriger als die üblicherweise
verwendete Spannung ist, um einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb auszuführen. Allerdings
verwenden Eingangs-/Ausgangsschaltungen in dem Mikrocomputer zum
Austauschen von Signalen mit externen Schaltungen und Schaltkreisanordnungen
an der Chipperipherie des Mikrocomputers noch immer günstige Teile,
die mit der herkömmlichen
Energiequellenspannung funktionieren.
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Daher sollte eine elektrische Energiequellevorrichtung
bereitgestellt werden, die in der Lage ist, mehrere Arten Energiequellenspannungen
vorzusehen, um die Eingangs-/Ausgangsschaltungen in dem Mikrocomputer
und die Schaltkreisanordnungen an der Chipperipherie mit der herkömmlichen
Energiequellenspannung zu versorgen, wie auch, um die cores bzw.
interne Bereiche oder Kerne in dem Mikrocomputer mit einer niedrigen
Energiequellenspannung zu versorgen.
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Eine elektrische Energiequellevorrichtung dieser
Art ist so aufgebaut, dass sie eine externe Einheit mit mehreren
Arten Energiequellenspannungen versorgt, indem sie Schaltregler
und Serienregler in einer Mehrzahl von Gruppen auf der integrierten Schaltung
kombiniert (
USP 6,424,128
B1 ).
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USP 6,424,128 B1 schlägt eine elektrische Energiequellenschaltung
vor, die in der Lage ist, mit zwei Arten Energiequellenspannungen
zu versorgen. Diese elektrische Energiequellenschaltung weist einen
Schaltregler auf, der den Anforderungen in einem Modus mit großem Stromverbrauch
in einem aktiven Zustand des Mikrocomputers entspricht, und einen
Serienregler, der den Anforderungen in einem Modus mit kleinem Stromverbrauch
in einem Standby-Zustand bzw. Wartezustand entspricht. Somit wird der
Mikrocomputer insgesamt mit einer niedrigen Spannung versorgt. Die
elektrische Energiequellenschaltung weist ferner einen Serienregler
zum Versorgen anderer Schaltungen mit einer Energiequellenspannung
auf.
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Außerdem verbrauchen nicht nur
die Mikrocomputer höhere
Ströme,
sondern auch die Schaltungsanordnungen an der Chipperipherie, da
die Funktionen einer elektronischen Fahrzeugsteuervorrichtung bzw.
elektronischen Fahrzeugregelvorrichtung Jahr für Jahr komplexer werden. Um
dieser Tendenz entgegen zu kommen, kann man sich daher überlegen
die Serienregler in der elektrischen Energie quellenschaltung, die
die anderen Schaltungen mit Leistung versorgt, mit einem Schaltregler
zu ersetzen. Der Schaltregler ist in der Lage, mit einem großen Strom
bei einem Leistungsverlust zu versorgen, der kleiner ist als der
des Serienreglers. Auf diese Weise werden zwei Arten von Energiequellenspannungen
erzeugt, indem man sich ausschließlich auf Schaltregler vertraut.
Ein entsprechender Schaltungsaufbau ist in 7 gezeigt.
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7 zeigt
schematisch eine elektrische Energiequellevorrichtung mit mehreren
Ausgängen 90, die
in der Lage ist zwei Arten Energiequellenspannungen unter Verwendung
von zwei Schaltreglern zu erzeugen. Diese elektrische Energiequellevorrichtung
mit mehreren Ausgängen 90 enthält zwei Schaltregler.
Das heißt,
ein erster Schaltregler ist zum Erzeugen einer Konstantspannung
V4 vorgesehen, die von einer externen Energiequellenspannung V1
gewandelt (bzw. gesenkt) wird, die durch eine Spule und Kondensator
umfassende Eingangsglättungsschaltung 91 eingegeben
wird. Der erste Schaltregler umfasst einen Schalt-MOSFET (MOS1), eine
erste Schaltsteuerschaltung bzw. Schaltregelschaltung 70 und
eine Ausgangsglättungsschaltung 77.
Ein zweiter Schaltregler ist zum Erzeugen einer Konstantspannung
V7 vorgesehen, die von der externen Energiequellenspannung V1 gewandelt
(bzw. gesenkt) wird. Der zweite Schaltregler umfasst einen Schalt-MOSFET
(MOS2), eine zweite Schaltsteuerschaltung bzw. Schaltregelschaltung 80 und
eine Ausgangsglättungsschaltung 87.
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Die Funktion der Schaltregler ist
gleich, jedoch erzeugen sie verschiedene Ausgangsspannungen. Daher
wird nur der erste Schaltregler nachstehend kurz beschrieben. Die
Eingangsspannung V1 von der externen elektrischen Energiequelle
wird an den MOS1 über
die Eingangsglättungsschaltung 91 und
einen Stromerfassungswiderstand R41 angelegt. Der MOS1 wird durch
ein Steuersignal (Spannungs impulssignal) von der ersten Schaltregelschaltung 70 ein
und aus geschaltet, und eine Impulsähnliche Spannungsausgabe von
dem MOS1 wird durch die Ausgangsglättungsschaltung 77 in
eine stabilisierte mittlere Spannung gewandelt, die aus einer Freilaufdiode,
einer Spule und einem Kondensator aufgebaut ist. Mit der mittleren
Spannung als eine Konstantspannungsausgabe V4 wird ein Kern 61a in einem
Mikrocomputer 61 versorgt.
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Die erste Schaltregelschaltung 70 ist
bekannt, sie stellt dem MOS1 basierend auf der Rückführung der Konstantspannungsausgabe
V4 ein Steuersignal bzw. Regelsignal bereit. Die rückgeführte Ausgangsspannung
V4 wird geteilt, und in eine Schaltreglersteuerschaltung bzw. Schaltreglerregelschaltung 71 eingegeben.
Die Schaltreglersteuerschaltung 71 stellt ein Fehlersignal
basierend auf einer Differenz eines geteilten Spannungswertes und einer
Referenzspannung Vr1 von einer Referenzspannungserzeugungsschaltung 73 bereit.
Das Fehlersignal wird mit einer Dreieckschwingung von einer Dreieckschwingungserzeugungsschaltung 74 verglichen,
um eine relative Einschaltdauer (Ein/Aus) des MOS1 zu bestimmen.
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Anders als die kommerziell bisher
benutzten Vorrichtungen, muss die elektrische Energiequellevorrichtung
für elektronische
Fahrzeugsteuervorrichtungen eine Selbstschutzfunktion zum Erhalten
der Sicherheit bei anomalen Bedingungen in der elektrischen Energiequellevorrichtung
aufweisen (Überspannung, Überstrom
in dem elektrischen Energiequellenpfad, Überhitzen der Schaltungselemente, etc.),
die durch externe Faktoren verursacht werden, wie zum Beispiel Fluktuationen
in der externen elektrischen Energiequelle an dem Aufnehmende, Kurzschluss
der Verdrahtung, und Überlasst,
etc. auf der Ausgangsseite.
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Daher ist die Vorrichtung so aufgebaut,
dass sie einen Überstrom
in dem stromführenden
Pfad erfassen kann. Das geschieht durch Erfassen eines Stromes in
dem stromführendem
Pfad von der Eingangsspannungsseite der externen elektrischen Energiequelle
zu dem Mikrocomputer 61, der mit Strom von der elektrischen
Energiequelle unter Verlass auf den Stromerfassungswiderstand R41
und einen Differenzverstärker 75 versorgt
werden soll, und durch Zuführen
des Stroms in die Schaltreglersteuerschaltung 71. Ferner
ist die Vorrichtung so aufgebaut, dass sie eine Überspannung durch Teilen der
Eingangsspannung mit den Spannungsteilerwiderständen R72, R73 und Vergleichen
der geteilten Spannung mit einem Referenzpotenzial unter Verwendung
eines Komparators 76 erfassen kann. Ferner weist sie eine Überhitzungsdetektorschaltung 72 zum
Erfassen des Überhitzens
des MOS1 auf.
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Wenn Überstrom, Überspannung oder Überhitzen
erfasst wird, steuert die Schaltregelsteuerschaltung 71 den
ersten Schaltregler so, dass keine Konstantspannungsausgabe V4 an
eine externe Einheit erzeugt wird. Der zweite Schaltregler funktioniert annähernd auf
die gleiche Weise, um die Konstantspannungsausgabe V7 zu erzeugen,
die an den Ein-/Ausgabebaustein 61b in den Mikrocomputer 61 angelegt
wird.
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Mit der elektrischen Energiequellevorrichtung
mit mehreren Ausgängen 90,
wie sie in 7 gezeigt
ist, können
der Kern 61a und der Ein-/Ausgabebaustein 61b allerdings
nur im Vertrauen auf die zwei Schaltregler mit verschiedenen Spannungen versorgt
werden. In dem Fall, dass einer der obigen anomalen Zustände in einem
der Schaltregler erfasst wird, wird die Ausgabe nicht länger von
dem fehlerhaften Schaltregler erzeugt und die Betriebssicherheit
des Mikrocomputers 61 geht verloren.
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In zum Beispiel dem ersten Schalterregler kann
ein Strom einer Größe (nachstehend
als "Halbkurzschluss" bezeichnet), die
kleiner ist als ein Strom, der als Überstrom bestimmt werden kann, weiter
durch den Strom führenden
Pfad von der Eingangsseite zu der Ausgangsseite fließen, und
ein Überhitzen
kann durch die Überhitzungsdetektorschaltung 72 erfasst
werden. In diesem Fall unterbricht die Schaltreglersteuerschaltung 71 die
Ausgabe der Konstantspannung V4. Dann hört der Kern 61a auf
zu arbeiten, während
der zweite Schaltregler weiter die Konstantspannung V7 erzeugt.
Der Ein-/Ausgabebaustein 61b wird weiterhin mit Energie versorgt.
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Wenn der Ein-/Ausgabebaustein 61b trotz der
beendeten Funktion des Kerns 61a weiter arbeitet, kann
der ein/Ausgabebaustein 61b ein unerwartetes Signal an
eine externe Einheit erzeugen und so einen Fehler beim Betrieb verschiedener
elektronischer Lasten verursachen, die angeschlossen sind, um durch
den Mikrocomputer 61 gesteuert bzw. geregelt zu werden.
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8 zeigt
die Funktionsweisen von MOS1 und MOS2 in der elektrischen Energiequellevorrichtung
mit mehreren Ausgängen 90 von 7, die Spannungen an verschiedenen
Abschnitten und den Betriebszustand des Mikrocomputers 61.
Wie in 8 gezeigt, beginnen,
wenn die elektrische Energiequellevorrichtung mit mehreren Ausgängen 90 den
Betrieb aufnimmt (das heißt,
wenn die Schaltregler ihren Betrieb aufnehmen), MOS1 und MOS2 den Schaltbetrieb,
um die Konstantspannungen V4 und V7 zu erzeugen, und der Mikrocomputer 61 wird
mit elektrischer Leistung versorgt. Wenn zum Beispiel die Ausgangsseite
des ersten Schaltreglers in einem Halbkurzschlusszustand ist, der
verursacht, dass MOS1 überhitzt
wird und falls dies durch die Überhitzungsdetektorschaltung 72 erfasst
wird, führt
MOS1 den Schaltbetrieb nicht mehr länger aus und die Konstantspannungsausgabe
V4 wird nicht länger
erzeugt.
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Wie gezeigt, wird hier die Konstantspannungsausgabe
V4 nicht einfach 0, sondern verringert sich allmählich auf Grund der magnetischen
Restenergie in der Spule und der elektrischen Restladung in dem
Kondensator in der Ausgangsglättungsschaltung 77.
Der Kern 61a in dem Mikrocomputer 61 führt seinen
Betrieb fort, selbst bei niedriger Energiequellenspannung in einem
Stadium, in dem die Ausgangsspannung V4 abnimmt. Der MOS2 anderseits führt seinen
normalen Schaltbetrieb fort, selbst wenn die Ausgangsspannung V4
zu einem Bereich hin abnimmt, in dem der normale Betrieb des Kerns 61a nicht
garantiert werden kann, und der Ein-/Ausgangsbaustein 61b wird
weiterhin mit elektrischer Leistung versorgt. Es ist daher wahrscheinlich,
dass der Ein-/Ausgangsbaustein 61b ein unerwartetes Steuersignal
erzeugt, um die externen elektrischen Lasten sogar in einem Zustand
temporär
zu steuern, in dem die Ausgangsspannung V4 abnimmt.
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Nicht nur in dem Stadium, in dem
die Ausgangsspannung V4 zu dem Kern 61a abfällt, sondern sogar
nachdem die Ausgangsspannung V4 vollständig 0 wurde und der Kern 61a nicht
länger
in Betrieb ist, ist es wahrscheinlich, dass der Ein-/Ausgangsbaustein 61b noch
immer ein unerwartetes Steuersignal erzeugen kann.
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Umgekehrt wird, obwohl nicht dargestellt,
für den
Fall, dass ein anomaler Zustand in dem zweiten Schaltregler erfasst
wird, die Konstantspannungsausgabe V7 nicht länger zu dem Ein-/Ausgangsbaustein 61b ausgegeben.
Auch in diesem Fall wird der Kern 61a weiterhin mit Energie
versorgt, obwohl der Ein-/Ausgangsbaustein 61b nicht länger in
Betrieb ist, auf diesem Weg wird elektrische Leistung verschwenderisch
verbraucht.
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Zusätzlich zu der obigen Schwierigkeit
eine Schutzfunktion zu bieten, weist die elektrische Energiequellevorrichtung
mit mehreren Ausgängen 90 von 7 noch ein weiteres Problem
auf. Da die Schaltreglerschaltungen einfach parallel geschaltet werden,
um einen Schaltregler zweier Systeme zu bilden, muss die Schaltung
selbst, im Vergleich zu dem Aufbau bei dem der Schaltregler und
der Serienregler parallel geschaltet sind, groß ausfallen, um die elektrische
Energiequelle zu steuern. Daneben muss die elektrische Energiequellevorrichtung
für die
elektronischen Fahrzeugsteuervorrichtungen mit einer Schaltung mit
Selbstschutzfunktion ausgestattet sein, was unerlässlich ist,
um Sicherheit zu gewährleisten.
Dementsprechend vergrößert sich
die Schaltung und die Kosten nehmen ebenso zu.
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Daher weist die vorliegende Erfindung
die Aufgabe auf einen Schutzbetrieb zu verwirklichen, der in einer
Vielzahl von Konstantspannungserzeugungsschaltungen in einer elektrischen
Energiequellevorrichtung mit mehreren Ausgängen harmonisch funktioniert,
die so aufgebaut ist, dass ein Eingang von einer externen Energiequelle
auf vorbestimmte Versorgungsspannungen durch eine Vielzahl von Konstantspannungserzeugungsschaltungen
mit Schaltreglern verändert
wird.
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Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung die Kosten der Vorrichtung zu verringern, dadurch dass
der Schaltungsaufbau zum Steuern bzw. Regeln der Versorgungsspannungen
von der Vielzahl von Konstantspannungserzeugungsschaltungen geteilt
wird.
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Gemäß einer ersten Ausgestaltung
der Erfindung ist eine elektrische Energiequellevorrichtung mit
mehreren Ausgängen
so aufgebaut, dass eine Eingangsspannung von einer externen Energiequelle auf
vorbestimmte Versorgungsspannungen durch eine Vielzahl von Konstantspannungserzeugungsschaltungen
gewandelt wird, um eine elektronische Fahrzeugsteuervorrichtung
zu versorgen. Mindestens zwei Konstantspannungserzeugungsschaltungen
weisen Schaltregler zum Wandeln der Eingangsspannung von der externen
elektrischen Energiequelle auf.
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Von den Konstantspannungserzeugungsschaltungen,
die mit Schaltreglern ausgestattet sind, sind zumindest zwei zu
schützende
Konstantspannungserzeugungsschaltungen. Eine Anomaliezustandsdetektorschaltung,
die eine Schaltung umfasst, die gemeinsam für die zu schützenden
Konstantspannungserzeugungsschaltungen verwendet wird, erfasst das
Auftreten eines anomalen Zustands, der in jeder der zu schützenden
Konstantspannungserzeugungsschaltungen auftreten kann. Wenn der anomale
Zustand durch die Anomaliezustandsdetektorschaltung erfasst wird,
unterbricht oder begrenzt eine Schutzschaltung, die für alle zu
schützenden Konstantspannungserzeugungsschaltungen
vorgesehen ist, die Ausgabe der Versorgungsspannung von den entsprechenden
zu schützenden
Spannungserzeugungsschaltungen.
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Das heißt, jede zu schützende Konstantspannungserzeugungsschaltung
weist zumindest in der Eingangsstufe davon einen Schaltregler auf,
und die Eingangsspannung von der externen elektrischen Energiequelle
wird durch den Schaltregler gewandelt. Die verringerte Spannung
kann direkt als eine Versorgungsspannung ausgegeben werden, oder kann
weiter gewandelt werden und als eine Versorgungsspannung ausgegeben
werden, wie bei der elektrischen Energiequellevorrichtung mit mehreren Ausgängen.
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Die Anomaliezustandsdetektorschaltung
ist nicht für
jede der zu schützenden
Konstantspannungserzeugungsschal tungen vorgesehen, sondern wird
von allen zu schützenden
Konstantspannungserzeugungsschaltungen gemeinsam verwendet. Daher
wird für
den Fall, dass ein anomaler Zustand in einer der zu schützenden
Konstantspannungserzeugungsschaltungen auftritt, dieser anomale
Zustand durch die Anomaliezustandsdetektorschaltung erfasst. Im
Ansprechen darauf unterbrechen oder begrenzen alle zu schützenden
Konstantspannungserzeugungsschaltungen die Ausgabe der Versorgungsspannungen,
im Vertrauen auf die darin angeordnete Schutzeinrichtung.
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Gemäß der elektrischen Energiequellevorrichtung
mit mehreren Ausgängen
in der vorliegenden Erfindung wird daher eine Anomaliezustandsdetektorschaltung
von allen zu schützenden
Konstantspannungserzeugungsschaltungen gemeinsam verwendet, so dass
der interne Aufbau der Vorrichtung vereinfacht ist. Für den Fall,
dass ein anomaler Zustand in einer der zu schützenden Konstantspannungserzeugungsschaltungen
auftritt, werden alle zu schützenden
Konstantspannungserzeugungsschaltungen geschützt (die Ausgabe der Versorgungsspannungsspannung
wird unterbrochen oder begrenzt). Im Falle, dass ein anomaler Zustand
eintritt, ist daher Schutz in der gesamten Vorrichtung bereitgestellt,
und daneben werden die Kosten der Vorrichtung als Ganzes verringert.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung ist eine elektrische Energiequellevorrichtung mit
mehreren Ausgängen
so aufgebaut, dass eine Eingabe bzw. Eingangsspannung von einer
externen elektrischen Energiequelle durch eine Vielzahl von den
Schaltregler aufweisende Konstantspannungserzeugungsschaltungen
in vorbestimmte Versorgungsspannungen gewandelt wird, um eine elektronische
Fahrzeugsteuervorrichtung zu versorgen. Unter einer Vielzahl von
Konstantspannungserzeugungsschaltungen sind zu mindest zwei von
ihnen die Referenzkonstantspannungser zeugungsschaltungen. Der in
den gemeinsamen Referenzkonstantspannungserzeugungsschaltungen vorgesehene Schaltregler
enthält
einen Transistor, der auf einem stromführendem Pfad von der Eingangsseite
der externen elektrischen Energiequelle zu der Versorgungsspannungsausgabeseite
ausgebildet ist, und das Schalten der Steuerschaltung bzw. der Regelschaltung
schaltet den Transistor ein/aus, so dass die Ausgangsspannung des
Schaltreglers eine voreingestellte Sollspannung wird.
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Die Schaltsteuerschaltung bzw. Schaltregelschaltung
in dem Schaltregler, die die gemeinsame Referenzkonstantspannungserzeugungsschaltung bildet,
verringert ihre eigene, zurückgeführte Ausgangsspannung
auf eine Spannung vorbestimmter Höhe, vergleicht eine verringerte
Spannung mit einer vorbestimmten Referenzspannung, um ein Fehlersignal
entsprechend einer Differenz zwischen den beiden zu erzeugen, und
vergleicht das Fehlersignal mit einer vorbestimmten Referenzschwingungsform,
um ein Tastverhältnissignal
bzw. Signal für
die relative Einschaltdauer zum ein-/ausschalten des Transistors basierend
auf dem Vergleichsergebnis zu erzeugen.
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Eine Dämpfungsschaltung in den Schaltreglern,
die die gemeinsamen Referenzkonstantspannungserzeugungsschaltungen
ausbilden, weist derartige Ausgangsspannungsdämpfungsfaktoren auf, dass die
abgeschwächten
Spannungen bei allen gemeinsamen Referenzkonstantspannungserzeugungsschaltungen
denselben Wert annehmen, wenn die Sollspannungen der entsprechenden
Schaltregler zurückgeführt werden.
Ferner wird eine Referenzkonstantspannungserzeugungsschaltung, die
eine Referenzspannung bereitstellt, von den Schaltreglern aller
gemeinsamen Referenzkonstantspannungserzeugungsschaltungen gemeinsam
genutzt, und eine Referenzschwingungsformerzeugungsschaltung, die
eine Referenzschwingungsform bereitstellt, wird gemeinsam von den
Schaltreglern aller gemeinsamen Referenzkonstantspannungserzeugungsschaltungen
verwendet.
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Das heißt, selbst wenn die Sollspannungen der
Schaltregler in den gemeinsamen Referenzkonstantspannungserzeugungsschaltungen
nicht die selben sind, werden die Dämpfungsfaktoren der Dämpfungsschaltung
so eingestellt, dass die verringerten Spannungen alle gleich werden,
wenn die Sollspannungen durch die Schaltregler ausgegeben und zurückgeführt werden.
Und zwar muss die Referenzkonstantspannungserzeugungsschaltungen nicht
in jeder der Schaltregler zumindest in allen gemeinsamen Referenzkonstantspannungserzeugungsschaltungen
bereit gestellt werden, sondern nur eine Referenzspannungserzeugungseinrichtung muss
vorgesehen werden. Daher muss die Referenzschwingungsformerzeugungsschaltung
nicht für jeden
der Schaltregler bereitgestellt werden, sondern nur eine Referenzschwingungserzeugungsschaltung muss
bereitgestellt werden.
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Obige und andere Aufgaben, Merkmale
und Vorteile werden beim Studium der detaillierten Beschreibung
mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung deutlicher.
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1 ist
ein Schaltbild, das eine elektrische Energiequellevorrichtung mit
mehreren Ausgängen gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
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2 ist
ein Schaltbild, das einen Schaltregler in der elektrischen Energiequellevorrichtung
mit mehreren Ausgängen
gemäß der Ausführungsform darstellt;
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3 ist
eine Funktionsdarstellung, die Änderungen
der Referenzspannung und der Ausgangsspannungen V2, V3 beim Start
des Schaltbetriebs zeigt;
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4 ist
ein Funktionsdiagramm, das den Betrieb der Schalt-Transistoren bzw.
MOS in der elektrischen Energiequellevorrichtung mit mehreren Ausgängen gemäß der Ausführungsform,
Spannungen an verschiedenen Abschnitten und dem Betrieb eines Mikrocomputers
zeigt;
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5a ist
ein Schaltplan, der eine Überhitzungsdetektorschaltung
und MOS auf einem elektrischen Energiequellen-IC-Chip zeigt, und 5B ist ein Schaltplan, der
die Überhitzungsbestimmungsschaltung
in 5A zeigt;
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6 ist
ein Schaltplan, der eine elektronische Fahrzeugsteuervorrichtung
gemäß der Ausführungsform
zeigt;
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7 ist
ein Schaltplan, der eine elektrische Energiequellevorrichtung mit
mehreren Ausgängen zeigt,
die in der Lage ist zwei Arten von Energiequellenspannungen unter
Verwendung von zwei Schaltreglern zu bilden;
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8 ist
ein Funktionsdiagramm, das den Betrieb von MOS in der elektrischen
Energiequellevorrichtung mit mehreren Ausgängen von 7, Spannungen an verschiedenen Abschnitten
und den Betrieb eines Mikrocomputers zeigt.
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Bezugnehmend auf 1 dient eine elektrische Energiequellevorrichtung
mit mehreren Ausgängen 1 dazu
verschiedene Abschnitte einer elektronischen Fahrzeugsteuervorrichtung 60 (6) mit elektrischer Leistung
zu versorgen, und nimmt eine Eingangsspannung V1 von einer externen
elektrischen Energiequelle, wie zum Beispiel einer Batterie 65 (6) oder einem Wechselstromgenerator
(nicht dargestellt), auf, und stellt zwei Arten Energiequellenspannungen
V4 (ch-1-Ausgang) und V7 (ch-2-Ausgang) bereit. Die Energiequellenspannungen
V4 und V7 werden an einen Mikrocomputer 61, der ein externes
Versorgungsobjekt ist, und andere periphere Schaltungen, welche
mit elektrischer Leistung zu versorgende Objekte sind, angelegt
(6).
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In der elektrischen Energiequellevorrichtung mit
mehreren Ausgängen 1 wird
die Energiequellenspannung V1 von der externen elektrischen Energiequelle über eine
Eingangsglättungsschaltung 3 und durch
einen ersten Schaltregler auf eine konstante Spannung V3 verringert.
Der erste Schaltregler umfasst einen MOS1, eine Schaltreglersteuerschaltung bzw.
Schaltreglerregelschaltung 12, eine Referenzspannungserzeugungsschaltungen 31,
eine Dreieckschwingungserzeugungsschaltung 32, eine Ausgangsglättungsschaltung 4,
einen Spannungsteilerwiderstand R11 und einen Spannungsteilerwiderstand
R12. Die Spannung V3 wird weiter auf eine Konstantspannungsausgabe
V4 durch einen ersten Serienregler verringert, der einen Transistor
T1 und eine Serienreglersteuerschaltung 13 umfasst, und wird
an eine externe Einheit als eine ch-1-Ausgabespannung angelegt.
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Ähnlich
wird ferner die Energiequellenspannung V1 von der externen Einheit
auf eine konstante Spannung V6 durch einen zweiten Schaltregler
verringert, der einen MOS2, eine Schaltreglersteuerschaltung 22,
die Referenzspannungserzeugungsschaltungen 31, die Dreieckschwingungserzeugungsschaltung 32,
eine Ausgangsglättungsschaltung 5,
einen Spannungsteilerwiderstand R21 und einen Spannungsteilerwiderstand
R22 umfasst. Die Spannung V6 wird ferner auf eine Konstantspannungsausgabe
V7 durch einen zweiten Serienregler verringert, der einen Transistor
T2 und eine Serienreglersteuerschaltung 23 umfasst, und
wird an eine externe Einheit als eine ch-2-Ausgabespannung angelegt.
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Das heißt, bei der elektrischen Energiequellevorrichtung
mit mehreren Ausgängen 1 dieser Ausführungsform
werden eine erste Konstantspannungsschaltung (ch-1), die aus dem
ersten Schaltregler und dem ersten Serienregler, die in Reihe geschalten
sind, aufgebaut ist, und eine zweite Konstantspannungsschaltung
(ch-2), die aus dem zweiten Schaltregler und dem zweiten Serienregler
aufgebaut ist, die in Reihe geschaltet sind, parallel an die externe
elektrische Energiequelle angeschlossen.
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Eine Konstantspannungserzeugungsschaltung
dieser Ausführungsform
ist aus der ersten Konstantspannungsschaltung einem Stromerfassungswiderstand
R1, einem Differenzverstärker 14 und
einem Komparator 15 aufgebaut. Ähnlich ist die andere Konstantspannungserzeugungsschaltung
der Erfindung eben so aus der zweiten Konstantspannungsschaltung,
einem Stromerfassungswiderstand R2, einem Differenzverstärker 24 und
einem Komparator 25 aufgebaut.
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Hier erzeugen die Konstantspannungsschaltung
von ch-1 zum Ausbilden der Konstantspannungsausgabe V4 und die Konstantspannungsschaltung
von ch-2 zum Ausbilden der Konstantspannungsausgabe V7 verschiedene
Ausgangsspannungen, aber ihr interner Schaltungsaufbau und Betrieb ist
gleich. Daher wird lediglich die Konstantspannungsschaltung von
ch-1 kurz erläutert.
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Die Eingangsspannung V1 von der externen elektrischen
Energiequelle fließt
durch die Eingangsglättungsschaltung
(Tiefpassfilter) 3, die aus einer Spule L1 und einem Kondensator
C1 aufgebaut ist, so dass Rauschkomponenten von Frequenzen, die höher sind
als eine vorbestimmte Frequenz entfernt werden. Die Eingangsspannung
V1 wird dann an den MOS1 zum Schalten angelegt. Der MOS1 wird durch ein
Steuersignal (Spannungsimpulssignal) von der Schaltreglersteuerschaltung 12 ein-/ausgeschaltet, wobei
eine impuls ähnliche
Spannung V2, die von dem MOS1 ausgegeben wird, in eine stabilisierte mittlere
Spannung durch die Ausgangsglättungsschaltung 4 umgewandelt
wird, die aus einer Freilaufdiode D1, einer Spule L2 und einem Kondensator
C2 aufgebaut ist. Die mittlere Spannung wird in einer darauffolgenden
Stufe in den ersten Serienregler als die Ausgangsspannung V3 des
ersten Schaltreglers eingegeben.
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Die Ausgangsspannung V3 wird an den Emitter
des Transistors T1 über
den Stromerfassungswiderstand R1 angelegt. Bei dem ersten Serienregler,
der den Transistor T1 enthält,
steuert die Serienreglersteuerschaltung 13 kontinuierlich
den Basisstrom des Transistors T1, während die eigene Ausgangsspannung
V4 zurückgeführt wird,
um dadurch die Ausgangsspannung V4 konstant zu halten.
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Wie in 2 gezeigt,
weist der Schaltregler (ch-1) den selben Aufbau auf und funktioniert
wie bereits bekannte Schaltregler. Die Ausgangsspannung V3, die
Rückgeführt wird,
wird durch die Spannungsteilerwiderstände R11 und R12 (Dämpfungsschaltung)
geteilt, und die Spannung nach der Teilung wird als eine abgeschwächte Spannung
an die Schaltreglersteuerschaltung 12 angelegt.
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Bei der Schaltreglersteuerschaltung 12 werden
die Spannung nach der Teilung durch die Spannungsteilerwiderstände R11
und R12, und eine Referenzspannung (Vref), die durch die Referenzspannungsschaltung 31 ausgebildet
wird, in einen Verstärker
der Regelabweichung 41 (Regelabweichungsausgangsschaltung)
eingegeben, der ein von einer Regelabweichung zwischen den Zweien
abhängiges
Fehlersignal an einen Tastverhältnis-Bestimmungskomparator
bzw. Tastverhältnis-Bestimmungskomparator 42 anlegt.
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Der Tastverhältnis-Bestimmungskomparator 42 (Dutysignalerzeugungsschaltung
bzw. Tastverhältnissignalerzeu gungsschaltung)
vergleicht das Fehlersignal von dem Verstärker der Regelabweichung 41 mit
einer Dreieckschwingung (Referenzschwingungsform), die durch eine
Dreieckschwingungserzeugungsschaltung 32 (Referenzschwingungsformerzeugungsschaltung)
ausgebildet wird, und legt ein Tastverhältnissignal eines Tastverhältnisses
bzw. Tastverhältnissignal,
das abhängig
von dem Ergebnis des Vergleichs ist, an eine Vorsteuerschaltung 43 an.
Die Vorsteuerschaltung 43 verstärkt das Tastverhältnissignal
von dem Tastverhältnis-Bestimmungskomparator 42 auf
einen Pegel, der in der Lage ist, das Gate des MOS1 zu steuern,
und legt es als ein Steuersignal an das Gate des MOS1 an. Der MOS1
wird durch das Steuersignal von der Vorsteuerschaltung 42 ein-/ausgeschaltet.
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In der elektrischen Energiequellevorrichtung mit
mehreren Ausgängen 1 nehmen
die ch-1-Ausgangsspannung V4 und die ch-2-Ausgangsspannung V7 verschiedene
Werte an (verschiedene Sollspannungen), und die Ausgangsspannungen
V3 und V6 der Schaltregler dieser Kanäle nehmen ebenso verschieden
Werte an.
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In dieser Ausführung wird allerdings das Spannungsteilungsverhältnis (der
Dämpfungsfaktor) so
eingestellt, dass, wenn die Ausgangsspannungen V3 und V6 der Schaltregler
dieser Kanäle
voreingestellte Sollspannungen einnehmen, die durch die Spannungsteilerwiderstände R11
und R12 von ch-1 (Spannungseingang in den Verstärker der Regelabweichung 41 in
der Schaltreglersteuerschaltung 12) geteilte Spannung gleich
der durch die Spannungsteilerwiderstände R21 und R22 von ch-2 geteilte Spannung
wird (Spannungseingang in den Verstärker der Regelabweichung, der
in der Schaltreglersteuerschaltung 22 nicht gezeigt ist).
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Damit der Verstärker der Regelabweichung ein
Fehlersignal durch Vergleich mit den geteilten Spannungen ausbilden
kann, nimmt die Referenzspannungseingabe in die Schaltreglersteuerschaltungen 12 und 22 den
gleichen Wert an, da sie durch die einzige Referenzspannungserzeugungsschaltung 31 erzeugt
wird. Um ein Tastverhältnis
einer Steuersignalausgabe zu dem MOS1 und dem MOS2 zu bestimmen,
besitzt ferner die Dreieckschwingungseingabe zu den Schaltreglersteuerschaltungen 12 und 22 die
gleiche Schwingungsform, da sie durch die einzige Dreieckschwingungserzeugungsschaltung 32 erzeugt
wird.
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Wie in 2 weiter
gezeigt, ist die Referenzspannungserzeugungsschaltung 31 aus
einer Konstantspannungserzeugungseinheit 35, die eine stabile
Konstantspannung Vref bereitstellt, und einer Softstartschaltung,
die einen Widerstand R31 und einen Kondensator C31 enthält, aufgebaut.
Die Ausgangsglättungsschaltung 4 und
die Ausgangsglättungsschaltung 5 enthalten
einen Kondensator (Kondensator C2, C3) zum Glätten. Es ist daher wahrscheinlich,
dass ein Stromstoß in
diese Kondensatoren C2 und C3 bei dem Start des Betriebs der elektrischen Energiequellevorrichtung
mit mehreren Ausgängen 1 fließt (bei
Start des Betriebs der Schaltregler). Daher ist die Softstartschaltung
aus dem Widerstand R31 und dem Kondensator C31 aufgebaut. Selbst
wenn die Referenzspannung Vref von der Konstantspannungserzeugungseinheit
35 beim Start des Betriebs der elektrischen Energiequellevorrichtung
mit mehreren Ausgängen 1 ausgegeben
wird, wird daher der Kondensator C31 elektrisch geladen, und die
den Schaltreglersteuerschaltungen 12 und 22 zugeführte Referenzspannung
erhöht
sich allmählich
von 0 auf Vref.
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Dann erhöhen MOS1 und MOS2 allmählich ihre
Tastverhältnisse,
und die Ausgangsspannungen V3 und V6 von den Schaltreglern nehmen
allmählich bis
zu den Sollspannungen zu (Softstart), wobei ein Stromstoß beim Start
des Betriebs der Schaltregler verhindert wird.
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Die Konstantspannung Vref kann durch
die Konstantspannungserzeugungseinheit 35 ausgebildet werden,
wenn die externe Energiequellenspannung V1 zum Beispiel durch einen
Zündschalter
eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) eingegeben wird, oder wenn die
elektrische Leistung unabhängig
von dem Zündschalter
von der Batterie aufgenommen wird. Die Referenzspannung Vref muss
erhöht
worden sein, bevor der MOST und MOS2 den Schaltbetrieb beginnen.
Wünschenswerterweise
wird daher die Konstantspannung Vref auf die Aufnahme der elektrischen
Leistung von der Batterie hin erzeugt.
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Oder der Schaltbetrieb kann nicht
begonnen werden, bei Ausbilden der Referenzspannung Vref bei Aufnahme
der Eingangsspannung V1 von der externen Energiequelle, bis die
Referenzspannung komplett auf Vref angestiegen ist.
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3 zeigt
Veränderungen
der Referenzspannung Vr und der Ausgangsspannungen V2 und V3 beim
Start des Schaltreglerbetriebs von ch-1. Wenn der Betrieb des Schaltreglers
von ch-1 beginnt, wird der Kondensator C31 für den Softstart in der Referenzspannungserzeugungsschaltung 31 elektrisch geladen,
und die Referenzspannung Vr, die in die Schaltreglersteuerschaltung 12 eingegeben
wird, wird nicht einfach Vref, sondern steigt allmählich bis auf
Vref an. Dann nimmt das Tastverhältnis
der Ausgangsspannung V2 des MOS1 ebenso allmählich zu. Demzufolge nimmt
danach die Ausgangsspannung V3 allmählich in Richtung der Sollspannung
zu.
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Hier ist die elektrische Energiequellevorrichtung
mit mehreren Ausgängen 1 dieser
Ausführungsform
in jedem der Kanäle
mit einer Schaltung zum Erfassen eines Überstroms und einer Überspannung
in dem stromführenden
Pfad von der Eingangsseite der Energiequellenspannung V1 zu dem
Objekt, das mit elektrischer Leistung versorgt werden muss, versehen,
und ist ferner mit einer Schaltung zum Erfassen des Überhitzens
der zwei schaltenden MOS1 und MOS2 versehen.
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Bezüglich dem Überstrom und der Überspannung
sind beide Kanäle
ch-1 und ch-2 entsprechend aufgebaut und funktionieren in ungefähr gleich.
Daher wird der Kanal ch-1 zunächst
mit Bezug auf 1 beschrieben.
Der Stromerfassungswiderstand R1 ist auf dem stromführenden
Zweig zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Kanals ch-1 vorgesehen. Eine
Potentialdifferenz über
beide Anschlüsse
des Stromerfassungswiderstands R1 wird durch den Differenzverstärker 14 verstärkt, und wird
zu der Serienreglersteuerschaltung 13 als ein Signal ausgegeben,
das einem elektrischen Strom I1 entspricht.
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Die Serienreglersteuerschaltung 13 erfasst die
Höhe des
elektrischen Stroms I1 von dem Signal, und bestimmt, ob ein voreingestellter
Stromschwellenwert überschritten
wird. Wenn ein elektrischer Strom I1 erfasst wird, der den Stromschwellenwert überschreitet,
wird bestimmt, dass der Strom ein Überstrom ist. Nach der Bestimmung,
dass es sich um einen Überstrom
handelt, verringert die Serienreglersteuerschaltung 13 zum Beispiel
den Basisstrom des Transistors T1, so dass die externe Einheit nicht
mit der Konstantspannungsausgabe V4 versorgt wird.
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In dieser Ausführungsform ist ferner die Serienreglersteuerschaltung 23 des
Kanals ch-2 ebenso aufgebaut, um den Überstrom in dem elektrischen Strom
I1 in dem Kanal ch-1 basierend auf einem Signal von dem Differenzverstärker 14 zu
erfassen. Das Ausgangssignal von dem Differenzverstärker 14 wird an
die Serienreglersteuerschaltung
23 von ch-2 ebenso angelegt.
Daher bestimmen beide Serienreglersteuerschaltungen 13 und 23 von
ch-1 und ch-2, wenn der elektrische Strom I1 von ch-1 ansteigt und den
Schwellenstromwert überschreitet,
dass es sich dabei um einen Überstrom
handelt, und die Konstantspannungen (V4, V7) werden nicht von den
Serienreglern ausgegeben.
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Gleiches trifft für den Kanal ch-2 zu. Es ist
ein Stromerfassungswiderstand R2 und ein Differenzverstärker 24 zum
Erfassen eines elektrischen Stromes I2 auf dem stromführenden
Zweig, d.h. zwischen dem Eingang und dem Ausgang davon, vorgesehen, und
es ist vorgesehen, ein Signal entsprechend dem Strom an die Serienreglersteuerschaltung 23 anzulegen.
Der Ausgang des Differenzverstärkers 24 wird nicht
nur an die Serienreglersteuerschaltung 23 von ch-2 angelegt,
sondern ebenso an die Serienreglersteuerschaltung 13 von
ch-1.
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Daher bestimmen beide Serienreglersteuerschaltungen 13 und 23 von
ch-1 und ch-2, wenn der elektrische Strom I2 von ch-2 sich erhöht und den Stromschwellenwert überschreitet,
dass dieser ein Überstrom
ist und es werden keine Konstantspannungen (V4, V7) von den Serienreglern
ausgegeben.
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Zum Erfassen der Überspannung in dem Kanal ch-1
wird die Ausgangsspannung V3 des Schaltreglers zur Bestimmung verwendet.
Insbesondere wird eine Spannung, die durch Teilen der Ausgangsspannung
V3 durch die Spannungsteilerwiderstände R11 und R12 bereitgestellt
wird, durch einen Komparator 15 mit einer Referenzspannung
verglichen (Schwellenwertspannung der Erfindung), die als eine Referenz
zum Bestimmen der Überspannung
dient. Wenn die geteilte Spannung größer ist als die Referenzspannung
und ein H-Pegelsignal von dem Komparator 15 an die Serienreglersteuerschaltung 13 ausgegeben
wird, wird der Basis strom des Transistors T verringert, ähnlich wie
es passiert, wenn ein Überstrom
erfasst wird, so dass die Konstantspannungsausgabe V4 nicht an die
externe Einheit angelegt wird.
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Ferner ist auch die Serienreglersteuerschaltung 23 des
Kanals ch-2 so aufgebaut, dass sie die Überspannung in dem Kanal ch-1
basierend auf einem Signal von dem Komparator 15 erfasst.
Das Ausgangssignal von dem Komparator 15 wird an die Serienreglersteuerschaltung 23 von
ch-2 ebenso angelegt. Daher veranlassen die Serienreglersteuerschaltungen 13 und 23 von
ch-1 und ch-2 die Serienregler, nicht länger die konstanten Spannungen
(V4, V7) zu erzeugen, wenn die Spannung V3 von ch-1 sich erhöht und die
Ausgabe des Komparators 15 einen H-Pegel annimmt.
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Das heißt, wenn ein Überstrom
oder eine Überspannung
erfasst wird, wird der Betrieb des Serienreglers in der letzteren
Stufe begrenzt, so dass die Konstantspannungsausgaben V4 und V7
nicht an die externe Einheit angelegt werden. In dieser Ausführungsform
wird ferner, wenn der Überstrom
oder die Überspannung
in zumindest ch-1 oder ch-2 erfasst wird, der Betrieb des Serienreglers
begrenzt und die Konstantspannungsausgaben V4 und V7 werden nicht
nur in dem Kanal nicht erzeugt, in dem es erfasst wurde, sondern
ebenso in dem anderen Kanal.
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Die Spannungsteilerwiderstände R11
und R12 funktionieren, um eine Rückführspannung
zu der Schaltreglersteuerschaltung 12 durch Teilen der Ausgangsspannung
V3 des Schaltreglers in der vorausgehenden Stufe auszubilden, wie
auch, um die Ausgangsspannung V3 als ein Objekt zum Bestimmen des
anomalen Zustands Überspannung
zu teilen. Das gleiche trifft für
den Kanal ch-2 zu.
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Die Referenzspannung zum Bestimmen
der Überspannung
in jedem Kanal kann durch Berücksichtigung
der Sollwerte der Ausgangsspannungen V3 und V6 von den Schaltreglern
und der Durchbruchspannungen der Schaltungselemente geeignet bestimmt
werden. Ferner kann der Stromschwellenwert, der zum Erfassen des Überstroms
in den Serienreglersteuerschaltungen 13 und 23 in
den Kanälen verwendet
wird, ebenso durch Berücksichtigung
der Stromwerte im Normalzustand und der Nennströme der Schaltungselemente geeignet
bestimmt werden.
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Es wird angenommen, dass MOS1 und MOS2,
die die Schaltregler der Kanäle
ausbilden, Wärme
erzeugen, und die Erzeugung von Wärme wird erfasst, um einen
geeigneten Schutz vorzusehen. Wenn der Halbkurzschlusszustand auf
Grund eines anomalen Leistungsverbrauchs durch die Last eingetreten
ist, die, wie oben beschrieben, mit elektrischer Leistung versorgt
wird, fließt
elektrischer Strom in einer Größe, so dass
er noch nicht den Überstrom erreicht.
Um einen Schutz gegen das Auftreten des Halbkurzschlusszustandes
bereitzustellen, wird daher eine Überhitzungsdetektorschaltung 33 als
eine Anomaliezustandsdetektorschaltung bereitgestellt, wie sie in 1 gezeigt ist. Diese Detektorschaltung 33 liegt
in der Nähe
der Schalt-Transistoren MOS1 und MOS2, so dass sie die Wärmeerzeugung
des MOS1 und des MOS2 erfassen kann.
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5A zeigt
die Überhitzungsdetektorschaltung 33,
MOS1 und MOS2. Das heißt,
die Überhitzungsdetektorschaltung 33 ist
aus einer Überhitzungsdetektordiode 33a,
die Veränderungen
der Temperatur des MOS1 und MOS2 in elektrische Eigenschaften wandelt,
und einer Überhitzungsbestimmungsschaltung 33b zum
Bestimmen, ob MOS1 oder MOS2 überhitzt
ist auf Grundlage der Durchlassspannung der Überhitzungsdetektordiode 33a, aufgebaut.
Das heißt,
die Überhitzungsdetektorschaltung 33 verwendet
die elektri schen Eigenschaften dadurch, dass die Durchlassspannung
der Diode mit einer Zunahme der Temperatur zunimmt.
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Der MOS1 und MOS2 sind so angeordnet, dass
sie in einem Energiequelle-IC-Chip 50 einander nah angeordnet
sind, wie dargestellt, und die Überhitzungsdetektordiode 33a ist
zwischen dem MOS1 und MOS2 benachbart angeordnet. Mit der benachbart zu
dem MOS1 und MOS2 angeordneten Überhitzungsdetektordiode 33a ist
es möglich,
Temperaturänderungen
des MOS1 und MOS2 richtig zu erfassen.
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Konkret kann die Überhitzungsbestimmungsschaltung 33b durch
einen als Beispiel in 5b gezeigten
Aufbau verwirklicht werden.
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Das heißt, die Überhitzungsdetektordiode 33a wird
von der Konstantstromquelle 36 mit einem vorbestimmten
Vorspannungsstrom versorgt, und eine dadurch erzeugte Durchlassspannung
der Überhitzungsdetektordiode 33a wird
mit einer Referenzspannung Voh zum Bestimmen der Überhitzung
unter Verwendung des Komparators 37 verglichen. Wenn die
Temperatur mindestens eines der Transistoren MOS1 und MOS2 ansteigt,
steigt ebenso die Durchlassspannung der Überhitzungsdetektordiode 33a an.
Wenn die Referenzspannung Voh zum Bestimmen der Überhitzung überschritten ist, nimmt der Ausgang
des Komparators 37 den H-Pegel an.
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Die Schaltreglersteuerschaltungen 12 und 22 der
Kanäle überwachen
den Ausgang des Komparators 37 zu jedem Zeitpunkt, und
können
die Ein-/Aus-Regelung des MOS1 und des MOS2 beenden, wenn ein H-Pegelsignal
(das heißt
ein Signal, das den Überhitzungszustand
wiedergibt) eingegeben wird. Das heißt, wenn irgend ein MOS überhitzt wird,
werden die Ausgangssignale von ch-1 und ch-2 beide unterbrochen,
um Schutz für
beide Kanäle
zu bieten. Der Komparator 37 ist ein Komparator mit Hysterese
bzw. ein Schmitt-Trigger, dessen Temperatur, die sich von hoch auf
niedrig ändert,
niedriger ist als eine Temperatur, die sich von niedrig auf hoch ändert.
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4 zeigt
den Betrieb von MOS1 und MOS2 in der elektrischen Energiequellevorrichtung mit
mehreren Ausgängen 1,
die Spannungen an verschiedenen Abschnitten und den Betrieb des
Mikrocomputers 61. Die elektrische Energiequellevorrichtung
mit mehreren Ausgängen 1 beginnt
den Betrieb (das heißt,
wenn der Schaltregler jedes Kanals seinen Betrieb aufnimmt), MOS1
und MOS2 beginnen den Schaltbetrieb, um konstante Spannungen V4 und
V7 zu erzeugen, mit denen dann der Mikrocomputer 61 versorgt
wird. Hier wird der Softstart bewirkt, so dass die geglätteten Spannungen
V3 und V6 nicht rasch zunehmen werden (das heißt, so dass keine Stoßströme fließen werden).
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Wenn zum Beispiel der Halbkurzschlusszustand
auftritt und MOS1 auf Grund eines anomalen Zustands auf der Seite,
die mit der Energieversorgung des ch-1 versorgt wird, überhitzt
wird, erfasst die Überhitzungsdetektorschaltung 33 diese
Tatsache und schaltet sowohl MOS1 als auch MOS2 aus (das heißt, schaltet
beide Schaltregler aus). Dann werden die Konstantspannungsausgaben
V4 und V7 von ch-1 und ch-2 nicht erzeugt und der Mikrocomputer 61 wird
nicht mit elektrischer Energie versorgt. Wenn durch den Komparator 37 erfasst
wird, dass die Temperatur wieder abgefallen ist, werden die Schaltregler
wieder in den normalen Regelungsbetrieb zurückgeführt.
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6 zeigt
schematisch eine elektronische Fahrzeugsteuervorrichtung 60.
Bei der elektronischen Fahrzeugsteuervorrichtung 60 führt ein
Kern 61a in dem Mikrocomputer 61 eine Vielfalt
an Operationen im Ansprechen auf Sensorsignale aus, die von den
externen Sensoren über
eine Eingangsschaltung 62 in den Mikrocomputer 61 einge geben
werden, und erzeugt Steuersignale, um die Schaltungen 63a, 63b zum
Steuern des Betriebs der externen elektrischen Lasten 64a, 64b zu
steuern. Auf Basis der Steuersignale von dem Mikrocomputer 61 steuern
die Steuerschaltungen 63a, 63b die externen elektrischen
Lasten 64a, 64b.
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Die elektrische Energie zum Betreiben
der elektronischen Fahrzeugsteuervorrichtung 60 wird von
der in 1 gezeigten elektrischen
Energiequellevorrichtung mit mehreren Ausgängen 1 zugeführt. Genauer
gesagt wird der Kern 61a des Mikrocomputers 61 mit
der Ausgabe V4 von ch-1
versorgt, und ein Ein-/Ausgabebaustein 61b, eine externe
Eingangsschaltung 62 und Steuerschaltungen 63a, 63b des
Mikrocomputers 61 werden von der Ausgabe V7 von ch-2 versorgt.
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Bei der elektrischen Energiequellevorrichtung
mit mehreren Ausgängen 1 dieser
Ausführungsform,
wie sie in 5A gezeigt
ist, sind MOS1, MOS2 und die Überhitzungsdetektorschaltung 33 auf der
selben integrierten Halbleiterschaltung (dem Energiequelle-IC-Chip 50)
angeordnet. Genauer gesagt ist die elektrische Energiequellenschaltung 2 in
dem IC bzw. der integrierten Schaltung, in 1 umgeben von einer Zweipunkt-Strich-Linie,
vollständig
in dem Energiequelle-IC-Chip 50 angeordnet.
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Gemäß der elektrischen Energiequellevorrichtung
mit mehreren Ausgängen 1 wird
die einzige Überhitzungsdetektorschaltung
33 gemeinsam von MOS1 und MOS2 verwendet, und der Aufbau der Vorrichtung
wird somit vereinfacht. Daneben werden, wenn ein MOS überhitzt
wird, das Ein/Ausschalten des MOS1 und des MOS2 unterbrochen. Daher
wird, wenn MOS1 oder MOS2 überhitzt
wird, der Schutz der gesamten Vorrichtung erreicht, und daher wird die
Vorrichtung als Ganzes zu verringerten Kosten verwirklicht.
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Wenn ferner Überstrom oder Überspannung in
einem Kanal erfasst wird, verringern die Serienreglersteuerschaltungen 13 und 23 jedes
Kanals die Basisströme
der entsprechenden Transistoren T1 und T2, um die Versorgung der
externen Einheit mit den Konstantspannungsausgaben V4 und V7 auszusetzen.
Selbst für
den Fall, dass Überstrom
oder Überspannung
auftritt, kann daher der Schutz der Gesamtvorrichtung verwirklicht
werden.
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Daneben werden MOS1 und MOS2 nahe
aneinander angeordnet, die Überhitzungsdetektordiode 33a ist
zwischen MOS1 und MOS2 eingeschlossen, und liegt benachbart zu MOS1
und MOS2. Ferner sind MOS1, MOS2 und die Überhitzungsdetektordiode 33a in
der selben integrierten Halbleiterschaltung aufgebaut (Energiequelle-IC-Chip 50).
Es wird daher ermöglicht,
schnell und korrekt Änderungen
auf Grund der Hitze in dem MOS1 und MOS2 zu erfassen, und daher
die Überhitzung
sehr genau zu erfassen.
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Ferner verwenden die Schaltregler
der Kanäle
die selbe Referenzspannung zum Vergleich mit den durch Teilen der
Ausgangsspannungen V3 und V6 erhaltenen Spannungen, die zurückgeführt werden.
Daher kann lediglich eine Referenzspannungserzeugungsschaltung 31 und
eine Dreieckschwingungserzeugungsschaltung 32 verwendet
werden. Daher ist es, selbst wenn die Schaltregler der Kanäle, wie
in dieser Ausführungsform,
verschiedene Sollspannungen aufweisen, nicht notwendig Schaltungen 31 und 32 für jeden
Schaltregler vorzusehen. Dementsprechend kann die Vorrichtung weiter
vereinfacht werden und Kosten weiter verringert werden.
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In dieser Ausführungsform wird ferner die Referenzspannungsausgabe
von der Referenzspannungserzeugungsschaltung 31 allmählich bis
auf Vref nach Beginn des Be triebs der Schaltregler der Kanäle erhöht, wodurch
verhindert wird, dass Stromstöße in die
Kondensatoren C2 und C3 in den Ausgangsglättungsschaltungen 4 und 5 fließen. In
dieser Ausführungsform
wird, wie oben beschrieben, nur eine Referenzspannungserzeugungsschaltung 31 verwendet,
und daher kann die Schaltung zum Verwirklichen des Softstarts in
kleinster Schaltungsgröße hergestellt
werden, und die Softstartfunktion, die gemeinsam von den zwei Schaltreglern
verwendet wird, kann günstig
verwirklicht werden.
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Bei dieser Ausführungsform ist ferner die elektrische
Energiequellenschaltung 2 in der integrierten Schaltung,
dargestellt durch die Zweipunkt-Strich-Linie in 1, in der selben integrierten Halbleiterschaltung
aufgebaut. Dementsprechend sind die Spannungsteilerwiderstände R11,
R12, R21, R22, die Referenzspannungserzeugungsschaltung 31 und
die Dreieckschwingungserzeugungsschaltung 32 alle in der
gleichen integrierten Schaltung aufgebaut. Daher wird, selbst wenn
die Umgebungstemperatur sich verändert,
und dadurch eine Veränderung
der Spannungsteilerwiderstände
und der Widerstände
der Widerstandselemente (nicht dargestellt), die zum Bestimmen der
Ausgangsspannungspegel in den Schaltungen 31, 32 verwendet
werden, die relative Genauigkeit der Widerstandselemente bezüglich einer
Veränderung
der Temperatur auf hohem Niveau aufrecht erhalten, und die Konstantspannungen
werden unter Aufrechterhaltung guter Temperatureigenschaften erhalten.
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Insbesondere kann die elektrische
Energiequellevorrichtung mit mehreren Ausgängen 1 dieser Ausführungsform
als eine elektrische Energiequellevorrichtung für elektronische Fahrzeugsteuervorrichtungen 60 verwendet
werden, die in der Regel starken Änderungen der Umgebungstemperatur
ausgesetzt sind, um trotz der Temperaturänderungen die Ausgangsspannungen
hoch genau zu regeln.
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Durch Verwendung der elektrischen
Energiequellevorrichtung mit mehreren Ausgängen 1 dieser Ausführungsform
als eine elektrische Energiequelle für die elektronische Fahrzeugsteuervorrichtung 60 (6), können verschiedene Energiequellenspannungen
an den Kern 61a und den Ein-/Ausgangsbaustein 61b des
Mikrocomputers 61 angelegt werden. Daneben wird ein Schutz
für die
Kanäle
bereitgestellt, der ein Ereignis verhindert, dass eine elektrische
Energiequelle zusammengebrochen ist, aber die andere elektrische
Energiequelle kontinuierlich Leistung zuführt. Es wird somit ermöglicht eine
elektronische Fahrzeugsteuervorrichtung 60 bereitzustellen,
die stabiler arbeitet.
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In dieser Ausführungsform wirken die Schaltreglersteuerschaltungen 12, 22 und
die Serienreglersteuerschaltungen 13, 23 als eine
Schutzschaltung. In der Schaltreglersteuerschaltung 12 wirkt
insbesondere die Vorsteuerschaltung 43 darin als eine Schutzschaltung.
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Obige Erfindung ist nicht auf die
obige Ausführungsform
beschränkt,
sondern kann in vielfältiger Weise
modifiziert werden, soweit es den technischen Bereich der Erfindung
betrifft.
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Zum Beispiel werden MOS1 und MOS2
in den Schaltreglern nicht länger
ein-/ausgeschaltet, wenn eine Überhitzung
durch die Überhitzungsdetektorschaltung 33 erfasst
wird. Stattdessen können
die Signale allerdings von der Überhitzungsdetektorschaltung 32 in
die Serienreglersteuerschaltungen 13, 23 eingegeben
werden, wie durch die gestrichelten Pfeile A und B in 1 angezeigt, und die entsprechenden
Transistoren T1 und T2 können
durch die Serienreglersteuerschaltungen 13 und 23 gesteuert
werden (so dass sie keine Ausgangssignale erzeugen).
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Dann wird das Ausgangssignal auf
dem Strom führenden
Zweig der elektrischen Energiequellevorrichtung an einer Stelle
möglichst
nah der Ausgangsseite unterbrochen, und die Versorgung der externen
Einheit mit Leistung kann schneller abgeschaltet werden, um die
Vorrichtung wirkungsvoller zu schützen.
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In der obigen Ausführungsform
setzen die Serienregler der zwei Kanäle ferner ihren Betrieb in dem
Falle, dass ein Überstrom
oder eine Überspannung
in einem der Kanäle
erfasst wird, aus. Nicht nur darauf begrenzt können allerdings die Schaltregler der
zwei Kanäle
ihren Betrieb, wie zum Beispiel durch die gestrichelten Pfeile A,
D, E und F in 1 gezeigt,
aussetzen. In diesem Fall kann allerdings, selbst wenn die Schaltregler
ihren Betrieb aussetzen, die Ausgabe an die externe Einheit nicht
einfach beendet werden, auf Grund der elektrischen Restladung in
z.B. dem Kondensator C2 der Ausgangsglättungsschaltung 4.
Es wäre
daher wünschenswert, dass
der Betrieb der Serienregler wie in der obigen Ausführungsform
beendet wird.
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Ferner ist es in der Ausführungsform,
in der die Referenzspannungserzeugungsschaltung 31 und die
Dreieckschwingungserzeugungsschaltung 32 gemeinsam genutzt werden,
möglich,
dass der Betrieb der Schaltregler der Kanäle durch Unterbrechen der Ausgangssignale
mindestens der Referenzspannungserzeugungsschaltung 31 oder
der Dreieckschwingungserzeugungsschaltung 32 beendet werden
kann. Das heißt,
wie durch die gestrichelten Pfeile G und H in 1 angezeigt, wird die Referenzausgangsspannung
von der Referenzspannungserzeugungsschaltung 31 auf 0 V
eingestellt oder der Referenzspannungsausgangszweig wird gesperrt,
um das Ausgangssignal von den Schaltreglern zu unterbrechen. Alternativ
wird das Referenzausgangswellen formsignal auf 0 V gesetzt oder der
Ausgangszweig des Referenzwellenformsignals wird gesperrt, um das
Ausgangssignal von den Schaltreglern zu unterbrechen.
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Das heißt, der Betrieb der zwei Schaltregler wird
beendet durch Einwirken eines Schutzsteuersignals (das Signal steht
für die
Erfassung einer Überhitzung)
von einer Schutzfunktion (hier die Überhitzungsdetektorschaltung 33)
auf das gemeinsame Steuersignal (Referenzwellenform oder Dreieckwelle)
hin, das an die Schaltregler angelegt wird, um die Spannungen auszubilden.
Somit kann die elektrische Energiequellevorrichtung mit mehreren
Ausgängen 1,
die eine übereinstimmende
Schutzfunktion aufweist, unter Verwendung von weniger Verdrahtung und
Schaltung zu niedrigeren Kosten aufgebaut werden.
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Auch in diesem Fall sind die Schutzsteuersignale
von der Überhitzungsdetektorschaltung 33 nicht
auf solche begrenzt, die durch gestrichelte Pfeile g und h angezeigt
sind, sondern die Ausgabe der Referenzwellenform/Referenzspannung
kann ähnlich
bei der Aufnahme von Signalen von z. B. den Komparatoren 15, 25,
die die Überspannung
erfassen, ausgesetzt werden.
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Ferner wird als Schutzbetrieb, wenn
die Überhitzung
in obiger Ausführungsform
erfasst wird, der MOS1 durch Aussetzen der Ausbildung des Steuersignals
von der Vorsteuerschaltung 43 ausgeschaltet (2). Nicht darauf begrenzt,
kann allerdings das Gatepotenzial des MOS1 zwangsweise auf ein niedriges
Niveau verringert werden, wenn z.B. die Überhitzung erfasst wird, um
den MOS1 ungeachtet des Vorhandenseins des Steuersignals auszuschalten.
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In obiger Ausführungsform wurde ferner eine Dreieckschwingung
als eine Referenzwellenform zum Bestimmen des Tastverhältnisses
verwendet. Nicht darauf begrenzt, ist es allerdings auch möglich eine
Sägezahnschwingung
zu verwenden. Und zwar können
verschiedenste Wellenformen verwendet werden, solange diese ein
Tastverhältnissignal
im Vergleich mit einem Fehlersignal von dem Verstärker der
Regelabweichung 41 ausbilden können.
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In der obigen Ausführungsform
wurde ferner die Diode (Überhitzungsdetektordiode 33a)
als ein Überhitzungsdetektorelement
verwendet. Allerdings ist das Überhitzungsdetektorelement
nicht auf die Diode selbst beschränkt, sondern kann eine Diode sein,
die über
der Basis und dem Emitter z.B. eines Biopolartransistors ausgebildet
ist. Alternativ kann ein Widerstandselement auf der integrierten
Halbleiterschaltung ausgebildet sein, um es als Überhitzungsdetektorelement
zu verwenden. Eigentlich kann jedes Element verwendet werden, vorausgesetzt,
dass es ein elektrisches Signal im Ansprechen auf eine Temperaturveränderung
erzeugt.
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In der obigen Ausführungsform
sind der Schaltregler und der Serienregler in Reihe geschaltet,
um eine elektrische Energiequellenschaltung eines Kanals zu bilden.
Nicht darauf begrenzt können allerdings
eine Vielfalt von Aufbauten verwendet werden, wie z.B. das Ausbilden
des einen Kanals durch nur einen Schaltregler, das Verbinden einer
Vielzahl von Schaltreglern in Reihe oder das Schalten einer Vielzahl
von Reglern in Reihe in einer dem Schaltregler nachfolgenden Stufe.
In der obigen Ausführungsform
kann ferner eine Vielzahl von Serienreglern in jedem Kanal parallel
geschaltet werden, um die Anzahl der Arten von Ausgangsspannungen
zu erhöhen.
Bei jedem Aufbau wird der Schutz im Einklang der Kanäle erreicht,
und es wird eine elektrische Energiequellevorrichtung bereitgestellt,
die bestens für elektronische
Fahrzeugsteuervorrichtungen geeignet ist.
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Obwohl die obige Ausführungsform
zwei Kanäle
verwendet hat, muss nicht extra herausgestellt werden, dass die
elektrische Energiequellevorrichtung auch mit erhöhter Anzahl
von Kanälen,
drei oder mehr, entworfen werden kann. In diesem Fall können die
Kanäle
nach dem ersten und zweiten Kanal von 1 durch
eine Reihenschaltung des Schaltreglers und des Serienreglers entworfen
werden, wie in den Kanälen 1 und 2,
oder können
auf verschiedenste Weisen entworfen werden, wie z.B. durch Verwenden nur
der Schaltregler, nur der Serienregler oder einer Kombination davon
mit beliebiger Anzahl. Bei dem dritten und nachfolgenden Kanälen kann
der Überhitzungsschutz
durch die Überhitzungsdetektorschaltung
33 im Einklang erreicht werden, oder das Ausgangssignal kann unterbrochen
werden, wenn Überspannung
oder Überstrom
erfasst wird, und die Schaltung kann, falls es eine gibt, gemeinsam
verwendet werden, entsprechend der Art der entworfenen Regler, wie
in dem ersten und zweiten Kanal.
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In dieser Ausführungsform wird ferner, wenn die Überhitzung
durch die Überhitzungsdetektorschaltung 33 erfasst
wird, oder wenn die Überspannung
oder der Überstrom
in den Kanälen
erfasst wird, der Schutz durch Unterbrechen der Ausgaben V3 und
V6 von den Schaltreglern, oder durch Unterbrechen der Ausgaben V4
und V7 durch Abschnüren
der Basisströme
der Transistoren T1 und T2 der Serienregler bereitgestellt werden,
so dass die Ausgaben V4 und V7 die externen Einheiten nicht versorgen.
Allerdings müssen
die Ausgangssignale nicht notwendigerweise vollständig unterbrochen
werden, sondern die Spannungen können
statt dessen auf niedrige Werte begrenzt werden, bei denen der Kern 61a und
der Ein-/Ausgabebaustein 61b aufhören zu laufen. Und zwar kann
der Schutz im Einklang bereitgestellt werden, wenn die Überhitzung,
der Überstrom oder
die Überspannung
erfasst wird, sogar durch Verringe rung der Spannungen auf Werte
in einem Bereich, in dem sowohl der Kern 61a und der Ein-/Ausgabebaustein 61b zu
laufen aufhören.
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Es ist auch möglich die Ausführungsform
auf eine Energiequellevorrichtung abzuändern, die eine Eingangsspannung
auf höhere
Ausgangsspannungen erhöht.