Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Gleichstrom-Gleichstrom (DC-DC)-Wandler.The present disclosure relates to a DC-DC converter.
Die JP2017-200386A offenbart einen Abwärts-DC-DC-Wandler. Der DC-DC-Wandler ist konfiguriert, um eine Eingangsspannung herabzusetzen und beinhaltet eine Serienschaltung und eine Drossel. Die Serienschaltung beinhaltet zwei Schalter, die in Serie miteinander zwischen einem Eingangsanschluss und einer Masse, die ein Referenzpotential darstellt, verbunden sind. Die Drossel ist mit einem Verbindungspunkt der zwei Schalter verbunden.The JP2017-200386A discloses a buck-DC-DC converter. The DC-DC converter is configured to reduce an input voltage and includes a series circuit and a reactor. The series circuit includes two switches connected in series between an input terminal and a ground representing a reference potential. The throttle is connected to a connection point of the two switches.
In dem herkömmlichen DC-DC-Wandler haben die zwei Schalter, die in der Serienschaltung beinhaltet sind, die gleiche Durchschlagsspannung. Demnach kann eine Fläche eines Chips, der die Schalter aufweist, groß sein.In the conventional DC-DC converter, the two switches included in the series circuit have the same breakdown voltage. Thus, an area of a chip having the switches may be large.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung einen DC-DC-Wandler bereit zu stellen, der einen Schalter auf einer Seite mit niedrigerem Potential in einer Serienschaltung vor einer Überspannung schützen kann, während eine Chipfläche reduziert wird.It is an object of the present disclosure to provide a DC-DC converter capable of protecting a switch on a lower potential side in a series connection from an overvoltage while reducing a chip area.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein DC-DC-Wandler einen Abwärtswandler, einen Komparator und einen Controller.In accordance with one aspect of the present disclosure, a DC-DC converter includes a buck converter, a comparator, and a controller.
Der Abwärtswandler setzt eine Eingangsspannung herab und beinhaltet einen Serienschaltung, eine Drossel und einen Kondensator. Die Serienschaltung befindet sich zwischen einem Eingangsanschluss und einem Bezugspotential. Die Serienschaltung beinhaltet einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter. Der erste Schalter befindet sich auf einer Seite mit höherem Potential als der zweite Schalter. Der zweite Schalter befindet sich auf einer Seite mit niedrigerem Potential als der erste Schalter und hat eine Durchschlagsspannung, die niedriger als die des ersten Schalters ist. Die Drossel befindet sich zwischen einem Ausgangsanschluss und einem Verbindungspunkt des ersten Schalters und des zweiten Schalters. Der Kondensator befindet sich zwischen dem Ausgangsanschluss und dem Bezugspotential.The buck converter lowers an input voltage and includes a series circuit, a choke, and a capacitor. The series circuit is located between an input terminal and a reference potential. The series circuit includes a first switch and a second switch. The first switch is located on a higher potential side than the second switch. The second switch is located on a lower potential side than the first switch and has a breakdown voltage lower than that of the first switch. The throttle is located between an output terminal and a connection point of the first switch and the second switch. The capacitor is located between the output terminal and the reference potential.
Der Komparator vergleicht die Eingangsspannung mit einer Schwellenspannung, die niedriger als die Durchschlagsspannung des zweiten Schalters ist. Der Controller steuert die Serienschaltung, um einen Schutz des zweiten Schalters auszuführen, wenn die Eingangsspannung gleich oder größer als die Schwellenspannung ist.The comparator compares the input voltage with a threshold voltage that is lower than the breakdown voltage of the second switch. The controller controls the series connection to perform protection of the second switch when the input voltage is equal to or greater than the threshold voltage.
Gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung, da die Durchschlagsspannung des zweiten Schalters auf der Seite mit niedrigerem Potential (nachfolgen auch als Niedrigpotentialseite bezeichnet) niedriger als die des ersten Schalters in der Serienschaltung ist, kann die Chipfläche verglichen mit der Konfiguration reduziert werden, in der die Durchschlagsspannung des zweiten Schalters gleich der des ersten Schalters ist.According to the aspect of the present disclosure, since the breakdown voltage of the second switch on the lower potential side (hereinafter also referred to as the low potential side) is lower than that of the first switch in the series connection, the chip area can be reduced as compared with the configuration in which FIG Breakdown voltage of the second switch is equal to that of the first switch.
Die Schwellenspannung, die mit der Eingangsspannung zu vergleichen ist, ist niedriger als die Durchschlagsspannung des zweiten Schalters. Der Controller steuert die Serienschaltung, um den Schutz des zweiten Schalters auszuführen, wenn die Eingangsspannung gleich oder größer als die Schwellenspannung ist. Demzufolge wird der zweite Schalter auf der Niedrigpotentialseite vor der Überspannung geschützt, während die Chipfläche reduziert wird.The threshold voltage, which is to be compared with the input voltage, is lower than the breakdown voltage of the second switch. The controller controls the series connection to perform the protection of the second switch when the input voltage is equal to or greater than the threshold voltage. As a result, the second switch on the low-potential side is protected from the overvoltage while the chip area is reduced.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenschau mit den Zeichnungen ersichtlicher.The foregoing and other objects, features and advantages of the present disclosure will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the drawings.
Es zeigen:
- 1 ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines DC-DC-Wandlers gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt;
- 2 ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerverarbeitung einer Serienschaltung darstellt, die durch einen Controller ausgeführt wird;
- 3 ein Zeitdiagramm eines Schaltens zwischen einer normalen Steuerung und einer Schutzsteuerung;
- 4 ein Zeitdiagramm eines Schaltens zwischen einer normalen Steuerung und einer Schutzsteuerung in einem DC-DC-Wandler gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
- 5 ein Diagramm, das einen Strom darstellt, der zu einer Zeit einer Wiederherstellung von der Schutzsteuerung zur normalen Steuerung fließt.
Show it: - 1 FIG. 12 is a diagram illustrating a schematic configuration of a DC-DC converter according to a first embodiment; FIG.
- 2 FIG. 10 is a flowchart illustrating control processing of a series circuit executed by a controller; FIG.
- 3 a timing chart of switching between a normal control and a protection control;
- 4 a timing chart of a switching between a normal control and a protection control in a DC-DC converter according to a second embodiment; and
- 5 a diagram illustrating a current flowing at a time of recovery from the protection control to the normal control.
Ausführungsformen werden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den Ausführungsformen sind funktional und/oder strukturell entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Embodiments will be described with reference to the drawings. In the embodiments, functionally and / or structurally corresponding parts are provided with the same reference numerals.
(Erste Ausführungsform)First Embodiment
Als erstes wird eine schematische Konfiguration eines DC-DC-Wandlers gemäß der vorliegenden Ausführungsform gemäß 1 beschrieben. Der DC-DC-Wandler der vorliegenden Ausführungsform ist an einem Fahrzeug montiert und setzt eine Gleichspannung (beispielsweise 12V), die von einer Batterie bereitgestellt wird, auf eine vorbestimmte Spannung (beispielsweise 5V) herab und stellt die herabgesetzte Spannung einem Mikrocomputer bereit.First, a schematic configuration of a DC-DC converter according to the present embodiment will be described according to FIG 1 described. The DC-DC converter of the present embodiment is mounted on a vehicle and sets a DC voltage (e.g., 12V) provided by a battery descends to a predetermined voltage (e.g., 5V) and provides the lowered voltage to a microcomputer.
Wie in 1 dargestellt ist, beinhaltet der DC-DC-Wandler 10 einen Abwärtswandler 12, einen Komparator 24 und einen Controller 26. Der Abwärtswandler 12 setzt die Gleichspannung herab, die mittels eines Eingangsanschlusses 20 eingegeben wird, und gibt die herabgesetzte Spannung aus. Der Abwärtswandler 12 beinhaltet einen Serienschaltung 14, eine Drossel 16 und einen Kondensator 18. Die Gleichspannung, die mittels des Eingangsanschlusses 20 eingegeben wird, wird nachfolgend als eine Eingangsspannung Vin bezeichnet.As in 1 is shown includes the DC-DC converter 10 a down-converter 12 , a comparator 24 and a controller 26 , The down converter 12 reduces the DC voltage by means of an input terminal 20 is input, and outputs the lowered voltage. The down converter 12 includes a series connection 14 , a throttle 16 and a capacitor 18 , The DC voltage by means of the input terminal 20 is hereinafter referred to as an input voltage Vin.
Die Serienschaltung 14 befindet sich zwischen dem Eingangsanschluss 20 und einem Massepotential (Masse: GND), das ein Bezugspotential ist. Die Serienschaltung 14 beinhaltet einen ersten Schalter 141 und einen zweiten Schalter 142, die mit einander in Serie zwischen dem Eingangsanschluss 20 und der Masse verbunden sind. Der erste Schalter 141 befindet sich auf einer Seite eines höheren Potentials (nachfolgend auch als Hochpotentialseite bezeichnet). Das heißt, der erste Schalter 141 befindet sich benachbart zum Eingangsanschluss 20. Der zweite Schalter 142 befindet sich auf einer Seite mit niedrigerem Potential (nachfolgend auch als Niedrigpotentialseite bezeichnet). Das heißt der zweite Schalter 142 befindet sich benachbart zur Masse.The series connection 14 is located between the input terminal 20 and a ground potential (ground: GND), which is a reference potential. The series connection 14 includes a first switch 141 and a second switch 142 with each other in series between the input terminal 20 and the mass are connected. The first switch 141 is located on a side of a higher potential (hereinafter also referred to as high potential side). That is, the first switch 141 is located adjacent to the input port 20 , The second switch 142 is located on a side with lower potential (hereinafter also referred to as low potential side). That is the second switch 142 is located adjacent to the mass.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein N-Kanal-MOSFET als der erste Schalter 141 und der zweite Schalter 142 verwendet. Der zweite Schalter 142 hat eine Durchschlagsspannung V2, die niedriger als eine Durchschlagsspannung V1 des ersten Schalters 141 ist. Demzufolge ist eine Chipfläche der Serienschaltung 14 kleiner als bei einer Konfiguration, in der die Durchschlagsspannung V2 die gleiche wie die Durchschlagsspannung V1 ist. Der erste Schalter 141 und der zweite Schalter 142 können auf demselben Chip oder auf separaten Chips ausgebildet sein. Die Durchschlagsspannung entspricht der maximalen Nennspannung zwischen einem Drain und einer Source.In the present embodiment, an N-channel MOSFET becomes the first switch 141 and the second switch 142 used. The second switch 142 has a breakdown voltage V2 that is lower than a breakdown voltage V1 the first switch 141 is. As a result, one chip area is the series circuit 14 smaller than a configuration where the breakdown voltage V2 the same as the breakdown voltage V1 is. The first switch 141 and the second switch 142 may be formed on the same chip or on separate chips. The breakdown voltage corresponds to the maximum rated voltage between a drain and a source.
Die Drossel 16 befindet sich zwischen einem Ausgangsanschluss 22 und einem Verbindungspunkt 143 zwischen dem ersten Schalter 141 und dem zweiten Schalter 142. Die Gleichspannung, die durch den Abwärtswandler 12 gewandelt wird, wird mittels des Ausgangsanschlusses 22 ausgegeben. Die Gleichspannung, die durch den Abwärtswandler 12 gewandelt wird, wird nachfolgend als eine Ausgangsspannung Vout bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform hat der DC-DC-Wandler 10 nur den Abwärtswandler 12 als einen Leistungswandler. Demnach ist ein Ende der Drossel 16 mit dem Verbindungspunkt 143 verbunden und das andere Ende ist mit dem Ausgangsanschluss 22 verbunden. Die Drossel 16 kann als eine Spule bezeichnet werden.The throttle 16 is located between an output terminal 22 and a connection point 143 between the first switch 141 and the second switch 142 , The DC voltage passing through the buck converter 12 is converted by means of the output terminal 22 output. The DC voltage passing through the buck converter 12 is hereinafter referred to as an output voltage Vout. In the present embodiment, the DC-DC converter has 10 only the down converter 12 as a power converter. Thus, one end is the throttle 16 with the connection point 143 connected and the other end is to the output terminal 22 connected. The throttle 16 may be referred to as a coil.
Der Kondensator 18 ist zwischen dem Ausgangsanschluss 22 und der Masse verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine positive Elektrode des Kondensators 18 mit einem Verbindungspunkt zwischen der Drossel 16 und dem Ausgangsanschluss 22 verbunden und eine negative Elektrode des Kondensators 18 ist mit der Masse verbunden.The capacitor 18 is between the output terminal 22 and the mass connected. In the present embodiment, a positive electrode of the capacitor 18 with a connection point between the throttle 16 and the output terminal 22 connected and a negative electrode of the capacitor 18 is connected to the mass.
Der Komparator 24 erlangt die Eingangsspannung Vin, vergleicht die erlangte Eingangsspannung Vin mit einem vorbestimmten Schwellenwert und gibt das Vergleichsergebnis an den Controller 26 aus. Der Komparator 24 vergleicht einen ersten Schwellenwert Vth1 als den Schwellenwert mit der Eingangsspannung Vin und gibt das Vergleichsergebnis aus. Der erste Schwellenwert Vth1 ist niedriger als die Durchschlagsspannung V2 des zweiten Schalters 142. Insbesondere wird der erste Schwellenwert Vth1 durch Subtrahieren einer vorbestimmten Toleranz von der Durchschlagsspannung V2 des zweiten Schalters 142 erlangt. Der erste Schwellenwert Vth1 wird zum Bestimmen dessen verwendet, ob die Eingangsspannung Vin eine Überspannung für den zweiten Schalter 42 ist. Der erste Schwellenwert Vth1 entspricht der Schwellenspannung.The comparator 24 attains the input voltage Vin , compares the obtained input voltage Vin with a predetermined threshold and outputs the comparison result to the controller 26 out. The comparator 24 compares a first threshold Vth1 as the threshold value with the input voltage Vin and outputs the comparison result. The first threshold Vth1 is lower than the breakdown voltage V2 of the second switch 142 , In particular, the first threshold value Vth1 by subtracting a predetermined tolerance from the breakdown voltage V2 of the second switch 142 obtained. The first threshold Vth1 is used to determine whether the input voltage Vin an overvoltage for the second switch 42 is. The first threshold Vth1 corresponds to the threshold voltage.
Der Komparator 24 vergleicht einen zweiten Schwellenwert Vth2 als den Schwellenwert mit der Eingangsspannung Vin und gibt das Vergleichsergebnis an den Controller 26 aus. Der zweite Schwellenwert Vth2 wird für eine Bestimmung einer Wiederherstellung von einer Schutzsteuerung in eine normale Steuerung verwendet, was später beschrieben wird. Der zweite Schwellenwert Vth2 ist gleich oder kleiner als der erste Schwellenwert Vth1. In der vorliegenden Ausführungsform ist der zweite Schwellenwert Vth2 kleiner als der erste Schwellenwert Vth1, das heißt, die zweite Schwellenwerte Vth1 und Vth2 haben eine Hysterese. Beispielsweise beinhaltet der Komparator 24 einen Komparator für den ersten Schwellenwert Vth1 und einen Komparator für den zweiten Schwellenwert Vth2.The comparator 24 compares a second threshold Vth2 as the threshold with the input voltage Vin and gives the comparison result to the controller 26 out. The second threshold Vth2 is used for a determination of restoration from a protection control to a normal control, which will be described later. The second threshold Vth2 is equal to or less than the first threshold Vth1 , In the present embodiment, the second threshold is Vth2 less than the first threshold Vth1 that is, the second thresholds Vth1 and Vth2 have a hysteresis. For example, the comparator includes 24 a comparator for the first threshold Vth1 and a comparator for the second threshold Vth2 ,
Der Controller 26 steuert die Serienschaltung 14. Der Controller 26 gibt ein Antriebssignal an jeden des ersten Schalters 141 und des zweiten Schalters 142 aus, die in der Serienschaltung 14 beinhaltet sind, und steuert ein/aus des ersten Schalters 141 und des zweiten Schalters 142. Der Controller 26 steuert die Serienschaltung 14 basierend auf dem Vergleichsergebnis des Komparators 24. Ist die Eingangsspannung Vin nicht gleich oder größer als der erste Schwellenwert, steuert der Controller 26 die Serienschaltung 14 basierend auf der Ausgangsspannung Vout.The controller 26 controls the series connection 14 , The controller 26 gives a drive signal to each of the first switch 141 and the second switch 142 off, in the series circuit 14 are included, and controls on / off the first switch 141 and the second switch 142 , The controller 26 controls the series connection 14 based on the comparison result of the comparator 24 , If the input voltage Vin is not equal to or greater than the first threshold, the controller controls 26 the series connection 14 based on the output voltage Vout.
Das Antriebssignal, das durch den Controller 26 erzeugt wird, wird in das Gate des ersten Schalters 141 mittels des Puffers 28 eingegeben. Wenn ein Signal mit hohem Pegel (H) in das Gate eingegeben wird, wird der erste Schalter 141 eingeschaltet. Wenn ein Signal mit niedrigem Pegel (L) in das Gate eingeben wird, wird der erste Schalter 141 ausgeschaltet. Auf ähnliche Weise wird das Antriebssignal, dass durch den Controller 26 erzeugt wird, in das Gate des zweiten Schalters 142 mittels des Puffers 30 eingegeben. Wenn ein Signal mit einem H-Pegel-Signal in das Gate eingegeben wird, wird der zweite Schalter 142 eingeschaltet. Wenn ein L-Pegel-Signal in das Gate eingegeben wird, wird der zweite Schalter 142 ausgeschaltet. The drive signal generated by the controller 26 is generated, is in the gate of the first switch 141 by means of the buffer 28 entered. When a high level signal ( H ) is input to the gate becomes the first switch 141 switched on. When a low level signal ( L ) in the gate, becomes the first switch 141 switched off. Similarly, the drive signal is through the controller 26 is generated in the gate of the second switch 142 by means of the buffer 30 entered. When a signal having an H level signal is input to the gate, the second switch becomes 142 switched on. When an L-level signal is input to the gate, the second switch becomes 142 switched off.
Als Nächstes wird die Steuerverarbeitung der Serienschaltung 14, die durch den Controller 26 ausgeführt wird, gemäß 2 beschrieben. Wenn eine Energieversorgung eingeschaltet wird, führt der Controller 26 die folgende Verarbeitung aus.Next, the control processing of the series circuit 14 by the controller 26 is executed, according to 2 described. When a power supply is turned on, the controller performs 26 the following processing.
Wie in 2 dargestellt ist, bestimmt der Controller 26 bei einem Schritt S10, ob die Eingangsspannung Vin gleich oder größer als der erste Schwellenwert Vth1 ist, basierend auf dem Vergleichsergebnis des Komparators 24.As in 2 is shown, the controller determines 26 at one step S10 whether the input voltage Vin is equal to or greater than the first threshold value Vth1 based on the comparison result of the comparator 24 ,
Wenn die Eingangsspannung Vin gleich oder größer als der erste Schwellenwert Vth1 ist, führt der Controller 26 eine Schutzsteuerung bei einem Schritt S12 aus. In der vorliegenden Ausführungsform schaltet der Controller 26 den ersten Schalter 141 und den zweiten Schalter 142 aus. Dann wird die Serie von Verarbeitungen beendet.When the input voltage Vin is equal to or greater than the first threshold Vth1 is, the controller performs 26 a protection control in one step S12 out. In the present embodiment, the controller switches 26 the first switch 141 and the second switch 142 out. Then the series of processings is ended.
Wenn die Eingangsspannung Vin nicht gleich oder größer als der erste Schwellenwert Vth1 ist, das heißt, wenn die Eingangsspannung Vin bei Schritt 110 kleiner als der erste Schwellenwert Vth1 ist, bestimmt der Controller 26 bei einem Schritt S14 ob die Schutzsteuerung ausgeführt wird. Wird die Schutzsteuerung ausgeführt, bestimmt der Controller 26 bei einem Schritt S16, ob die Eingangsspannung Vin kleiner als der zweite Schwellenwert Vth2 ist, basierend auf dem Vergleichsergebnis des Komparators 24.When the input voltage Vin not equal to or greater than the first threshold Vth1 is, that is, when the input voltage Vin at step 110 less than the first threshold Vth1 is, the controller determines 26 at one step S14 whether the protection control is executed. When the protection control is executed, the controller determines 26 at one step S16 whether the input voltage Vin is smaller than the second threshold Vth2 is based on the comparison result of the comparator 24 ,
Wird die Schutzsteuerung bei Schritt S14 nicht ausgeführt, führt der Controller 26 die normale Steuerung bei einem Schritt S18 aus. Der Controller 26 führt eine Regelung für ein/aus des ersten Schalters 141 und des zweiten Schalters 142 basierend auf der Ausgangsspannung Vout aus. Dann wird die Serie von Verarbeitungen beendet.If the protection control at step S14 not executed, the controller performs 26 the normal control in one step S18 out. The controller 26 performs a control for on / off the first switch 141 and the second switch 142 based on the output voltage Vout. Then the series of processings is ended.
Beim Schritt S16, wenn die Eingangsspannung Vin kleiner als der zweite Schwellenwert Vth2 ist, führt der Controller 26 die normale Steuerung beim Schritt S18 aus. Da der Schritt S18 nach dem Schritt S16 ausgeführt wird, kehrt die Verarbeitung von der Schutzsteuerung zur normalen Steuerung zurück. Mit anderen Worten wird die Schutzsteuerung frei gegeben. Dann wird die Serie von Verarbeitungen beendet.At the step S16 if the input voltage Vin is less than the second threshold Vth2, the controller performs 26 the normal control at the step S18 out. Because the step S18 after the step S16 is executed, the processing returns from the protection control to the normal control. In other words, the protection control is released. Then the series of processings is ended.
Ist die Eingangsspannung Vin nicht kleiner als der zweite Schwellenwert Vth2, das heißt, ist die Eingangsspannung Vin gleich oder größer als der zweite Schwellenwert Vth2 bei Schritt S16, führt der Controller 26 die Schutzsteuerung bei Schritt S12 aus. In anderen Worten wird die Schutzsteuerung fortgeführt. Dann wird die Serie von Verarbeitungen beendet.If the input voltage Vin is not smaller than the second threshold value Vth2, that is, the input voltage Vin is equal to or greater than the second threshold value Vth2 at step S16 , leads the controller 26 the protection control at step S12 out. In other words, the protection control is continued. Then the series of processings is ended.
3 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel eines Schaltens zwischen der normalen Steuerung und der Schutzsteuerung darstellt. In der normalen Steuerung führt der Controller 26 eine Regelung eines Tastverhältnisses des PWM Signals, dass das Antriebssignal darstellt, basierend auf der Ausgangsspannung Vout aus. Der Controller 26 schaltet den ersten Schalter 141 und den zweiten Schalter 142 abwechselnd ein. In 3 ist der Einfachheit halber die Totzeit weggelassen. 3 Fig. 10 is a timing chart showing an example of switching between the normal control and the protection control. In the normal control, the controller performs 26 a control of a duty ratio of the PWM signal representing the drive signal based on the output voltage Vout. The controller 26 turns on the first switch 141 and the second switch 142 alternately. In 3 For the sake of simplicity the dead time is omitted.
Bei einer Ein-Zeitgebung des ersten Schalters 141 wird der zweite Schalter 142 ausgeschaltet. Ein Strompfad, der dem Eingangsanschluss 20, den ersten Schalter 141, den Verbindungspunkt 143, die Drossel 16, den Kondensator 18 und das Referenzpotential bzw. Bezugspotential beinhaltet, ist ausgebildet. Der Kondensator 18 wird geladen, und ein Energiewert in der Drossel 16 gespeichert. Andererseits wird bei einer Ein-Zeitgebung des zweiten Schalters 142 der erste Schalter 141 ausgeschaltet. Ein Strompfad einschließlich der Masse, des zweiten Schalters 142, des Verbindungspunkts 143 und der Drossel 16 wird ausgebildet. Die Energie, die in der Drossel 16 gespeichert ist, wird an den Kondensator 18 und die Last entladen.At a on-timing of the first switch 141 becomes the second switch 142 switched off. A current path that connects to the input terminal 20 , the first switch 141 , the connection point 143 , the throttle 16 , the condenser 18 and the reference potential or reference potential is formed. The capacitor 18 is charged, and an energy value in the throttle 16 saved. On the other hand, in on-timing of the second switch 142 the first switch 141 switched off. A current path including the ground, the second switch 142 , the connection point 143 and the throttle 16 is being trained. The energy in the throttle 16 is stored, is connected to the capacitor 18 and unload the load.
Wenn die Eingangsspannung Vin ansteigt, um gleich oder größer als der erste Schwellenwert Vth1 zu sein, schaltet der Controller 26 von der normalen Steuerung auf die Schutzsteuerung um. Wie vorstehend beschrieben ist, schaltet der Controller 26 der vorliegenden Ausführungsform den ersten Schalter 141 und den zweiten Schalter 142 aus. Die Energie, die in dem Kondensator 18 gespeichert ist, wird in den Pfad einschließlich des Mikrocomputers konvertiert die Last darstellt, der parasitären Diode des zweiten Schalters 142, des Verbindungspunkts 143, der Drossel 16, des Kondensators 18 und des Bezugspotentials verbraucht. Demzufolge nimmt die Ausgangsspannung Vout graduell ab.When the input voltage Vin increases to equal to or greater than the first threshold Vth1 to be, the controller turns off 26 from the normal control to the protection control. As described above, the controller shifts 26 In the present embodiment, the first switch 141 and the second switch 142 out. The energy in the capacitor 18 is stored in the path including the microcomputer representing the load represents, the parasitic diode of the second switch 142 , the connection point 143 , the throttle 16 , the capacitor 18 and the reference potential consumed. As a result, the output voltage decreases Vout Gradually.
Nach Umschalten auf die Schutzsteuerung, wenn die Eingangsspannung Vin abnimmt, um niedriger als der zweite Schwellenwert Vth2 zu sein, schaltet der Controller 26 von der Schutzsteuerung auf die normale Steuerung um. Das heißt, die Schutzsteuerung kehrt zur normalen Steuerung (d.h., Wiederherstellung) zurück. Der Controller 26 führt die vorstehend beschriebene normale Steuerung aus.After switching to the protection control, when the input voltage Vin decreases to lower than the second threshold Vth2 to be, the controller turns off 26 from the protection control to the normal control. That is, the protection control returns to normal control (ie, recovery). The controller 26 performs the normal control described above.
Als Nächstes werden Wirkungen des vorstehend beschriebenen DC-DC-Wandlers 10 beschrieben.Next, effects of the above-described DC-DC converter will be described 10 described.
In dem DC-DC-Wandler 10 ist die Durchschlagsspannung V2 des zweiten Schalters 142 auf der Niedrigpotentialseite, der in der Serienschaltung 14 des Abwärtskonverters 12 beinhaltet ist, niedriger als die Durchschlagsspannung V1 des ersten Schalters 141 auf der Hochpotentialseite. Da die Durchschlagsspannung V2 des zweiten Schalters 142 niedriger als die Durchschlagsspannung V1 des ersten Schalters 141 ist, ist die Chipfläche des Schalters der Serienschaltung 14 verglichen mit der Konfiguration, in der die Durchschlagsspannung V2 gleich der Durchschlagsspannung V1 ist, kleiner. Somit kann der Aufwand bzw. die Kosten reduziert werden.In the DC-DC converter 10 is the breakdown voltage V2 of the second switch 142 on the low potential side, in series connection 14 of the down converter 12 is lower than the breakdown voltage V1 the first switch 141 on the high potential side. Because the breakdown voltage V2 of the second switch 142 lower than the breakdown voltage V1 the first switch 141 is, the chip area of the switch is the series circuit 14 compared with the configuration in which the breakdown voltage V2 equal to the breakdown voltage V1 is smaller. Thus, the effort and costs can be reduced.
Der erste Schwellenwert Vth1 verglichen mit der Eingangsspannung Vin ist kleiner als die Durchschlagsspannung V2 des zweiten Schalters 142. Ist die Eingangsspannung Vin gleich oder größer als die erste bzw. der erste Schwellenwert Vth1, steuert der Controller 26 die Serienschaltung 14 zum Schützen des zweiten Schalters 142. Demnach wird der zweite Schalter 142, der eine niedrige Durchschlagsspannung V2 aufweist, vor der Überspannung geschützt, während die Chipfläche reduziert wird.The first threshold Vth1 compared with the input voltage Vin is smaller than the breakdown voltage V2 of the second switch 142 , If the input voltage Vin is equal to or greater than the first and the first threshold, respectively Vth1 , the controller controls 26 the series connection 14 to protect the second switch 142 , Accordingly, the second switch 142 that has a low breakdown voltage V2 protected against overvoltage while the chip area is reduced.
In der vorliegenden Ausführungsform schaltet der Controller 26 den ersten Schalter 141 aus, um den zweiten Schalter 142 zu schützen. Durch Ausschalten des ersten Schalters 141 werden der Eingangsanschluss 20 und der Verbindungspunkt 143 getrennt. Demnach kann Anlegen der Überspannung an dem zweiten Schalter 142 verhindert werden.In the present embodiment, the controller switches 26 the first switch 141 off to the second switch 142 to protect. By switching off the first switch 141 become the input terminal 20 and the connection point 143 separated. Accordingly, applying the overvoltage to the second switch 142 be prevented.
Insbesondere in der vorliegenden Ausführungsform schaltet der Controller 26 sowohl den ersten Schalter 141 als auch den zweiten Schalter 142 aus, um den zweiten Schalter 142 zu schützen. Durch Ausschalten des zweiten Schalters 142 sind der Verbindungspunkt 143 und die Masse getrennt. Demnach wird die Reduzierung der Ausgangsspannung Vout während der Schutzsteuerung gelockert. Demzufolge wird zur Zeit der Wiederherstellung von der Schutzsteuerung zur normalen Steuerung die vorbestimmte Ausgangsspannung Vout, die durch die Last erfordert bzw. von der Last benötigt wird, schnell bereitgestellt.In particular, in the present embodiment, the controller switches 26 both the first switch 141 as well as the second switch 142 off to the second switch 142 to protect. By switching off the second switch 142 are the connection point 143 and the mass separated. Accordingly, the reduction of the output voltage Vout during the protection control relaxed. As a result, at the time of restoration from the protection control to the normal control, the predetermined output voltage becomes Vout Provided by the load required by the load is provided quickly.
Ferner gibt in der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Eingangsspannung Vin ab unterhalb den zweiten Schwellenwert Vth2 während der Schutzsteuerung abnimmt, der Controller 26 die Schutzsteuerung frei. Das heißt, im Fall temporären Ansteigens der Eingangsspannung Vin kehrt die Verarbeitung zur normalen Steuerung zurück, wenn die Eingangsspannung Vin unterhalb die Spannung abnimmt, die den zweiten Schalter 142 nicht beeinträchtigt.Further, in the present embodiment, when the input voltage Vin is below the second threshold Vth2 during the protection control decreases, the controller 26 the protection control free. That is, in case of temporarily increasing the input voltage Vin, the processing returns to the normal control when the input voltage Vin decreases below the voltage which is the second switch 142 not impaired.
(Zweite Ausführungsform)Second Embodiment
Die vorliegende Ausführungsform kann auf die vorhergehende Ausführungsform Bezug nehmen. Aus diesem Grund wird eine Beschreibung eines Abschnitts, der gleich zu dem DC-DC Konverter bzw. Wandler 10 ist, der in der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben ist, weggelassen.The present embodiment may refer to the previous embodiment. For this reason, a description will be made of a section that is the same as the DC-DC converter 10 is omitted, which is described in the preceding embodiment.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der zweite Schalter 142 ebenso während der Schutzsteuerung abgeschaltet. Im Gegensatz dazu, wie in 4 dargestellt ist, schaltet der Controller 26 dieser Ausführungsform nur den ersten Schalter 141 aus und schaltet den zweiten Schalter 142 während der Schutzsteuerung ein. Das Antriebssignal des zweiten Schalters 142 hat ein Tastverhältnis von 100% und der zweite Schalter 142 wird während der Schutzsteuerung eingeschaltet. Ist der zweite Schalter 142 eingeschaltet, wird die Energie des Kondensators 18 zur Masse während der Schutzsteuerung entladen. Die Reduzierung der Ausgangsspannung Vout ist steiler als bei der vorhergehenden Ausführungsform und die Ausgangsspannung Vout nimmt auf im Wesentlichen Null Volt (V) ab. Demzufolge kann eine Fehlfunktion der Last verhindert werden.In the present embodiment, the second switch 142 also turned off during the protection control. In contrast, as in 4 is shown, the controller switches 26 this embodiment only the first switch 141 off and turns on the second switch 142 during protection control. The drive signal of the second switch 142 has a duty cycle of 100% and the second switch 142 is turned on during the protection control. Is the second switch 142 turned on, the energy of the capacitor 18 discharged to ground during protection control. The reduction of the output voltage Vout is steeper than in the previous embodiment and the output voltage Vout decreases to substantially zero volts (V). As a result, a malfunction of the load can be prevented.
In der vorhergehenden Ausführungsform ist während der Schutzsteuerung ein Pfad einschließlich der parasitären Diode des zweiten Schalters 142, des Verbindungspunkts 143, der Drossel 16, des Kondensators 18 und des Referenzpotentials bzw. Bezugspotentials gebildet. In diesem Pfad fließt Strom nur in der positiven Richtung, die die Vorwärtsrichtung der parasitären Diode ist. Das heißt, nur positiver Strom fließt.In the previous embodiment, during the protection control, a path including the parasitic diode of the second switch is 142 , the connection point 143 , the throttle 16 , the capacitor 18 and the reference potential or reference potential. In this path, current flows only in the positive direction, which is the forward direction of the parasitic diode. That is, only positive current flows.
Im Gegensatz dazu ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Pfad einschließlich des zweiten Schalters 142, des Verbindungspunkts 143, der Drossel 16, des Kondensators 18 und des Bezugspotentials gebildet. In diesem Pfad fließt Strom nicht nur in der positiven Richtung, sondern ebenso in der negativen Richtung, die entgegengesetzt zur positiven Richtung ist. Wird der zweite Schalter 142 durch die Schutzsteuerung eingeschaltet, nimmt der positive Strom graduell ab, um Null zu erreichen und dann fließt negativer Strom. Aus diesem Grund fließt Strom in der negativen Richtung unmittelbar vor der Rückkehr zur normalen Steuerung.In contrast, in the present embodiment, a path including the second switch 142 , the connection point 143 , the throttle 16 , the capacitor 18 and the reference potential. In this path, current flows not only in the positive direction but also in the negative direction, which is opposite to the positive direction. Will be the second switch 142 turned on by the protection controller, the positive current gradually decreases to reach zero, and then negative current flows. For this reason, current flows in the negative direction just before returning to normal control.
Zur Zeit der Wiederherstellung der normalen Steuerung wird der erste Schalter 141 auf der Hochpotentialseite als erstes eingeschaltet und der zweite Schalter 142 wird ausgeschaltet. Demnach, wie durch einen Pfeil mit unterbrochener Linie in 5 dargestellt ist, wird der Strom in der negativen Richtung durch die parasitäre Diode 141d des ersten Schalters 141 aufrechterhalten. Demnach ist das Potential des Verbindungspunkts 143 höher als die Eingangsspannung Vin durch die Vorwärtsspannung Vf der parasitären Diode 141d. In der vorliegenden Ausführungsform wird der zweite Schwellenwert Vth2 durch Subtrahieren der Vorwärtsspannung Vf der parasitären Diode 141 d von der Durchschlagsspannung V2 des zweiten Schalters 142 erlangt. Demzufolge, sogar wenn die Vorwärtsspannung Vf zur Zeit der Wiederherstellung addiert wird, überschreitet die Spannung, die an dem zweiten Schalter 142 anliegt, die Durchschlagsspannung V2 des zweiten Schalters 142 nicht. Demnach wird die Überspannung, die an dem zweiten Schalter 142 zur Zeit der Wiederherstellung von der Schutzsteuerung zur normalen Steuerung anliegt, verhindert. In 5 ist die parasitäre Diode 142d des zweiten Schalters 142 ebenso dargestellt.At the time of restoration of the normal control becomes the first switch 141 on the High potential side turned on first and the second switch 142 is switched off. Thus, as indicated by an arrow with a broken line in 5 is shown, the current in the negative direction through the parasitic diode 141d the first switch 141 maintained. Thus, the potential of the connection point is 143 higher than the input voltage Vin by the forward voltage Vf of the parasitic diode 141d , In the present embodiment, the second threshold value becomes Vth2 by subtracting the forward voltage Vf of the parasitic diode 141 d from the breakdown voltage V2 of the second switch 142 obtained. As a result, even if the forward voltage Vf is added at the time of restoration exceeds the voltage at the second switch 142 is applied, the breakdown voltage V2 of the second switch 142 Not. Thus, the overvoltage applied to the second switch 142 at the time of recovery from the protection control to the normal control is prevented. In 5 is the parasitic diode 142d of the second switch 142 also shown.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt. Die Offenbarung umfasst die illustrierten Ausführungsformen und Variationen basierend auf den illustrierten Ausführungsformen durch den Fachmann. Beispielsweise ist die Offenbarung nicht auf die Kombination von Elementen beschränkt, die in den Ausführungsformen dargestellt sind. Die Offenbarung kann durch unterschiedliche Kombinationen implementiert sein. Der offenbarte technische Umfang ist nicht durch die Beschreibung der Ausführungsformen beschränkt.The present disclosure is not limited to the embodiments. The disclosure includes the illustrated embodiments and variations based on the illustrated embodiments by those skilled in the art. For example, the disclosure is not limited to the combination of elements illustrated in the embodiments. The disclosure may be implemented by different combinations. The disclosed technical scope is not limited by the description of the embodiments.
Obwohl der Abwärts DC-DC-Wandler 10, der nur den Abwärtswandler 12 aufweist, beispielhaft dargestellt ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Die vorliegende Offenbarung kann auf einen Aufwärtsabwärts DC-DC-Wandler mit einem Aufwärtsabschnitt zusätzlich zum Abwärtswandler 12 angewandt werden. In dem Fall des Aufwärtsabwärts DC-DC-Wandlers wird zusätzlich zu den Komponenten des vorstehend beschriebenen Abwärtswandlers 12 ein weiterer Satz Serienschaltung bereitgestellt. Die Drossel 16 und der Kondensator 18 werden durch den Abwärtswandler 12 und den Aufwärtsabschnitt geteilt. Ein Ende der Drossel 16 ist mit dem Verbindungspunkt 143 der Serienschaltung 14, die in dem Abwärtswandler 12 beinhaltet ist, verbunden und das andere Ende ist mit dem Verbindungspunkt der Serienschaltung verbunden, die in der Aufwärtseinheit beinhaltet ist.Although the downside DC-DC converter 10 that just the down-converter 12 by way of example, the present disclosure is not limited thereto. The present disclosure may be directed to an up-down DC-DC converter having an uplink portion in addition to the down-converter 12 be applied. In the case of the up-down DC-DC converter, in addition to the components of the above-described down converter 12 provided another set of series connection. The throttle 16 and the capacitor 18 be through the down converter 12 and split the up section. An end to the throttle 16 is with the connection point 143 the series connection 14 that in the down converter 12 is connected, and the other end is connected to the connection point of the series circuit included in the up-unit.
Obwohl der zweite Schwellenwert Vth2 kleiner als der erste Schwellenwert Vth1 in den vorstehenden Ausführungsformen ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Der zweite Schwellenwert Vth2 kann gleich dem ersten Schwellenwert Vth1 sein. das heißt der gleiche bzw. selbe Wert kann als die Schwellenspannung Vth adaptiert werden, der für Überspannungserfassung und Wiederherstellung der normalen Steuerung verwendet wird. In diesem Fall wird in 2 die Verarbeitung der Schritt S14 und S16 weggelassen. Der Controller 26 bestimmt, ob die Eingangsspannung Vin gleich oder größer als die Schwellenspannung Vth ist, bei Schritt S10. Ist die Eingangsspannung Vin gleich oder größer als die Schwellenspannung Vth, wird die Schutzsteuerung ausgeführt. Ist die Eingangsspannung Vin kleiner als die Schwellenspannung Vth, wird die normale Steuerung ausgeführt.Although the second threshold Vth2 less than the first threshold Vth1 In the above embodiments, the present disclosure is not limited thereto. The second threshold Vth2 can equal the first threshold Vth1 be. that is, the same value as the threshold voltage Vth adapted to be used for overvoltage detection and restoration of normal control. In this case, in 2 the processing of the step S14 and S16 omitted. The controller 26 determines whether the input voltage Vin is equal to or greater than the threshold voltage Vth is, at step S10 , Is the input voltage Vin equal to or greater than the threshold voltage Vth , the protection control is executed. Is the input voltage Vin less than the threshold voltage Vth , the normal control is executed.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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JP 2017200386 A [0002]JP 2017200386 A [0002]
