JP2004175352A - 安定化供給電圧を発生するための回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 改良された安定化供給電圧発生回路装置を提供する。
【解決手段】 本発明により、温度変数によって電圧調整器の作動モードを選択する安定化供給電圧発生回路装置が提供される。ここでは、特に、自動車内の電子式消費機器への電圧供給のために本発明を使用するように設計されている。電圧調整器の作動の間に、回路装置の作動を表わしまたはこの作動に影響を与える変数を示す温度変数が測定される。ここで、本発明の本質は、電圧調整器は実際作動の間に少なくとも２つの作動モードで作動可能であり且つその時点の作動モードの選択が測定温度変数の関数として行われることにある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、安定化供給電圧を発生するための回路装置、および特に自動車内の電子式消費機器用の安定化供給電圧を発生するための回路装置に関するものである。

自動車機能が搭載エレクトロニクスに取り入れられる例が増えたことにより、故障および電源変動に対する搭載電源安定性の確保がますます重要な位置を占めてきた。この場合、搭載電源電圧は、充電状態、車両の運転および周囲温度の関数としてきわめて大きな限界内で変動するので、自動車の消費機器に対する電流および電圧の供給は、使用される電圧調整器に対して特別な要求を出している。大容量消費機器の投入は、搭載電源電圧の変動幅に特に顕著な影響を与える。即ち、モータのスタートは、著しい電圧降下を発生させることがある。この電圧変動にもかかわらず、消費機器に対して電流および電圧の供給は常に保証されているべきである。特に自動車の制御装置に対しては、できるだけ一定の調整電圧が必要とされる。

一定の供給電圧を発生するために、例えばドイツ特許第１９８３８００３号に記載のように、低電圧検出が実行され、低電圧検出は、例えばＥＥＰＲＯＭメモリ・アクセスのような、電圧が重要なある種の過程を阻止するために利用可能である。この場合、電圧変成器として、異なる作動範囲を有する線形調整器または切換調整器が使用されてもよい。

ドイツ特許公開第１９９１７２０４号に、安定化供給電圧を発生するために、切換調整器に並列に縦方向（縦型）調整器が配置され、縦方向調整器および切換調整器の規格決定は、比較的小さい電圧においては縦方向調整器が電圧供給を行い、通常存在する比較的高い電圧においては切換調整器が供給を行い、この場合、これらは、電圧がきわめて低下したときにはそれ自身を遮断する装置が開示されている。このとき、並列に存在する両方の調整器は、さらに、両方の調整器の一方が故障したときにおいても、ある程度の安定化供給電圧を供給することを可能にする。

ドイツ特許第４０１５３５１号は、電圧調整器として線形調整器および切換調整器が並列に配置されている電流供給装置を含む。調整器の操作は、所定の電圧値の形で限界値を超えたことの関数として行われる。限界値を確定することにより、電圧調整器の種々の作動モードを形成することができる。

ドイツ特許公開第２９３３０２９号には送受信装置において使用される電源回路が記載され、この電源回路においては、受信過程の間にはリプルのない出力を発生するために、且つ送信過程の間には均等電圧を発生するために、強電流チョッパ電圧増幅器および弱電流線形増幅器が並列に操作される。この場合、線形増幅器は受信の間においてのみ作動され、またチョッパ調整器は送信の間においてのみ作動される。この操作選択は、受信のときに通常発生するノイズ・エミッションをチョッパ調整器により回避させる。

本発明の課題は、改良された安定化供給電圧を発生するための回路装置を提供することである。

本発明によれば、少なくとも２つの作動モードを有する電圧調整器を備えた、自動車内の電子式消費機器用の安定化供給電圧を発生するための回路装置において、回路装置の作動を表わしおよび／またはこの作動に影響を与える、少なくとも１つの温度変数が測定され、そして作動モードの選択が温度変数の関数として実行される。

本発明により、温度変数によって電圧調整器の作動モードを選択する安定化供給電圧を発生するための回路装置が提供される。ここでは、特に、自動車内の電子式消費機器への電圧供給のために本発明を使用するように設計されている。電圧調整器の作動の間に、回路装置の作動を表わしまたはこの作動に影響を与える変数を示す温度変数が測定される。ここで、本発明の本質は、電圧調整器が実際の作動の間に少なくとも２つの作動モードで作動可能であり、且つその時点の作動モードの選択が測定温度変数の関数として行われることにある。

このような本発明はさらに、有利な拡張および改善が可能である。本発明の一実施態様においては、第１の作動モードにおいて、第１および／または第２の調整器が操作され、一方、第２の作動モードにおいて、第２の調整器の操作のみが行われていることが有利である。

本発明の変更態様においては、第１の調整器を線形調整器により、および第２の調整器を切換調整器により形成するように設計されている。
本発明の他の変更態様は、電圧調整器内に存在する第１および第２の調整器が相互に並列に配置されているように設計されている。両方の調整器を共通にまたは相互に独立に配置ないし操作する方法のほかに、両方の調整器の１つが故障した場合においてもある程度安定化された供給電圧による電圧供給が保証されているので、両方の調整器の並列配置により、システムの故障の確率が低減する。

温度変数の測定は本発明に特に有利に働く。回路装置の少なくとも１つの構成要素における温度を表わす温度変数の測定により、電圧調整器の作動において発生する損失熱を測定することができる。即ち、温度は、回路に必要な、トランジスタ、抵抗または回路板のような電子構成要素のみでなく、例えばハウジングのような非電子構成要素において測定が行われることも考えられる。さらに、電圧調整器内の電流を測定し、これから温度変数の形で損失熱が推測されるという本発明の一実施態様が考えられる。

本発明の有利な形態においては、測定温度変数が所定のしきい値と比較されるように設計されている。この場合、しきい値は、例えば電圧調整器の作動のための限界温度変数に対応していてもよい。

比較を行ったときに、温度変数がしきい値を超えていることが検出されることが有利である。したがって、例えば、しきい値により表わされる電圧調整器の限界温度を超えていることが特定可能である。行われた比較の関数として、特にしきい値を超えていることの検出の関数として、電圧調整器の特定の作動モードを選択するように設計されている。この場合、特定の実施態様においては、温度変数がしきい値を超えたとき、第１の調整器の非作動化および第２の調整器の作動化が行われる。

特に自動車内に安定化供給電圧を発生するための電圧調整器においては、きわめて高い損失電力を発生させることがある。この損失電力は、例えば線形調整器を使用したときは損失熱の形で放出される。したがって、通常の線形調整器においては、線形調整器が作動しているときに発生する熱を、高価な冷却体、比較的大きな構造および／またはそれに対応する制御費用の投入により除去することが必要である。これに対して、切換調整器を使用したときはきわめて低い損失熱が発生されるにすぎない。しかしながら、切換調整器を使用したときの欠点は、サイクル操作の機能方式によりノイズ・エミッションが発生し、このノイズ・エミッションが場合により搭載電源エレクトロニクスの他の構成要素に不利な影響を与えることになる。したがって、このノイズ・エミッションを補償するために、一部高価なシールド費用が必要である。

本発明は、安定化供給電圧の供給を確保するために、電圧調整器の２つの異なる調整器を、両方の調整器の利点の最適利用が可能なように操作する回路装置を提案するものである。

図１には、電圧調整制御の概略ブロック回路図が示されている。電圧調整器１００の内部の中央ユニット１１０において、電圧調整器を制御するために必要なパラメータが測定される。ここで、実際電圧Ｕ_ist（１２５）に対する値が、搭載電源を供給するバッテリ１２０から読み込まれる。全ての消費機器１３０の和として要求される調整目標電圧Ｕ_soll（１３５）と共に、Ｕ_ist（１２５）は、例えば消費機器の投入および遮断による搭載電源内の電圧変動を補償するほかに、電圧調整制御のための範囲を示す。発生損失電力量として、対応の温度センサ１４０により、温度を表わす温度変数Ｔ_S（１４５）が測定される。しかしながら、この場合において温度センサ１４０に限定することは、ここの説明をわかりやすくするためにすぎず、多くのセンサに拡張可能であることは明らかである。温度の測定は、作動中の電圧調整器の温度特性を逆推測可能にする位置において行われている。即ち、例えば、温度は、トランジスタ、冷却体または回路板のような個々の構成要素において直接測定されてもよいが、電圧調整器のハウジングにおいて測定されてもよい。さらに、中央ユニット１１０内においてセンサ１５０が問い合わされ、センサ１５０は、現在の調整時点において、切換調整器の作動により発生可能なノイズ・エミッションが、安全に関連するシステムに危険な状況をもたらすかどうかの情報を与える。ノイズ・エミッションが安全に関連するシステムに不利な影響を有することをこのセンサ１５０が特定した場合、フラグＦ_S（１５５）がセットされ、即ち Ｆ_S＝１ となる。しかしながら、特殊なセンサ１５０のほかに、このフラグＦ_S（１５５）は、ノイズ・エミッションに対して一時的に感受性を示すが比較的長いノイズ・エミッションによる不利な影響は回避するであろうシステム１５０から発生されてもよい。しかしながら、本発明の他の実施態様においては、切換調整器の操作は短時間の間にのみ行われるにすぎず、したがって放出されるノイズ・エミッションが許容範囲内にあるので、フラグＦ_S（１５５）の読込みが省略されてもよい。

最後のパラメータ１６５として、中央ユニット１１０内において、電圧調整器の実際調整状態が読み込まれる。これは、特に、両方の調整器のいずれが作動されているか、ないし非作動とされているかの情報に関するものであり、この場合、供給電圧の平均変動振幅、個々の調整器の操作時間等のような完全に離散の状態変数が読み込まれてもよい。

読み込またれデータ（１２５、１３５、１４５、１５５、１６５）の評価により、図２に示されている、配線ないし操作の決定方法によって、電圧調整器１８０に対する切換要求１７０の計算が行われる。このように選択された作動モード（線形調整器の操作および／または切換調整器の操作間の選択）は、それに続いて消費機器１９０に供給するための調整目標電圧Ｕ_{soll,geregelt}（１８５）の発生を可能にする。

図２の流れ図により、中央ユニット１１０の内部における電圧調整器１００の作動モードの決定方法を説明する。ここで、この実施態様においては２つの異なる作動モードが存在し、これらの作動モードは、第１の作動モードにおいては、両方の調整器、即ち線形調整器および切換調整器が個々に操作されるのみでなく共通に操作されてもよく、且つ第２の作動モードにおいては、切換調整器のみが操作されることにより異なっている。

アルゴリズムがスタートしたのち、第１のステップ２００において、パラメータＴ_S（１４５）、Ｆ_S（１５５）並びに切換調整器の実際作動時間ｔ_S（１６５）が、対応のセンサないしシステムから読み込まれる。それに続いてステップ２１０において、Ｔ_S＞ＳＷ_k により、温度変数Ｔ_S（１４５）がしきい値ＳＷ_kを超えているかどうかが検査される。ここで、しきい値ＳＷ_kは、線形調整器の機能がもはや確保されないか、または単に限定されて確保可能な限界温度を示してもよい。これは、例えば、線形調整器における損失熱の構造上の排出方法が、所定の熱量以下のみに限定されていることに基づいている。

ステップ２１０において、温度変数Ｔ_S（１４５）がしきい値ＳＷ_kを超えていることが特定された場合（Ｙ）、ステップ２２０において、切換調整器が作動され、即ち投入され、且つ線形調整器が非作動とされ、即ち遮断され、その後にアルゴリズムは終了される。この作動モードにより、切換調整器において発生する低減損失熱により、電圧調整器の温度を低下させることが可能であるので、電圧調整器の機能は高い温度においても確保される。しきい値を高くすれば切換調整器の作動は比較的少なくなるので、このような状況においては、高いノイズ・エミッションが許容可能となる。

しかしながら、測定温度変数Ｔ_S（１４５）がしきい値ＳＷ_kを下回っている場合、ステップ２３０において、フラグＦ_S（１５５）および切換調整器のそれまでの実際作動時間ｔ_S（１６５）が問い合わされる。ここで、ステップ２３０において、ｔ_S＞ＳＷ_t により、切換調整器が既に所定の最大時間ＳＷ_tにわたり作動されたかどうかが検査される。フラグＦ_S（１５５）がセットされていない状態、即ち Ｆ_S＝０ にある場合、これは、フラグでモニタリングされるシステム１５０およびアルゴリズムが、可能なノイズ・エミッションに対して危険でないという状況を信号で示すものであり、ステップ２５０によりアルゴリズムは継続処理される。同時に切換調整器の作動時間ｔ_Sが所定のしきい値ＳＷ_tを下回り、したがって切換調整器の作動による他のシステムへの影響が許容可能であることを示したとき、同様にアルゴリズムはステップ２５０に移動される。この結果として、切換調整器を非作動とすることなく、電圧調整のために線形調整器が追加投入される。しかしながら、フラグが Ｆ_S＝１ にセットされていることにより、モニタリングされるシステム１５０の１つにおいてノイズ・エミッションにより不利な影響を受ける状況または時間ｔ_Sが、切換調整器の最大作動時間ＳＷ_tを超えている状況が示された場合、ステップ２４０において、線形調整器を投入したのちに切換調整器が非作動とされる。それに続いて、アルゴリズムはステップ２５０ののちと同様に終了される。

上記のアルゴリズムは、定期的間隔で、任意の時点または所定の時点に新たにスタートされ且つ実行されてもよい。
図３に、例として、本発明の可能な形態が示されている。ここで、バッテリ３１０からくる実際供給圧力Ｕ_ist（１２５、３１５）が電圧調整器３００内に読み込まれる。電圧調整器３００の作動の間に、温度Ｔ_S（１４５）が温度センサ３４０により測定され且つ切換決定手段３５０に伝送される。ブロック３５０の内部において、パラメータＴ_S（１４５）、Ｆ_S（１５５）およびｔ_S（１６５）に基づき、電圧調整の配線が決定される。線形調整器と切換調整器との間の切換が行われるべき場合、操作部３３０は電圧調整器のトランジスタ３２０をそれに対応して操作する。電圧調整器３００により発生された調整目標電圧Ｕ_soll、_geregelt（３６５）は調整後に消費機器３６０に供給される。

図３に示されている回路装置は、例えば自動車内の制御装置に供給するために使用することができる。このような安定化供給電圧発生回路により、電圧に敏感な、例えば車両ＰＣ、電気油圧式ブレーキ装置等のような消費機器に電圧を供給することができる。

回路装置の略ブロック回路図である。 電圧調整器の作動モード選択のフローを示す流れ図である。 本発明を形成するために示されている具体的な回路装置の構成図である。

符号の説明

１００、１８０、３００ 電圧調整器
１１０ 中央ユニット
１２０、３１０ バッテリ
１２５、３１５ 実際電圧
１３０、１９０、３６０ 消費機器
１３５ 目標電圧
１４０、３４０ 温度センサ
１４５ 温度変数
１５０ センサ
１５５ フラグ
１６０ システム
１６５ 作動時間
１７０ 切換要求
１８５、３６５ 調整目標電圧
３２０ トランジスタ
３３０ 操作部
３５０ 切換決定手段
Ｆ_S フラグ
Ｔ_S 温度変数
ｔ_s 作動時間（操作時間）
Ｕ_ist 実際電圧
Ｕ_soll 目標電圧
Ｕ_{soll,geregelt} 調整目標電圧

Claims (7)

1. 少なくとも２つの作動モードを有する電圧調整器（１００）を備えた、自動車内の電子式消費機器用の安定化供給電圧を発生するための回路装置において、
   前記回路装置の作動を表わしおよび／またはこの作動に影響を与える、少なくとも１つの温度変数（１４５）が測定されること、および
   前記作動モードの選択が温度変数（１４５）の関数として実行されること、
   を特徴とする安定化供給電圧を発生するための回路装置。
2. 第１の作動モードにおいて、電圧調整器（１００）の第１の調整器および第２の調整器の少なくともいずれかの操作が行われること、および
   第２の作動モードにおいて、電圧調整器（１００）の第２の調整器の操作が行われること、
   を特徴とする請求項１に記載の回路装置。
3. 前記第１の調整器が線形調整器を示すこと、および
   前記第２の調整器が切換調整器を示すこと、
   の少なくともいずれかを示すことを特徴とする請求項２に記載の回路装置。
4. 前記第１の調整器が前記第２の調整器に並列に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の回路装置。
5. 前記回路装置の少なくとも１つの構成要素における温度、および
   前記電圧調整器の電流、したがってその温度、
   の少なくともいずれかを表わす温度変数（１４５）が測定されることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
6. 測定された温度変数（１４５）が、設定可能なしきい値（ＳＷ_k）と比較されることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
7. 温度変数（１４５）がしきい値（ＳＷ_k）を超えていることが検出され、且つ超えていることが検出されたことの関数として、前記第１の調整器が遮断され且つ前記第２の調整器が操作されることを特徴とする請求項６に記載の回路装置。

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