DE112019005491T5 - Lasttreibervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine Lasttreibervorrichtung enthält einen Sperrwandler, wobei der Sperrwandler umfasst: einen Transformator, der eine primäre Spule für die Verbindung mit einer Stromversorgung und eine sekundäre Spule für die Verbindung mit einer Last enthält; und ein Schaltelement, das auf einer Erdungsseite der primären Spule vorgesehen ist und eine an der primären Spule anzulegende Spannung steuert. Die Lasttreibervorrichtung ist konfiguriert zum Erzeugen einerVergleichsspannung (Vc), die niedriger ist als eine Spannung (Vds) zwischen der primären Spule und dem Schaltelement, und zum Ändern eines Treibersignals (Vgs) für das Schaltelement zum Schalten des Schaltelements von einem AUS-Zustand zu einem EIN-Zustand, wenn (Zeit tc) die Vergleichsspannung (Vc) zu einer vorbestimmten Spannung (Erdpotential) reduziert ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lasttreibervorrichtung, die einen Sperrwandler enthält.
  • STAND DER TECHNIK
  • In Sperrwandlern ist Folgendes bekannt: wenn sich während des Betriebs in einem diskontinuierlichen Strommodus ein primärseitiges Schaltelement in einer AUS-Periode befindet und eine sekundärseitige Gleichrichterdiode einen Nullstrom aufweist, wird eine Resonanz zum Beispiel durch die Erregungsinduktivität eines Transformators und eine parasitäre Kapazität eines Schaltelements induziert. Wenn angenommen wird, dass ein derartiger Sperrwandler von einem extern erregten Typ mit einer konstanten Schaltfrequenz ist, und wenn das Schaltelement mit einer relativ hohen Drain-Source-Spannung unter der Resonanzbedingung eingeschaltet wird, tritt ein ziemlich großer Schaltverlust auf. Als eine Lösung zum Reduzieren des Schaltverlustes unter der Resonanzbedingung ist zum Beispiel die in dem Patentdokument 1 angegebene Konfiguration bekannt, in der ein Schaltelement zu einem Zeitpunkt, zu dem die Drain-Source-Spannung einen minimalen Wert erreicht, eingeschaltet wird.
  • LISTE DER REFERENZDOKUMENTE
  • PATENTDOKUMENT
  • Patentdokument 1: JP H10-178776 A
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • PROBLEMSTELLUNG
  • Wenn jedoch das Schaltelement zu dem Zeitpunkt, zu dem die Drain-Source-Spannung einen minimalen Wert erreicht, eingeschaltet wird, kann die Drain-Source-Spannung bereits niedriger sein als eine Eingangsspannung und kann die in dem Transformator akkumulierte Energie freigesetzt und dementsprechend reduziert werden. Dies führt zu einer Verschlechterung einer Verstärkungseigenschaft.
  • Um jedoch die Verstärkungseigenschaft zu verbessern, wird das Schaltelement vorzugsweise zu dem Zeitpunkt, zu dem die sekundärseitige Gleichrichterdiode einen Nullstrom aufweist, eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt kann jedoch die Drain-Source-Spannung höher als die Eingangsspannung sein. Deshalb kann beim Einschalten ein großer Strom in das Schaltelement fließen und einen übermäßigen Temperaturanstieg durch einen Schaltverlust verursachen.
  • Die vorliegende Erfindung nimmt auf das oben geschilderte Problem Bezug, wobei es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Lasttreibervorrichtung vorzusehen, die ein Schaltelement zu einem entsprechenden Zeitpunkt unter Berücksichtigung eines Ausgleichs zwischen Verstärkungs- und Schaltungsverlusteigenschaften eines Sperrwandlers einschalten kann.
  • PROBLEMLÖSUNG
  • Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung eine Lasttreibervorrichtung vor, die einen Sperrwandler enthält, wobei der Sperrwandler umfasst: einen Transformator, der eine primäre Spule für die Verbindung mit einer Stromversorgung und eine sekundäre Spule für die Verbindung mit einer Last enthält; und ein Schaltelement, das auf einer Erdungsseite der primären Spule vorgesehen ist und eine an der primären Spule anzulegende Spannung steuert; wobei die Lasttreibervorrichtung konfiguriert ist zum Erzeugen einer Vergleichsspannung, die niedriger als die Spannung zwischen der primären Spule und dem Schaltelement ist, und zum Schalten des Schaltelements von einem AUS-Zustand zu einem EIN-Zustand, wenn die Vergleichsspannung zu einer vorbestimmten Spannung reduziert ist.
  • EFFEKTE DER ERFINDUNG
  • Gemäß der Lasttreibervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann das Schaltelement zu einem entsprechenden Zeitpunkt unter Berücksichtigung der Verstärkungs- und Schaltverlusteigenschaften des Sperrwandlers eingeschaltet werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Fahrzeugdämpfersystems gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 2 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel eines variablen Dämpfers gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
    • 3 ist ein Schaltdiagramm, das ein Beispiel für eine Hochspannungsversorgungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 zeigt.
    • 4 ist ein Betriebswellenformdiagramm eines Sperrwandlers gemäß einer Ausführungsform 1.
    • 5 ist ein Kurvendiagramm, das zeigt, wie die Größe eines Spannungsabfalls in einer Pegelverschiebung gemäß der Ausführungsform 1 zu setzen ist.
    • 6 ist ein Schaltdiagramm, das ein Beispiel für eine Hochspannungsversorgungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 7 ist ein Betriebswellenformdiagramm eines herkömmlichen Sperrwandlers.
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Ausführungsform 1
  • Es wird eine Lasttreibervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 1 zeigt ein Fahrzeugdämpfersystem als ein Anwendungsbeispiel der Lasttreibervorrichtung. Das Fahrzeugdämpfersystem umfasst einen variablen Dämpfer 3. Ein derartiger variabler Dämpfer 3 ist an jedem der Räder 2a bis 2d vorgesehen, um zum Beispiel durch ein Allradfahrzeug 1, das über eine unebene Straßenoberfläche fährt, erzeugte Vibrationen zu dämpfen. Das Innere des variablen Dämpfers 3 ist mit einem elektrorheologischen Fluid als einem Arbeitsfluid gefüllt. Die Viskosität des elektrorheologischen Fluids ändert sich in Abhängigkeit von einer an dem variablen Dämpfer 3 angelegten Spannung (die Spannung weist maximal mehrere kV und zum Beispiel 5 kV auf). Außerdem kann über eine externe Steuerung der angelegten Spannung die Größe der Dämpfungskraft des variablen Dämpfers 3 eingestellt werden. Ein derartiger variabler Dämpfer 3 bildet zusammen mit einer Aufhängungsfeder (nicht gezeigt) eine Aufhängungseinrichtung an jedem der Räder 2a bis 2d.
  • Das Fahrzeugdämpfersystem umfasst weiterhin einen Fahrzeughöhensensor 4. Der Fahrzeughöhensensor 4 ist an der Aufhängungseinrichtung jedes der Räder 2a bis 2d angebracht, um die Fahrzeughöhe an jedem der Räder 2a bis 2d als ein Beispiel für Fahrzeugverhaltensinformationen des Fahrzeugs 1 zu erfassen. Der Fahrzeughöhensensor 4 misst die Größe in Entsprechung zu der Fahrzeugkarosseriehöhe von der Straßenoberfläche jedes der Räder 2a bis 2d als eine vertikale Verschiebung zwischen der Fahrzeugkarosserie und einem Aufhängungsarm. Dann gibt der Fahrzeughöhensensor 4 die gemessene Größe als ein Fahrzeughöhensignal aus.
  • Das Fahrzeugdämpfersystem umfasst weiterhin eine Hochspannungsversorgungseinrichtung 5. Die Hochspannungsversorgungseinrichtung 5 führt eine zu dem variablen Dämpfer 3 zuzuführende Spannung derart zu, dass die erforderliche Dämpfungskraft des variablen Dämpfers 3 basierend auf dem von dem Fahrzeughöhensensor 4 eingegebenen Fahrzeughöhensignal erzeugt wird. Die Hochspannungsversorgungseinrichtung 5 enthält einen Sperrwandler wie weiter unten beschrieben. Der Sperrwandler verstärkt die von einer Fahrzeugbatterie 6 als einer Gleichstromquelle eingegebene Spannung, um eine an dem variablen Dämpfer 3 anzulegende Spannung zuzuführen. Kurz gesagt, funktioniert die Hochspannungsversorgungseinrichtung 5 als eine Lasttreibervorrichtung, die den variablen Dämpfer 3 als eine Last treibt.
  • 2 zeigt schematisch ein Beispiel für einen variablen Dämpfer. Der variable Dämpfer 3 weist ein mit einem Boden versehenes zylindrisches Glied auf, das erhalten wird, indem eine Öffnung am unteren Ende eines zylindrischen Außenzylinders 31, der den Umriss des variablen Dämpfers 3 definiert, unter Verwendung einer unteren Endkappe 32 geschlossen wird. In dem mit einem Boden versehenen zylindrischen Glied ist ein zylindrisches Innenglied 34, das einen kleineren Durchmesser als der Außenzylinder 31 und eine durch ein Ventil 33 geschlossene untere Endöffnung aufweist, im Wesentlichen koaxial zu dem Außenzylinder 31 aufgenommen. Der Außenzylinder 31 und der Innenzylinder 34 weisen obere Endöffnungen auf, die durch eine obere Endkappe 35 geschlossen werden. Der Raum zwischen dem Außenzylinder 31 und dem Innenzylinder 34 (tatsächlich eine weiter unten beschriebene Elektrodenröhre) in einer Radialrichtung bildet eine Reservoirkammer α. Der Innenzylinder 34 ist elektrisch mit einem Ausgangsanschluss 501 einer Hochspannungsversorgungseinrichtung 5 über einen leitenden Draht 71 verbunden. Der leitende Draht 71 ist von Umfangskomponenten außer an einem Verbindungsteil mit dem Innenzylinder 34 und einem Verbindungsteil mit einer Hochspannungsversorgungseinrichtung 5 elektrisch isoliert.
  • In einem variablen Dämpfer 3 ist eine Kolbenstange 36 in den Innenzylinder 34 durch eine Einstecköffnung 35a der oberen Endkappe 35 eingesteckt. Der Raum zwischen der Kolbenstange 36 und der Einstecköffnung 35a ist derart abgedichtet, dass er flüssigkeitsdicht und luftdicht ist. Die Kolbenstange 36 weist an ihrem vorderen Ende einen Kolben 37 auf. Der Kolben 37 bewegt sich wiederholt vertikal, indem er an einer Innenumfangsfläche des Innenzylinders 34 gleitet. Der Innenraum des Innenzylinders 34 wird durch den Kolben 34 in eine obere Zylinderkammer β auf der Seite der oberen Endkappe 35 und eine untere Zylinderkammer γ auf der Seite des Ventils 33 geteilt.
  • Die Seitenfläche des Innenzylinders 34 weist in der Nähe der oberen Endkappe 35 ein Verbindungsloch 34a auf, das das Innere und das Äußere des Innenzylinders 34 miteinander verbindet. Das Ventil 33 weist ein Ventilverbindungsloch 33a auf, das die Reservoirkammer α und die untere Zylinderkammer γ miteinander verbindet. Das Ventil 33 weist weiterhin ein Rückschlagventil 33b auf, das den Fluss des Arbeitsfluids in die Reservoirkammer α von der unteren Zylinderkammer γ begrenzt. Der Kolben 37 weist ein Verbindungsloch 37a auf, das die obere Zylinderkammer β mit der unteren Zylinderkammer γ verbindet. Der Kolben 37 ist ebenfalls mit einem Rückschlagventil 37b versehen, um den Fluss des Arbeitsfluids in die untere Zylinderkammer γ von der oberen Zylinderkammer β zu begrenzen.
  • Der variable Dämpfer 3 enthält weiterhin eine zylindrische Elektrodenröhre 38 als einen Leiter. Die zylindrische Elektrodenröhre 38 liegt zwischen dem Innenzylinder 34 und dem Außenzylinder 31 und auch zwischen der oberen Endkappe 35 und dem Ventil 33 und ist im Wesentlichen koaxial zu und radial beabstandet von dem Innenzylinder 34 und dem Außenzylinder 31. Die Elektrodenröhre 38 ist elektrisch mit einem Ausgangsanschluss 502 der Hochspannungsversorgungseinrichtung 5 über einen leitenden Draht 72 verbunden. Der leitende Draht 72 ist elektrisch von umgebenden Komponenten außer an einem Verbindungsteil mit der Elektrodenröhre 38 und einem Verbindungsteil mit der Hochspannungsversorgungseinrichtung 5 isoliert. Ein ringförmiger Isolator 39 als ein elektrisch isolierendes Material schließt den radialen Raum zwischen dem Innenzylinder 34 und der Elektrodenröhre 38 jeweils an dem oberen Ende und dem unteren Ende der Elektrodenröhre 38. Der Isolator 39 isoliert die Elektrodenröhre 38 elektrisch von dem Außenzylinder 31 und dem Innenzylinder 34 und anderen umgebenden Komponenten.
  • Der radiale Raum zwischen der Elektrodenröhre 38 und dem Innenzylinder 34 bildet einen Spannungsanlegungspfad δ für das Anlegen einer Spannung an einem zirkulierenden Arbeitsfluid. Der Isolator 39 an dem unteren Ende der Elektrodenröhre 38 weist einen Kommunikationspfad 39a auf, der den Spannungsanlegungspfad δ und die Reservoirkammer α verbindet.
  • Durch das Montieren des äußeren Zylinders 31 an jedem Rad (Radachse) und der Kolbenstange 36 an dem Fahrzeugkörper wird der variable Dämpfer 3 an dem Fahrzeug 1 montiert.
  • Wenn sich die Kolbenstange 36 nach außen erstreckt, bewegt sich der Kolben 37 in dem inneren Zylinder 34 nach oben, um einen Druck auf das Arbeitsfluid in der oberen Zylinderkammer β auszuüben. Das unter Druck gesetzte Arbeitsfluid in der oberen Zylinderkammer β fließt in den Spannungsanlegungspfad δ durch das Kommunikationsloch 34a. Dabei fließt das Arbeitsfluid in die untere Zylinderkammer γ von der Reservoirkammer α durch das Ventilverbindungsloch 33a mit einer Menge in Entsprechung zu der Flussrate des in den Spannungsanlegungspfad δ geflossenen Arbeitsfluids.
  • Wenn sich der Kolben 36 zurückzieht, bewegt sich der Kolben 37 in dem Innenzylinder 34 nach unten und fließt das Arbeitsfluid in der unteren Zylinderkammer γ in die obere Zylinderkammer β durch das Verbindungsloch 37a. Dabei nimmt die Kolbenstange 36 ein größeres Volumen in dem Innenzylinder 34 ein und drückt dadurch das Arbeitsfluid heraus, sodass das Arbeitsfluid von der oberen Zylinderkammer β in den Spannungsanlegungspfad δ durch das Verbindungsloch 34a fließt. Dann fließt das Arbeitsfluid in die untere Zylinderkammer γ von der Reservoirkammer α durch das Ventilverbindungsloch 33a mit einer Menge in Entsprechung zu der Flussrate des in den Spannungsanlegungspfad δ geflossenen Arbeitsfluids.
  • Wenn die Kolbenstange 36 ausfährt oder sich zurückzieht, bewegt sich das in den Spannungsanlegungspfad δ durch das Verbindungsloch 34a geflossene Arbeitsfluid in dem Spannungsanlegungspfad δ zu dem Verbindungsloch 39a. Dabei weist das Arbeitsfluid in dem Spannungsanlegungspfad δ eine Viskosität in Entsprechung zu einer Potentialdifferenz zwischen dem Innenzylinder 34 und der Elektrodenröhre 38 auf. Diese Potentialdifferenz tritt aufgrund des Anlegens einer Spannung von der Hochspannungszuführeinrichtung 5 über die leitenden Drähte 71 und 72 auf. Bei dieser Konfiguration ändert sich die Bewegungsgeschwindigkeit des Arbeitsfluids in dem Spannungsanlegungspfad δ, um die für den variablen Dämpfer 3 erforderliche Dämpfungskraft zu erhalten.
  • 3 zeigt ein Beispiel einer Hochspannungsversorgungseinrichtung in dem Fahrzeugdämpfersystem. Die Hochspannungsversorgungseinrichtung 5 enthält als einen extern erregten Sperrwandler eine Verstärkerschaltung 51 und einen integrierten Steuerschaltkreis (Steuer-IC) 52. Die Verstärkerschaltung 51 führt eine Verstärkungsoperation basierend auf einem Steuersignal von dem Steuer-IC 52 durch.
  • Die Verstärkerschaltung 51 ist für jeden von vier variablen Dämpfern 3 vorgesehen, um eine Stromversorgungsspannung einer als einer Gleichstromquelle vorgesehenen Fahrzeugbatterie 6 zu verstärken und die auf diese Weise erzeugte Spannung zu jedem variablen Dämpfer 3 zuzuführen. Die Hochspannungsversorgungseinrichtung 5 enthält vier Verstärkerschaltungen 51, wobei jedoch in 3 der Einfachheit halber nur eine einzige Verstärkerschaltung 51 für einen bestimmten variablen Dämpfer 3 gezeigt ist.
  • Die Verstärkerschaltung 51 enthält einen Transformator 511, ein erstes Schaltelement 512, eine erste Diode 513 und einen Glättungskondensator 514. Die Verstärkerschaltung 51 ist an ihrer Eingangsseite mit der Fahrzeugbatterie 6 verbunden und an ihrer Ausgangsseite mit dem variablen Dämpfer 3 verbunden.
  • Der Transformator 511 weist eine derartige Form auf, dass eine primäre eingangsseitige Spule 5111 und eine sekundäre ausgangsseitige Spule 5112 um einen Kern (nicht gezeigt) gewickelt sind. In 3 gibt der solide Kreis die Polarität (Wicklungsstartposition) jeweils der primären Spule 5111 und der sekundären Spule 5112 wieder. Ein Ende der primären Spule 5111 des Transformators 511 ist mit einer positiven Elektrode der Fahrzeugbatterie 6 über einen Eingangsanschluss 503 verbunden, und das andere Ende ist mit der Karosserieerde des Fahrzeugs 1 über ein erstes Schaltelement 512 (und schließlich mit einer negativen Elektrode der Fahrzeugbatterie 6; gleiches gilt auch nachfolgend) verbunden. Ein Ende der sekundären Spule 5112 des Transformators 511 ist mit einem leitenden Draht 72 über die erste Diode 513 und den Ausgangsanschluss 502 verbunden, und das andere Ende ist mit dem leitenden Draht 71 über den Ausgangsanschluss 501 verbunden.
  • Die erste Diode 513 weist eine mit der sekundären Spule 5112 verbundene Anode und eine mit dem Ausgangsanschluss 502 verbundene Kathode auf. Bei dieser Konfiguration sieht die erste Diode 513 eine Gleichrichtungswirkung vor, die einen Stromfluss in einer Richtung von der sekundären Spule 5112 zu dem Ausgangsanschluss 502 erlaubt. Ein Glättungskondensator 514 ist parallel mit der sekundären Spule 5112 zwischen zwei Verbindungsleitungen verbunden, die die sekundäre Spule 5112 und den Ausgangsanschluss 501, 502 verbinden, um ein Pulsieren der Ausgangsspannung der Verstärkerschaltung 51 zu reduzieren. Insbesondere ist ein Ende des Glättungskondensators 514 an einem Punkt der Verbindungsleitung, die die sekundäre Spule 5112 und den Ausgangsanschluss 502 verbindet, und insbesondere zwischen der Kathode der ersten Diode 513 und dem Ausgangsanschluss 502 verbunden.
  • Das erste Schaltelement 512 ist ein Halbleiterschaltelement, das einen mit dem Steuer-IC 52 verbundenen Steueranschluss aufweist und eine Schaltoperation durchführt, wobei es insbesondere zwischen EIN und AUS basierend auf einem von dem Steuer-IC 52 eingegebenen Steuersignal geschaltet wird. Während eines EIN-Zustands des ersten Schaltelements 512 ist die primäre Spule 5111 elektrisch mit der Karosserieerde des Fahrzeugs 1 verbunden. Während eines AUS-Zustands des ersten Schaltelements 512 ist die primäre Spule 5111 elektrisch von der Karosserieerde des Fahrzeugs 1 getrennt.
  • In diesem Beispiel wird ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) als das erste Schaltelement 512 verwendet. Eine Gate-Source-Spannung Vgs, bei der das erste Schaltelement 512 eingeschaltet wird, ist als eine Gate-Schwellwertspannung Vth definiert. Das erste Schaltelement 512 ist nicht auf das MOSFET beschränkt und kann ein beliebiges Halbleiterschaltelement sein, das eine Schaltoperation basierend auf einem an seinem Steueranschluss eingegebenen Steuersignal durchführen kann. Zum Beispiel kann auch ein Bipolartransistor oder ein Bipolartransistor mit einem isolierten Gate (IGBT) verwendet werden.
  • Der Steuer-IC 52 enthält einen internen Mikrocomputer. Der Steuer-IC 52 berechnet einen Wert (Anlegungsspannungswert) einer an dem variablen Dämpfer 3 anzulegenden Spannung basierend auf einem von dem Fahrzeughöhensensor 4 über einen Eingangsanschluss 504 eingegebenen Fahrzeughöhensignal, um die Größe der Dämpfungskraft des variablen Dämpfers 3 einzustellen. Der Steuer-IC 52 führt eine Schaltsteuerung für das Ein- oder Ausschalten des ersten Schaltelements 512 basierend auf dem berechneten Anlegungsspannungswert durch. Insbesondere führt der Steuer-IC 52 eine Pulsbreitenmodulation (PWM)-Steuerung zum Erzeugen eines PWM-Signals durch, das veranlasst, dass das erste Schaltelement 512 eine Schaltoperation durchführt. Dann gibt der Steuer-IC 52 an einen Gate-Anschluss (Steueranschluss) des ersten Schaltelements 512 ein von dem PWM-Signal abgeleitetes Gate-Treibersignal (Steuersignal) aus. Ein Ein/Aus-Verhältnis (Tastverhältnis) in der Schaltoperation des ersten Schaltelements 512 wird basierend auf dem Anlegungsspannungswert gesetzt. Das PWM-Signal wird durch das Vergleichen eines Trägersignals mit einer vorbestimmten Frequenz mit einem Befehlssignal, das einen Spannungspegel in Entsprechung zu dem oben genannten Tastverhältnis angibt, erzeugt. Das resultierende PWM-Signal ist ein Rechteckwellenpulssignal mit zwei Potentialpegeln, nämlich einem hohen Potential und einem niedrigen Potential. Deshalb ist das Gate-Treibersignal ein Rechteckwellenpulssignal mit zwei Potentialpegeln, nämlich einem hohen Potential, bei dem die Gate-Source-Spannung Vgs gleich der Schwellwertspannung Vth oder höher ist, und einem niedrigen Potential, bei dem die Gate-Source-Spannung Vgs niedriger als die Gate-Schwellwertspannung Vth ist.
  • Wenn in dem Sperrwandler der Hochspannungsversorgungseinrichtung 5 das PWM-Signal bei dem hohen Potential ist, ist das von dem PWM-Signal abgeleitete Gate-Treibersignal bei dem hohen Potential, bei dem die Spannung gleich der Gate-Schwellwertspannung Vth oder höher ist, sodass das erste Schaltelement 512 eingeschaltet wird. Dann fließt ein Strom durch die primäre Spule 5111. Die Änderung in dem Magnetfluss der primären Spule 5111 erzeugt über den Kern eine induzierte elektromotorische Kraft in der sekundären Spule 5112. Jedoch weist die sekundäre Spule 5112 eine der primären Spule 5111 entgegengesetzte Polarität auf, sodass ein induzierter Strom der sekundären Spule 5112 durch eine sekundärseitige erste Diode 513 unterbrochen wird. Statt dessen fließt ein Entladestrom zu einem Ausgangsanschluss 502 von dem Glättungskondensator 514, der während des Aus-Zustands des ersten Schaltelements 512 geladen wurde. Außerdem wird eine zu der primären Spule 5111 während des EIN-Zustands des ersten Schaltelements 512 zugeführte Erregungsenergie in dem Transformator 511 akkumuliert. Wenn dagegen das von dem Steuer-IC 52 ausgegebene PWM-Signal bei dem niedrigen Potential ist, wird das erste Schaltelement 512 basierend auf dem PWM-Signal ausgeschaltet. Dann wird eine induzierte elektromotorische Kraft in der sekundären Spule 5112 in einer entgegengesetzten Richtung erzeugt, sodass der induzierte Strom der sekundären Spule 5112 zu dem Ausgangsanschluss 502 durch die sekundärseitige erste Diode 513 fließt. Daraus resultiert, dass die in dem Transformator 511 akkumulierte Erregungsenergie zu dem variablen Dämpfer 3 freigesetzt wird und außerdem der Glättungskondensator 514 geladen wird.
  • In diesem Beispiel enthält der Sperrwandler der Hochspannungsversorgungseinrichtung 5 weiterhin eine EIN-Zeitpunkt-Erfassungsschaltung 53 für jede Verstärkerschaltung 51. Die EIN-Zeitpunkt-Erfassungsschaltung 53 erfasst den Zeitpunkt für das Einschalten des ersten Schaltelements 512. Im Folgenden wird mit Bezug auf 7 beschrieben, warum die EIN-Zeitpunkt-Erfassungsschaltung 53 vorgesehen wird, wobei insbesondere auf die Probleme eines herkömmlichen Sperrwandlers Bezug genommen wird.
  • 7 ist ein Betriebswellenformdiagramm des herkömmlichen Sperrwandlers. Obwohl nicht gezeigt, wird angenommen, dass der herkömmliche Sperrwandler die gleiche Konfiguration aufweist wie der extern erregte Sperrwandler der Hochspannungsversorgungseinrichtung 5 mit Ausnahme der EIN-Zeitpunkt-Erfassungsschaltung 53. Im Folgenden werden gleiche Komponenten durch identische Bezugszeichen angegeben.
  • 7A zeigt die Wechselzeit einer Drain-Source-Spannung Vds des ersten Schaltelements 512. 7B zeigt die Wechselzeit der Gate-Source-Spannung Vgs des ersten Schaltelements 512, d.h. des Gate-Antriebssignals. 7C zeigt die Änderungszeit für einen Vorwärtsstrom lf der ersten Diode 513.
  • Wenn in dem herkömmlichen Sperrwandler während des Betriebs in einem diskontinuierlichen Strommodus das erste Schaltelement 512 in einer AUS-Periode (Toff) ist, und der Vorwärtsstrom lf gleich null wird (Zeit tα), wird eine Resonanz (ein Schwingen) induziert. Diese Resonanz hängt zum Beispiel von der Erregungsinduktivität des Transformators 511 und der parasitären Kapazität des ersten Schaltelements 512 ab. Die Resonanzwellenform wird als eine Wechselzeit der Drain-Source-Spannung Vds definiert und durch die durchgezogene Linie von der Zeit tα zu der Zeit tβ und die gepunktete Linie von der Zeit tβ angegeben. Sofern nicht das erste Schaltelement 512 eingeschaltet wird, wird die Oszillation der Drain-Source-Spannung Vds allmählich zu einer Eingangsspannung VinDC gedämpft. Dabei wird davon ausgegangen, dass bei dem extern erregten Sperrwandler die folgende Gefahr gegeben ist. Wenn nämlich angenommen wird, dass das erste Schaltelement 512 eine konstante Schaltfrequenz aufweist, kann das erste Schaltelement 512 eingeschaltet werden, wenn die Drain-Source-Spannung Vds unter der gleichen Bedingung relativ hoch ist (zum Beispiel bei einer Spitze der Resonanzwellenform). In diesem Fall kann der Schaltverlust in dem ersten Schaltelement 512 beträchtlich größer werden. Um dies zu verhindern, sind einige extern erregte Sperrwandler aus dem Stand der Technik derart ausgebildet, dass sie die Zeit zum Einschalten des ersten Schaltelements 512 einstellen, um den Schaltverlust unter der Resonanzbedingung zu reduzieren. Bei dieser Konfiguration kann das erste Schaltelement 512 zu dem Zeitpunkt (Zeit tβ), zu dem die Drain-Source-Spannung Vds einen minimalen Wert (Tal) Vmin unter der Resonanzbedingung erreicht, eingeschaltet werden.
  • Wenn jedoch das erste Schaltelement 512 zu dem Zeitpunkt (Zeit tβ), zu dem die Drain-Source-Spannung Vds den minimalen Wert Vmin erreicht, eingeschaltet wird, kann die Drain-Source-Spannung Vds bereits niedriger als die Eingangsspannung VinDC sein und kann die in dem Transformator 511 akkumulierte Energie freigesetzt und dementsprechend reduziert werden. Dies führt zu einer Verschlechterung der Verstärkungseigenschaft in einem folgenden Prozess.
  • Im Gegensatz dazu wird für eine Verbesserung der Verstärkungseigenschaft das erste Schaltelement 512 vorzugsweise zu dem Zeitpunkt (Zeit tα), zu dem der Vorwärtsstrom lf null wird, eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt kann jedoch die Drain-Source-Spannung Vds höher als die Eingangsspannung VinDC sein und kann sich also der Schaltverlust vergrößern.
  • Angesichts dessen ist die EIN-Zeitpunkt-Erfassungsschaltung 53 in dem Sperrwandler der Hochspannungsversorgungseinrichtung 5 vorgesehen, um eine entsprechende Einschaltzeit unter Berücksichtigung eines Ausgleichs zwischen der Verstärkungs- und Schaltverlusteigenschaften zu identifizieren. Mit anderen Worten ist die EIN-Zeitpunkt-Erfassungsschaltung 53 vorgesehen, um eine Einschaltzeit zu identifizieren, mit der die Verstärkungseigenschaft oder die Schaltverlusteigenschaft nicht übermäßig verschlechtert wird.
  • Wie in 3 gezeigt, umfasst die EIN-Zeitpunkt-Erfassungsschaltung 53 eine zweite Diode 531, einen Widerstand 532 und einen Vergleicher 533 in einem Pfad, der von dem gleichen Punkt zwischen der primären Spule 5111 und dem ersten Schaltelement 512 verzweigt. Die zweite Diode 531 weist eine Anode auf, die zwischen der primären Spule 5111 und einem Drain-Anschluss des ersten Schaltelements 512 verbunden ist. Die zweite Diode 531 weist eine Kathode auf, die mit der Karosserieerde des Fahrzeugs 1 über den Widerstand 532 verbunden ist. Die zweite Diode 531 weist einen Vorwärtsspannungsabfall Vf auf, sodass die Kathodenspannung der zweiten Diode 531 von der Drain-Source-Spannung Vds um eine gegebene Größe des Spannungsabfalls ΔV (=Vf) pegelverschoben wird.
  • Der Vergleicher 533 weist einen positiven Eingangsanschluss auf, der zwischen der Kathode der zweiten Diode 531 und dem Widerstand 532 verbunden ist. Der Vergleicher 533 weist einen negativen Eingangsanschluss auf, der mit der Karosserieerde des Fahrzeugs 1 verbunden ist. Der Vergleicher 533 weist einen Ausgangsanschluss auf, der mit dem Steuer-IC 52 verbunden ist. Der Vergleicher 533 gibt die Spannung mit zwei Potentialpegeln, nämlich einem hohen Potential und einem niedrigen Potential, basierend auf dem Ergebnis eines Vergleichs von zwei Vergleichereingangsspannungen, die zu dem positiven Eingangsanschluss und dem negativen Eingangsanschluss eingegeben werden, aus. Der Vergleicher kann ein Mehrzweck-Betriebsverstärker sein.
  • In der EIN-Zeitpunkt-Erfassungsschaltung 53 wird die Kathodenspannung der zweiten Diode 531 von der Drain-Source-Spannung Vds um die Größe des Spannungsabfalls ΔV in Entsprechung zu dem Vorwärtsspannungsabfall Vf der zweiten Diode 531 pegelverschoben. Deshalb wird eine Vergleichereingangsspannung Vc , die als eine Vergleichsspannung an dem positiven Eingangsanschluss des Vergleichers 533 anzulegen ist, durch (Vds - Vf ) definiert. Wenn die Vergleichereingangsspannung Vc gleich dem Erdpotential ist, gibt der Vergleicher 533 eine Vergleicherausgangsspannung V0 mit dem niedrigen Potential zu dem Steuer-IC 52 aus. Wenn dagegen die Vergleichereingangsspannung Vc höher als das Erdpotential ist, gibt der Vergleicher 533 die Vergleicherausgangsspannung V0 mit dem hohen Potential zu dem Steuer-IC 52 aus.
  • Der Steuer-IC 52 ist wie folgt konfiguriert. Der Steuer-IC 52 erfasst eine Abfallflanke der Vergleicherausgangsspannung V0 , die von dem hohen Potential zu dem niedrigen Potential verschoben ist. In Reaktion auf die Abfallflanke gibt der Steuer-IC 52 zu dem Gate-Anschluss des ersten Schaltelements 512 ein Gate-Treibersignal, das das erste Schaltelement 512 einschaltet, aus. Insbesondere ist der Steuer-IC 52 konfiguriert, um die Schaltfrequenz des ersten Schaltelements 512 einzustellen.
  • Der Steuer-IC 52 kann die Schaltfrequenz zum Beispiel wie folgt einstellen. Der Steuer-IC 52 erfasst eine Abfallflanke der Vergleicherausgangsspannung V0 unter Verwendung einer Abfallflankenerfassungsschaltung wie etwa einer Differenzierungsschaltung. Wenn die Abfallflanke der Vergleicherausgangsspannung V0 erfasst wird, erzeugt der Steuer-IC 52 ein Sägezahnwellen-Trägersignal mit einem Zyklus zwischen wenigstens zwei Abfallflanken als einem Zyklus. Wenn die Abfallflanke des Vergleicherausgangssignals V0 in der Mitte eines Zyklus des Trägersignals erfasst wird, erzeugt der Steuer-IC 52 ein Trägersignal für den nächsten Zyklus sofort in der oben genannten Weise. Der Steuer-IC 52 vergleicht das auf diese Weise erzeugte Trägersignal mit dem Befehlssignal in Entsprechung zu dem Tastverhältnis, um ein PWM-Signal zu erzeugen. Das durch das Vergleichen des Sägezahnwellen-Trägersignals mit dem Befehlssignal erzeugte PWM-Signal weist am Beginn jedes Trägerzyklus das hohe Potential auf im Gegensatz zu einem durch das Vergleichen eines Dreieckswellen-Trägersignals mit einem Befehlssignal erzeugten PWM-Signal. Die Abfallflanke des Vergleicherausgangsspannung V0 kann also im Wesentlichen mit der Einschaltzeit des ersten Schaltelements 512 synchronisiert werden. Wenn der Steuer-IC 52 das nächste Mal die Abfallflanke der Vergleicherausgangsspannung V0 erfasst, erzeugt der Steuer-IC 52 ein PWM-Signal in der oben genannten Weise. Was die Einstellung der Schaltfrequenz in dem Steuer-IC 52 angeht, kann die Einstellung teilweise oder vollständig dadurch bewerkstelligt werden, dass der interne Mikrocomputer eine Software ausführt, sofern dadurch die PWM-Steuerung nicht verzögert wird.
  • 4 ist ein Betriebswellenformdiagramm des Sperrwandlers in der Hochspannungsversorgungseinrichtung. Es ist zu beachten, dass sich das Betriebswellenformdiagramm von 4 auf die Resonanz konzentriert, die während des Betriebs in einem nicht-kontinuierlichen Modus induziert wird, wenn das erste Schaltelement 512 in einer AUS-Periode (Toff) ist und der Vorwärtsstrom lf null wird. Deshalb erstreckt sich die Zeitachse weiter als in dem Betriebswellenformdiagramm von 7 gezeigt.
  • 4A zeigt die Änderungen über die Zeit der Drain-Source-Spannung Vds des ersten Schaltelements 512 und der Vergleichereingangsspannung Vc . 4B zeigt die Änderung über die Zeit der Vergleicherausgangsspannung V0 . 4C zeigt die Änderung über die Zeit der Gate-Source-Spannung Vgs des ersten Schaltelements 512, d.h. das Gate-Treibersignal. 4D zeigt die Änderung über die Zeit des Vorwärtsstroms lf der ersten Diode 513.
  • Wenn der Vorwärtsstrom lf der ersten Diode 513 zu der Zeit tα null wird, beginnt sich die Drain-Source-Spannung Vds des ersten Schaltelements 512 aufgrund der Resonanz zu reduzieren. Die Vergleichereingangsspannung Vc ist eine durch die zweite Diode 531 von der Drain-Source-Spannung Vds um die Größe des Spannungsabfalls ΔV pegelverschobene Spannung. Die Vergleichereingangsspannung Vc beginnt sich zusammen mit der Drain-Source-Spannung Vds zu reduzieren. Zu diesem Zeitpunkt ist die Vergleichereingangsspannung Vc höher als das Erdpotential, sodass also die Vergleicherausgangsspannung V0 bei dem hohen Potential gehalten wird. Weiterhin wird der Sperrwandler der Hochspannungsversorgungseinrichtung 5 in dem nicht-kontinuierlichen Modus betrieben, sodass die Gate-Source-Spannung Vgs (Gate-Treibersignal) des ersten Schaltelements 512 auch bei dem niedrigen Potential gehalten wird.
  • Wenn die Größe des Spannungsabfalls ΔV wie nachfolgend genannt gesetzt wird, wird die Vergleichereingangsspannung Vc zu der Zeit tc zwischen der Zeit tb, zu der die Drain-Source-Spannung Vds des ersten Schaltelements 512 zu der Eingangsspannung VinDC reduziert wird, und der Zeit td, zu der die Drain-Source-Spannung Vds den minimalen Wert Vmin unter der Resonanzbedingung erreicht, zu dem Erdpotential reduziert. Daraus resultiert, dass die Vergleicherausgangsspannung V0 von dem hohen Potential zu dem niedrigen Potential verschoben wird.
  • Wenn die Abfallflanke der Vergleicherausgangsspannung V0 erfasst wird, verschiebt der Steuer-IC 52 das PWM-Signal von dem niedrigen Potential zu dem hohen Potential in Reaktion auf die Abfallflanke. Dann wird die Gate-Source-Spannung Vgs (Gate-Treibersignal) von dem niedrigen Potential zu dem hohen Potential verschoben. Mit dieser Operation wird das erste Schaltelement 512 bei der Drain-Source-Spannung Vds zwischen der Eingangsspannung VinDC und dem minimalen Wert Vmin eingeschaltet.
  • Danach wird zu der Zeit tc die Gate-Source-Spannung Vgs (Gate-Treibersignal) zu dem niedrigen Potential in Reaktion auf die Abfallflanke des PWM-Signals verschoben. Dann wird das erste Schaltelement 512 ausgeschaltet und wird die Drain-Source-Spannung Vds wieder erhöht. Außerdem wird die während des EIN-Zustands des ersten Schaltelements 512 akkumulierte Erregungsenergie freigesetzt, sodass der Vorwärtsstrom lf der ersten Diode 513 schnell erhöht wird. Danach überschreitet die Vergleichereingangsspannung Vc das Erdpotential wieder, sodass die Vergleicherausgangsspannung V0 von dem niedrigen Potential zu dem hohen Potential verschoben wird. Es ist zu beachten, dass der Steuer-IC 52 nicht ausgebildet ist, um das PWM-Signal oder das Gate-Treibersignal von dem hohen Potential zu dem niedrigen Potential in Reaktion auf eine Anstiegsflanke der Vergleicherausgangsspannung V0 zu verschieben.
  • 5 ist ein Kurvendiagramm, das zeigt, wie die Größe des Spannungsabfalls in der Pegelverschiebung von der Drain-Source-Spannung gesetzt wird, um eine Vergleichereingangsspannung zu erzeugen. 5 zeigt einen entsprechenden Bereich (schraffierter Teil) der Vergleichereingangsspannung Vc in Bezug auf die Drain-Source-Spannung Vds in der oben genannten Dauer von der Zeit ta zu der Zeit td (siehe 4). Wie oben beschrieben, soll der Sperrwandler der Hochspannungsversorgungseinrichtung 5 das erste Schaltelement 512 zu einem korrekten Zeitpunkt unter Berücksichtigung eines Ausgleichs zwischen der Verstärkungseigenschaft und der Schaltverlusteigenschaft einschalten. Dazu wird die Größe des Spannungsabfalls ΔV, bei welcher die Drain-Source-Spannung Vds pegelverschoben werden soll, um die Vergleichereingangsspannung Vc zu erzeugen, wie folgt gesetzt. Die Größe des Spannungsabfalls ΔV wird derart gesetzt, dass die Vergleichereingangsspannung Vc das Erdpotential zwischen der Zeit tb, zu welcher die Drain-Source-Spannung Vds des ersten Schaltelements 512 zu der Eingangsspannung VinDC reduziert wird, und der Zeit td, zu welcher die Drain-Source-Spannung Vds den minimalen Wert Vmin unter der Resonanzbedingung erreicht, erreicht. Insbesondere wenn die Vergleichereingangsspannung Vc (Vc1) zu dem Erdpotential reduziert wird, wenn die Drain-Source-Spannung Vds des ersten Schaltelements 512 den minimalen Wert Vmin unter der Resonanzbedingung erreicht, liegt die Größe des Spannungsabfalls ΔV bei der unteren Grenze V1. Wenn die Vergleichereingangsspannung Vc (Vc2) zu dem Erdpotential reduziert wird, wenn die Drain-Source-Spannung Vds des ersten Schaltelements 512 zu der Eingangsspannung VinDC reduziert wird, liegt die Größe des Spannungsabfalls ΔV bei der oberen Grenze V2. Dementsprechend wird die Größe des Spannungsabfalls ΔV (=Vf) bei der Pegelverschiebung durch die zweite Diode 531 entsprechend in dem Bereich gesetzt, der größer als die untere Grenze V1 und kleiner als die obere Grenze V2 ist (V1<ΔV<V2). Mit anderen Worten wird die zweite Diode 531 derart ausgewählt, dass sie einen Vorwärtsspannungsabfall Vf aufweist, der die Beziehung V1<Vf<V2 erfüllt.
  • Wie sich dabei die Drain-Source-Spannung Vds über die Zeit ändert, variiert in Abhängigkeit von einer Schaltbedingung des Sperrwandlers. Deshalb werden die untere Grenze V1 und die obere Grenze V2 der Größe des Spannungsabfalls ΔV zum Beispiel unter Berücksichtigung von verschiedenen Änderungen in der Schaltbedingung wie anhand von Simulationen oder Experimenten erwartet gesetzt. Die Änderungen in der Schaltbedingung umfassen Variationen der Eingangsspannung VinDC, die aus einer Änderung der Stromversorgungsspannung der Fahrzeugbatterie 6 resultieren, und Variationen einer Anlegungsspannung, die aus der Änderung der erforderlichen Dämpfungskraft des variablen Dämpfers 3 resultieren. Zum Beispiel variiert der minimale Wert Vmin der Drain-Source-Spannung Vds unter der Resonanzbedingung in Abhängigkeit von der Schaltungsbedingung. Wenn also die Vergleichereingangsspannung Vc (Vc1) zu dem Erdpotential reduziert wird, wenn die Drain-Source-Spannung Vds des ersten Schaltelements 512 den minimalen Wert Vmin erreicht, der in dem Variationsbereich am größten ist, wird die untere Grenze V1 zu der Größe des Spannungsabfalls ΔV gesetzt. Außerdem entspricht die obere Grenze V2 der Eingangsspannung VinDC unabhängig von den Variationen der Drain-Source-Spannung Vds, die aus der Änderung der Schaltungsbedingung resultieren. Die Eingangsspannung VinDC variiert jedoch in Abhängigkeit von der Änderung der Stromversorgungsspannung der Fahrzeugbatterie 6, sodass die obere Grenze V2 zu dem minimalen Wert in dem Variationsbereich der Eingangsspannung VinDC gesetzt wird.
  • Dabei kann das erste Schaltelement 512 alternativ dazu auch eingeschaltet werden, wenn die Drain-Source-Spannung Vds eine vorbestimmten Spannung Vx zwischen der Eingangsspannung VinDC und dem minimalen Wert Vmin erreicht, ohne die von der Drain-Source-Spannung Vds pegelverschobene Vergleichereingangsspannung Vc zu verwenden. In diesem Fall benötigt der Vergleicher eine Referenzspannungserzeugerschaltung, um als eine Referenzspannung die vorbestimmte Spannung Vx für den Vergleich mit der Drain-Source-Spannung Vds zu erzeugen. Wenn jedoch angenommen wird, dass die Referenzspannungserzeugerschaltung eine geringe Ausgabestabilität aufweist, besteht die Gefahr, dass das erste Schaltelement 512 bei der Drain-Source-Spannung Vds zwischen der Eingangsspannung VinDC und dem minimalen Wert Vmin unter Berücksichtigung der Variationen der Eingangsspannung VinDC und des minimalen Werts Vmin nicht eingeschaltet werden kann. Wenn zum Beispiel ein Einfluss der Temperaturabhängigkeit oder eine Änderung der Stromversorgungsspannung der Fahrzeugbatterie 6 unterdrückt wird, um die Ausgabestabilität der Referenzspannungserzeugerschaltung zu verbessern, ist die Schaltungskonfiguration kompliziert und sind die Montagefläche und die Produktkosten erhöht. Im Gegensatz dazu vergleicht der Sperrwandler der Hochspannungsversorgungseinrichtung 5 das Erdpotential mit der Vergleichereingangsspannung Vc , die um die Größe des Spannungsabfalls ΔV von der Drain-Source-Spannung Vds pegelverschoben ist. Dies ist vorteilhaft, weil hierfür keine Referenzspannungserzeugerschaltung mit einer hohen Stabilität erforderlich ist.
  • Bei dem Sperrwandler der Hochspannungsversorgungseinrichtung 5 kann das erste Schaltelement 512 zu einem entsprechenden Zeitpunkt unter Berücksichtigung eines Ausgleichs zwischen der Verstärkungseigenschaft und der Schaltverlusteigenschaft unter Verwendung einer relativ einfachen Konfiguration eingeschaltet werden.
  • Ausführungsform 2
  • Im Folgenden wird eine Lasttreibervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der Ausführungsform 2 wird angenommen, dass die Lasttreibervorrichtung eine Hochspannungsversorgungseinrichtung ist, die in einem Fahrzeugdämpfersystem wie in der Ausführungsform 1 verwendet wird. Gleiche Komponenten wie in der Ausführungsform 1 werden durch identische Bezugszeichen angegeben und hier nicht wiederholt ausführlich beschrieben.
  • 6 zeigt ein Beispiel der Hochspannungsversorgungseinrichtung in dem Fahrzeugdämpfersystem. Eine Hochspannungsversorgungseinrichtung 5a des Fahrzeugdämpfersystems umfasst als den Sperrwandler eine Verstärkungsschaltung 51, einen Steuer-IC 52 und eine EIN-Zeitpunkt-Erfassungsschaltung 53a.
  • Die EIN-Zeitpunkt-Erfassungsschaltung 53a enthält ein zweites Schaltelement 534 anstelle der zweiten Diode 531. Das zweite Schaltelement 534 ist ein N-Kanal-MOSFET mit einer Gate-Schwellwertspannung Vth und weist die gleiche Spannungsabfalleigenschaft und Temperaturabhängigkeit wie das erste Schaltelement 512 auf. Das zweite Schaltelement 534 weist einen Drain-Anschluss und einen Gate-Anschluss auf, die zwischen der primären Spule 5111 und dem Drain-Anschluss des ersten Schaltelements 512 verbunden sind. Das zweite Schaltelement 534 weist einen Source-Anschluss auf, der mit der Karosserieerde des Fahrzeugs 1 über den Widerstand 532 verbunden ist. Der Vergleicher 533 weist den positiven Eingangsanschluss auf, der zwischen einem Source-Anschluss des zweiten Schaltelements 534 und dem Widerstand 532 verbunden ist.
  • Das zweite Schaltelement 534 ist ein Dioden-verbundener MOS mit einem kurzgeschlossenen Drain-Anschluss und Gate-Anschluss. Das zweite Schaltelement 534 funktioniert als eine Diode mit einem Vorwärtsspannungsabfall in Entsprechung zu der Gate-Schwellwertspannung Vth. Deshalb wird in dem EIN-Zustand des zweiten Schaltelements 534 eine Source-Spannung des zweiten Schaltelements 534 von der Drain-Source-Spannung Vds des ersten Schaltelements 512 um eine gegebene Größe des Spannungsabfalls ΔV (=Vth) pegelverschoben. Die Größe des Spannungsabfalls ΔV (=Vth) in der Pegelverschiebung durch das zweite Schaltelement 534 wird entsprechend in dem oben genannten Bereich (V1<ΔV<V2) gesetzt. Insbesondere wird das zweite Schaltelement 534 derart ausgewählt, dass die Gate-Schwellwertspannung Vth die Beziehung V1<Vth<V2 erfüllt.
  • Der Vergleicher 533 gibt die Vergleicherausgangsspannung V0 mit dem niedrigen Potential zu dem Steuer-IC 52 aus, wenn die Vergleichereingangsspannung Vc (=Vds-Vth) gleich dem Erdpotential ist. Umgekehrt gibt der Vergleicher 533 die Vergleicherausgangsspannung V0 mit dem hohen Potential zu dem Steuer-IC 52 aus, wenn die Vergleichereingangsspannung Vc höher als das Erdpotential ist. Der Steuer-IC 52 erfasst die Abfallflanke der Vergleicherausgangsspannung V0 . Dann gibt der Steuer-IC 52 in Reaktion auf die Abfallflanke zu dem Gate-Anschluss des ersten Schaltelements 512 ein Gate-Treibersignal, das das erste Schaltelement 512 einschaltet, aus. Durch diese Operation wird das erste Schaltelement 512 bei der Drain-Source-Spannung Vds zwischen der Eingangsspannung VinDC und dem minimalen Wert Vmin eingeschaltet.
  • Bei dem oben beschriebenen Sperrwandler der Hochspannungsversorgungseinrichtung 5a kann das erste Schaltelement 512 zu einem entsprechenden Zeitpunkt unter Berücksichtigung eines Ausgleichs zwischen der Verstärkungseigenschaft und der Schaltverlusteigenschaft unter Verwendung einer relativ einfachen Konfiguration wie in der Ausführungsform 1 eingeschaltet werden.
  • Weiterhin verwendet der Sperrwandler der Hochspannungsversorgungseinrichtung 5a als ein Element, das einen Spannungsabfall in der EIN-Zeitpunkt-Erfassungsschaltung 53a veranlasst, ein zweites Schaltelement 534 mit einer äquivalenten Spannungsabfalleigenschaft und wiederum einer äquivalenten Temperaturabhängigkeit zu dem ersten Schaltelement 512. Also auch wenn sich die Drain-Source-Spannung Vds in Abhängigkeit von der Schaltbedingung und der Umgebungstemperatur ändert, kann das zweite Schaltelement 534 die Spannung um die Größe des Spannungsabfalls ΔV in Entsprechung zu dem Grad der oben genannten Änderung pegelverschieben. Dementsprechend kann ein Einfluss der Änderungen in der Schaltungsbedingung und der Umgebungstemperatur unterdrückt werden, sodass das Schaltelement einfacher zu einem richtigen Zeitpunkt unter Berücksichtigung eines Ausgleichs zwischen der Verstärkungseigenschaft und der Schaltverlusteigenschaft eingeschaltet werden kann.
  • Wenn in den oben beschriebenen Ausführungsformen 1 und 2 die Drain-Source-Spannung Vds durch Resonanz zu dem Erdpotential reduziert wird, wird die Größe des Spannungsabfalls ΔV wie folgt gesetzt. Die Größe des Spannungsabfalls ΔV wird derart gesetzt, dass die Vergleichereingangsspannung Vc das Erdpotential zwischen der Zeit tb, zu der die Drain-Source-Spannung Vds des ersten Schaltelements 512 zu der Eingangsspannung VinDC reduziert wird, und der Zeit, zu der die Drain-Source-Spannung Vds das Erdpotential erreicht, erreicht.
  • In den oben beschriebenen Ausführungsformen 1 und 2 ist Folgendes denkbar: ein Erdpotential ist niedriger an einem Erdpunkt, an dem der positive Eingangsanschluss des Vergleichers 533 über den Widerstand 532 verbunden ist, als an einem Erdpunkt, an dem der negative Eingangsanschluss des Vergleichers 533 verbunden ist. Wenn in diesem Fall die Größe des Spannungsabfalls ΔV derart gesetzt ist, dass die Vergleichereingangsspannung Vc das Erdpotential um die Zeit td herum erreicht (5), zu der die Drain-Source-Spannung Vds den minimalen Wert Vmin erreicht, kann die Vergleichereingangsspannung Vc des positiven Eingangsanschlusses unter Umständen nicht zu dem Erdpotential des negativen Eingangsanschlusses reduziert werden. Um dies zu verhindern, kann der Vergleicher 533 derart ausgewählt werden, dass er die folgende Eingangsversatzspannung aufweist. Als der Vergleicher 533 kann ein Vergleicher ausgewählt werden, in dem, wenn die Vergleicherausgangsspannung V0 bei dem niedrigen Potential ist, die Eingangsspannung des negativen Eingangsanschlusses höher ist als die Eingangsspannung des positiven Eingangsanschlusses. Bei dieser Konfiguration ist das Erdpotential des negativen Eingangsanschlusses zu einer positiven Seite versetzt. Also auch wenn die Vergleichereingangsspannung Vc des positiven Eingangsanschlusses nicht zu dem Erdpotential des negativen Eingangsanschlusses reduziert wird, kann die Vergleicherausgangsspannung V0 von dem hohen Potential zu dem niedrigen Potential verschoben werden.
  • Für die oben beschriebenen Ausführungsformen 1 und 2 wird angenommen, dass die EIN-Zeitpunkt-Erfassungsschaltung 53, 53a außerhalb des Steuer-IC 52 vorgesehen ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, wobei die EIN-Zeitpunkt-Erfassungsschaltung 53, 53a teilweise oder vollständig in dem Steuer-IC 52 integriert sein kann.
  • In der oben beschriebenen Ausführungsform 2 ist das zweite Schaltelement 534 nicht auf einen N-Kanal-MOSFET beschränkt und kann ein beliebiges Element, das Dioden-verbunden ist, um einen Spannungsabfall in Entsprechung zu dem Vorwärts-Spannungsabfall vorzusehen, wie etwa ein NPN-Transistor, in dem der Kollektor und die Basis kurzgeschlossen sind, sein.
  • In der oben beschriebenen Ausführungsform 2 weisen das erste Schaltelement 512 und das zweite Schaltelement 534 die gleiche Spannungsabfalleigenschaft, d.h. die gleiche Gate-Schwellwertspannung, auf. In einer anderen Ausführungsform können das erste Schaltelement 512 und das zweite Schaltelement 534 verschiedene Spannungsabfalleigenschaften, d.h. Gate-Schwellwertspannungen, aufweisen. Auch mit dieser Konfiguration werden die gleichen Effekte wie bei dem Sperrwandler der Ausführungsform 1, der die zweite Diode 531 verwendet, erhalten.
  • Die Lasttreibervorrichtung muss lediglich eine Last mit einer Ausgabe des Sperrwandlers treiben und ist nicht auf eine Hochspannungsversorgungseinrichtung 5, die eine Spannung für das Anlegen an dem variablen Dämpfer zuführt, beschränkt. Zum Beispiel kann die Last ein Kraftstoffeinspritzventil sein und kann die Lasttreibervorrichtung eine Kraftstoffeinspritz-Steuereinrichtung, die einen Sperrwandler für das Zuführen einer Treiberspannung enthält, sein.
  • Die Erfindung wurde vorstehend anhand der Ausführungsformen 1 und 2 beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, die auch auf verschiedene Weise modifiziert werden können, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird. Weiterhin können die jeweils für die Ausführungsformen 1 und 2 beschriebenen technische Merkmale auch miteinander kombiniert werden, sofern dies technisch eine Sinn ergibt.
  • Bezugszeichenliste
    • 3
    variabler Dämpfer
    5, 5a
    Hochspannungsversorgungseinrichtung
    6
    Fahrzeugbatterie
    51
    Verstärkerschaltung
    52
    Steuer-IC
    53, 53a
    EIN-Zeitpunkt-Erfassungsschaltung
    511
    Transformator
    512
    erstes Schaltelement
    531
    zweite Diode
    533
    Vergleicher
    534
    zweites Schaltelement
    5111
    primäre Spule
    5112
    sekundäre Spule
    Vds
    Drain-Source-Spannung
    Vc
    Vergleichereingangsspannung
    V0
    Vergleicherausgangsspannung
    ΔV
    Spannungsabfall
    VgS
    Gate-Source-Spannung
    Vth
    Gate-Schwellwertspannung
    Vf
    Vorwärtsspannungsabfall
  • ursprüngliche Ansprüche
    • 1. Lasttreibervorrichtung, die einen Sperrwandler enthält, wobei der Sperrwandler umfasst:
      • einen Transformator, der eine primäre Spule für die Verbindung mit einer Stromversorgung und eine sekundäre Spule für die Verbindung mit einer Last enthält, und
      • ein Schaltelement, das auf einer Erdungsseite der primären Spule vorgesehen ist und eine an der primären Spule anzulegende Spannung steuert,
      • wobei die Lasttreibervorrichtung konfiguriert ist zum Erzeugen einer Vergleichsspannung, die niedriger als eine Spannung zwischen der primären Spule und dem Schaltelement ist, und zum Schalten des Schaltelements von einem AUS-Zustand zu einem EIN-Zustand, wenn die Vergleichsspannung zu einer vorbestimmten Spannung reduziert ist.
    • 2. Lasttreibervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vergleichsspannung durch eine Diode erzeugt wird, die die Spannung zwischen der primären Spule und dem Schaltelement um eine vorbestimmte Größe eines Spannungsabfalls reduziert.
    • 3. Lasttreibervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Diode in einem Pfad vorgesehen ist, der von einem Punkt zwischen der primären Spule und dem Schaltelement verzweigt.
    • 4. Lasttreibervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vergleichsspannung durch ein Diodenverbundenes Spannungsabfallelement erzeugt wird, das die Spannung zwischen der primären Spule und dem Schaltelement um eine vorbestimmte Größe des Spannungsabfalls reduziert.
    • 5. Lasttreibervorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Spannungsabfallelement in einem Zweig vorgesehen ist, der von einem Punkt zwischen der primären Spule und dem Schaltelement verzweigt.
    • 6. Lasttreibervorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Spannungsabfallelement die gleiche Eigenschaft wie das Schaltelement aufweist.
    • 7. Lasttreibervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Spannung bei einem Erdpotential liegt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP H10178776 A [0003]

Claims (9)

  1. (geändert) Lasttreibervorrichtung, die einen Sperrwandler enthält, wobei der Sperrwandler umfasst: einen Transformator, der eine primäre Spule für die Verbindung mit einer Stromversorgung und eine sekundäre Spule für die Verbindung mit einer Last enthält, und ein Schaltelement, das auf einer Erdungsseite der primären Spule vorgesehen ist und eine an der primären Spule anzulegende Spannung steuert, wobei die Lasttreibervorrichtung konfiguriert ist zum Erzeugen einer Vergleichsspannung, die niedriger als eine Spannung zwischen der primären Spule und dem Schaltelement ist, und zum Schalten des Schaltelements von einem AUS-Zustand zu einem EIN-Zustand, wenn die Vergleichsspannung zu einer vorbestimmten Spannung reduziert ist, und wobei die Vergleichsspannung durch eine Diode erzeugt wird, die die Spannung zwischen der primären Spule und dem Schaltelement um eine vorbestimmte Größe eines Spannungsabfalls reduziert.
  2. (gestrichen)
  3. (geändert) Lasttreibervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Diode in einem Pfad vorgesehen ist, der von einem Punkt zwischen der primären Spule und dem Schaltelement verzweigt.
  4. (geändert) Lasttreibervorrichtung, die einen Sperrwandler enthält, wobei der Sperrwandler umfasst: einen Transformator, der eine primäre Spule für die Verbindung mit einer Stromversorgung und eine sekundäre Spule für die Verbindung mit einer Last enthält, und ein Schaltelement, das auf einer Erdungsseite der primären Spule vorgesehen ist und eine an der primären Spule anzulegende Spannung steuert, wobei die Lasttreibervorrichtung konfiguriert ist zum Erzeugen einer Vergleichsspannung, die niedriger als eine Spannung zwischen der primären Spule und dem Schaltelement ist, und zum Schalten des Schaltelements von einem AUS-Zustand zu einem EIN-Zustand, wenn die Vergleichsspannung zu einer vorbestimmten Spannung reduziert ist, und wobei die Vergleichsspannung durch ein Dioden-verbundenes Spannungsabfallelement erzeugt wird, das die Spannung zwischen der primären Spule und dem Schaltelement um eine vorbestimmte Größe eines Spannungsabfalls reduziert.
  5. (geändert) Lasttreibervorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Spannungsabfallelement in einem Pfad vorgesehen ist, der von einem Punkt zwischen der primären Spule und dem Schaltelement verzweigt.
  6. Lasttreibervorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Spannungsabfallelement die gleiche Eigenschaft wie das Schaltelement aufweist.
  7. Lasttreibervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Spannung bei einem Erdpotential liegt.
  8. Lasttreibervorrichtung nach Anspruch 4, wobei die vorbestimmte Spannung bei einem Erdpotential liegt.
  9. Lasttreibervorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Spannungsabfallelement ein Schaltelement, das als eine Diode funktioniert, ist.
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