DE112014006532B4

DE112014006532B4 - Fahrzeuginternes Gerät

Info

Publication number: DE112014006532B4
Application number: DE112014006532.3T
Authority: DE
Inventors: Shuichi Okita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2023-11-23
Anticipated expiration: 2034-03-29
Also published as: JPWO2015145733A1; JP6109410B2; US20170079094A1; US9609718B1; CN106134028A; DE112014006532T5; WO2015145733A1

Abstract

Fahrzeuginternes Gerät (1), aufweisend:- eine elektronische Einrichtung (2), die unter Verwendung einer fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Batterie (100) als eine Energieversorgung arbeitet;- eine erste Energieversorgung (4), die einen Abwärts-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (12, D2, L1, D3) aufweist, um eine Spannung der Batterie (100) zu reduzieren;- eine Steuer- und/oder Regeleinheit (3), die unter Verwendung der ersten Energieversorgung (4) als eine Energieversorgung zum Steuern und/oder Regeln der elektronischen Einrichtung (2) arbeitet;- eine Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzeinrichtung (6), die einen FET (11) aufweist, der zwischen die Batterie (100) und die elektronische Einrichtung (2) geschaltet ist, wobei der FET (11) angeschlossen ist, so dass eine Vorwärtsrichtung einer parasitären Diode (D1) des FETs (11) mit einer Richtung übereinstimmt, in der ein Strom zu einer Zeit eines normalen Anschlusses fließt, zu der die Batterie (100) und die elektronische Einrichtung (2) mit positiver Polarität verbunden sind, und dass zu einer Zeit eines umgekehrten Anschlusses, bei dem die Batterie (100) und die elektronische Einrichtung (2) mit umgekehrter Polarität verbunden sind, der FET (11) abgeschaltet wird und die parasitäre Diode (D1) einen Strom verhindert, der in eine Richtung fließt, die entgegengesetzt zu der zu der Zeit des normalen Anschlusses ist; und- eine zweite Energieversorgung (7), die eine Antriebsspannung erzeugt, um den FET (11) der Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzeinrichtung (6) zu der Zeit des normalen Anschlusses einzuschalten durch Verwenden einer in dem Abwärts-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (12, D2, L1, D3) der ersten Energieversorgung (4) erzeugten Spannung.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein fahrzeuginternes bzw. In-Vehicle-Gerät, das eine Funktion hat, bei einem umgekehrten Anschluss einer Batterie einen Strom daran zu hindern, in einer Richtung zu fließen, die entgegengesetzt zu der bei normalem Anschluss derselben ist.
Hintergrundtechnologie
Eine Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzfunktion, die in einem Fall, bei dem ein Plus-Anschluss und ein Minus-Anschluss einer fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Batterie umgekehrt angeschlossen sind, ein Versagen eines fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Geräts aufgrund eines Stromflusses in eine Richtung, die entgegengesetzt zu der in einem normal angeschlossenen Fall ist, verhindert, wird beispielsweise in jedem der Patentdokumente 1 und 2 vorgeschlagen.
Bei einer Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzschaltung gemäß Patentdokument 1 ist an einer Energieversorgungsverdrahtung, die einen Energieversorgungs-anschluss, der mit einem Plus-Anschluss einer Batterie verbunden ist, mit einer Steuer- und/oder Regelschaltung als ein Energieversorgungsziel verbindet, ein erster N-Kanal-FET (Feldeffekttransistor) vorhanden, so dass eine Anode einer parasitären Diode des ersten FET an der Seite des Energieversorgungsanschlusses angeordnet ist, und ein zweiter N-Kanal-FET ist zudem an der nachgeschalteten Seite des ersten FET vorhanden, so dass eine Katode einer parasitären Diode des zweiten FET an der Seite des ersten FET angeordnet ist. Während eines umgekehrten Anschlusses der Batterie werden der erste FET und der zweite FET abgeschaltet und ein Rückstrom wird durch die parasitäre Diode des ersten FET verhindert.
Als ein Erzeugungsverfahren für Betriebsenergie für jedes Gate des ersten FET und des zweiten FET bei der herkömmlichen Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzschaltung wurde vor allem ein Verfahren verwendet, bei dem eine ladungspumpenartige Booster-Schaltung parallel zu einem Hilfsnetz vorhanden ist, das Energie von der Batterie zu dem Energieversorgungsziel führt, und Energie von der Booster-Schaltung an die Gates angelegt wird (vgl. z.B. beispielsweise Patentdokument 1).
Da die ladungspumpenartige Booster-Schaltung viele Bauteile, wie beispielsweise einen Kondensator zum Initiieren eines Schaltens, einen Kondensator zum Glätten, eine Vielzahl von Schaltelementen zum Steuern und/oder Regeln eines Ladens und Entladens des Kondensators zum Initiieren des Schaltens und eine Steuer- und/oder Regelschaltung zum Schalten der Schaltelemente zwischen EIN und AUS, wird die Booster-Schaltung eine Ursache, die für eine Vergrößerung einer Anordnung und einem Anwachsen von Kosten verantwortlich ist.
Um die Vergrößerung der Anordnung zu verhindern, wird eine der Ladungspumpe zugeordnete IC (Integrated Circuit) entwickelt, bei der die obigen Funktionen in eine Einheit oder einen Hochfunktions-FET integriert sind, bei dem die ladungspumpenartige Booster-Schaltung in dem FET enthalten ist. Jedoch dienen diese Anordnungen als Mittel zum Verhindern der Vergrößerung der Anordnung, aber das Anwachsen von Kosten kann nicht verhindert werden.
Des Weiteren offenbart Patentdokument 2 eine Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzschaltung, die zwei N-Kanal-FETen verwendet, jedoch das Detail einer Gate-Treiber-Energieerzeugungsschaltung, welche die Betriebsenergie für den FET erzeugt, wird nicht beschrieben.
Auf der anderen Seite wird mit Patentdokument 3 eine Konfiguration vorgeschlagen, bei der mehrere Spannungen verwendet werden und die Ladungspumpenschaltung nicht verwendet wird. Eine Energieversorgungsanordnung gemäß Patentdokument 3 umfasst eine 12-V-Energieversorgung und eine 36-V-Energieversorgung, und die Energieversorgung von der 12-V-Energieversorgung zu einer Last wird durch Anlegen von Energie von der 36-V-Energieversorgung an das Gate eines N-Kanal-FET gesteuert und/oder geregelt, um dadurch den FET einzuschalten. Dieses Verfahren erfordert die Verwendung mehrerer Spannungen der Energieversorgung.
Literaturliste
Patentdokument

Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2007 - 82 374 A
Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2013 - 59 167 A
Patentdokument 3: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2000 - 261 301 A

Die EP 2 899 825 A1 offenbart eine Verpolungsschutzvorrichtung und ein Betriebsverfahren dafür, die eine Signalerzeugungseinheit umfasst, die eine Spannung einer Batterie misst und, wenn die gemessene Spannung nicht kleiner als eine Referenzspannung ist, ein elektrisches Signal erzeugt, eine Umwandlungseinheit, die das erzeugte elektrische Signal in eine Gleichspannung umwandelt, und eine Schalteinheit, die schaltet, um einen Stromfluss zwischen der Batterie und einem Wandler zu ermöglichen, wenn die umgewandelte Gleichspannung empfangen wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösende Aufgabenstellungen
Wie oben beschrieben, muss die herkömmliche Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzschaltung die ladungspumpenartige Booster-Schaltung verwenden, und somit existieren Probleme der Vergrößerung der Anordnung und der Erhöhung von Kosten.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und eine Aufgabe davon ist, Reduzierungen bezüglich der Größe und Kosten eines fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Geräts zu erhalten.
Mittel zum Lösen der Aufgabenstellungen
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einem fahrzeuginternen Gerät erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein fahrzeuginternes bzw. In-Vehicle-Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: eine elektronische Einrichtung, die unter Verwendung einer fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Batterie als Energieversorgung arbeitet; eine erste Energieversorgung, die einen Abwärts-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler aufweist, um eine Spannung der Batterie zu reduzieren; eine Steuer- und/oder Regeleinheit, die unter Verwendung der ersten Energieversorgung als eine Energieversorgung zum Steuern und/oder Regeln der elektronischen Einrichtung arbeitet; eine Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzeinrichtung, die einen FET aufweist, der zwischen die Batterie und die elektronische Einrichtung geschaltet ist, wobei der FET angeschlossen ist, so dass eine Vorwärtsrichtung einer parasitären Diode des FET mit einer Richtung übereinstimmt, in der ein Strom zu einer Zeit eines normalen Anschlusses fließt, bei dem die Batterie und die elektronische Einrichtung mit positiver Polarität verbunden sind, und dass zu einer Zeit einer Anschlussumkehrung, bei der die Batterie und die elektronische Einrichtung mit einer umgekehrten Polarität verbunden sind, der FET abgeschaltet wird und die parasitäre Diode einen Strom verhindert, der in eine Richtung fließt, die entgegengesetzt zu der bei der Zeit des normalen Anschlusses ist; und eine zweite Energieversorgung, die eine Antriebsspannung zum Einschalten des FET der Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzeinrichtung zu der Zeit des normalen Anschlusses unter Verwendung einer Spannung erzeugt, die in dem Abwärts-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler der ersten Energieversorgung erzeugt wird.
Effekt der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung, da sie eingerichtet ist, dass die Antriebsspannung zum Einschalten des FET der Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzeinrichtung unter Verwendung der in dem Abwärts-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler erzeugten Spannung erzeugt wird, ist es möglich, Reduzierungen in der Größe und Kosten des fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Geräts im Vergleich zu einem Fall zu erreichen, bei dem eine ladungspumpenartige Booster-Schaltung verwendet wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Schaltbild, das eine Konfiguration eines fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Geräts gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 zeigt Diagramme, die Betriebswellenformen von einzelnen Abschnitten des fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Geräts gemäß Ausführungsbeispiel 1 zeigen;
3 ist ein Schaltbild, das eine Konfiguration eines fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Geräts gemäß Ausführungsbeispiel 2 der Erfindung zeigt;
4 ist ein Schaltbild, das eine Konfiguration eines fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Geräts gemäß Ausführungsbeispiel 3 der Erfindung zeigt;
5 ist ein Schaltbild, das eine Konfiguration eines fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Geräts gemäß Ausführungsbeispiel 4 der Erfindung zeigt;
6 ist ein Schaltbild, das eine Konfiguration eines fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Geräts gemäß Ausführungsbeispiel 5 der Erfindung zeigt;
7 zeigt Diagramme, die Betriebswellenformen von einzelnen Abschnitten des fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Geräts gemäß Ausführungsbeispiel 5 zeigen;
8 ist ein Schaltbild, bei dem zwei FETen eines fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Geräts gemäß Ausführungsbeispiel 6 der Erfindung zusammengefasst sind; und
9 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration des fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Geräts gemäß Ausführungsbeispiel 6 zeigt, in dem zwei FETen zusammengefasst sind.

Beste Ausführungsart der Erfindung
Um die vorliegende Erfindung detaillierter zu beschreiben, wird nachfolgend die beste Ausführungsart der Erfindung entsprechend den beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Ausführungsbeispiel 1
Wie in 1 gezeigt, umfasst ein fahrzeuginternes bzw. In-Vehicle-Gerät 1 gemäß Ausführungsbeispiel 1: eine elektronische Einrichtung 2, die unter Verwendung einer fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Batterie 100 als eine Energieversorgung arbeitet; einen Steuer- und/oder Regelabschnitt 3, der die elektronische Einrichtung 2 steuert und/oder regelt; einen ersten Energieversorgungsabschnitt 4 nach Art eines Abwärts-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers bzw. Stepdown DC/DC-Wandlers (Abwärtswandler, Tiefsetzsteller, etc.), der dem Steuer- und/oder Regelabschnitt 3 Energie zuführt; einen Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitt 6, der einen Rückstrom verhindert, der in einem Fall fließt, bei dem die Batterie 100 und die elektronische Einrichtung 2 mit umgekehrter Polarität verbunden sind; und einen zweiten Energieversorgungsabschnitt 7, der eine Antriebsspannung zum Antreiben des Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitts 6 erzeugt.
Im Folgenden wird ein Fall, bei dem die Batterie 100 mit einer positiven Polarität mit dem fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Gerät 1 verbunden ist, als normaler Anschluss bezeichnet, und ein Fall, bei dem die Batterie 100 mit der umgekehrten Polarität mit dem fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Gerät 1 verbunden ist, wird als umgekehrter Anschluss bezeichnet.
Das fahrzeuginterne bzw. In-Vehicle-Gerät 1 ist beispielsweise eine ECU (Electronic Control Unit), die in ein Fahrzeug eingebaut ist. Der Steuer- und/oder Regelabschnitt 3 ist beispielsweise eine CPU (Central Processing Unit) und arbeitet mit Energie, die von dem ersten Energieversorgungsabschnitt 4 zugeführt wird. Ein spezielles Beispiel der elektronischen Einrichtung 3 wird bei Ausführungsbeispiel 4 beschrieben.
Der Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitt 6 umfasst einen Halbleiterschalter, das zwischen die Batterie 100 und die elektronische Einrichtung 2 geschaltet ist. Bei Ausführungsbeispiel 1 wird ein N-Kanal-FET 11 als der Halbleiterschalter verwendet. Der FET 11 wird zu der Zeit des normalen Anschlusses der Batterie 100 eingeschaltet und zu der Zeit des umgekehrten Anschlusses derselben abgeschaltet.
Des Weiteren umfasst der FET 11 eine parasitäre Diode D1. Ein Plus-Anschluss der Batterie 100 und ein Anodenanschluss der parasitären Diode D1 sind verbunden, und ein Kathodenanschluss der parasitären Diode D1 und die elektronische Einrichtung 2 sind verbunden. Ein Strom fließt zu der Zeit des normalen Anschlusses der Batterie 100 in eine Vorwärtsrichtung der parasitären Diode D1, während die parasitäre Diode D1 zu der Zeit des umgekehrten Anschlusses den Strom verhindert, der in einer Richtung entgegengesetzt zu dem zu der Zeit des normalen Anschlusses fließt.
Der erste Energieversorgungsabschnitt 4 umfasst einen Abwärts-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler, der durch ein Schaltelement (z.B. ein P-Kanal-FET 12, der eine parasitäre Diode D2 hat), eine Primärwicklung L1 (erste Spule) eines Transformators T1 und eine Rückflussdiode D3 gebildet ist. Die Eingangsseite des Abwärts-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers ist mit dem Kathodenanschluss der parasitären Diode D1 des FETs 11 verbunden, der Steuer- und/oder Regelabschnitt 3 ist mit der Ausgangsseite des Abwärts-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers verbunden, eine Schaltspannung wird bei Durchführung eines Schaltbetriebs des FETs 12 unter Verwendung einer Tiefsetz-Steuer- und/oder -Regel-IC 5 in der Primärwicklung L1 erzeugt, und Energie wird dem Steuer- und/oder Regelabschnitt 3 zugeführt.
Bei Ausführungsbeispiel 1 wird der Transformator T1 an einer Position des Abwärts-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers verwendet, an der üblicherweise eine Drosselspule verwendet wird. Ein Wicklungsanfangsabschnitt einer Sekundärwicklung L2 (zweite Spule) des Transformators T1 und der Plus-Anschluss der Batterie 100 sind verbunden, und ein Wicklungsendabschnitt der Sekundärwicklung L2 des Transformators T1 und ein Anodenanschluss einer Gleichrichterdiode D4 sind verbunden. Ein Kathodenanschluss der Gleichrichterdiode D4 ist mit einem Gate-Anschluss des N-Kanals-FETs 11 verbunden. Der zweite Energieversorgungsabschnitt 7 wird durch die Sekundärwicklung L2 des Transformators T1, die Gleichrichterdiode D4 und einen Glättungskondensator C1 gebildet. Der zweite Energieversorgungsabschnitt 7 ist ein Energieversorgungsabschnitt, der die Antriebsspannung zum Antreiben des FETs 11 unter Verwendung einer in der Primärwicklung L1 des Transformators T1 erzeugten Spannung erzeugt.
Das erste Ziel der Verwendung des N-Kanal-FETs als FET 11 des Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitts 6 ist es, bei dem umgekehrten Anschluss der Batterie 100 den Strom zu verhindern, der in der Richtung entgegengesetzt zu dem zu der Zeit des normalen Anschlusses fließt, unter Verwendung der parasitären Diode D1 des FETs 11, um dadurch ein Versagen des fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Geräts 2 zu verhindern.
Das zweite Ziel davon ist, bei dem normalen Anschluss den Energieverbrauch des N-Kanal-FETs 11 zu reduzieren durch Zuführen der Antriebsspannung, die höher als die Spannung der Batterie 100 ist, zu dem Gate-Anschluss des FETs 11, um dadurch den FET 11 einzuschalten.
Als Nächstes wird eine Beschreibung eines Verfahrens zum Zuführen der Antriebsspannung, die höher als die Spannung der Batterie 100 ist, zu dem Gate-Anschluss des N-Kanal-FETs 11 gegeben.
2 zeigt Diagramme, die Betriebswellenformen von einzelnen Abschnitten des fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Geräts 1 gemäß Ausführungsbeispiel 1 zeigen, und eine horizontale Achse jedes Diagramms zeigt die Zeit an und eine vertikale Achse davon zeigt die Spannung an. Eine Anschlussspannung eines Wicklungsanfangsabschnitts der Primärwicklung L1 des Transformators T1 wird dargestellt als eine Spannung am Abschnitt a; eine Anschlussspannung eines Wicklungsendabschnitts der Primärwicklung L1 des Transformators T1 wird dargestellt als eine Spannung am Abschnitt b; eine Spannung, die an die Primärwicklung L1 des Transformators T1 angelegt wird, wird dargestellt als Spannung (a-b); eine Anschlussspannung des Wicklungsanfangsabschnitts der Sekundärwicklung L2 des Transformators T1 wird dargestellt als eine Spannung am Abschnitt c; eine Anschlussspannung an dem Wicklungsendabschnitt der Sekundärwicklung L1 des Transformators T1 wird dargestellt als eine Spannung am Abschnitt d; die Antriebsspannung, die an den Gate-Anschluss des FETs 11 des Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitts 6 angelegt wird, wird dargestellt als eine Spannung am Abschnitt e; und eine Gate-Source-Spannung des FETs 11 des Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitts 6 wird dargestellt als eine Spannung (e-c).
Wie in 2 gezeigt, wird die Anschlussspannung des Wicklungsanfangsabschnitts (Abschnitt a) der Primärwicklung L1 des Transformators T1 zwischen einer Spannung V_B der Batterie 100 und einer Vorwärtsspannung V_F der Rückflussdiode D3 in Reaktion auf EIN/AUS des FETs 12 geschaltet. Die Anschlussspannung des Wicklungsendabschnitts (Abschnitt b) der Primärwicklung L1 des Transformators T1 stellt eine Antriebsspannung V_CPU des Steuer- und/oder Regelabschnitts 3 dar. Folglich wird die Spannung (a-b), die an die Primärwicklung L1 des Transformators T1 angelegt wird, zwischen einer Spannung (= +V_B - V_CPU), die durch Subtrahieren der Antriebsspannung V_CPU des Steuer- und/oder Regelabschnitts 3 von der Spannung V_B der Batterie 100 erhalten wird, und einer Spannung (= -V_F - V_CPU), die durch Subtrahieren der Antriebsspannung V_CPU des Steuer- und/oder Regelabschnitts 3 von der Vorwärtsspannung V_F der Rückflussdiode D3 erhalten wird, geschaltet.
Wie in dem folgenden Ausdruck (1) gezeigt, wird an die Sekundärwicklung L2 des Transformators T1 eine Schaltungsspannung V_L2 angelegt, die durch Multiplizieren der Schaltspannung (a-b) an der Primärseite des Transformators T1 mit einem Wicklungsverhältnis des Transformators T1 (= die Anzahl von Wicklungen N2 der Sekundärwicklung L2/die Anzahl der Wicklungen N1 der Primärwicklung L1) erhalten wird.
$\begin{array}{l} V_{L 2} = - (- V_{F} - V_{CPU}) \cdot N 2 /N 1, \\ - (+ V_{B} - V_{CPU}) \cdot N 2 /N 1 \end{array}$
Wenn der Wicklungsanfangsabschnitt (Abschnitt c) der Sekundärwicklung L2 des Transformators T1 mit der Batterie 100 verbunden ist, wird eine Spannung, die durch weiteres Addieren der Spannung V_B der Batterie 100 zu der an die Sekundärseite des Transformators T1 anzulegende Schaltspannung V_L2 erhalten wird, in dem Wicklungsendabschnitt (Abschnitt d) der Sekundärwicklung L2 erzeugt.
Das heißt, dass der Maximalwert der in dem Wicklungsendabschnitt (Abschnitt d) der Sekundärwicklung L2 des Transformators T1 zu erzeugenden Schaltspannung einen Wert hat, der zu erhalten ist durch Addieren der Spannung V_B der Batterie 100 zu einem Wert, so dass ein Wert, der durch Addieren der Antriebsspannung V_CPU des Steuer- und/oder Regelabschnitts 3 zu der Vorwärtsspannung V_F der Rückflussdiode D3 erhalten wird, mit der Anzahl von Wicklungen des Transformators T1 multipliziert wird.
Die in dem Wicklungsendabschnitt (Abschnitt d) der Sekundärwicklung L2 des Transformators T1 erzeugte Maximalspannung wird durch die Gleichrichterdiode D4 und den Glättungskondensator C1 geglättet und wird an den Gate-Anschluss des FETs 11 des Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitts 6 angelegt, so dass der FET 11 eingeschaltet wird.
Obwohl Details später beschrieben werden, da die Antriebsspannung V_CPU des Steuer- und/oder Regelabschnitts 3 und die Vorwärtsspannung V_F der Rückflussdiode D3 kaum schwanken, selbst wenn die Spannung V_B der Batterie 100 schwankt, schwankt die Niedrigseite der an die Primärwicklung L1 des Transformators T1 anzulegende Schaltspannung kaum; folglich schwankt die Hochseite der in dem Wicklungsendabschnitt (Abschnitt d) der Sekundärwicklung L1 zu erzeugende Schaltspannung kaum. Des Weiteren kann die in dem Wicklungsendabschnitt (Abschnitt d) der Sekundärwicklung L2 zu erzeugende Schaltspannung frei festgelegt werden durch die Anzahl von Wicklungen des Transformators T1. Daher ist der Wicklungsendabschnitt (Abschnitt d) der Sekundärwicklung L2 mit dem Gate-Anschluss des FETs 11 des Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitts 6 verbunden.
Als Nächstes wird eine Spannungsfestigkeit zwischen dem Gate und der Source des in dem Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitt 6 zu verwendenden FETs 11 untersucht.
Beispielsweise wird das Folgende angenommen: Die Spannung V_B der Batterie 100 beträgt 12 V; die Antriebsspannung V_CPU des Steuer- und/oder Regelabschnitts 3 beträgt 5 V; die Anzahl von Wicklungen N1 der Primärwicklung L1 des Transformators T1 beträgt 10 Wicklungen; und die Vorwärtsspannung V_F der Rückflussdiode D3 beträgt 0,7 V. Hier beträgt in einem Fall, bei dem es gewünscht ist, die Antriebsspannung des FETs 11 auf 10 V festzulegen, wenn die Anzahl von Wicklungen N2 der Sekundärwicklung L2 des Transformators T1 auf 20 Wicklungen festgelegt wird, die Gate-Source-Spannung V_GS des FETs 11 aus Ausdruck (2) 10,7 V, so dass es möglich ist, die gewünschte Antriebsspannung zu erzeugen.
$\begin{array}{l} V_{L 2} = - (- V_{F} - V_{CPU}) \cdot N 2 /N 1 - V_{F} \\ = 10,7 V \end{array}$
Als wichtige Parameter zum Ermitteln der Antriebsspannung des FETs 11 sind das Wicklungsverhältnis N2/N1 des Transformators T1 und die Antriebsspannung V_CPU des Steuer- und/oder Regelabschnitts 3 beherrschend.
Auf der anderen Seite existieren keine Variationen in der Anzahl von Wicklungen des Transformators T1 und ist es üblich, die Antriebsspannung V_CPU mit hoher Genauigkeit auszulegen, selbst wenn Einflüsse einer Eingangsspannung und einer Umgebungstemperatur berücksichtigt werden, und daher ist der Einfluss der Vorwärtsspannung V_F der Rückflussdiode D3 bei der Genauigkeit der Antriebsspannung des FETs 11 beherrschend.
Um die Spannungsfestigkeit zwischen dem Gate und der Source des FETs 11 zu ermitteln, wird hier der Maximalwert der Spannung V_GS, die zwischen dem Gate und der Source angelegt wird, berechnet.
Beispielsweise wird das Folgende angenommen: Die Spannung V_B der Batterie 100 beträgt 12 V; die Antriebsspannung V_CPU des Steuer- und/oder Regelabschnitts 3 beträgt 5 V; die Anzahl von Wicklungen N1 der Primärwicklung L1 des Transformators T1 beträgt 10 Wicklungen; die Anzahl von Wicklungen N2 der Sekundärwicklung L2 beträgt 20 Wicklungen; die Umgebungstemperatur beträgt -40°C; die Vorwärtsspannung V_F der Rückflussdiode D3 beträgt 0,7 V bei einer Raumtemperaturumgebung (25 °C); und eine Temperaturänderungsrate beträgt -2,2 mV/°C. In diesem Fall beträgt bei der Raumtemperaturumgebung von 25 °C die Spannung V_GS 10,70 V, wie in der oben beschriebenen Berechnung in Ausdruck (2). Im Gegensatz dazu beträgt in der Umgebung von -40°C die Vorwärtsspannung V_F der Rückflussdiode D3 aus Ausdruck (3) 0,84 V, und somit beträgt die Spannung V_GS 10,98 V.
$\begin{array}{l} V_{F} = (Raumtemperatur - Umgebungstemperatur) \cdot Temperatur \ddot{a} nderungsrate + 0,7 \\ = 0,84 V) \end{array}$
Bezüglich der Temperaturänderung von 25° auf -40 °C beträgt eine Schwankungsrate der Gate-Source-Spannung V_GS etwa 0,3 V, die als die Genauigkeit der Spannung angemessen ist, die zwischen dem Gate und der Source anzulegen ist.
Aus dem obigen Berechnungsergebnis wird ein 20 V-Produkt ausgewählt bezüglich der Spannungsfestigkeit zwischen dem Gate und der Source des in dem Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitts 6 zu verwendenden FETs 11.
Bei Ausführungsbeispiel 1 wird der Transformator T1 an der Position des Abwärts-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers des ersten Energieversorgungsabschnitts 4 verwendet, wo üblicherweise die Drosselspule verwendet wird. Die Primärwicklung L1 des Transformators T1 wird als Spannungswandlungselement des Abwärts-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers verwendet durch die Verwendung seiner Spulen-Performance, und die Antriebsspannung V_CPU des Steuer- und/oder Regelabschnitts 3 wird dadurch erzeugt. Auf der anderen Seite erzeugt die Sekundärwicklung L2 des Transformators T1 die Spannung, so dass die Spannung der Primärwicklung L1 mit der Anzahl von Wicklungen des Transformators T1 multipliziert wird, um dadurch höher als die Spannung V_B der Batterie 100 zu sein; wenn die resultierende Spannung geglättet ist, wird die Antriebsspannung des FETs 11 des Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitts 6 erzeugt. Die Antriebsspannung des FETs 11 kann durch drei Bauteile aus dem Transformator T1, der Gleichrichterdiode D4 und dem Glättungskondensator C2 erzeugt werden, und somit ist es möglich, eine kostengünstige Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzfunktion mit einer einfachen Konfiguration zu erreichen.
Da der Stromverbrauch des in dem Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitts 6 zu verwendenden N-Kanal-FETs 11 sehr gering ist, kann des Weiteren ein an die Sekundärwicklung L2 des Transformators T1 anzulegender Energieverlust nahezu ignoriert werden, wenn er mit dem der Primärwicklung L1 verglichen wird. Daher kann die Größe eines Kerns, der in dem Transformator T1 verwendet wird, gleich zu der des Kerns in einem Fall sein, bei dem die Drosselspule verwendet wird. Des Weiteren ist es nicht erforderlich, den Durchmesser der Primärwicklung L1 zu erhöhen. Somit sind eine Vergrößerung des Bauteils und eine Erhöhung von Kosten aufgrund der Ersetzung der Drosselspule durch den Transformator T1 gering, und es ist somit möglich, die Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzfunktion mit einem kleinen Bauteilbereich zu erreichen.
Folglich kann bei Ausführungsbeispiel 1, verglichen mit einer Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzschaltung, bei der die herkömmliche ladungspumpenartige Booster-Schaltung verwendet wird, die Anzahl von Bauteilen reduziert und die Konfiguration vereinfacht werden zusätzlich zu dem Erreichen einer äquivalenten Funktion dazu, und somit ist es möglich, Reduzierungen in Größe und Kosten des fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Geräts 1 zu erreichen.
Da es konfiguriert ist, dass Energie von einem Drain-Anschluss des FETs 11 des Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitts 6 dem Abwärts-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler des ersten Energieversorgungsabschnitts 4 zugeführt wird, ist es zudem möglich, den Fluss des Rückstroms zu der Batterie 100 zu der Zeit des umgekehrten Anschlusses der Batterie 100 zu verhindern.
Auf der anderen Seite besteht in einem Fall, bei dem der Abwärts-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler mit der Batterie 100 verbunden ist (nicht gezeigt), die Möglichkeit, dass ein Fehler in dem fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Gerät 2 aufgrund des Flusses des Rückstroms zu der Batterie 100 über die Rückflussdiode D3 und die parasitäre Diode D2 des FETs 12 zu der Zeit des umgekehrten Anschlusses der Batterie 100 auftritt.
Mit dem Vorhergehenden, gemäß Ausführungsbeispiel 1, umfasst das fahrzeuginterne bzw. In-Vehicle-Gerät 1: die elektronische Einrichtung 2, die unter Verwendung der Batterie 100 als die Energieversorgung arbeitet, den ersten Energieversorgungsabschnitt 4, der den Abwärts-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler aufweist, der die Spannung der Batterie 100 reduziert; den Steuer- und/oder Regelabschnitt 3, der unter Verwendung des ersten Energieversorgungsabschnitts 4 als die Energieversorgung arbeitet, um die elektronische Einrichtung 2 zu steuern und/oder zu regeln; und den FET 11, der zwischen die Batterie 100 und die elektronische Einrichtung 2 geschaltet ist, und ist konfiguriert, um weiter zu umfassen: den Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitt 6, in dem die Vorwärtsrichtung der parasitären Diode D1 des FET 11 in die Richtung des Stromflusses zu der Zeit des normalen Anschlusses der Batterie 100 gebracht wird, und in dem zu der Zeit des umgekehrten Anschlusses der Batterie 100 der FET 11 abgeschaltet wird und die parasitäre Diode D1 den Strom verhindert, der in die Richtung entgegengesetzt zu dem zu der Zeit des normalen Anschlusses fließt; und den zweiten Energieversorgungsabschnitt 7, der die Antriebsspannung erzeugt, um den FET 11 des Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitts 6 zu der Zeit des normalen Anschlusses unter Verwendung der mit dem Abwärts-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler des ersten Energieversorgungsabschnitts 4 erzeugten Spannung einzuschalten. Da der zweite Energieversorgungsabschnitt 7 durch drei Komponenten aus der Sekundärwicklung 2 des Transformators T1, der Gleichrichterdiode D4 und dem Glättungskondensator C2 gebildet werden kann, ist es möglich, einen kostengünstigen Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitt 6 mit der einfachen Konfiguration zu erhalten. Folglich ist es im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Antriebsspannung des FETs unter Verwendung der ladungspumpenartigen Booster-Schaltung erzeugt wird, möglich, Reduzierungen von Größe und Kosten des fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Geräts 1 zu erhalten.
Ausführungsbeispiel 2
3 ist ein Schaltbild, das eine Konfiguration eines fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Geräts 1 gemäß Ausführungsbeispiel 2 zeigt. Teile in 3, die identisch oder äquivalent zu solchen in 1 sind, werden mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet und Beschreibungen davon werden weggelassen.
Bei Ausführungsbeispiel 2 ist ein N-Kanal-FET 11a des Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitts 6 auf der Minus-Anschlussseite der Batterie 100 angeordnet.
In dem Fall, bei dem der N-Kanal-FET 11 mit der Plus-Anschlussseite der Batterie 100 verbunden ist (1), ist der Anodenanschluss der parasitären Diode D1 mit der Batterie 100 verbunden und der Kathodenanschluss davon ist mit der elektronischen Einrichtung 2 verbunden, während in dem Fall, bei dem der N-Kanal-FET 11a mit der Minus-Anschlussseite verbunden ist (3), der Anodenanschluss der parasitären Diode D1 mit der elektronischen Einrichtung 2 verbunden und der Kathodenanschluss davon ist mit dem Minus-Anschluss der Batterie 100 verbunden. Des Weiteren ist der Wicklungsendabschnitt der Primärwicklung L1 des Transformators T1 mit dem Steuer- und/oder Regelabschnitt 3 verbunden, und der Wicklungsanfangsabschnitt der Sekundärwicklung L2 ist mit der Batterie 100 verbunden.
Bei der Konfiguration von Ausführungsbeispiel 2 werden dieselben Effekte wie die oben beschriebenen von Ausführungsbeispiel 1 erhalten. Da die Spannung der Primärwicklung L1 des Transformators T1 und die Spannung der Sekundärwicklung L2 davon isoliert sind, kann des Weiteren der N-Kanal-FET 11a einfach auf der Minus-Anschlussseite der Batterie 100 angeordnet werden.
Ausführungsbeispiel 3
4 ist ein Schaltbild, das eine Konfiguration eines In-Vehicle-Geräts 1 gemäß Ausführungsbeispiel 3 zeigt. Teile in 4, die identisch oder äquivalent zu denen in 1 sind, werden mit denselben Bezugszeichen versehen und Beschreibungen davon werden weggelassen.
Bei Ausführungsbeispiel 3 wird ein P-Kanal-FET 11b als der Halbleiterschalter des Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitts 6 verwendet.
In dem Fall, bei dem der N-Kanal-FET 11 verwendet wird (1), ist der Wicklungsanfangsabschnitt der Sekundärwicklung L2 des Transformators T1 mit der Batterie 100 verbunden und der Wicklungsendabschnitt der Sekundärwicklung L2 ist mit der Gleichrichterdiode D4 verbunden, während in einem Fall, bei dem der P-Kanal-FET 11b verwendet wird (4), die Wicklungsrichtung der Sekundärwicklung L2 des Transformators T1 umgekehrt ist, der Wicklungsendabschnitt der Sekundärwicklung L2 mit der Batterie 100 verbunden ist und der Wicklungsanfangsabschnitt der Sekundärwicklung L2 ist mit der Gleichrichterdiode D4 verbunden ist. Des Weiteren ist der Wicklungsanfangsabschnitt der Primärwicklung L1 des Transformators T1 mit dem Steuer- und/oder Regelabschnitt 3 verbunden.
Bei der Konfiguration von Ausführungsbeispiel 3 werden dieselben Effekte wie die oben beschriebenen von Ausführungsbeispiel 1 ebenso erreicht. Des Weiteren ist es möglich, die Antriebsspannung eines negativen Potenzials einem Gate-Anschluss des P-Kanal-FETs 11b zu geben, wenn die Wicklungsrichtung der Sekundärwicklung L2 des Transformators T1 eben umgekehrt ist.
Ausführungsbeispiel 4
5 ist ein Schaltbild, das eine Konfiguration eines fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Geräts 1 gemäß Ausführungsbeispiel 4 zeigt. Teile in 5, die identisch oder äquivalent zu denen in 1 sind, werden mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet und Beschreibungen davon werden weggelassen.
Bei Ausführungsbeispiel 4 wird ein Halbleiterschalter zum Schalten zwischen Zuführen und Abschalten von Energie von der Batterie 100 zu der elektronischen Einrichtung dem fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Gerät 1 von jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele 1 bis 3 hinzugefügt. Als der Halbleiterschalter wird, ähnlich zu dem Fall des FETs 11 des Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitts 6, ein N-Kanal-FET 21, der eine parasitäre Diode D21 aufweist, verwendet. Als die Antriebsspannung zum Antreiben des FETs 21 wird ähnlich zu dem Fall des FETs 11 des Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitts 6 die durch den zweiten Energieversorgungsabschnitt 7 erzeugte Spannung verwendet.
Des Weiteren werden bei Ausführungsbeispiel 4 als die elektronische Einrichtung 2 (1), der die Energie von der Batterie 100 zugeführt wird, eine LED(Light-Emitting Diode)-Beleuchtungseinrichtung 2a und eine LED 2b beispielhaft erläutert. Die LED-Beleuchtungseinrichtung 2a arbeitet unter Verwendung der Batterie 100 als die Energieversorgung zum Beleuchten der LED 2b.
Ein Signalübertragungsabschnitt 22 ist eine Schaltung, welche die mit dem zweiten Energieversorgungsabschnitt 2 erzeugte Antriebsspannung zu dem FET 21 überträgt, und der Signalübertragungsabschnitt 22 arbeitet in Reaktion auf ein EIN/AUS-Schaltsignal S1, das durch den Steuer- und/oder Regelabschnitt 3 ausgegeben wird, und der FET 21 wird dadurch geschaltet zwischen EIN und AUS. Bei dem Signalübertragungsabschnitt 22 ist ein Emitter-Anschluss eines Transistors TR21 mit dem zweiten Energieversorgungsabschnitt 7 verbunden, ein Kollektor-Anschluss davon ist mit einem Widerstand R21 verbunden und ein Basis-Anschluss davon ist über einen Widerstand R22 mit einem Kollektoranschluss eines Transistors TR22 verbunden. Ein Emitter-Anschluss des Transistors TR22 ist mit der Minus-Anschlussseite der Batterie 100 verbunden und ein Basis-Anschluss davon ist über einen Widerstand R23 mit dem Steuer- und/oder Regelabschnitt 3 verbunden.
Wenn ein EIN/AUS-Schaltsignal S1 auf einem hohen Niveau von dem Steuer- und/oder Regelabschnitt 3 an den Transistor TR22 ausgegeben wird, wird der Transistor TR 22 eingeschaltet, und dadurch wird der Transistor TR21 eingeschaltet. Als ein Ergebnis wird die Antriebsspannung von dem zweiten Energieversorgungsabschnitt 7 an den FET 21 angelegt, wird der FET 21 eingeschaltet und wird Energie der LED-Beleuchtungseinrichtung 2a zugeführt. Auf der anderen Seite werden, wenn das EIN/AUS-Schaltsignal S1 auf einem niedrigen Niveau von dem Steuer- und/oder Regelabschnitt 3 an den Transistor TR22 ausgegeben wird, der Transistor TR22 und der Transistor TR21 abgeschaltet, so dass der FET 21 abgeschaltet wird und die Energieversorgung zu der LED-Beleuchtungseinrichtung 2a abgeschaltet wird. In einem Fall, bei dem der Steuer- und/oder Regelabschnitt 3 das EIN/AUS-Schaltsignal S1 von dem hohen Niveau zu dem niedrigen Niveau in einem Zustand schaltet, bei dem von der Batterie 100 Energie der LED-Beleuchtungseinrichtung 2a zugeführt wird, wird der FET 21 sofort gestoppt. Umgekehrt ist es auch möglich, den FET 21 sofort zu aktivieren.
Der Steuer- und/oder Regelabschnitt 3 bezieht die von der Batterie 100 eingegebene Spannung als ein Eingangsspannungssignal S2, um die Eingangsspannung zu überwachen. Des Weiteren bezieht der Steuer- und/oder Regelabschnitt 3 ein Zustandssignal S3, das anzeigt, ob die LED-Beleuchtungseinrichtung 2a normal oder abnormal ist, um die LED-Beleuchtungseinrichtung 2a zu überwachen. Zudem bezieht der Steuer- und/oder Regelabschnitt ein Zustandssignal S4, das anzeigt, ob die LED 2b normal oder abnormal ist, um die LED 2b zu überwachen. In einem Fall, bei dem der Steuer- und/oder Regelabschnitt 3 eine Vielzahl von Signalen überwacht, gibt der Steuer- und/oder Regelabschnitt bei Erfassung, dass wenigstens eines von dem Eingangsspannungssignal S2, dem Zustandssignal S3 und dem Zustandssignal S4 einen Wert hat, der eine Anomalität anzeigt, das EIN/AUS-Schaltsignal S1 auf hohem Niveau aus, um den FET 21 abzuschalten, um dadurch die Energieversorgung von der Batterie 100 zu der LED-Beleuchtungseinrichtung 2a abzuschalten.
Mit dem Vorhergehenden, gemäß Ausführungsbeispiel 4, umfasst das fahrzeuginterne bzw. In-Vehicle-Gerät 1 den FET 21, der zwischen Anregung und Abschalten von der Batterie 100 zu der LED-Beleuchtungseinrichtung 2a zwischen dem FET 11 des Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitts 6 und der LED-Beleuchtungseinrichtung 2a (elektronische Einrichtung) schaltet, und es ist konfiguriert, dass der FET 21 mit der durch den zweiten Energieversorgungsabschnitt 7 erzeugten Antriebsspannung arbeitet. Daher wird es möglich, zwischen Zuführen und Stoppen der Energieversorgung in Übereinstimmung mit einer Situation zu schalten, und eine Funktionalität wird verbessert. Des Weiteren kann in dem Fall, bei dem der Steuer- und/oder Regelabschnitt 3 die Anomalität der Batterie 100, der LED-Beleuchtungseinrichtung 2a oder der LED 2b oder dergleichen erfasst, der Steuer- und/oder Regelabschnitt 3 den FET 21 betreiben, um die Energieversorgung zu stoppen, und somit ist es möglich, eine Fehlerkette nach einem bestimmten Funktionsfehler zu verhindern.
Es wird angemerkt, dass, obwohl der FET 21 in dem erläuterten Beispiel zwischen den FET 11 des Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitts 6 und die LED-Beleuchtungseinrichtung 2a geschaltet ist, der FET 21 ebenso zwischen die Batterie 100 und den FET 11 des Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitts 6 geschaltet sein kann.
Ausführungsbeispiel 5
6 ist ein Schaltbild, das eine Konfiguration eines fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Geräts 1 gemäß Ausführungsbeispiel 5 zeigt. Teile in 6, die identisch oder äquivalent zu denen in 5 sind, werden mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet und Beschreibungen davon werden weggelassen.
Bei Ausführungsbeispiel 5 wird ein Integrierer 31 dem oben beschriebenen Signalübertragungsabschnitt 22 von Ausführungsbeispiel 4 hinzugefügt, um dadurch einen Eingangseinschaltstoßstrom bei Aktivierung zu unterdrücken. Der Integrierer 31 ist beispielsweise durch einen Widerstand R31 und einen Kondensator C31 gebildet und ist mit einem Gate-Anschluss des FET 21 für den Halbleiterschalter verbunden, der zwischen dem Zuführen und dem Abschalten von Energie von der Batterie 100 zu der LED-Beleuchtungseinrichtung 2a schaltet.
7 zeigt Diagramme, die Betriebswellenformen von einzelnen Abschnitten des fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Geräts 1 gemäß Ausführungsbeispiel 5 zeigen, und eine horizontale Achse des Diagramms zeigt die Zeit und eine vertikale Achse davon zeigt die Spannung oder den Strom. Die Spannung der Batterie 100 ist dargestellt als eine Spannung am Abschnitt f; die Antriebsspannung des Steuer- und/oder Regelabschnitts 3 ist dargestellt als eine Spannung am Abschnitt g; die Antriebsspannung von jedem des FETs 11 und des FETs 21 ist dargestellt als eine Spannung am Abschnitt h; das EIN/AUS-Schaltsignal (hochaktiv) des FETs 21, das von dem Steuer- und/oder Regelabschnitt 3 ausgegeben wird, ist dargestellt als eine Spannung am Abschnitt i, die Spannung des Gate-Anschlusses des FETs 21 ist dargestellt als eine Spannung am Abschnitt j; die Spannung eines Source-Anschlusses des FETs 21 ist dargestellt als eine Spannung am Abschnitt k; ein Strom eines Kondensators C32 mit hoher Kapazität an der Eingangsseite der LED-Beleuchtungseinrichtung 2a ist dargestellt als ein Strom am Abschnitt m; ein Strom, der zu der LED 2b fließt, ist dargestellt als ein Strom am Abschnitt n; und ein Strom der Batterie 100 ist dargestellt als ein Strom am Abschnitt p.
Wenn der Gate-Anschluss des N-Kanal-FETs 21 für den Halbleiterschalter gesteuert und/oder geregelt wird, um einen integralartigen Anstieg (Abschnitt j in 7) aufzuweisen, hat ähnlich auch der Source-Anschluss davon den integralartigen Anstieg (Abschnitt k in 7). Eine Charakteristik einer integralartigen Wellenform ist, dass eine Spannungsänderung pro Zeit (dV/dt) zu einem Zeitpunkt eines Beginns einer Aktivierung (Zeitpunkt t0 in 7) groß ist, dV/dt reduziert wird, wenn die Zeit abläuft, und dV/dt Null erreicht zu einem Zeitpunkt eines Erreichens der Nähe einer gewünschten Spannung (Zeitpunkt t1 in 7).
In einem Fall, bei dem die integralartige Anstiegsspannung an den Source-Anschluss des N-Kanal-FETs 21 für den Halbleiterschalter angelegt wird, mit anderen Worten, als eine Spannung über den Kondensator C32 mit hoher Kapazität der LED-Beleuchtungseinrichtung 2a, fließt gemäß dem Grundausdruck (4) des Kondensators ein relativ starker Strom zu dem Kondensator C32 mit hoher Kapazität zu dem Zeitpunkt des Beginns der Aktivierung (Zeitpunkt t0 in 7), an dem dV/dt groß ist, aber dV/dt nähert sich ohne Begrenzung Null zu dem Zeitpunkt des Erreichens der Nähe der gewünschten Spannung (Zeitpunkt t1 in 7), mit anderen Worten, es ist ein Zustand, in dem ein Laden des Kondensators C32 mit hoher Kapazität abgeschlossen ist (Abschnitt m in 7). $i (t) = C \cdot dV (t) /dt$
Die LED 2b wird durch die LED-Beleuchtungseinrichtung 2a in einem Zustand aktiviert, in dem das Laden des Kondensators C32 mit hoher Kapazität abgeschlossen ist (Zeitpunkt t1 in 7), wobei ein gleichbleibender Anstieg des Stroms der LED 2b erlaubt ist (Abschnitt n in 7).
Wenn der FET 21 unter der Bedingung eingeschaltet wird, bei der eine Strombegrenzungsfunktion durch den Integrierer 21 nicht gegeben ist, steigt die Spannung der LED-Beleuchtungseinrichtung 2a scharf auf das Spannungsniveau der Batterie 100 an, so dass ein starker Strom von der Batterie 100 dem Kondensator C32 mit hoher Kapazität zugeführt wird. Bei dieser Gelegenheit wird die Spannung eines Energieversorgungsanschlusses (nicht gezeigt) der LED-Beleuchtungseinrichtung 2a scharf reduziert mit einer Eingangsimpedanz zwischen der Batterie 100 und der LED-Beleuchtungseinrichtung 2a; somit existiert, wenn die LED 2b in einer solchen Situation aktiviert wird, eine Möglichkeit, dass die Aktivierung und das Stoppen der LED 2b wiederholt werden.
Mit dem Vorhergehenden, gemäß Ausführungsbeispiel 5, umfasst das fahrzeuginterne bzw. In-Vehicle-Gerät 1 den Signalübertragungsabschnitt 22, der die durch den zweiten Energieversorgungsabschnitt 7 erzeugte Antriebsspannung zu dem FET 21 für den Halbleiterschalter überträgt, und der Signalübertragungsabschnitt 22 hat den Integrierer 31, der den Schaltbetrieb des FET 21 verlangsamt. Entsprechend ist es möglich, einen Einschaltstoßstrom bei Aktivierung zu unterdrücken.
Ausführungsbeispiel 6
8 ist ein Schaltbild, in dem der FET 11 und der FET 21 des fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Geräts 1 gemäß Ausführungsbeispiel 6 zusammengefasst sind. 9 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration zeigt, bei der der FET 11 und der FET 21 zusammengefasst sind. Die übrige Schaltungskonfiguration des fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Geräts 1 ist dieselbe wie die oben bei den Ausführungsbeispielen 1 bis 5 beschriebene, und somit werden Beschreibungen davon weggelassen.
Bei Ausführungsbeispiel 6 sind der FET 11 des Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitts 6 und der FET 21 für den Halbleiterschalter, der zwischen Erregung und Abschalten von der Batterie 100 zu der elektronischen Einrichtung 2 schaltet, zusammengefasst ausgebildet. Wie in 9 gezeigt, sind an einer Oberfläche einer Halbleiterschicht 41 des FET 11 eine Source-Elektrode 42, mit der ein Source-Anschluss 11s verbunden ist, und eine Gate-Elektrode 43, mit der ein Gate-Anschluss 11_G verbunden ist, ausgebildet. Entsprechend sind an einer Oberfläche einer Halbleiterschicht 51 des FET 21 eine Source-Elektrode 52, mit der ein Source-Anschluss 21_S verbunden ist, und eine Gate-Elektrode 53, mit der ein Gate-Anschluss 21_G verbunden ist, ausgebildet. An den gegenüberliegenden Oberflächen der Halbleiterschichten 41 und 51 ist eine den FETs 11 und 21 gemeinsame Drain-Elektrode 44 ausgebildet, und ein Drain-Anschluss 11_D, der den FETs 11 und 21 gemeinsam ist, ist mit der Drain-Elektrode 44 verbunden.
Wenn die beiden FETs 11 und 21 durch Gemeinsamkeit von deren Drain-Anschlüssen in eine einzelne Einheit zusammengefasst sind, wird es möglich, die Anzahl von Bauteilen und die Größe zu reduzieren.
Es wird angemerkt, dass es bei der vorliegenden Erfindung möglich ist, innerhalb des Rahmens der Erfindung die Ausführungsbeispiele frei zu kombinieren, jegliche Bauteile der Ausführungsbeispiele abzuwandeln oder irgendwelche Bauteile in den Ausführungsbeispielen wegzulassen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Somit ist es bei dem fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung konfiguriert, dass die Spannung, die den FET der Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzschaltung antreibt, unter Verwendung des DC/DC-Wandlers erzeugt wird, welcher der CPU Energie zuführt, und somit ist es möglich, Reduzierungen in Größe und Kosten davon zu erhalten, und das fahrzeuginterne bzw. In-Vehicle-Gerät wird entsprechend verwendet als ein fahrzeuginternes bzw. In-Vehicle-Gerät, das eine Beleuchtungseinrichtung einer in einem Fahrzeug montierten Lichtquelle (Stirnlampe oder dergleichen) oder dergleichen steuert und/oder regelt.
Beschreibung von Bezugszeichen und Zeichen

1: Fahrzeuginternes bzw. In-Vehicle-Gerät
2: elektronische Einrichtung
3: Steuer- und/oder Regelabschnitt
4: erster Energieversorgungsabschnitt
5: Tiefstell-Steuer- und/oder -Regel-IC
6: Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzabschnitt
7: zweiter Energieversorgungsabschnitt
11, 11a, 11b, 12, 21: FET
11G, 21G: Gate-Anschluss
11S, 21S: Source-Anschluss
11D: Drain-Anschluss
22: Signalübertragungsabschnitt
31: Integrierer
41, 51: Halbleiterschicht
42, 52: Source-Elektrode
43; 53: Gate-Elektrode
44: Drain-Elektrode
100: Batterie
C1: Glättungskondensator
C31, C32: Kondensator
D1, D2, D21: parasitäre Diode
D3: Rückflussdiode
D4: Gleichrichterdiode
L1: Primärwicklung
L2: Sekundärwicklung
T1: Transformator
TR21, TR22: Transistor
R21 bis R23, R31: Widerstand
S1: EIN/AUS-Schaltsignal
S2: Eingangsspannungssignal
S3, S4: Zustandssignal

Claims

Fahrzeuginternes Gerät (1), aufweisend: - eine elektronische Einrichtung (2), die unter Verwendung einer fahrzeuginternen bzw. In-Vehicle-Batterie (100) als eine Energieversorgung arbeitet; - eine erste Energieversorgung (4), die einen Abwärts-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (12, D2, L1, D3) aufweist, um eine Spannung der Batterie (100) zu reduzieren; - eine Steuer- und/oder Regeleinheit (3), die unter Verwendung der ersten Energieversorgung (4) als eine Energieversorgung zum Steuern und/oder Regeln der elektronischen Einrichtung (2) arbeitet; - eine Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzeinrichtung (6), die einen FET (11) aufweist, der zwischen die Batterie (100) und die elektronische Einrichtung (2) geschaltet ist, wobei der FET (11) angeschlossen ist, so dass eine Vorwärtsrichtung einer parasitären Diode (D1) des FETs (11) mit einer Richtung übereinstimmt, in der ein Strom zu einer Zeit eines normalen Anschlusses fließt, zu der die Batterie (100) und die elektronische Einrichtung (2) mit positiver Polarität verbunden sind, und dass zu einer Zeit eines umgekehrten Anschlusses, bei dem die Batterie (100) und die elektronische Einrichtung (2) mit umgekehrter Polarität verbunden sind, der FET (11) abgeschaltet wird und die parasitäre Diode (D1) einen Strom verhindert, der in eine Richtung fließt, die entgegengesetzt zu der zu der Zeit des normalen Anschlusses ist; und - eine zweite Energieversorgung (7), die eine Antriebsspannung erzeugt, um den FET (11) der Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzeinrichtung (6) zu der Zeit des normalen Anschlusses einzuschalten durch Verwenden einer in dem Abwärts-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (12, D2, L1, D3) der ersten Energieversorgung (4) erzeugten Spannung.
Fahrzeuginternes Gerät (1) gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Energieversorgung (7) eine einer ersten Spule (L1), die den Abwärts-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (12, D2, L1, D3) der ersten Energieversorgung (4) bildet, zugefügte zweite Spule (L2) aufweist und eine in der zweiten Spule (L2) erzeugte Spannung an den FET (11) der Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzeinrichtung (6) als die Antriebsspannung ausgibt.
Fahrzeuginternes Gerät (1) gemäß Anspruch 1, - weiter aufweisend einen Halbleiterschalter (11b, 21), der zwischen Erregung und Abschalten von der Batterie (100) zu der elektronischen Einrichtung (2), zwischen dem FET (11) der Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzeinrichtung (6) und der elektronischen Einrichtung (2) oder zwischen der Batterie (100) und dem FET (11) der Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzeinrichtung (6) schaltet, - wobei der Halbleiterschalter (11b, 21) mit der durch die zweite Energieversorgung (7) erzeugte Antriebsspannung arbeitet.
Fahrzeuginternes Gerät (1) gemäß Anspruch 3, - weiter aufweisend eine Signalübertrageeinrichtung (22), welche die durch die zweite Energieversorgung (7) erzeugte Antriebsspannung zu dem Halbleiterschalter (11b, 21) überträgt, - wobei die Signalübertrageeinrichtung (22) einen Integrierer (31) aufweist, der einen Schaltbetrieb des Halbleiterschalters (11b, 21) verlangsamt.
Fahrzeuginternes Gerät (1) gemäß Anspruch 3, wobei der FET (11) der Energieversorgungs-Anschlussumkehrungs-Schutzeinrichtung (6) und der Halbleiterschalter (11b, 21), der zwischen Erregung und Abschalten von der Batterie (100) zu der elektronischen Einrichtung (2) schaltet, zusammengefasst ausgebildet sind.
Fahrzeuginternes Gerät (1) nach Anspruch 1, wobei die elektronische Einrichtung (2) durch eine LED (2b) und eine LED-Beleuchtungseinrichtung (2a), welche die LED (2b) beleuchtet, gebildet ist.