JP2024501724A

JP2024501724A - コンデンサ充電回路、エアバッグコントローラ、及びエアバッグシステム

Info

Publication number: JP2024501724A
Application number: JP2023540721A
Authority: JP
Inventors: チウ，シャオフェイ
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-01-04
Filing date: 2022-01-03
Publication date: 2024-01-15
Also published as: DE112022000148T5; US20240067116A1; WO2022144456A1; CN215733516U

Abstract

充電電圧を出力するための充電電源と、充電電源に接続され、充電電圧が予め設定された閾値よりも高いと判定した時点で、充電することを示す駆動信号を出力するように構成された、電圧比較モジュールと、電流調節モジュールであって、電圧比較モジュール及び充電電源に別々に接続され、充電電流調節モジュールが、駆動信号を受信し、充電することを示す駆動信号を受容した時点で、充電電源に、最大充電電流でコンデンサに充電させる、電流調節モジュールと、を備える、コンデンサ充電回路。本出願は、電源電圧に従った充電コンデンサの充電電流の調節を可能にし、したがって、充電速度を高める。

Description

本発明は、充電の分野に関するものであり、具体的には、コンデンサ充電回路に関するものであり、本発明は更に、エアバッグコントローラ及びエアバッグシステムに関する。

現在、エアバッグ（ａｉｒｂａｇ、ａｉｒｂａｇ）コントローラチップセットの設計では、各エネルギー貯蔵コンデンサ（energy reserve capacitor、ＥＲ）のための充電電流は、エアバッグの最悪の動作条件に従って決定することが必要であり、これは、一般に、充電電流及び充電制御戦略を決定するために、開発者の経験に依存する。ソフトウェア制御下のエネルギー貯蔵コンデンサの充電電流は、一般に、非常に緩やかに上昇し、その結果、エネルギー貯蔵コンデンサの充電時間が非常に長くなる。したがって、先行技術におけるこうした問題を軽減できることが望まれる。

本発明の目的は、上述の欠点を克服して、先行技術におけるエネルギー貯蔵コンデンサの充電時間が長くなるという問題を解決することである。本発明は、以下の解決策を通して実現される。
コンデンサ充電回路が提供され、コンデンサ充電回路は、
充電電圧を出力するための充電電源と、
充電電源に接続され、充電電圧が予め設定された閾値よりも高いと判定した時点で、充電することを示す駆動信号を出力するように構成された、電圧比較モジュールと、
電流調節モジュールであって、電圧比較モジュール及び充電電源に別々に接続され、充電電流調節モジュールが、駆動信号を受信し、充電することを示す駆動信号を受容した時点で、充電電源に、最大充電電流でコンデンサに充電させる、電流調節モジュールと、を備えている。

更に、コンデンサ充電回路は、予め設定された基準電圧を出力するための基準電圧源を更に備え、電圧比較モジュールが、基準電圧源に接続され、電圧比較モジュールが、充電電源の取得したサンプル電圧を基準電圧と比較し、サンプル電圧が基準電圧よりも高かった場合に、電圧比較モジュールが、充電電圧が予め設定された閾値よりも高いと判定する。

更に、電圧比較モジュールは、充電電源に接続され、充電電源のサンプル電圧を取得するように構成された電圧フィードバックユニットと、基準電圧源及び電圧フィードバックユニットに別々に接続された比較ユニットであって、比較ユニットが、受け取った基準電圧をサンプル電圧と比較し、サンプル電圧が基準電圧よりも高かった場合に、充電することを示す駆動信号を出力する、比較ユニットと、を備えている。

更に、比較ユニットは、電圧比較器であり、電圧比較モジュールは、充電電圧が予め設定された閾値よりも低いと判定した時点で、充電しないことを示す駆動信号を出力するように構成されている。

更に、電圧フィードバックユニットは、充電電源に直列に接続された第１の分圧抵抗器及び第２の分圧抵抗器を備え、電圧は、第１の分圧抵抗器と第２の分圧抵抗器との間からサンプル電圧として取得され、電圧比較器の反転入力は、基準電圧に接続され、電圧比較器の非反転入力は、サンプル電圧に接続され、電圧比較器の出力は、駆動信号を表す。

更に、充電電流調節モジュールは、電圧比較器に接続され、駆動信号を受信し、駆動信号に従って駆動電圧を出力する駆動ユニットと、充電電源とコンデンサとの間に接続され、かつ駆動ユニットに接続された電流調節ユニットであって、駆動信号が、充電することを示した場合、駆動電圧が、充電電源に、最大充電電流でコンデンサに充電させるか、又は駆動信号が、充電しないことを示した場合、駆動電圧が、充電電源に、コンデンサへの電力を遮断させる、電流調節ユニットと、を備えている。

更に、電流調節ユニットは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタであり、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタのゲートが、駆動ユニットに接続され、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタのソースが、充電電源に接続され、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタのドレインが、コンデンサの充電端に接続され、コンデンサの他端が、接地に接続され、駆動ユニットによって出力された駆動電圧が、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタの動作電圧以上であった場合、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタのソース及びドレインが、オンにされ、充電電源が、最大出力電流でコンデンサに充電する。

更に、基準電圧源は、充電電源の出力充電電圧の分圧電圧である。

本発明の別の態様によれば、エネルギー貯蔵コンデンサを有するエアバッグコントローラが更に提供され、請求項８に記載のコンデンサ充電回路が、エアバッグコントローラに提供され、コンデンサ充電回路は、エネルギー貯蔵コンデンサに充電するように構成されている。

本発明の別の態様によれば、エアバッグシステムが更に提供され、エアバッグシステムは、エアバッグシステムが、請求項９に記載のエアバッグ、ガス発生器、センサ、及びエアバッグコントローラを備えること、エアバッグコントローラが、センサ及びガス発生器に別々に電気的に接続されていること、及びガス発生器が、エアバッグに接続されていること、衝突事象を検出した時点で、センサが、エアバッグコントローラにエアバッグ膨張命令を送信すること、膨張命令に応答して、エアバッグコントローラが、ガス発生器に膨張起動命令を送信して、ガス発生器に動作電圧を供給すること、及び膨張起動命令に応答して、ガス発生器がエアバッグを膨張させること、を特徴とする。

本発明の解決策において提供されるコンデンサ充電回路では、電圧比較モジュール及び充電電流調節ユニットを提供することは、電源電圧に従って充電コンデンサの充電電流を調節することを可能にし、それにより、充電電流調節ユニットが、充電電源の最大出力電流で充電コンデンサに充電し、したがって、充電電流の制御は、遠隔制御信号を必要とすることなく達成することができ、それによって、充電コンデンサの充電効率が向上する。

本発明の特徴、特性、利点、及び利益は、図面と併せて以下の詳細な説明を通して明らかになるであろう。
本出願の一実施形態のコンデンサ充電回路の概略ブロック図である。図１のコンデンサ充電回路に基づく実施例である。

本発明の実施形態の技術的解決策は、図１～図２と併せて下で詳細に説明される。

図１は、本出願の一実施形態のコンデンサ充電回路の概略ブロック図であり、この実施形態では、充電コンデンサＣｅｒは、多層セラミックコンデンサ（multi-layer ceramic capacitor、ＭＬＣＣ）である。図に示されるように、コンデンサ充電回路は、充電電源１０と、電圧比較モジュールと、基準電圧源１３と、電流調節モジュールと、充電コンデンサＣｅｒと、を備えている。電圧比較モジュールは、充電電源１０に接続され、また、充電電圧が予め設定された閾値よりも高いと判定した時点で、充電することを示す駆動信号を出力して、充電コンデンサＣｅｒに充電するように構成され、充電電流は、Ｉ＿ｃｈａｒｇｅである。電圧比較モジュールは、比較ユニット１５と、電圧フィードバックユニット１２と、を備え、電流調節モジュールは、駆動ユニット１４と、充電電流調節ユニット１１と、を備えている。具体的には、充電電源１０は、充電電圧を出力するように構成され、電圧フィードバックユニット１２は、充電電源１０のサンプル電圧を取得して、そのサンプル電圧を比較ユニット１５に出力する。比較ユニット１５は、サンプル電圧を、基準電圧源１３によって出力された予め設定された基準電圧と比較し、サンプル電圧が基準電圧よりも高かった場合、比較ユニット１５は、充電電圧が予め設定された閾値よりも高いと判定し、充電することを示す駆動信号を駆動ユニット１４に出力する。駆動ユニット１４は、駆動信号に従って、充電電流調節ユニット１１に駆動電圧を出力するように構成されている。同時に、電圧比較モジュールが、充電電圧が予め設定された閾値よりも低いと判定した場合、電圧比較モジュールは、充電しないことを示す駆動信号を出力する。電流調節ユニット１１は、充電電源１０と充電コンデンサＣｅｒとの間に配置され、充電電流調節ユニット１１は、回路に通電して充電コンデンサＣｅｒに充電することができる最大充電電流を使用して、駆動電圧に従って充電コンデンサＣｅｒの充電電流を調節する。代替的に、駆動信号が、充電しないことを示した場合、駆動電圧信号は、充電電源に、充電コンデンサへの電力を遮断させる。

図２を参照すると、図２は、図１のコンデンサ充電回路に基づく実施例である。図に示されるように、電圧フィードバックユニット１２は、第１の分圧抵抗器Ｒ＿ｕｐと、第２の分圧抵抗器Ｒ＿ｄｏｗｎと、を備え、第１の分圧抵抗器Ｒ＿ｕｐ及び第２の分圧抵抗器Ｒ＿ｄｏｗｎは、充電電源ＶＵＰに直列に接続され、第１の分圧抵抗器Ｒ＿ｕｐ及び第２の分圧抵抗器Ｒ＿ｄｏｗｎが充電電源ＶＵＰに接続された時点で、充電電源１０は、第１の分圧抵抗器Ｒ＿ｕｐ及び第２の分圧抵抗器Ｒ＿ｄｏｗｎによって分圧を受け、電圧は、第１の分圧抵抗器Ｒ＿ｕｐと第２の分圧抵抗器Ｒ＿ｄｏｗｎとの間から、サンプル電圧として取得される。次いで、比較ユニット１５が、サンプル電圧を基準電圧ＶＲＥＦと比較して、駆動ユニット１４を制御して、充電電流調節ユニット１１の動作状態を制御する。この実施形態では、予め設定された基準電圧ＶＲＥＦは、比較ユニット１５によって取得された第１の分圧抵抗器Ｒ＿ｕｐ上の分圧電圧よりも低くなるように設定され、したがって、比較ユニット１５が、サンプル電圧が基準電圧よりも高いと判定した場合、比較ユニット１５が駆動信号を出力し、駆動ユニット１４が駆動信号を受信して充電電流調節ユニット１１に駆動電圧を出力し、駆動電圧は、充電電流調節ユニット１１をオンにして、充電電源１０に、最大充電電流で充電コンデンサＣｅｒに充電させ、したがって、充電コンデンサの充電効率を高めることが可能である。この実施形態では、基準電圧源は、充電電源の出力電圧の分圧電圧でもあり得る。

この実施形態では、充電電流調節ユニット１１は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（metal-oxide-semiconductor field effect transistor、ＭＯＳＦＥＴ）であり得、図２に示されるように、ＭＯＳＦＥＴのゲートは、駆動ユニット１４に接続され、ＭＯＳＦＥＴのソースは、充電電源ＶＵＰに接続され、ＭＯＳＦＥＴのドレインは、コンデンサＣｅｒの充電端に接続され、コンデンサＣｅｒの他端は、接地に接続される。

更に、比較ユニット１５は、電圧比較器であり、電圧比較器の反転入力は、基準電圧源１３に接続され、電圧比較器の非変換入力は、サンプル電圧に接続され、電圧比較器の出力は、駆動信号を表す。比較ユニット１５は、サンプル電圧を、基準電圧源１３によって出力された予め設定された基準電圧と比較し、サンプル電圧が基準電圧よりも高いと判定した時点で、駆動ユニット１４への充電を示す駆動信号を出力する。この実施形態では、サンプル電圧が基準電圧よりも低いと判断した時点で、比較ユニット１５は、ＭＯＳＦＥＴのソース及びドレインの駆動信号を駆動ユニット１４に出力し、駆動ユニット１４は、駆動信号に従って、充電電流調節ユニット１１に駆動電圧を出力する。ＭＯＳＦＥＴは、充電電源ＶＵＰと充電コンデンサＣｅｒとの間に配置され、ＭＯＳＦＥＴがオンになると、回路に通電することができる最大電流によって充電コンデンサＣｅｒが充電される。

加えて、この実施形態では、充電コンデンサＣｅｒの充電が完了すると、すなわち、飽和状態まで充電されると、充電電流は、ゼロまで下がり、その時点で、電源電圧ＶＵＰ及びキャパシタ電圧は等しくなる。同時に、サンプル電圧も増加し、充電が開始したときに初期状態に戻る。このときに、ＭＯＳＦＥＴは、まだオンのままであるが、充電電流を有さず、この状態は、次の充電サイクルまで続く。

コンデンサ充電回路は、この実施形態では、特定用途向け集積回路（application specific integrated circuit、ＡＳＩＣ）での使用に適しているが、ＡＳＩＣは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field programmable gate array、ＦＰＧＡ）、プログラマブル論理デバイス（programmable logic device、ＰＬＤ）、又はコンプレックスプログラマブル論理デバイス（complex programmable logic device、ＣＰＬＤ）、などとも置き換えられ得る。

この実施形態のコンデンサ充電回路を含むＡＳＩＣは、車両のエアバッグの制御ユニット（電子制御ユニット、electronic control unit、ＥＣＵ）で使用され、エアバッグ制御ユニットは、上述の実施態様ではエアバッグ、ガス発生器、センサ、及びエアバッグコントローラを備えているエアバッグ制御システムで使用され、上記の実施形態のコンデンサ充電回路は、エアバッグコントローラに提供され、センサは、エアバッグコントローラに電気的に接続され、ガス発生器は、エアバッグコントローラに電気的に接続され、ガス発生器は、エアバッグに接続される。センサが衝突事象を検出すると、センサが、エアバッグコントローラにエアバッグ膨張命令を送信し、膨張命令に応答して、エアバッグコントローラが、ガス発生器に膨張起動命令を送信して、ガス発生器に動作電圧を供給すること、及び膨張起動命令に応答して、ガス発生器がエアバッグを膨張させること、を特徴とする。

この実施形態では、電圧フィードバックユニット１２、比較ユニット１５、駆動ユニット１４、及び充電電流調節ユニット１１を提供することで、電源電圧に従って充電コンデンサＣｅｒの充電電流を調節することを可能にし、それにより、充電電流調節ユニット１１は、充電電源の最大出力電流で充電コンデンサＣｅｒに充電することができ、したがって、充電電流の制御は、遠隔制御信号を必要とすることなく達成することができ、それによって、充電コンデンサＣｅｒの充電効率が向上する。

本発明の実施形態の機能的ユニットの全ては、１つの処理ユニットに統合され得、又は各ユニットがそれぞれ１つのユニットとしての役割を果たし得、又は２つ以上のユニットが１つのユニットに統合され得、かかる統合ユニットは、ハードウェアの形態で、又は、ハードウェアにソフトウェアを加えた機能的ユニットの形態で実装され得る。

当業者は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、更に様々な詳細を修正及び置換することができる。本発明の保護範囲は、特許請求の範囲だけによって定義される。

Claims

コンデンサ充電回路であって、
充電電圧を出力するための充電電源と、
前記充電電源に接続され、前記充電電圧が予め設定された閾値よりも高いと判定した時点で、充電することを示す駆動信号を出力するように構成された、電圧比較モジュールと、
電流調節モジュールであって、前記電圧比較モジュール及び前記充電電源に別々に接続され、前記充電電流調節モジュールが、前記駆動信号を受信し、充電することを示す前記駆動信号を受容した時点で、前記充電電源に、最大充電電流で前記コンデンサに充電させる、電流調節モジュールと、
を備えていることを特徴とする、コンデンサ充電回路。
前記コンデンサ充電回路が、
予め設定された基準電圧を出力するための基準電圧源を備え、
前記電圧比較モジュールが、前記基準電圧源に接続され、前記電圧比較モジュールが、前記充電電源の取得したサンプル電圧を前記基準電圧と比較し、前記サンプル電圧が前記基準電圧よりも高かった場合に、前記電圧比較モジュールが、前記充電電圧が予め設定された閾値よりも高いと判定する、
ことを特徴とする、請求項１に記載のコンデンサ充電回路。
前記電圧比較モジュールが、前記充電電源に接続され、前記充電電源の前記サンプル電圧を取得するように構成された電圧フィードバックユニットと、
前記基準電圧源及び前記電圧フィードバックユニットに別々に接続された比較ユニットであって、前記比較ユニットが、前記受け取った基準電圧を前記サンプル電圧と比較し、前記サンプル電圧が前記基準電圧よりも高かった場合に、充電することを示す駆動信号を出力する、比較ユニットと、を備えている、
ことを特徴とする、請求項２に記載のコンデンサ充電回路。
前記比較ユニットが、電圧比較器であり、前記電圧比較モジュールが、前記充電電圧が予め設定された閾値よりも低いと判定した時点で、充電しないことを示す駆動信号を出力するように構成されていることを特徴とする、請求項３に記載のコンデンサ充電回路。
前記電圧フィードバックユニットが、前記充電電源に直列に接続された第１の分圧抵抗器及び第２の分圧抵抗器を備え、電圧が、前記第１の分圧抵抗器と前記第２の分圧抵抗器との間からサンプル電圧として取得され、
前記電圧比較器の反転入力が、前記基準電圧に接続され、前記電圧比較器の非反転入力が、前記サンプル電圧に接続され、前記電圧比較器の出力が、前記駆動信号を表す、
ことを特徴とする、請求項４に記載のコンデンサ充電回路。
前記充電電流調節モジュールが、
前記電圧比較器に接続され、前記駆動信号を受信し、前記駆動信号に従って駆動電圧を出力する駆動ユニットと、
前記充電電源と前記コンデンサとの間に接続され、かつ前記駆動ユニットに接続された電流調節ユニットであって、前記駆動信号が、充電することを示した場合、前記駆動電圧が、前記充電電源に、最大充電電流で前記コンデンサに充電させるか、又は前記駆動信号が、充電しないことを示した場合、前記駆動電圧が、前記充電電源に、前記コンデンサへの電力を遮断させる、電流調節ユニットと、
を備えていることを特徴とする、請求項５に記載のコンデンサ充電回路。
前記電流調節ユニットが、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタであり、前記金属酸化膜半導体電界効果トランジスタのゲートが、前記駆動ユニットに接続され、前記金属酸化膜半導体電界効果トランジスタのソースが、前記充電電源に接続され、前記金属酸化膜半導体電界効果トランジスタのドレインが、前記コンデンサの充電端に接続され、前記コンデンサの他端が、接地に接続され、
前記駆動ユニットによって出力された前記駆動電圧が、前記金属酸化膜半導体電界効果トランジスタの動作電圧以上であった場合、前記金属酸化膜半導体電界効果トランジスタの前記ソース及びドレインが、オンにされ、前記充電電源が、最大出力電流で前記コンデンサに充電する、
ことを特徴とする、請求項６に記載のコンデンサ充電回路。
前記基準電圧源が前記充電電源の出力充電電圧の分圧電圧であることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載のコンデンサ充電回路。
エネルギー貯蔵コンデンサを有するエアバッグコントローラであって、請求項８に記載のコンデンサ充電回路が、前記エアバッグコントローラに提供され、前記コンデンサ充電回路が、前記エネルギー貯蔵コンデンサに充電するように構成されていることを特徴とする、エアバッグコントローラ。
エアバッグシステムであって、前記エアバッグシステムが、請求項９に記載のエアバッグ、ガス発生器、センサ、及びエアバッグコントローラを備え、前記エアバッグコントローラが、前記センサ及び前記ガス発生器に別々に電気的に接続されていること、及び前記ガス発生器が、前記エアバッグに接続されていること、衝突事象を検出した時点で、前記センサが、前記エアバッグコントローラにエアバッグ膨張命令を送信すること、前記膨張命令に応答して、前記エアバッグコントローラが、前記ガス発生器に膨張起動命令を送信して、前記ガス発生器に動作電圧を供給すること、及び前記膨張起動命令に応答して、前記ガス発生器が前記エアバッグを膨張させること、を特徴とする、エアバッグシステム。