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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine fahrzeuginterne Energieversorgungseinrichtung.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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In Fahrzeugen, die mit einer wiederaufladbaren Batterie versehen sind, wird die wiederaufladbare Batterie, wenn beispielsweise die Zündung ausgeschaltet wird, von jeder Last, die mit der Batterie verbunden ist, getrennt und in einigen Fällen in den Bereitschaftszustand geschalten, so dass der Stromverbrauch der wiederaufladbaren Batterie eingedämmt wird. In diesem Bereitschaftszustand werden Ladungen, die in den kapazitiven Komponenten in dieser Last angesammelt sind, abgegeben, und der Unterschied zwischen einer Klemmenspannung der wiederaufladbaren Batterie und Spannung der Last erhöht sich. Falls die wiederaufladbare Batterie in einem Zustand mit dieser Last verbunden wird, in welchem der Unterschied zwischen der Klemmenspannung der wiederaufladbaren Batterie und der Spannung der Last groß ist, wird ein größer Einschaltstrom zwischen der wiederaufladbaren Batterie und der Last erzeugt.
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Eine technische Lehre, wie in Patentdokument 1 offenbart ist, wurde als eine technische Lehre zum Lösen dieser Art von Problem vorgeschlagen. gemäß der in Patentdokument 1 offenbarten technischen Lehre wird, bevor die wiederaufladbare Batterie und die Last verbunden werden, durch Vorladen einer kapazitiven Komponente in der Last unter Verwendung eines DC-DC-Aufwärtswandlers, die Erzeugung eines großen Einschaltstroms zwischen der wiederaufladbaren Batterie und der Last eingedämmt.
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VORBEKANNTE TECHNISCHE DOKUMENTE
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PATENTDOKUMENT
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Patentdokument 1:
JP 2017-22805 A -
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABEN
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Um im Übrigen ein Vorladen unter Verwendung eines DC-DC-Wandlers durchzuführen, muss ein Schaltelement, das als ein Hauptelement dient, das einen Spannungsumwandlungsvorgang durchführt, durch einen Treiber angesteuert werden, und für diesen Zweck muss dem Treiber Energie zugeführt werden. In den letzten Jahren wird andererseits, um die Leistung zu erhalten, die für DC-DC-Wandler erforderlich sind, eine Ausgestaltung verwendet, in welcher mehrere Schaltelemente parallel angeordnet sind, und die Wandler sind parallel verbunden, so dass die Anzahl der Phasen erhöht wird. Aufgrund solch einer erhöhten Parallelisierung neigt der Strom (Treiberstrom), der an das Schaltelement und dergleichen über den Treiber ausgegeben wird, dazu, sich zu erhöhen. Als ein Ergebnis davon neigt ein signifikanterer Spannungsabfall dazu, in resistiven Komponenten, Diodenkomponenten und dergleichen aufzutreten, welche in einem Pfad zwischen dem Treiber und einer Energieversorgung, die dem Treiber Energie zuführt, angeordnet sind. Falls dementsprechend die Energieversorgungsspannung (Spannung der Energieversorgung zum Zuführen von Energie an den Treiber) abfällt, kann die Spannung (Schwellenspannung), die für den Vorgang des Treibers erforderlich ist, nicht erreicht werden.
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, sodass zumindest eines der oben beschriebenen Probleme gelöst wird, und zielt darauf ab, eine fahrzeuginterne Energieversorgungseinrichtung zu realisieren, bei der, selbst wenn die Energieversorgungsspannung abfällt, ein Zustand vermieden werden kann, in dem eine Steuereinheit, die von einer Energieversorgung zugeführte Energie empfängt, nicht die Steuerung eines Vorladevorgangs durchführen kann.
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MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
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Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine fahrzeuginterne Energieversorgungseinrichtung, die eingerichtet ist, eine Spannung, die an einen ersten leitfähigen Pfad angelegt wird, zu verringern und die resultierende Spannung an einen zweiten leitfähigen Pfad anzulegen, oder eine Spannung, die an den zweiten leitfähigen Pfad angelegt wird, zu erhöhen und die resultierende Spannung an den ersten leitfähigen Pfad anzulegen, wobei
- die fahrzeuginterne Energieversorgungseinrichtung in einem fahrzeuginternen Energieversorgungssystem vorgesehen ist, das so eingerichtet ist, dass Energie von einer ersten Energieversorgungseinheit über den ersten leitfähigen Pfad zugeführt wird, Energie von einer zweiten Energieversorgungseinheit über den zweiten leitfähigen Pfad zugeführt wird, eine kapazitive Komponente elektrisch mit dem ersten leitfähigen Pfad verbunden ist, und eine Schalteinheit, die zwischen einem EIN-Zustand, in dem ein Stromfluss von der ersten Energieversorgungseinheit zu der Seite der kapazitiven Komponente erlaubt ist, und einem AUS-Zustand, in dem dieser Stromfluss unterbrochen wird, schaltet, zwischen der ersten Energieversorgungseinheit und der kapazitiven Komponente vorgesehen ist, und wobei
- die fahrzeuginterne Energieversorgungseinrichtung umfasst:
- eine erste Spannungsumwandlungseinheit, die eine erste Induktivität und ein Treiberschaltelement aufweist, das in Übereinstimmung mit einem ersten Steuersignal, das dem Treiberschaltelement zugeführt wird, ein oder ausgeschaltet wird, wobei das erste Steuersignal abwechselnd zwischen einem EIN-Signal und einem AUS-Signal geschaltet wird, wobei die erste Spannungssteuereinheit einen ersten Spannungsumwandlungsvorgang durchführt, in welchem eine Spannung, die an den ersten leitfähigen Pfad angelegt wird, durch den EIN/AUS-Vorgang der Treiberschalteinheit verringert wird und an den zweiten leitfähigen Pfad angelegt wird;
- ein Schaltelement zur Rückflussverhinderung, das auf dem zweiten leitfähigen Pfad vorgesehen ist, und das ein Fluss eines Stroms auf dem zweiten leitfähigen Pfad in Richtung der ersten Spannungsumwandlungseinheit verhindert, wenn dieses ausgeschaltet wird;
- eine zweite Induktivität, die zwischen der ersten Spannungsumwandlungseinheit und dem Schaltelement zur Rückflussverhinderung auf dem zweiten leitfähigen Pfad und in Reihe mit dem Schaltelement zur Rückflussverhinderung vorgesehen ist;
- ein Halbleiterelementteil, das durch eine Diode oder ein Schaltelement ausgebildet ist, welches ein Ende, das elektrisch mit der zweiten Induktivität und dem Schaltelement zur Rückflussverhinderung auf dem zweiten leitfähigen Pfad verbunden ist, und ein anderes Ende aufweist, das elektrisch mit einem leitfähigen Referenzpfad verbunden ist; und
- eine Steuereinheit, die das erste Steuersignal an zumindest das Treiberschaltelement ausgibt, in welcher
- eine zweite Spannungsumwandlungseinheit durch das Schaltelement zur Rückflussverhinderung, die zweite Induktivität und das Halbleiterelementteil eingerichtet ist, und, wenn der Teil des zweiten leitfähigen Pfads, der von der zweiten Spannungsumwandlungseinheit aus gesehen auf der Seite der ersten Spannungsumwandlungseinheit liegt als ein ausgangsseitiger leitfähiger Pfad betrachtet wird, und der Teil des zweiten leitfähigen Pfads, der auf der Seite ist, die entgegengesetzt zu der Seite der ersten Spannungsumwandlungseinheit ist, als ein eingangsseitiger leitfähiger Pfad betrachtet wird, die zweite Spannungsumwandlungseinheit den zweiten Spannungsumwandlungsvorgang durchführt, in welchem die Spannung, die an den eingangsseitigen leitfähigen Pfad angelegt wird, verringert wird, und eine Ausgangsspannung an den ausgangsseitigen leitfähigen Pfad angelegt wird,
- das Schaltelement zur Rückflussverhinderung so ausgebildet ist, dass mehrere Halbleiterschaltelemente parallel zueinander verbunden sind, und
- die Steuereinheit die zweite Spannungsumwandlungseinheit dazu veranlasst, den zweiten Spannungsumwandlungsvorgang durch Zuführen eines zweiten Steuersignals, durch welches ein EIN-Signal und ein AUS-Signal abwechselnd geschalten werden, an nur einige der mehreren Halbleiterschaltelemente, die das Schaltelement zur Rückflussverhinderung bilden, bei Erfüllung einer vorbestimmten Vorlade-Bedingung durchzuführen.
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VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
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Da gemäß einer fahrzeuginternen Energieversorgungeinrichtung gemäß dem ersten Aspekt die zweite Spannungsumwandlungseinheit dazu veranlasst werden kann, den zweiten Spannungsumwandlungsvorgang mit Erfüllung einer bestimmten Vorlade-Bedingung durchzuführen, wird, falls die Schalteinheit von dem AUS-Zustand in den EIN-Zustand zumindest nach dem der zweite Spannungsumwandlungsvorgang dementsprechend durchgeführt, geschaltet wird, die Schalteinheit von dem AUS-Zustand in den EIN-Zustand in einem Zustand geschaltet, in dem das Laden der kapazitiven Komponente in einem gewissen Maß vorangeschritten ist. Dementsprechend ist es möglich, einen Einschaltstrom zu unterbinden, der in die kapazitive Komponente von der ersten Energieversorgungseinheit unmittelbar nach dem Schalten fließt.
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Aufgrund der Ausgestaltung, in welcher das zweite Steuersignal nur zu einigen der Halbleiterschaltelemente zugeführt wird, welche das Schaltelement zur Rückflussverhinderung bilden, ist es in einem Fall, in dem die Steuereinheit die zweite Spannungsumwandlungseinheit dazu veranlasst, den zweiten Spannungsumwandlungsvorgang bei Erfüllung einer vorbestimmten Vorlade-Bedingung durchzuführen, möglich, die Energie, die für die Steuereinheit erforderlich ist, damit das Schaltelement zur Rückflussverhinderung zusammen mit dem zweiten Spannungsumwandlungsvorgang angesteuert wird, zu unterbinden. Selbst wenn dementsprechend die Spannung der Energieversorgung, die Energie zu der Steuereinheit zuführt, abfällt, wird wahrscheinlich eine Situation nicht auftreten, in welcher die Steuereinheit nicht die Steuerung des Vorlade-Vorgangs (Steuerung des zweiten Spannungsumwandlungsvorgangs) durchführen kann.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch eine Ausgestaltung eines fahrzeuginternen Energieversorgungssystems zeigt, das eine fahrzeuginterne Energieversorgungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
- 2 ist ein Blockdiagramm, welches insbesondere eine Ausgestaltung einer Spannungsumwandlungseinrichtung zeigt, die in der fahrzeuginternen Energieversorgungseinrichtung enthalten ist.
- 3 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf eines Vorladens zeigt, das durch eine Steuereinheit durchgeführt wird, die in der fahrzeuginternen Energieversorgungseinrichtung enthalten ist.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die fahrzeuginterne Energieversorgungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch mehrere dritte leitfähige Pfade, die als ein Energieversorgungspfad von dem zweiten leitfähigen Pfad zu der Steuereinheit dienen, aufweisen. Die dritten leitfähigen Pfade können auch parallel zueinander zwischen dem zweiten leitfähigen Pfad und der Steuereinheit verbunden sein, und eine Spannungserzeugungseinheit, die eine Spannung erhöht, die an den leitfähigen Pfad auf der Seite des zweiten leitfähigen Pfads angelegt wird, und welche die Ausgangsspannung an den leitfähigen Pfad auf der Seite der Steuereinheit anlegt, kann auch auf einem der dritten leitfähigen Pfade vorgesehen sein.
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Selbst wenn die Spannung, die an den zweiten leitfähigen Pfad angelegt wird, klein ist, kann gemäß dieser Ausgestaltung die Spannungserzeugungseinheit die Spannung, die an den leitfähigen Pfad auf der Seite des zweiten leitfähigen Pfads angelegt wird, erhöhen, und die Ausgangsspannung an den leitfähigen Pfad auf der Seite der Steuereinheit anlegen. Selbst wenn dementsprechend die Spannung, die an den zweiten leitfähigen Pfad angelegt wird, klein ist, wird die Treiberspannung, die für den Betrieb der Steuereinheit erforderlich ist, einfach gewährleistet.
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Wenn die vorbestimmte Vorlade-Bedingung erfüllt ist, kann die Steuereinheit das zweite Steuersignal auch an nur eines der mehreren Halbleiterschaltelemente, die das Schaltelement zur Rückflussverhinderung bilden, zuführen, und die zweite Spannungsumwandlungseinheit dazu veranlassen, einen zweiten Spannungsumwandlungsvorgang durchzuführen.
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Da die Anzahl der Treiberhalbleiterschaltelemente verringert werden kann, wenn der zweite Spannungsumwandlungsvorgang durchgeführt wird, kann mit dieser Ausgestaltung der Stromverbrauch während des zweiten Spannungsumwandlungsvorgangs weiter reduziert werden.
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In der Energieversorgungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner das Halbleiterelementteil auch ein Schaltelement sein.
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Durch beispielsweise Einschalten des Schaltelements, kann ein Einschaltstrom (nachfolgend auch als „Rückstrom“ bezeichnet), der in der zweiten Induktivität oder der ersten Induktivität erzeugt wird, wenn ein Strom fließt, der kleiner als ein kritischer Strom der zweiten Induktivität und der ersten Induktivität ist, mit dieser Ausgestaltung dazu veranlasst werden, in den leitfähigen Referenzpfad zu fließen, ohne sich in dem Schaltelement anzusammeln.
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Da der Rückstrom davor gehindert wird, zu dem Ausgang des Schaltelements zur Rückflussverhinderung hinzugefügt zu werden, ist es möglich, wenn dementsprechend der zweite Spannungsumwandlungsvorgang durchgeführt wird, die Änderungen zu reduzieren, welche die Breite (Tastverhältnis) des Ausgangs des Schaltelements zur Rückflussverhinderung aufgrund des Rückstroms unbeabsichtigt ändern.
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In der Energieversorgungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Steuereinheit ferner das Treiberschaltelement in der Zeitspanne einschalten, in welcher die Steuereinheit die zweite Spannungsumwandlungseinheit dazu veranlasst, den zweiten Spannungsumwandlungsvorgang durchzuführen. Dementsprechend ist es möglich, einen Spannungsabfall weiter zu unterbinden, der in dem Treiberschaltelement während des zweiten Spannungsumwandlungsvorgangs auftritt.
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Beispielsweise ist es möglich, ein Verfahren zu verwenden, in welchem ein FET als das Treiberschaltelement verwendet wird und der FET während des zweiten Spannungsumwandlungsvorgangs ausgeschaltet wird und ein Strom dazu veranlasst wird, von der Seite des zweiten leitfähigen Pfads in Richtung des ersten leitfähigen Pfads unter Verwendung nur einer Körperdiode des FET als der Strompfad zu fließen. Allerdings gibt es in diesem Verfahren ein Bedenken hinsichtlich eines Verlusts in der Körperdiode. Falls allerdings das Treiberschaltelement in der Zeitspanne eingeschaltet wird, in welcher der zweite Spannungsumwandlungsvorgang dazu veranlasst wird, den zweiten Spannungsumwandlungsvorgang durchzuführen, kann solch ein Verlust zuverlässig vermieden werden.
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ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
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Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform beschrieben, welche ein spezifisches Beispiel der vorliegenden Erfindung ist.
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Eine fahrzeuginterne Energieversorgungseinrichtung 1 (nachfolgend auch als „Energieversorgungseinrichtung 1“ bezeichnet) der ersten Ausführungsform ist ein Teil eines fahrzeuginternen Energieversorgungssystems 100 (nachfolgend auch als „Energieversorgungssystem 100“ bezeichnet), dass in 1 gezeigt ist. Das Energieversorgungssystem 100 weist beispielsweise eine erste Energieversorgungseinheit 90, eine zweite Energieversorgungseinheit 92, eine erste Last 94, eine zweite Last 96 und eine Energieversorgungseinrichtung 1 auf. Das Energieversorgungssystem 100 ist als ein System eingerichtet, das der ersten Last 94 unter Verwendung der ersten Energieversorgungseinheit 90 als die Energieversorgungsquelle Energie zuführen kann, und das eine kapazitive Komponente der ersten Last 94, die sich entladen hat, wenn ein Zündungsschalter oder dergleichen ausgeschaltet wurde, unter Verwendung der zweiten Energieversorgungseinheit 92 als die Energieversorgungsquelle über die Energieversorgungseinrichtung 1 laden (vorladen) kann.
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Die erste Energieversorgungseinheit 90 ist ein Teil, das Energie der ersten Last 94 oder der zweiten Last 96 zuführen kann, und ist als eine bekannte fahrzeuginterne Batterie, wie eine Lithium-Ionen-Batterie, ausgebildet. In der ersten Energieversorgungseinheit 90 ist ein Anschluss mit einem hohen Potential elektrisch mit dem ersten leitfähigen Pfad 10 verbunden und ein Anschluss mit einem niedrigen Potential ist elektrisch mit einem leitfähigen Referenzpfad (Masseteil, nicht gezeigt) verbunden und eine vorbestimmte Ausgangsspannung wird an den ersten leitfähigen Pfad 10 angelegt. Wenn die auf dem ersten leitfähigen Pfad 10 vorgesehene Schalteinheit 98 von einem AUS-Zustand in einen EIN-Zustand geschaltet wird, wird die erste Energieversorgungseinheit 90 elektrisch mit der ersten Last 94 und der ersten Energieversorgungseinrichtung 1 über den ersten leitfähigen Pfad 10 verbunden.
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Die zweite Energieversorgungseinheit 92 ist ein Teil, das Energie der ersten Last 94 oder der zweiten Last 96 zuführen kann, und ist als eine bekannte fahrzeuginterne Batterie, wie eine Bleibatterie, ausgebildet. In der zweiten Energieversorgungseinheit 92 ist ein Anschluss mit einem hohen Potential elektrisch mit dem zweiten leitfähigen Pfad 12 verbunden und ein Anschluss mit einem niedrigen Potential ist elektrisch mit dem Masseteil (nicht gezeigt) verbunden, und eine vorbestimmte Ausgangsspannung wird an den zweiten leitfähigen Pfad 12 angelegt. Die zweite Energieversorgungseinheit 92 ist elektrisch mit der zweiten Last 96 und der ersten Energieversorgungseinrichtung 1 über den zweiten leitfähigen Pfad 12 verbunden.
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Die erste Last 94 weist eine kapazitive Komponente auf und diese Kapazitive Komponente entspricht einem Beispiel der kapazitiven Komponente der vorliegenden Erfindung. Die erste Last 94 ist elektrisch mit dem ersten leitfähigen Pfad 10 verbunden und ist über den ersten leitfähigen Pfad 10 mit der Energieversorgungseinrichtung 1 verbunden. Die kapazitive Komponente kann ein Kondensator oder dergleichen, oder eine andere kapazitive Komponente sein.
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Die zweite Last 96 weist eine kapazitive Komponente auf. Die zweite Last 96 ist elektrisch mit dem zweiten leitfähigen Pfad 12 verbunden, und ist über den zweiten leitfähigen Pfad 12 mit der Energieversorgungseinrichtung 1 verbunden.
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Die Energieversorgungseinrichtung 1 ist als eine Einrichtung ausgebildet, die eine Spannung, die an den ersten leitfähigen Pfad 10 angelegt wird, verringern kann, und welche die resultierende Spannung an den zweiten leitfähigen Pfad 12 anlegen kann, und welche eine Spannung, die an den zweiten leitfähigen Pfad 12 angelegt wird, auch erhöhen oder verringern kann, und die resultierende Spannung an den ersten leitfähigen Pfad 10 anlegen kann. Die Energieversorgungseinrichtung 1 weist beispielsweise eine erste Spannungserkennungseinheit 80, eine erste Stromerkennungseinheit 84, eine zweite Spannungserkennungseinheit 82, eine zweite Stromerkennungseinheit 86, eine Spannungsumwandlungseinrichtung 20 und eine Steuereinheit 88 auf.
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Die erste Spannungserkennungseinheit 80 ist beispielsweise als ein bekannter Spannungsdetektor ausgebildet und erkennt und gibt die Spannung des ersten leitfähigen Pfads 10 aus. Insbesondere erkennt die erste Spannungserkennungseinheit 80 die Spannung, die von der Energieversorgungseinrichtung 1 an die erste Last 94 ausgegeben wird und gibt einen Wert, der die erkannte (ausgegebene) Spannung (beispielsweise der genaue Wert oder ein spannungsgeteilter Wert der Spannung des ersten leitfähigen Pfads 10) wiederspiegelt, als den erkannten Wert aus.
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Die erste Stromerkennungseinheit 84 ist beispielsweise als ein bekannter Stromdetektor ausgebildet und erkennt und gibt den Strom, der von der Energieversorgungseinrichtung 1 ausgegeben wird, an die erste Last 94 aus. Insbesondere weist die erste Stromerkennungseinheit 84 einen Widerstand, der auf dem ersten leitfähigen Pfad 10 angeordnet ist, und einen Differenzverstärker auf. Die Spannung zwischen den zwei Enden des Widerstands wird in den Differenzverstärker eingegeben, der Spannungsabfall, der in dem Widerstand aufgrund des Stroms, der durch den ersten leitfähigen Pfad 10 fließt, erzeugt wird, wird durch den Differenzverstärker verstärkt, und der resultierende Wert wird als der erkannte Wert ausgegeben.
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Die zweite Spannungserkennungseinheit 82 ist beispielsweise als ein bekannter Spannungsdetektor ausgebildet und erkennt und gibt die Spannung des zweiten leitfähigen Pfads 12 aus. Insbesondere erkennt die erste Spannungserkennungseinheit 82 eine Spannung, die von der Energieversorgungseinrichtung 1 an die zweite Last 96 ausgegeben wird und gibt den Wert, der die erkannte (ausgegebene) Spannung (beispielsweise der genaue Wert oder ein spannungsgeteilter Wert der Spannung des zweiten leitfähigen Pfads 12) wiederspiegelt, als den erkannten Wert aus.
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Die zweite Stromerkennungseinheit 86 ist beispielsweise als ein bekannter Stromdetektor ausgebildet und erkennt und gibt den Strom, der durch den zweiten leitfähigen Pfad 12 fließt, aus. Insbesondere weist die zweite Stromerkennungseinheit 86 einen Widerstand, der auf dem zweiten leitfähigen Pfad 12 angeordnet ist, und einen Differenzverstärker auf. Die Spannung zwischen den zwei Enden des Widerstands wird in den Differenzverstärker eingegeben, der Spannungsabfall, der in dem Widerstand aufgrund des Stroms, der durch den zweiten leitfähigen Pfad 12 fließt, erzeugt wird, wird durch den Differenzverstärker verstärkt, und der resultierende Wert wird als der erkannte Wert ausgegeben.
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Die Spannungsumwandlungseinrichtung 20 weist mehrere erste Spannungsumwandlungseinheiten 21 auf, die parallel zueinander vorgesehen sind, und ist als ein mehrphasiger DC-DC-Wandler ausgebildet. In der Spannungsumwandlungseinrichtung 20 ist ein Ende elektrisch mit dem ersten leitfähigen Pfad 10 verbunden und das andere Ende ist elektrisch mit dem zweiten leitfähigen Pfad 12 verbunden. Die Spannungsumwandlungseinrichtung 20 kann die Spannung, die an den ersten leitfähigen Pfad 10 angelegt wird, verringern, und die resultierende Spannung an den zweiten leitfähigen Pfad 12 anlegen, und die Spannung, die an dem zweiten leitfähigen Pfad 12 angelegt wird, erhöhen, und die resultierende Spannung an den ersten leitfähigen Pfad 10 anlegen.
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Die Steuereinheit 88 ist ein Teil, das den Betrieb der Spannungsumwandlungsschaltung 20 steuert und ist im Wesentlichen dadurch ausgebildet, dass diese eine Steuerschaltung, erste Treibereinheiten 50 und eine zweite Treibereinheit 32 aufweist. In der Steuereinheit 88 ist die Steuerschaltung beispielsweise als ein Mikrocomputer ausgebildet und weist eine Berechnungseinrichtung, wie eine CPU, einen Speicher, wie einen ROM oder einen RAM, einen A/D-Wandler, und dergleichen auf. Energie wird von der ersten Energieversorgungseinheit 90 oder der zweiten Energieversorgungseinheit 92 der Steuereinheit 88 zugeführt.
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Die Steuereinheit 88 ist elektrisch mit der ersten Spannungserkennungseinheit 80, der zweiten Spannungserkennungseinheit 82, der ersten Stromerkennungseinheit 84 und der zweiten Stromerkennungseinheit 86 verbunden und kann die erkannten Werte dieser Erkennungseinheiten erhalten. Die Steuereinheit 88 weist eine Funktion des Bestimmens bzw. Festlegen eines Tastgrades, basierend auf dem erhaltenen erkannten Wert, und des Erzeugens und Ausgebens eines PWM-Signals mit dem bestimmten Tastgrad auf. Die Steuereinheit 88 kann die mehreren ersten Spannungsumwandlungseinheiten 21 individuell durch Erzeugen eines PWM-Signals SG1 und Ausgeben des PWM-Signals SG1 an die ersten Treibereinheiten 50, die in jeder der ersten Spannungsumwandlungsschaltungen 21 vorgesehen sind, steuern. Dementsprechend kann die Steuereinheit 88 die Steuerung so durchführen, dass die ersten Spannungsumwandlungseinheiten 21 (Spannungsumwandlungseinheit 20) die Spannung erhöhen oder verringern.
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Wie in 2 gezeigt, weist die Energieversorgungseinrichtung 1 beispielsweise die ersten Spannungsumwandlungseinheiten 21, mehrere Schaltelemente 24 zur Rückflussverhinderung, eine zweite Induktivität 26, ein Schaltelement 28, einen Kondensator, die zweite Treibereinheit 32 und eine Signalerzeugungsschaltung 34 auf.
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Die (alle) ersten Spannungsumwandlungseinheiten 21 sind parallel zueinander vorgesehen. Die Spannungsumwandlungseinheiten 21 sind jeweils als ein DC-DC-Aufwärts-/Abwärtswandler mit Synchrongleichrichtung ausgebildet, und können einen ersten Spannungsumwandlungsvorgang durchführen, in welchem die Spannung, die an dem ersten leitfähigen Pfad 10 angelegt wird, verringert wird und die resultierende Spannung an den zweiten leitfähigen Pfad 12 angelegt wird. Ferner wird ein Ende jeder ersten Spannungsumwandlungseinheit 21 elektrisch mit dem ersten leitfähigen Pfad 10 verbunden und das andere Ende wird elektrisch mit dem zweiten leitfähigen Pfad 12 verbunden.
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Die ersten Spannungsumwandlungseinheiten 21 sind jeweils mit einem High-Side-Schaltelement 40, einem Low-Side-Schaltelement 42 und einer ersten Induktivität 44 verbunden. Das Schaltelement 40 ist als ein N-Kanal-MOSFET ausgebildet und der erste leitfähige Pfad 10 ist elektrisch mit dem Drain des Schaltelements 40 verbunden, und der Drain des Schaltelements 42 und ein Ende der ersten Induktivität 44 sind mit einer Source desselben verbunden. Der Drain des Schaltelements 42 ist elektrisch mit dem Verbindungspunkt des Schaltelements 40 und der ersten Induktivität 44 verbunden. Die Source des Schaltelements 42 ist elektrisch mit dem leitfähigen Referenzpfad verbunden. Es sei angemerkt, dass das Schaltelement 40 einem Beispiel des Treiberschaltelements entspricht.
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Die ersten Spannungsumwandlungseinheiten 21 weisen jeweils einen High-Side-Kondensator 46 und einen Low-Side-Kondensator 48 auf. Ein Ende des Kondensators 46 ist mit dem ersten leitfähigen Pfad 10 verbunden, und das andere Ende ist elektrisch mit dem leitfähigen Referenzpfad verbunden. Ein Ende des Kondensators 48 ist mit dem zweiten leitfähigen Pfad 12 verbunden, und mit dem anderen Ende der ersten Induktivität 44, und einem Ende der zweiten Induktivität 26 über den zweiten leitfähigen Pfad 12 verbunden. Das andere Ende des Kondensators 48 ist elektrisch mit dem leitfähigen Referenzpfad verbunden.
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Die ersten Treibereinheiten 50 werden jeweils für die ersten Spannungsumwandlungseinheiten 21 vorgesehen. Die ersten Treibereinheiten 50 entsprechen einem Beispiel der Treibereinheit, und legen an das Gate der Schaltelemente 40 und 42, ein EIN-Signal (PWM-Signal) zum abwechselnden einschalten der Schaltelemente 40 und 42 auf Basis des PWM-Signals SG1, welches durch die Steuereinheit 88 erzeugt wird, an. Es sei angemerkt, dass das PWM-Signal, das an die Schaltelemente 40 durch die erste Treibereinheit 50 ausgeben wird, einem Beispiel eines Steuersignals entspricht. Nachfolgend wird das PWM-Signal, das an die Schaltelemente 40 und 42 durch die erste Treibereinheit 50 ausgegeben wird, auch als „Steuersignal“ bezeichnet.
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Die (alle) Schaltelemente 24 zur Rückflussverhinderung sind so angeordnet, dass mehrere Halbleiterschalterschaltelemente 24A, 24B, 24C und so weiter parallel zueinander verbunden sind. Die Schaltelemente 24 zur Rückflussverhinderung weisen eine Funktion des Unterbrechens eines Stromes auf, der in die ersten Spannungsumwandlungsschaltungen 21 auf dem zweiten leitfähigen Pfad 12 fließt, wenn all die Halbleiterschaltelemente 24A, 24B, 24C und so weiter ausgeschaltet sind. Insbesondere sind die Haltleiterschaltelemente 24A, 24B, 24C und so weiter jeweils als ein N-Kanal MOSFET ausgebildet, und die Drains hiervon sind elektrisch mit dem leitfähigen Pfad des zweiten leitfähigen Pfads 12 auf der Seite der zweiten Energieversorgungseinheit 92 verbunden, und die Sources hiervon sind mit dem leitfähigen Pfad des zweiten leitfähigen Pfads 12 auf der Seite der ersten Spannungsumwandlungseinheit 21 verbunden.
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Die zweite Induktivität 26 ist zwischen der ersten Spannungsumwandlungseinheit 21 und den Schaltelementen 24 zur Rückflussverhinderung auf dem zweiten leitfähigen Pfad 12 vorgesehen, und in Reihe mit den Schaltelementen 24 zur Rückflussverhinderung vorgesehen. Insbesondere ist ein Ende der zweiten Induktivität 26 elektrisch mit den Verbindungspunkten der ersten Induktivitäten 44 und den Kapazitäten 48 der ersten Spannungsumwandlungseinheiten 21 verbunden, und das andere Ende ist elektrisch mit den Sources der Schaltelemente 24 zur Rückflussverhinderung und dem Drain des Schaltelements 28 verbunden.
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Das Schaltelement 28 entspricht einem Beispiel eines Halbleiterschalterteils und ist beispielsweise als ein MOSFET ausgebildet. Der Drain (eine Ende) des Schaltelements 28 ist elektrisch zwischen der zweiten Induktivität 26 und den Schaltelementen 24 zur Rückflussverhinderung auf dem zweiten leitfähigen Pfad 12 verbunden, und die Source (das andere Ende) hiervon ist elektrisch mit dem leitfähigen Referenzpfad verbunden.
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Ein Ende des Kondensators 30 ist mit dem zweiten leitfähigen Pfad 12 auf der Seite der zweiten Energieversorgungseinheit 92 der Schaltelemente 24 zur Rückflussverhinderung verbunden, und das andere Ende ist elektrisch mit dem leitfähigen Referenzpfad verbunden.
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In dieser Ausgestaltung wird die zweite Spannungsumwandlungseinheit 22 durch die Schaltelemente 24 zur Rückflussverhinderung, die zweite Induktivität 26 und das Schaltelement 28 (Halbleiterelementteil) ausgebildet. Diese zweite Spannungsumwandlungseinheit 22 bildet einen DC-DC-Aufwärts-/Abwärtswandler mit Synchrongleichrichtung aus. Der zweite leitfähige Pfad 12 weist einen ausgangsseitigen leitfähigen Pfad 12B auf der Seite der ersten Spannungsumwandlungseinheit 21 der zweiten Spannungsumwandlungseinheit 22 auf, und weist einen eingangsseitigen leitfähigen Pfad 12A auf der entgegengesetzten Seite der ersten Spannungsumwandlungseinheit 21 auf. Die zweite Spannungsumwandlungseinheit 22 kann einen zweiten Spannungsumwandlungsvorgang, in welchem die Spannung, die an den eingangsseitigen leitfähigen Pfad 12A angelegt wird, verringert wird, durchführen, und die Ausgangsspannung wird an den ausgangsseitigen leitfähigen Pfad 12B angelegt.
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Die zweite Treibereinheit 32 legt an die Gates der Schaltelemente 24 zur Rückflussverhinderung und dem Schaltelement 28, ein EIN-Signal (PWM-Signal) zum abwechselnden Einschalten des Schaltelements 24 zur Rückflussverhinderung und des Schaltelements 28 auf Basis des PWM-Signals SG2, das durch die Steuereinheit 88 erzeugt wird, an. Es sei angemerkt, dass das PWM-Signal, dass von der zweiten Treibereinheit 32 zu den Schaltelementen 24 zur Rückflussverhinderung ausgegeben wird, einem Beispiel eines zweiten Steuersignals entspricht. Nachfolgend wird das PWM-Signal, dass von der zweiten Treibereinheit 32 zu dem Schaltelement 24 zur Rückflussverhinderung ausgeben wird, als ein „Steuersignal“ bezeichnet.
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Ferner wird, von den mehreren von Schaltelementen 24 zur Rückflussverhinderung, dem Gate von einigen (eins in der ersten Ausführungsform) der Schaltelemente 24 zur Rückflussverhinderung direkt das Steuersignal von der zweiten Treibereinheit 32 zugeführt, und ein anderes Schaltelement 24B zur Rückflussverhinderung wird das Steuersignal von der zweiten Treibereinheit 32 über die Signalerzeugungsschaltung 34 zugeführt.
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Die Signalerzeugungsschaltung 34 ist zwischen der zweiten Treibereinheit 32 und dem Gate des Schaltelements 24B zur Rückflussverhinderung vorgesehen. Die Signalerzeugungsschaltung 34 unterbricht, auf Basis eines Unterbrechungsanweisungssignals SG3, das von der Steuereinheit 88 ausgegeben wird, das Steuersignal, das von der zweiten Treibereinheit 32 zu dem Schaltelement 24B zur Rückflussverhinderung ausgegeben wird.
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Drei leitfähige Pfade 60 sind jeweils zwischen dem zweiten leitfähigen Pfad 12 und der ersten Treibereinheit 50 und zwischen dem zweiten leitfähigen Pfad 12 und der zweiten Treibereinheit 32 vorgesehen. Die drei leitfähigen Pfade 60 sind so eingerichtet, dass Teile hiervon parallel angeordnet sind, wobei ein parallel angeordneter leitfähiger Pfad ist mit einer Diode 62 versehen und der andere leitfähige Pfad ist mit einer Diode 64 und einer Spannungserzeugungseinheit 66 versehen. Die Anode der Diode 62 ist mit dem zweiten leitfähigen Pfad 12 verbunden und die Kathode ist mit der ersten Treibereinheit 50 und der zweiten Treibereinheit 32 verbunden. Die Spannungserzeugungseinheit 66 ist mit der Diode 64 in Reihe verbunden und auf der Seite der zweiten Energieversorgungseinheit 92 der Diode 64 verbunden. Die Anode der Diode 64 ist mit der Spannungserzeugungseinheit 66 verbunden und die Kathode ist mit der ersten Treibereinheit 50 und der zweiten Treibereinheit 32 verbunden. Die Spannungserzeugungseinheit 66 ist beispielsweise als eine Erhöhungsschaltung ausgebildet und kann die Spannung, die von der Seite des zweiten leitfähigen Pfads 12 eingegeben wird, erhöhen, und die resultierende Spannung an die Seite der ersten Treibereinheit 50 und der zweiten Treibereinheit 32 auf Basis eines Erhöhungsanweisungssignals SG4 von der Steuereinheit 88, ausgeben.
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Als nächstes wird der Betrieb der Energieversorgungseinrichtung 1 erklärt.
Wenn die Schalteinheit 98 von dem AUS-Zustand in den EIN-Zustand geschaltet wird, so dass Energie von der ersten Energieversorgungseinheit 90 zu der ersten Last 94 zugeführt wird, kann die Energieversorgungseinheit 1 einen Vorgang zum Laden im Voraus (Vorladen) der kapazitiven Komponente der ersten Last 94 unter Verwendung von Energie von der zweiten Energieversorgungseinheit 92 durchführen, damit verhindert wird, dass ein großer Strom schnell in die kapazitive Komponente, die in der ersten Last 94 vorliegt, hineinfließt.
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Die Steuereinheit 88 ist dazu eingerichtet, die Vorlade-Steuerung, die in 3 gezeigt ist, wiederholt auszuführen, und zu bestimmen, ob eine vorbestimmte Vorlade-Bedingung, in Übereinstimmung mit dem Start der Vorlade-Steuerung in 3 erfüllt ist. Die Vorlade-Bedingung kann beispielsweise sein, dass „die Schalteinheit 98 (beispielsweise ein Zündungsschalter) von dem AUS-Zustand in den EIN-Zustand geschaltet wird“, wobei auch eine andere vorbestimmte Vorlade-Bedingung in Frage kommt.
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Nach dem Bestimmen, dass die Vorlade-Bedingung in Schritt S1 erfüllt ist, veranlasst die Steuereinheit 88 in Schritt S2 die zweite Spannungsumwandlungseinheit 22 dazu, den zweiten Spannungsumwandlungsvorgang zu starten. Der zweite Spannungsumwandlungsvorgang ist ein Vorgang, in welchem die zweite Spannungsumwandlungseinheit 22 die Spannung verringert, die an dem eingangsseitigen leitfähigen Pfad 12A des zweiten leitfähigen Pfads 12 angelegt wird und die resultierende Spannung an den ausgangsseitigen leitfähigen Pfad 12B in Übereinstimmung mit dem Steuersignal, das von außen zugeführt wird, anlegt. Insbesondere wird der zweite Spannungsumwandlungsvorgang wie folgt realisiert.
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Nach dem Starten des zweiten Spannungsumwandlungsvorgangs in Schritt S2, bestimmt die Steuereinheit 88 in Schritt S3, auf Basis des erkannten Werts der ersten Spannungserkennungseinheit 80, ob die Schaltbedingung erfüllt wurde. Insbesondere bestimmt die Steuereinheit 88 in Schritt S3, ob die Spannung des ersten leitfähigen Pfads 10 größer als oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert ist. Falls die Spannung des ersten leitfähigen Pfads 10 kleiner als oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert ist, geht die Verarbeitung zu „Nein“ in Schritt S3, und falls die Spannung des ersten leitfähigen Pfads 10 größer als oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert ist, geht die Verarbeitung zu „Ja“ in Schritt S3, und verschiebt sich in Schritt S4 von dem zweiten Spannungsumwandlungsvorgang zu einem dritten Spannungsumwandlungsvorgang.
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Ferner bestimmt die Steuereinheit 88 das Tastverhältnis auf Basis des erkannten Werts der ersten Spannungserkennungseinheit 80 oder der ersten Stromerkennungseinheit 84, und erzeugt das PWM-Signal SG2 mit dem bestimmten Tastverhältnis. Daraufhin gibt die Steuereinheit 88 das PWM-Signal SG2 an die zweite Treibereinheit 32 aus. Nach dem Empfang des Eingangs dieses PWM-Signals SG2, gibt die zweite Treibereinheit 32 das Steuersignal mit dem Tastverhältnis des PWM-Signals SG2 an ein Schaltelement 24A der Schaltelemente 24 zur Rückflussverhinderung aus, und gibt, an die Schaltelemente 28, das PWM-Signal, das komplementär zu diesem Steuersignal ist, aus. Mit anderen Worten, ein Synchrongleichrichtungs-Spannungsabsenkungsvorgang, in welchem das Schaltelement 28 ausgeschaltet wird, wenn das Schaltelement 24A eingeschaltet wird, und das Schaltelement 28 eingeschaltet wird, wenn das Schaltelement 24 ausgeschalten wird, wird ausgeführt, während eine Totzeit eingestellt wird.
Das Steuersignal von der zweiten Treibereinheit 32 wird auch in die Signalerzeugungsschaltung 34 eingegeben. Wenn das Signal SG3 ein Unterbrechungsanweisungssignal ist, gibt die Signalerzeugungsschaltung 34 das AUS-Signal an die Schaltelemente 24B und 24C aus, und zu diesem Zeitpunkt werden die Schaltelemente 24B und 24C in den AUS-Zustand gebracht. Wenn das Signal SG3 ein Freigabesignal ist, gibt die Signalerzeugungseinheit 34 an die Schaltelemente 24B und 24C ein Signal aus, welches das gleiche als das Signal ist, welches an das Gate des Schaltelements 24A von der zweiten Treibereinheit 32 ausgegeben wird. Während veranlasst wird, dass die zweite Spannungsumwandlungseinheit 22 den zweiten Spannungsumwandlungsvorgang durchführt (während der Ausgabe des Steuersignals an das Gate des Schaltelements 24A), legt die Steuereinheit 88 das Signal SG3, welches an die Signalerzeugungseinheit 34 eingegeben wird, als das Unterbrechungsanweisungssignal fest, und somit werden die Schaltelemente 24B und 24C in dem AUS-Zustand gehalten während die zweite Spannungsumwandlungseinheit 22 die zweite Spannungsumwandlungsoperation durchführt. Mit anderen Worten, während die zweite Spannungsumwandlungseinheit 22 den zweiten Spannungsumwandlungsvorgang durchführt, wird das Steuersignal, das von der zweiten Treibereinheit 32 ausgegeben wird, nur an das Schaltelement 24A ausgegeben, und die Schaltelemente 24B und 24C werden in einem AUS-Zustand gehalten. Dementsprechend wird nur das Schaltelement 24A ein- oder ausgeschaltet.
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Aufgrund des PWM-Signals (Steuersignal), das zu den Schaltelementen 24A von der zweiten Treibereinheit 32 zugeführt wird, führt dementsprechend die zweite Spannungsumwandlungseinheit 22 den zweiten Spannungsumwandlungsvorgang so durch, dass die Spannung, die an den eingangsseitigen leitfähigen Pfad 12A angelegt wird, verringert wird, und die resultierende Spannung wird an den ausgangsseitigen leitfähigen Pfad 12B angelegt. Bei diesem zweiten Spannungsumwandlungsvorgang wird die Steuerung so durchgeführt, dass der Rückkopplungsvorgang zum Berechnen des Tastverhältnisses so wiederholt wird, dass die Spannung, die an den ersten leitfähigen Pfad 10 angelegt wird, eine annährend gewünschte Spannung ist, die geringer als die Ausgangsspannung ist, wenn die zweite Energieversorgungseinheit 92 komplett aufgeladen ist, und die Spannung, die an den ersten leitfähigen Pfad 10 angelegt wird, annähernd die gewünschte Zielspannung ist. Während der zweite Spannungsumwandlungsvorgang dementsprechend durchgeführt wird, wird die kapazitive Komponente der ersten Last 94 geladen.
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Falls bestimmt wird, dass die vorbestimmte Schaltbedingung in Schritt S3 erfüllt ist, mit anderen Worten, falls bestimmt wird, dass die Spannung des ersten leitfähigen Pfads 10 größer als oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert ist, beendet die Steuereinheit 88 in Schritt S4 den zweiten Spannungsumwandlungsvorgang durch die zweite Spannungsumwandlungseinheit 22, und startet den dritten Spannungsumwandlungsvorgang durch die erste Spannungsumwandlungseinheit 21. Der dritte Spannungsumwandlungsvorgang ist ein Vorgang, in welchem ein Synchrongleichrichtungs-Spannungserhöhungsvorgang in der Spannungsumwandlungseinrichtung 20 durchgeführt wird, in dem ein EIN-Signal auf Basis des PWM-Signals SG1 an die Schaltelemente 40 und 42 abwechselnd von der ersten Treibereinheit 50 zugeführt wird, und die Spannung, die an den zweiten leitfähigen Pfad 12 angelegt wird, wird erhöht und an den ersten leitfähigen Pfad 10 angelegt.
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Während dieses dritten Spannungsumwandlungsvorgangs beendet die Steuereinheit 88 die Ausgabe des Unterbrechungsanweisungssignals SG3 zu der Signalerzeugungsschaltung 34, und gibt das AUS-Signal an die zweite Treibereinheit 32 aus. Nach dem Empfang des Eingangs dieses EIN-Signals, gibt die zweite Treibereinheit 32 das EIN-Signal an all die Schaltelemente 24A, 24B, 24C ..., die das Schaltelement 24 zur Rückflussverhinderung bilden, aus, und gibt das AUS-Signal an das Schaltelement 28 aus. Dementsprechend werden während des dritten Spannungsumwandlungsvorgangs all die Schaltelemente 24A, 24B, 24C ..., die das Schaltelement 24 zur Rückflussverhinderung bilden, in dem EIN-Zustand gehalten, und das Schaltelement 28 wird in dem AUS-Zustand gehalten.
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Die Steuereinheit 88 bestimmt das Tastverhältnis auf Basis des Werts, der durch die erste Spannungserkennungseinheit 80 oder die erste Stromerkennungseinheit 84 erkannt wird, und erzeugt ein PWM-Signal SG1 mit dem bestimmten Tastverhältnis. Insbesondere führt die Steuereinheit 88 eine Ansteuerung so durch, dass der Rückkopplungsvorgang zum Berechnen des Tastverhältnisses so wiederholt wird, dass die Spannung, die an den ersten leitfähigen Pfad 10 angelegt wird, eine annähernd gewünschte Zielspannung ist, die größer als die Ausgangsspannung ist, wenn die zweite Energieversorgungseinheit 92 komplett aufgeladen ist, und die Spannung, die an den ersten leitfähigen Pfad 10 angelegt wird, annähernd die gewünschte Zielspannung ist. Die Steuereinheit 88 gibt das somit erzeugte PWM-Signal SG1 nur an die erste Treibereinheit 50 aus, die der einen ersten Spannungsumwandlungseinheit 21 der mehreren ersten Spannungsumwandlungseinheiten 21 entspricht. Nach dem Empfang des Eingangs dieses PWM-Signals SG1, gibt die erste Treibereinheit 50 an das Schaltelement 42, ein Steuersignal mit dem Tastverhältnis des PWM-Signals SG1 aus, und gibt an das Schaltelement 40 ein Steuersignal aus, welches komplementär zu diesem Steuersignal (PWM-Signal SG1) ist. Mit anderen Worten wird eine Synchrongleichrichtungs-Steuerung so ausgeführt, dass das Schaltelement 40 ausgeschaltet wird, wenn das Schaltelement 42 eingeschaltet wird, und das Schaltelement 40 eingeschaltet wird, wenn das Schaltelement 42 ausgeschaltet wird, während eine Totzeit festgelegt wird. Es sei angemerkt, dass die Steuereinheit 88 ein AUS-Signal an die ersten Treibereinheiten 50 der anderen ersten Spannungsumwandlungseinheiten 21 der mehreren ersten Spannungsumwandlungseinheiten 21 ausgibt. Nach dem Empfang des Eingangs des AUS-Signals, halten die ersten Treibereinheiten 50 die entsprechenden Schaltelemente 40 und 42 in dem AUS-Zustand.
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Dementsprechend wird der dritte Spannungsumwandlungsvorgang durchgeführt, in welchem die Spannung, die an den zweiten leitfähigen Pfad 12 angelegt wird, erhöht wird und an den ersten leitfähigen Pfad 10 angelegt wird. In diesem dritten Spannungsumwandlungsvorgang ist es möglich, weiterhin elektrische Ladung in der kapazitiven Komponente der ersten Last 94, in welcher die elektrische Ladung durch den zweiten Spannungsumwandlungsvorgang angesammelt wurde, anzusammeln, und weiterhin die Ladespannung der kapazitiven Komponente zu erhöhen.
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Nach dem Starten des dritten Spannungsumwandlungsvorgangs in Schritt S4, bestimmt die Steuereinheit 88 in Schritt S5, ob eine vorbestimmte Vorlade-Endbedingung erfüllt ist. Die vorbestimmte Vorlade-Endbedingung ist beispielsweise, dass „die Spannung des ersten leitfähigen Pfads 10 eine vorbestimmte Spannung erreicht hat“ oder dergleichen.
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Wenn bestimmt wird, dass die Vorlade-Endbedingung in Schritt S5 nicht erfüllt wurde, wiederholt die Steuereinheit 88 Schritt S5, bis die Vorlade-Endbedingung erfüllt ist. Während dieser Zeitspanne läuft das Laden der kapazitiven Komponente der ersten Last 94 weiter. Falls bestimmt wird, dass die Vorlade-Endbedingung in Schritt S5 erfüllt wurde, beendet die Steuereinheit 88 in Schritt S6 den dritten Spannungsumwandlungsvorgang. Mit anderen Worten, die Steuereinheit 88 beendet die Ausgabe des PWM-Signals SG1, des PWM-Signals SG2, des Unterbrechungsanweisungssignals SG3 und des Erhöhungsanweisungssignals SG4. Dementsprechend ist das Vorladen der ersten Last abgeschlossen.
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Nach dem Beenden des dritten Spannungsumwandlungsvorgangs in Schritt S6, schaltet die Steuereinheit 88 beispielsweise die Schalteinheit 98 von dem AUS-Zustand in den EIN-Zustand. Auf diese Weise ist es möglich, die Schalteinheit 98 in den EIN-Zustand in dem Zustand zu schalten, in dem die kapazitive Komponente der ersten Last 94 in einem gewissen Maß geladen wurde, und somit wird eine Situation, in der ein großer Strom in die kapazitive Komponente der ersten Last 94 fließt, weniger wahrscheinlich auftreten. Es sei angemerkt, dass nach dem Schalten der Schalteinheit 98 in den EIN-Zustand in Übereinstimmung mit Schritt S6, die Steuereinheit 88 so fungieren kann, dass die Spannungsumwandlungseinrichtung 20 den oben-beschriebenen Spannungsabsenkungsvorgang durchführt, damit die Spannung, die an den ersten leitfähigen Pfad 10 angelegt wird, verringert wird, und die gewünschte Ausgangsspannung an den zweiten leitfähigen Pfad angelegt wird.
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In dieser Ausgestaltung sei angemerkt, dass die Steuereinheit 88 das erhöhte Anweisungssignal SG4 an die Spannungserzeugungseinheit 66 während des ersten Spannungsumwandlungsvorgangs, des zweiten Spannungsumwandlungsvorgangs oder des dritten Spannungsumwandlungsvorgangs ausgibt. Während der Zeitspanne, in welcher dieses erhöhte Anweisungssignal SG4 zugeführt wird, erhöht die Spannungserzeugungseinheit 66 die Eingangsspannung (Spannung, die an den zweiten leitfähigen Pfad 12 angelegt wird) und gibt die resultierende Spannung an die Seite der Anode der Diode 64 aus. Es sei angemerkt, dass die Steuereinheit 88 auch das Erhöhungsanweisungssignal SG4 in einer oder all den Zeitspannen ausgeben kann, nämlich während des ersten Spannungsumwandlungsvorgangs, des zweiten Spannungsumwandlungsvorgangs und des dritten Spannungsumwandlungsvorgangs. Die Steuereinheit 88 kann auch das Erhöhungsanweisungssignal SG4 nur ausgeben, wenn die Spannung, die an den zweiten leitfähigen Pfad 12 ausgegeben wird, geringer als oder gleich einem vorbestimmten Wert ist.
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Als nächstes werden die Effekte der Energieversorgungseinrichtung 1 beschrieben.
In der oben beschriebenen Energieversorgungseinrichtung 1 ist die zweite Spannungsumwandlungseinheit 22 dadurch ausgebildet, dass diese die Schaltelemente 24 zur Rückflussverhinderung, die zweite Induktivität 26 und das Schaltelement 28 (Halbleiterelementteil) aufweist. Diese zweite Spannungsumwandlungseinheit 22 führt den zweiten Spannungsumwandlungsvorgang aus, in welchem die Spannung, die an den eingangsseitigen leitfähigen Pfad 12A angelegt wird, verringert wird, und die Ausgangsspannung an den ausgangsseitigen leitfähigen Pfad 12B angelegt wird, und zwar unter Verwendung der Seite, im zweiten leitfähigen Pfad 12, der ersten Spannungsumwandlungseinheit 21 der zweiten Spannungsumwandlungseinheit 22 als ausgangsseitige leitfähigen Pfad 12B und der entgegengesetzten Seite zu der ersten Spannungsumwandlungseinheit 21 als eingangsseitigen leitfähigen Pfad 12A. Ferner ist das Schaltelement 24 zur Rückflussverhinderung so eingerichtet, dass die Halbleiterschaltelemente 24A, 24B, 24C, ... und so weiter parallel zueinander verbunden sind, und die Steuereinheit 88 veranlasst die zweite Spannungsumwandlungseinheit 22 dazu, den zweiten Spannungsumwandlungsvorgang durch Zuführen des zweiten Steuersignals zum Schalten des EIN-Signals und des AUS-Signals abwechselnd zu nur einigen der mehreren Halbleiterschaltelemente 24A, 24B, 24C, und so weiter, die das Schaltelement 24 zur Rückflussverhinderung bilden, wenn die vorbestimmte Vorlade-Bedingung erfüllt ist, durchzuführen.
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Dementsprechend kann die Energieversorgungseinrichtung 1 die zweite Spannungsumwandlungseinheit 22 dazu veranlassen, den zweiten Spannungsumwandlungsvorgang bei Erfüllung einer vorbestimmten Vorlade-Bedingung durchzuführen. Wenn es dementsprechend möglich ist, die Schalteinheit 98 von dem AUS-Zustand in den EIN-Zustand, zumindest nachdem der zweite Spannungsumwandlungsvorgang in dieser Weise durchgeführt wird, zu schalten, wird die Schalteinheit 98 von dem AUS-Zustand in den EIN-Zustand in einem Zustand geschalten, in dem das Laden der kapazitiven Komponente bis zu einem gewissen Maß vorangeschritten ist. Als Ergebnis davon ist es möglich, den Einschaltstrom zu unterbinden, der in die kapazitive Komponente von der ersten Energieversorgungseinheit 90 unmittelbar nach dem Schalten fließt.
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Wenn mit dieser Ausgestaltung die Steuereinheit 88 die zweite Spannungsumwandlungseinheit 22 ferner dazu veranlasst, den zweiten Spannungsumwandlungsvorgang bei Erfüllung einer vorbestimmten Vorlade-Bedingung durchzuführen, werden nur einigen der Halbleiterschaltelemente 24A, 24B, 24C, ... und so weiter, die das Schaltelement 24 zur Rückflussverhinderung bilden, das zweite Steuersignal zugeführt. Dementsprechend ist es möglich, die Energie, die für die Steuereinheit 88 erforderlich ist, damit die Schaltelemente 24 zur Rückflussverhinderung in Übereinstimmung mit dem zweiten Spannungsumwandlungsvorgang betrieben werden, zu unterbinden. Selbst wenn demensprechend die Spannung der Energieversorgung, die der Steuereinheit 88 Energie zuführt, fällt, tritt weniger wahrscheinlich eine Situation auf, in welcher die Steuereinheit 88 nicht die Steuerung des Vorlade-Vorgangs (Steuerung des zweiten Spannungsumwandlungsvorgangs) durchführen kann.
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Ferner ist die Energieversorgungseinrichtung 1 mit den mehreren dritten leitfähigen Pfaden 60 versehen, welche als der Energieversorgungspfad von dem zweiten leitfähigen Pfad 12 zu der Steuereinheit 88 dienen. Die dritten leitfähigen Pfade 60 sind parallel zueinander zwischen dem zweiten leitfähigen Pfad 12 und der Steuereinheit 88 verbunden, und eine der dritten leitfähigen Pfade 60 ist mit der Spannungserzeugungseinheit 66 verbunden, welche die Spannung erhöht, die an den leitfähigen Pfad auf der Seite des zweiten leitfähigen Pfads 12 angelegt wird, und die Ausgangsspannung an den leitfähigen Pfad an der Seite der Steuereinheit 88 anlegt. Selbst wenn die Spannung, die an den zweiten leitfähigen Pfad 12 angelegt wird, klein ist, kann die Spannungserzeugungseinheit 66 mit dieser Ausgestaltung die Spannung erhöhen, die an den leitfähigen Pfad auf der Seite des zweiten leitfähigen Pfads 12 angelegt wird, und die Ausgangsspannung an den leitfähigen Pfad auf der Seite der Steuereinheit 88 anlegen. Selbst wenn dementsprechend die Spannung, die an den zweiten leitfähigen Pfad 12 angelegt wird, klein ist, wird wahrscheinlich sichergestellt, dass die Treiberspannung, die für den Betrieb der Steuereinheit 88 erforderlich ist, vorhanden ist.
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Die Steuereinheit 88 veranlasst die zweite Spannungsumwandlungseinheit 22 ferner dazu, den zweiten Spannungsumwandlungsvorgang durch Zuführen des zweiten Steuersignals zu nur einem der Halbleiterschaltelemente 24A, 24B, 24C, ..., die das Schaltelement 24 zur Rückflussverhinderung bilden, wenn die vorbestimmte Vorlade-Bedingung erfüllt ist, durchzuführen. Da die Anzahl der Treiberhalbleiterschaltelemente minimiert werden kann, wenn der zweite Spannungsumwandlungsvorgang durchgeführt wird, kann mit dieser Ausgestaltung der Stromverbrauch während des zweiten Energieumwandlungsvorgangs weiter reduziert werden.
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Ferner ist in der Energieversorgungseinrichtung 1 das Halbleiterelementteil das Schaltelement 28. Wenn beispielsweise deshalb ein Strom, der kleiner als der kritische Strom der zweiten Induktivität 26 oder der ersten Induktivität 44 ist, fließt, kann durch Einschalten des Schaltelements 28, ein Einschaltstrom (nachfolgend auch als „Rückstrom“ bezeichnet), der in der zweiten Induktivität 26 oder der ersten Induktivität 44 erzeugt wird, in den leitfähigen Referenzpfad fließen, ohne sich in dem Schaltelement 28 anzusammeln. Wenn dementsprechend der zweite Spannungsumwandlungsvorgang durchgeführt wird, wird verhindert, dass der Rückstrom zu dem Ausgang von den Schaltelementen 24 zur Rückflussverhinderung hinzugefügt wird, und somit kann ein Fall, in welchem sich die Breite (Tastverhältnis) des Ausgangs der Schaltelemente 24 zur Rückflussverhinderung aufgrund des Rückstromes unbeabsichtigt ändert, unterbunden werden.
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Ferner schaltet die Steuereinheit 88 das Treiberschaltelement 40 in der Zeitspanne ein, in welcher die Steuereinheit 88 die zweite Spannungsumwandlungseinheit 22 dazu veranlasst, den zweiten Spannungsumwandlungsvorgang durchzuführen. Dementsprechend ist es möglich, weiterhin einen Spannungsabfall zu unterbinden, der in dem Treiberschaltelement 40 während des zweiten Spannungsumwandlungsvorgangs auftritt.
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Wenn, wie beispielsweise in 2 gezeigt, ein FET als das Schaltelement 40 verwendet wird, und das Schaltelement 40 (FET) ausgeschaltet wird und veranlasst wird, dass ein Strom von der Seite des zweiten leitfähigen Pfads 12 in Richtung zu dem ersten leitfähigen Pfad 10, unter Verwendung nur der Körperdiode des FET als den Strompfad während des zweiten Spannungsumwandlungsvorgangs, fließt, gibt es Bedenken, dass ein Verlust in dieser Körperdiode auftritt. Falls allerdings das Treiberschaltelement 40 in der Zeitspanne eingeschaltet wird, in welcher die zweite Spannungsumwandlungseinheit 22 dazu veranlasst wird, den zweiten Spannungsumwandlungsvorgang durchzuführen, kann solch ein Verlust zuverlässig vermieden werden. Es sei angemerkt, dass das Schaltelement 42 während des zweiten Spannungsumwandlungsvorgangs in dem AUS-Zustand gehalten werden kann.
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WEITERE AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform, die auf Basis der obigen Beschreibungen und Figuren dargestellt ist, beschränkt, und die folgenden Ausführungsformen sind ebenso in dem technischen Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten.
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In der ersten Ausführungsform wird das Steuersignal an nur eines der Schaltelemente 24 zur Rückflussverhinderung in dem zweiten Spannungsumwandlungsvorgang ausgegeben, aber eine Ausgestaltung ist auch möglich, in welcher das Steuersignal an zwei oder mehr Schaltelemente 24 zur Rückflussverhinderung ausgegeben wird, solange es nur ein Teil der Schaltelemente 24 zur Rückflussverhinderung ist.
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In der ersten Ausführungsform ist die Seite der ersten Energieversorgungseinheit 90 (erste Last 94) die Hochspannungsseite, und die Seite der zweiten Energieversorgungseinheit 92 (zweite Last 96) ist die Niedrigspannungsseite, aber eine Ausgestaltung ist auch möglich, in welcher die Seite der ersten Energieversorgungseinheit 90 (erste Last 94) die Niedrigspannungsseite ist, und die Seite der zweiten Energieversorgungseinheit 92 (zweite Last 96) die Hochspannungsseite ist. Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung kann auch auf eine Ausgestaltung angewendet werden, in welcher das Vorladen auf der kapazitiven Komponente der Niedrigseite durchgeführt wird.
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In der ersten Ausführungsform ist die Spannungserzeugungseinheit 66 auf dem dritten leitfähigen Pfad 60 vorgesehen, aber die Spannungserzeugungseinheit 66 kann auch weggelassen werden.
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In dem dritten Spannungsumwandlungsvorgang in der ersten Ausführungsform wird das Steuersignal an das Schaltelement 40 eines der mehreren ersten Spannungsumwandlungseinheiten 21 ausgegeben, aber das Steuersignal kann auch an die Schaltelemente 40 von zwei oder mehreren der ersten Spannungsumwandlungseinheiten 21 ausgegeben werden, solange es sich nur um die Schaltelemente 40 eines Teils der ersten Spannungsumwandlungseinheiten 21 handelt.
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Obwohl das Halbleiterelementteil das Schaltelement in der ersten Ausführungsform ist, kann das Halbleiterelementteil auch eine Diode sein. Wenn das Halbleiterelementteil eine Diode ist, ist eine Ausgestaltung möglich, in welcher die Anode elektrisch mit dem leitfähigen Referenzpfad verbunden ist, die Kathode elektrisch zwischen der zweiten Induktivität 26 und dem Schaltelement 24 zur Rückflussverhinderung auf dem zweiten leitfähigen Pfad 12 verbunden ist, und die zweite Spannungsumwandlungseinheit 22 als ein Dioden-DC-DC-Wandler fungiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- fahrzeuginterne Energieversorgungseinrichtung
- 10
- erster leitfähiger Pfad
- 12
- zweiter leitfähiger Pfad
- 12A
- eingangsseitiger leitfähiger Pfad
- 12B
- ausgangsseitiger leitfähiger Pfad
- 21
- erste Spannungsumwandlungseinheit
- 22
- zweite Spannungsumwandlungseinheit
- 24
- Schaltelement zur Rückflussverhinderung
- 24A, 24B, 24C
- Halbleiterschaltelement
- 26
- zweite Induktivität
- 28
- Schaltelement (Halbleiterelementteil)
- 40
- Schaltelement (Treiberschaltelement)
- 42
- Schaltelement (Treiberschaltelement)
- 44
- erste Induktivität
- 60
- dritter leitfähiger Pfad
- 66
- Spannungserzeugungseinheit
- 88
- Steuereinheit
- 90
- erste Energieversorgungseinheit
- 92
- zweite Energieversorgungseinheit
- 94
- erste Last
- 96
- zweite Last
- 98
- Schalteinheit
- 100
- fahrzeuginternes Energieversorgungssystem
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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