DE112023002637T5 - Device for switching between electrical power sources, vehicle control device and method for switching between electrical power sources - Google Patents

Device for switching between electrical power sources, vehicle control device and method for switching between electrical power sources Download PDF

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Hiroshi Nakano
Nobuyasu Kanekawa
Takao Fukuda
Kentaro Jumonji
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Abstract

Es ist eine Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen vorgesehen, die in der Lage ist, eine Beschädigung eines Halbleiterschalters selbst dann zu verhindern, wenn sich die Ausgangsspannungen einer ersten und einer zweiten Stromversorgungsquelle unterscheiden. Die Vorrichtung (1) zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen weist einen ersten Halbleiterschalter (3a), der mit einer ersten Stromversorgungsquelle (2a) verbunden ist, einen zweiten Halbleiterschalter (3b), der mit einer zweiten Stromversorgungsquelle (2b) verbunden ist, und eine Schaltersteuervorrichtung (7), die ausgelegt ist, die Treiberspannungen (Vga, Vgb) des ersten und des zweiten Halbleiterschalters zu steuern, auf. Wenn von einer von der ersten Stromversorgungsquelle (2a) und der zweiten Stromversorgungsquelle (2b) zur anderen geschaltet wird, stellt die Schaltersteuervorrichtung (7) einen Zwischenzustand bereit, in dem der Halbleiterschalter, der an die Stromversorgungsquelle angeschlossen ist, die ausgelegt ist, nach dem Schalten elektrischen Strom zuzuführen, in einem ungesättigten Zustand gehalten wird, und ändert die Haltezeit des Zwischenzustands entsprechend der Differenz zwischen den von der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle ausgegebenen Spannungen (Va, Vb).

Figure DE112023002637T5_0000
A device for switching between electrical power sources is provided, which is capable of preventing damage to a semiconductor switch even when the output voltages of a first and a second power supply source differ. The device (1) for switching between electrical power sources comprises a first semiconductor switch (3a) connected to a first power supply source (2a), a second semiconductor switch (3b) connected to a second power supply source (2b), and a switch control device (7) designed to control the drive voltages (Vga, Vgb) of the first and second semiconductor switches. When switching from one of the first power supply source (2a) and the second power supply source (2b) to the other, the switch control device (7) provides an intermediate state in which the semiconductor switch connected to the power supply source configured to supply electric power after switching is maintained in an unsaturated state, and changes the holding time of the intermediate state according to the difference between the voltages (Va, Vb) output from the first and second power supply sources.
Figure DE112023002637T5_0000

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen, eine Fahrzeugsteuervorrichtung und ein Verfahren zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen und insbesondere eine Technologie zum Schützen einer Schaltung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen während der Zufuhr elektrischen Stroms.The present invention relates to an apparatus for switching between electric power sources, a vehicle control apparatus and a method for switching between electric power sources, and more particularly to a technology for protecting a circuit for switching between electric power sources during the supply of electric power.

Technischer HintergrundTechnical background

In den letzten Jahren wurden Komponenten in der Art herkömmlicher hydraulischer und mechanischer Systeme mit der Fortentwicklung von Elektrofahrzeugen und des autonomen Fahrens von Kraftfahrzeugen zunehmend elektrisch. Daher besteht ein Bedarf an der Verbesserung von Bord-Stromversorgungssystemen, um die Anzahl der für die Stromversorgung verwendeten Kabelbäume zu verringern und die Zuverlässigkeit (Redundanz) und Effizienz von Stromversorgungssystemen zu erhöhen. Die Bord-Stromversorgungssysteme steuerten herkömmlich die Stromversorgung unter Verwendung mechanischer Schalter in der Art von Relais und Sicherungen. In den letzten Jahren wurden jedoch Halbleiterschalter verwendende Stromsteuersysteme weitverbreitet verwendet. Halbleiterschalter haben eine höhere Schaltgeschwindigkeit als Relais und können eine vorübergehende Unterbrechung der Stromversorgung beim Wechsel der elektrischen Stromquelle vermeiden. Ferner sind Halbleiterschalter, weil sie keine mechanischen Kontakte aufweisen, sehr haltbar, und die Begrenzungen für die Anzahl der Schaltvorgänge wurden erheblich abgeschwächt.In recent years, with the advancement of electric vehicles and autonomous driving, components such as conventional hydraulic and mechanical systems have become increasingly electric. Therefore, there is a need to improve on-board power supply systems to reduce the number of wiring harnesses used for power supply and increase the reliability (redundancy) and efficiency of power systems. On-board power supply systems traditionally controlled the power supply using mechanical switches such as relays and fuses. However, in recent years, power control systems using semiconductor switches have been widely used. Semiconductor switches have a faster switching speed than relays and can prevent temporary power interruption when the electrical power source is changed. Furthermore, because they do not have mechanical contacts, semiconductor switches are very durable, and the limitations on the number of switching operations have been significantly relaxed.

Herkömmliche Technologien für die vorstehend beschriebenen Halbleiterschalter verwendende Stromversorgungssysteme sind in Patentliteratur 1 und Patentliteratur 2 offenbart. In Patentliteratur 1 ist eine Schutztechnologie offenbart, um zu verhindern, dass ein Rückstrom von einer zweiten Stromversorgung zu einer ersten Stromversorgung fließt, ohne die Größe und die Kosten einer Steuerschaltung zu erhöhen.Conventional technologies for the power supply systems using semiconductor switches described above are disclosed in Patent Literature 1 and Patent Literature 2. Patent Literature 1 discloses a protection technology for preventing a reverse current from flowing from a second power supply to a first power supply without increasing the size and cost of a control circuit.

Demgegenüber ist in Patentliteratur 2 eine Konfiguration offenbart, die ein erstes Schalterpaar zum selektiven Verbinden eines ersten Stromversorgungsknotens mit einem Ausgangsknoten, ein zweites Schalterpaar zum selektiven Verbinden eines zweiten Stromversorgungsknotens mit dem Ausgangsknoten und eine Schaltersteuerschaltung aufweist. Die Schaltersteuerschaltung arbeitet so, dass sie zu jedem Zeitpunkt nur einen vom ersten und vom zweiten Stromversorgungsknoten mit dem Ausgangsknoten verbindet.In contrast, Patent Literature 2 discloses a configuration including a first pair of switches for selectively connecting a first power supply node to an output node, a second pair of switches for selectively connecting a second power supply node to the output node, and a switch control circuit. The switch control circuit operates to connect only one of the first and second power supply nodes to the output node at any given time.

ZitatlisteQuotation list

PatentliteraturPatent literature

  • Patentliteratur 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2002-061736Patent Literature 1: Unexamined Japanese Patent Application Publication No. 2002-061736
  • Patentliteratur 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung (Übersetzung der PCT-Anmeldung) Nr. 2019-514328 Patent Literature 2: Unexamined Japanese Patent Application Publication (Translation of PCT Application) No. 2019-514328

Kurzfassung der ErfindungSummary of the invention

Technisches ProblemTechnical problem

Wenn ein Abfall in der Hauptstromversorgung auftritt, trennt die in Patentliteratur 1 beschriebene Technologie die Hauptstromversorgung ab, um zu verhindern, dass ein Rückstrom von einer Teilstromversorgung zur Hauptstromversorgung fließt. Bei dieser Technologie wird nur dann ein Schaltvorgang ausgeführt, wenn die Hauptstromversorgung ausfällt, und sie ist nicht in der Lage, während der normalen Verwendung durch die Verwendung der Hauptstromversorgung und der Teilstromversorgung selektiv elektrischen Strom zuzuführen.When a drop in the main power supply occurs, the technology described in Patent Literature 1 disconnects the main power supply to prevent reverse current from flowing from a sub-power supply to the main power supply. This technology performs switching operations only when the main power supply fails, and it cannot selectively supply electric power during normal use by utilizing the main power supply and the sub-power supply.

Die in Patentliteratur 2 beschriebene Technologie ist in der Lage, die erste und die zweite Stromversorgungsquelle selektiv mit dem Ausgangsknoten zu verbinden. Diese Technologie ist jedoch ausgelegt, nur eine von der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle mit dem Ausgangsknoten zu verbinden. Daher kann beim Wechsel der elektrischen Stromquelle ein vorübergehender Stromausfall auftreten. Ferner kann, falls sich die Versorgungsspannungen der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle beispielsweise infolge individueller Unterschiede oder einer Verschlechterung der Stromversorgungen unterscheiden, ein Überstrom infolge eines Einschaltstroms oder eines Entladungsstroms beim Schalten durch einen Halbleiterschalter fließen und so den Halbleiterschalter beschädigen. Ferner ist es, weil der Einschaltstrom beim Schalten von der Stromkapazität einer angeschlossenen Last abhängt, im Allgemeinen erforderlich, den maximalen Strom unter im schlimmsten Fall auftretenden Bedingungen, bei denen alle angeschlossenen Lasten arbeiten, zu schätzen und einen Halbleiterschalter auszuwählen, der diese Bedingungen erfüllt. Dies führt zu einer Erhöhung der Kosten des Halbleiterschalters.The technology described in Patent Literature 2 is capable of selectively connecting the first and second power sources to the output node. However, this technology is designed to connect only one of the first and second power sources to the output node. Therefore, a temporary power outage may occur when switching the electric power source. Furthermore, if the supply voltages of the first and second power sources differ due to, for example, individual differences or deterioration of the power supplies, an overcurrent due to an inrush current or a discharge current during switching may flow through a semiconductor switch, thus damaging the semiconductor switch. Furthermore, because the inrush current during switching depends on the current capacity of a connected load, it is generally necessary to estimate the maximum current under worst-case conditions where all connected loads are operating and select a semiconductor switch that meets these conditions. This leads to an increase in the cost of the semiconductor switch.

Unter den vorstehenden Umständen hat sich ein Bedarf an einem Verfahren ergeben, das in der Lage ist, eine Beschädigung des Halbleiterschalters selbst dann zu verhindern, wenn sich die Ausgangsspannungen der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle unterscheiden.Under the above circumstances, a need has arisen for a method capable of preventing damage to the semiconductor switch even when the output voltages of the first and second power supply sources differ.

Lösung des ProblemsSolution to the problem

Zum Lösen des vorstehenden Problems ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen vorgesehen, die einen ersten Halbleiterschalter, einen zweiten Halbleiterschalter und eine Schaltersteuervorrichtung aufweist. Der erste Halbleiterschalter ist zwischen einer Lastvorrichtung und einer ersten Stromversorgungsquelle, die ausgelegt ist, der Lastvorrichtung elektrischen Strom zuzuführen, angeordnet. Der zweite Halbleiterschalter ist zwischen der Lastvorrichtung und einer zweiten Stromversorgungsquelle, die ausgelegt ist, der Lastvorrichtung elektrischen Strom zuzuführen, angeordnet. Die Schaltersteuervorrichtung steuert die Treiberspannungen des ersten und des zweiten Halbleiterschalters.To solve the above problem, according to one aspect of the present invention, there is provided an apparatus for switching between electrical power sources, comprising a first semiconductor switch, a second semiconductor switch, and a switch control device. The first semiconductor switch is arranged between a load device and a first power supply source configured to supply electrical power to the load device. The second semiconductor switch is arranged between the load device and a second power supply source configured to supply electrical power to the load device. The switch control device controls the drive voltages of the first and second semiconductor switches.

Wenn von einer von der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle zur anderen geschaltet wird, stellt die Schaltersteuervorrichtung einen Zwischenzustand bereit, in dem der Halbleiterschalter, der an die Stromversorgungsquelle angeschlossen ist, die ausgelegt ist, nach dem Schalten elektrischen Strom zuzuführen, in einem ungesättigten Zustand gehalten wird, und sie ändert die Haltezeit des Zwischenzustands entsprechend der Differenz zwischen den von der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle ausgegebenen Spannungen.When switching from one of the first and second power sources to the other, the switch control device provides an intermediate state in which the semiconductor switch connected to the power source configured to supply electric power after switching is maintained in an unsaturated state, and changes the holding time of the intermediate state according to the difference between the voltages output from the first and second power sources.

Vorteilhafte Wirkungen der ErfindungAdvantageous effects of the invention

Bei zumindest einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Haltezeit des Zwischenzustands eines Halbleiterschalters, der an die Stromversorgungsquelle angeschlossen ist, die nach dem Schalten elektrischen Strom zuführt, entsprechend der Spannungsdifferenz zwischen den Ausgangsspannungen der ersten Stromversorgungsquelle und der zweiten Stromversorgungsquelle geändert. Dadurch kann selbst dann, wenn sich die Ausgangsspannungen der ersten Stromversorgungsquelle und der zweiten Stromversorgungsquelle unterscheiden, eine Beschädigung des Halbleiterschalters durch einen Überstrom verhindert werden.In at least one aspect of the present invention, the holding time of the intermediate state of a semiconductor switch connected to the power supply that supplies electric power after switching is changed according to the voltage difference between the output voltages of the first power supply and the second power supply. This can prevent damage to the semiconductor switch due to an overcurrent even when the output voltages of the first power supply and the second power supply differ.

Aufgaben, Konfigurationen und Wirkungen, die von den vorstehend erwähnten abweichen, werden anhand der Beschreibung der folgenden Ausführungsformen verständlich werden.Objects, configurations and effects different from those mentioned above will be understood from the description of the following embodiments.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigen:

  • 1 ein schematisches Diagramm eines Beispiels, bei dem mehrere elektrische Stromquellen mit einer an einem Fahrzeug montierten Fahrzeugsteuervorrichtung verbunden sind.
  • 2 ein Diagramm eines Beispiels der Konfiguration einer Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 3 ein Diagramm eines Beispiels des Betriebs einer Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 4 ein Diagramm eines Beispiels der Konfiguration einer Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 5 ein erklärendes Diagramm, das zeigt, wie die Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Einschaltstrom beim Wechsel der elektrischen Stromquelle unter Verwendung von Lastinformationen schätzt,
  • 6 ein Diagramm eines Beispiels des Betriebs einer Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 7 ein Diagramm eines Beispiels der Konfiguration einer Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 8 ein Diagramm eines Beispiels der Konfiguration einer Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 9 ein Diagramm eines Beispiels des Betriebs einer Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 10 ein erklärendes Diagramm, das vorteilhafte Wirkungen zeigt, die erhalten werden, wenn ein Überlappungszeitraum für die Gate-Spannungen des ersten und des zweiten Halbleiterschalters in der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist,
  • 11 ein Diagramm eines Beispiels der Konfiguration einer Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 12 ein Diagramm eines ersten Beispiels der Konfiguration zum Einschalten eines Halbleiterschalters in der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 13 ein Diagramm eines Beispiels des Betriebs des Halbleiterschalters beim ersten Beispiel der Konfiguration der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 14 ein Diagramm eines zweiten Beispiels der Konfiguration zum Einschalten eines Halbleiterschalters in der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 15 ein Diagramm eines Beispiels des Betriebs des Halbleiterschalters beim zweiten Beispiel der Konfiguration der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 16 ein Diagramm eines dritten Beispiels der Konfiguration zum Einschalten eines Halbleiterschalters in der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 17 ein Diagramm eines Beispiels des Betriebs des Halbleiterschalters beim dritten Beispiel der Konfiguration der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
  • 18 ein Blockdiagramm eines Beispiels der Hardwarekonfiguration eines Computers, der in der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Beschreibung von Ausführungsformen
They show:
  • 1 a schematic diagram of an example in which multiple electrical power sources are connected to a vehicle control device mounted on a vehicle.
  • 2 a diagram showing an example of the configuration of an apparatus for switching between electric power sources according to a first embodiment of the present invention,
  • 3 a diagram showing an example of the operation of an apparatus for switching between electric power sources according to the first embodiment of the present invention,
  • 4 a diagram showing an example of the configuration of an apparatus for switching between electric power sources according to a second embodiment of the present invention,
  • 5 an explanatory diagram showing how the apparatus for switching between electric power sources according to the second embodiment of the present invention estimates an inrush current when changing the electric power source using load information,
  • 6 a diagram showing an example of the operation of an apparatus for switching between electric power sources according to the second embodiment of the present invention,
  • 7 a diagram showing an example of the configuration of an apparatus for switching between electric power sources according to a third embodiment of the present invention,
  • 8 a diagram showing an example of the configuration of an apparatus for switching between electric power sources according to a fourth embodiment of the present invention,
  • 9 a diagram showing an example of the operation of an apparatus for switching between electric power sources according to the fourth embodiment of the present invention,
  • 10 an explanatory diagram showing advantageous effects obtained when an overlap period is provided for the gate voltages of the first and second semiconductor switches in the apparatus for switching between electric power sources according to the fourth embodiment of the present invention,
  • 11 a diagram of an example of the configuration of a device for switching between electric power sources according to a fifth embodiment of the present invention,
  • 12 a diagram of a first example of the configuration for turning on a semiconductor switch in the apparatus for switching between electric power sources according to a sixth embodiment of the present invention,
  • 13 a diagram showing an example of the operation of the semiconductor switch in the first example of the configuration of the apparatus for switching between electric power sources according to the sixth embodiment of the present invention,
  • 14 a diagram of a second example of the configuration for turning on a semiconductor switch in the apparatus for switching between electric power sources according to the sixth embodiment of the present invention,
  • 15 a diagram showing an example of the operation of the semiconductor switch in the second example of the configuration of the apparatus for switching between electric power sources according to the sixth embodiment of the present invention,
  • 16 a diagram of a third example of the configuration for turning on a semiconductor switch in the apparatus for switching between electric power sources according to the sixth embodiment of the present invention,
  • 17 a diagram showing an example of the operation of the semiconductor switch in the third example of the configuration of the apparatus for switching between electric power sources according to the sixth embodiment of the present invention; and
  • 18 a block diagram of an example of the hardware configuration of a computer included in the apparatus for switching between electric power sources according to each embodiment of the present invention. Description of Embodiments

Beispiele von Modi zur Implementation der vorliegenden Erfindung (nachstehend als „Ausführungsformen“ bezeichnet) werden nun mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. In diesem Dokument und den anliegenden Zeichnungen sind Komponenten, die identisch sind oder im Wesentlichen die gleichen Funktionen aufweisen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht redundant beschrieben. Ferner können, falls mehrere Komponenten auftreten, welche die gleichen oder ähnliche Funktionen aufweisen, an die gleichen Bezugszeichen zu Erklärungszwecken unterschiedliche Indizes angehängt werden. Ferner können die Indizes in der Beschreibung fortgelassen werden, wenn nicht zwischen mehreren Komponenten unterschieden zu werden braucht.Examples of modes for implementing the present invention (hereinafter referred to as "embodiments") will now be described with reference to the accompanying drawings. In this document and the accompanying drawings, components that are identical or have substantially the same functions are denoted by the same reference numerals and will not be described redundantly. Furthermore, if multiple components having the same or similar functions are used, different subscripts may be appended to the same reference numerals for explanatory purposes. Furthermore, the subscripts may be omitted from the description if it is not necessary to distinguish between multiple components.

<Erste Ausführungsform><First Embodiment>

Zuerst wird mit Bezug auf 1 ein Beispiel eines Fahrzeugs beschrieben, das mit einer Vorrichtung zum Schalten zwischen mehreren elektrischen Stromquellen vorgesehen ist.First, with reference to 1 an example of a vehicle provided with a device for switching between a plurality of electrical power sources is described.

1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel zeigt, in dem mehrere elektrische Stromquellen mit einer an einem Fahrzeug angebrachten Fahrzeugsteuervorrichtung verbunden sind. Wie in 1 dargestellt, weist das Fahrzeug 100 eine Fahrzeugsteuervorrichtung 110, Sensoren 120, Aktuatoren 130, eine erste Stromversorgungsquelle („erste Stromversorgung“ in 1) 2a und eine zweite Stromversorgungsquelle („zweite Stromversorgung“ in 1) 2b auf. Die Fahrzeugsteuervorrichtung 110 ist mit den Sensoren 120, den Aktuatoren 130, der ersten Stromversorgungsquelle 2a und der zweiten Stromversorgungsquelle 2b verbunden. 1 is a schematic diagram showing an example in which multiple electric power sources are connected to a vehicle control device mounted on a vehicle. As shown in 1 As shown, the vehicle 100 includes a vehicle control device 110, sensors 120, actuators 130, a first power supply source (“first power supply” in 1 ) 2a and a second power supply source (“second power supply” in 1 ) 2b. The vehicle control device 110 is connected to the sensors 120, the actuators 130, the first power supply source 2a, and the second power supply source 2b.

Die Fahrzeugsteuervorrichtung 110 weist eine Vorrichtung 1 zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen und eine Steuereinrichtung 111 auf. Die Steuereinrichtung 111 empfängt Erfassungssignale von den Sensoren 120 über eine Signalleitung d1 und steuert das Fahrzeug 100 durch Senden von Steuersignalen zu den Aktuatoren 130 über eine Steuerleitung s1. Die Steuereinrichtung 111 analysiert die von den Sensoren 120 empfangenen Erfassungssignale und erzeugt entsprechend dem Ergebnis der Analyse Steuersignale zur Steuerung der Arbeitsvorgänge der Aktuatoren 130. Die Steuereinrichtung 111 kann beispielsweise unter Verwendung einer ECU (elektronischen Steuereinheit) gebildet sein. Die Sensoren 120 und die Aktuatoren 130 sind Lastvorrichtungen, die von der ersten Stromversorgungsquelle 2a oder der zweiten Stromversorgungsquelle 2b zugeführten elektrischen Strom verbrauchen.The vehicle control device 110 includes a device 1 for switching between electric power sources and a controller 111. The controller 111 receives detection signals from the sensors 120 via a signal line d1 and controls the vehicle 100 by sending control signals to the actuators 130 via a control line s1. The controller 111 analyzes the detection signals received from the sensors 120 and generates control signals for controlling the operations of the actuators 130 according to the analysis results. The controller 111 can be configured using, for example, an ECU (electronic control unit). The sensors 120 and the actuators 130 are load devices that consume electric power supplied from the first power source 2a or the second power source 2b.

Die Vorrichtung 1 zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen schaltet eine Stromversorgungsquelle entsprechend den Versorgungsspannungen der ersten Stromversorgungsquelle 2a und der zweiten Stromversorgungsquelle 2b zwischen diesen Stromversorgungsquellen. Die Vorrichtung 1 zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen empfängt von der ersten Stromversorgungsquelle 2a zugeführten elektrischen Strom über eine Stromversorgungsleitung p1 und empfängt von der zweiten Stromversorgungsquelle 2b zugeführten elektrischen Strom über eine Stromversorgungsleitung p2. Die Vorrichtung 1 zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen führt den von der ersten Stromversorgungsquelle 2a oder der zweiten Stromversorgungsquelle 2b empfangenen elektrischen Strom über eine Stromversorgungsleitung p3 den Sensoren 120 und über eine Stromversorgungsleitung p4 den Aktuatoren 130 zu.The device 1 for switching between electrical power sources switches a power supply source between these power sources according to the supply voltages of the first power supply source 2a and the second power supply source 2b. The device 1 for switching between electrical power sources receives electrical power supplied from the first power supply source 2a via a power supply line p1 and receives electrical power supplied from the second power supply source 2b via a power supply line p2. The device 1 for switching between electrical power sources performs the electric current received from the first power supply source 2a or the second power supply source 2b to the sensors 120 via a power supply line p3 and to the actuators 130 via a power supply line p4.

Bei der im in 1 dargestellten Beispiel beschriebenen Konfiguration ist die Vorrichtung 1 zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen in die Fahrzeugsteuervorrichtung 110 eingebaut. Alternativ kann die Vorrichtung 1 zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen jedoch von der Fahrzeugsteuervorrichtung 110 getrennt sein. Ferner kann eine alternative Konfiguration verwendet werden, damit die Steuereinrichtung 111 die Vorrichtung 1 zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen steuern kann. Beispielsweise kann ein zum Beispiel von einem Mechaniker verwendetes Endgerät mit der Steuereinrichtung 111 verbunden sein, so dass die Steuereinrichtung 111 das Ein-/Ausschalten eines ersten Halbleiterschalters 3a und eines zweiten Halbleiterschalters 3b entsprechend Befehlen vom Endgerät steuern kann.At the in 1 In the configuration described in the example shown, the electric power source switching device 1 is incorporated into the vehicle control device 110. Alternatively, however, the electric power source switching device 1 may be separate from the vehicle control device 110. Further, an alternative configuration may be used to allow the control device 111 to control the electric power source switching device 1. For example, a terminal used by, for example, a mechanic may be connected to the control device 111 so that the control device 111 can control the turning on/off of a first semiconductor switch 3a and a second semiconductor switch 3b according to commands from the terminal.

Als nächstes wird eine Konfiguration der Vorrichtung 1 zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 2 beschrieben.Next, a configuration of the device 1 for switching between electric power sources according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2 described.

2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Konfiguration der Vorrichtung 1 zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Vorrichtung 1 zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen ist mit der ersten Stromversorgungsquelle 2a und der zweiten Stromversorgungsquelle 2b verbunden. Beispielsweise sind die erste Stromversorgungsquelle 2a und die zweite Stromversorgungsquelle 2b mit einer Bordbatterie und einem Leistungswandler in der Art eines Gleichspannungswandlers verbunden. Die Vorrichtung 1 zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen weist den ersten Halbleiterschalter 3a, den ersten Halbleiterschalter 3b und eine Schaltersteuervorrichtung 5 auf. 2 1 is a diagram showing an example of the configuration of the electric power source switching device 1 according to a first embodiment of the present invention. The electric power source switching device 1 is connected to the first power source 2a and the second power source 2b. For example, the first power source 2a and the second power source 2b are connected to an onboard battery and a power converter such as a DC-DC converter. The electric power source switching device 1 includes the first semiconductor switch 3a, the first semiconductor switch 3b, and a switch control device 5.

Der erste Halbleiterschalter 3a befindet sich zwischen Lastvorrichtungen 4a bis 4c und der ersten Stromversorgungsquelle 2a, die den Lastvorrichtungen 4a bis 4c elektrischen Strom zuführt. Der elektrische Strom von der ersten Stromversorgungsquelle 2a wird mehreren Lastvorrichtungen 4a bis 4c durch den ersten Halbleiterschalter 3a zugeführt. Beispielsweise weist der erste Halbleiterschalter 3a einen Feldeffekttransistor M auf. Der im ersten Halbleiterschalter 3a enthaltene Feldeffekttransistor M ist so ausgelegt, dass eine zwischen der Drain- und der Source-Elektrode des ersten Halbleiterschalters 3a ausgebildete Body-Diode (auch als „parasitäre Diode“ bezeichnet) entgegengesetzt zur Richtung der Stromversorgung von der ersten Stromversorgungsquelle 2a angeschlossen ist. Das heißt, dass die Anode der Body-Diode mit der Source-Elektrode des Feldeffekttransistors M verbunden ist und dass die Kathode mit der Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors M verbunden ist.The first semiconductor switch 3a is located between load devices 4a to 4c and the first power supply source 2a, which supplies electric power to the load devices 4a to 4c. The electric power from the first power supply source 2a is supplied to a plurality of load devices 4a to 4c through the first semiconductor switch 3a. For example, the first semiconductor switch 3a includes a field-effect transistor M. The field-effect transistor M included in the first semiconductor switch 3a is configured such that a body diode (also referred to as a "parasitic diode") formed between the drain and source electrodes of the first semiconductor switch 3a is connected in the opposite direction to the direction of the power supply from the first power supply source 2a. That is, the anode of the body diode is connected to the source electrode of the field-effect transistor M, and the cathode is connected to the drain electrode of the field-effect transistor M.

Der zweite Halbleiterschalter 3b befindet sich zwischen den Lastvorrichtungen 4a bis 4c und der zweiten Stromversorgungsquelle 2b, die den Lastvorrichtungen 4a bis 4c elektrischen Strom zuführt. Der elektrische Strom von der zweiten Stromversorgungsquelle 2b wird mehreren Lastvorrichtungen 4a bis 4c durch den zweiten Halbleiterschalter 3b zugeführt. Beispielsweise weist der zweite Halbleiterschalter 3b den Feldeffekttransistor M auf. Der im zweiten Halbleiterschalter 3b enthaltene Feldeffekttransistor M ist so ausgelegt, dass eine zwischen der Drain- und der Source-Elektrode des zweiten Halbleiterschalters 3b ausgebildete Body-Diode entgegengesetzt zur Richtung der Stromversorgung von der zweiten Stromversorgungsquelle 2b angeschlossen ist. Das heißt, dass die Anode der Body-Diode mit der Source-Elektrode des Feldeffekttransistors M verbunden ist und dass die Kathode mit der Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors M verbunden ist.The second semiconductor switch 3b is located between the load devices 4a to 4c and the second power supply source 2b, which supplies electric power to the load devices 4a to 4c. The electric power from the second power supply source 2b is supplied to a plurality of load devices 4a to 4c through the second semiconductor switch 3b. For example, the second semiconductor switch 3b includes the field-effect transistor M. The field-effect transistor M included in the second semiconductor switch 3b is configured such that a body diode formed between the drain and source electrodes of the second semiconductor switch 3b is connected opposite to the direction of the power supply from the second power supply source 2b. That is, the anode of the body diode is connected to the source electrode of the field-effect transistor M, and the cathode is connected to the drain electrode of the field-effect transistor M.

Die Lastvorrichtungen 4a bis 4c sind so ausgelegt, dass elektrischer Strom entsprechend der Steuerung des ersten Halbleiterschalters 3a und des zweiten Halbleiterschalters 3b entweder von der ersten Stromversorgungsquelle 2a oder der zweiten Stromversorgungsquelle 2b zugeführt werden kann. Ein Ausgangsanschluss des ersten Halbleiterschalters 3a und ein Ausgangsanschluss des zweiten Halbleiterschalters 3b sind elektrisch verbunden, und die mehreren Lastvorrichtungen 4a bis 4c sind mit den Ausgangsanschlüssen verbunden.The load devices 4a to 4c are configured to supply electric power from either the first power source 2a or the second power source 2b according to the control of the first semiconductor switch 3a and the second semiconductor switch 3b. An output terminal of the first semiconductor switch 3a and an output terminal of the second semiconductor switch 3b are electrically connected, and the plurality of load devices 4a to 4c are connected to the output terminals.

Die Lastvorrichtungen 4a bis 4c sind Aktuatoren 130 in der Art von am Fahrzeug 100 angebrachten Elektromotoren und Solenoiden oder Sensoren 120 in der Art von Kameras. Ferner wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform angenommen, dass die Anzahl der angeschlossenen Lastvorrichtungen drei ist. Die Anzahl der angeschlossenen Lastvorrichtungen ist jedoch nicht auf drei beschränkt. Es kann eine alternative Konfiguration verwendet werden, bei der zwei oder mehr Lastvorrichtungen angeschlossen sind. In der folgenden Beschreibung werden die Lastvorrichtungen 4a bis 4c, wenn es nicht erforderlich ist, zwischen ihnen zu unterscheiden, als „Lastvorrichtungen 4“ bezeichnet.The load devices 4a to 4c are actuators 130 such as electric motors mounted on the vehicle 100, and solenoids or sensors 120 such as cameras. Furthermore, according to the present embodiment, the number of connected load devices is assumed to be three. However, the number of connected load devices is not limited to three. An alternative configuration in which two or more load devices are connected may be used. In the following description, the load devices 4a to 4c are referred to as "load devices 4" when it is not necessary to distinguish between them.

Die Schaltersteuervorrichtung 5 gibt Steuersignale (Gate-Spannungen) an den ersten Halbleiterschalter 3a und den zweiten Halbleiterschalter 3b aus, um die Stromversorgung zu schalten. Die Schaltersteuervorrichtung 5 weist einen Spannungsvergleicher 7 und eine Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6 auf.The switch control device 5 outputs control signals (gate voltages) to the first semiconductor switch 3a and the second semiconductor switch 3b to switch the power supply. The switch The gate control device 5 has a voltage comparator 7 and a gate voltage control circuit 6.

Der Spannungsvergleicher 7 überwacht eine von der ersten Stromversorgungsquelle 2a ausgegebene Spannung Va und eine von der zweiten Stromversorgungsquelle 2b ausgegebene Spannung Vb und erfasst eine Spannungsdifferenz Vd (= Va - Vb). Die Spannungsdifferenz Vd wird an die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6 ausgegeben.The voltage comparator 7 monitors a voltage Va output from the first power source 2a and a voltage Vb output from the second power source 2b and detects a voltage difference Vd (= Va - Vb). The voltage difference Vd is output to the gate voltage control circuit 6.

Entsprechend der Spannungsdifferenz Vd erzeugt die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6 eine Gate-Spannung Vga des als erster Halbleiterschalter 3a verwendeten Feldeffekttransistors M und eine Gate-Spannung Vgb des als zweiter Halbleiterschalter 3b verwendeten Feldeffekttransistors M und gibt sie aus. Wenn die Gate-Spannung Vga des ersten Halbleiterschalters 3a auf den hohen Pegel geht, wird der erste Halbleiterschalter 3a eingeschaltet.According to the voltage difference Vd, the gate voltage control circuit 6 generates and outputs a gate voltage Vga of the field-effect transistor M used as the first semiconductor switch 3a and a gate voltage Vgb of the field-effect transistor M used as the second semiconductor switch 3b. When the gate voltage Vga of the first semiconductor switch 3a goes to the high level, the first semiconductor switch 3a is turned on.

Wenn die Gate-Spannung Vgb des zweiten Halbleiterschalters 3b auf den hohen Pegel geht, wird der zweite Halbleiterschalter 3b eingeschaltet. In der folgenden Beschreibung werden der erste Halbleiterschalter 3a und der zweite Halbleiterschalter 3b, wenn es nicht erforderlich ist, zwischen ihnen zu unterscheiden, als „Halbleiterschalter 3“ bezeichnet.When the gate voltage Vgb of the second semiconductor switch 3b goes high, the second semiconductor switch 3b is turned on. In the following description, the first semiconductor switch 3a and the second semiconductor switch 3b are referred to as "semiconductor switch 3" unless it is necessary to distinguish between them.

In 2 wird ein N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor als Feldeffekttransistor M verwendet. Es kann jedoch alternativ auch ein P-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor oder ein anderer Feldeffekttransistor verwendet werden. Alternativ können die Halbleiterschalter 3 unter Verwendung eines Bipolartransistors ausgelegt werden.In 2 An N-channel MOS field-effect transistor is used as the field-effect transistor M. However, a P-channel MOS field-effect transistor or another field-effect transistor may alternatively be used. Alternatively, the semiconductor switches 3 may be designed using a bipolar transistor.

Ein Beispiel des Betriebs der Vorrichtung 1 zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nun mit Bezug auf 3 beschrieben.An example of the operation of the device 1 for switching between electric power sources according to the present embodiment will now be described with reference to 3 described.

3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Betriebs der Vorrichtung 1 zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen zeigt. Der obere Teil von 3 zeigt ein Spannungsprofil der Gate-Spannung Vga während des Schaltens von der ersten Stromversorgungsquelle 2a zur zweiten Stromversorgungsquelle 2b, der mittlere Teil von 3 zeigt ein Spannungsprofil der Gate-Spannung Vgb, und der untere Teil von 3 zeigt einen durch den zweiten Halbleiterschalter 3b fließenden Strom I2. In 3 repräsentiert die horizontale Achse die Zeit t. 3 is a diagram showing an example of the operation of the device 1 for switching between electric power sources. The upper part of 3 shows a voltage profile of the gate voltage Vga during switching from the first power supply source 2a to the second power supply source 2b, the middle part of 3 shows a voltage profile of the gate voltage Vgb, and the lower part of 3 shows a current I2 flowing through the second semiconductor switch 3b. In 3 the horizontal axis represents time t.

Die von der ersten Stromversorgungsquelle 2a und der zweiten Stromversorgungsquelle 2b ausgegebenen Spannungen Va, Vb variieren beispielsweise infolge der individuellen Differenz der Bordbatterie und des Gleichspannungswandlers, des Ladezustands, der Länge der Verdrahtung und der Verschlechterung der Bordbatterie und der Stromversorgungsverdrahtung. Nachfolgend wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die Stromversorgungsquelle unter der Annahme, dass die Spannung Va der ersten Stromversorgungsquelle 2a 13 V ist und die Spannung Vb der zweiten Stromversorgungsquelle 2b 14 V ist, von der eine niedrige Ausgangsspannung erzeugenden ersten Stromversorgungsquelle 2a zur eine hohe Ausgangsspannung erzeugenden zweiten Stromversorgungsquelle 2b umgeschaltet wird.The voltages Va, Vb output from the first power supply 2a and the second power supply 2b vary due to, for example, the individual difference between the on-board battery and the DC-DC converter, the state of charge, the length of the wiring, and the deterioration of the on-board battery and the power supply wiring. The following describes an example in which the power supply is switched from the first power supply 2a generating a low output voltage to the second power supply 2b generating a high output voltage, assuming that the voltage Va of the first power supply 2a is 13 V and the voltage Vb of the second power supply 2b is 14 V.

Wie in 3 dargestellt ist, liegt die Gate-Spannung Vga des ersten Halbleiterschalters 3a auf einem hohen Pegel und die Gate-Spannung Vga des zweiten Halbleiterschalters 3b auf einem niedrigen Pegel, wenn elektrischer Strom von der ersten Stromversorgungsquelle 2a den Lastvorrichtungen 4a bis 4c (der ersten Stromversorgung S1) zugeführt wird.As in 3 As shown, when electric power is supplied from the first power supply source 2a to the load devices 4a to 4c (the first power supply S1), the gate voltage Vga of the first semiconductor switch 3a is at a high level and the gate voltage Vga of the second semiconductor switch 3b is at a low level.

Wenn die Stromversorgungsquelle aus dem Zustand der ersten Stromversorgung S1 zur zweiten Stromversorgungsquelle 2b zu schalten ist, legt die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6 die Gate-Spannung Vga des ersten Halbleiterschalters 3a zuerst auf den niedrigen Pegel. Dann erhöht die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6 die Gate-Spannung Vga gleichzeitig mit dieser Spannungseinstellung oder nach Beginn des Ansteigens der Gate-Spannung Vgb des zweiten Halbleiterschalters 3b auf eine Zwischenspannung Vm zwischen dem niedrigen Pegel und dem hohen Pegel und hält die Zwischenspannung Vm während einer Haltezeit Tm (Zwischenzustand S2).When the power supply is to be switched from the state of the first power supply S1 to the second power supply 2b, the gate voltage control circuit 6 first sets the gate voltage Vga of the first semiconductor switch 3a to the low level. Then, the gate voltage control circuit 6 increases the gate voltage Vga to an intermediate voltage Vm between the low level and the high level simultaneously with this voltage setting or after the gate voltage Vgb of the second semiconductor switch 3b starts to rise, and holds the intermediate voltage Vm for a holding time Tm (intermediate state S2).

Es sei bemerkt, dass eine bestimmte Zeitdauer (Anstiegszeit) erforderlich ist, damit die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6 die Gate-Spannung vom niedrigen Pegel auf die Zwischenspannung Vm erhöhen kann. Daher kann ausgesagt werden, dass die Zeit, während derer die Gate-Spannung tatsächlich auf der Zwischenspannung Vm gehalten wird, kürzer ist als die Haltezeit Tm, die in dem Moment beginnt, in dem der in 3 dargestellte Anstieg der Gate-Spannung beginnt. Weil die Anstiegszeit kürzer ist als die Zeit, während derer die Gate-Spannung auf einem konstanten Wert der Zwischenspannung Vm gehalten wird, wird die Haltezeit Tm jedoch als Zeitraum zwischen dem Beginn des Anstiegs der Gate-Spannung und dem Beginn des Spannungsanstiegs auf den nächsten Spannungspegel angesehen. Beispielsweise ist der nächste Spannungspegel in 3 der hohe Pegel und ist in 13 die Zwischenspannung der zweiten Stufe, wie später beschrieben wird.It should be noted that a certain period of time (rise time) is required for the gate voltage control circuit 6 to increase the gate voltage from the low level to the intermediate voltage Vm. Therefore, it can be said that the time during which the gate voltage is actually held at the intermediate voltage Vm is shorter than the holding time Tm, which starts at the moment the 3 However, because the rise time is shorter than the time during which the gate voltage is held at a constant value of the intermediate voltage Vm, the hold time Tm is considered to be the period between the start of the gate voltage rise and the start of the voltage rise to the next voltage level. For example, the next voltage level in 3 the high level and is in 13 the intermediate voltage of the second stage, as described later.

Anschließend erhöht die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6 die Gate-Spannung Vgb des zweiten Halbleiterschalters 3b auf den hohen Pegel. Dadurch wird die Stromversorgungsquelle ganz von der ersten Stromversorgungsquelle 2a zur zweiten Stromversorgungsquelle 2b (zweiten Stromversorgung S3) geschaltet.Subsequently, the gate voltage control circuit 6 increases the gate voltage Vgb of the second semiconductor switch 3b to the high level. This completely switches the power supply from the first power supply 2a to the second power supply 2b (second power supply S3).

Wie vorstehend beschrieben, liegen die Spannungspegel der Gate-Spannungen Vga, Vgb gemäß der vorliegenden Ausführungsform in drei verschiedenen Zuständen vor, nämlich dem hohen Pegel, dem niedrigen Pegel und der Zwischenspannung. Der hohe Pegel repräsentiert eine Spannung, bei der der Durchlasswiderstand der als erster Halbleiterschalter 3a und zweiter Halbleiterschalter 3b dienenden Feldeffekttransistoren minimiert ist, beispielsweise eine Spannung, an der die Gate-Source-Spannung 10 V beträgt oder höher ist. Der niedrige Pegel repräsentiert eine Spannung, bei der die Ausgangskennlinien (ID-VDS-Kennlinien) eines Feldeffekttransistors in einem blockierten Bereich liegen, beispielsweise eine Spannung, an der die Gate-Source-Spannung 0 V ist. Bei der Zwischenspannung liegen die Ausgangskennlinien eines Feldeffekttransistors in einem ungesättigten Bereich und hängt der Source-Drain-Widerstand von der Gate-Spannung ab.As described above, the voltage levels of the gate voltages Vga, Vgb according to the present embodiment exist in three different states: the high level, the low level, and the intermediate voltage. The high level represents a voltage at which the on-resistance of the field-effect transistors serving as the first semiconductor switch 3a and the second semiconductor switch 3b is minimized, for example, a voltage at which the gate-source voltage is 10 V or higher. The low level represents a voltage at which the output characteristics (ID-VDS characteristics) of a field-effect transistor are in a blocked region, for example, a voltage at which the gate-source voltage is 0 V. At the intermediate voltage, the output characteristics of a field-effect transistor are in an unsaturated region, and the source-drain resistance depends on the gate voltage.

Die Haltezeit Tm wird entsprechend der Spannungsdifferenz Vd zwischen den von der ersten Stromversorgungsquelle 2a und der zweiten Stromversorgungsquelle 2b ausgegebenen Spannungen dynamisch festgelegt. Wenn die Spannungsdifferenz Vd klein ist, wird die Haltezeit Tm verkürzt, und wenn die Spannungsdifferenz Vd groß ist, wird die Haltezeit Tm verlängert. Das heißt, dass die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6 die Haltezeit Tm so ändert, dass sie länger als eine vorgegebene Referenzzeit ist, wenn die Spannungsdifferenz Vd größer als ein vorbestimmter Wert ist, und dass die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6 die Haltezeit Tm so ändert, dass sie kürzer als die vorgegebene Referenzzeit ist, wenn die Spannungsdifferenz Vd kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert ist.The holding time Tm is dynamically set according to the voltage difference Vd between the voltages output from the first power supply 2a and the second power supply 2b. When the voltage difference Vd is small, the holding time Tm is shortened, and when the voltage difference Vd is large, the holding time Tm is lengthened. That is, the gate voltage control circuit 6 changes the holding time Tm to be longer than a predetermined reference time when the voltage difference Vd is greater than a predetermined value, and the gate voltage control circuit 6 changes the holding time Tm to be shorter than the predetermined reference time when the voltage difference Vd is less than or equal to the predetermined value.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein Zustand, in dem die Gate-Spannung des Halbleiterschalters zwischen dem niedrigen Pegel und dem hohen Pegel liegt, als „Zwischenzustand“ definiert. Bei der herkömmlichen Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen bleibt das Spannungsprofil unverändert, bis die Gate-Spannung Vgb im Zwischenzustand vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel ansteigt, wie durch die dünne durchgezogene Linie im mittleren Teil von 3 dargestellt ist. In der Haltezeit wird ein Einschaltstrom begrenzt, der beim Schalten der elektrischen Stromquelle durch den Halbleiterschalter fließt, und sie kann auch als „Strombegrenzungszeit“ bezeichnet werden.According to the present embodiment, a state in which the gate voltage of the semiconductor switch is between the low level and the high level is defined as an "intermediate state." In the conventional device for switching between electric power sources, the voltage profile remains unchanged until the gate voltage Vgb in the intermediate state increases from the low level to the high level, as shown by the thin solid line in the middle part of 3 The holding time limits the inrush current that flows through the semiconductor switch when the electrical power source is switched, and it can also be referred to as the "current limiting time."

Wenn das Schalten zwischen Stromversorgungsquellen mit unterschiedlichen Spannungswerten ausgeführt wird, wenn die Stromversorgungsquelle beispielsweise von der ersten Stromversorgungsquelle 2a (Spannung Va = 13 V) zur zweiten Stromversorgungsquelle 2b (Spannung Vb = 14 V) geschaltet wird, wie in Zusammenhang mit der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, tritt der Einschaltstrom entsprechend der Spannungsdifferenz Vd zwischen den beiden Stromversorgungsquellen auf. In herkömmlichen Konfigurationen fließt ein hoher Einschaltstrom, der einen durch die strichpunktierte Linie angegebenen zulässigen Strom überschreitet, durch den zweiten Halbleiterschalter 3b.When switching is performed between power sources with different voltage values, for example, when switching the power source from the first power source 2a (voltage Va = 13 V) to the second power source 2b (voltage Vb = 14 V) as described in connection with the present embodiment, the inrush current corresponding to the voltage difference Vd between the two power sources occurs. In conventional configurations, a large inrush current exceeding an allowable current indicated by the dot-dash line flows through the second semiconductor switch 3b.

Nachfolgend wird der Strom I2 beschrieben, der durch den zweiten Halbleiterschalter 3b fließt, wenn das Schalten in der Konfiguration gemäß der vorliegenden Ausführungsform vom Zwischenzustand S2 zur zweiten Stromversorgung S3 erfolgt. Wie im unteren Teil von 3 gezeigt, fließt ein erster Spitzenstrom, wenn die Gate-Spannung Vgb des zweiten Halbleiterschalters 3b auf die Zwischenspannung Vm ansteigt, und fließt dann, nachdem der erste Spitzenstrom abgenommen hat, ein zweiter Spitzenstrom, wenn die Gate-Spannung Vgb auf den hohen Pegel ansteigt.The current I2 flowing through the second semiconductor switch 3b when switching from the intermediate state S2 to the second power supply S3 in the configuration according to the present embodiment will be described below. As shown in the lower part of 3 As shown, a first peak current flows when the gate voltage Vgb of the second semiconductor switch 3b rises to the intermediate voltage Vm, and then, after the first peak current has decreased, a second peak current flows when the gate voltage Vgb rises to the high level.

Wie vorstehend beschrieben, ist die vorliegende Ausführungsform so ausgelegt, dass die Gate-Spannung Vgb des zweiten Halbleiterschalters 3b stufenweise erhöht wird, ohne abrupt vom niedrigen auf den hohen Pegel erhöht zu werden. Daher kann ein Spitzenstrom so dispergiert werden, dass der Strom I2 (Spitzenstrom), der beim Schalten der elektrischen Stromquelle durch den zweiten Halbleiterschalter 3b fließt, den zulässigen Strom nicht überschreitet. Ferner ist die vorliegende Ausführungsform so ausgelegt, dass die Stromversorgungsquelle entsprechend der Spannungsdifferenz Vd zwischen den Ausgangsspannungen der ersten Stromversorgungsquelle 2a und der zweiten Stromversorgungsquelle 2b geändert werden kann. Daher kann das Schalten von einer Stromversorgungsquelle zu einer anderen geschehen, ohne den zulässigen Strom zu überschreiten. Herkömmlich gab es keine Konfiguration zum Ändern der Haltezeit Tm der Zwischenspannung Vm im Zwischenzustand beim Schalten der elektrischen Stromquelle entsprechend der Spannungsdifferenz Vd. Daher erhöht sich herkömmlich, wenn die Spannungsdifferenz Vd ansteigt, der Spitzenstrom eines Halbleiterschalters entsprechend und kann den zulässigen Strom überschreiten. Dieses Problem wird jedoch durch die vorliegende Ausführungsform gelöst.As described above, the present embodiment is configured to gradually increase the gate voltage Vgb of the second semiconductor switch 3b without abruptly increasing from the low level to the high level. Therefore, a peak current can be dispersed so that the current I2 (peak current) flowing through the second semiconductor switch 3b when switching the electric power source does not exceed the allowable current. Furthermore, the present embodiment is configured to change the power source according to the voltage difference Vd between the output voltages of the first power source 2a and the second power source 2b. Therefore, switching from one power source to another can be performed without exceeding the allowable current. Conventionally, there has been no configuration for changing the holding time Tm of the intermediate voltage Vm in the intermediate state when switching the electric power source according to the voltage difference Vd. Therefore, conventionally, as the voltage difference Vd increases, the peak current of a semiconductor switch increases accordingly and may exceed the allowable current. However, this problem is solved by the present embodiment.

Wie vorstehend beschrieben, weist die Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen (Vorrichtung 1 zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen) gemäß der ersten Ausführungsform einen ersten Halbleiterschalter (ersten Halbleiterschalter 3a), einen zweiten Halbleiterschalter (zweiten Halbleiterschalter 3b) und eine Schaltersteuervorrichtung (Schaltersteuervorrichtung 5) auf. Der erste Halbleiterschalter (erste Halbleiterschalter 3a) befindet sich zwischen den Lastvorrichtungen (4a bis 4c) und einer ersten Stromversorgungsquelle (ersten Stromversorgungsquelle 2a), die dafür ausgelegt ist, den Lastvorrichtungen (4a bis 4c) elektrischen Strom zuzuführen. Der zweite Halbleiterschalter (zweite Halbleiterschalter 3b) befindet sich zwischen den Lastvorrichtungen und einer zweiten Stromversorgungsquelle (zweiten Stromversorgungsquelle 2b), die dafür ausgelegt ist, den Lastvorrichtungen elektrischen Strom zuzuführen. Die Schaltersteuervorrichtung (Schaltersteuervorrichtung 5) steuert die Treiberspannungen des ersten Halbleiterschalters und des zweiten Halbleiterschalters.As described above, the electric power source switching device (electric power source switching device 1) according to the first embodiment includes a first semiconductor switch (first semiconductor switch 3a), a second semiconductor switch (second semiconductor switch 3b), and a switch control device (switch control device 5). The first semiconductor switch (first semiconductor switch 3a) is located between the load devices (4a to 4c) and a first power supply source (first power supply source 2a) configured to supply electric power to the load devices (4a to 4c). The second semiconductor switch (second semiconductor switch 3b) is located between the load devices and a second power supply source (second power supply source 2b) configured to supply electric power to the load devices. The switch control device (switch control device 5) controls the drive voltages of the first semiconductor switch and the second semiconductor switch.

Wenn von einer von der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle zur anderen geschaltet wird, stellt die Schaltersteuervorrichtung einen Zwischenzustand bereit, in dem der Halbleiterschalter (der zweite Halbleiterschalter 3b), der an die Stromversorgungsquelle (beispielsweise die zweite Stromversorgungsquelle 2b) angeschlossen ist, die ausgelegt ist, nach dem Schalten elektrischen Strom zuzuführen, in einem ungesättigten Zustand gehalten wird, und sie ändert die Haltezeit (Haltezeit Tm) des Zwischenzustands entsprechend der Spannungsdifferenz (Spannungsdifferenz Vd) zwischen von der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle ausgegebenen Spannungen.When switching from one of the first and second power sources to the other, the switch control device provides an intermediate state in which the semiconductor switch (the second semiconductor switch 3b) connected to the power source (for example, the second power source 2b) configured to supply electric power after switching is maintained in an unsaturated state, and changes the holding time (holding time Tm) of the intermediate state according to the voltage difference (voltage difference Vd) between voltages output from the first and second power sources.

Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform wird die Haltezeit (Strombegrenzungszeit) des Zwischenzustands eines Halbleiterschalters, der an die Stromversorgungsquelle angeschlossen ist, die nach dem Schalten elektrischen Strom zuführt, entsprechend der Spannungsdifferenz zwischen den Ausgangsspannungen der ersten Stromversorgungsquelle und der zweiten Stromversorgungsquelle geändert. Dadurch können selbst dann, wenn sich die Ausgangsspannungen der ersten Stromversorgungsquelle und der zweiten Stromversorgungsquelle unterscheiden, infolge eines Überstroms am Halbleiterschalter hervorgerufene Schäden verhindert werden und kann die Stromversorgungsquelle problemlos gewechselt werden, ohne die Stromversorgung zu unterbrechen.With the above-described configuration of the present embodiment, the holding time (current limiting time) of the intermediate state of a semiconductor switch connected to the power supply that supplies electric power after switching is changed according to the voltage difference between the output voltages of the first power supply and the second power supply. Therefore, even if the output voltages of the first power supply and the second power supply differ, damage to the semiconductor switch due to overcurrent can be prevented, and the power supply can be smoothly switched without interrupting the power supply.

<Zweite Ausführungsform><Second Embodiment>

Als nächstes wird die Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben. Die zweite Ausführungsform ist ein Beispiel einer Konfiguration, bei der der erste Halbleiterschalter 3a und der zweite Halbleiterschalter 3b unter Berücksichtigung der Spannungsdifferenz Vd zwischen den Ausgangsspannungen der ersten Stromversorgungsquelle 2a und der zweiten Stromversorgungsquelle 2b sowie Informationen in Bezug auf die Lastvorrichtungen 4 (Lastinformationen) gesteuert werden. Die folgende Beschreibung der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der zweiten Ausführungsform konzentriert sich auf die Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform.Next, the electric power source switching device according to a second embodiment will be described. The second embodiment is an example of a configuration in which the first semiconductor switch 3a and the second semiconductor switch 3b are controlled by taking into account the voltage difference Vd between the output voltages of the first power source 2a and the second power source 2b, as well as information related to the load devices 4 (load information). The following description of the electric power source switching device according to the second embodiment focuses on the differences from the first embodiment.

Zuerst wird die Konfiguration der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf 4 beschrieben.First, the configuration of the apparatus for switching between electric power sources according to the present embodiment will be described with reference to 4 described.

4 ist ein Diagramm eines Beispiels der Konfiguration einer Vorrichtung 1A zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Vorrichtung 1A zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen weist anstelle der Schaltersteuervorrichtung 5 der Vorrichtung 1 zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der ersten Ausführungsform eine Schaltersteuervorrichtung 5A auf. Insbesondere weist die Vorrichtung 1A zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen den ersten Halbleiterschalter 3a, den zweiten Halbleiterschalter 3b und die Schaltersteuervorrichtung 5A auf. 4 1A is a diagram showing an example of the configuration of an electric power source switching device 1A according to the present embodiment. The electric power source switching device 1A includes a switch control device 5A instead of the switch control device 5 of the electric power source switching device 1 according to the first embodiment. Specifically, the electric power source switching device 1A includes the first semiconductor switch 3a, the second semiconductor switch 3b, and the switch control device 5A.

Die Schaltersteuervorrichtung 5A gibt Steuersignale an den ersten Halbleiterschalter 3a und den zweiten Halbleiterschalter 3b aus, um die Stromversorgung zu schalten. Die Schaltersteuervorrichtung 5A weist den Spannungsvergleicher 7, eine Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6A und Lastinformationen 8A auf.The switch control device 5A outputs control signals to the first semiconductor switch 3a and the second semiconductor switch 3b to switch the power supply. The switch control device 5A includes the voltage comparator 7, a gate voltage control circuit 6A, and load information 8A.

Die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6A erzeugt die Gate-Spannung Vga des ersten Halbleiterschalters 3a (Feldeffekttransistors M) und die Gate-Spannung Vgb des zweiten Halbleiterschalters 3b (Feldeffekttransistors M) entsprechend der vom Spannungsvergleicher 7 ausgegebenen Spannungsdifferenz Vd und gibt diese aus. Ferner erzeugt die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6A die Gate-Spannungen Vga, Vgb entsprechend den Lastinformationen 8A auf der Grundlage des elektrischen Ersatzwiderstands und der Ersatzkapazität der Lastvorrichtungen 4a bis 4c und gibt diese aus. Die Lastinformationen 8A werden beispielsweise in einem Speicher gespeichert. Die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6A greift auf den Speicher zu, in dem die Lastinformationen 8A gespeichert sind, und erzeugt die Gate-Spannungen Vga, Vgb.The gate voltage control circuit 6A generates and outputs the gate voltage Vga of the first semiconductor switch 3a (field-effect transistor M) and the gate voltage Vgb of the second semiconductor switch 3b (field-effect transistor M) according to the voltage difference Vd output by the voltage comparator 7. Furthermore, the gate voltage control circuit 6A generates and outputs the gate voltages Vga, Vgb according to the load information 8A based on the equivalent electrical resistance and the equivalent capacitance of the load devices 4a to 4c. The load information 8A is stored, for example, in a memory. The gate voltage control circuit 6A accesses the memory in which the Load information 8A is stored and generates the gate voltages Vga, Vgb.

Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gate-Spannungen Vga, Vgb zusätzlich zur Spannungsdifferenz Vd entsprechend den Lastinformationen 8A erzeugt und ausgegeben werden. Die Lastinformationen 8A sind ein Parameter, der auf dem Ersatzschaltungsmodell der Lastvorrichtungen 4a bis 4c beruht, wie in 4 dargestellt. Die Lastvorrichtungen 4a bis 4c können durch eine Ersatzschaltung mit dem elektrischen Ersatzwiderstand und der Ersatzkapazität beruhen, wie in 4 dargestellt. Die Lastinformationen 8A beruhen auf dem elektrischen Ersatzwiderstand und der Ersatzkapazität der mehreren Lastvorrichtungen 4a bis 4c. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es wünschenswert, dass die die elektrischen Eigenschaften der Lastvorrichtungen repräsentierenden Informationen zumindest den elektrischen Ersatzwiderstand und die Ersatzkapazität umfassen. Wenngleich der elektrische Widerstand und die Kapazität der Lastvorrichtungen 4 als Beispiele der elektrischen Eigenschaften angegeben sind, kann beispielsweise zusätzlich eine Reaktanzkomponente berücksichtigt werden.The present embodiment is characterized in that the gate voltages Vga, Vgb are generated and output in addition to the voltage difference Vd according to the load information 8A. The load information 8A is a parameter based on the equivalent circuit model of the load devices 4a to 4c as shown in 4 The load devices 4a to 4c can be based on an equivalent circuit with the equivalent electrical resistance and the equivalent capacitance, as shown in 4 The load information 8A is based on the equivalent electrical resistance and the equivalent capacitance of the plurality of load devices 4a to 4c. According to the present embodiment, it is desirable that the information representing the electrical characteristics of the load devices include at least the equivalent electrical resistance and the equivalent capacitance. Although the electrical resistance and capacitance of the load devices 4 are given as examples of the electrical characteristics, a reactance component, for example, may be additionally considered.

Beispielsweise wird die Lastvorrichtung 4a als Ersatzschaltung repräsentiert, bei der ein elektrischer Ersatzwiderstand RL1 parallel zu einer Ersatzkapazität C1 und einem elektrischen Ersatzwiderstand RS1, die in Reihe geschaltet sind, geschaltet ist. Ähnlich wird die Lastvorrichtung 4b als Ersatzschaltung repräsentiert, bei der ein elektrischer Ersatzwiderstand RL2 parallel zu einer Ersatzkapazität C2 und einem elektrischen Ersatzwiderstand RS2, die in Reihe geschaltet sind, geschaltet ist. Zusätzlich wird die Lastvorrichtung 4c als Ersatzschaltung repräsentiert, bei der ein elektrischer Ersatzwiderstand RL3 parallel zu einer Ersatzkapazität C3 und einem elektrischen Ersatzwiderstand RS3, die in Reihe geschaltet sind, geschaltet ist. Die Ersatzschaltungen der Lastvorrichtungen 4a bis 4c sind an einem Ende an eine Stromversorgungsleitung und am anderen Ende an Masse angeschlossen.For example, the load device 4a is represented as an equivalent circuit in which an equivalent electrical resistance R L 1 is connected in parallel with an equivalent capacitance C1 and an equivalent electrical resistance R S 1 connected in series. Similarly, the load device 4b is represented as an equivalent circuit in which an equivalent electrical resistance R L 2 is connected in parallel with an equivalent capacitance C2 and an equivalent electrical resistance R S 2 connected in series. In addition, the load device 4c is represented as an equivalent circuit in which an equivalent electrical resistance R L 3 is connected in parallel with an equivalent capacitance C3 and an equivalent electrical resistance R S 3 connected in series. The equivalent circuits of the load devices 4a to 4c are connected to a power supply line at one end and to ground at the other end.

Ein Beispiel der Prozedur zum Bestimmen eines Gate-Spannungsprofils gemäß den vorstehend beschriebenen Lastinformationen 8A gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nun mit Bezug auf die 5 und 6 beschrieben.An example of the procedure for determining a gate voltage profile according to the above-described load information 8A according to the present embodiment will now be described with reference to FIG. 5 and 6 described.

5 ist ein erklärendes Diagramm, das zeigt, wie die Vorrichtung 1A zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen den Einschaltstrom beim Wechsel der elektrischen Stromquelle unter Verwendung der Lastinformationen 8A schätzt. In 5 repräsentiert die vertikale Achse den durch den zweiten Halbleiterschalter 3b fließenden Strom I2 und repräsentiert die horizontale Achse die Zeit t. Falls beispielsweise ein Schalten von der ersten Stromversorgungsquelle 2a zur zweiten Stromversorgungsquelle 2b ausgeführt wird, kann der durch den zweiten Halbleiterschalter 3b fließende Strom I2 durch die nachstehende Gleichung (1) vorhergesagt werden.

[Gleichung 1] I 2 ( t ) = i c + i R = V d R s e 1 C R s t + V b R L

Figure DE112023002637T5_0001
5 is an explanatory diagram showing how the device 1A for switching between electric power sources estimates the inrush current when changing the electric power source using the load information 8A. In 5 The vertical axis represents the current I2 flowing through the second semiconductor switch 3b, and the horizontal axis represents time t. For example, if switching is performed from the first power source 2a to the second power source 2b, the current I2 flowing through the second semiconductor switch 3b can be predicted by the following equation (1).

[Equation 1] I 2 ( t ) = i c + i R = V d R s e 1 C R s t + V b R L
Figure DE112023002637T5_0001

Hier ist „ic“ der Kapazitätsladestrom des durch den zweiten Halbleiterschalter 3b fließenden Stroms I2. „iR“ ist der Gleichanteil des durch den zweiten Halbleiterschalter 3b fließenden Stroms I2. „t“ ist die seit dem Anlegen der Gate-Spannung Vgb an den zweiten Halbleiterschalter 3b verstrichene Zeit. „Vd“ ist die Differenz zwischen den von der ersten Stromversorgungsquelle 2a und der zweiten Stromversorgungsquelle 2b ausgegebenen Spannungen (nachstehend auch als „Versorgungsspannungsdifferenz“ bezeichnet). „Rs“ ist der kombinierte Parallelwiderstand der in Reihe mit der Ersatzkapazität jeder Lastvorrichtung 4 geschalteten elektrischen Widerstände (Rs1 bis Rs3 in 4). „C“ ist die kombinierte Parallelkapazität der Ersatzkapazitäten (C1 bis C3) jeder Lastvorrichtung 4. „Vb“ ist die Ausgangsspannung der zweiten Stromversorgungsquelle 2b. „RL“ ist der kombinierte Parallelwiderstand der elektrischen Ersatzwiderstände (RL1 bis RL3) jeder Lastvorrichtung 4.Here, "ic" is the capacitance charging current of the current I2 flowing through the second semiconductor switch 3b. "i R " is the DC component of the current I2 flowing through the second semiconductor switch 3b. "t" is the time elapsed since the gate voltage Vgb was applied to the second semiconductor switch 3b. "Vd" is the difference between the voltages output from the first power supply source 2a and the second power supply source 2b (hereinafter also referred to as "supply voltage difference"). "Rs" is the combined parallel resistance of the electrical resistors (Rs1 to Rs3 in 4 ). "C" is the combined parallel capacitance of the equivalent capacitances (C1 to C3) of each load device 4. "Vb" is the output voltage of the second power supply source 2b. " RL " is the combined parallel resistance of the equivalent electrical resistances ( RL1 to RL3 ) of each load device 4.

Auf der Grundlage der vorstehenden Gleichung (1) wird der Spitzenstrom des beim Schalten der elektrischen Stromquelle durch den zweiten Halbleiterschalter 3b fließenden Einschaltstroms geschätzt. Falls der Spitzenstrom den zulässigen Strom überschreitet, wird die nachstehende Gleichung (2) unter Berücksichtigung des Source-Drain-Widerstands Rsd des zweiten Halbleiterschalters 3b verwendet, um den Wert des Source-Drain-Widerstands Rsd zu berechnen, ohne dass der zulässige Strom überschritten wird.

[Gleichung 2] I 2 ( t ) = i c + i R = V d R s + R s d e 1 C ( R s + R s d ) t + V b R L

Figure DE112023002637T5_0002
Based on the above equation (1), the peak current of the inrush current flowing through the second semiconductor switch 3b when switching the electric power source is estimated. If the peak current exceeds the allowable current, the following equation (2) is used, taking into account the source-drain resistance Rsd of the second semiconductor switch 3b, to calculate the value of the source-drain resistance Rsd without exceeding the allowable current.

[Equation 2] I 2 ( t ) = i c + i R = V d R s + R s d e 1 C ( R s + R s d ) t + V b R L
Figure DE112023002637T5_0002

Nachdem der Source-Drain-Widerstand Rsd anhand Gleichung (2) berechnet wurde, wird die Gate-Spannung Vgb, bei der der Source-Drain-Widerstand gleich Rsd ist, auf der Grundlage der elektrischen Eigenschaften des im zweiten Halbleiterschalter 3b enthaltenen Feldeffekttransistors M bestimmt. Die Gate-Spannung Vgb kann beispielsweise unter Verwendung der Drain-Strom-Gate-Source-Spannungs-Kennlinien (Id-VGS-Kennlinien) berechnet werden. Der hier bestimmte Wert der Gate-Spannung Vgb ist der Zwischenspannungswert im Zwischenzustand gemäß der vorliegenden Erfindung (Zwischenspannung Vm in 6).After the source-drain resistance Rsd is calculated using equation (2), the gate voltage Vgb at which the source-drain resistance is equal to Rsd is determined based on the electrical characteristics of the field-effect transistor M included in the second semiconductor switch 3b. The gate voltage Vgb can be determined, for example, using the drain current-gate-source voltage characteristics (Id-V GS characteristics). The value of the gate voltage Vgb determined here is the intermediate voltage value in the intermediate state according to the present invention (intermediate voltage Vm in 6 ).

Als nächstes wird ein Beispiel des Betriebs einer Vorrichtung 1B zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf 6 beschrieben. 6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Betriebs der Vorrichtung 1B zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen zeigt. Der obere Teil von 6 zeigt das Spannungsprofil der von der Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6 erzeugten Gate-Spannung Vgb, und der untere Teil von 6 zeigt den Strom I2 des zweiten Halbleiterschalters 3b. In 5 repräsentiert die horizontale Achse die Zeit t.Next, an example of the operation of an apparatus 1B for switching between electric power sources according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 6 described. 6 is a diagram showing an example of the operation of the device 1B for switching between electric power sources. The upper part of 6 shows the voltage profile of the gate voltage Vgb generated by the gate voltage control circuit 6, and the lower part of 6 shows the current I2 of the second semiconductor switch 3b. In 5 the horizontal axis represents time t.

Zuerst erhöht die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6 die Gate-Spannung Vgb nach dem Wechsel der elektrischen Stromquelle von einem niedrigen Pegel auf die Zwischenspannung Vm, die wie vorstehend beschrieben bestimmt wird. Die Haltezeit Tm bei der Zwischenspannung Vm wird durch die nachstehende Gleichung (3) entsprechend dem elektrischen Ersatzwiderstand Rs und der Ersatzkapazität C der Lastvorrichtungen 4 und dem Source-Drain-Widerstand Rsd des Feldeffekttransistors bestimmt.

[Gleichung 3] T m = k   C ( R s + R s d )

Figure DE112023002637T5_0003
First, the gate voltage control circuit 6 increases the gate voltage Vgb after the electric power source changes from a low level to the intermediate voltage Vm determined as described above. The holding time Tm at the intermediate voltage Vm is determined by the following equation (3) according to the equivalent electrical resistance Rs and the equivalent capacitance C of the load devices 4 and the source-drain resistance Rsd of the field-effect transistor.

[Equation 3] T m = k   C ( R s + R s d )
Figure DE112023002637T5_0003

in Gleichung (3) ist „k“ eine Konstante. Wenn die Gate-Spannung Vgb auf den hohen Pegel erhöht wird, nachdem die Gate-Spannung Vgb während eines Zeitraums der Haltezeit Tm im Zwischenzustand gehalten wurde, wird der zweite Halbleiterschalter 3b ganz eingeschaltet. Der Strom bei diesem Spannungsprofil ist I2, der erste Spitzenstrom fließt, wenn die Gate-Spannung Vgb auf die Zwischenspannung Vm geändert wird, und der zweite Spitzenstrom fließt, wenn die Gate-Spannung Vgb anschließend auf den hohen Pegel ansteigt. Die vorliegende Ausführungsform ist so ausgelegt, dass der Spitzenstrom entsprechend der Spannungsdifferenz Vd und den elektrischen Eigenschaften der Lastvorrichtungen 4 in den ersten Spitzenstrom und den zweiten Spitzenstrom dispergiert wird. Daher kann der Spitzenstrom geändert werden, ohne den zulässigen Strom zu überschreiten.In equation (3), "k" is a constant. When the gate voltage Vgb is increased to the high level after the gate voltage Vgb is maintained in the intermediate state for a period of the holding time Tm, the second semiconductor switch 3b is fully turned on. The current at this voltage profile is I2, the first peak current flows when the gate voltage Vgb is changed to the intermediate voltage Vm, and the second peak current flows when the gate voltage Vgb subsequently rises to the high level. The present embodiment is designed so that the peak current is dispersed into the first peak current and the second peak current according to the voltage difference Vd and the electrical characteristics of the load devices 4. Therefore, the peak current can be changed without exceeding the allowable current.

Beim vorstehend beschriebenen Beispiel gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Haltezeit Tm anhand des elektrischen Ersatzwiderstands und der Ersatzkapazität in der vorstehend beschriebenen Weise bestimmt. Die Haltezeit Tm kann jedoch durch Multiplizieren der Zeitkonstante (= C (Rs + Rsd)) in Gleichung (3) mit einem vorbestimmten Koeffizienten k optimiert werden. Das heißt, dass die Anstiegskurve (Anstiegsgeschwindigkeit) der Gate-Spannung Vgb bei Bedarf durch den Wert von k variiert werden kann, um die Haltezeit Tm zu ändern. Falls der zweite Spitzenwert des Stroms I2 beispielsweise einen Spielraum für den zulässigen Strom hat, kann k < 1 gesetzt werden, so dass die Haltezeit Tm kürzer als die Zeitkonstante ist, und falls der zweite Spitzenwert des Stroms I2 keinen Spielraum für den zulässigen Strom hat, kann k > 1 gesetzt werden, so dass die Haltezeit Tm länger als die Zeitkonstante ist. Anders ausgedrückt, kann die Gate-Spannung Vgb durch die Verwendung der Haltezeit Tm und des Source-Drain-Widerstands Rsd des Feldeffekttransistors M des zweiten Halbleiterschalters 3b als Parameter optimiert werden.In the above-described example according to the present embodiment, the holding time Tm is determined from the equivalent electrical resistance and the equivalent capacitance in the manner described above. However, the holding time Tm can be optimized by multiplying the time constant (= C (Rs + Rsd)) in equation (3) by a predetermined coefficient k. That is, the rising curve (rise rate) of the gate voltage Vgb can be varied as needed by the value of k to change the holding time Tm. For example, if the second peak value of the current I2 has a margin for the allowable current, k < 1 can be set so that the holding time Tm is shorter than the time constant, and if the second peak value of the current I2 has no margin for the allowable current, k > 1 can be set so that the holding time Tm is longer than the time constant. In other words, the gate voltage Vgb can be optimized by using the hold time Tm and the source-drain resistance Rsd of the field-effect transistor M of the second semiconductor switch 3b as parameters.

Ferner hat die im Zwischenzustand gehaltene Gate-Spannung Vgb (Zwischenspannung Vm) beim vorstehend beschriebenen Beispiel der vorliegenden Ausführungsform einen einzigen Wert. Alternativ können jedoch mehrere Spannungswerte festgelegt werden, um die Gate-Spannung Vgb in zwei oder mehr Schritten zu erhöhen. Diese Spannungsprofile sind Entwurfsparameter und werden beispielsweise entsprechend den Lastvorrichtungen 4 und den Eigenschaften der Halbleiterschalter 3 geeignet festgelegt.Furthermore, in the above-described example of the present embodiment, the gate voltage Vgb (intermediate voltage Vm) maintained in the intermediate state has a single value. Alternatively, however, multiple voltage values may be set to increase the gate voltage Vgb in two or more steps. These voltage profiles are design parameters and are appropriately set according to, for example, the load devices 4 and the characteristics of the semiconductor switches 3.

Wie vorstehend beschrieben, ist die Schaltersteuervorrichtung (Schaltersteuervorrichtung 5A) gemäß der zweiten Ausführungsform dafür ausgelegt, die Haltezeit Tm des Zwischenzustands entsprechend der Spannungsdifferenz Vd zwischen den von der ersten Stromversorgungsquelle 2a und der zweiten Stromversorgungsquelle 2b ausgegebenen Spannungen und den die elektrischen Eigenschaften der Lastvorrichtungen 4a bis 4c repräsentierenden Informationen (Lastinformationen 8A) zu ändern.As described above, the switch control device (switch control device 5A) according to the second embodiment is configured to change the holding time Tm of the intermediate state according to the voltage difference Vd between the voltages output from the first power source 2a and the second power source 2b and the information representing the electrical characteristics of the load devices 4a to 4c (load information 8A).

Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform legt die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6 das Spannungsprofil der Gate-Spannung der Halbleiterschalter 3 entsprechend den Informationen in Bezug auf die Lastvorrichtungen 4 (Lastinformationen 8A) zusätzlich zur Spannungsdifferenz Vd fest. Selbst wenn sich der Einschaltstrom während des Wechsels der elektrischen Stromquelle infolge des Hinzufügens oder Aktualisierens einer Lastvorrichtung 4 ändert, ermöglicht die vorstehend beschriebene Konfiguration das Verhindern eines Ausfalls und einer Verschlechterung der Halbleiterschalter 3, welche durch den Einschaltstrom auftreten könnten, wenn sich die Lastinformationen ändern. Anders ausgedrückt kann Änderungen der Lastvorrichtungen 4 Rechnung getragen werden, ohne die Halbleiterschalter 3 auszutauschen. Falls beispielsweise die Anzahl der angeschlossenen Lasten oder der Stromkapazität infolge einer späteren Hinzufügung geändert wird, können solche Änderungen durch eine Softwaremodifikation behandelt werden, ohne dass die Halbleiterschalter 3 ausgetauscht werden müssten.In the above-described configuration of the present embodiment, the gate voltage control circuit 6 sets the voltage profile of the gate voltage of the semiconductor switches 3 according to the information relating to the load devices 4 (load information 8A) in addition to the voltage difference Vd. Even if the inrush current changes during the change of the electric power source due to the addition or update of a load device 4, the above-described configuration makes it possible to prevent failure and deterioration of the semiconductor switches 3, which might occur due to the inrush current when the load information changes. In other words, changes in the load devices 4 can be accommodated without replacing the semiconductor switches 3. For example, if the number of connected loads or the current capacity is changed as a result of a later addition, such changes can be handled by a software modification without having to replace the semiconductor switches 3.

In der vorstehenden Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform sind der elektrische Ersatzwiderstand und die Ersatzkapazität der Lastvorrichtungen 4 als Lastinformationen 8A angegeben. Die Lastinformationen 8A sind jedoch nicht auf diesen elektrischen Ersatzwiderstand und diese Ersatzkapazität beschränkt. Beispielsweise können die Zwischenspannung Vm und die Haltezeit Tm anhand der Eigenschaften des durch den Halbleiterschalter 3 fließenden Einschaltstroms vorbestimmt werden und als Lastinformationen 8A in einem Speicher gespeichert werden. Das heißt, dass die vorteilhaften Wirkungen der vorliegenden Erfindung erhalten werden können, solange durch die Lastinformationen 8A die Parameter (Tm, Vm), die das Spannungsprofil der Gate-Spannung abhängig von den elektrischen Eigenschaften der angeschlossenen Lastvorrichtungen 4 bestimmen, geeignet geändert werden können und das Spannungsprofil der Gate-Spannung und die Haltezeit des Zwischenzustands geändert werden können.In the above description of the present embodiment, the equivalent electrical resistance and equivalent capacitance of the load devices 4 are indicated as load information 8A. However, the load information 8A is not limited to this equivalent electrical resistance and equivalent capacitance. For example, the intermediate voltage Vm and the holding time Tm may be predetermined based on the characteristics of the inrush current flowing through the semiconductor switch 3 and stored in a memory as load information 8A. That is, the advantageous effects of the present invention can be obtained as long as the load information 8A can appropriately change the parameters (Tm, Vm) that determine the voltage profile of the gate voltage depending on the electrical characteristics of the connected load devices 4, and the voltage profile of the gate voltage and the holding time of the intermediate state can be changed.

<Dritte Ausführungsform><Third Embodiment>

Als nächstes wird die Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß einer dritten Ausführungsform beschrieben. Die dritte Ausführungsform ist ein Beispiel, bei dem die Gate-Spannung der Halbleiterschalter 3 entsprechend den die elektrischen Eigenschaften einer aktivierten der Lastvorrichtungen 4 repräsentierenden Informationen gesteuert wird.Next, the device for switching between electric power sources according to a third embodiment will be described. The third embodiment is an example in which the gate voltage of the semiconductor switches 3 is controlled according to the information representing the electrical characteristics of an activated one of the load devices 4.

Die Konfiguration der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird mit Bezug auf 7 beschrieben.The configuration of the apparatus for switching between electric power sources according to the present embodiment will be described with reference to 7 described.

7 ist ein Diagramm eines Beispiels der Konfiguration der Vorrichtung 1B zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Vorrichtung 1B zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen ist im Wesentlichen so konfiguriert wie die Vorrichtung 1A zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der zweiten Ausführungsform, und die folgende Beschreibung der Vorrichtung 1B zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen konzentriert sich auf die Unterschiede gegenüber der zweiten Ausführungsform. 7 1B is a diagram showing an example of the configuration of the electric power source switching device 1B according to the present embodiment. The electric power source switching device 1B is configured substantially the same as the electric power source switching device 1A according to the second embodiment, and the following description of the electric power source switching device 1B focuses on the differences from the second embodiment.

Die Vorrichtung 1B zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen weist anstelle der Schaltersteuervorrichtung 5A der Vorrichtung 1 zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der zweiten Ausführungsform eine Schaltersteuervorrichtung 5B auf. Das heißt, dass die Vorrichtung 1B zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen den ersten Halbleiterschalter 3a, den zweiten Halbleiterschalter 3b und die Schaltersteuervorrichtung 5B aufweist. Die Schaltersteuervorrichtung 5B weist den Spannungsvergleicher 7, eine Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6B und die Lastinformationen 8A auf.The electric power switching device 1B includes a switch control device 5B instead of the switch control device 5A of the electric power switching device 1 according to the second embodiment. That is, the electric power switching device 1B includes the first semiconductor switch 3a, the second semiconductor switch 3b, and the switch control device 5B. The switch control device 5B includes the voltage comparator 7, a gate voltage control circuit 6B, and the load information 8A.

Zusätzlich zu den in der zweiten Ausführungsform enthaltenen Komponenten weist die vorliegende Ausführungsform Lastschalter 9a bis 9c und eine Lastschalter-Steuervorrichtung 10 auf. Die Lastschalter 9a bis 9c befinden sich an den Versorgungsleitungen der Lastvorrichtungen 4a bis 4c. Die Lastschalter-Steuervorrichtung 10 steuert das Aktivieren/Deaktivieren der Lastschalter 9a bis 9c entsprechend äußeren Befehlen. Die Lastschalter-Steuervorrichtung 10 kann in die Steuereinrichtung 111 der in 1 dargestellten Fahrzeugsteuervorrichtung 110 eingebaut sein. Die äußeren Befehle spezifizieren, ob die angeschlossenen Lastvorrichtungen 4a bis 4c jeweils angesteuert werden sollen oder nicht.In addition to the components included in the second embodiment, the present embodiment includes load switches 9a to 9c and a load switch control device 10. The load switches 9a to 9c are located on the supply lines of the load devices 4a to 4c. The load switch control device 10 controls the activation/deactivation of the load switches 9a to 9c according to external commands. The load switch control device 10 can be integrated into the control device 111 of the 1 The vehicle control device 110 shown may be installed. The external commands specify whether the connected load devices 4a to 4c are to be controlled or not.

Die Schaltersteuervorrichtung 5B empfängt einen Lastschalter-Änderungsbefehl, der von einer elektronischen Steuereinheit (ECU) eines Leistungsmanagementsystems eingegeben wird. Wenn beispielsweise Fehler (oder Anzeichen von Fehlern) in der Lastvorrichtung 4 erkannt werden, werden die Lastschalter 9a bis 9c geschaltet, um die Verwendung der Lastvorrichtungen 4 zu unterbrechen oder ihre Funktionen einzuschränken.The switch control device 5B receives a load switch change command input from an electronic control unit (ECU) of a power management system. For example, when faults (or indications of faults) are detected in the load device 4, the load switches 9a to 9c are switched to interrupt the use of the load devices 4 or restrict their functions.

Als Lastschalter können einen Feldeffekttransistor aufweisende Halbleiterschalter oder mechanische Schalter in der Art von Relais verwendet werden. Die Stromversorgung der Lastvorrichtungen 4a bis 4c wird durch die Lastschalter 9a bis 9c gesteuert. In der folgenden Beschreibung werden die Lastschalter 9a bis 9c, wenn es nicht erforderlich ist, zwischen ihnen zu unterscheiden, als „Lastschalter 9“ bezeichnet.Semiconductor switches comprising a field-effect transistor or mechanical switches such as relays can be used as load switches. The power supply to the load devices 4a to 4c is controlled by the load switches 9a to 9c. In the following description, the load switches 9a to 9c are referred to as "load switch 9" unless it is necessary to distinguish between them.

Die Lastinformationen 8A beruhen auf dem elektrischen Ersatzwiderstand und der Ersatzkapazität der Lastvorrichtungen 4a bis 4c. Die Lastinformationen 8A gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden jedoch entsprechend Schaltinformationen in Bezug auf die Lastschalter 9a bis 9c („Schalterinformationen“ in 7), die von der Lastschalter-Steuervorrichtung 10 übertragen werden, nämlich Informationen in Bezug auf die aktivierten Lastvorrichtungen 4a bis 4c, die mit der Stromversorgungsleitung verbunden sind, aktualisiert.The load information 8A is based on the equivalent electrical resistance and the equivalent capacitance of the load devices 4a to 4c. However, the load information 8A according to the present embodiment is generated according to switching information related to the load switches 9a to 9c (“switch information” in 7 ) transmitted from the load switch control device 10, namely information relating to the activated load devices 4a to 4c connected to the power supply line.

Alternativ können die Lastinformationen 8A Informationen enthalten, welche die elektrischen Eigenschaften aller Lastvorrichtungen 4a bis 4c repräsentieren, und die Lastinformationen 8A können auf der Grundlage der Schalterinformationen entsprechend den elektrischen Eigenschaften einer angesteuerten Lastvorrichtung 4 (den elektrischen Eigenschaften des Ersatzschaltungsmodells) aktualisiert und in einem Speicher gespeichert werden.Alternatively, the load information 8A may include information representing the electrical characteristics of all load devices 4a to 4c, and the load information 8A may be updated and stored in a memory based on the switch information corresponding to the electrical characteristics of a driven load device 4 (the electrical characteristics of the equivalent circuit model).

Die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6B hat die gleiche Funktion wie die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6A gemäß der zweiten Ausführungsform. Die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6B greift auf den Speicher zu, in dem die Lastinformationen 8A gespeichert sind, und erzeugt die Gate-Spannungen Vga, Vgb ebenso wie gemäß der zweiten Ausführungsform.The gate voltage control circuit 6B has the same function as the gate voltage control circuit 6A according to the second embodiment. The gate voltage control circuit 6B accesses the memory in which the load information 8A is stored and generates the gate voltages Vga, Vgb in the same way as in the second embodiment.

Ferner kann die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6B in einem Fall, in dem Informationen in Bezug auf die elektrischen Eigenschaften der Lastvorrichtungen 4a bis 4c in die Lastinformationen 8A aufgenommen wurden, entsprechend den Schalterinformationen nur Informationen in Bezug auf die elektrischen Eigenschaften einer aktivierten Lastvorrichtung 4 aus den Lastinformationen 8A extrahieren und eine Gate-Spannung auf der Grundlage der extrahierten Informationen in Bezug auf die elektrischen Eigenschaften der aktivierten Lastvorrichtung 4 erzeugen. Die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6B kann die Schalterinformationen vor dem Wechsel der elektrischen Stromquelle durch periodisches Kommunizieren mit der Lastschalter-Steuervorrichtung 10 erhalten. Beispielsweise ist in 7 nur der Lastschalter 9a aktiviert und ist die Lastvorrichtung 4a an die Versorgungsleitung angeschlossenen und wird dadurch angesteuert. Die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6B erzeugt eine Gate-Spannung entsprechend den Lastinformationen 8A auf der Grundlage der elektrischen Eigenschaften der Lastvorrichtung 4a.Furthermore, in a case where information regarding the electrical characteristics of the load devices 4a to 4c has been included in the load information 8A, the gate voltage control circuit 6B can extract only information regarding the electrical characteristics of an activated load device 4 from the load information 8A according to the switch information and generate a gate voltage based on the extracted information regarding the electrical characteristics of the activated load device 4. The gate voltage control circuit 6B can obtain the switch information before changing the electric power source by periodically communicating with the load switch control device 10. For example, in 7 Only the load switch 9a is activated, and the load device 4a is connected to the supply line and is thereby driven. The gate voltage control circuit 6B generates a gate voltage corresponding to the load information 8A based on the electrical characteristics of the load device 4a.

Der während des Wechsels der elektrischen Stromquelle durch die Halbleiterschalter 3 fließende Einschaltstrom wird durch eine gegenwärtig angesteuerte Lastvorrichtung 4 bestimmt. Daher ermöglicht es die vorliegende Ausführungsform, den beim Wechsel der elektrischen Stromquelle durch die Halbleiterschalter 3 fließenden Einschaltstrom genauer zu schätzen und eine optimale Gate-Spannung zu erzeugen.The inrush current flowing through the semiconductor switches 3 during the switching of the electric power source is determined by a currently driven load device 4. Therefore, the present embodiment makes it possible to more accurately estimate the inrush current flowing through the semiconductor switches 3 during the switching of the electric power source and to generate an optimal gate voltage.

Ferner kann die Schaltersteuervorrichtung 5B vor dem Wechsel von einer Stromversorgungsquelle zur anderen die Stromversorgung zu einer der Lastvorrichtungen 4a bis 4c unterbrechen und die Haltezeit Tm des Zwischenzustands entsprechend die elektrischen Eigenschaften (beispielsweise den elektrischen Ersatzwiderstand und die Ersatzkapazität) einer aktivierten der Lastvorrichtungen 4 repräsentierenden Informationen ändern. Beispielsweise können mehrere Lastvorrichtungen 4 vorab als kritische Vorrichtungen und nicht kritische Vorrichtungen klassifiziert werden und können die nicht kritischen Vorrichtungen während des Wechsels der elektrischen Stromquelle abgeschaltet werden. Dies ermöglicht das Verringern der Anzahl der während des Wechsels der elektrischen Stromquelle angeschlossenen Lastvorrichtungen 4 und das Verringern des beim Wechsel der elektrischen Stromquelle durch die Halbleiterschalter 3 fließenden Einschaltstroms. Beispielsweise sind die kritischen Vorrichtungen Bremsleuchten, Frontscheinwerfer, Scheibenwischer und andere für das sichere Fahren von Kraftfahrzeugen wichtige Lastvorrichtungen. Nicht kritische Vorrichtungen sind Audiovorrichtungen, Klimaanlagen, elektrisch betriebene Fenster und andere Lastvorrichtungen, die das sichere Fahren von Kraftfahrzeugen nicht beeinträchtigen, falls sie vorübergehend deaktiviert werden.Furthermore, before switching from one power source to another, the switch control device 5B can interrupt the power supply to one of the load devices 4a to 4c and change the intermediate state holding time Tm according to information representing the electrical characteristics (e.g., equivalent electrical resistance and equivalent capacitance) of an activated load device 4. For example, multiple load devices 4 can be classified in advance as critical devices and non-critical devices, and the non-critical devices can be turned off during the electric power source switch. This makes it possible to reduce the number of load devices 4 connected during the electric power source switch and to reduce the inrush current flowing through the semiconductor switches 3 during the electric power source switch. For example, the critical devices are brake lights, headlights, windshield wipers, and other load devices important for the safe driving of motor vehicles. Non-critical devices are audio devices, air conditioners, power windows, and other load devices that do not affect the safe driving of motor vehicles if they are temporarily deactivated.

Nach dem Wechsel der elektrischen Stromquelle führt die Lastschalter-Steuervorrichtung 10 den Lastvorrichtungen 4, deren Stromzufuhr unterbrochen wurde, elektrischen Strom zu. Im vorstehenden Fall aktiviert die Lastschalter-Steuervorrichtung 10 die an die Lastvorrichtungen 4, deren Stromzufuhr unterbrochen wurde, angeschlossenen Lastschalter 9, ohne dass der zulässige Strom der Halbleiterschalter 3 überschritten wird, und treibt die Lastvorrichtungen 4 auf diese Weise an. Beispielsweise treibt die Lastschalter-Steuervorrichtung 10 mehrere angehaltene Lastvorrichtungen 4 nacheinander an, statt sie gleichzeitig anzutreiben. Alternativ kann die Lastschalter-Steuervorrichtung 10 verhindern, dass Lastvorrichtungen 4 mit hohen Einschaltströmen (Ersatzkapazitäten) gleichzeitig aktiviert werden, um zu verhindern, dass der zulässige Strom der Halbleiterschalter 3 überschritten wird. Umgekehrt kann die Stromversorgung mehrerer Lastvorrichtungen 4 gleichzeitig eingeleitet werden, solange der zulässige Strom der Halbleiterschalter 3 nicht überschritten wird.After switching the electric power source, the load switch control device 10 supplies electric power to the load devices 4 whose power supply has been interrupted. In the above case, the load switch control device 10 activates the load switches 9 connected to the load devices 4 whose power supply has been interrupted without exceeding the allowable current of the semiconductor switches 3, and thus drives the load devices 4. For example, the load switch control device 10 drives multiple stopped load devices 4 sequentially instead of driving them simultaneously. Alternatively, the load switch control device 10 may prevent load devices 4 with high inrush currents (equivalent capacities) from being activated simultaneously to prevent the allowable current of the semiconductor switches 3 from being exceeded. Conversely, power can be supplied to multiple load devices 4 simultaneously as long as the allowable current of the semiconductor switches 3 is not exceeded.

Wie vorstehend beschrieben, ist die Schaltersteuervorrichtung (Schaltersteuervorrichtung 5B) gemäß der dritten Ausführungsform dafür ausgelegt, die Haltezeit Tm des Zwischenzustands entsprechend die elektrischen Eigenschaften einer aktivierten der mehreren Lastvorrichtungen 4a bis 4c repräsentierenden Informationen (Lastinformationen 8A) zu ändern.As described above, the switch control device (switch control device 5B) according to the third embodiment is configured to change the holding time Tm of the intermediate state according to information (load information 8A) representing the electrical characteristics of an activated one of the plurality of load devices 4a to 4c.

Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform wird die Haltezeit des Zwischenzustands eines Halbleiterschalters, der an die Stromversorgungsquelle angeschlossen ist, die nach dem Schalten elektrischen Strom zuführt, entsprechend der Spannungsdifferenz zwischen den Ausgangsspannungen der ersten Stromversorgungsquelle und der zweiten Stromversorgungsquelle und der angeschlossenen Lastvorrichtung geändert. Dadurch kann selbst in einem Fall, in dem die Ausgangsspannungsdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle variiert, verhindert werden, dass die Leistungsschalter durch einen Überstrom beschädigt werden und kann die Stromversorgungsquelle problemlos gewechselt werden, ohne die Stromversorgung zu unterbrechen. Zusätzlich können die Kosten der Halbleiterschalter verringert werden, weil es nicht erforderlich ist, einen Entwurf unter den im schlimmsten Fall auftretenden Bedingungen der Stromkapazität einer mit der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen verbundenen Lastvorrichtung zu erzeugen.In the above-described configuration of the present embodiment, the holding time of the intermediate state of a semiconductor switch connected to the power source that supplies electric current after switching is adjusted according to the voltage difference The difference between the output voltages of the first power supply and the second power supply and the connected load device is changed. This prevents the power switches from being damaged by overcurrent even when the output voltage difference between the first and second power supply sources varies, and the power supply source can be easily changed without interrupting the power supply. In addition, the cost of the semiconductor switches can be reduced because it is not necessary to design under the worst-case current capacity conditions of a load device connected to the device for switching between electrical power sources.

<Vierte Ausführungsform><Fourth Embodiment>

Als nächstes wird die Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß einer vierten Ausführungsform beschrieben. Die vierte Ausführungsform ist ein Beispiel, das ausgelegt ist, um zu verhindern, dass ein Rückstrom von den Lastvorrichtungen 4 zur ersten Stromversorgungsquelle 2a und zur zweiten Stromversorgungsquelle 2b fließt, und zu verhindern, dass ein Durchgangsstrom zwischen der ersten Stromversorgungsquelle 2a und der zweiten Stromversorgungsquelle 2b fließt.Next, the device for switching between electric power sources according to a fourth embodiment will be described. The fourth embodiment is an example configured to prevent reverse current from flowing from the load devices 4 to the first power source 2a and the second power source 2b, and to prevent through current from flowing between the first power source 2a and the second power source 2b.

Zuerst wird die Konfiguration der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf 8 beschrieben.First, the configuration of the apparatus for switching between electric power sources according to the present embodiment will be described with reference to 8 described.

8 ist ein Diagramm eines Beispiels der Konfiguration einer Vorrichtung 1C zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Vorrichtung 1C zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen ist im Wesentlichen so konfiguriert wie die Vorrichtung 1A zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der zweiten Ausführungsform, und die folgende Beschreibung der Vorrichtung 1C zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen konzentriert sich auf die Unterschiede gegenüber der zweiten Ausführungsform. Der größte Unterschied zwischen der Vorrichtung 1C zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen und der Vorrichtung 1A zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der zweiten Ausführungsform besteht darin, dass die Vorrichtung 1C zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen anstelle des ersten Halbleiterschalters 3a und des zweiten Halbleiterschalters 3b einen ersten Halbleiterschalter 3c und einen zweiten Halbleiterschalter 3d aufweist. 8 1C is a diagram showing an example of the configuration of an electric power source switching device 1C according to the present embodiment. The electric power source switching device 1C is configured substantially the same as the electric power source switching device 1A according to the second embodiment, and the following description of the electric power source switching device 1C focuses on differences from the second embodiment. The biggest difference between the electric power source switching device 1C and the electric power source switching device 1A according to the second embodiment is that the electric power source switching device 1C includes a first semiconductor switch 3c and a second semiconductor switch 3d instead of the first semiconductor switch 3a and the second semiconductor switch 3b.

Die Vorrichtung 1C zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen weist den ersten Halbleiterschalter 3c, den zweiten Halbleiterschalter 3d und eine Schaltersteuervorrichtung 5C auf. Der elektrische Strom von der ersten Stromversorgungsquelle 2a wird mehreren Lastvorrichtungen 4a bis 4c durch den ersten Halbleiterschalter 3c zugeführt. Der erste Halbleiterschalter 3c weist mehrere Feldeffekttransistoren M1, M2 auf, die in Reihe geschaltet sind, so dass ihre Body-Dioden in entgegengesetzte Richtungen weisen.The device 1C for switching between electric power sources includes the first semiconductor switch 3c, the second semiconductor switch 3d, and a switch control device 5C. The electric power from the first power source 2a is supplied to a plurality of load devices 4a to 4c through the first semiconductor switch 3c. The first semiconductor switch 3c includes a plurality of field-effect transistors M1, M2 connected in series so that their body diodes point in opposite directions.

Der elektrische Strom von der zweiten Stromversorgungsquelle 2b wird mehreren Lastvorrichtungen 4a bis 4c durch den zweiten Halbleiterschalter 3d zugeführt. Der zweite Halbleiterschalter 3d weist mehrere Feldeffekttransistoren M3, M4 auf, die in Reihe geschaltet sind, so dass ihre Body-Dioden in entgegengesetzte Richtungen weisen.The electric current from the second power source 2b is supplied to a plurality of load devices 4a to 4c through the second semiconductor switch 3d. The second semiconductor switch 3d includes a plurality of field-effect transistors M3, M4 connected in series so that their body diodes point in opposite directions.

Die Schaltersteuervorrichtung 5C schaltet die Stromversorgung durch Ausgeben von Steuersignalen (Gate-Spannungen) an die Feldeffekttransistoren M1, M2 des ersten Halbleiterschalters 3c und die Feldeffekttransistoren M3, M4 des zweiten Halbleiterschalters 3d. Die Schaltersteuervorrichtung 5C weist den Spannungsvergleicher 7, eine Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6C und die Lastinformationen 8A auf.The switch control device 5C switches the power supply by outputting control signals (gate voltages) to the field-effect transistors M1, M2 of the first semiconductor switch 3c and the field-effect transistors M3, M4 of the second semiconductor switch 3d. The switch control device 5C includes the voltage comparator 7, a gate voltage control circuit 6C, and the load information 8A.

Entsprechend der Spannungsdifferenz Vd zwischen den Ausgangsspannungen der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle 2a, 2b, die durch den Spannungsvergleicher 7 erfasst wird, erzeugt die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6C eine Gate-Spannung Vga1 des Feldeffekttransistors M1, wobei es sich um den ersten Halbleiterschalter 3c handelt, und eine Gate-Spannung Vga2 des Feldeffekttransistors M2 und gibt diese aus. Entsprechend der Spannungsdifferenz Vd erzeugt die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6C eine Gate-Spannung Vgb1 des als zweiter Halbleiterschalter 3d verwendeten Feldeffekttransistors M3 und eine Gate-Spannung Vgb2 des Feldeffekttransistors M4 und gibt diese aus.According to the voltage difference Vd between the output voltages of the first and second power sources 2a, 2b, which is detected by the voltage comparator 7, the gate voltage control circuit 6C generates and outputs a gate voltage Vga1 of the field-effect transistor M1, which is the first semiconductor switch 3c, and a gate voltage Vga2 of the field-effect transistor M2. According to the voltage difference Vd, the gate voltage control circuit 6C generates and outputs a gate voltage Vgb1 of the field-effect transistor M3 used as the second semiconductor switch 3d and a gate voltage Vgb2 of the field-effect transistor M4.

Überdies kann die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6C die Gate-Spannungen Vga1, Vga2 und die Gate-Spannungen Vgb1, Vgb2 entsprechend den Lastinformationen 8A auf der Grundlage des elektrischen Ersatzwiderstands und der Ersatzkapazität der Lastvorrichtungen 4a bis 4c zusätzlich zur Spannungsdifferenz Vd erzeugen und ausgeben.Moreover, the gate voltage control circuit 6C can generate and output the gate voltages Vga1, Vga2 and the gate voltages Vgb1, Vgb2 according to the load information 8A based on the equivalent electrical resistance and the equivalent capacitance of the load devices 4a to 4c in addition to the voltage difference Vd.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind, wie in 8 gezeigt, zwei Feldeffekttransistoren sowohl im ersten als auch im zweiten Halbleiterschalter 3c, 3d Rücken an Rücken verbunden. Die Rücken-an-Rücken-Verbindung ist eine Verbindungskonfiguration, in der die Body-Dioden von zwei Feldeffekttransistoren einander gegenüberstehend in Reihe geschaltet sind. Dies ermöglicht es, einen Rückstrom von den Lastvorrichtungen 4 zur ersten und zweiten Stromversorgungsquelle 2a, 2b zu blockieren und zu verhindern, dass ein Durchgangsstrom in der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle 2a, 2b fließt.According to the present embodiment, as shown in 8 As shown, two field-effect transistors in both the first and second semiconductor switches 3c, 3d are connected back-to-back. The back-to-back connection is a connection configuration in which the body diodes of two field-effect transistors are connected in series opposite each other. This allows to block a reverse current from the load devices 4 to the first and second power supply sources 2a, 2b and to prevent a through current from flowing in the first and second power supply sources 2a, 2b.

Als nächstes wird ein Beispiel des Betriebs der Vorrichtung 1C zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf 9 beschrieben. Next, an example of the operation of the electric power source switching device 1C according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 9 described.

9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von Gate-Spannungen Vga1, Vga2, Vgb1, Vgb2 zeigt, die als Beispiel des Betriebs der Vorrichtung 1C zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen von der Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6C erzeugt werden. Der obere Teil von 9 zeigt ein Spannungsprofil der Gate-Spannungen Vga1, Vga2 während des Schaltens von der ersten Stromversorgungsquelle 2a zur zweiten Stromversorgungsquelle 2b, der mittlere Teil von 9 zeigt ein Spannungsprofil der Gate-Spannungen Vgb1 und Vgb2, und der untere Teil von 9 zeigt einen durch den zweiten Halbleiterschalter 3d fließenden Strom I2. In 9 repräsentiert die horizontale Achse die Zeit t. 9 is a diagram showing an example of gate voltages Vga1, Vga2, Vgb1, Vgb2 generated by the gate voltage control circuit 6C as an example of the operation of the electric power source switching device 1C. The upper part of 9 shows a voltage profile of the gate voltages Vga1, Vga2 during switching from the first power supply source 2a to the second power supply source 2b, the middle part of 9 shows a voltage profile of the gate voltages Vgb1 and Vgb2, and the lower part of 9 shows a current I2 flowing through the second semiconductor switch 3d. In 9 the horizontal axis represents time t.

Wie im Fall der ersten Ausführungsform wird in der folgenden Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform angenommen, dass die Spannung Va der ersten Stromversorgungsquelle 2a 13 V ist und dass die Spannung Vb der zweiten Stromversorgungsquelle 2b 14 V ist, und sie bezieht sich auf ein Beispiel, bei dem die Stromversorgungsquelle von der ersten Stromversorgungsquelle 2a, die eine niedrige Ausgangsspannung erzeugt, zur zweiten Stromversorgungsquelle 2b, die eine hohe Ausgangsspannung erzeugt, geschaltet wird.As in the case of the first embodiment, in the following description of the present embodiment, it is assumed that the voltage Va of the first power supply source 2a is 13 V and that the voltage Vb of the second power supply source 2b is 14 V, and it refers to an example in which the power supply source is switched from the first power supply source 2a, which generates a low output voltage, to the second power supply source 2b, which generates a high output voltage.

Wie in 9 dargestellt ist, liegen die Gate-Spannungen Vga1 und Vga2 des ersten Halbleiterschalters 3c auf einem hohen Pegel und liegen die Gate-Spannungen Vgb1 und Vgb2 des zweiten Halbleiterschalters 3d auf einem niedrigen Pegel, wenn elektrischer Strom von der ersten Stromversorgungsquelle 2a den Lastvorrichtungen 4a bis 4c (der ersten Stromversorgung S1) zugeführt wird.As in 9 As shown, when electric power is supplied from the first power supply source 2a to the load devices 4a to 4c (the first power supply S1), the gate voltages Vga1 and Vga2 of the first semiconductor switch 3c are at a high level and the gate voltages Vgb1 and Vgb2 of the second semiconductor switch 3d are at a low level.

Wenn die Stromversorgungsquelle vom Zustand der ersten Stromversorgung S1 zur zweiten Stromversorgungsquelle 2b zu schalten ist, legt die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6C die Gate-Spannungen Vga1, Vga2 des ersten Halbleiterschalters 3c zuerst auf den niedrigen Pegel.When the power supply source is to be switched from the state of the first power supply S1 to the second power supply source 2b, the gate voltage control circuit 6C first sets the gate voltages Vga1, Vga2 of the first semiconductor switch 3c to the low level.

Im vorstehenden Fall erhöht die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6C die Gate-Spannung Vgb1 des zweiten Halbleiterschalters 3d unmittelbar bevor die Gate-Spannungen Vga1, Vga2 den niedrigen Pegel erreichen, auf die Zwischenspannung Vm. Wie im mittleren Teil von 9 dargestellt ist, ist die vorliegende Ausführungsform ausgelegt, einen Überlappungszeitraum Po bereitzustellen, in dem die Gate-Spannung Vga1 und die Gate-Spannung Vgb1 gleichzeitig höher als der niedrige Pegel sind. Wenn während des Überlappungszeitraums Po von einer Stromversorgungsquelle zur anderen geschaltet wird, übt die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6C der Schaltersteuervorrichtung 5C eine Steuerung aus, bei der der Feldeffekttransistor (beispielsweise der Feldeffekttransistor M3), der sich auf die Stromversorgung von der anderen Stromversorgungsquelle bezieht, in den Zwischenzustand versetzt wird, bevor die Stromversorgung von der einen Stromversorgungsquelle unterbrochen wird. Die vorteilhafte Wirkung des Überlappungszeitraums wird später beschrieben. Die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6C hält die Gate-Spannung Vgb1 während des Haltezeitraums Tm auf der Zwischenspannung Vm (Zwischenzustand S2).In the above case, the gate voltage control circuit 6C increases the gate voltage Vgb1 of the second semiconductor switch 3d to the intermediate voltage Vm immediately before the gate voltages Vga1, Vga2 reach the low level. As shown in the middle part of 9 As shown, the present embodiment is configured to provide an overlap period Po in which the gate voltage Vga1 and the gate voltage Vgb1 are simultaneously higher than the low level. When switching from one power supply source to the other during the overlap period Po, the gate voltage control circuit 6C of the switch control device 5C exercises control in which the field effect transistor (for example, the field effect transistor M3) related to the power supply from the other power supply source is placed in the intermediate state before the power supply from the one power supply source is cut off. The advantageous effect of the overlap period will be described later. The gate voltage control circuit 6C maintains the gate voltage Vgb1 at the intermediate voltage Vm (intermediate state S2) during the hold period Tm.

Anschließend erhöht die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6C die Gate-Spannung Vgb1 von der Zwischenspannung Vm auf den hohen Pegel und dann die Gate-Spannung Vgb2 vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel. Dadurch wird die Stromversorgungsquelle ganz von der ersten Stromversorgungsquelle 2a zur zweiten Stromversorgungsquelle 2b (zweiten Stromversorgung S3) geschaltet.Subsequently, the gate voltage control circuit 6C increases the gate voltage Vgb1 from the intermediate voltage Vm to the high level, and then increases the gate voltage Vgb2 from the low level to the high level. This completely switches the power supply from the first power supply 2a to the second power supply 2b (second power supply S3).

Wie im Fall der ersten Ausführungsform wird die Haltezeit Tm entsprechend der Spannungsdifferenz Vd zwischen den von der ersten Stromversorgungsquelle 2a und der zweiten Stromversorgungsquelle 2b ausgegebenen Spannungen dynamisch festgelegt. Wenn die Spannungsdifferenz Vd zwischen den Ausgangsspannungen der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle 2a, 2b klein ist, wird die Haltezeit Tm verkürzt, und wenn die Spannungsdifferenz Vd groß ist, wird die Haltezeit Tm verlängert. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein Zustand, in dem die Gate-Spannung Vgb1 des zweiten Halbleiterschalters 3d des Feldeffekttransistors M3 zwischen dem niedrigen und dem hohen Pegel liegt, als „Zwischenzustand“ definiert.As in the first embodiment, the holding time Tm is dynamically set according to the voltage difference Vd between the voltages output from the first power supply 2a and the second power supply 2b. When the voltage difference Vd between the output voltages of the first and second power supplies 2a, 2b is small, the holding time Tm is shortened, and when the voltage difference Vd is large, the holding time Tm is lengthened. According to the present embodiment, a state in which the gate voltage Vgb1 of the second semiconductor switch 3d of the field-effect transistor M3 is between the low and high levels is defined as an "intermediate state."

Der Strom, der infolge der vorstehend beschriebenen Steuerung des Schaltens der Stromversorgung durch den zweiten Halbleiterschalter 3d fließt, ist im unteren Teil von 9 als Strom I2 dargestellt. Zur Zeit t0 beginnt die Gate-Spannung Vgb1 vom niedrigen Pegel aus anzusteigen. Der erste Spitzenstrom fließt, wenn die Gate-Spannung Vgb1 auf die Zwischenspannung Vm ansteigt (Zeit t1), und es fließt dann, nachdem der erste Spitzenstrom abgenommen hat, der zweite Spitzenstrom, wenn die Gate-Spannung Vgb1 auf den hohen Pegel ansteigt (Zeit t2). Anschließend fließt ein dritter Spitzenstrom, wenn die Gate-Spannung Vgb2 auf den hohen Pegel ansteigt (Zeit t3). Wenn die Gate-Spannungen Vgb1, Vgb2 beide auf dem hohen Pegel liegen (Zeit t4), wird die Stromversorgungsquelle ganz auf die zweite Stromversorgungsquelle 2b geschaltet.The current flowing through the second semiconductor switch 3d as a result of the above-described control of the switching of the power supply is in the lower part of 9 represented as current I2. At time t0, the gate voltage Vgb1 begins to rise from the low level. The first peak current flows when the gate voltage Vgb1 rises to the intermediate voltage Vm (time t1), and then, after the first peak current has decreased, the second peak current flows when the gate voltage Vgb1 rises to the high level (time t2). Subsequently, a third peak current flows when the gate voltage Vgb2 rises to the high level (time t3). When the gate voltage voltages Vgb1, Vgb2 are both at the high level (time t4), the power supply source is switched entirely to the second power supply source 2b.

Wie vorstehend beschrieben, stellt die Schaltersteuervorrichtung (Schaltersteuervorrichtung 5C) gemäß der vierten Ausführungsform den Zwischenzustand bereit, in dem der Feldeffekttransistor (beispielsweise der Feldeffekttransistor M3), dessen Body-Diode während des Schaltens von einer Stromversorgungsquelle zur anderen entgegengesetzt zur Richtung der Stromversorgung orientiert ist, im ungesättigten Zustand gehalten wird, und sie endet die Haltezeit des Zwischenzustands entsprechend der Spannungsdifferenz Vd zwischen den von der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle 2a, 2b ausgegebenen Spannungen.As described above, the switch control device (switch control device 5C) according to the fourth embodiment provides the intermediate state in which the field effect transistor (for example, the field effect transistor M3) whose body diode is oriented opposite to the direction of the power supply during switching from one power source to another is maintained in the unsaturated state, and ends the holding time of the intermediate state according to the voltage difference Vd between the voltages output from the first and second power sources 2a, 2b.

Alternativ kann die Schaltersteuervorrichtung (Schaltersteuervorrichtung 5C) gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgelegt werden, den Zwischenzustand bereitzustellen, in dem der Feldeffekttransistor (beispielsweise der Feldeffekttransistor M3), dessen Body-Diode während des Schaltens von einer Stromversorgungsquelle zur anderen entgegengesetzt zur Richtung der Stromversorgung orientiert ist, im ungesättigten Zustand gehalten wird, und die Haltezeit des Zwischenzustands entsprechend den die elektrischen Eigenschaften der Lastvorrichtungen 4a bis 4c repräsentierenden Informationen ändern. Eine andere Alternative besteht darin, die Haltezeit Tm des Zwischenzustands entsprechend der Spannungsdifferenz Vd und den die elektrischen Eigenschaften der Lastvorrichtungen 4a bis 4c repräsentierenden Informationen zu ändern.Alternatively, the switch control device (switch control device 5C) according to the present embodiment may be configured to provide the intermediate state in which the field-effect transistor (for example, the field-effect transistor M3) whose body diode is oriented opposite to the power supply direction during switching from one power source to another is maintained in the unsaturated state, and change the holding time of the intermediate state according to the information representing the electrical characteristics of the load devices 4a to 4c. Another alternative is to change the holding time Tm of the intermediate state according to the voltage difference Vd and the information representing the electrical characteristics of the load devices 4a to 4c.

Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht es die vorliegende Ausführungsform, den Spitzenstrom so zu dispergieren, dass verhindert wird, dass der durch den zweiten Halbleiterschalter 3d fließende Strom I2 (Spitzenstrom) den durch die gestrichelte Linie angegebenen zulässigen Strom überschreitet. Ferner ist die vorliegende Ausführungsform so ausgelegt, dass die Stromversorgungsquelle entsprechend der Spannungsdifferenz Vd zwischen den Ausgangsspannungen der ersten Stromversorgungsquelle 2a und der zweiten Stromversorgungsquelle 2b geändert werden kann. Daher kann das Schalten von einer Stromversorgungsquelle zu einer anderen geschehen, ohne den zulässigen Strom zu überschreiten.As described above, the present embodiment makes it possible to disperse the peak current so as to prevent the current I2 (peak current) flowing through the second semiconductor switch 3d from exceeding the allowable current indicated by the dashed line. Furthermore, the present embodiment is configured so that the power supply source can be changed according to the voltage difference Vd between the output voltages of the first power supply source 2a and the second power supply source 2b. Therefore, switching from one power supply source to another can be performed without exceeding the allowable current.

Die vorteilhafte Wirkung des Bereitstellens des Überlappungszeitraums Po für die Gate-Spannungen Vga1, Vgb1 des ersten und des zweiten Halbleiterschalters 3c, 3d wird nun mit Bezug auf 10 beschrieben.The advantageous effect of providing the overlap period Po for the gate voltages Vga1, Vgb1 of the first and second semiconductor switches 3c, 3d will now be described with reference to 10 described.

10 ist ein erklärendes Diagramm, dass die vorteilhafte Wirkung des Bereitstellens des Überlappungszeitraums Po für die Gate-Spannung Vga1 des ersten Halbleiterschalters 3c und für die Gate-Spannung Vgb1 des zweiten Halbleiterschalters 3d zeigt. 10 is an explanatory diagram showing the advantageous effect of providing the overlap period Po for the gate voltage Vga1 of the first semiconductor switch 3c and for the gate voltage Vgb1 of the second semiconductor switch 3d.

Das Beispiel aus 10 zeigt die Arbeitsvorgänge der sowohl im ersten als auch im zweiten Halbleiterschalter 3c, 3d enthaltenen Feldeffekttransistoren M1 bis M4 während des Schaltens von der ersten Stromversorgungsquelle 2a zur zweiten Stromversorgungsquelle 2b.The example from 10 shows the operations of the field effect transistors M1 to M4 contained in both the first and second semiconductor switches 3c, 3d during switching from the first power supply source 2a to the second power supply source 2b.

Wie in 10 dargestellt ist, sind, wenn den Lastvorrichtungen 4a bis 4c elektrischer Strom von der ersten Stromversorgungsquelle 2a zugeführt wird (erste Stromversorgung S1), die Feldeffekttransistoren M1, M2 des ersten Halbleiterschalters 3c eingeschaltet, während die Feldeffekttransistoren M3, M4 des zweiten Halbleiterschalters 3d ausgeschaltet sind. Wenn den Lastvorrichtungen 4a bis 4c elektrischer Strom von der zweiten Stromversorgungsquelle 2b zugeführt wird (zweite Stromversorgung S3), sind die Feldeffekttransistoren M1, M2 des ersten Halbleiterschalters 3c ausgeschaltet, während die Feldeffekttransistoren M3, M4 des zweiten Halbleiterschalters 3d umgekehrt ausgeschaltet sind.As in 10 As shown, when electric power is supplied to the load devices 4a to 4c from the first power supply source 2a (first power supply S1), the field-effect transistors M1, M2 of the first semiconductor switch 3c are turned on, while the field-effect transistors M3, M4 of the second semiconductor switch 3d are turned off. When electric power is supplied to the load devices 4a to 4c from the second power supply source 2b (second power supply S3), the field-effect transistors M1, M2 of the first semiconductor switch 3c are turned off, while the field-effect transistors M3, M4 of the second semiconductor switch 3d are conversely turned off.

Während des Überlappungszeitraums Po sind die Feldeffekttransistoren M1, M3 eingeschaltet, während die Feldeffekttransistoren M2, M4 ausgeschaltet sind. Das heißt, dass die Feldeffekttransistoren M2, M4 in einen Zustand versetzt sind, in dem ein Strom durch jede der Body-Dioden fließt, wodurch eine parallele Diodenschaltung gebildet wird.During the overlap period Po, field-effect transistors M1 and M3 are turned on, while field-effect transistors M2 and M4 are turned off. This means that field-effect transistors M2 and M4 are placed in a state where a current flows through each of the body diodes, forming a parallel diode circuit.

Umgekehrt ermöglicht es die vorliegende Ausführungsform, den Schaltvorgang auszuführen, ohne die Stromversorgung zu unterbrechen. Ferner befinden sich die Body-Dioden zwischen der ersten Stromversorgungsquelle 2a und der zweiten Stromversorgungsquelle 2b gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einer in Sperrrichtung geschalteten Konfiguration. Daher kann der Durchgangsstrom zwischen der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle 2a, 2b unterbrochen werden.Conversely, the present embodiment allows the switching operation to be performed without interrupting the power supply. Furthermore, according to the present embodiment, the body diodes between the first power supply 2a and the second power supply 2b are in a reverse-biased configuration. Therefore, the through current between the first and second power supply sources 2a, 2b can be interrupted.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden die Haltezeit Tm und die Zwischenspannung Vm entsprechend der Spannungsdifferenz Vd zwischen den Ausgangsspannungen der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle 2a, 2b festgelegt. Diese Parameter können jedoch auch wie im Fall der zweiten Ausführungsform entsprechend der Spannungsdifferenz Vd und den Lastinformationen 8A festgelegt werden. Überdies kann die Vorrichtung 1C zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit der dritten Ausführungsform kombiniert werden, bei der die Informationen in Bezug auf eine aktivierte der Lastvorrichtungen 4 verwendet werden.According to the present embodiment, the holding time Tm and the intermediate voltage Vm are set according to the voltage difference Vd between the output voltages of the first and second power sources 2a, 2b. However, these parameters may also be set according to the voltage difference Vd and the load information 8A, as in the case of the second embodiment. Moreover, the device 1C for switching between electric power sources according to the present embodiment may be provided with the third embodiment, in which the information relating to an activated one of the load devices 4 is used.

Wenngleich der Überlappungszeitraum Po in Zusammenhang mit der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wurde, ist der Überlappungszeitraum keine wesentliche Anforderung für die vorliegende Ausführungsform. Die Konfiguration der Vorrichtung 1C zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen, bei der der Überlappungszeitraum Po für die Gate-Spannungen zwischen dem ersten und dem zweiten Halbleiterschalter 3c, 3d bereitgestellt ist, kann jedoch nicht auf die erste bis dritte Ausführungsform angewendet werden. Dies liegt daran, dass die erste bis dritte Ausführungsform keine durch zwei Feldeffekttransistoren in der Art des ersten Halbleiterschalters 3c und des zweiten Halbleiterschalters 3d gebildete in Sperrrichtung geschaltete Konfiguration aufweisen. Wenn der Überlappungszeitraum für die Gate-Spannungen des ersten und des zweiten Halbleiterschalters 3a, 3b gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform bereitgestellt wird, fließt daher zwischen der ersten Stromversorgungsquelle 2a und der zweiten Stromversorgungsquelle 2b der Durchgangsstrom.Although the overlap period Po has been described in connection with the present embodiment, the overlap period is not an essential requirement for the present embodiment. However, the configuration of the electric power switching device 1C in which the overlap period Po is provided for the gate voltages between the first and second semiconductor switches 3c, 3d cannot be applied to the first to third embodiments. This is because the first to third embodiments do not have a reverse-biased configuration formed by two field-effect transistors such as the first semiconductor switch 3c and the second semiconductor switch 3d. Therefore, when the overlap period is provided for the gate voltages of the first and second semiconductor switches 3a, 3b according to the first to third embodiments, the through current flows between the first power supply source 2a and the second power supply source 2b.

<Fünfte Ausführungsform><Fifth Embodiment>

Als nächstes wird die Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß einer fünften Ausführungsform beschrieben. Die fünfte Ausführungsform ist ein Beispiel, bei dem die beim Schalten der elektrischen Stromquelle eine parallele Diodenschaltung bildende Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen ausgelegt ist, eine Erhöhung des Spannungsabfalls und des Verlusts an elektrischem Strom infolge der Durchlassspannung einer Body-Diode zu unterdrücken.Next, the electric power source switching device according to a fifth embodiment will be described. The fifth embodiment is an example in which the electric power source switching device forming a parallel diode circuit when switching the electric power source is configured to suppress an increase in voltage drop and electric power loss due to the forward voltage of a body diode.

Die Konfiguration der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird mit Bezug auf 11 beschrieben.The configuration of the apparatus for switching between electric power sources according to the present embodiment will be described with reference to 11 described.

11 ist ein Diagramm eines Beispiels der Konfiguration einer Vorrichtung 1D zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Vorrichtung 1D zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen ist im Wesentlichen so konfiguriert wie die Vorrichtung 1C zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der vierten Ausführungsform, und die folgende Beschreibung der Vorrichtung 1D zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen konzentriert sich auf die Unterschiede gegenüber der vierten Ausführungsform. Der größte Unterschied zwischen der Vorrichtung 1D zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen und der Vorrichtung 1C zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der vierten Ausführungsform besteht darin, dass die Vorrichtung 1C zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen ideale Diodensteuerschaltungen 11a, 11b aufweist. 11 1D is a diagram showing an example of the configuration of an electric power source switching device 1D according to the present embodiment. The electric power source switching device 1D is configured substantially the same as the electric power source switching device 1C according to the fourth embodiment, and the following description of the electric power source switching device 1D focuses on differences from the fourth embodiment. The biggest difference between the electric power source switching device 1D and the electric power source switching device 1C according to the fourth embodiment is that the electric power source switching device 1C has ideal diode control circuits 11a, 11b.

Die Vorrichtung 1D zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen weist einen ersten Halbleiterschalter 3e, einen zweiten Halbleiterschalter 3f und eine Schaltersteuervorrichtung 5D auf. Der elektrische Strom von der ersten Stromversorgungsquelle 2a wird mehreren Lastvorrichtungen 4a bis 4c durch den ersten Halbleiterschalter 3e zugeführt. Wie im Fall des ersten Halbleiterschalters 3c gemäß der vierten Ausführungsform ist der erste Halbleiterschalter 3e so ausgelegt, dass der Feldeffekttransistor M1 und der Feldeffekttransistor M2 entgegengesetzt geschaltet sind. Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich jedoch in der Hinsicht von der vierten Ausführungsform, dass die Gate-Spannung des Feldeffekttransistors M2 von der idealen Diodensteuerschaltung 11a eingegeben wird.The electric power switching device 1D includes a first semiconductor switch 3e, a second semiconductor switch 3f, and a switch control device 5D. The electric power from the first power source 2a is supplied to a plurality of load devices 4a to 4c through the first semiconductor switch 3e. As in the case of the first semiconductor switch 3c according to the fourth embodiment, the first semiconductor switch 3e is configured such that the field-effect transistor M1 and the field-effect transistor M2 are oppositely connected. However, the fifth embodiment differs from the fourth embodiment in that the gate voltage of the field-effect transistor M2 is input from the ideal diode control circuit 11a.

Der elektrische Strom von der zweiten Stromversorgungsquelle 2b wird mehreren Lastvorrichtungen 4a bis 4c durch den zweiten Halbleiterschalter 3f zugeführt. Wie im Fall des zweiten Halbleiterschalters 3d gemäß der vierten Ausführungsform ist der zweite Halbleiterschalter 3f so ausgelegt, dass der Feldeffekttransistor M2 und der Feldeffekttransistor M4 entgegengesetzt geschaltet sind. Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich jedoch in der Hinsicht von der vierten Ausführungsform, dass die Gate-Spannung des Feldeffekttransistors M4 von der idealen Diodensteuerschaltung 11b eingegeben wird.The electric power from the second power source 2b is supplied to a plurality of load devices 4a to 4c through the second semiconductor switch 3f. As with the second semiconductor switch 3d according to the fourth embodiment, the second semiconductor switch 3f is configured such that the field-effect transistor M2 and the field-effect transistor M4 are connected in opposite directions. However, the fifth embodiment differs from the fourth embodiment in that the gate voltage of the field-effect transistor M4 is input from the ideal diode control circuit 11b.

Die Schaltersteuervorrichtung 5D schaltet die Stromversorgung durch Ausgeben von Steuersignalen (Gate-Spannungen) an den Feldeffekttransistor M1 des ersten Halbleiterschalters 3e und den Feldeffekttransistor M3 des zweiten Halbleiterschalters 3f. Die Schaltersteuervorrichtung 5D weist den Spannungsvergleicher 7, die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6A und die Lastinformationen 8A auf. Die Schaltersteuervorrichtung 5D kann die gleiche Konfiguration wie die Schaltersteuervorrichtung 5A gemäß der zweiten Ausführungsform aufweisen. Ferner kann die Schaltersteuervorrichtung 5D die gleiche Konfiguration wie die Schaltersteuervorrichtung 5 gemäß der ersten Ausführungsform aufweisen, wobei nicht auf die Lastinformationen 8 Bezug genommen wird.The switch control device 5D switches the power supply by outputting control signals (gate voltages) to the field-effect transistor M1 of the first semiconductor switch 3e and the field-effect transistor M3 of the second semiconductor switch 3f. The switch control device 5D includes the voltage comparator 7, the gate voltage control circuit 6A, and the load information 8A. The switch control device 5D may have the same configuration as the switch control device 5A according to the second embodiment. Furthermore, the switch control device 5D may have the same configuration as the switch control device 5A according to the first embodiment, without referring to the load information 8A.

Entsprechend der Spannungsdifferenz Vd zwischen den Ausgangsspannungen der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle 2a, 2b, die durch den Spannungsvergleicher 7 erfasst wird, erzeugt die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6A eine Gate-Spannung Vga1 des Feldeffekttransistors M1 als erster Halbleiterschalter 3e und eine Gate-Spannung Vgb1 des Feldeffekttransistors M3 als zweiter Halbleiterschalter 3f und gibt diese aus. Überdies kann die Gate-Spannungs-Steuerschaltung 6A die Gate-Spannung Vga1 des Feldeffekttransistors M1 und die Gate-Spannung Vgb1 des Feldeffekttransistors M3 entsprechend den Lastinformationen 8A auf der Grundlage des elektrischen Ersatzwiderstands und der Ersatzkapazität der Lastvorrichtungen 4a bis 4c zusätzlich zur Spannungsdifferenz Vd erzeugen und ausgeben.According to the voltage difference Vd between the output voltages of the first and second power supply sources 2a, 2b, which is detected by the voltage comparator 7, the gate voltage control circuit 6A generates a gate voltage Vga1 of the field effect transistor M1 as the first semiconductor switch 3e and a gate Voltage Vgb1 of field-effect transistor M3 as the second semiconductor switch 3f and outputs it. Furthermore, the gate voltage control circuit 6A can generate and output the gate voltage Vga1 of field-effect transistor M1 and the gate voltage Vgb1 of field-effect transistor M3 according to the load information 8A based on the equivalent electrical resistance and equivalent capacitance of the load devices 4a to 4c in addition to the voltage difference Vd.

Mit Bezug auf 11 sei bemerkt, dass die Gate-Spannung Vga2 des Feldeffekttransistors M2 im ersten Halbleiterschalter 3e durch die ideale Diodensteuerschaltung 11a gesteuert wird. Im zweiten Halbleiterschalter 3f wird die Gate-Spannung Vgb2 des Feldeffekttransistors M4 durch die ideale Diodensteuerschaltung 11b gesteuert.With reference to 11 Note that the gate voltage Vga2 of the field-effect transistor M2 in the first semiconductor switch 3e is controlled by the ideal diode control circuit 11a. In the second semiconductor switch 3f, the gate voltage Vgb2 of the field-effect transistor M4 is controlled by the ideal diode control circuit 11b.

Die ideale Diodensteuerschaltung 11a weist Operationsverstärker 12a, 13a und einen Transistor 14a auf. Die Operationsverstärker 12a, 13a erkennen die Richtung eines elektrischen Stroms entsprechend der Drain-Spannung und der Source-Spannung des Feldeffekttransistors M2. Der Transistor 14a stellt die Gate-Spannung Vga2 entsprechend den Ausgaben der Operationsverstärker 12a, 13a ein.The ideal diode control circuit 11a includes operational amplifiers 12a, 13a, and a transistor 14a. The operational amplifiers 12a, 13a detect the direction of an electric current according to the drain voltage and source voltage of the field-effect transistor M2. The transistor 14a adjusts the gate voltage Vga2 according to the outputs of the operational amplifiers 12a, 13a.

Die Stromversorgung der Operationsverstärker 12a, 13a ist nicht dargestellt. Beim Beispiel aus 11 wird ein Bipolartransistor als Transistor 14a verwendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung eines Bipolartransistors beschränkt.The power supply of the operational amplifiers 12a, 13a is not shown. In the example from 11 A bipolar transistor is used as transistor 14a. However, the present invention is not limited to the use of a bipolar transistor.

Der Operationsverstärker 12a legt ein Hochpegelsignal an das Gate des Transistors 14a an, wenn der durch den Feldeffekttransistor M2 fließende Strom in Sperrrichtung (Sperrrichtung in Bezug auf die Body-Diode) orientiert ist. Wenn der zweite Halbleiterschalter 3f beispielsweise eingeschaltet ist und die Ausgangsspannung der zweiten Stromversorgungsquelle 2b höher ist als jene der ersten Stromversorgungsquelle 2a, ist der durch den Feldeffekttransistor M2 fließende Strom in Sperrrichtung orientiert. Wenn der durch den Feldeffekttransistor M2 fließende Strom in Sperrrichtung orientiert ist, schaltet der Operationsverstärker 12a den Transistor 14a ein und zieht die Gate-Spannung Vga2 herunter, um den Feldeffekttransistor M2 sofort auszuschalten.The operational amplifier 12a applies a high-level signal to the gate of transistor 14a when the current flowing through the field-effect transistor M2 is reverse-biased (reverse biased with respect to the body diode). For example, when the second semiconductor switch 3f is turned on and the output voltage of the second power supply 2b is higher than that of the first power supply 2a, the current flowing through the field-effect transistor M2 is reverse-biased. When the current flowing through the field-effect transistor M2 is reverse-biased, the operational amplifier 12a turns on the transistor 14a and pulls down the gate voltage Vga2 to immediately turn off the field-effect transistor M2.

Der Operationsverstärker 13a legt ein Hochpegelsignal an das Gate des Feldeffekttransistors M2 an, wenn der durch den Feldeffekttransistor M2 fließende Strom in Durchlassrichtung (Durchlassrichtung in Bezug auf die Body-Diode) orientiert ist. Der an einer verstärkten Stromversorgung arbeitende Operationsverstärker 13a legt die Gate-Spannung Vga2 auf den hohen Pegel, um den Feldeffekttransistor M2 zu aktivieren, wenn der durch den Feldeffekttransistor M2 fließende Strom in Durchlassrichtung orientiert ist.The operational amplifier 13a applies a high-level signal to the gate of the field-effect transistor M2 when the current flowing through the field-effect transistor M2 is forward-biased (forward-biased with respect to the body diode). Operating on a boosted power supply, the operational amplifier 13a sets the gate voltage Vga2 to the high level to activate the field-effect transistor M2 when the current flowing through the field-effect transistor M2 is forward-biased.

Die vorstehend beschriebene Konfiguration der idealen Diodensteuerschaltung 11a ermöglicht das Ausführen eines Diodenbetriebs mit einem verringerten Spannungsabfall. Die ideale Diodensteuerschaltung 11b hat eine ähnliche Konfiguration.The above-described configuration of the ideal diode control circuit 11a enables diode operation with a reduced voltage drop. The ideal diode control circuit 11b has a similar configuration.

Die ideale Diodensteuerschaltung 11b weist Operationsverstärker 12b, 13b und einen Transistor 14b auf. Die Operationsverstärker 12b, 13b erkennen die Richtung eines elektrischen Stroms entsprechend der Drain-Spannung und der Source-Spannung des Feldeffekttransistors M4. Ein Transistor 14b stellt die Gate-Spannung Vgb2 entsprechend den Ausgaben der Operationsverstärker 12b, 13b ein.The ideal diode control circuit 11b includes operational amplifiers 12b, 13b, and a transistor 14b. The operational amplifiers 12b, 13b detect the direction of an electric current according to the drain voltage and source voltage of the field-effect transistor M4. A transistor 14b adjusts the gate voltage Vgb2 according to the outputs of the operational amplifiers 12b, 13b.

Der Operationsverstärker 12b legt ein Hochpegelsignal an das Gate des Transistors 14b an, wenn der durch einen Feldeffekttransistor Mf fließende Strom in Sperrrichtung (Sperrrichtung in Bezug auf die Body-Diode) orientiert ist. Wenn der erste Halbleiterschalter 3e beispielsweise eingeschaltet ist und die Ausgangsspannung der ersten Stromversorgungsquelle 2a höher ist als jene der zweiten Stromversorgungsquelle 2b, ist der durch den Feldeffekttransistor M4 fließende Strom in Sperrrichtung orientiert. Wenn der durch den Feldeffekttransistor M4 fließende Strom in Sperrrichtung orientiert ist, schaltet der Operationsverstärker 12b den Transistor 14b ein und zieht die Gate-Spannung Vgb2 herunter, um den Feldeffekttransistor M4 sofort auszuschalten.The operational amplifier 12b applies a high-level signal to the gate of transistor 14b when the current flowing through a field-effect transistor Mf is reverse-biased (reverse biased with respect to the body diode). For example, when the first semiconductor switch 3e is turned on and the output voltage of the first power supply 2a is higher than that of the second power supply 2b, the current flowing through the field-effect transistor M4 is reverse-biased. When the current flowing through the field-effect transistor M4 is reverse-biased, the operational amplifier 12b turns on the transistor 14b and pulls down the gate voltage Vgb2 to immediately turn off the field-effect transistor M4.

Der Operationsverstärker 13b legt ein Hochpegelsignal an das Gate des Feldeffekttransistors M4 an, wenn der durch den Feldeffekttransistor M4 fließende Strom in Durchlassrichtung (Durchlassrichtung in Bezug auf die Body-Diode) orientiert ist. Der an einer verstärkten Stromversorgung arbeitende Operationsverstärker 13b legt die Gate-Spannung Vgb2 auf den hohen Pegel, um den Feldeffekttransistor M4 zu aktivieren, wenn der durch den Feldeffekttransistor M4 fließende Strom in Durchlassrichtung orientiert ist.Operational amplifier 13b applies a high-level signal to the gate of field-effect transistor M4 when the current flowing through field-effect transistor M4 is forward-biased (forward-biased with respect to the body diode). Operating on a boosted power supply, operational amplifier 13b sets the gate voltage Vgb2 to a high level to activate field-effect transistor M4 when the current flowing through field-effect transistor M4 is forward-biased.

Wie vorstehend in Bezug auf mehrere Feldeffekttransistoren, die im Halbleiterschalter enthalten sind, der an eine Stromversorgungsquelle angeschlossen ist und mit Body-Dioden versehen ist, die in Bezug auf die Richtung der Stromversorgung in Durchlassrichtung orientiert sind (beispielsweise Feldeffekttransistoren M2), und mehrere Feldeffekttransistoren, die im Halbleiterschalter enthalten sind, der an die andere Stromversorgungsquelle angeschlossen ist, beschrieben, trennt die Schaltersteuervorrichtung (Schaltersteuervorrichtung 5D) in der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen (Vorrichtung 1D zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen) gemäß der fünften Ausführungsform die Feldeffekttransistoren (Feldeffekttransistoren M2, M4) ab, wenn der Strom, der durch die Feldeffekttransistoren (beispielsweise Feldeffekttransistoren M2, M4) fließt, deren Body-Dioden in Bezug auf die Richtung der Stromversorgung in Durchlassrichtung orientiert sind, entgegengesetzt zur Richtung der Ausgangsversorgung orientiert ist.As described above with respect to a plurality of field-effect transistors included in the semiconductor switch connected to one power supply source and provided with body diodes oriented in the forward direction with respect to the direction of the power supply (for example, field-effect transistors M2) and a plurality of field-effect transistors included in the semiconductor switch connected to the other power supply source, the switches control device (switch control device 5D) in the device for switching between electric power sources (device 1D for switching between electric power sources) according to the fifth embodiment, the field-effect transistors (field-effect transistors M2, M4) turn off when the current flowing through the field-effect transistors (for example, field-effect transistors M2, M4) whose body diodes are oriented in the forward direction with respect to the direction of the power supply is oriented opposite to the direction of the output supply.

Gemäß der zuvor beschriebenen vierten Ausführungsform wird eine parallele Diodenschaltung unter Verwendung der Body-Dioden der Feldeffekttransistoren M2, M4 beim Schalten der elektrischen Stromquelle gebildet. Bei einer solchen Konfiguration tritt jedoch das Problem auf, dass die Durchlassspannung der Body-Dioden eine Erhöhung des Spannungsabfalls und des Verlusts an elektrischer Leistung erzeugt. Demgegenüber ist die vorliegende Ausführungsform ausgelegt, Feldeffekttransistoren mit einem niedrigen Einschaltwiderstand zu verwenden, um eine einer Diode entsprechende Funktion bereitzustellen. Hierdurch kann verhindert werden, dass durch den zwischen der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle 2a, 2b fließenden Durchgangsstrom Schäden hervorgerufen werden, und können der Spannungsabfall und der Verlust an elektrischer Leistung verringert werden.According to the fourth embodiment described above, a parallel diode circuit is formed using the body diodes of the field-effect transistors M2, M4 when switching the electric power source. However, such a configuration has a problem in that the forward voltage of the body diodes causes an increase in the voltage drop and the loss of electric power. In contrast, the present embodiment is designed to use field-effect transistors with a low on-resistance to provide a function similar to a diode. This can prevent damage caused by the through current flowing between the first and second power sources 2a, 2b and reduce the voltage drop and the loss of electric power.

<Sechste Ausführungsform><Sixth Embodiment>

Als nächstes wird die Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß einer sechsten Ausführungsform beschrieben. Die erste und die zweite Ausführungsform wurden in Bezug auf ein Beispiel beschrieben, bei dem die Gate-Spannungen Vga, Vgb während des Einschaltens des ersten und des zweiten Halbleiterschalters 3a, 3b durch ein zweistufiges Spannungsprofil gesteuert werden, das einen Zeitraum angibt, in dem die Gate-Spannungen Vga, Vgb auf der Zwischenspannung gehalten werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt. Beispielsweise kann die Konfiguration zum Einschalten des ersten Halbleiterschalters 3 wie in den folgenden Beispielen der ersten bis dritten Konfiguration angegeben sein.Next, the device for switching between electric power sources according to a sixth embodiment will be described. The first and second embodiments were described with reference to an example in which the gate voltages Vga, Vgb during turn-on of the first and second semiconductor switches 3a, 3b are controlled by a two-stage voltage profile indicating a period in which the gate voltages Vga, Vgb are maintained at the intermediate voltage. However, the present invention is not limited to such a configuration. For example, the configuration for turning on the first semiconductor switch 3 may be as indicated in the following examples of the first to third configurations.

(Erstes Konfigurationsbeispiel zum Einschalten des Halbleiterschalters)(First configuration example for switching on the semiconductor switch)

Zuerst wird die erste Konfiguration zum Einschalten des Halbleiterschalters 3 nachstehend mit Bezug auf die 12 und 13 beschrieben. Die erste Konfiguration ist ein Beispiel, bei dem die von einer Spannungsquelle erzeugte Gate-Spannung entsprechend einem Spannungsprofil in drei oder mehr Stufen erhöht wird.First, the first configuration for turning on the semiconductor switch 3 is described below with reference to the 12 and 13 The first configuration is an example in which the gate voltage generated by a voltage source is increased in three or more steps according to a voltage profile.

12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der ersten Konfiguration zum Einschalten des Halbleiterschalters 3 der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Beim ersten Konfigurationsbeispiel wird der Lastvorrichtung 4 elektrischer Strom von der Stromversorgungsquelle 2 zugeführt, wenn der Feldeffekttransistor M des Halbleiterschalters 3 entsprechend der von einer Spannungsquelle 15 erzeugten Gate-Spannung eingeschaltet wird. 12 1 is a diagram showing an example of the first configuration for turning on the semiconductor switch 3 of the electric power source switching device according to the present embodiment. In the first configuration example, electric power is supplied to the load device 4 from the power source 2 when the field-effect transistor M of the semiconductor switch 3 is turned on according to the gate voltage generated by a voltage source 15.

13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Betriebs des Halbleiterschalters 3 im ersten Beispiel der Konfiguration der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. In 13 repräsentiert die vertikale Achse die Gate-Spannung des Feldeffekttransistors M und repräsentiert die horizontale Achse die Zeit t. 13 zeigt ein Beispiel des Spannungsprofils, das angibt, dass die Gate-Spannung, wenn sie vom niedrigen auf den hohen Pegel ansteigt, in drei Stufen ansteigt, wobei sie einen ersten Zwischenzustand S21 und einen zweiten Zwischenzustand S22 durchläuft. 13 zeigt zusätzlich ein Beispiel, in dem die Gate-Spannung (Zwischenspannung) im ersten und im zweiten Zwischenzustand S21, S22 bei einem höheren Wert gehalten wird, wie durch die gestrichelten Linien angegeben ist. Zusätzlich zu den Werten der Zwischenspannungen im ersten und im zweiten Zwischenzustand S21, S22 kann auch die Haltezeit Tm in jedem vom ersten und vom zweiten Zwischenzustand S21, S22 geeignet geändert werden. 13 is a diagram showing an example of the operation of the semiconductor switch 3 in the first example of the configuration of the electric power source switching device according to the present embodiment. 13 the vertical axis represents the gate voltage of the field effect transistor M and the horizontal axis represents the time t. 13 shows an example of the voltage profile, indicating that the gate voltage, when rising from the low to the high level, rises in three stages, passing through a first intermediate state S21 and a second intermediate state S22. 13 Additionally, an example shows where the gate voltage (intermediate voltage) is maintained at a higher value in the first and second intermediate states S21, S22, as indicated by the dashed lines. In addition to the values of the intermediate voltages in the first and second intermediate states S21, S22, the holding time Tm in each of the first and second intermediate states S21, S22 can also be appropriately changed.

(Zweites Konfigurationsbeispiel zum Einschalten des Halbleiterschalters)(Second configuration example for switching on the semiconductor switch)

Als nächstes wird die zweite Konfiguration zum Einschalten des Halbleiterschalters 3 nachstehend mit Bezug auf die 14 und 15 beschrieben. Die zweite Konfiguration ist ein Beispiel, in dem die Gate-Spannung unter Verwendung der elektrischen Widerstandskomponente und der Kapazitätskomponente einer an das Gate des Feldeffekttransistors angeschlossenen externen Schaltung durch eine Stromquelle gesteuert wird.Next, the second configuration for turning on the semiconductor switch 3 will be described below with reference to the 14 and 15 The second configuration is an example in which the gate voltage is controlled by a current source using the electrical resistance component and the capacitance component of an external circuit connected to the gate of the field-effect transistor.

14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der zweiten Konfiguration zum Einschalten des Halbleiterschalters 3 der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Beim Beispiel der zweiten Konfiguration ist eine Stromquelle 16 an das Gate des Feldeffekttransistors M des Halbleiterschalters 3 über einen elektrischen Widerstand 17 angeschlossen. Ferner ist ein Kondensator 18 an einem Ende an den Verbindungsmittelpunkt zwischen dem Gate des Feldeffekttransistors M und dem elektrischen Widerstand 17 angeschlossen und am anderen Ende an Masse gelegt. Der elektrische Widerstand 17 und der Kondensator 18 bilden eine sogenannte CR-Schaltung. Der von der Stromquelle 16 ausgegebene Strom durchläuft die CR-Schaltung, wird in das Gate eingegeben und schaltet dann den Feldeffekttransistor M des Halbleiterschalters 3 an. Folglich wird der Lastvorrichtung 4 elektrischer Strom von der Stromversorgungsquelle 2 zugeführt. Die vorstehend beschriebene CR-Schaltung kann zum Einstellen des Werts der Gate-Spannung im Zwischenzustand (bei der Zwischenspannung) und der Haltezeit Tm verwendet werden. 14 is a diagram showing an example of the second configuration for turning on the semiconductor switch 3 of the electric power source switching device according to the present embodiment. In the example of the second configuration, a power source 16 is connected to the gate of the field effect transistor M of the semiconductor switch 3 via an electric resistor 17. Further, a capacitor 18 is connected at one end to the connection center between between the gate of the field-effect transistor M and the electrical resistor 17, and the other end is grounded. The electrical resistor 17 and the capacitor 18 form a so-called CR circuit. The current output from the current source 16 passes through the CR circuit, is input to the gate, and then turns on the field-effect transistor M of the semiconductor switch 3. Consequently, electric current is supplied to the load device 4 from the power source 2. The CR circuit described above can be used to adjust the value of the gate voltage in the intermediate state (at the intermediate voltage) and the holding time Tm.

15 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Betriebs des Halbleiterschalters 3 im zweiten Beispiel der Konfiguration der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Wie in 15 dargestellt, kann die Zeitkonstante der CR-Schaltung eingestellt werden, um die Geschwindigkeit zu ändern, mit der die Gate-Spannung vom niedrigen auf den hohen Pegel (entsprechend der Haltezeit Tm) ansteigt. Beispielsweise kann die Zeitkonstante der CR-Schaltung eingestellt werden, um die Gate-Spannung schneller zu erhöhen, wodurch der Zwischenzustand (die Haltezeit Tm) verkürzt wird. Ferner steigt die Gate-Spannung schneller auf den hohen Pegel an, wenn der Betrag des von der Stromquelle 16 zugeführten elektrischen Stroms erhöht wird. Das heißt, dass der Betrag des von der Stromquelle 16 zugeführten elektrischen Stroms eingestellt werden kann, um die Haltezeit Tm einzustellen, während derer die Gate-Spannung innerhalb des Bereichs der Zwischenspannung (im Zwischenzustand) liegt. In diesem Fall wird die Gate-Spannung im Zwischenzustand nicht auf einem konstanten Wert gehalten, wie es bei der vorstehend beschriebenen Zwischenspannung Vm der Fall war. 15 is a diagram showing an example of the operation of the semiconductor switch 3 in the second example of the configuration of the electric power source switching device according to the present embodiment. As shown in 15 As shown, the time constant of the CR circuit can be adjusted to change the speed at which the gate voltage rises from the low level to the high level (corresponding to the hold time Tm). For example, the time constant of the CR circuit can be adjusted to increase the gate voltage more quickly, thereby shortening the intermediate state (the hold time Tm). Furthermore, as the amount of electric current supplied from the power source 16 is increased, the gate voltage rises to the high level more quickly. That is, the amount of electric current supplied from the power source 16 can be adjusted to adjust the hold time Tm during which the gate voltage is within the range of the intermediate voltage (in the intermediate state). In this case, the gate voltage in the intermediate state is not maintained at a constant value, as was the case with the intermediate voltage Vm described above.

(Drittes Konfigurationsbeispiel zum Einschalten des Halbleiterschalters)(Third configuration example for switching on the semiconductor switch)

Als nächstes wird die dritte Konfiguration zum Einschalten des Halbleiterschalters 3 nachstehend mit Bezug auf die 16 und 17 beschrieben. Die dritte Konfiguration ist ein Beispiel, bei dem ein PWM(Pulsbreitenmodulations)-Generator bereitgestellt ist, um eine PWM-Wellenform als Zwischenzustand an das Gate anzulegen. Auch bei dieser Konfiguration kann der Zwischenzustand im Halbleiterschalter bereitgestellt werden, um die gleichen vorteilhaften Wirkungen zu erhalten, wie sie von den vorstehend erwähnten Konfigurationsbeispielen bereitgestellt werden.Next, the third configuration for turning on the semiconductor switch 3 will be described below with reference to the 16 and 17 The third configuration is an example in which a PWM (pulse width modulation) generator is provided to apply a PWM waveform to the gate as an intermediate state. Also in this configuration, the intermediate state can be provided in the semiconductor switch to obtain the same advantageous effects as those provided by the above-mentioned configuration examples.

16 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der dritten Konfiguration zum Einschalten des Halbleiterschalters 3 der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Das in 16 dargestellte Beispiel der dritten Konfiguration gibt eine Konfiguration an, bei der die Spannungsquelle 15 in 12 durch einen PWM-Generator 19 ersetzt ist. Beim Beispiel der dritten Konfiguration wird der Feldeffekttransistor M des Halbleiterschalters 3 entsprechend einem vom PWM-Generator 19 ausgegebenen PWM-Signal eingeschaltet. Dadurch wird der Lastvorrichtung 4 elektrischer Strom von der Stromversorgungsquelle 2 zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Zwischenzustand (die Zwischenspannung) der Gate-Spannung durch Steuern des Einschaltverhältnisses des PWM-Signals erzeugt. 16 is a diagram showing an example of the third configuration for turning on the semiconductor switch 3 of the electric power source switching device according to the present embodiment. 16 The example of the third configuration shown indicates a configuration in which the voltage source 15 is in 12 is replaced by a PWM generator 19. In the example of the third configuration, the field-effect transistor M of the semiconductor switch 3 is turned on according to a PWM signal output from the PWM generator 19. This supplies electric current from the power source 2 to the load device 4. At this time, the intermediate state (intermediate voltage) of the gate voltage is generated by controlling the duty cycle of the PWM signal.

17 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Betriebs des Halbleiterschalters 3 im dritten Beispiel der Konfiguration der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Gate-Spannung im Zwischenzustand (entsprechend der Zwischenspannung Vm) kann durch Steuern des Einschaltverhältnisses des PWM-Signals eingestellt werden. Wenn das Einschaltverhältnis des PWM-Signals konstant ist, wird die Gate-Spannung beispielsweise auf der Zwischenspannung Vm gehalten. Ferner entspricht die Zeit des Anlegens des PWM-Signals (der Zeitraum, während dessen der niedrige und der hohe Pegel wiederholt werden) der Haltezeit Tm des Zwischenzustands. 17 1 is a diagram showing an example of the operation of the semiconductor switch 3 in the third example of the configuration of the electric power source switching device according to the present embodiment. The gate voltage in the intermediate state (corresponding to the intermediate voltage Vm) can be adjusted by controlling the duty cycle of the PWM signal. For example, when the duty cycle of the PWM signal is constant, the gate voltage is maintained at the intermediate voltage Vm. Further, the time of application of the PWM signal (the period during which the low and high levels are repeated) corresponds to the holding time Tm of the intermediate state.

[Hardwarekonfiguration des Computers][Computer hardware configuration]

Eine Hardwarekonfiguration eines in der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen enthaltenen Computers in jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird nun mit Bezug auf 18 beschrieben.A hardware configuration of a computer included in the apparatus for switching between electric power sources in each of the above-described embodiments will now be described with reference to 18 described.

18 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Hardwarekonfiguration eines in der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen gemäß jeder Ausführungsform enthaltenen Computers zeigt. Eine in 18 dargestellte Rechenvorrichtung 20 ist die als sogenannter Computer verwendete Hardware. 18 is a block diagram showing an example of the hardware configuration of a computer included in the device for switching between electric power sources according to each embodiment. 18 The computing device 20 shown is the hardware used as a so-called computer.

Die Rechenvorrichtung 20 weist eine CPU (Zentralverarbeitungseinheit) 21, einen ROM (Nurlesespeicher) 22, einen RAM (Direktzugriffsspeicher) 23, einen nichtflüchtigen Speicher 26 und eine Netzschnittstelle 27 auf, die alle mit einem Bus verbunden sind.The computing device 20 includes a CPU (central processing unit) 21, a ROM (read only memory) 22, a RAM (random access memory) 23, a non-volatile memory 26, and a network interface 27, all connected to a bus.

Die CPU 21 ist ein Beispiel eines als Rechenvorrichtung dienenden Prozessors. Der ROM 22 und der RAM 23 sind Beispiele der Speicher. Beispielsweise werden die Lastinformationen 8A im ROM 22 oder im nichtflüchtigen Speicher 26 gespeichert.The CPU 21 is an example of a processor serving as a computing device. The ROM 22 and the RAM 23 are examples of memories. For example, the load information 8A is stored in the ROM 22 or the non-volatile memory 26.

Der nichtflüchtige Speicher 26 ist ein nichtflüchtiges Speicherelement, das eine höhere Kapazität als die Speicher aufweist. Ein Programm zum Implementieren der Funktionen der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen in jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist im nichtflüchtigen Speicher 26 gespeichert. Der nichtflüchtige Speicher 26 ist ein Beispiel eines computerlesbaren nichtflüchtigen Aufzeichnungsmediums. Das Programm kann im ROM 22 gespeichert sein.The non-volatile memory 26 is a non-volatile storage element that has a higher capacity than the memories. A program for implementing the functions of the device for switching between electrical power sources in each of the above-described embodiments is stored in the non-volatile memory 26. The non-volatile memory 26 is an example of a computer-readable non-volatile recording medium. The program may be stored in the ROM 22.

Die Netzschnittstelle 27 weist beispielsweise eine Kommunikationsvorrichtung auf, welche die Kommunikation mit anderen Vorrichtungen (beispielsweise der ECU) über ein Netz in der Art einer Kommunikationsleitung oder eines CANs steuert. Die Netzschnittstelle 27 ist ein Beispiel einer Ein-/Ausgabevorrichtung.The network interface 27 includes, for example, a communication device that controls communication with other devices (e.g., the ECU) via a network such as a communication line or a CAN. The network interface 27 is an example of an input/output device.

Wenngleich ein Beispiel der Hardwarekonfiguration des in der Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen enthaltenen Computers mit Bezug auf 18 beschrieben wurde, kann die Hardwarekonfiguration eines in der Steuereinrichtung 111 enthaltenen Computers der vorstehend beschriebenen Hardwarekonfiguration ähneln.Although an example of the hardware configuration of the computer included in the device for switching between electric power sources is described with reference to 18 described, the hardware configuration of a computer included in the control device 111 may be similar to the hardware configuration described above.

Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Es ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung in verschiedenen anderen Anwendungen eingesetzt werden kann und dass daran verschiedene andere Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von ihrem in den anliegenden Ansprüchen beschriebenen Gedanken abzuweichen. Beispielsweise wurden die vorstehenden Ausführungsformen detailliert beschrieben, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, und die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise darauf beschränkt, dass sie alle beschriebenen Konfigurationen aufweist. Ferner können einige der vorstehend in einer Ausführungsform erwähnten Komponenten durch die Komponenten in einer anderen Ausführungsform ersetzt werden. Überdies können die Komponenten in einer Ausführungsform zu den Komponenten in einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Zusätzlich kann ein Teil der Konfiguration jeder der Ausführungsformen erweitert oder ausgetauscht werden und aus anderen Konfigurationen entfernt werden.Furthermore, the present invention is not limited to the embodiments described above. It is obvious that the present invention can be applied to various other applications and that various other modifications can be made thereto without departing from the spirit thereof as described in the appended claims. For example, the above embodiments have been described in detail in order to facilitate understanding of the present invention, and the present invention is not necessarily limited to having all of the described configurations. Furthermore, some of the components mentioned above in one embodiment may be replaced with the components in another embodiment. Moreover, the components in one embodiment may be added to the components in another embodiment. In addition, part of the configuration of each of the embodiments may be expanded or exchanged and removed from other configurations.

Ferner können die vorstehend erwähnten Komponenten, Funktionen und Bearbeitungsabschnitte beispielsweise teilweise oder ganz durch Hardware implementiert werden, beispielsweise durch Entwerfen integrierter Schaltungen. Prozessorvorrichtungen im allgemeinen Sinne in der Art eines FPGAs (feldprogrammierbaren Gate-Arrays) oder eines ASICs (einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung) können als Hardware verwendet werden.Furthermore, the aforementioned components, functions, and processing sections may be implemented partially or entirely in hardware, for example, by designing integrated circuits. Processor devices in the general sense, such as an FPGA (field-programmable gate array) or an ASIC (application-specific integrated circuit), may be used as hardware.

Ferner sind Steuerleitungen und Informationsleitungen, die als für die Erklärung notwendig angesehen werden, in Zusammenhang mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen angegeben. Es sind nicht alle der für Produkte relevanten Steuerleitungen und Informationsleitungen angegeben. Tatsächlich können fast alle Komponenten als miteinander verbunden angesehen werden.Furthermore, control lines and information lines considered necessary for the explanation are indicated in connection with the embodiments described above. Not all of the control lines and information lines relevant to products are indicated. In fact, almost all components can be considered interconnected.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1, 1A bis 10: Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen, 2a: erste Stromversorgungsquelle, 2b: zweite Stromversorgungsquelle, 3: Halbleiterschalter, 3a, 3c, 3e: erster Halbleiterschalter, 3b, 3b, 3f: zweiter Halbleiterschalter, 4, 4a bis 4c: Lastvorrichtung, 5, 5A bis 5D: Schaltersteuervorrichtung, 6, 6A, 6C: Gate-Spannungs-Steuerschaltung, 7: Spannungsvergleicher, 8A: Lastinformationen, 9a bis 9c: Lastschalter, 10: Lastschalter-Steuervorrichtung, 11a, 11b: ideale Diodensteuerschaltung, 12a, 12b, 13a, 13b: Operationsverstärker, 14a, 14b: Transistor, 15: Spannungsquelle, 16: Stromquelle, 19: PWM-Generator, 100: Fahrzeug, 110: Fahrzeugsteuervorrichtung, 120: Sensoren, 130: Aktuatoren1, 1A to 10: Device for switching between electrical power sources, 2a: first power supply source, 2b: second power supply source, 3: semiconductor switch, 3a, 3c, 3e: first semiconductor switch, 3b, 3b, 3f: second semiconductor switch, 4, 4a to 4c: load device, 5, 5A to 5D: switch control device, 6, 6A, 6C: gate voltage control circuit, 7: voltage comparator, 8A: load information, 9a to 9c: load switch, 10: load switch control device, 11a, 11b: ideal diode control circuit, 12a, 12b, 13a, 13b: operational amplifier, 14a, 14b: transistor, 15: voltage source, 16: current source, 19: PWM generator, 100: Vehicle, 110: Vehicle control device, 120: Sensors, 130: Actuators

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • JP 2019-514328 [0004]JP 2019-514328 [0004]

Claims (13)

Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen, aufweisend: einen ersten Halbleiterschalter, der zwischen einer Lastvorrichtung und einer ersten Stromversorgungsquelle, die ausgelegt ist, der Lastvorrichtung elektrischen Strom zuzuführen, angeordnet ist, einen zweiten Halbleiterschalter, der zwischen der Lastvorrichtung und einer zweiten Stromversorgungsquelle, die ausgelegt ist, der Lastvorrichtung elektrischen Strom zuzuführen, angeordnet ist, und eine Schaltersteuervorrichtung, die Treiberspannungen des ersten und des zweiten Halbleiterschalters steuert, wobei die Schaltersteuervorrichtung, wenn von einer von der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle zur anderen geschaltet wird, einen Zwischenzustand bereitstellt, in dem der Halbleiterschalter, der an die Stromversorgungsquelle angeschlossen ist, die ausgelegt ist, nach dem Schalten elektrischen Strom zuzuführen, in einem ungesättigten Zustand gehalten wird, und die Haltezeit des Zwischenzustands entsprechend der Differenz zwischen den von der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle ausgegebenen Spannungen ändert.A device for switching between electrical power sources, comprising: a first semiconductor switch arranged between a load device and a first power supply source configured to supply electrical power to the load device, a second semiconductor switch arranged between the load device and a second power supply source configured to supply electrical power to the load device, and a switch control device that controls drive voltages of the first and second semiconductor switches. The switch control device, when switching from one of the first and second power supply sources to the other, provides an intermediate state in which the semiconductor switch connected to the power supply source configured to supply electrical current after switching is maintained in an unsaturated state, and changes the holding time of the intermediate state according to the difference between the voltages output by the first and second power supply sources. Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen nach Anspruch 1, wobei die Schaltersteuervorrichtung die Haltezeit so ändert, dass sie länger als eine Referenzzeit ist, wenn die Spannungsdifferenz größer als ein vorbestimmter Wert ist, und die Haltezeit so ändert, dass sie kürzer als die Referenzzeit ist, wenn die Spannungsdifferenz kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert ist.Device for switching between electrical power sources according to Claim 1 wherein the switch control device changes the holding time to be longer than a reference time when the voltage difference is greater than a predetermined value, and changes the holding time to be shorter than the reference time when the voltage difference is less than or equal to the predetermined value. Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen nach Anspruch 2, wobei die Schaltersteuervorrichtung die Haltezeit des Zwischenzustands entsprechend der Spannungsdifferenz und elektrische Eigenschaften der Lastvorrichtung repräsentierenden Informationen ändert.Device for switching between electrical power sources according to Claim 2 , wherein the switch control device changes the holding time of the intermediate state according to the voltage difference and information representing electrical characteristics of the load device. Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen nach Anspruch 3, wobei ein Ausgangsanschluss des ersten Halbleiterschalters und ein Ausgangsanschluss des zweiten Halbleiterschalters elektrisch verbunden sind und mehrere Lastvorrichtungen mit den Ausgangsanschlüssen verbunden sind.Device for switching between electrical power sources according to Claim 3 wherein an output terminal of the first semiconductor switch and an output terminal of the second semiconductor switch are electrically connected, and a plurality of load devices are connected to the output terminals. Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen nach Anspruch 4, wobei die Schaltersteuervorrichtung die Haltezeit des Zwischenzustands entsprechend den die elektrischen Eigenschaften einer aktivierten der mehreren Lastvorrichtungen repräsentierenden Informationen ändert.Device for switching between electrical power sources according to Claim 4 , wherein the switch control device changes the holding time of the intermediate state according to the information representing the electrical characteristics of an activated one of the plurality of load devices. Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen nach Anspruch 5, wobei die Schaltersteuervorrichtung vor dem Schalten von einer Stromversorgungsquelle zur anderen die Stromversorgung zu einer der mehreren Lastvorrichtungen unterbricht und wobei die Schaltersteuervorrichtung die Haltezeit des Zwischenzustands entsprechend den die elektrischen Eigenschaften einer aktivierten der mehreren Lastvorrichtungen repräsentierenden Informationen ändert.Device for switching between electrical power sources according to Claim 5 , wherein the switch control device interrupts the power supply to one of the plurality of load devices before switching from one power supply source to the other, and wherein the switch control device changes the holding time of the intermediate state according to the information representing the electrical properties of an activated one of the plurality of load devices. Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Halbleiterschalter so ausgelegt sind, dass mehrere Feldeffekttransistoren in Reihe geschaltet sind, so dass Body-Dioden in entgegengesetzten Richtungen orientiert sind, und wobei die Schaltersteuervorrichtung, wenn von einer Stromversorgungsquelle zur anderen geschaltet wird, einen Zwischenzustand bereitstellt, in dem der Feldeffekttransistor, dessen Body-Diode entgegengesetzt zur Richtung der Stromversorgung orientiert ist, im ungesättigten Zustand gehalten wird, und die Haltezeit des Zwischenzustands entsprechend der Differenz zwischen den von der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle ausgegebenen Spannungen ändert.Device for switching between electrical power sources according to Claim 1 , wherein the first and second semiconductor switches are designed such that a plurality of field-effect transistors are connected in series such that body diodes are oriented in opposite directions, and wherein the switch control device, when switching from one power supply source to the other, provides an intermediate state in which the field-effect transistor, whose body diode is oriented opposite to the direction of the power supply, is held in the unsaturated state, and changes the holding time of the intermediate state according to the difference between the voltages output from the first and second power supply sources. Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen nach Anspruch 7, wobei die Schaltersteuervorrichtung, wenn von einer Stromversorgungsquelle zur anderen geschaltet wird, einen Zwischenzustand bereitstellt, in dem der Feldeffekttransistor, dessen Body-Diode entgegengesetzt zur Richtung der Stromversorgung orientiert ist, im ungesättigten Zustand gehalten wird, und die Haltezeit des Zwischenzustands entsprechend den elektrische Eigenschaften der Lastvorrichtung repräsentierenden Informationen ändert.Device for switching between electrical power sources according to Claim 7 wherein the switch control device, when switching from one power supply source to another, provides an intermediate state in which the field effect transistor, whose body diode is oriented opposite to the direction of the power supply, is maintained in the unsaturated state, and changes the holding time of the intermediate state according to the information representing electrical characteristics of the load device. Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Schaltersteuervorrichtung, wenn von einer Stromversorgungsquelle zur anderen geschaltet wird, eine Steuerung so ausübt, dass der andere Feldeffekttransistor, der sich auf die Stromversorgung von der anderen Stromversorgungsquelle bezieht, in den Zwischenzustand versetzt wird, bevor die Stromversorgung von der einen Stromversorgungsquelle unterbrochen wird.Device for switching between electrical power sources according to Claim 7 or 8 wherein the switch control device, when switching from one power supply source to the other, exercises control such that the other field effect transistor related to the power supply from the other power supply source is placed in the intermediate state before the power supply from the one power supply source is interrupted. Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Schaltersteuervorrichtung in Bezug auf mehrere Feldeffekttransistoren, die im Halbleiterschalter enthalten sind, der an eine Stromversorgungsquelle angeschlossen ist und mit Body-Dioden versehen ist, die in Bezug auf die Richtung der Stromversorgung in Durchlassrichtung orientiert sind, und mehrere Feldeffekttransistoren, die im Halbleiterschalter enthalten sind, der an die andere Stromversorgungsquelle angeschlossen ist, die Feldeffekttransistoren abtrennt, wenn der Strom, der durch die Feldeffekttransistoren fließt, deren Body-Dioden in Bezug auf die Richtung der Stromversorgung in Durchlassrichtung orientiert sind, entgegengesetzt zur Richtung der Ausgangsversorgung orientiert ist.Device for switching between electrical power sources according to Claim 7 or 8 , wherein the switch control device with respect to a plurality of field effect transistors included in the semiconductor switch which is connected to a power supply source and is provided with body diodes oriented in the forward direction with respect to the direction of the power supply and a plurality of field-effect transistors included in the semiconductor switch connected to the other power supply source, which disconnects the field-effect transistors when the current flowing through the field-effect transistors, whose body diodes are forward-biased with respect to the direction of the power supply, is oriented opposite to the direction of the output supply. Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen nach Anspruch 3 oder 8, wobei die Informationen, welche die elektrischen Eigenschaften der Lastvorrichtung repräsentieren, zumindest einen elektrischen Ersatzwiderstand und eine Ersatzkapazität umfassen.Device for switching between electrical power sources according to Claim 3 or 8 , wherein the information representing the electrical properties of the load device comprises at least an equivalent electrical resistance and an equivalent capacitance. Fahrzeugsteuervorrichtung, aufweisend: eine Steuereinrichtung, die ein Fahrzeug steuert, und eine Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen, wobei die Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen einen ersten Halbleiterschalter, einen zweiten Halbleiterschalter und eine Schaltersteuervorrichtung aufweist, wobei der erste Halbleiterschalter zwischen einer sich im Fahrzeug befindenden Lastvorrichtung und einer ersten Stromversorgungsquelle, die ausgelegt ist, der Lastvorrichtung elektrischen Strom zuzuführen, angeordnet ist und der zweite Halbleiterschalter zwischen der Lastvorrichtung und einer zweiten Stromversorgungsquelle, die ausgelegt ist, der Lastvorrichtung elektrischen Strom zuzuführen, angeordnet ist, wobei die Schaltersteuervorrichtung die Treiberspannungen des ersten und des zweiten Halbleiterschalters steuert, und wobei die Schaltersteuervorrichtung, wenn von einer von der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle zur anderen geschaltet wird, einen Zwischenzustand bereitstellt, in dem der Halbleiterschalter, der an die Stromversorgungsquelle angeschlossen ist, die ausgelegt ist, nach dem Schalten elektrischen Strom zuzuführen, in einem ungesättigten Zustand gehalten wird, und die Haltezeit des Zwischenzustands entsprechend der Differenz zwischen den von der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle ausgegebenen Spannungen ändert.A vehicle control device comprising: a control device that controls a vehicle, and a device for switching between electrical power sources, wherein the device for switching between electrical power sources comprises a first semiconductor switch, a second semiconductor switch, and a switch control device. The first semiconductor switch is arranged between a load device located in the vehicle and a first power supply source configured to supply electrical power to the load device, and the second semiconductor switch is arranged between the load device and a second power supply source configured to supply electrical power to the load device. The switch control device controls the drive voltages of the first and second semiconductor switches. wherein, when switching from one of the first and second power supply sources to the other, the switch control device provides an intermediate state in which the semiconductor switch connected to the power supply source configured to supply electrical power after switching is maintained in an unsaturated state, and changes the holding time of the intermediate state according to the difference between the voltages output from the first and second power sources. Verfahren zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen, das von einer Vorrichtung zum Schalten zwischen elektrischen Stromquellen verwendet wird, die einen ersten Halbleiterschalter, einen zweiten Halbleiterschalter und eine Schaltersteuervorrichtung aufweist, wobei der erste Halbleiterschalter zwischen einer Lastvorrichtung und einer ersten Stromversorgungsquelle, die ausgelegt ist, der Lastvorrichtung elektrischen Strom zuzuführen, angeordnet ist und der zweite Halbleiterschalter zwischen der Lastvorrichtung und einer zweiten Stromversorgungsquelle, die ausgelegt ist, der Lastvorrichtung elektrischen Strom zuzuführen, angeordnet ist, wobei die Schaltersteuervorrichtung die Treiberspannungen des ersten und des zweiten Halbleiterschalters steuert, wobei das Verfahren zum Schalten der elektrischen Stromquelle folgende Schritte aufweist: während des Schaltens von einer von der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle zur anderen, Veranlassen der Schaltersteuervorrichtung, einen Zwischenzustand bereitzustellen, in dem der Halbleiterschalter, der an die Stromversorgungsquelle angeschlossen ist, die ausgelegt ist, nach dem Schalten elektrischen Strom zuzuführen, in einem ungesättigten Zustand gehalten wird, und die Differenz zwischen den von der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle ausgegebenen Spannungen zu erfassen, und Ändern der Haltezeit des Zwischenzustands entsprechend der Spannungsdifferenz.A method for switching between electrical power sources used by a device for switching between electrical power sources comprising a first semiconductor switch, a second semiconductor switch, and a switch control device, wherein the first semiconductor switch is arranged between a load device and a first power supply source configured to supply electrical power to the load device, and the second semiconductor switch is arranged between the load device and a second power supply source configured to supply electrical power to the load device, wherein the switch control device controls the drive voltages of the first and second semiconductor switches, the method for switching the electrical power source comprising the steps of: during switching from one of the first and second power supply sources to the other, causing the switch control device to provide an intermediate state in which the semiconductor switch connected to the power supply source configured to supply electrical current after switching is maintained in an unsaturated state, and detecting the difference between the voltages output by the first and second power supply sources, and changing the holding time of the intermediate state according to the Voltage difference.
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