-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
(Gebiet der Erfindung)
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Leistungswandlungsschaltungen, wie zum Beispiel Schaltreglerschaltungen, und die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Mehrphasengleichstromwandler, bei dem die Eingangsspannung durch Verwenden einer Mehrzahl von Wandlerschaltungen, die zueinander parallel geschaltet sind, in eine Ausgangsspannung gewandelt wird.
-
(Beschreibung der verwandten Technik)
-
Ein Mehrphasengleichstromwandler wurde für Leistungswandlungsschaltungen genutzt. Bei einem solchen Mehrphasengleichstromwandler kann die Effizienz maximiert werden, wenn die Zahl von Betriebsphasen abhängig von einer Menge einer Ausgangslast und einer Umgebungstemperatur des Wandlers auf eine Echtzeitweise geändert wird.
-
Die
japanische Patentanmeldung Offenlegungs-Nr. 2007-116834 offenbart beispielsweise einen Mehrphasengleichstromwandler. Bei dem Gleichstromwandler wird die Zahl von Phasen erhöht, wenn eine große Menge einer Last angeschlossen ist, und die Zahl von Phasen wird verringert, wenn eine kleine Menge einer Last angeschlossen ist, wodurch in einem breiten Bereich einer Last eine hohe Effizienz eines Betriebs erreicht werden kann.
-
Die
japanische Patentanmeldung Offenlegungs-Nr. 2000-308337 offenbart außerdem einen Zweiphasen-Gleichstromwandler, bei dem ein pulsierender Strom des Ausgangsstroms bedeutend reduziert ist. Der pulsierende Strom wird genauer gesagt durch einen Betrieb reduziert, bei dem gleiche Schaltperioden für zwei Phasen eingestellt sind, die eine 1/2-Periode eines Phasenunterschieds zueinander haben.
-
Andere Patentdokumente, wie zum Beispiel die
japanischen Patentanmeldungen Offenlegungs-Nrn. 1978-83014 und
1983-136266 offenbaren ferner Konfigurationen, die den Welligkeitsstrom in dem Ausgangssignal reduzieren. Bei den Konfigurationen sind die schaltenden Schaltungen in eine Mehrzahl von Schaltungsblöcken geteilt, und parallel geschaltete Gleichstromwandler sind mit gegenseitig unterschiedlichen Phasen in Betrieb, um einen Mehrphasenbetrieb durchzuführen, sodass das Schalten mit einer im Wesentlichen höheren Frequenz als die tatsächliche Schaltfrequenz durchgeführt wird.
-
Bei dem Mehrphasengleichstromwandler, wie er in dem Patentdokument Nr.
2007-116834 offenbart ist, wird die Zahl von Betriebsphasen abhängig von der Menge einer Ausgangslast und der Umgebungstemperatur geschaltet. Phasen von Signalen, die jeweilige Betriebsphasen steuern, werden jedoch im Voraus bestimmt. Betriebsvorgänge der jeweiligen Phasen werden daher nicht in den gleichen Intervallen durchgeführt, sodass der pulsierende Strom in dem Ausgangsstrom erscheint. Wenn beispielsweise die Zahl von Betriebsphasen vier ist, und jedes Steuersignal eine Phase hat, die um 90 Grad voneinander verschoben sind, halten unter der Annahme, dass die Zahl von Phasen auf drei geschaltet ist, diese drei Betriebsphasen um 90 Grad verschobene Phasen relativ zueinander aufrecht. Die eine Betriebsphase wird daher gestoppt, sodass die verbleibenden drei Phasen keinen Strom in gleichen Intervallen (Zeitpunkten) erzeugen. Als ein Resultat kann der pulsierende Strom des Ausgangssignals nicht reduziert werden.
-
Im Gegensatz zu der Konfiguration, die durch das Patentdokument Nr.
2007-116834 offenbart ist, bei der die Zahl von Betriebsphasen geändert wird, sei bemerkt, dass die Konfigurationen, die durch die Patentdokumente Nrn.
2000-308337 ,
1978-83014 und
1983-136266 offenbart sind, zwei fixierte Betriebsphasen haben. Gemäß dem im Vorhergehenden beschriebenen Mehrphasengleichstromwandler wird die Zahl von Betriebsphasen abhängig von der Menge einer Last und der Umgebungstemperatur geschaltet. Ein ähnliches Problem entsteht jedoch, wenn ein Fehler in einer oder mehreren Betriebsphasen auftritt, während der Wandler in Betrieb ist, und wenn die verbleibenden Betriebsphasen kontinuierlich in Betrieb sind.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung wurde im Lichte der im Vorhergehenden beschriebenen Punkte entwickelt. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Regler zu schaffen, der Mehrphasenwandler hat, bei denen ein pulsierender Strom an dem Ausgang reduziert ist, selbst wenn die Zahl von Betriebsphasen geändert ist.
-
Um das im Vorhergehenden erwähnte Problem zu lösen, weist ein Regler (100, 100A, 100B), der eine Ausgangsspannung von einer Eingangsquelle (200), die damit verbunden ist, regelt, wobei die Ausgangsspannung des Reglers durch eine Mehrphasenwandlung geregelt wird, eine Mehrzahl von Wandlerschaltungen (110, 120, 130, 140, 110A, 120A, 130A, 140A), die zueinander elektrisch parallel geschaltet sind, wobei jede der Wandlerschaltungen ein Schaltelement (116, 126, 136, 146), das einen Schaltbetrieb durchführt, aufweist, wobei die Zahl von Wandlerschaltungen, die zu betreiben sind, geändert wird, um die Mehrphasenwandlung durchzuführen, und eine Steuerung (170) auf, die eine Mehrzahl von Treibsignalen, die gegenseitig unterschiedliche Phasen haben, erzeugt, um die Schaltelemente (116, 126, 136, 146) der jeweiligen Wandlerschaltungen (110, 120, 130, 140, 110A, 120A, 130A, 140A) zu steuern, wodurch die Schaltbetriebsvorgänge gesteuert werden. Die Steuerung (170) ist konfiguriert, um die Zahl von Wandlerschaltungen, die in Betrieb sein können, und eine Menge von Phasenunterschieden zwischen den Treibsignalen, die den Wandlerschaltungen (110, 120, 130, 140, 110A, 120A, 130A, 140A) entsprechen, zu bestimmen, wenn die Steuerung (170) die Zahl von Wandlerschaltungen auf zwei oder mehr einstellt.
-
Wenn die Zahl von Betriebsphasen geändert wird, können somit die Phasenunterschiede zwischen den Treibsignalen, die zum Steuern der jeweiligen Wandlerschaltungen verwendet sind, angepasst werden. Ein pulsierender Strom und ein Welligkeitsstrom, der aufgrund dessen in dem Ausgangsstrom erscheint, dass die Phasen der Treibsignale vorgespannt sind, können daher reduziert werden.
-
Die im Vorhergehenden beschriebene Steuerung kann vorzugsweise die Menge von Phasenunterschieden zwischen den Treibsignalen bestimmen, um die Treibzeitpunkte der Wandlerschaltungen auf die gleichen Intervalle einzustellen. Durch Einstellen der Treibzeitpunkte der Wandlerschaltungen auf die gleichen Intervalle können daher der pulsierende Strom und der Welligkeitsstrom, der in dem Ausgangsstrom erscheint, bedeutend reduziert werden.
-
Die Steuerung kann vorzugsweise die Zahl von Wandlerschaltungen, die zu betreiben sind, ansprechend auf eine Menge einer Ausgangslast (210) als die Betriebsbedingung des Reglers bestimmen. Als ein Resultat kann eine hohe Effizienz des Betriebs in einem breiten Bereich einer Lastvariation erreicht werden, und der pulsierende Strom und der Welligkeitsstrom können ebenfalls reduziert werden.
-
Die im Vorhergehenden beschriebene Steuerung kann derart konfiguriert sein, dass die Steuerung die Zahl von Wandlerschaltungen, die zu betreiben sind, basierend darauf, ob ein Fehler in der Mehrzahl von Wandlerschaltungen existiert oder nicht, und der Menge einer Ausgangslast als die Betriebsbedingung des Reglers bestimmt. Wenn daher die Reglerschaltung weiter in Betrieb ist, selbst wenn ein Teil der Wandlerschaltungen einen Fehler hat, werden die Phasenunterschiede zwischen den Treibsignalen, die verwendet sind, um die verbleibenden Wandlerschaltungen zu steuern, angepasst, wodurch der pulsierende Strom und die Welligkeit in dem Ausgangsstrom über einen breiten Bereich einer Lastvariation (das heißt von einer Niederlastbedingung zu einer Hochlastbedingung) reduziert werden können.
-
Der Regler weist ferner eine erste Stromerfassungsschaltung (160), die einen Strom, mit dem eine elektrische Last (210) versorgt wird, detektiert, auf, und die Steuerung kann vorzugsweise die Menge einer Ausgangslast basierend auf dem Strom, der durch die erste Stromerfassungsschaltung detektiert wird, bestimmen, sodass der Status der Ausgangslast zuverlässig detektiert werden kann.
-
Die im Vorhergehenden beschriebene Steuerung kann bestimmen, ob in der Mehrzahl von Wandlerschaltungen ein Fehler existiert oder nicht, bestimmt basierend auf einem Auftreten des Fehlers betreibbare Wandlerschaltungen und bestimmt die Zahl von Wandlerschaltungen, die zu betreiben sind. Wenn daher die Reglerschaltung weiter in Betrieb ist, selbst wenn ein Teil der Wandlerschaltungen einen Fehler hat, werden die Phasenunterschiede zwischen den Treibsignalen, die verwendet sind, um die verbleibenden Wandlerschaltungen zu steuern, angepasst, wodurch der pulsierende Strom und die Welligkeit in dem Ausgangsstrom in einem breiten Bereich einer Lastvariation reduziert werden können.
-
Der Regler weist außerdem eine zweite Stromerfassungsschaltung (118, 128, 138, 148), die einen Strom, der in jeweiligen Wandlerschaltungen fließt, detektiert, auf, und die Steuerung kann basierend auf einem Wert des Stroms, der durch die zweite Stromerfassungsschaltung erfasst wird, bestimmen, ob der Fehler in der Mehrzahl von Wandlerschaltungen existiert oder nicht. Die Steuerung kann daher ein Auftreten des Fehlers in den jeweiligen Wandlerschaltungen zuverlässig detektieren.
-
Die im Vorhergehenden beschriebene Wandlerschaltung weist Komponenten auf, die aus einer Reaktanz (112), einem Schaltelement (116, 126, 136, 146) und einer Diode (114, 124, 134, 144) bestehen, wobei die Komponenten und ein Kondensator eine Schaltreglerschaltung konfigurieren.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Es zeigen:
-
1 ein Blockdiagramm, das eine Gesamtkonfiguration einer Gleichstromwandlerschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
2 ein Zeitdiagramm, das einen Treibzeitpunkt von jeweiligen Wandlerschaltungen zeigt, wenn die Zahl von Betriebsphasen vier ist und die maximale Ausgangslast angelegt ist;
-
3 ein Zeitdiagramm, das einen Treibzeitpunkt der jeweiligen Wandlerschaltungen zeigt, wenn die Zahl von Betriebsphasen auf drei eingestellt ist und die Ausgangslast kleiner als die maximale Last ist;
-
4 ein Blockdiagramm, das eine Modifikation der Gleichstromwandlerschaltung zeigt;
-
5 ein Diagramm, das jede Zustandseinstellung von jeweiligen Wandlerschaltungen zeigt, wenn ein Fehler in einem Teil von Wandlerschaltungen detektiert wird, nachdem die Zahl von Betriebsphasen basierend auf einer Menge der Ausgangslast auf drei geändert ist;
-
6 ein Blockdiagramm, das eine Modifikation der Gleichstromwandlerschaltung zeigt, wenn die Zahl von Betriebsphasen der Wandlerschaltung als eine fixierte Zahl eingestellt ist;
-
7 ein Blockdiagramm, das eine Beispielkonfiguration eines Abspanngleichstromwandlers zeigt; und
-
8 ein Blockdiagramm, das eine Beispielkonfiguration eines Aufspann-/Abspann-Gleichstromwandlers zeigt.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist im Folgenden ein Mehrphasengleichstromwandler 100 als eine Reglerschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Gesamtkonfiguration einer Gleichstromwandlerschaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt. Wie in 1 gezeigt ist, weist eine Gleichstromwandlerschaltung 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel vier Wandlerschaltungen 110, 120, 130 und 140, die parallel geschaltet sind, zwei Kondensatoren 150 und 152, eine Stromerfassungsschaltung 160 und einen Steuerblock 170, der Treibsignale, die zum einzelnen Steuern jedes Schaltbetriebs der vier Wandlerschaltungen verwendet sind, erzeugt, auf. Der Gleichstromwandler 100 ist als ein Schaltregler kategorisiert, der eine Ausgangsspannung von einer Eingangsquelle, die damit verbunden ist, regelt. Es sei bemerkt, dass die Konfiguration der Gleichstromwandlerschaltung, das heißt die maximale Zahl von Wandlerschaltungen, basierend auf einer Systemerfordernis im Voraus bestimmt werden kann, bei der die Gleichstromwandlerschaltung genutzt ist. Die Zahl von Wandlerschaltungen kann außerdem durch den Steuerblock 170 abhängig von einer Betriebsbedingung des Gleichstromwandlers dynamisch geändert werden.
-
Bei dem Gleichstromwandler 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel sind die Leistungsquelle 200 (das heißt eine Eingangsquelle) und eine elektrische Last 210 mit dem Eingangsabschnitt bzw. dem Ausgangsabschnitt verbunden, und die Spannung Vp, die durch die Leistungsquelle 200 angelegt ist, wird verstärkt und an die elektrische Last 210 angelegt, während der Kondensator 150 zu der Leistungsquelle 200 an dem Eingangsabschnitt parallel geschaltet ist, und der andere Kondensator 152 zu der elektrischen Last 210 an dem Ausgangsabschnitt parallel geschaltet ist.
-
Die Wandlerschaltung 110 weist eine Reaktanz 112, eine Diode 114, einen MOS-FET (= Metall oxide semiconductor-Field effect transistor = Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) 116 auf. Die Wandlerschaltung 120 weist ähnlicherweise eine Reaktanz 122, eine Diode 124, einen MOS-FET 126 auf. Die Wandlerschaltung 130 weist eine Reaktanz 132, eine Diode 134 und einen MOS-FET 136 auf. Die Wandlerschaltung 140 weist eine Reaktanz 142, eine Diode 144 und einen MOS-FET 146 auf. Die vier Wandlerschaltungen 110 bis 140 haben somit die gleichen Konfigurationen. Es ist daher hauptsächlich der Abschnitt des Wandlers 110 beschrieben, und die Erläuterung für andere Wandlerschaltungen 120 und dergleichen ist weggelassen.
-
Die Reaktanz 112 und die Diode 114 bilden eine Reihenschaltung. Der eine Endanschluss der Reihenschaltung (ein Endanschluss der Reaktanz 112) ist mit dem Eingangsanschluss verbunden, und der andere Endanschluss (der Kathodenanschluss der Diode 114) ist mit dem Ausgangsanschluss verbunden. Der MOS-FET 116 dient als ein Schaltelement. Das eine Ende (die Drainseite) des Schaltelements ist mit dem Kreuzungspunkt zwischen der Reaktanz 112 und der Diode 114 verbunden, und der andere Endanschluss (die Sourceseite) des Schaltelements ist mit Masse verbunden. Der Gateanschluss des Schaltelements ist mit dem Steuerblock 170 verbunden, und ein Treibsignal, das von dem Steuerblock 170 ausgegeben wird, steuert den Schaltbetrieb des MOS-FET 116. Der Wandler 110 und ein Kondensator 15 bilden einen Einphasen-Aufspannwandler (Schaltregler).
-
Die Stromerfassungsschaltung 160 detektiert einen Strom, mit dem die elektrische Last 210 versorgt wird. Ein Erfassungswiderstand ist beispielsweise einfach als eine Stromerfassungsschaltung 160 genutzt, und die Spannung, die zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstands erscheint, wird in den Steuerblock 170 eingegeben. Der Steuerblock 170 ist konfiguriert, um Vr/R zu berechnen (wobei R einen Widerstandswert des Erfassungswiderstands darstellt, und Vr die Spannung darstellt, die zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstands erscheint) und den Laststrom, das heißt die Menge einer Ausgangslast, zu detektieren.
-
Der Steuerblock 120 bestimmt basierend auf der Menge einer Ausgangslast, die durch die Stromerfassungsschaltung 160 detektiert wird, die Zahl von Betriebsphasen. Der Steuerblock 170 bestimmt genauer gesagt abhängig von der Menge einer Ausgangslast die Zahl von Wandlern, die in den Wandlerschaltungen 110 bis 140 verwendet sind, zum Beispiel wird die Menge einer Ausgangslast in vier Pegel A, B, C und D (A ist der größte und D ist der kleinste der vier Pegel) geteilt.
-
Wenn der Ausgangslastpegel A ist, ermöglicht der Steuerblock 170, dass alle vier Wandlerschaltungen 110 bis 140 betrieben werden, derart, dass der Steuerblock 170 vier Treibsignale erzeugt/ausgibt, die jeweils eine entsprechende Wandlerschaltung 110 bis 140 steuern. Wenn der Ausgangslastpegel B ist, ermöglicht der Steuerblock 170, dass drei von vier Wandlerschaltungen 110 bis 130 derart betrieben werden, dass der Steuerblock 170 drei Treibsignale erzeugt/ausgibt, die jeweils entsprechende Wandlerschaltungen 110 bis 130 steuern. Wenn der Ausgangslastpegel C ist, ermöglicht der Steuerblock 170, dass zwei von vier Wandlerschaltungen 110 und 120 betrieben werden, derart, dass der Steuerblock 170 zwei Treibsignale erzeugt/ausgibt, die jeweils entsprechende Wandlerschaltungen 110 und 120 steuern. Wenn der Ausgangslastpegel D ist, ermöglicht der Steuerblock 170, dass eine von vier Wandlerschaltungen 110 betrieben wird, derart, dass der Steuerblock 170 ein Treibsignal erzeugt/ausgibt, das die Wandlerschaltung 110 steuert.
-
Der Steuerblock 170 ändert einen Betriebszeitpunkt, der jeweiligen Betriebsphasen entspricht, basierend auf der Zahl von Betriebsphasen. Der Steuerblock 170 steuert genauer gesagt Phasenunterschiede zwischen den mehreren Treibsignalen, wodurch jeder Treibzeitpunkt (Steuerzeitpunkt), der der Wandlerschaltung, die abhängig von der Menge einer Ausgangslast verwendet wird, entspricht, die gleichen Intervalle hat.
-
2 ist ein Zeitdiagramm, das Treibzeitpunkte von jeweiligen Wandlerschaltungen zeigt, wenn die Zahl von Betriebsphasen vier ist, da die maximale Ausgangslast angelegt ist (Pegel A). Wie in 2 gezeigt ist, zeigt das Treibsignal 1, das heißt DS1 (Phase 1), ein Treibsignal, das von dem Steuerblock 170 ausgegeben wird und das in das Gate des MOS-FET 116 in der Wandlerschaltung 110 eingegeben wird. Das Treibsignal 2, das heißt DS2 (Phase 2), zeigt ein Treibsignal, das von dem Steuerblock 170 ausgegeben wird und das in das Gate des MOS-FET 126 in der Wandlerschaltung 120 eingegeben wird. Das Treibsignal 3, das heißt DS3 (Phase 3), zeigt ein Treibsignal, das von dem Steuerblock 170 ausgegeben wird und das in das Gate des MOS-FET 136 in der Wandlerschaltung 130 eingegeben wird. Das Treibsignal 4, das heißt DS4 (Phase 4), zeigt ein Treibsignal, das von dem Steuerblock 170 ausgegeben wird und das in das Gate des MOS-FET 146 in der Wandlerschaltung 140 eingegeben wird.
-
Das Treibsignal 1, das in die Wandlerschaltung 110 eingegeben wird, ist ein Pulssignal, das eine 50%-Tastung und eine vorbestimmte Schaltperiode (das heißt ein PWM-Signal) hat, in der der MOS-FET 116 EIN-schaltet, wenn der Signalpegel hoch ist, und der MOS-FET 116 AUS-schaltet, wenn der Signalpegel niedrig ist. Das Tastverhältnis des Treibsignals 1 variiert kontinuierlich innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ansprechend auf die Menge der Ausgangslast. Das Treibsignal 2 ist ein Pulssignal, das die gleiche Schaltperiode und das Tastverhältnis wie das Treibsignal 1 hat, und ein EIN-AUS-Zeitpunkt des Treibsignals 2 ist eingestellt, um 90 Grad von dem Treibsignal 1 verschoben zu sein. Das Treibsignal 3 ist ähnlicherweise ein Pulssignal, das die gleiche Schaltperiode und das gleiche Tastverhältnis wie das Treibsignal 1 hat, und ein EIN-AUS-Zeitpunkt des Treibsignals 3 ist eingestellt, um 180 Grad von dem Treibsignal 1 verschoben zu sein, und um 90 Grad von dem Treibsignal 2 verschoben zu sein. Das Treibsignal 4 ist ein Pulssignal, das die gleiche Schaltperiode und das gleiche Tastverhältnis wie das Treibsignal 1 hat, und ein EIN-AUS-Zeitpunkt des Treibsignals 4 ist eingestellt, um von dem Treibsignal 1 um 270 Grad verschoben zu sein, und um von dem Treibsignal 2 um 180 Grad verschoben zu sein, und um von dem Treibsignal 3 um 90 Grad verschoben zu sein.
-
3 ist ein Zeitdiagramm, das einen Treibzeitpunkt von jeweiligen Wandlerschaltungen zeigt, wenn die Zahl von Betriebsphasen auf drei eingestellt ist und die Ausgangslast kleiner als die maximale Last ist (das heißt Pegel B). In diesem Fall stoppt der Steuerblock 170 die Ausgabe des Treibsignals 4, das der Wandlerschaltung 140 entspricht, durch Halten eines niedrigen Zustands. Die Treibsignale 1 bis 3 werden in die drei Wandlerschaltungen 110 bis 130 jeweils eingegeben, und jeder Phasenunterschied zwischen drei Treibsignalen wird auf 120 Grad eingestellt. Das Treibsignal 2 hat mit anderen Worten die gleiche Schaltperiode und das Tastverhältnis wie das Treibsignal 1, und der EIN-AUS-Zeitpunkt des Treibsignals 2 ist eingestellt, um um 120 Grad relativ zu dem Treibsignal 1 verschoben zu sein. Das Treibsignal 3 hat ähnlicherweise die Schaltperiode und das Tastverhältnis wie das Treibsignal 1, und der EIN-AUS-Zeitpunkt des Treibsignals 3 ist eingestellt, um relativ zu dem Treibsignal 1 um 240 Grad verschoben zu sein, und um relativ zu dem Treibsignal 2 um 120 Grad verschoben zu sein.
-
Wenn die Menge einer Ausgangslast kleiner wird (Pegel C), wodurch die Zahl von Betriebsphasen auf 2 (nicht gezeigt) eingestellt ist, werden lediglich die Treibsignale 1 und 2 verwendet, und die Treibsignale 3 und 4 werden gestoppt. Das Treibsignal 2 hat außerdem die gleiche Schaltperiode und das Tastverhältnis wie das Treibsignal 1, und der EIN-AUS-Zeitpunkt des Treibsignals 2 ist eingestellt, um um 180 Grad zu dem Treibsignal 1 verschoben zu sein.
-
Wenn somit die Zahl von Betriebsphasen ansprechend auf die Menge einer Ausgangslast geändert wird, wird ein Phasenunterschied zwischen den Treibsignalen, die zum Steuern der jeweiligen Wandlerschaltungen verwendet sind, angepasst. Ein pulsierender Strom und ein Welligkeitsstrom, der in dem Ausgangsstrom aufgrund dessen erscheint, dass Phasen der Treibsignale vorgespannt sind, können somit reduziert werden. Die Zahl von Betriebsphasen des Gleichstromwandlers kann ferner basierend auf der Menge der Ausgangslast geändert werden, sodass in einem breiten Bereich einer Lastvariation eine hohe Effizienz des Gleichstrombetriebs erreicht werden kann.
-
4 ist ein Blockdiagramm, das eine Modifikation der Gleichstromwandlerschaltung zeigt. Wie in 4 gezeigt ist, weist der Gleichstromwandler 100A vier Wandlerschaltungen 110A bis 140A auf, die die Wandlerschaltungen 110 bis 140 in 1 ersetzen. Bei der Konfiguration der Wandlerschaltung 110A ist verglichen mit der Wandlerschaltung 110, wie in 1 gezeigt ist, eine Stromerfassungsschaltung 118 an der Source des MOS-FET 116 hinzugefügt. Die Stromerfassungsschaltung 118 detektiert, ob ein Strom durch den MOS-FET 116 fließt oder nicht. Ein Erfassungswiderstand kann als die Stromerfassungsschaltung 118 verwendet sein. Das Gleiche gilt für andere Wandlerschaltungen 120A bis 140A. Verglichen mit den Wandlerschaltungen 120 bis 140 in 1 sind daher Stromerfassungsschaltungen 128, 138 und 148 den Wandlerschaltungen 110A bis 140A hinzugefügt. Diese Stromerfassungsschaltungen 128, 138 und 148 erfassen, ob ein Strom durch jeweils die MOS-FET 126, 136 und 146 fließt oder nicht.
-
Der Steuerblock 170 ändert ansprechend auf die Menge einer Ausgangslast die Zahl von Betriebsphasen. Der Steuerblock 170 detektiert dann, ob ein Fehler in den jeweiligen Wandlerschaltungen, die betrieben werden, existiert oder nicht. Diese Fehlerdetektion wird basierend auf einem Stromdetektionsresultat durch die Stromerfassungsschaltung, die in den jeweiligen Wandlerschaltungen angeordnet ist, ausgeführt. Wenn beispielsweise das Treibsignal 1, das ein vorbestimmtes Tastverhältnis hat, an den MOS-FET 116 in der Wandlerschaltung 110A angelegt ist (das heißt, der MOS-FET 116 schaltet EIN, wenn das Treibsignal 1 hoch ist), detektiert die Stromerfassungsschaltung 118, ob der Strom durch den MOS-FET 116 fließt oder nicht, wodurch ein Auftreten des Fehlers (das heißt eines Leerlauf-/Kurzschluss-Fehlers des MOS-FET 116) in der Wandlerschaltung 110A detektiert werden kann.
-
Sobald ein Fehler bei einer der Wandlerschaltungen detektiert wird, stellt der Steuerblock 170 die Phasenunterschiede zwischen den Treibsignalen, die in die jeweiligen Wandler eingegeben werden, ein, sodass Intervalle zwischen den Treibzeitpunkten der Wandler (außer dem Wandler, der den Fehler hat) gleich werden.
-
5 ist ein Diagramm, das jede Zustandseinstellung von jeweiligen Wandlerschaltungen, wenn ein Fehler in einem Teil der Wandlerschaltungen detektiert wird, nachdem die Zahl von Betriebsphasen basierend auf einer Menge der Ausgangslast auf drei geändert ist, zeigt. In 5 gibt ein 'Treibsignal' einen Zustand an, ob das Treibsignal zu jeder Wandlerschaltung von dem Steuerblock übertragen wird oder nicht, 'übertragen' gibt einen Zustand an, bei dem das Treibsignal von dem Steuerblock 170 zu jeder Wandlerschaltung übertragen wurde, und 'nicht übertragen' gibt einen Zustand an, bei dem das Treibsignal nicht übertragen wurde, sodass das Treibsignal nicht in jede Wandlerschaltung eingegeben wurde. Ein 'Phasenzustand' gibt außerdem ein Auftreten eines Fehlers (Fehler/normal) in den Betriebsphasen 1 bis 4 (Wandlerschaltungen 110A bis 140A) an, und ein 'Phasenbetrieb' gibt Betriebszustände, die den jeweiligen Betriebsphasen 1 bis 4 entsprechen, an.
-
In 5 ist angenommen, dass die Ausgangslast kleiner wird als die maximale Last (Pegel B), und die Zahl von Betriebsphasen ist auf drei eingestellt, sodass die Treibsignale 1 bis 3 in die Wandlerschaltungen 110A bis 130A eingegeben werden, die den Betriebsphasen 1 bis 3 entsprechen. Die Treibsignale 1 bis 3 werden derart gesteuert, dass jeder Phasenunterschied zwischen den drei Signalen 120 Grad ist. Danach wird in einem Fall, bei dem ein Fehler in der Wandlerschaltung 110A detektiert wird, die der Betriebsphase 1 entspricht, der Phasenunterschied zwischen den Treibsignalen 2 und 3, die in die verbleibenden zwei Wandlerschaltungen 120A und 130A eingegeben werden, wieder auf 180 Grad eingestellt.
-
Wenn somit die Zahl von Betriebsphasen ansprechend auf die Menge einer Ausgangslast geändert wird, und der Gleichstromwandler weiter in Betrieb ist, selbst wenn ein Teil der Wandlerschaltungen einen Fehler hat, können, da die Phasenunterschiede zwischen den Treibsignalen, die verwendet werden, um die verbleibenden Wandlerschaltungen zu steuern, angepasst sind, der pulsierende Strom und die Welligkeit in dem Ausgangsstrom bedeutend reduziert werden.
-
Bei dem Beispiel, das in 5 gezeigt ist, verbleibt, selbst wenn der Fehler in der Wandlerschaltung 110A detektiert wird, die Wandlerschaltung 140A gestoppt, und die verbleibenden zwei Wandlerschaltungen 120A und 130A sind weiter in Betrieb. Statt der Wandlerschaltung 110A, bei der der Fehler detektiert wird, kann jedoch die Wandlerschaltung 140A verwendet sein, wodurch die drei Wandlerschaltungen 120A bis 140A als ein Teil des Gleichstromwandlers betrieben sein können. In diesem Fall wird der Phasenunterschied zwischen den drei Treibsignalen 2 bis 4, die den Wandlerschaltungen 120A bis 140A entsprechen, wieder angepasst. Der Steuerblock 170 entspricht der Steuerung, die Wandlerschaltungen 110 bis 140 und 110A bis 140A entsprechen Wandlerschaltungen, und die Gleichstromwandler 100, 100A entsprechen Reglern.
-
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das im Vorhergehenden beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt. Verschiedene Modifikationen können jedoch vorgenommen sein, ohne von dem technischen Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Gemäß dem im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel, wie es in 4 gezeigt ist, wird beispielsweise die Zahl von Betriebsphasen ansprechend auf die Menge einer Ausgangslast bestimmt, und der Gleichstromwandler ist die Wandlerschaltung, die den Fehler hat, ausschließend in Betrieb. Der Gleichstromwandler kann jedoch konfiguriert sein, um ungeachtet der Menge einer Ausgangslast mit einer vorbestimmten Zahl von Betriebsphasen in Betrieb zu sein.
-
6 ist ein Blockdiagramm, das eine Modifikation der Gleichstromwandlerschaltung zeigt, wenn die Zahl von Betriebsphasen des Wandlers als eine fixierte Zahl eingestellt ist. Die Gleichstromwandlerschaltung 100B, die in 6 gezeigt ist, unterscheidet sich von der Gleichstromwandlerschaltung 100A, die in 4 gezeigt ist, derart, dass die Stromerfassungsschaltung 160 aus der Gleichstromwandlerschaltung 100A entfernt ist. Der Steuerblock 170 ist konfiguriert, um die Treibsignale 1 bis 4 zu den vier Wandlerschaltungen 110A bis 140A jeweils auszugeben, wenn die vier Wandlerschaltungen 110A bis 140A einen normalen Betrieb haben. Bei dieser Gelegenheit wird jeder Phasenunterschied zwischen diesen vier Treibsignalen 1 bis 4 auf 90 Grad eingestellt. Wenn ein Fehler in einem Teil von vier Wandlerschaltungen detektiert wird, zum Beispiel der Steuerblock 170 einen Fehler in der Wandlerschaltung 130A detektiert, ist der Steuerblock 170 konfiguriert, um den Phasenunterschied zwischen den Treibsignalen 1, 2 und 4, die in die verbleibenden Wandlerschaltungen 110A, 120A und 140A (in denen keine Fehler detektiert werden) eingegeben werden, auf 120 Grad relativ zueinander einzustellen. Der Steuerblock 170 hält anschließend das Steuern der drei Wandlerschaltungen 110A, 120A und 140A durch Verwenden dieser Treibsignale 1, 2 und 4 aufrecht. Wenn somit der Steuerblock den Betrieb aufrechterhält, wenn ein Teil von Wandlerschaltungen einen Fehler hat, passt der Steuerblock 170 den Phasenunterschied zwischen den Treibsignalen, die jeweilige Wandlerschaltungen in einem normalen Betrieb steuern, an, wodurch der pulsierende Strom und der Welligkeitsstrom an dem Ausgang des Gleichstromwandlers reduziert werden können.
-
Gemäß dem im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Gleichstromwandlerschaltung, die mit vier Wandlerschaltungen, die vier Betriebsphasen haben, versehen ist, veranschaulicht. Eine Gleichstromwandlerschaltung mit drei oder weniger Betriebsphasen oder fünf oder mehr Betriebsphasen kann jedoch auf die vorliegende Erfindung angepasst sein. Bei dem im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel hat die Gleichstromwandlerschaltung zwei Kondensatoren (das heißt einen Kondensator 150 und 152), die zu der Wandlerschaltung parallel geschaltet sind, jeder Kondensator kann jedoch durch eine Mehrzahl von Kondensatoren gebildet sein, oder jeweilige Wandlerschaltungen können darin einzelne Kondensatoren aufweisen.
-
Gemäß dem im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel ist eine Gleichstromwandlerschaltung eines Verstärkungstyps beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann jedoch an eine Abspanngleichstromwandlerschaltung und eine Aufspann-/Abspann-Gleichstromwandlerschaltung angepasst sein, die jeweils eine Mehrzahl von Betriebsphasen haben.
-
7 ist ein Blockdiagramm, das eine Beispielkonfiguration eines Abspanngleichstromwandlers zeigt, der 1 entspricht. Die in 7 gezeigte Konfiguration kann modifiziert sein, um Merkmale, die in 4 oder 6 gezeigt sind, aufzuweisen.
-
8 ist ein Blockdiagramm, das eine Beispielkonfiguration eines Aufspann-/Abspann-Gleichstromwandlers zeigt, der 1 entspricht. Die in 8 gezeigte Konfiguration kann modifiziert sein, um Merkmale, die in 4 oder 6 gezeigt sind, aufzuweisen.
-
Wie im Vorhergehenden beschrieben ist kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Phasenunterschied zwischen den Treibsignalen, die jeweilige Wandlerschaltungen steuern, angepasst sein, wenn die Zahl von Betriebsphasen geändert ist. Als ein Resultat können ein pulsierender Strom und ein Welligkeitsstrom, der aufgrund dessen, dass Phasen der Treibsignale vorgespannt sind, in dem Ausgangsstrom erscheint, reduziert werden.
-
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 2007-116834 [0003, 0006, 0007]
- JP 2000-308337 [0004, 0007]
- JP 1978-83014 [0005, 0007]
- JP 1983-136266 [0005, 0007]
