DE112018000588T5

DE112018000588T5 - Impulssteuervorrichtung

Info

Publication number: DE112018000588T5
Application number: DE112018000588.7T
Authority: DE
Inventors: Hiroto OSHITA; Tetsuo Tateishi; Yosuke Fukumoto; Yuhei Yamaguchi; Yoju IMAMURA; Genki Tsuruyama
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2017-01-30
Filing date: 2018-01-29
Publication date: 2019-11-28
Also published as: US20200083009A1; US11532449B2; CN117674802A; JP6761836B2; US20230013839A1; JPWO2018139636A1; CN110235367B; JP2019125568A; WO2018139636A1; CN110235367A; JP6382473B1

Abstract

Eine Impulssteuervorrichtung 10 umfasst: eine Schaltausgangseinheit 100, die aus einer Gleichstromeingangsspannung Vi eine Impulsausgangsspannung Vo erzeugt und die Impulsausgangsspannung Vo einer Last zuführt (wie beispielsweise einer Relaisspule 21 eines mechanischen Relais 20); eine Tiefpassfiltereinheit 300, die einen Feedbackeingang der Impulsausgangsspannung Vo empfängt und eine Feedbackspannung Vfb erzeugt; und eine Ausgangs-Feedbacksteuereinheit 200, die einen Eingang der Feedbackspannung Vfb empfängt und die Schaltausgangseinheit 100 so steuert, dass ein Durchschnittswert der Impulsausgangsspannung Vo konstant wird. Die Tiefpassfiltereinheit 300 kann ohne Spule ausgebildet sein.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Impulssteuervorrichtung.
Stand der Technik
Herkömmlicherweise werden mechanische Relais (elektrisch betriebene mechanische Schalter) häufig als Trennschalter in einer Mehrzahl von elektrischen Geräten (Haushaltsgeräte, Industriegeräte, Transportgeräte, landwirtschaftliche Geräte und dergleichen) eingesetzt.
22 ist ein Diagramm, das als herkömmliches Beispiel ein elektrisches Gerät mit einem mechanischen Relais zeigt. Im elektrischen Gerät X dieses herkömmlichen Beispiels führt das Ein- und Ausschalten eines Spulenstroms mit einem Schalter X10 dazu, dass ein mechanisches Relais X20 zum Öffnen und Schließen angetrieben wird. Unangenehm ist jedoch, dass bei der Konfiguration dieses herkömmlichen Beispiels eine Gleichstromeingangsspannung Vi direkt an die Relaisspule X21 angelegt ist, was erfordert, dass der Durchmesser und die Windungszahl der Relaisspule X21 entsprechend dem Spannungswert (z.B. DC 6 V, DC 12 V, DC 24 V oder DC 48 V) der Gleichstromeingangsspannung Vi geändert wird. Dies wirft Probleme in Bezug auf Kosten und Steuerung auf.
Beispiele für herkömmliche Technologien im Zusammenhang mit dem, was gerade diskutiert wurde, sind in den unten aufgeführten Patentdokumenten 1 bis 4 zu finden.
Der in Patentdokument 1 offenbarte Steuerfluss kann wie folgt zusammengefasst werden: (1) es wird eine Impulsspannung erzeugt und einer Schalteinrichtung zugeführt; (2) für jede Periode werden die Impulsbreite und die Periode der Impulsspannung vorher so eingestellt, dass der Maximalwert des Spulenstroms den Betriebsstromwert überschreitet und zusätzlich der Minimalwert den Rückgewinnungsstromwert nicht unterschreitet; und (3) es ist eine Regenerationsdiode vorgesehen, so dass der Spulenstrom auch während der Nebenperiode der Impulsspannung allmählich abnimmt.
Nach dieser Technologie, die eine offene Steuerung verwendet, sind die Impulsbreite und die Periode der Impulsspannung konstant. Dementsprechend neigen Schwankungen der Eigenschaften des Schaltsteuerkreises und der Schalteinrichtung dazu, Schwankungen der Impulsspannung zu verursachen.
Der in Patentdokument 2 offenbarte Steuerfluss kann wie folgt zusammengefasst werden: (1) während einer Überwachung wird eine Eingangsspannung erhöht; (2) wenn die Eingangsspannung angestiegen ist, um eine Low-Side-Referenzspannung zu erreichen, wird eine Schalteinrichtung eingeschaltet, um eine analoge Steuerung zu starten; (3) wenn die Eingangsspannung weiter gestiegen ist, um eine High-Side-Referenzspannung zu erreichen, übernimmt die PWM-Steuerung (Pulsweitenmodulation) die Steuerung, um den Stromverbrauch zu reduzieren; und (4) unabhängig von der analogen oder PWM-Steuerung, wenn die Eingangsspannung höher als ein Wert der Übererregungsspannung ist, wird der Ausgang reduziert, bis die Eingangsspannung nahe dem Wert der Wiederherstellungsspannung liegt.
Gemäß dieser Technologie ist eine Treiberschaltung mit zwei Ausgangsanschlüssen versehen, von denen einer alternativ entsprechend dem Ergebnis der Überwachung der Eingangsspannung (Gleichspannung) ausgewählt wird, um zwischen Analog- und PWM-Steuerung zu wechseln. Auch hier ist eine Regenerationsdiode vorgesehen.
Der in Patentdokument 3 offenbarte Steuerfluss kann wie folgt zusammengefasst werden: (1) es wird eine Schalteinrichtung durch eine Relaissteuerschaltung eingeschaltet, um einen Spulenstrom zu leiten; (2) wenn der Spulenstrom einen Übererregungsspannungswert erreicht und das Relais schließt und einschaltet, wird die PWM-Steuerung gestartet, so dass der Spulenstrom nicht unter den Haltestromwert fällt; hier, während der Ausschaltperiode der Schalteinrichtung, lässt die Regenerationsdiode den Spulenstrom sanft abnehmen; und (3) wenn der Spulenstrom unter den Haltestromwert fällt, öffnet das Relais und es schaltet aus.
Gemäß dieser Technologie wird durch die PWM-Steuerung eines Steuersignals (durch Impulsanwendung) der Spulenstrom während des Einschaltzustands des Relais reduziert. Unangenehm ist jedoch, dass eine zu hohe Schaltfrequenz zu einer in den Griff zu bekommenden Wärmeentwicklung führt; umgekehrt kann eine zu niedrige Schaltfrequenz in den vom Menschen hörbaren Frequenzbereich fallen und hörbares Rauschen verursachen.
Der in Patentdokument 4 offenbarte Steuerfluss kann wie folgt zusammengefasst werden: (1) es wird eine Gleichstromausgangsspannung eines variablen Spannungsreglers auf den Wert der Übererregungsspannung eingestellt; (2) eine Schalteinrichtung wird durch eine Relaissteuerschaltung eingeschaltet, um einen Übererregungsstrom durch die Relaisspule zu leiten und dadurch das Relais einzuschalten; (3) die Gleichstromausgangsspannung des variablen Spannungsreglers wird auf den Haltespannungswert abgesenkt; (4) die Schalteinrichtung wird ausgeschaltet, um den Spulenstrom abzuschalten und dadurch das Relais auszuschalten.
Gemäß dieser Technologie wird der Spulenstrom durch den in der Stufe vor der Relaisspule vorgesehenen variablen Spannungsregler gesteuert, wodurch eine Wärmeentwicklung, die aus hochfrequentem Antreiben resultiert, reduziert wird. Hierbei ist keine Regenerationsdiode erforderlich. Unbequemerweise muss jedoch der variable Spannungsregler, der zur Durchführung einer Ausgangs-Feedbacksteuerung einen Feedbackeingang der Gleichstromausgangsspannung erhält, mit einem Glättungsfilter versehen werden. Dadurch wird eine entsprechend größere Anzahl von Komponenten benötigt.
Zitierte Patentliteratur

Patentdokument 1: JP 2006-114446
Patentdokument 2: JP 2015-15355656
Patentdokument 3: JP 2003-3291919
Patentdokument 4: JP 2011-216229

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wie vorstehend erläutert, stellt eine Konfiguration, bei der die Gleichstromeingangsspannung direkt an die Relaisspule angelegt wird, das Problem der Standardisierung von Relaisspulen dar, und eine Konfiguration, bei der ein Gleichstromwandler (DC-DC-Wandler) in der Stufe vor der Relaisspule hinzugefügt ist, stellt das Problem dar, dass ein Glättungsfilter erforderlich ist. Auch eine Konfiguration, bei der die an die Relaisspule angelegte Spannung einer PWM-Steuerung unterzogen wird, wirft verschiedene Probleme auf, darunter Ausgangsänderungen bei offener Steuerung, Wärmeentwicklung bei Hochfrequenzantrieb, und hörbares Rauschen bei Niederfrequenzantrieb.
Die oben genannten Probleme treten nicht nur bei der Ansteuerung einer Relaisspule auf, sondern auch bei der Ansteuerung anderer induktiver Lasten (z.B. Motorspulen und Magnete) oder Lasten (z.B. Leuchtdioden und organische EL (Elektrolumineszenz) Einrichtungen), deren Betrieb nicht beeinträchtigt wird, solange die Schaltfrequenz der an sie angelegten Spannung ausreichend hoch ist.
Angesichts der oben genannten Probleme, vor denen die vorliegende Erfindung steht, besteht ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung darin, eine Impulssteuervorrichtung bereitzustellen, die zum Antreiben einer Last geeignet ist.
Mittel zur Lösung des Problems
Gemäß einem Aspekt dessen, was hierin offenbart ist, umfasst eine Impulssteuervorrichtung: eine Schaltausgangsstufe, die ausgebildet ist, um eine Impulsausgangsspannung aus einer Gleichstromeingangsspannung zu erzeugen und die Impulsausgangsspannung einer Last zuzuführen; einen Tiefpassfilter, der ausgebildet ist, um einen Feedbackeingang der Impulsausgangsspannung zu empfangen und eine Feedbackspannung zu erzeugen; und eine Ausgangs-Feedbacksteuerung, die ausgebildet ist, um die Feedbackspannung zu empfangen und die Schaltausgangsstufe so zu steuern, dass ein Durchschnittswert der Impulsausgangsspannung konstant bleibt.
Gemäß einem weiteren Aspekt dessen, was hierin offenbart ist, umfasst eine Impulssteuervorrichtung: eine Schaltausgangsstufe, die ausgebildet ist, um der Relaisspule eines mechanischen Relais eine Impulsausgangsspannung zuzuführen; und einen Treiber für lichtemittierende Elemente, der ausgebildet ist, um einen Ausgangsstrom an ein lichtemittierendes Element in dem mechanischen Relais zuzuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt dessen, was hierin offenbart ist, umfasst eine Impulssteuervorrichtung eine Schaltausgangsstufe, die ausgebildet ist, um eine Impulsausgangsspannung an eine Relaisspule anzulegen. Die Schaltausgangsstufe umfasst einen Synchrongleichrichtungstransistor oder eine Gleichrichterdiode, die parallel zur Relaisspule geschaltet ist, wobei die Körperdiode, die den Synchrongleichrichtungstransistor „begleitet“, oder die Gleichrichterdiode, als Regenerationsdiode eingesetzt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt dessen, was hierin offenbart ist, umfasst ein mechanisches Relais: eine Relaisspule; einen ersten Rahmen, an den eine Gleichstromeingangsspannung angelegt ist; einen zweiten Rahmen, mit dem der erste Anschluss der Relaisspule verbunden ist; einen dritten Rahmen, mit dem der zweite Anschluss der Relaisspule verbunden ist; und eine Impulssteuervorrichtung, die direkt an dem ersten, zweiten und dritten Rahmen montiert ist, und ausgebildet ist, um eine Impulsausgangsspannung an die Relaisspule anzulegen.
Weitere Merkmale, Elemente, Schritte, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich.
Vorteile der Erfindung
Gemäß der hierin offenbarten Erfindung ist es möglich, eine Impulssteuervorrichtung bereitzustellen, die zum Antreiben einer Last geeignet ist.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das als Vergleichsbeispiel ein elektrisches Gerät mit einem mechanischen Relais zeigt;
2 ist ein Diagramm, das, als erste Ausführungsform, ein elektrisches Gerät mit einem mechanischen Relais zeigt;
3 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel für ein mechanisches Relais zeigt;
4 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel für einen Tiefpassfilter zeigt;
5 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel für einen Ein-Zeit-Steller zeigt;
6 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Gate-Steuerung zeigt;
7 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für den Betrieb der Ausgangs-Feedbacksteuerung zeigt;
8 ist ein Diagramm, das, als zweite Ausführungsform, ein elektrisches Gerät mit einem mechanischen Relais zeigt;
9 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für den Betrieb des Referenzspannungsschalters zeigt;
10 ist ein Diagramm, das, als dritte Ausführungsform, ein elektrisches Gerät mit einem mechanischen Relais zeigt;
11 ist ein Diagramm, das, als vierte Ausführungsform, ein elektrisches Gerät mit einem mechanischen Relais zeigt;
12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein mechanisches Relais mit einer LED zeigt;
13 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel für ein mechanisches Relais mit einer LED zeigt;
14 ist ein Diagramm, das, als fünfte Ausführungsform, ein elektrisches Gerät mit einem mechanischen Relais zeigt;
15 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für einen LED-Treiber zeigt;
16 ist ein Diagramm, das, als sechste Ausführungsform, ein elektrisches Gerät mit einem mechanischen Relais zeigt;
17 ist ein Diagramm, das, als siebte Ausführungsform, ein elektrisches Gerät mit einem mechanischen Relais zeigt;
18 ist ein Diagramm, das, als achte Ausführungsform, ein elektrisches Gerät mit einem mechanischen Relais zeigt;
19 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Montage einer Impulssteuervorrichtung zeigt;
20 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Package einer Impulssteuervorrichtung zeigt;
21 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel für die Montage einer Impulssteuervorrichtung zeigt; und
22 ist ein Diagramm, das als herkömmliches Beispiel ein elektrisches Gerät mit einem mechanischen Relais zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
<Vergleichsbeispiel>
Vor einer Beschreibung neuartiger Konfigurationen eines mit einem mechanischen Relais versehenen elektrischen Geräts wird ein Vergleichsbeispiel kurz beschrieben, mit dem die Konfigurationen verglichen werden.
1 zeigt als Vergleichsbeispiel ein elektrisches Gerät mit einem mechanischen Relais. Das elektrische Gerät X dieses Vergleichsbeispiels umfasst, während es auf dem zuvor beschriebenen herkömmlichen Beispiel (22) basiert, weiterhin einen DC-DC-Wandler X30, der aus einer Gleichstromeingangsspannung Vi eine gewünschte Gleichstromausgangsspannung Vo (z.B. 5 V Gleichspannung) erzeugt, um sie der Relaisspule X21 zuzuführen.
Bei der Konfiguration dieses Vergleichsbeispiels wird, unabhängig vom Spannungswert der Gleichstromeingangsspannung Vi, eine Gleichstromausgangsspannung Vo an die Relaisspule X21 angelegt, die jederzeit konstant bleibt. Dies ermöglicht die Standardisierung des Durchmessers und der Windungszahl der Relaisspule X21. Dennoch erfordert die Konfiguration dieses Vergleichsbeispiels, dass zur Glättung der GleichstromAusgangsspannung Vo eine Spule X32 und ein Kondensator X33 extern an eine Steuerung IC X31 im DC-DC-Wandler X30 angeschlossen werden. Dies führt zu einer erhöhten Anzahl von Komponenten.
<Erste Ausführungsform>
2 ist ein Diagramm, das als erste Ausführungsform ein elektrisches Gerät mit einem mechanischen Relais zeigt. Das elektrische Gerät 1 dieser Ausführungsform umfasst eine Impulssteuervorrichtung 10 und ein mechanisches Relais 20.
Die Impulssteuervorrichtung 10 ist eine integrierte Halbleiterschaltung, die aus einer Gleichstromeingangsspannung Vi (z.B. DC 6V, DC 12 V, DC 24 V oder DC 48 V) eine Impulsausgangsspannung Vo erzeugt, um sie einer Last zuzuführen. In dem elektrischen Gerät 1 dieser Ausführungsform ist an die Impulssteuervorrichtung 10, als die Last, ein elektromagnetischer Abschnitt 21 (insbesondere eine darin enthaltene Relaisspule) des mechanischen Relais 20 angeschlossen. Somit fungiert die Impulssteuervorrichtung 10 als Relaisansteuerungseinrichtung, die das mechanische Relais 20 antreibt, um es zu öffnen und zu schließen.
Das mechanische Relais 20 umfasst neben dem elektromagnetischen Abschnitt 21 auch einen Kontaktmechanismus-Abschnitt 22, der von dem elektromagnetischen Abschnitt 21 galvanisch getrennt ist. Je nachdem, ob der elektromagnetische Abschnitt 21 erregt oder nicht erregt ist, steuert das mechanische Relais 20 den Kontaktmechanismus-Abschnitt 22 an, um ihn zu öffnen oder zu schließen. Die Verwendung eines mechanischen Relais 20 als Schaltmittel in einem elektrischen Gerät 1 ermöglicht auf diese Weise die Betätigung eines Schalters bei gleichzeitiger Trennung zwischen der Eingangsseite (Elektromagnetischer-Abschnitt-21-Seite) und der Ausgangsseite (Kontaktmechanismus-Abschnitt-22-Seite). Das mechanische Relais 20 kann für verschiedene Anwendungen unterschiedlich sein, z. B. Steuerrelais, Verriegelungsrelais (Halterelais), Ratschenrelais, I/O-Relais, Anschluss-Relais oder Relaisanschlüssen, oder Hochleistungsrelais (für Wechsel- und Gleichstromlasten).
<Mechanisches Relais>
3 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des mechanischen Relais 20 zeigt. In dem mechanischen Relais 20 dieses Konfigurationsbeispiels umfasst der elektromagnetische Abschnitt 21 eine Relaisspule 21a, einen Eisenkern 21b, einen Anker 21c und eine Karte 21d. Andererseits umfasst der Kontaktmechanismus-Abschnitt 22 feste Kontakte 22a und 22b, eine bewegliche Feder 22c und einen beweglichen Kontakt 22d. Zum Zwecke der elektrischen Verbindung mit der Außenseite umfasst das mechanische Relais 20 weiterhin die externen Anschlüsse T21 und T24.
Die Relaisspule 21a ist um den Eisenkern 21b (oder um einen Spulenkörper [nicht abgebildet] um den Eisenkern 21b) gewickelt, wobei die gegenüberliegenden Enden der Relaisspule 21a mit den externen Anschlüssen T21 bzw. T22 verbunden sind. Wenn die Impulssteuervorrichtung 10 die Relaisspule 21a mit Strom versorgt, erzeugt die Relaisspule 21a ein Magnetfeld und magnetisiert den Eisenkern 21b. Dadurch wird der um ein Scharnier rotierende Anker 21c vom Eisenkern 21b angezogen.
Dabei drückt die Karte 21d, die mit dem Anker 21c gekoppelt ist, die bewegliche Feder 22c, mit der die Karte 21d in Kontakt steht, nach vorne, um die bewegliche Feder 22c in Richtung des festen Kontakts 22b zu verschieben. Dadurch kontaktiert der bewegliche Kontakt 22d, der am freien Ende der beweglichen Feder 22c vorgesehen ist, den festen Kontakt 22b. Dies führt dazu, dass die externen Anschlüsse T23 und T24 über den festen Kontakt 22b, den beweglichen Kontakt 22d, die bewegliche Feder 22c und den festen Kontakt 22a elektrisch miteinander verbunden sind (d.h. der Ein-Zustand des mechanischen Relais 20).
Im Gegensatz dazu, wenn die Impulssteuervorrichtung 10 die Relaisspule 21a nicht mehr mit Strom versorgt, hört die Relaisspule 21a auf, das Magnetfeld zu erzeugen. Dadurch verliert der Eisenkern 21b seine Magnetkraft, mit der er den Anker 21c angezogen hat. Dadurch bewirkt die Rückstellkraft der beweglichen Feder 22c, dass der Anker 21c und die Karte 21d in ihre Ausgangspositionen zurückkehren, so dass sich der bewegte Kontakt 22d vom festen Kontakt 22b löst. Dadurch wird der Zustand wiederhergestellt, in dem die externen Anschlüsse T23 und T24 galvanisch voneinander getrennt sind (d.h. der Aus-Zustand des mechanischen Relais 20).
Während 3 als Beispiel ein mechanisches Relais 20 vom Scharniertyp zeigt, kann das mechanische Relais 20 eine Struktur eines beliebigen anderen Typs (z.B. eines Kolbentyps) aufweisen.
< Impulssteuervorrichtung>
Mit Bezug auf 2 wird die Konfiguration und der Betrieb der Impulssteuervorrichtung 10 beschrieben. Die Impulssteuervorrichtung 10 weist in dieser Ausführungsform eine in sie integrierte Schaltausgangsstufe 100, eine Ausgangs-Feedbacksteuerung 200 und einen Tiefpassfilter 300 auf. Zum Zwecke der elektrischen Verbindung mit der Außenseite umfasst die Impulssteuervorrichtung 10 weiterhin die externen Anschlüsse T11 bis T14.
Außerhalb der Impulssteuervorrichtung 10 wird der externe Anschluss T11 an den Einspeisungsanschluss der Gleichstromeingangsspannung Vi angeschlossen. Der externe Anschluss T12 ist mit dem externen Anschluss T21 des mechanischen Relais 20 verbunden (d.h. mit dem ersten Anschluss der Relaisspule 21a im elektromagnetischen Abschnitt 21). Der externe Anschluss T13 ist mit dem externen Anschluss T22 des mechanischen Relais 20 verbunden (d.h. mit dem zweiten Anschluss der Relaisspule 21a im elektromagnetischen Abschnitt 21). Der externe Anschluss T13 ist ebenfalls an einen Erdungsanschluss (d.h. den Einspeisungsanschluss einer Erdungsspannung GND) angeschlossen. Der externe Anschluss T14 ist mit dem Einspeisungsanschluss eines Freigabesignals EN verbunden (entsprechend einem Ein-/Aus-Steuersignal für das mechanische Relais 20).
Die Schaltausgangsstufe 100 umfasst einen High-Side-Schalter 110 (z.B. einen PMOSFET (p-Kanal-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor))und einen Low-Side-Schalter 120 (z.B. einen NMOSFET (n-Kanal-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor)). Die Schaltausgangsstufe 100 erzeugt aus der Gleichstromeingangsspannung Vi eine Impulsausgangsspannung Vo und führt diese dem elektromagnetischen Abschnitt 21 (insbesondere der darin enthaltenen Relaisspule 21a) des mechanischen Relais 20 zu.
Die Zusammenschaltung in der Schaltausgangsstufe 100 ist wie folgt. Die Source und das Back-Gate des High-Side-Schalters 110 sind beide mit dem externen Anschluss T11 verbunden. Der Drain des High-Side-Schalters 110 und der Drain des Low-Side-Schalters 120 sind beide mit dem externen Anschluss T12 verbunden. Die Source und das Back-Gate des Low-Side-Schalters 120 sind beide mit dem externen Anschluss T13 verbunden.
Dem Gate des High-Side-Schalters 110 wird ein High-Side Gate-Signal G1 zugeführt. Der High-Side-Schalter 110 ist ausgeschaltet, wenn das High-Side Gate-Signal G1 auf High-Level (hoher Pegel) (= Vi) ist, und eingeschaltet, wenn das High-Side Gate-Signal G1 auf Low-Level (niedriger Pegel) ist (= VregB = Vi - Vreg, wobei Vreg eine vorgegebene interne Versorgungsspannung darstellt).
Das Gate des Low-Side-Schalters 120 wird mit einem Low-Side Gate-Signal G2 versorgt. Der Low-Side-Schalter 120 ist eingeschaltet, wenn das Low-Side Gate-Signal G2 auf High-Level (= Vreg) steht, und ist ausgeschaltet, wenn das Low-Side Gate-Signal G2 auf Low-Level (= GND) steht.
Wenn der High-Side-Schalter 110 eingeschaltet und der Low-Side-Schalter 120 ausgeschaltet ist, liegt die Impulsausgangsspannung Vo auf High-Level (= Vi). Im Gegensatz dazu liegt die Impulsausgangsspannung Vo bei ausgeschaltetem High-Side-Schalter 110 und eingeschaltetem Low-Side-Schalter 120 auf Low-Level (= GND). Somit ist die Impulsausgangsspannung Vo eine Spannung mit einer Rechteckform, die zwischen der Gleichstromeingangsspannung Vi und der Erdungsspannung GND pulsgesteuert ist.
Der Tiefpassfilter 300 empfängt innerhalb der Impulssteuervorrichtung 10 einen Feedbackeingang der Impulsausgangsspannung Vo von der Schaltausgangsstufe 100, und erzeugt eine Feedbackspannung Vfb durch Glätten der Impulsausgangsspannung Vo. Der Eingangsanschluss des Tiefpassfilters 300 ist mit dem Verbindungsknoten zwischen den High-Side- und Lower-Side-Schaltern 110 und 120 (d.h. dem externen Anschluss T12) verbunden.
Die Ausgangs-Feedbacksteuerung 200 empfängt die Feedbackspannung Vfb vom Tiefpassfilter (Feedbackspannungserzeuger) 300. Die Ausgangs-Feedbacksteuerung 200 steuert die Schaltausgangsstufe 100, indem sie die High-Side- und Low-Side-Gatesignale G1 und G2 einzeln so erzeugt, dass der Mittelwert der Impulsausgangsspannung Vo auf einem Soll-Mittelwert Voave (z.B. DC 5 V) bleibt. Die Ausgangs-Feedbacksteuerung 200 umfasst einen Vergleicher 220, einen Ein-Zeit-Steller 230 und eine Gate-Steuerung 240.
Der Vergleicher 220 erzeugt ein Einstellsignal S1 durch Vergleich der Feedbackspannung Vfb, die dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Vergleichers 220 zugeführt wird, mit einer Referenzspannung Vref (z.B. einer Spannung, wie einer Bandlücken-Referenzspannung, die nicht von der Variation der zugeführten Leistung oder der Temperatur abhängig ist), die dem nicht invertierenden Eingangsanschluss (+) des Vergleichers 220 zugeführt wird. Das Einstellsignal S1 ist auf High-Level (= Vreg), wenn die Feedbackspannung Vfb niedriger als die Referenzspannung Vref ist, und auf Low-Level (= GND), wenn die Feedbackspannung Vfb höher als die Referenzspannung Vref ist.
Der Ein-Zeit-Steller 230 empfängt von der Gate-Steuerung 240 ein Gatesteuersignal S3 (das später näher beschrieben wird). Wenn der High-Side-Schalter 110 eingeschaltet wird und dann eine vorgegebene Ein-Zeit Ton vergeht, erzeugt der Ein-Zeit-Steller 230 einen Triggerimpuls in einem Rückstellsignal S2.
Die Gate-Steuerung 240 erzeugt die High-Side- und Low-Side-Gatesignale G1 und G2 gemäß dem Einstellsignal S1 und dem Rückstellsignal S2.
In dieser Ausführungsform steuert die Ausgangs-Feedbacksteuerung 200 die Schaltausgangsstufe 100 durch ein Hysteresesteuerverfahren (im dargestellten Beispiel durch ein Basispegelerfassungsverfahren mit fester Ein-Zeit) basierend auf der Feedbackspannung Vfb. Diese Funktion des Ausgangs-Feedbacks wird später ausführlich beschrieben.
In Bezug darauf, ob die Impulsausgangsspannung Vo erzeugt werden soll oder nicht, wird die Ausgangs-Feedbacksteuerung 200 gemäß einem Freigabesignal EN gesteuert, das dem externen Anschluss T14 zugeführt wird. Genauer gesagt, wenn sich das Freigabesignal EN auf High-Level (d.h. „hoher Pegel“) befindet (ein Logikpegel, der die zu erregende Spule anzeigt), befindet sich die Ausgangs-Feedbacksteuerung 200 in einem aktiven Zustand (ein Zustand, in dem sie die Impulsausgangsspannung Vo erzeugen kann), und wenn sich das Freigabesignal EN auf Low-Level (d.h. „niedriger Pegel“) befindet (ein Logikpegel, der die nicht erregte Spule anzeigt), befindet sich die Ausgangs-Feedbacksteuerung 200 in einem Abschaltzustand (ein Zustand, in dem sie zur Erzeugung der Impulsausgangsspannung Vo deaktiviert ist). Wenn das Freigabesignal EN von Low-Level auf High-Level umgeschaltet wird, startet die Gate-Steuerung 240 in einem Zustand, in dem sie den High-Side-Schalter 110 eingeschaltet und den Low-Side-Schalter 120 ausgeschaltet hält.
Wie vorstehend beschrieben, ist es mit der Impulssteuervorrichtung 10 dieser Ausführungsform möglich, den Mittelwert der an die Relaisspule 21a angelegten Impulsausgangsspannung Vo auf einem vorgegebenen Ziel-Durchschnittswert Voave zu halten. Damit ist es möglich, die Relaisspule 21a unabhängig vom Spannungswert der Gleichstrom-Eingangsspannung Vi zu standardisieren, was ein großer Vorteil in Bezug auf Kosten und Steuerung ist.
Darüber hinaus wird in der Impulssteuervorrichtung 10 dieser Ausführungsform die Impulsausgangsspannung Vo unverändert der Relaisspule 21a zugeführt, ohne geglättet zu werden. Dadurch ist es möglich, auf einen Glättungsfilter (diskrete Komponenten wie Spule und Kondensator, die extern mit der Impulssteuervorrichtung 10 verbunden sind), zu verzichten, wodurch die Schaltungsfläche reduziert und die Kosten gesenkt werden.
Bei einer Konfiguration, bei der die Impulsausgangsspannung Vo direkt an die Relaisspule 21a angelegt wird, ist es nicht erforderlich, mit einer so hohen Frequenz anzusteuern wie bei herkömmlichen DC-DC-Wandlern. So ist es möglich, die Schaltfrequenz Fsw der Impulsausgangsspannung Vo zu senken und damit das Problem der Wärmeentwicklung zu lösen. Es ist auch möglich, die in der Impulssteuervorrichtung 10 integrierten Chips im Vergleich zu herkömmlichen DC-DC-Wandlern stark zu verkleinern.
Darüber hinaus wird in der Impulssteuervorrichtung 10 ein Feedbackeingang der Impulsausgangsspannung Vo empfangen, um eine Ausgangs-Feedbacksteuerung an ihr durchzuführen. Auf diese Weise ist es möglich, die Variation der Impulsausgangsspannung Vo im Vergleich zur herkömmlichen offenen Steuerung (wie sie in Patentdokument 1 offenbart ist) zu reduzieren.
Im Folgenden wird anhand von Praxisbeispielen detailliert die Konfiguration der verschiedenen Blöcke in der Impulssteuervorrichtung 10 beschrieben.
< Tiefpassfilter >
4 ist ein Diagramm mit einem Konfigurationsbeispiel des Tiefpassfilters 300. Der Tiefpassfilter 300 dieses Konfigurationsbeispiels umfasst die Widerstände 301 und 302 (jeweils mit den Widerstandswerten R301 und R302) und einen Kondensator 303. Der Widerstand 301 ist zwischen dem Feedbackeingang der Impulsausgangsspannung Vo (d.h. dem externen Anschluss T12) und dem Ausgang der Feedbackspannung Vfb angeschlossen. Der Widerstand 302 und der Kondensator 303 sind parallel zwischen dem Ausgangsanschluss der Feedbackspannung Vfb und dem Erdungsanschluss geschaltet.
Die Widerstände 301 und 302 fungieren als Spannungsteilungsmittel zum Erzeugen einer Teilspannung (= [R302 / (R301 + R302)] x Vo) der Impulsausgangsspannung Vo, und der Kondensator 303 fungiert als Glättungsmittel zum Glätten der Teilspannung, um die Feedbackspannung Vfb mit einer dreieckigen Wellenform zu erzeugen. Somit ergibt sich die Feedbackspannung Vfb aus einer Teilungsspannung der Impulsausgangsspannung Vo, die mit dem Kondensator 303 geglättet ist, wobei der Tiefpassfilter 300 keine Spule zum Glätten umfasst.
In einem Fall, wo der High-Level (= Vi) der Impulsausgangsspannung Vo in den Eingangsdynamikbereich des Vergleichers 220 fällt, können die Widerstände 301 und 302 weggelassen werden, wobei in diesem Fall die Impulsausgangsspannung Vo selbst mit dem Kondensator 303 geglättet werden kann.
< Ein-Zeit-Steller>
5 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel für den Ein-Zeit-Steller 230 zeigt. Der Ein-Zeit-Steller 230 dieses Konfigurationsbeispiels umfasst einen Widerstand 231, einen Kondensator 232, einen Schalter 233 und einen Vergleicher 234.
Der Widerstand 231 wird zwischen dem Einspeisungsanschluss der Gleichstromeingangsspannung Vi (d.h. dem externen Anschluss T11) und dem Ausgangsanschluss einer Ladespannung Vchg geschaltet. Der Kondensator 232 und der Schalter 233 sind parallel zwischen dem Ausgangsanschluss der Ladespannung Vchg und dem Erdungsanschluss geschaltet. Der Steueranschluss des Schalters 233 ist mit dem Einspeisungsanschluss des Gatesteuersignals S3 verbunden.
Der Schalter 233 fungiert als Lade-/Entladeschalter, der gemäß dem Gatesteuersignal S3 (und damit gemäß den Ein-/Aus-Zuständen der High-Side- und Lower-Side-Schalter 110 und 120) schaltet, ob der Kondensator 232 geladen oder entladen werden soll. Insbesondere ist der Schalter 233 ausgeschaltet, wenn sich das Gatesteuersignal S3 auf High-Level befindet (ein Logikpegel, der anzeigt, dass der High-Side-Schalter 110 eingeschaltet und der Low-Side-Schalter 120 ausgeschaltet ist), und eingeschaltet, wenn sich das Gatesteuersignal S3 auf Low-Level befindet (ein Logikpegel, der anzeigt, dass der High-Side-Schalter 110 ausgeschaltet und der Low-Side-Schalter 120 eingeschaltet ist).
Bei ausgeschaltetem Schalter 233 wird der Kondensator 232 durch einen Ladestrom ichg geladen, der von dem Anwendungsanschluss der Gleichstromeingangsspannung Vi über den Widerstand 231 fließt, wodurch die Ladespannung Vchg ansteigt. Dabei steigt die Ladespannung Vchg mit einem Gradienten, der der Gleichstrom-Eingangsspannung Vi entspricht. Andererseits wird bei eingeschaltetem Schalter 233 der Kondensator 232 über den Schalter 233 entladen, so dass die Ladespannung Vchg schnell auf die Erdungsspannung GND fällt.
Der Vergleicher 234 erzeugt das Rückstellsignal S2 durch Vergleich der Ladespannung Vchg, die dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss (+) des Vergleichers 234 zugeführt wird, mit einer Referenzspannung VREF (z.B. einer Spannung, wie einer Bandlücken-Referenzspannung, die nicht von der Variation der zugeführten Leistung oder der Temperatur abhängig ist), die dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Vergleichers 234 zugeführt wird. Das Rückstellsignal S2 ist auf High-Level (= Vreg), wenn die Ladespannung Vchg höher als die Referenzspannung VREF ist, und auf Low-Level (= GND), wenn die Ladespannung Vchg niedriger als die Referenzspannung VREF ist. Die Referenzspannung VREF kann gleich oder verschieden von der zuvor genannten Referenzspannung Vref (2) sein.
< Gate-Steuerung >
6 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Gate-Steuerung 240 zeigt. Die Gate-Steuerung 240 dieses Konfigurationsbeispiels umfasst ein D-Flip-Flop 241, einen Level-Shifter (d.h. Pegelumsetzer oder Pegelwandler) 242 und die Treiber 243 und 244.
Das D-Flip-Flop 241 stellt das Gatesteuersignal S3, das an dem Ausgangsanschluss Q des D-Flip-Flops 241 erscheint, auf High-Level (= eine interne Versorgungsspannung Vreg, die an den Datenanschluss D des D-Flip-Flops 241 angelegt wird) entsprechend dem Einstellsignal S1 (z.B. mit einer steigenden Flanke darin), das an den Taktanschluss des D-Flip-Flops 241 eingespeist wird. Der D-Flip-Flop 241 setzt das Gatesteuersignal S3, das an den Ausgangsanschluss Q des D-Flip-Flops 241 erscheint, entsprechend dem Rückstellsignal S2 (z.B. bei einer steigenden Flanke darin) auf Low-Level (= GND) zurück, das dem Reset-Anschluss des D-Flip-Flops 241 zugeführt wird. Anstelle des D-Flip-Flops 241 kann ein RS-Flip-Flop verwendet werden.
Der Pegelumsetzer 242 empfängt das zwischen Vreg und GND pulsgesteuerte Gatesteuersignal S3 und gibt ein pegelversetztes Gatesteuersignal S3H aus, das zwischen Vi und VregB pulsgesteuert ist.
Der Treiber 243 empfängt das Gatesteuersignal S3H und erzeugt das High-Side-Gatesignal G1. Im dargestellten Beispiel besteht der Treiber 243 aus drei Stufen von Wechselrichtern. Dementsprechend ist das High-Side-Gatesignal G1 auf Low-Level (= VregB), wenn das Gatesteuersignal S3H auf High-Level ist, und auf High-Level (= Vi), wenn das Gatesteuersignal S3H auf Low-Level ist.
Andererseits empfängt der Treiber 244 das Gatesteuersignal S3 und erzeugt das Low-Side-Gatesignal G2. Im veranschaulichten Beispiel besteht der Treiber 244 aus drei Stufen von Wechselrichtern. Dementsprechend ist das Low-Side Gate-Signal G2 auf Low-Level (= GND), wenn das Gatesteuersignal S3 auf High-Level ist, und auf High-Level (= Vreg), wenn das Gatesteuersignal S3 auf Low-Level ist.
Somit haben die High-Side- und Low-Side-Gatesignale G1 und G2 den gleichen Logikpegel, und entsprechend werden die High-Side- und Lower-Side-Schalter 110 und 120 so gesteuert, dass sie sich (ausschließlich) komplementär ein- und ausschalten. In der vorliegenden Beschreibung umfasst der Begriff „ergänzend (ausschließlich)“ nicht nur den Betrieb, bei dem die Ein/Aus-Zustände der High-Side- und Lower-Side-Schalter 110 und 120 vollständig umgekehrt werden, sondern auch den Betrieb, bei dem zur Verhinderung eines Durchflussstroms eine vorgegebene Verzögerung im Zeitpunkt des Ein/Aus-Übergangs der High-Side- und Lower-Side-Schalter 110 und 120 gesichert ist (um dadurch Perioden zu verlassen, in denen die Transistoren beide ausgeschaltet sind).
< Ausgangsfeedback-Steuerbetrieb >
7 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für den Betrieb des Ausgangs-Feedbacks durch die Impulssteuervorrichtung 10 zeigt, das von oben nach unten die Feedbackspannung Vfb (durchgezogene Linie) und die Referenzspannung Vref (Strichpunktlinie), das Einstellsignal S1, die Ladespannung Vchg (durchgezogene Linie) und die Referenzspannung VREF (Strichpunktlinie), das Rückstellsignal S2, das Gatesteuersignal S3, das High-Side-Gatesignal G1, das Low-Side-Gatesignal G2 und die Impulsausgangsspannung Vo darstellt.
Zum Zeitpunkt t1, d.h. wenn während einer Aus-Periode (G1 = G2 = H) des High-Side-Schalters 110 die Feedbackspannung Vfb auf die Referenzspannung Vref (entsprechend einem Basispegel-Schwellenwert) absinkt, steigt das Einstellsignal S1 von Low-Level (= GND) auf High-Level (= Vreg) an, und somit wird das Gatesteuersignal S3 von Low-Level (= GND) auf High-Level (= Vreg) eingestellt.
Dementsprechend ändern sich nach dem Zeitpunkt t1, wenn eine vorgegebene Verzögerungszeit d (hauptsächlich die Signalverzögerungszeit in den Treibern 243 und 244) vergeht, d.h. zum Zeitpunkt t2, die High-Side- und Low-Side-Gate-Signale G1 und G2 beide zu Low-Level (G1 = VregB, G2 = GND). Somit schaltet sich der High-Side-Schalter 110 ein, und der Low-Side-Schalter 120 schaltet sich aus. Dadurch steigt die Impulsausgangsspannung Vo von Low-Level (= GND) auf High-Level (= Vi), und damit beginnt die bisher fallende Feedbackspannung Vfb zu steigen. Das Einstellsignal S1 kehrt auf Low-Level zurück, wenn während einer Ein-Periode (G1 = G2 = L) des High-Side-Schalters 110 die Feedbackspannung Vfb auf die Referenzspannung Vref ansteigt.
Zum Zeitpunkt t1 schaltet sich der Schalter 233 im Ein-Zeit-Steller 230 aus, da das Gatesteuersignal S3 auf High-Level geht. Somit beginnt der Kondensator 232 durch den Ladestrom ichg aufgeladen zu werden, und somit steigt die Ladespannung Vchg mit einem Gradienten, der der Gleichstromeingangsspannung Vi entspricht.
Dann steigt zum Zeitpunkt t3, d.h. wenn die Ladespannung Vchg auf die Referenzspannung VREF ansteigt (entsprechend einem Ablauferkennungsschwellenwert für die Ein-Periode Ton), das Rückstellsignal S2 von Low-Level (= GND) auf High-Level (= Vreg), und damit wird das Gatesteuersignal S3 von High-Level auf Low-Level zurückgesetzt.
Dementsprechend ändern sich nach dem Zeitpunkt t3, wenn die Verzögerungszeit d vergeht, d.h. zum Zeitpunkt t4, die High-Side- und Low-Side-Gatesignale G1 und G2 beide auf High-Level (G1 = Vi, G2 = Vreg). Somit schaltet sich der High-Side-Schalter 110 aus, und der Low-Side-Schalter 120 schaltet sich ein. Im Ergebnis sinkt die Impulsausgangsspannung Vo von High-Level auf Low-Level, und damit beginnt die bisher steigende Feedbackspannung Vfb wieder zu fallen.
Außerdem schaltet sich, zum Zeitpunkt t3, als Ergebnis, dass das Gatesteuersignal S3 auf Low-Level geht, der Schalter 233 im Ein-Zeit-Steller 230 ein. Somit wird der Kondensator 232 über den Schalter 233 entladen, und somit fällt die Ladespannung Vchg schnell auf die Erdungsspannung GND ab. Daher fällt das Rückstellsignal S2 ohne Verzögerung auf Low-Level.
Nach dem Zeitpunkt t5 wird ein Vorgang wiederholt, der dem bisher beschriebenen ähnlich ist, wodurch der Ein-Betrieb Don (= Ton / T, d.h. der Anteil der Ein-Periode Ton in der Schaltperiode T) der Impulsausgangsspannung Vo so gesteuert wird, dass der Mittelwert der Impulsausgangsspannung Vo auf dem vorgegebenen Ziel-Durchschnittswert Voave bleibt.
Hier wird im Ein-Zeit-Steller 230 die Ein-Periode Ton (entsprechend der Zeit, die nach dem Anstieg der Ladespannung Vchg vergeht, bis sie höher wird als die Referenzspannung VREF) nicht als Festwert, sondern als Variablenwert entsprechend der Gleichstromeingangsspannung Vi eingestellt.
Insbesondere beim Ein-Zeit-Steller 230 gilt: Je höher die Gleichstrom-Eingangsspannung Vi, desto steiler ist die Steigung der Ladespannung Vchg, weshalb die Ein-Zeit Ton umso kürzer ist. Umgekehrt gilt: Je niedriger die Gleichstrom-Eingangsspannung Vi, desto sanfter ist die Steigung der Ladespannung Vchg, weshalb die Ein-Periode Ton umso länger ist. Somit gilt zwischen der Ein-Periode Ton und der Gleichstromeingangsspannung Vi die folgende Formel (1):
$Ton = α/ Vi$
Andererseits ist der Ein-Betrieb Don (= Ton / T) der Impulsausgangsspannung Vo, ausgedrückt durch die folgende Formel (2), als das Verhältnis des Ziel-Durchschnittswerts Voave der Impulsausgangsspannung Vo zur Gleichstromeingangsspannung Vi angegeben:
$Don = Ton/T = Voave/Vi$
Basierend auf den obigen Formeln (1) und (2) wird die Schaltperiode T der Impulsausgangsspannung Vo durch die folgende Formel (3) angegeben:
$T = (α/ Vi) \times (Vi/Voave) = α / Voave$
Wenn man bedenkt, dass die Proportionalitätskonstante α und der Ziel-Durchschnittswert Voave der Impulsausgangsspannung Vo beide konstante Werte sind, wird deutlich, dass die Schaltperiode T (und damit die Schaltfrequenz Fsw (= 1 / T)) konstant ist. Es wird bevorzugt, dass die Schaltfrequenz Fsw höher eingestellt ist (z.B. Fsw = 100 kHz oder höher) als der vom Menschen hörbare Frequenzbereich (im Allgemeinen 20 Hz bis 20 kHz). Diese Konfiguration hilft, das Problem des hörbaren Rauschens zu lösen.
Wie vorstehend beschrieben, handelt es sich bei dieser Ausführungsform beispielhaft um eine Konfiguration, bei der die Impulsausgangsspannung Vo einer PWM-Steuerung unterzogen wird, die unter Verwendung eines festen Ein-Zeit-Verfahrens, das eine Art Hysteresesteuerverfahren ist, die Ein-Zeit Ton abhängig von der Gleichstromeingangsspannung Vi lässt. In Fällen, in denen eine Variation der Schaltfrequenz Fsw zulässig ist, ist auch eine Konfiguration möglich, bei der die Impulsausgangsspannung Vo einer PFM (Pulsfrequenzmodulation) -Steuerung unterzogen wird, bei der die Ein-Periode Ton ein fester Wert ist. Anstelle eines Basispegelerfassungsverfahren mit fester Ein-Zeit kann ein Spitzenwerterfassungsverfahren mit eingestellter Aus-Zeit verwendet werden.
< Zweite Ausführungsform >
8 ist ein Diagramm, das als zweite Ausführungsform ein elektrisches Gerät mit einem mechanischen Relais zeigt. Das elektrische Gerät 1 dieser Ausführungsform ist, während es auf der ersten Ausführungsform (2) basiert, die zuvor beschrieben wurde, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangs-Feedbacksteuerung 200 in der Impulssteuervorrichtung 10 weiterhin einen Taktgeber 250 umfasst. Dementsprechend sind solche Komponenten, die denen der ersten Ausführungsform ähnlich sind, durch die gleichen Bezugszeichen wie in 2 gekennzeichnet, wobei jede überflüssige Beschreibung weggelassen ist. Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf Merkmale, die für diese Ausführungsform kennzeichnend sind.
Der Taktgeber 250 beginnt mit dem Zählbetrieb, wenn das Freigabesignal EN auf High-Level angehoben ist (ein Logikpegel, der die Spule anzeigt, ist aktiviert), und steuert das Schalten der Referenzspannung Vref entsprechend dem Zählwert. Dies wird nun anhand konkreter Beispiele ausführlich beschrieben.
9 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für den Referenzspannungsschaltbetrieb durch den Taktgeber 250 zeigt, wobei, von oben nach unten, der durchschnittliche Erregerstrom loave (welcher der Mittelwert des Erregerstroms lo ist), das Freigabesignal EN und die Referenzspannung Vref dargestellt sind.
Zum Zeitpunkt t11, wenn das Freigabesignal EN auf High-Level angehoben ist, setzt der Taktgeber 250 die Referenzspannung Vref auf einen High-Side-Spannungswert VrefH, und beginnt, eine Übererregungsperiode Tx zu zählen. Hier wird der High-Side-Spannungswert VrefH so eingestellt, dass der mittlere Erregerstrom loave höher ist als der Betriebsstromwert IH (= Vi x Don / RL, wobei RL den Widerstandskomponentenwert der Relaisspule 21a darstellt). Somit kann bei Anhebung des Freigabesignals EN auf High-Level das mechanische Relais 20 zuverlässig eingeschaltet werden.
Danach, zum Zeitpunkt t12, d.h., wenn die Übererregungsperiode Tx verstreicht, senkt der Taktgeber 250 die Referenzspannung Vref auf einen Low-Side-Spannungswert VrefL (< VrefH) ab. Der Low-Side-Spannungswert VrefL ist so eingestellt, dass der mittlere Erregerstrom loave nicht niedriger wird als der Rückgewinnungsstromwert IL. Während das Freigabesignal EN auf High-Level bleibt, kann das mechanische Relais 20 mit reduzierter Leistungsaufnahme weiter betrieben werden.
Diese Ausführungsform befasst sich, als ein Beispiel, mit einer Konfiguration, bei der der Taktgeber 250 zum Steuern des Schaltens der Referenzspannung Vref verwendet wird. Stattdessen kann beispielsweise ein Mittel zum Erfassen des Erregerstroms Io vorgesehen sein, so dass die Referenzspannung Vref auf dem Hochspannungswert VrefH gehalten wird, bis der mittlere Erregerstrom loave höher als der Betriebsstromwert IH ist, wobei danach die Referenzspannung Vref auf den Niederspannungswert VrefL heruntergesetzt wird.
Das Schalten der Referenzspannung Vref ist gleichbedeutend mit dem Schalten des Ziel-Durchschnittswertes Voave der Impulsausgangsspannung Vo. In Anbetracht dessen kann die Ausgangs-Feedbacksteuerung 200 beliebig ausgebildet sein, solange sie den Ziel-Durchschnittswert Voave der Impulsausgangsspannung Vo auf einen ersten Pegel einstellt, nachdem die Impulsausgangsspannung Vo beginnt erzeugt zu werden, bis der mittlere Erregerstrom loave wenigstens den Betriebsstromwert IH überschreitet, und danach den Ziel-Durchschnittswert Voave der Impulsausgangsspannung Vo auf einen zweiten Pegel unter dem ersten Pegel innerhalb eines Bereichs einstellt, in dem der mittlere Erregerstrom loave nicht unter den Rückgewinnungsstromwert IL fällt.
< Dritte Ausführungsform >
10 ist ein Diagramm, das als dritte Ausführungsform ein elektrisches Gerät mit einem mechanischen Relais zeigt. Das elektrische Gerät 1 dieser Ausführungsform, das auf der zuvor beschriebenen zweiten Ausführungsform (8) basiert, ist dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin eine Regenerationsdiode 30 und einen Filter 40 als diskrete Komponenten umfasst, die extern mit der Impulssteuervorrichtung 10 verbunden sind. Dementsprechend werden solche Komponenten, die denen der zweiten Ausführungsform ähnlich sind, durch die gleichen Bezugszeichen wie in 8 gekennzeichnet, wobei sich wiederholende Beschreibungen ausgelassen werden. Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf Merkmale, die für die dritte Ausführungsform kennzeichnend sind.
In einem Fall, in dem eine Regenerationsdiode 30 parallel zum mechanischen Relais 20 (insbesondere der Relaisspule 21a) geschaltet ist, wird bevorzugt, dass, wie in 10 dargestellt ist, ein Filter 40 vorgesehen ist, der Spitzenrauschen in der Impulsausgangsspannung Vo eliminiert. Als Filter 40 kann ein LC-Filter mit einer Spule 41 und einem Kondensator 42 verwendet werden. Durch diese Konfiguration entfällt die Notwendigkeit, der Regenerationsdiode 30 eine unnötig hohe Stehspannung zuzuführen, und trägt somit zur Kostenreduzierung mit dem elektrischen Gerät 1 bei.
Der Filter 40 ist dazu bestimmt, Rauschen aus der Impulsausgangsspannung Vo zu eliminieren, wobei er nicht dazu bestimmt ist, die Impulsausgangsspannung Vo zu glätten. Dementsprechend können die L- und C-Werte im Filter 40 ein Zehntel oder weniger der Werte in einem Ausgangsglättungsfilter in DC-DC-Wandlern betragen.
Insbesondere, wenn auch abhängig von den Konstanten des mechanischen Relais 20, unter der Annahme, dass die Schaltfrequenz Fsw = 100 kHz und die Welligkeitsspannung ΔVo / 2 = 1 V betragen, benötigt ein Ausgangsglättungsfilter in einem DC-DC-Wandler etwa (L, C) = (33 µH, 330 µF). Im Gegensatz dazu genügt im Filter 40 in dieser Ausführungsform etwa (L, C) = (3,3 µH, 22 µF), (5 µH, 10 µF) oder (8 µH, 5 µF). Eine Erhöhung der zulässigen Welligkeitsspannung oder eine Erhöhung der Frequenz trägt zur weiteren Reduzierung (L, C) im Filter 40 bei.
Darüber hinaus beeinflussen in einem Ausgangsglättungsfilter in einem DC-DC-Wandler die LC-Werte dort das Phasendesign, was es schwierig macht, sie frei zu ändern. Im Gegensatz dazu sind die LC-Werte im Filter 40 in dieser Ausführungsform dort so klein, dass sie die Stabilität des Systems nicht beeinträchtigen. Somit können die LC-Werte im Filter 40 je nach Verwendung des mechanischen Relais 20 (und damit der Absicht des Benutzers) frei verändert werden.
Diese Ausführungsform bezieht sich auf ein Beispiel, das auf der zweiten Ausführungsform basiert (8). Selbstverständlich ist auch eine Konfiguration, die eher auf der ersten Ausführungsform basiert (2) und zusätzlich eine Regenerationsdiode 30 und einen Filter 40 umfasst, möglich.
< Vierte Ausführungsform >
11 ist ein Diagramm, das als vierte Ausführungsform ein elektrisches Gerät mit einem mechanischen Relais zeigt. Das elektrische Gerät 1 dieser Ausführungsform, die zwar auf der ersten Ausführungsform (2) basiert, die zuvor beschrieben wurde, ist dadurch gekennzeichnet, dass, als das Ausgangs-Feedbackverfahren in der Ausgangs-Feedbacksteuerung 200, kein Hysteresesteuerverfahren (Verfahren zur Basispegelerfassung mit fester Ein-Zeit) eingesetzt wird, sondern ein Spannungsmodus-Steuerverfahren. Dementsprechend sind solche Komponenten, die denen der ersten Ausführungsform ähnlich sind, durch die gleichen Bezugszeichen wie in 2 gekennzeichnet, wobei sich wiederholende Beschreibungen ausgelassen werden. Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf Merkmale, die für die vierte Ausführungsform kennzeichnend sind.
In der Impulssteuervorrichtung 10 in dieser Ausführungsform, in der ein Spannungsmodus-Steuerverfahren angewendet wird, umfasst die Ausgangs-Feedbacksteuerung 200 anstelle des zuvor beschriebenen Vergleichers 220 und des Ein-Zeit-Stellers 230 einen Fehlerverstärker 260, einen Oszillator 270 und einen Vergleicher 280.
Der Fehlerverstärker 260 erzeugt ein Fehlersignal Sa, das der Differenz zwischen der Feedbackspannung Vfb, die dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Fehlerverstärkers 260 zugeführt wird, und der Referenzspannung Vref (z.B. eine Spannung, wie z.B. eine Bandlücken-Referenzspannung, welche nicht von einer Variation der zugeführten Leistung oder der Temperatur abhängt), die dem nicht invertierenden Eingangsanschluss (+) des Fehlerverstärkers 260 zugeführt wird. Das Fehlersignal Sa ist umso höher, je größer die Differenz zwischen der Feedbackspannung Vfb und der Referenzspannung Vref ist, und ist umso niedriger, je kleiner die Differenz zwischen der Feedbackspannung Vfb und der Referenzspannung Vref ist.
Der Oszillator 270 erzeugt bei einer vorgegebenen Schaltfrequenz Fsw ein Einstellsignal S1 mit Rechteck-Wellenform und ein Steigungssignal Sb mit dreieckiger, sägezahnförmiger oder n-ter Ordnung-Wellenform.
Der Vergleicher 280 erzeugt ein Rückstellsignal S2, indem er das Fehlersignal Sa, das dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Vergleichers 280 zugeführt wird, mit dem Steigungssignal Sb vergleicht, das dem nicht invertierenden Eingangsanschluss (+) des Vergleichers 280 zugeführt wird. Das Rückstellsignal S2 ist auf High-Level (= Vreg), wenn das Steigungssignal Sb höher als das Fehlersignal Sa ist, und ist sonst auf Low-Level (= GND), d.h. wenn das Steigungssignal Sb niedriger ist als das Fehlersignal Sa.
Bei dieser Schaltungskonfiguration wird in der Ausgangs-Feedbacksteuerung 200 die PWM-Steuerung der Impulsausgangsspannung Vo durch ein Spannungsmodus-Steuerverfahren so durchgeführt, dass der Mittelwert der Impulsausgangsspannung Vo auf dem vorgegebenen Ziel-Durchschnittswert Voave bleibt.
Diese Ausführungsform bezieht sich auf ein Beispiel, das auf der ersten Ausführungsform basiert (2). Wie in der zweiten Ausführungsform (8) kann zusätzlich eine Funktion zum Schalten der Referenzspannung Vref implementiert sein.
Diese Ausführungsform bezieht sich auf ein Beispiel, bei dem ein Spannungsmodus-Steuerverfahren verwendet wird. Stattdessen kann ein Strommodus-Steuerverfahren verwendet werden. In diesem Fall kann beispielsweise das Fehlersignal Sa oder das Steigungssignal Sb durch Verwendung eines dem Erregerstrom lo entsprechenden Strommesssignals mit einem Offset versehen werden.
Solange die Ausgangs-Feedbacksteuerung durch Empfangen eines Feedbackeingangs einer ungeglätteten Impulsausgangsspannung Vo, wie vorstehend beschrieben, durchgeführt werden kann, gibt es keinerlei Einschränkung des Verfahrens zum Erreichen des Ausgangs-Feedbacks, d.h. es ist möglich, ein Hystereseverfahren, ein Spannungsmodus-Steuerverfahren und ein Strommodus-Steuerverfahren anzuwenden.
< Fünfte Ausführungsform >
12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein mechanisches Relais mit einer Leuchtdiode (im Folgenden „LED“) zeigt. Das mechanische Relais 20 dieses Konfigurationsbeispiels umfasst neben dem elektromagnetischen Abschnitt 21 und dem zuvor beschriebenen Kontaktmechanismus-Abschnitt 22 (nur die Relaisspule 21a ist in 12 dargestellt) einen Widerstand 23 und eine LED 24. Der erste Anschluss des Widerstandes 23 ist, zusammen mit dem ersten Anschluss der Relaisspule 21a, mit dem externen Anschluss T21 verbunden. Der zweite Anschluss des Widerstandes 23 ist mit der Anode der LED 24 verbunden. Die Kathode der LED 24 ist mit dem zweiten Anschluss der Relaisspule 21a und auch mit dem externen Anschluss T22 verbunden.
13 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel für ein mechanisches Relais mit einer LED zeigt. Das mechanische Relais 20 dieses Konfigurationsbeispiels umfasst, wie das vorherige in 12, einen Widerstand 23 und eine LED 24. Im mechanischen Relais 20 dieses Konfigurationsbeispiels ist die Relaisspule 21a in die Relaisspulen 21a1 und 21a2 unterteilt, wobei parallel zur Relaisspule 21a2 der Widerstand 23 und die LED 24 verbunden sind.
Unabhängig davon, welche der oben genannten Konfigurationen zu wählen ist, leuchtet bei einem mechanischen Relais 20 mit einer LED 24, wenn die Relaisspule 21a unter Spannung steht, die LED 24. Somit ist es durch eine visuelle Kontrolle, ob die LED 24 leuchtet oder erloschen ist, möglich, die Funktion und den Ausfall des mechanischen Relais 20 zu überprüfen.
Ungünstigerweise fließt jedoch, wenn die Impulsausgangsspannung Vo direkt an ein solches mechanisches Relais 20 mit einer LED angelegt wird, jedes Mal, wenn die Impulsausgangsspannung Vo von Low-Level (= GND) auf High-Level (= Vi) ansteigt, ein zu hoher Strom in die LED 24, was zur Zerstörung der LED 24 führen kann. Im Folgenden wird eine neuartige Ausführungsform beschrieben, die ein sicheres Leuchten der LED 24 bei gleichzeitiger Impulssteuerung des mechanischen Relais 20 ermöglicht.
14 ist ein Diagramm, das als fünfte Ausführungsform ein elektrisches Gerät mit einem mechanischen Relais zeigt. Das elektrische Gerät 1 dieser Ausführungsform umfasst eine Impulssteuervorrichtung 10 und ein mechanisches Relais 20. Insofern unterscheidet sich das elektrische Gerät 1 hier nicht von denjenigen der bisher beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsformen. Es ist zu beachten, dass einige der bereits beschriebenen Komponenten (wie z.B. die Ausgangs-Feedbacksteuerung 200, der Tiefpassfilter 300 und der Kontaktmechanismus-Abschnitt 22), sofern nicht erforderlich, in der Darstellung weggelassen sind.
Andererseits umfasst das mechanische Relais 20, wie in den zuvor besprochenen 12 und 13, einen Widerstand 23 und eine LED 24, und die Impulssteuervorrichtung 10 umfasst weiterhin einen LED-Treiber 400 als Mittel zum sicheren Leuchten der LED 24. Die Impulssteuervorrichtung 10 und das mechanische Relais 20 umfassen weiterhin die externen Anschlüsse T15 und T25 zum Einspeisen eines Ausgangsstroms Io vom LED-Treiber 400 in die LED 24. Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf diese Unterschiede.
Der LED-Treiber 400 (entspricht einem Lichtemittierendes-Element-Treiber) erzeugt einen konstanten Ausgangsstrom lo über den Zeitraum, in dem die Impulsausgangsspannung Vo von der Schaltausgangsstufe 100 der Relaisspule 21a zugeführt wird. Der Ausgangsstrom lo wird von dem externen Anschluss T15 der Impulssteuervorrichtung 10 dem externen Anschluss T25 des mechanischen Relais 20 zugeführt.
Der erste Anschluss des Widerstandes 23 ist nicht an den externen Anschluss T21 angeschlossen, an den der erste Anschluss der Relaisspule 21a angeschlossen ist, sondern an den zusätzlich vorgesehenen externen Anschluss T25. Der zweite Anschluss des Widerstandes 23 ist mit der Anode der LED 24 verbunden. Die Kathode der LED 24 ist, zusammen mit dem zweiten Anschluss der Relaisspule 21a, mit dem externen Anschluss T22 verbunden.
Bei dieser Konfiguration, bei der die LED 24 von dem Einspeisungsanschluss der Impulsausgangsspannung Vo (d.h. von dem externen Anschluss T21) getrennt ist und der Ausgangsstrom Io über einen anderen Weg zugeführt wird, kommt es nicht vor, dass bei jedem Anstieg der Impulsausgangsspannung Vo ein zu hoher Strom durch die LED 24 fließt, weshalb keine Gefahr besteht, die LED 24 zu zerstören. Somit ist es möglich, dass die LED 24 sicher leuchtet, während gleichzeitig die Impulsfunktion des mechanischen Relais 20 erreicht wird.
15 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für den LED-Treiber 400 zeigt. Der LED-Treiber 400 dieses Konfigurationsbeispiels umfasst einen NMOSFET 401 und einen Widerstand 402. Der Drain des NMOSFET 401 ist mit dem externen Anschluss T15 verbunden. Die Source und das Backgate des NMOSFET 401 sind mit dem Erdungsanschluss verbunden. Das Gate des NMOSFET 401 wird mit einem Eingangssignal Si versorgt. Der erste Anschluss des Widerstandes 402 ist mit einem Leistungsanschluss verbunden. Der zweite Anschluss des Widerstandes 402 ist mit dem externen Anschluss T15 verbunden.
Wenn das Eingangssignal Si auf High-Level ist, ist der NMOSFET 401 eingeschaltet; somit leitet der externe Anschluss T15 zum Erdungsanschluss. Dementsprechend wird von der Impulssteuervorrichtung 10 kein Ausgangsstrom Io dem mechanische Relais 20 zugeführt, so dass die LED 24 erloschen bleibt.
Andererseits, wenn das Eingangssignal Si auf Low-Level ist, ist der NMOSFET 401 ausgeschaltet; somit ist der externe Anschluss T15 von dem Erdungsanschluss getrennt. Dadurch fließt der Ausgangsstrom Io durch den Strompfad, der von dem Leistungsanschluss über den Widerstand 402, den externen Anschluss T15, den externen Anschluss T15, den Widerstand 23 und die LED 24 zum Erdungsanschluss führt, weshalb die LED 24 weiterhin leuchtet.
Durch Verwendung, als Ausgangsstufe des LED-Treibers 400, einer Open-Drain-Ausgangsstufe, die den Ausgangsstrom lo gemäß dem vorstehend beschriebenen Eingangssignal Si ein- und ausschaltet, ist es möglich, die Leuchten und das Erlöschen der LED 24 mit einer äußerst einfachen Schaltungsanordnung zu steuern.
Als das Eingangssignal Si kann beispielsweise das logische Invertierungssignal des Freigabesignals EN verwendet werden. In diesem Fall, wenn sich das Freigabesignal EN auf High-Level befindet (ein Logikpegel, der anzeigt, dass die Spule bestromt ist), befindet sich das Eingangssignal Si auf Low-Level und der NMOSFET 401 ist ausgeschaltet; somit wird der Ausgangsstrom Io zugeführt und die LED 24 leuchtet. Wenn sich das Freigabesignal EN hingegen auf Low-Level befindet (ein Logikpegel, der anzeigt, dass die Spule nicht bestromt ist), ist das Eingangssignal Si auf High-Level und der NMOSFET 401 eingeschaltet; somit endet die Zuführung des Ausgangsstroms lo, und die LED 24 erlischt.
Es wird bevorzugt, dass der LED-Treiber 400 so ausgebildet ist, dass er, ob er aktiviert oder deaktiviert ist (ob der externe Anschluss T15 gültig oder ungültig ist), frei von außerhalb der Impulssteuervorrichtung 10 geschaltet werden kann. Wenn der LED-Treiber 400 aktiviert ist, wie zuvor erwähnt, wird der Ausgangsstrom lo entsprechend dem Eingangssignal Si ein- und ausgeschaltet. Wird dagegen z.B. der LED-Treiber 400 deaktiviert, wird der externe Anschluss T15 auf Low-Level gehalten.
Mit dieser Konfiguration kann die Ansteuerung des mechanischen Relais 20, unabhängig davon, ob es eine LED umfasst oder nicht, entsprechend gesteuert werden. Damit ist es möglich, die Impulssteuervorrichtung 10 vielseitiger zu gestalten.
< Sechste Ausführungsform >
16 ist ein Diagramm, das als sechste Ausführungsform ein elektrisches Gerät mit einem mechanischen Relais zeigt. Das elektrische Gerät 1 dieser Ausführungsform ist, während es auf der zuvor beschriebenen fünften Ausführungsform (14) basiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulssteuervorrichtung 10 in das mechanische Relais 20 integriert ist. Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf die Verbindung zwischen den externen Anschlüssen T11 bis T15 der Impulssteuervorrichtung 10 sowie den externen Anschlüssen T21 bis T22 und einem externen Anschluss T26 (der hier zusätzlich anstelle des externen Anschlusses T25 vorgesehen ist) des mechanischen Relais 20.
Der externe Anschluss T11 der Impulssteuervorrichtung 10 ist innerhalb des mechanischen Relais 20 mit dem externen Anschluss T21 des mechanischen Relais 20 verbunden. Der externe Anschluss T21 ist außerhalb des mechanischen Relais 20 mit dem Einspeisungsanschluss der Gleichstromeingangsspannung Vi verbunden.
Der externe Anschluss T12 der Impulssteuervorrichtung 10 ist innerhalb des mechanischen Relais 20 mit dem ersten Anschluss der Relaisspule 21a verbunden.
Der externe Anschluss T13 der Impulssteuervorrichtung 10 ist innerhalb des mechanischen Relais 20 mit jedem der externen Anschlüsse T22 des mechanischen Relais 20, dem zweiten Anschluss der Relaisspule 21a und der Kathode der LED 24 verbunden. Der externe Anschluss T22 ist außerhalb des mechanischen Relais 20 mit dem Erdungsanschluss verbunden.
Der externe Anschluss T14 der Impulssteuervorrichtung 10 ist innerhalb des mechanischen Relais 20 mit dem externen Anschluss T26 des mechanischen Relais 20 verbunden. Der externe Anschluss T26 ist außerhalb des mechanischen Relais 20 mit dem Anwendungsanschluss des Freigabesignals EN verbunden. In einem Fall, wo kein Freigabesignal EN akzeptiert wird, kann jedoch der externe Anschluss T26 des mechanischen Relais 20 entfallen, wobei innerhalb des mechanischen Relais 20 die externen Anschlüsse T11 und T14 der Impulssteuervorrichtung 10 gemeinsam kurzgeschlossen sein können. Bei dieser Verbindung bleibt der externe Anschluss T14 während der Zuführung der Gleichstromeingangsspannung Vi auf High-Level (entspricht EN = H), so dass die Relaisspule 21a ständig unter Spannung steht.
Der externe Anschluss T15 der Impulssteuervorrichtung 10 ist innerhalb des mechanischen Relais 20 mit dem ersten Anschluss des Widerstands 23 verbunden. Der zweite Anschluss des Widerstandes 23 ist, wie bereits erwähnt, mit der Anode der LED 24 verbunden.
Die Integration der Impulssteuervorrichtung 10 in das mechanische Relais 20, wie vorstehend beschrieben, hilft, den Montagebereich für die Impulssteuervorrichtung 10 einzusparen. So ist es möglich, das elektrische Gerät 1 kompakt und handlich zu machen.
Die vorstehend beschriebenen fünften und sechsten Ausführungsformen (14 und 16) beziehen sich jeweils auf ein Beispiel, bei dem das im mechanischen Relais 20 integrierte lichtemittierende Element eine LED ist. Dies soll jedoch nicht die Art des lichtemittierenden Elements einschränken; stattdessen kann ein organisches EL- (Elektrolumineszenz-) Element oder dergleichen verwendet werden.
<Siebte Ausführungsform>
17 ist ein Diagramm, das als siebte Ausführungsform ein elektrisches Gerät mit einem mechanischen Relais zeigt. Das elektrische Gerät 1 dieser Ausführungsform weist im Wesentlichen die gleiche Konfiguration auf wie die zuvor beschriebene erste Ausführungsform (2), wobei der Unterschied darin besteht, dass eine Körperdiode 120B, die den Low-Side-Schalter 120 in der Schaltausgangsstufe 100 begleitet, hier ausdrücklich dargestellt ist.
Wie in 17 dargestellt ist, wird der NMOSFET, der als Low-Side-Schalter 120 verwendet wird (entspricht einer Synchrongleichrichterdiode), von einer Körperdiode 120B begleitet, wobei der Drain und die Source des ersteren jeweils als Kathode und die Anode des letzteren wirken.
Die Körperdiode 120B kann als Regenerationsdiode zum Verhindern von Spitzenrauschen in der Impulsausgangsspannung Vo verwendet werden, wenn die High-Side- und Lower-Side-Schalter 110 und 120 beide ausgeschaltet sind, d.h. z.B. wenn das mechanische Relais 20 von „Ein“ auf „Aus“ geschaltet wird, und während einer Totzeit zum Verhindern eines Durchgangsstroms.
Dementsprechend kann im Gegensatz zur zuvor beschriebenen dritten Ausführungsform (10) die extern angeschlossene Regenerationsdiode 30 entfallen. So ist es möglich, durch die Reduzierung der Anzahl der Komponenten die Kosten zu senken und die Konstruktion des elektrischen Geräts 1 zu vereinfachen.
Es ist nicht erforderlich, einen sehr hohen Strom (mehrere hundert Milliampere) durch den elektromagnetischen Abschnitt 21 (insbesondere die Relaisspule 21a darin) des mechanischen Relais 20 zu leiten. Ein höherer Durchlassspannungsabfall an der Körperdiode 120B im Vergleich zu dem an der extern angeschlossenen Regenerationsdiode 30 stellt somit kein ernsthaftes Problem dar.
< Achte Ausführungsform >
18 ist ein Diagramm, das als achte Ausführungsform ein elektrisches Gerät mit einem mechanischen Relais zeigt. Das elektrische Gerät 1 dieser Ausführungsform hat im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die zuvor beschriebene siebte Ausführungsform (17), mit der Ausnahme, dass es anstelle des Low-Side-Schalters 120 in der Schaltausgangsstufe 100 (d.h. des Synchron-Gleichrichtungstransistors) eine Gleichrichterdiode 130 umfasst. Das heißt, die Schaltausgangsstufe 100 erreicht hier die Gleichrichtung durch die asynchrone Gleichrichtung (Diodengleichrichtung) anstelle der Synchrongleichrichtung.
In diesem Fall wird die Gleichrichterdiode 130 als Regenerationsdiode verwendet; somit ist es, wie bei der zuvor beschriebenen siebten Ausführungsform (17), möglich, durch Reduzierung der Anzahl der Komponenten die Kosten zu senken und die Konstruktion des elektrischen Gerätes 1 zu vereinfachen.
< Montage ohne Platine>
19 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Montage der Impulssteuervorrichtung 10 in einem Fall zeigt, in dem sie in ein mechanisches Relais 20 eingebaut ist (ein Beispiel für eine unabhängige Montage, in der die Impulssteuervorrichtung 10 direkt an einem Rahmen montiert ist, der innerhalb eines mechanischen Relais 20 verlegt ist).
Das mechanische Relais 20 dieses Konfigurationsbeispiels umfasst, wie herkömmliche mechanische Relais, eine Basis 25, von deren Unterseite sich eine Mehrzahl von Anschlüssen (einschließlich der externen Anschlüsse T21 und T22) erstrecken, ein Spulenkapselgehäuse 26, das an der Oberseite der Basis 25 befestigt ist, und eine obere Abdeckung 27 (in 20 durch gestrichelte Linien gekennzeichnet), die das Spulenkapselgehäuse 26 abdeckt, indem sie es von außen umschließt.
Das Spulenkapselgehäuse 26 bietet nicht nur eine Spule, um die die Relaisspule 21a gewickelt ist, sondern hält auch den Kontaktmechanismus Abschnitt 22 und dergleichen (nicht abgebildet) in sich. Auf den Seitenflächen 26a bis 26c des Spulenkapselgehäuses 26 befinden sich Rahmen FR1 bis FR3, die elektrisch mit den verschiedenen Anschlüssen und der Relaisspule 21a verbunden sind.
Außerdem ist im mechanischen Relais 20 dieses Konfigurationsbeispiels die Impulssteuervorrichtung 10 direkt an den Rahmen FR1 bis FR3 montiert. Ein Beispiel für die praktische Montage der Impulssteuervorrichtung 10 wird nun konkret beschrieben.
Der Rahmen FR1 wird auf die Seitenfläche 26a des Spulenkörpers 26 gelegt. Der Rahmen FR1 durchdringt die Basis 25 und ist mit dem externen Anschluss T21 verbunden (entsprechend dem Anwendungsanschluss der Gleichstromeingangsspannung Vi).
Der Rahmen FR2 wird über die Seitenflächen 26a und 26b des Spulenkörpers 26 gelegt, und ist mit dem ersten Anschluss der Relaisspule 21a verbunden. So wird in dem mechanischen Relais 20 dieses Konfigurationsbeispiels, um den Einbau der Impulssteuervorrichtung 10 zu ermöglichen, die Leiterbahn von dem externen Anschluss T21 zum ersten Anschluss der Relaisspule 21a zwischen den Rahmen FR1 und FR2 aufgeteilt.
Der Rahmen FR3 wird über die Seitenflächen 26a und 26c des Spulenkörpers 26 gelegt. Der Rahmen FR3 durchdringt die Basis 25, um diesen mit dem externen Anschluss T22 (entsprechend dem Erdungsanschluss) zu verbinden, und ist auch mit dem zweiten Anschluss der Relaisspule 21a verbunden.
Die Impulssteuervorrichtung 10 ist, von den Seitenflächen 26a bis 26c des Spulenkörpers 26, an derjenigen Seitenfläche 26a montiert, auf der alle Rahmen FR1 bis FR3 liegen, an einer Stelle, an der ein Spalt zwischen den Rahmen FR1 bis FR3 vorhanden ist. Die Rahmen FR1 bis FR3 sind so ausgelegt, dass sie sich bis zu geeigneten Positionen ausdehnen, die über die vier externen Anschlüssen T11 bis T14 erreicht werden können, die sich von der Impulssteuervorrichtung 10 aus erstrecken.
Der externe Anschluss T11 (entsprechend dem Leistungsanschluss) und der externe Anschluss T14 (entsprechend dem Freigabeanschluss) der Impulssteuervorrichtung 10 sind beide mit dem Rahmen FR1 verbunden. Das heißt, die externen Anschlüsse T11 und T14 der Impulssteuervorrichtung 10 sind innerhalb des mechanischen Relais 20 kurzgeschlossen. Solange die Gleichstromeingangsspannung Vi an den externen Anschluss T21 (also an den Rahmen FR1) angelegt ist, wird bei dieser Verbindung der externe Anschluss T14 auf High-Level gehalten (entsprechend EN = H); die Relaisspule 21a bleibt also ständig eingeschaltet.
Der externe Anschluss T12 (entsprechend dem Schaltausgangsanschluss) der Impulssteuervorrichtung 10 ist mit dem Rahmen FR2 verbunden. Dementsprechend wird der erste Anschluss der Relaisspule 21a mit der Impulsausgangsspannung Vo vom externen Anschluss T1 der Impulssteuervorrichtung 10 gespeist.
Der externe Anschluss T13 (entsprechend dem Erdungsanschluss) der Impulssteuervorrichtung 10 ist mit dem Rahmen FR3 verbunden.
Wie vorstehend beschrieben, wird im mechanischen Relais 20 dieses Konfigurationsbeispiels dessen Struktur verwendet, um die Impulssteuervorrichtung 10 direkt auf den Rahmen FR1 bis FR3 zu montieren. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer separaten Montageplatine für den Einbau der Impulssteuervorrichtung 10, und trägt somit zur Kostensenkung eines mechanischen Relais mit einem IC bei.
Durch die Montage eines IC-Chips ohne Verwendung einer Montageplatine erfordert die Einführung der Impulssteuervorrichtung 10 keine Änderung der Pin-Anordnung oder eine Erhöhung der Anzahl der Pins des mechanischen Relais. Dies erleichtert den Wechsel von einem mechanischen Relais, das keinen IC umfasst, zu einem Relais, das einen IC umfasst.
Wie vorstehend beschrieben wurde, muss die Impulssteuervorrichtung 10 wenigstens vier externe Anschlüsse aufweisen, nämlich einen Leistungsanschluss, einen Schaltausgangsanschluss, einen Erdungsanschluss und einen Freigabeanschluss. Dementsprechend zeigt 19 als Beispiel eine Impulssteuervorrichtung 10 in einem Vier-Pin-Package. Die Anzahl der Pins ist jedoch nicht auf vier beschränkt; es kann ein Multi-Pin-Package mit mehr Pins verwendet werden. Für eine einfache Montage und gute Sichtbarkeit nach der Montage ist es jedoch vorzuziehen, ein Package mit Pins zu verwenden, die aus dem Package-Kunstharz herausragen, statt eines QFN (Quad Flatpack No-Lead) oder BGA (Ball Grid Array = Kugelgitteranordnung) zu verwenden.
20 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Package der Impulssteuervorrichtung 10 zeigt, wobei hierbei ein Acht-Pin-MSOP (mini(micro) small outline package) gezeigt ist, von dem sich insgesamt acht externe Anschlüsse erstrecken, wobei sich vier Pins von jeder der gegenüberliegenden Seiten erstrecken.
21 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Montage der Impulssteuervorrichtung 10 zeigt, wenn sie in einem Acht-Pin-Package (siehe z.B. 20) in ein mechanisches Relais 20 eingebaut ist.
In 21 sind die Pins 1 bis 4 der Impulssteuervorrichtung 10 alle mit dem Rahmen FR1 verbunden. Dementsprechend umfassen die Pins 1 bis 4 diejenigen Pins, die als die zuvor genannten externen Anschlüssen T11 (Leistungsanschluss) und T14 (Freigabeanschluss) fungieren. So kann beispielsweise Pin 1 dem externen Anschluss T11, Pin 4 dem externen Anschluss T14 und Pin 2 und 3 den nicht angeschlossenen Anschlüssen zugeordnet sein. Es sind natürlich viele Modifikationen möglich, wie z.B. das gegenseitige Kurzschließen der Pins 1 und 2 im Inneren und deren Zuordnung zum externen Anschluss T11, das gegenseitige Kurzschließen der Pins 3 und 4 im Inneren und deren Zuordnung zum externen Anschluss T14, etc.
Die Pins 5 und 6 der Impulssteuervorrichtung 10 sind beide mit dem Rahmen FR2 verbunden. Dementsprechend funktioniert wenigstens einer der Pins 5 und 6 als der zuvor genannte externe Anschluss T12 (Schaltausgangsanschluss).
Die Pins 7 und 8 sind beide mit dem Rahmen FR3 verbunden. Dementsprechend funktioniert wenigstens einer der Pins 7 und 8 als der zuvor genannte externe Anschluss T13 (Erdungsanschluss).
< Unterschiede zu einem DC-DC-Wandler >
Schließlich wird in Bezug auf die Impulssteuervorrichtung 10, die durch verschiedene Ausführungsformen vorstehend beschrieben wurde, ihr Unterschied zum DC-DC-Wandler X30 (insbesondere der darin enthaltenen Steuerung IC X31) des Vergleichsbeispiels beschrieben.
Zunächst beträgt der Induktivitätswert der Relaisspule 21a, die an die Impulssteuervorrichtung 10 angeschlossen ist, wenigstens 10 mH (mehrere Dutzend Millihenry bis mehrere hundert Millihenry). Andererseits beträgt der Induktivitätswert der Spule X32, die mit der Steuerung IC X31 im DC-DC-Wandler X30 verbunden ist, maximal 100 µH oder weniger (mehrere Mikrohenry bis mehrere Dutzend von Mikrohenry). Somit unterscheiden sich die Impulssteuervorrichtung 10 und die Steuerung IC X31 im Induktivitätswert der mit ihnen verbundenen Spule stark voneinander.
Als nächstes beträgt die Schaltfrequenz der Impulsausgangsspannung Vo, die von der Impulssteuervorrichtung 10 ausgegeben wird, 20 kHz bis 300 kHz (vorzugsweise 70 kHz bis 140 kHz). Der untere Grenzwert, 20 kHz, ist unter Berücksichtigung des vom Menschen hörbaren Frequenzbereichs eingestellt. Der obere Grenzwert, 300 kHz, ist unter Berücksichtigung der Auswirkungen von Schaltrauschen eingestellt. Andererseits muss in einem Fall, in dem der DC-DC-Wandler X30 in das mechanische Relais X20 integriert ist, die Schaltfrequenz in der Steuerung IC X31 zwangsläufig erhöht werden (z.B. 2 MHz oder mehr). Somit unterscheiden sich die Impulssteuervorrichtung 10 und die Steuerung IC X31 auch in der Schaltfrequenz stark voneinander.
< Übersicht >
Es folgt ein Überblick über die verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen.
Gemäß einem Aspekt dessen, was hierin offenbart ist, umfasst eine Impulssteuervorrichtung: eine Schaltausgangsstufe, die ausgebildet ist, um eine Impulsausgangsspannung aus einer Gleichstromeingangsspannung zu erzeugen und die Impulsausgangsspannung einer Last zuzuführen; einen Tiefpassfilter, der ausgebildet ist, um einen Feedbackeingang der Impulsausgangsspannung zu empfangen und eine Feedbackspannung zu erzeugen; und eine Ausgangs-Feedbacksteuerung, die ausgebildet ist, um die Feedbackspannung zu empfangen und die Schaltausgangsstufe zu steuern (eine erste Konfiguration). Vorzugsweise ist die Ausgangs-Feedbacksteuerung ausgebildet, um die Feedbackspannung zu empfangen und die Schaltausgangsstufe so zu steuern, dass der Mittelwert der Impulsausgangsspannung konstant bleibt.
In der Impulssteuervorrichtung der ersten Konfiguration, die oben beschrieben wurde, umfasst der Tiefpassfilter vorzugsweise keine Spule (eine zweite Konfiguration).
In der Impulssteuervorrichtung der zweiten Konfiguration, die oben beschrieben wurde, umfasst der Tiefpassfilter vorzugsweise: einen ersten Widerstand, der zwischen einem Feedbackeingang der Impulsausgangsspannung und einem Ausgangsanschluss der Feedbackspannung geschaltet ist; und einen zweiten Widerstand und einen Kondensator, die parallel zueinander zwischen dem Ausgangsanschluss der Feedbackspannung und einem Erdungsanschluss geschaltet sind (eine dritte Konfiguration).
In der Impulssteuervorrichtung einer der wie vorstehend beschriebenen ersten bis dritten Konfiguration, ist die Schaltfrequenz der Impulsausgangsspannung vorzugsweise höher als der vom Menschen hörbare Frequenzbereich (eine vierte Konfiguration).
In der Impulssteuervorrichtung einer der ersten bis vierten wie vorstehend beschriebenen Konfiguration, ist die Impulssteuervorrichtung vorzugsweise in eine Halbleitereinrichtung integriert (eine fünfte Konfiguration).
In der Impulssteuervorrichtung einer der wie vorstehend beschriebenen ersten bis fünften Konfiguration, ist vorzugsweise, als Last, eine Relaisspule mit der Impulssteuervorrichtung verbunden, so dass die Impulssteuervorrichtung als eine Vorrichtung fungiert, die ein mechanisches Relais steuert (eine sechste Konfiguration).
In der Impulssteuervorrichtung der wie vorstehend beschriebenen sechsten Konfiguration, ist die Ausgangs-Feedbacksteuerung vorzugsweise so ausgebildet, dass, ob die Erzeugung der Impulsausgangsspannung aktiviert oder deaktiviert ist, gemäß einem Ein/Aus-Steuersignal für das mechanische Relais gesteuert wird (eine siebte Konfiguration).
In der Impulssteuervorrichtung der wie vorstehend beschriebenen siebten Konfiguration ist die Ausgangs-Feedbacksteuerung vorzugsweise ausgebildet, um einen Ziel-Durchschnittswert der Impulsausgangsspannung auf einem ersten Pegel einzustellen, nachdem die Impulsausgangsspannung beginnt erzeugt zu werden, bis der durch die Relaisspule fließende Erregerstrom wenigstens den Betriebsstromwert überschreitet, und danach den Ziel-Durchschnittswert der Impulsausgangsspannung auf einen zweiten Pegel zu senken, der niedriger ist als der erste Pegel in einem Bereich, in dem der Erregerstrom nicht unter den Erregerstrom fällt (eine achte Konfiguration).
Gemäß einem weiteren Aspekt dessen, was hierin offenbart ist, umfasst ein elektrisches Gerät: ein mechanisches Relais; und die Impulssteuervorrichtung einer der oben beschriebenen sechsten bis achten Konfiguration, wobei die Impulssteuervorrichtung die Impulsausgangsspannung an die Relaisspule des mechanischen Relais einspeist (eine neunte Konfiguration).
In dem elektrischen Gerät der wie vorstehend beschriebenen neunten Konfiguration kann weiterhin vorzugsweise ein Filter vorgesehen sein, der ausgebildet ist, um Spitzenrauschen in der Impulsausgangsspannung zu eliminieren (eine zehnte Konfiguration).
Bei dem wie vorstehend beschriebenen elektrischen Gerät der zehnten Konfiguration sind die LC-Werte im Filter innerhalb eines Bereichs frei wählbar, um die Systemstabilität nicht zu beeinträchtigen.
Gemäß einem weiteren Aspekt dessen, was hierin offenbart ist, umfasst eine Impulssteuervorrichtung: eine Schaltausgangsstufe, die ausgebildet ist, um der Relaisspule eines mechanischen Relais eine Impulsausgangsspannung zuzuführen; und einen Treiber für lichtemittierende Elemente, der ausgebildet ist, um einen Ausgangsstrom an ein lichtemittierendes Element in dem mechanischen Relais zuzuführen (eine zwölfte Konfiguration).
In der Impulssteuervorrichtung der vorstehend beschriebenen zwölften Konfiguration ist der lichtemittierende Elementtreiber vorzugsweise mit einer Open-Drain-Ausgangsstufe ausgebildet, die den Ausgangsstrom gemäß einem Eingangssignal (eine dreizehnte Konfiguration) ein- und ausschaltet.
In der Impulssteuervorrichtung der wie vorstehend beschriebenen zwölften oder dreizehnten Konfiguration ist der Treiber für lichtemittierende Elemente vorzugsweise so ausgebildet, dass er zwischen gültig und ungültig umschaltbar ist (eine vierzehnte Konfiguration).
Gemäß einem weiteren Aspekt dessen, was hierin offenbart ist, umfasst ein elektrisches Gerät: ein mechanisches Relais mit einer Relaisspule und einem lichtemittierenden Element; und die Impulssteuervorrichtung einer der wie vorstehend beschriebenen zwölften bis vierzehnten Konfiguration (eine fünfzehnte Konfiguration).
Gemäß einem weiteren Aspekt dessen, was hierin offenbart ist, umfasst ein mechanisches Relais: eine Relaisspule; ein lichtemittierendes Element; und die Impulssteuervorrichtung der wie oben beschriebenen zwölften oder dreizehnten Konfiguration (eine sechzehnte Konfiguration).
Gemäß einem weiteren Aspekt dessen, was hierin offenbart ist, umfasst eine Impulssteuervorrichtung eine Schaltausgangsstufe, die ausgebildet ist, um eine Impulsausgangsspannung an eine Relaisspule anzulegen. Die Schaltausgangsstufe umfasst einen Synchrongleichrichtungstransistor oder eine Gleichrichterdiode, die parallel zur Relaisspule geschaltet ist, wobei die Körperdiode, die den Synchrongleichrichtungstransistor begleitet, oder die Gleichrichterdiode, als Regenerationsdiode verwendet wird (siebzehnte Konfiguration).
Gemäß einem weiteren Aspekt dessen, was hierin offenbart ist, umfasst ein mechanisches Relais: eine Relaisspule; einen ersten Rahmen, an den eine Gleichstromeingangsspannung angelegt wird; einen zweiten Rahmen, an den der erste Anschluss der Relaisspule angeschlossen ist; einen dritten Rahmen, an den der zweite Anschluss der Relaisspule angeschlossen ist; und eine Impulssteuervorrichtung, die direkt am ersten, zweiten und dritten Rahmen montiert und ausgebildet ist, um eine Impulsausgangsspannung an die Relaisspule anzulegen (eine achtzehnte Konfiguration).
In dem mechanischen Relais der wie vorstehend beschriebenen achtzehnten Konfiguration, ist die Impulssteuervorrichtung vorzugsweise eine integrierte Halbleiterschaltungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: einen mit dem ersten Rahmen verbundenen Leistungsanschluss; einen mit dem zweiten Rahmen verbundenen Schaltausgangsanschluss; einen mit dem dritten Rahmen verbundene Erdungsanschluss; und einen mit dem ersten Rahmen verbundenen Freigabeanschluss (eine neunzehnte Konfiguration).
Im mechanischen Relais einer der sechzehnten, achtzehnten und neunzehnten Konfiguration, beträgt der Induktivitätswert der Relaisspule vorzugsweise 10 mH oder mehr (eine zwanzigste Konfiguration).
In der Impulssteuervorrichtung einer der zwölften bis vierzehnten und siebzehnten Konfiguration, beträgt die Schaltfrequenz der Impulsausgangsspannung vorzugsweise 20 kHz bis 300 kHz (eine einundzwanzigste Konfiguration).
Jede geeignete Kombination von zwei, drei oder mehr der ersten bis einundzwanzigsten Konfiguration fällt in den Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung. Darüber hinaus kann jede kombinierte Konfiguration Teil einer der ersten bis einundzwanzigsten Konfiguration sein. So kann beispielsweise eine Impulssteuervorrichtung Folgendes umfassen: eine Schaltausgangsstufe, die ausgebildet ist, um aus einer Gleichstromeingangsspannung eine Impulsausgangsspannung mit einer Schaltfrequenz von 20 kHz oder mehr, aber 300 kHz oder weniger zu erzeugen, und die Impulsausgangsspannung einer Last zuzuführen; und eine Ausgangs-Feedbacksteuerung, die ausgebildet ist, um die Schaltausgangsstufe basierend auf einer Feedbackspannung zu steuern, die durch das Empfangen eines Feedbackeingangs der Impulsausgangsspannung erzeugt wird (eine zweiundzwanzigste Konfiguration). Die Feedbackspannung kann durch einen Tiefpassfilter erzeugt werden, indem der Feedbackeingang der Impulsausgangsspannung empfangen wird. Als Last kann ein mechanisches Relais mit einem Induktivitätswert von 10 mH oder mehr an eine solche Impulssteuervorrichtung angeschlossen werden, so dass die Impulssteuervorrichtung als eine Vorrichtung fungiert, die das mechanische Relais steuert.
< Weitere Modifikationen >
Die verschiedenen hierin offenbarten technischen Merkmale können auf jede andere Weise umgesetzt werden, als es durch die oben genannten Ausführungsformen spezifisch beschrieben ist, wobei viele Änderungen im Sinne des technischen Erfindungsreichtums ermöglich werden. So sind beispielsweise Bipolartransistoren und MOS-Feldeffekttransistoren untereinander austauschbar, und die Logikpegel der verschiedenen Signale können beliebig invertiert werden. Das heißt, es sollte davon ausgegangen werden, dass die hierin offenbarten Ausführungsformen in jeder Hinsicht illustrativ und nicht beschränkend sind, und dass der technische Umfang der vorliegenden Erfindung nicht durch die Beschreibung der oben genannten Ausführungsformen definiert ist, sondern durch den Umfang der beigefügten Ansprüche, und alle Änderungen im Sinne und Umfang umfasst, die äquivalent zu denen der Ansprüche sind.
Industrielle Anwendbarkeit
Impulssteuervorrichtungen gemäß der vorliegenden Offenbarung können in geeigneter Weise als Mittel zum Antreiben von mechanischen Relais verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Elektrisches Gerät
10: Impulssteuervorrichtung
20: mechanisches Relais
21: elektromagnetischer Abschnitt
21a, 21a1, 21a1, 21a2: Relaisspule
21b: Eisenkern
21c: Magnetanker
21d: Karte
22: Kontaktmechanismus-Abschnitt
22a, 22b: fester Kontakt
22c: bewegliche Feder
22d: beweglicher Kontakt
23: Widerstand
24: lichtemittierende Diode (lichtemittierendes Element)
25: Basis
26: Spulenkapsel
26a, 26b, 26c: Seitenfläche
27: obere Abdeckung
30: Regenerationsdiode
40: Filter
41: Spule
42: Kondensator
100: Schaltausgangsstufe
110: High-Side-Schalter (Ausgangstransistor: PMOSFET)
120: Low-Side-Schalter (Synchrongleichrichtungstransistor: NMOSFET)
120B: Körperdiode
130: Gleichrichterdiode
200: Ausgangs-Feedbacksteuerung
220: Vergleicher
230: Ein-Zeit-Steller
231: Widerstand
232: Kondensator
233: Schalter
234: Vergleicher
240: Gate-Steuerung
241: D Flip-Flop
242: Level Shifter (Pegelschieber)
243, 244: Treiber
250: Taktgeber
260: Fehler-Verstärker
270: Oszillator
280: Vergleicher
300: Tiefpassfilter
301, 302: Widerstand
303: Kondensator
400: LED-Treiber (Treiber für lichtemittierende Elemente)
401: NMOSFET
402: Widerstand
T11 bis T15, T21 bis T26: externer Anschluss
FR1 bis FR3: Rahmen

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 2006114446 [0012]
JP 201515355656 [0012]
JP 20033291919 [0012]
JP 2011216229 [0012]

Claims

Impulssteuervorrichtung, umfassend: eine Schaltausgangsstufe, die ausgebildet ist, um eine Impulsausgangsspannung aus einer Gleichstromeingangsspannung zu erzeugen und die Impulsausgangsspannung einer Last zuzuführen; einen Tiefpassfilter, der ausgebildet ist, um einen Feedbackeingang der Impulsausgangsspannung zu empfangen und eine Feedbackspannung zu erzeugen; und eine Ausgangs-Feedbacksteuerung, die ausgebildet ist, um die Feedbackspannung zu empfangen und die Schaltausgangsstufe so zu steuern, dass ein Durchschnittswert der Impulsausgangsspannung konstant bleibt.
Impulssteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Tiefpassfilter keine Spule umfasst.
Impulssteuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Tiefpassfilter umfasst: einen ersten Widerstand, der zwischen einem Feedbackeingangsanschluss der Impulsausgangsspannung und einem Ausgangsanschluss der Feedbackspannung geschaltet ist; und einen zweiten Widerstand und einen Kondensator, die parallel zueinander zwischen dem Ausgangsanschluss der Feedbackspannung und einem Erdungsanschluss geschaltet sind.
Impulssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Schaltfrequenz der Impulsausgangsspannung höher ist als ein vom Menschen hörbarer Frequenzbereich.
Impulssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Impulssteuervorrichtung in eine Halbleitereinrichtung integriert ist.
Impulssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei als die Last eine Relaisspule mit der Impulssteuervorrichtung verbunden ist, so dass die Impulssteuervorrichtung als eine Vorrichtung fungiert, die ein mechanisches Relais antreibt.
Impulssteuervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Ausgangs-Feedbacksteuerung so ausgebildet ist, dass, ob die Erzeugung der Impulsausgangsspannung aktiviert oder deaktiviert ist, gemäß einem Ein/Aus-Steuersignal für das mechanische Relais gesteuert wird.
Impulssteuervorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Ausgangs-Feedbacksteuerung ausgebildet ist, um folgende Schritte auszuführen: Einstellen eines Ziel-Durchschnittswerts der Impulsausgangsspannung auf einen ersten Pegel, nachdem die Impulsausgangsspannung beginnt, erzeugt zu werden, bis ein Erregungsstrom, der durch eine Relaisspule fließt, wenigstens einen Betriebsstromwert überschreitet, und danach den Ziel-Durchschnittswert der Impulsausgangsspannung auf einen zweiten Pegel niedriger als den ersten Pegel innerhalb eines Bereichs fallen lassen, in dem der Erregerstrom nicht unter einen Rückgewinnungsstrom fällt.
Elektrisches Gerät, umfassend: ein mechanisches Relais; und die Impulssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Impulssteuervorrichtung die Impulsausgangsspannung einer Relaisspule des mechanischen Relais zuführt.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 9, weiterhin umfassend einen Filter, der ausgebildet ist, um Spitzenrauschen in der Impulsausgangsspannung zu beseitigen.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 10, wobei die LC-Werte im Filter innerhalb eines solchen Bereichs frei wählbar sind, um eine Systemstabilität nicht zu beeinträchtigen.