DE10213253A1 - Lastbetriebssystem und Verfahren dazu - Google Patents
Lastbetriebssystem und Verfahren dazuInfo
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Abstract
Ein System und Verfahren zum Betreiben einer Last an einer Spannung, die höher ist als eine normale Betriebsspannung, die in der Lage sind, Schaltverluste und Wärmeerzeugung zu reduzieren. DOLLAR A Ein Lastbetriebssystem 1 hat einen Mikrocomputer 2, einen DC/DC-Umwandler 3 und ein Halbleiter-Relais 5, das an jede Lampe 4, als eine Last, bereitgestellt wird. Der DC/DC-Umwandler 3 hat einen Hauptschalter 6, einen Zusatzschalter 7 und einen Widerstand R1. Ein rechteckförmiges Impulssignal mit einer relativen Einschaltdauer wird an den Hauptschalter 6 gegeben, um den Hauptschalter 6 ein- und auszuschalten, und dadurch eine rechteckförmige Wellenformspannung auszugeben. Ein Betriebssignal wird an das Halbleiter-Relais 5 gegeben, zum Zuführen der rechteckförmigen Wellenformspannung, die von dem DC/DC-Umwandler 3 an die Lampe 4 ausgegeben wird, wodurch die Lampe 4 erhellt wird.
Description
Diese Erfindung betrifft ein Lastbetriebssystem und
Verfahren dazu, zum Betreiben von Lasten unter Verwendung
einer Leistungsquelle, die eine Ausgangsspannung hat, die
höher ist als eine normale Betriebsspannung der Last, und
genauer eine Technik zum Vereinfachen der Schaltkreistechnik
und einer Reduzierung der erzeugten Wärmemenge.
Die Spannung einer Batterieleistungsquelle, die in
Fahrzeugen, beispielsweise Autos oder Lkws, eingebaut ist,
ist gewöhnlich 12 Volt oder 24 Volt. Der jüngste Trend ist
es, eine höhere Batteriespannung (beispielsweise 52 Volt) zu
verwenden, um den Wert des Stromes, der durch
unterschiedliche Schaltungen oder Lasten fließt, die in
einem Fahrzeug eingebaut sind, zu reduzieren. Jedoch sind
solche Lasten, wie Lampen, die in einem Fahrzeug eingebaut
sind, gedacht für eine gewöhnliche Batteriespannung von
12 Volt oder 24 Volt und können nicht betrieben werden, wenn
sie direkt an eine 52 Volt-Gleichspannungsleistungsquelle
angeschlossen werden.
Es ist daher notwendig solche Lasten, die in einem Fahrzeug
eingebaut sind, durch solche zu ersetzen, die für Spannungen
von 52 Volt gedacht sind, um der 52-Volt-Batteriespannung zu
entsprechen. Jedoch wird dieser Anstieg einer
Betriebsspannung solcher Lampen, wie Scheinwerfer,
Schlussleuchten, Bremsleuchten und Innenraumlampen, die in
einem Fahrzeug eingebaut sind, (dies gilt für eine
Konstruktion der Lampen für 52 Volt), in einer Vergrößerung
der Ausmaße dieser Einrichtungen resultieren, was zu einer
Kostenerhöhung führt und daher unpraktisch ist.
Unter diesen Umständen wurden unterschiedliche Arten eines
Lastbetriebssystems zum Ansteuern von Lasten mit einer
Spannung, die höher ist als eine normale Betriebsspannung,
ohne übertriebene Last, vorgeschlagen und in praktische
Anwendung gesetzt. Ein Beispiel solcher herkömmlicher
Lastbetriebssysteme ist in der japanischen
Patentoffenlegungsschrift No. Hei-5-168164 veröffentlicht
(nachstehend bezeichnet als "herkömmliches Beispiel")
Fig. 1 ist ein Schaltbild eines Lastbetriebssystems, das in
dem herkömmlichen Beispiel beschrieben wurde. Wie in der
Figur gezeigt, hat das Lastbetriebssystem eine
Gleichspannungsleistungsquelle 101 und einen FET 106, der
dirket mit einer Lampe 102 als eine Last verbunden ist. Das
System enthält ferner einen Spannungsdetektor 104, einen
PWM-Steuerer 105 und einen Schalter 103.
Der PWM-Steuerer 105 gibt ein Impulssignal an den FET 106
aus, um ihn zum Ein- und Ausschalten zu veranlassen, um
somit einen der Lampe 102 zugeführten Effektivwert der
Spannung kleiner zu machen, als die Ausgabespannung der
Gleichspannungsleistungsquelle 101, wodurch die Lampe 102
davor bewahrt wird, überbelastet zu werden, wenn sie
erleuchtet.
In dem obigen Lastbetriebssystem erzeugt jedoch der
Schaltvorgang des FET 106, basierend auf PWM-Signale,
Schaltverluste, was die durch das Element erzeugte
Wärmemenge erhöht und in einer vergrößerten Ausmaße eines
Kühlkörpers resultiert.
Ein weiteres vorgeschlagenes Verfahren ist in Fig. 2
gezeigt, in der ein DC/DC-Umwandler verwendet wird, um eine
Spannung zu verkleinern, die von einer
Gleichspannungsleistungsquelle zugeführt wird. Im
Speziellen, wie in der Figur gezeigt, hat der DC/DC-
Umwandler einen Hauptschalter 110 und einen Zusatzschalter
111, die mit einer gewünschten relativen Einschaltdauer
(duty ratio) geschaltet werden, um die Eingangsspannung Van,
die von der Gleichspannungsleistungsquelle zugeführt wird,
in eine gepulste Spannung umzuwandeln. Die Impulsspannung
wird über eine Schaltung, die aus einer Diode D101, einer
Spule L101 und einem Kondensator C101 besteht,
gleichgerichtet und geglättet und als die Ausgangsspannung
Vout ausgegeben.
Der DC/DC-Umwandler, der auf diese Weise den Zusatzschalter
111 und einen Widerstand R101, der mit dem Schalter 111
verbunden ist, verwendet, hat den Vorteil reduzierter
Schaltverluste, verglichen mit einem Ausgeführten von
lediglich einer PWM-Steuerung. Jedoch gibt der DC/DC-
Umwandler ununterbrochen eine niedrige Spannung aus und
benötigt die Spule L101 und den Kondensator C101 zum
Gebrauch als einen Filter. Dies verkompliziert den
Stromkreis nachteilig. Ferner gibt es ein Problem durch
Wärme, die durch die Spule L101 und den Kondensator C101
erzeugt wird.
Wenn ein Bauteil, das ein bildendes Teil des DC/DC-
Umwandlers ist, nicht an der Oberfläche montiert werden
kann, verbreitet sich Wärme, die durch das Bauteil erzeugt
wird, innerhalb eines Gehäuses, dass das Bauteil
unterbringt, wodurch die Gesamttemperatur innerhalb des
Gehäuses erhöht wird.
Ferner wird Leistung zugeführt, sogar wenn der Hauptschalter
110 aus ist, was eine Verkleinerung der Operationsfrequenz
des Hauptschalters 110 verhindert.
Es würde vorstellbar sein, einen Zusatzschalter, ähnlich dem
in Fig. 2 gezeigten Zusatzschalter 111, an jedes
Schaltelement (FET 106, gezeigt in Fig. 1) zum Betreiben
von Lasten bereitzustellen, um somit Schaltverluste zu
reduzieren. Dieses Verfahren erhöht jedoch die Anzahl von
Schaltelementen, was in eine Gesamtkostenerhöhung resultiert
und daher unpraktisch ist.
Wie oben beschrieben verursacht das in Fig. 1 gezeigte
herkömmliche Lastbetriebssystem nachteiligerweise große
Schaltverluste. Der in Fig. 2 gezeigte DC/DC-Umwandler hat
eine hohe Wärmemenge, die von den Bauteilen erzeugt wurde,
und kann nicht in der Operationsfrequenz gesenkt werden.
Diese Erfindung wurde gemacht, um die obigen herkömmlichen
Probleme zu lösen und hat eine Aufgabe, ein
Lastbetriebssystem bereitzustellen, das geeignet ist,
Verluste und Geräusche im Zusammenhang mit den
Schaltoperationen zu reduzieren und weiter die
Wärmemengenerzeugung zu reduzieren.
Gemäß eines ersten technischen Aspektes dieser Erfindung
wird ein Betriebssystem bereitgestellt, das an eine
Gleichspannungsleistungsquelle verbunden ist, die eine
vorbestimmte Ausgangsspannung bereitstellt, zum Betreiben
mindestens einer Last, die einen Spannungsumwandler hat, der
einen ersten Schalter zum Umwandeln einer Spannung hat, die
von der Leistungsquelle ausgegeben wird, in eine
Impulsspannung zur Ausgabe, die eine gewünschte relative
Einschaltdauer hat, wobei der erste Schalter die
Impulsspannung in Ansprechen auf ein erstes Steuersignal
erzeugt, und einen zweiten Schalter, der zwischen dem
Spannungsumwandler und der Last angeordnet ist, wobei der
zweite Schalter in Abhängigkeit zu einem zweiten
Steuersignal ein- und ausschaltet.
Gemäß eines zweiten Aspektes dieser Erfindung wird ein
Verfahren zum Betreiben mindestens einer Last
bereitgestellt, die eine Gleichspannungsleistungsquelle
verwendet die eine vorbestimmte Ausgangsspannung zuführt,
das die Schritte enthält eines Umwandelns einer Spannung,
die von der Leistungsquelle ausgegeben wird, in eine
Impulsspannung zur Ausgabe, die eine gewünschte relative
Einschaltdauer in Abhängigkeit zu einem ersten Steuersignal
hat und selektiv zwischen kapazitiven und nicht-kapazitiven
Zuständen der Impulsspannung auf die Last in Abhängigkeit zu
einem zweiten Signal schaltet, wobei, um die Last in einen
kapazitiven Zustand zu bringen, während eines Aus-Zustandes
der Impulsspannung das zweite Steuersignal ausgegeben wird,
um von dem nicht-kapazitiven Zustand in den kapazitiven
Zustand zu schalten.
Fig. 1 ist ein Schaltbild, das den Aufbau eines
herkömmlichen Lastbetriebssystems darstellt;
Fig. 2 ist ein Schaltbild, das den Aufbau eines typischen
DC/DC-Umwandlers darstellt;
Fig. 3 ist ein Schaltbild, das den Aufbau eines
Lastbetriebssystems gemäß einer Ausführungsform dieser
Erfindung darstellt;
Fig. 4 ist ein Schaltbild, das im Detail den Aufbau eines
DC/DC-Umwandlers darstellt;
Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm, das die Wirkungsweise der
Ausführungsform dieser Erfindung darstellt, in dem (a) die
Ausgangsspannung des DC/DC-Umwandlers 3 darstellt, (b) ein
Schaltsignal, (c) ein Betriebssignal, (d) die Spannung (VCE),
die an ein Halbleiter-Relais angelegt wird und (e) den Strom
ICE, der durch das Halbleiter-Relais fließt;
Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das die Wirkungsweise der
Ausführungsform dieser Erfindung detaillierter darstellt;
Fig. 7A zeigt ein Beispiel einer Verwendung einer
Halbleiter-Lichtemittierenden Einrichtung D1 als eine Last
4a, gemäß einer Abänderung der Ausführungsform dieser
Erfindung; und
Fig. 7B zeigt Beispiele einer Zusatzschaltung Z aus Fig.
7A, in der (a) ein Beispiel unter Verwendung eines
Widerstandselements 21 darstellt und (b) ein Beispiel, das
mit einer Glättungsschaltung bereitgestellt wird, darstellt.
Mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen wird eine
Ausführungsform dieser Erfindung im Folgenden detailliert
beschrieben. Fig. 3 zeigt ein Schaltbild, das den Aufbau
eines Lastbetriebssystems gemäß der Ausführungsform dieser
Erfindung darstellt. Ein Lastbetriebssystem 1 betreibt eine
Mehrzahl von Lasten 4 (4a-4c), die verschiedene Lampen,
beispielsweise Scheinwerferlampen, Rückleuchten,
Bremsleuchten und Raumlampen enthält, die in einem Fahrzeug
eingebaut sind und eine Spannungsquelle einer höheren
Spannung verwenden, als eine Spannung zum normalen Betreiben
dieser Lampen. Das Lastbetriebssystem 1 enthält einen
Mikrocomputer 2 (Steuerer) zum Steuern des gesamten
Lastbetriebssystems 1, einen DC/DC-Umwandler
(Spannungsumwandler) 3 zum Umwandeln einer Gleichspannung,
die von einer Gleichspannungsleistungsquelle E1 ausgegeben
wird, in eine rechteckförmige Impulsspannung mit einer
gewünschten relativen Einschaltdauer, und ein Schaltmittel
5, beispielsweise ein Halbleiterrelais, das an jede der
Mehrzahl von Lampen 4 (drei in der Figur) bereitgestellt
wird.
Die Gleichspannungsleistungsquelle E1 ist eine Batterie, die
in ein Fahrzeug eingebaut ist und eine Gleichspannung von
beispielsweise 52 Volt ausgibt. Die in dieser
Ausführungsform verwendeten Lampen 4 sind normalerweise zum
Gebrauch an beispielsweise 12 Volt (eine herkömmlich
verwendete Batteriespannung wird im Folgenden als "normale
Betriebsspannung" gekennzeichnet) gedacht. Somit wird in
dieser Ausführungsform ein Lastbetriebssystem bereitgestellt
zum Verbinden der Lasten 4, die für eine normale
Betriebsspannung gedacht sind, an einer Spannungsquelle
einer höheren Spannung als die normale Betriebsspannung (im
Folgenden gekennzeichnet als eine "höhere
Betriebsspannung"), und die Lasten stabil betrieben werden.
Fig. 4 ist ein Schaltbild, das den Aufbau des DC/DC-
Umwandlers 3 detailliert darstellt, der in dieser
Ausführungsform verwendet wird. Der DC/DC-Umwandler 3
enthält einen Hauptschalter 6, in der Form eines Transistors
(FET), als ein Schaltelement, das in Synchronisation zu
einem Impulssignal, das als ein Steuersignal zugeführt wird,
ein- und ausschaltet. Der Hauptschalter 6 wird in den
beigefügten Ansprüchen als ein erster Schalter
gekennzeichnet. Schaltelemente, die auf diese Erfindung
anwendbar sind, enthalten einen Transistor (Bipolar
Transistor, FET) und sind vorzugsweise
Halbleiterschaltelemente zum Steuern eines Stroms oder einer
Spannung in Abhängigkeit zu einem Steuersignal. In dieser
Ausführungform wird ein Steuersignal an ein Gate (oder eine
Basis) 14 als ein Steueranschluss angelegt.
Eine Serienschaltung eines Zusatzschalters 7 in der Form
eines Halbleiterschalters, beispielsweise ein Transistor,
und eines Widerstandes R1 wird zu dem Hauptschalter 6
parallel geschaltet. Der Zusatzschalter 7 wird in den
beigefügten Ansprüchen als ein dritter Schalter bezeichnet.
Rechteckförmige Impulssignale werden an die Gates (oder
Basen) des Hauptschalters 6 und des Zusatzschalters 7
zugeführt, um die Schalter 6 und 7 an- und auszuschalten
(wechselweise), um somit eine Spannung (Vin), die von der
Gleichspannungsleistungsquelle E1 ausgegeben wird, in eine
rechteckförmige Impulsspannung (Vout) mit einem gewünschten
Verhältnis zur Ausgabe umzuwandeln. Ein Ausgangsimpuls wird
durch eine Impulsbreite und einen Impulsabstand oder ein
Verhältnis zwischen der An-Periode und der Aus-Periode der
Impulse spezifiziert. Jedes dieser Impuls-Steuerinformation-
Stücke kann zur Steuerung des Hauptschalters 6 verwendet
werden.
Der in Fig. 3 gezeigte Mikrocomputer 2 ist ein Steuerer für
das Lastbetriebssystem. Der Mikrocomputer 2 erzeugt ein
rechteckförmiges Impulssignal und gibt das Signal an den
DC/DC-Umwandler 3 aus. Der Mikrocomputer 2 gibt auch ein
Betriebssignal an jedes Relais 5 aus, in Ansprechen auf ein
Schaltsignal (eine Leucht-Anweisungseingabe, die über ein
Fahrzeug-LAN für jede Lampe 4 eingegeben) 20. Die Relais 5
(5a-5c) schalten die entsprechenden Lasten, in
Übereinstimmung mit Anweisungen aus dem Mikrocomputer 2, ein
und aus, wodurch die zu betreibende(n) Last(en) ausgewählt
wird (werden). Die Relais 5 sind vorzugsweise Transistor-
Relais in der Form von Halbleiterschaltelementen,
beispielsweise Transistoren. In den beiliegenden Ansprüchen
werden die Relais 5 als zweite Schalter gekennzeichnet.
Die Wirkungsweise des Last-Betriebssystems 1 wird gemäß
dieser Ausführungsform nun mit Bezug auf das in Fig. 5
gezeigte Ablaufdiagramm beschrieben. Der Mikrocomputer 2
gibt ein rechteckförmiges Impulssignal, das durch
Impulssteuerinformation, beispielsweise eine relative
Einschaltdauer des Hauptschalters 6 des DC/DC-Umwandlers 3,
spezifiziert wird, aus. Die relative Einschaltdauer, oder
dergleichen, wird so gesetzt oder eingestellt, um einen
quadratischen Mittelwert oder Effektivwert der ausgegebenen
rechteckförmigen Spannung (Vout) eine vorbestimmte Spannung,
wie im wesentlichen 12 Volt, als eine normale
Betriebsspannung zu machen. In dieser Ausführungsform sind
drei Lasten 4a bis 4c verbunden. Wenn eine Mehrzahl von
Lasten verbunden sind, kann jede Last unabhängig betrieben
werden, in Ansprechen auf das Schaltsignal 20. Es gibt somit
eine Möglichkeit, dass ein Leistungsverbrauch gemäß der
Amplitude einer zugeführten Spannung 22 variiert werden
kann. Um die Abweichung der zugeführten Spannung zu
verringern, kann eine Impulssteuerinformation wie nötig in
Übereinstimmung zu dem ausgewählten Zustand der Lasten
abgeändert oder angepasst werden.
Der Zusatzschalter 7 empfängt einen rechteckförmigen Impuls,
der in einer solchen Zeiteinteilung ein- und ausschaltet, um
den Zusatzschalter 7 unverzüglich von Aus auf Ein
(ansteigend) zu schalten, bevor der Hauptschalter 6 von Aus
auf Ein schaltet, und um den Zusatzschalter 7 unverzüglich
von Ein auf Aus (sinkend) zu schalten, nachdem der
Hauptschalter 6 von Ein auf Aus schaltet. Somit ist der
Zusatzschalter 7 in einem Ein-Zustand, wenn der
Hauptschalter 6 von Aus auf Ein oder von Ein auf Aus
wechselt, was eine Potentialdifferenz VCE über den
Hauptschalter 6 von im wesentlichen 0 Volt zulässt.
Wie in Fig. 5(a) gezeigt, wird das Spannungssignal Vout
einer rechteckförmigen Wellenform, (das einen quadratischen
Mittelwert von etwa 12 Volt hat), von dem DC/DC-Umwandler 3
ausgegeben. Beim Empfang eines Schaltsignals, wie in Fig.
5(b) gezeigt, über das Fahrzeug-LAN (nicht gezeigt), zum
Beleuchten einer spezifizierten Lampe 4, gibt der
Mikrocomputer 2 ein Betriebssignal 25 aus, wie in Fig. 5(c)
gezeigt, als ein Auswahlsignal. Das Betriebssignal 25 wird
gesteuert, um von einem Aus-Zustand in einen Ein-Zustand zu
wechseln, wenn die Ausgangsspannung des DC/DC-Umwandlers 3
Null ist (in einem Aus-Zustand). Genauer gesagt, wenn
irgendeine der zu betreibenden Lasten 4 durch das
Schaltsignal 20 ausgewählt wird, gibt der Mikrocomputer 2
das Betriebssignal 25 aus, um das Relais 5 entsprechend zu
der ausgewählten Last 4 von einem Aus-Zustand in einen Ein-
Zustand zu wechseln, wenn die Impulsspannung 22, die von dem
Ausgang des DC/DC-Umwandlers 3 zugeführt wird, in einem Aus-
Zustand ist. Mit anderen Worten, wenn das Schaltsignal zum
Beleuchten der Lampe 4a gegeben ist, wenn die Ausgabe des
DC/DC-Umwandlers 3 Ein ist, wartet der Mikrocomputer 2 ab,
bis die Ausgabe des DC/DC-Umwandlers 3 auf Aus schaltet und
steuert dann das Betriebssignal 25a, um von Aus auf Ein zu
wechseln.
Das Betriebssignal 25, das von dem Mikrocomputer 2
ausgegeben wird, wird an das Relais 5 gegeben. Der Wert der
Spannung (VCE), die über die Schalteranschlüsse des Relais 5
angelegt wird, wird somit geändert, wie in Fig. 5(d)
gezeigt. Dies geschieht, wenn das Betriebssignal 25 (Fig.
5(c)) in dem Aus-Zustand ist, die Ausgabe des Relais 5 eine
hohe Impedanz hat und die Spannung VCE über die
Schalteranschlüsse eine wesentliche Amplitude in
Synchronisation zu der Ausgangsspannung des DC/DC-Umwandlers
3 hat. Wenn das Betriebssignal 25 in den Ein-Zustand
wechselt, geht die Ausgabe des Relais 5 in einen leitfähigen
Zustand über und die Amplitude oder der quadratische
Mittelwert der Spannung VCE werden im wesentlichen Null.
Somit wird das Einschalten des Betriebssignals 25 gefolgt
durch den Strom ICE, der durch das Relais 5 in die Last
fließt, der einen Stromwert in Synchronisation zu der
Ausgangsspannung des DC/DC-Umwandlers 3 hat.
Fig. 6 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm, dass den
Betrieb von vier Lasten darstellt. Beispielsweise die Last
4a betrachtend, wird ein Schaltsignal 20a eingegeben (Ta),
wenn der zweite Impuls (gekennzeichnet durch 1) der
Spannungsausgabe Vout erzeugt wird. Ein Betriebssignal 25a
geht nicht von Aus auf Ein über, bis der Vout-Impuls
ausschaltet. Nachdem das Betriebssignal 25a einschaltet
(T'a) wird der dritte Impuls (gekennzeichnet durch 3) des
Spannungssignals Vout (aus einem quadratischen Mittelwert von
ungefähr 12 Volt) von dem DC/DC-Umwandler 3 angelegt. Somit
betreibt ein Stromimpuls ia die Last 4a. Die Last 4a wird
bei einem quadratischen Mittelwert, der im wesentlichen
identisch ist zu der normalen Betriebsspannung die einen
stabilen Betrieb realisiert, betrieben. Um den Betrieb der
Last 4a zu beenden, kann das Betriebssignal 25a unter der
Kontrolle des Mikrocomputers 2 ausgeschaltet werden.
Die Last 4b betrachtend, wird ein Schaltsignal 20b
eingegeben (Tb), wenn der Vout-Impuls aus ist. Ein
Betriebssignal 25b wird somit, ohne wesentlicher Verzögerung
(T'b), in einen Ein-Zustand geschaltet. Ein Stromimpuls ib,
der dem Spannungssignal Vout während und nach dem vierten
Impuls entspricht, betreibt die Last 4b.
Die Lasten 4c und 4d betrachtend, werden Schaltsignale 20c
und 20d eingegeben (Tc, Td), wenn der fünfte Impuls aus Vout
erzeugt wird. Somit werden Betriebssignale 25c und 25d nicht
in einen Ein-Zustand übergehen, bis der Vout-Impuls
ausschaltet, wie im Falle der Last 4a. Wenn die Signale 25c
und 25d einschalten (T'c, T'd) betreiben Stromimpulse ic und
id in Übereinstimmung mit dem Spannungssignal Vout während
und nach dem sechsten Impuls die Lasten 4c und 4d.
In dieser Art und Weise verwendet das Lastbetriebssystem
dieser Ausführungsform den Microcomputer 2 zum Ein- und
Aussteuern des Betriebssignals 25n, in Ansprechen auf das
Schaltsignal 20 für jede Lampe 4n (n = a, b, c, d, . . .). Dies
ermöglicht unabhängiges Ein- und Ausschalten der zwei oder
mehr Lampen 4, die stetige Beleuchtung bereitstellen. Ferner
sind der Zusatzschalter 7 und der Widerstand R1 parallel zu
dem Hauptschalter 6 in dem DC/DC-Umwandler 3 angeordnet, und
der Zusatzschalter 7 ist in einem Ein-Zustand, wenn der
Hauptschalter 6 ein- oder ausgeschaltet wurde, um einen
Ausgleichsstrom umzuleiten, wodurch Schaltverluste des
Hauptschalters 6 reduziert werden.
Ferner benötigt der DC/DC-Umwandler 3, gemäß dieser
Erfindung, nicht die Induktivität L101, den Kondensator C101
und die Diode D101, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Spannung 22
(Vout), die von dem DC/DC-Umwandler 3 ausgegeben wird, wird
der Lampe 4 als die Last zugeführt, die diese
Leistungsaufnahme benötigt, die im wesentlichen innerhalb
eines vorbestimmten Bereiches ist aber nicht notwendiger
Weise eine konstante Spannung benötigt. Diese Erfindung
basiert auf der Tatsache, dass eine Steuerung einer solchen
Last nicht die Gleichrichtung und Glättung einer
rechteckförmigen Impulsspannung bedarf, die durch den DC/DC-
Umwandler 3 erzeugt wird. Als Resultat eliminiert diese
Erfindung Elemente zur Gleichrichtung und Glättung, wie
beispielsweise eine Spule, einen Kondensator und eine Diode,
die in einem typischen DC/DC-Umwandler verwendet werden.
Dies ermöglicht eine Reduktion in der Größe des Stromkreises
und Kosten. Die Eliminierung solcher Elemente reduziert die
erzeugte Wärmemenge, wodurch der Temperaturanstieg in dem
gesamten System reduziert wird, wodurch die Reduktion einer
Größe eines Kühlkörpers ermöglicht wird. Dies ermöglicht
ferner eine Absenkung der Betriebsfrequenz.
Da die Spannung 22, die von dem DC/DC-Umwandler 3 ausgegeben
wird, eine rechteckförmige Impulsspannung ist, und das
Betriebssignal 25 in Beziehung zu dem Zustand des
rechteckförmigen Impulses gesteuert wird, schaltet das
Relais 5 einfach ein und aus, in Ansprechen auf das
Betriebssignal 25. Dies eliminiert die Notwendigkeit der
relativen Einschaltdauer-Steuerung für jedes Relais 5 und
eliminiert somit Hardware und Software, die für die relative
Einschaltsteuerung benötigt werden.
Da ferner das Betriebssignal, das an jedes Relais 5
zugeführt wird, zum Einschalten gesteuert wird, während die
Ausgangsspannung 22 des DC/DC-Umwandlers 3 aus ist (Null),
können Schaltverluste und Schaltgeräusche des Relais 5
reduziert werden.
Des weiteren kann der Mikrocomputer 2 den DC/DC-Umwandler 3
steuern, seinen Betrieb nach Übergang aller Lampen 4 in den
Aus-Zustand (kein Auswahl-Zustand) zu beenden. Dies
ermöglicht eine Reduktion im Leistungsverbrauch, was zum
Energiesparen beiträgt.
Die obige Beschreibung des Betriebs-Lastsystems gemäß der
Ausführungsform dieser Erfindung mit Bezug auf die Figuren
wurde nicht mit der Beabsichtigung gegeben, diese Erfindung
zu begrenzen. Eine Anordnung jedes Bauteils kann ersetzt
werden durch jedes Bauteil, das ähnliche Funktionen hat.
Beispielsweise wurde die obige Ausführungsform mit den
Lampen 4 als die Lasten beschrieben. Diese Erfindung ist
nicht begrenzt auf diese Anwendung und kann auf jegliche
Last angewendet werden, die mit spezifizierter
Leistungsaufnahme betrieben wird. Fig. 7A stellt den Fall
dar, wo mindestens eine der Lasten, wie beispielsweise die
Last 4a, eine lichtemittierende Einrichtung D1, mit
Halbleiter-Lichtemittierenden Elementen, wie beispielsweise
eine Leuchtdiode (LED) oder organische Elektro-Lumineszenz
lichtemittierende Elemente ist, die in Serie verbunden sind.
Eine Zusatzschaltung Z, beispielsweise ein Widerstand 21 zur
Strombegrenzung, wie in Fig. 7B(a) gezeigt, oder ein
Integrator, wie in Fig. 7B(b) gezeigt, können zwischen
einer Ausgangsleitung 26a des Relais 5a und D1 eingesetzt
werden. Beispielsweise ist 21 ein Widerstand oder eine
Induktivität und 22 ist eine Kapazität.
Die obige Ausführungsform wurde beispielhaft beschrieben mit
einer Batterie, die in einem Fahrzeug als die
Gleichspannungsleistungsquelle E1 eingebaut ist, und mit
unterschiedlichen Lampen, die in dem Fahrzeug als die Lasten
eingebaut sind. Diese Erfindung ist nicht begrenzt auf diese
Anwendung und kann auch für den Fall angewendet werden, wo
die Last mit einer höheren Spannung als eine normale
Betriebsspannung der Last betrieben wird.
Ferner wurde die obige Ausführungsform beispielhaft
beschrieben unter Bezugnahme auf den Betrieb der drei Lampen
(Lasten). Diese Erfindung ist nicht begrenzt auf diese
Anwendung und kann auch für den Fall angewendet werden, wo
mindestens eine Last betrieben wird.
Wie oben beschrieben wird das Lastbetriebssystem gemäß
dieser Erfindung mit einem Spannungsumwandler zur Ausgabe
einer rechteckförmigen Impulsspannung bereitgestellt und
verwendet einen elektronischen Steuerschalter, zum ein- und
ausschalten des Ausgangssignals des Spannungsumwandlers,
wodurch eine Spannung an eine Last zugeführt wird. Der
Spannungsumwandler eliminiert somit Gleichrichtungs- und
Glättungselemente, wodurch die Vereinfachung seines Aufbaus
und die Reduktion der erzeugten Wärmemenge ermöglicht wird.
Der elektronische Steuerschalter wird einfach, zum Ein- und
Ausschalten in Ansprechen auf ein Betriebssignal gesteuert.
Dies eliminiert PWM Steuerung, wodurch die Vereinfachung der
Verarbeitung durch den Steuerer ermöglicht wird. Ferner
ermöglicht das Ein- und Ausschalten eines Zusatzschalters,
der parallel zu einem Hauptschalter einer
Spannungsumwandlungseinrichtung angeordnet ist, eine
Reduktion von Schaltverlusten an dem Hauptschalter.
Ferner können, da das Betriebssignal, das an den
elektronischen Steuerschalter zugeführt wird, von Aus auf
Ein übergeht, wenn die Impulsspannung, die von dem
Spannungsumwandler ausgegeben wird, Aus ist, Schaltverluste
und Schaltgeräusche des elektronischen Steuerschalters
reduziert werden. Ferner kann, wenn alle Lasten gesteuert
werden ihren Betrieb zu beenden, die
Spannungsumwandlungseinrichtung gesteuert werden, ihren
Betrieb zu beenden, wodurch eine Reduktion im
Leistungsverbrauch und eine Reduktion einer erzeugten
Wärmemenge ermöglicht werden.
Der gesamte Inhalt einer japanischen Patentanmeldung Nr.
2001-087722, eingereicht am 26. März 2001, wird hierdurch
unter Bezugnahme aufgenommen. Obwohl die Erfindung oben
beschrieben wurde unter Bezug auf bestimmte
Ausführungsformen der Erfindung, ist die Erfindung nicht auf
die oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt.
Abänderungen und Veränderungen der oben beschriebenen
Ausführungsformen werden dem Fachmann im Lichte der Lehren
einfallen. Der Umfang der Erfindung wird bestimmt unter
Bezugnahme auf die folgenden Ansprüche.
Claims (11)
1. Betriebssystem, das mit einer
Gleichspannungsleistungsquelle verbunden ist, die eine
vorbestimmte Ausgangsspannung zum Betreiben mindestens einer
Last zuführt, enthaltend:
einen Spannungsumwandler, der einen ersten Schalter zum Umwandeln einer von der Leistungsquelle ausgegebenen Spannung in eine Impulsspannung hat, die eine gewünschte relative Einschaltdauer zur Ausgabe hat, wobei der erste Schalter die Impulsspannung in Abhängigkeit zu einem ersten Steuersignal erzeugt und
einen zweiten Schalter, der zwischen dem Spannungsumwandler und der Last verbunden ist, wobei der zweite Schalter in Abhängigkeit zu einem zweiten Steuersignal ein- und ausschaltet.
einen Spannungsumwandler, der einen ersten Schalter zum Umwandeln einer von der Leistungsquelle ausgegebenen Spannung in eine Impulsspannung hat, die eine gewünschte relative Einschaltdauer zur Ausgabe hat, wobei der erste Schalter die Impulsspannung in Abhängigkeit zu einem ersten Steuersignal erzeugt und
einen zweiten Schalter, der zwischen dem Spannungsumwandler und der Last verbunden ist, wobei der zweite Schalter in Abhängigkeit zu einem zweiten Steuersignal ein- und ausschaltet.
2. Betriebssystem, das mit einer
Gleichspannungsleistungsquelle verbunden ist, die eine
vorbestimmte Ausgangsspannung zum Betreiben mindestens einer
Last zuführt, enthaltend:
einen Spannungsumwandler der einen ersten Schalter zum Umwandeln einer von der Leistungsquelle ausgegebenen Spannung in eine Impulsspannung hat, die eine gewünschte relative Einschaltdauer zur Ausgabe hat und
einen zweiten Schalter, der zwischen dem Spannungsumwandler und der Last verbunden ist, wobei der zweite Schalter so gesteuert wird, um während eines Aus-Zustandes der Ausgabe des Spannungsumwandlers von einem Aus-Zustand in einen Ein- Zustand zu schalten.
einen Spannungsumwandler der einen ersten Schalter zum Umwandeln einer von der Leistungsquelle ausgegebenen Spannung in eine Impulsspannung hat, die eine gewünschte relative Einschaltdauer zur Ausgabe hat und
einen zweiten Schalter, der zwischen dem Spannungsumwandler und der Last verbunden ist, wobei der zweite Schalter so gesteuert wird, um während eines Aus-Zustandes der Ausgabe des Spannungsumwandlers von einem Aus-Zustand in einen Ein- Zustand zu schalten.
3. Betriebssystem nach Anspruch 1, ferner enthaltend einen
Steuerer zum Ausgeben des ersten Steuersignals an den
Spannungsumwandler und zum Ausgeben des zweiten
Steuersignals an den zweiten Schalter, wobei
der Steuerer den zweiten Schalter in einen Ein-Zustand
schaltet, während die Ausgabe des Spannungsumwandlers aus
ist.
4. Betriebssystem nach Anspruch 3, wobei der Steuerer den
Betrieb des Spannungsumwandlers beendet, wenn keine Last
betrieben wird.
5. Betriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei
der Spannungsumwandler eine Reihenschaltung aus einem
dritten Schalter und einem Widerstand, die parallel zu dem
ersten Schalter geschaltet sind, hat und
der dritte Schalter unverzüglich in einen Ein-Zustand
übergeht, bevor der erste Schalter von Aus auf Ein übergeht,
und unverzüglich in einen Aus-Zustand übergeht, nachdem der
erste Schalter von Ein auf Aus übergeht.
6. Betriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die
Leistungsquelle eine Batterie ist, die in einem Fahrzeug
eingebaut ist, und eine Spannung zuführt, die höher ist als
eine normale Betriebsspannung der Last.
7. Betriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die
mindestens eine Last eine Lampe ist, die in ein Fahrzeug
eingebaut ist.
8. Betriebssystem nach Anspruch 1, wobei die Last mindestens
durch ihre Leistungsaufnahme im Betrieb spezifiziert werden
kann.
9. Betriebssystem nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine
Last mindestens ein Halbleiter-Lichtemittierendes Element
ist.
10. Betriebssystem nach Anspruch 1, wobei der
Spannungsumwandler eine relative Einschaltdauer hat, die in
Abhängigkeit zu einem Betriebszustand der Lasten eingestellt
werden kann.
11. Verfahren zum Betreiben mindestens einer Last, die eine
Gleichspannungsleistungsquelle verwendet, die eine
vorbestimmte Ausgangsspannung zuführt, die Schritte
enthaltend:
Umwandeln einer von der Leistungsquelle ausgegebenen Spannung in eine Impulsspannung, die eine gewünschte relative Einschaltdauer zur Ausgabe hat, und
selektives Schalten zwischen leitenden und nicht-leitenden Zuständen der Impulsspannung auf die Last, in Abhängigkeit zu einem Steuersignal, wobei
um die Last in einen leitfähigen Zustand zu bringen, das Steuersignal ausgegeben wird, um von dem nicht-leitenden Zustand in den leitenden Zustand während eines Aus-Zustandes der Impulsspannung zu schalten.
Umwandeln einer von der Leistungsquelle ausgegebenen Spannung in eine Impulsspannung, die eine gewünschte relative Einschaltdauer zur Ausgabe hat, und
selektives Schalten zwischen leitenden und nicht-leitenden Zuständen der Impulsspannung auf die Last, in Abhängigkeit zu einem Steuersignal, wobei
um die Last in einen leitfähigen Zustand zu bringen, das Steuersignal ausgegeben wird, um von dem nicht-leitenden Zustand in den leitenden Zustand während eines Aus-Zustandes der Impulsspannung zu schalten.
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