(57)【要約】  本発明は、電気的なエネルギ蓄積装置ＣEを充電するための装置に関する。この装置は能動的な電流制限装置２１を主電流経路内に有し、給電電流ＩVを所定の最大電流ＩMに制限する。電流変換装置２０が電流制限装置２１の下流側において電気的なエネルギ蓄積装置ＣEの電圧ＶEを給電電圧ＶB以上に高めるために接続されている。
2008522575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電電流（ＩE）により電気的なエネルギ蓄積装置（ＣE）を充電する装置において、
前記電気的なエネルギ装置（ＣE）は主電流経路を介して、給電電流（ＩV）を供給する電気的なエネルギ源（Ｅ）と接続されており、
クロック制御式の電圧変換装置（２０）が前記主電流経路内に配置されており、該クロック制御式の電圧変換装置（２０）は前記電気的なエネルギ蓄積装置（ＣE）の第１の電圧（ＶE）を前記電気的なエネルギ源（Ｅ）の給電電圧（ＶB）以上に高め、
能動的な電流制限装置（２１）が前記主電流経路内で前記クロック制御式の電圧変換装置（２０）の上流側に接続されており、該電流制限装置（２１）は前記給電電流（ＩV）を所定の最大電流（ＩM）に制限することを特徴とする、装置。
【請求項２】
前記電流制限装置（２１）は前記主電流経路内に配置されている制御可能な電流源（５）を有し、該制御可能な電流源（５）は制御装置（６）によって制御され、該制御装置（６）は前記給電電流（ＩV）を検出し、前記制御可能な電流源（５）を流れる前記給電電流（ＩV）を所定の最大電流（ＩM）に調節する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記電流制限装置（２１）は、前記主電流経路内に配置されている第１のスイッチング素子（Ｔ1）と、前記電流制限装置（２１）と前記電圧変換装置（２０）との間の主電流経路の結合点（５０）を前記電気的なエネルギ源（Ｅ）のアース（Ｇｎｄ）と接続するフライホイール装置（Ｄ3，Ｔ3）と、前記給電電流（ＩV）を検出し且つ制御信号（１００）を形成する制御装置（１）とを有し、前記制御信号（１００）は前記給電電流（ＩV）が所定の最大電流（ＩM）を上回る場合には前記第１のスイッチング素子（Ｔ1）を遮断し、前記充電電流（ＩE）が所定の最小電流（ＩM）よりも小さい場合には前記第１のスイッチング素子（Ｔ1）を導通接続する、および／または、所定の期間（ｄｔ）後に前記第１のスイッチング素子（Ｔ1）を導通接続する、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記フライホイール装置（Ｔ3，Ｄ3）はダイオード（Ｄ3）を有し、該ダイオード（Ｄ3）は阻止方向において前記主電流経路をアース（Ｇｎｄ）と接続する、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記フライホイール装置（Ｄ3，Ｔ3）は第３のスイッチング装置（Ｔ3）を有し、該第３のスイッチング装置（Ｔ3）は前記制御装置（１）によって逆位相で前記第１のスイッチング素子に接続される、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記制御装置（１，６）は第１の電圧（ＶE）および／または給電電圧（ＶB）を検出する、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記制御装置（１，６）は、前記第１の電圧（ＶE）が第１の閾値（ＶS1）を下回ると前記所定の最大電流（ＩM）を第１の最大電流（ＩM1）に調節し、前記第１の電圧（ＶE）が前記第１の閾値（ＶS1）を上回ると前記所定の最大電流（ＩM）を第２の最大電流（ＩM2）に調節する、請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記制御装置（１，６）は検出された給電電圧（ＶB）に依存して前記所定の最大電流（ＩM1）を調節する、請求項６または７記載の装置。
【請求項９】
前記第１の最大電流（ＩM1）は前記第２の最大電流（ＩM2）よりも小さい、請求項７または８記載の装置。
【請求項１０】
前記電流制限装置（２１）による前記給電電流（ＩV）の制限が行われない大きさに前記第２の最大電流（ＩM2）を選択する、請求項７から９までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
前記閾値（ＶS）は前記給電電圧（ＶB）に相当する、請求項７から１０までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１２】
前記閾値（ＶS）は前記給電電圧（ＶB）よりも３Ｖまで小さい、請求項７から１０までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１３】
前記電流制限装置（２１）は、前記閾値（ＶS）、前記第１および第２の最大電流および／または前記最小電流（Ｉm）が維持される蓄積領域を有する、請求項７から１２までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１４】
前記第１の電圧（ＶE）が前記第２の閾値（ＶS2）よりも小さい場合には前記クロック制御式の電圧変換装置（２０）はデアクティブにされ、前記第１の電圧（ＶE）が前記第２の閾値（ＶS2）を上回る場合には前記クロック制御式の電圧変換装置（２０）はアクティブにされる、請求項２０記載の装置。
【請求項１５】
前記第２の閾値（ＶS2）は前記第１の閾値（ＶS1）に相当する、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記所定の期間（ｄｔ）は発振器（６）によって設定される、請求項３から１２までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１７】
前記電流制限装置（２１）は、前記主電流経路内に配置されているＦＥＴトランジスタ（Ｔ1）を有し、該ＦＥＴトランジスタ（Ｔ1）のゲートおよびソースは相互に絶縁されており、前記ゲートはアース（Ｇｎｄ）とスイッチング可能に接続されており、
制御装置（１）を有し、該制御装置（１）は前記給電電流（ＩV）を検出し且つ制御信号（１００）を形成し、前記制御信号（１００）は前記給電電流（ＩV）が所定の最大電流（ＩM）を上回る場合には前記第１のスイッチング素子（Ｔ1）を遮断し、前記充電電流（ＩE）が所定の最小電流（Ｉm）よりも小さい場合には前記第１のスイッチング素子（Ｔ1）を導通接続する、および／または、所定の期間（ｄｔ）後に前記第１のスイッチング素子（Ｔ1）を導通接続する、請求項１記載の装置。
【請求項１８】
前記電流制限装置（２１）および前記電圧変換装置（２０）は１つのケーシング内に集積されている、請求項１から１７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１９】
ローパスフィルタを形成するために、前記電流制限装置（２１）の下流側の１つまたは複数のフィルタコンデンサ（Ｃ3）が前記主電流経路をアース（Ｇｎｄ）と接続する、請求項１から１８までのいずれか１項記載の装置。
【請求項２０】
請求項１記載の装置を用いて電気的なエネルギ蓄積装置（ＣE）を充電する方法において、
電流制限装置（２１）により給電電流（ＩV）を所定の最大電流（ＩM）に制限するステップと、
前記電気的なエネルギ蓄積装置（ＣE）の第１の電圧（ＶE）を、該第１の電圧（ＶE）が閾値（ＶS）を上回る場合には、クロック制御式の電圧変換装置（２０）を用いて、電気的なエネルギ源（Ｅ）の給電電圧（ＶB）以上に高めるステップとを有することを特徴とする、方法。
【請求項２１】
前記第１の電圧（ＶE）が前記閾値（ＶS）を上回る場合には、前記給電電流（ＩV）の制限を終了する、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
本発明は、電気的なエネルギ蓄積装置を充電するための装置及び方法に関する。
【０００２】
本発明をエアバッグシステムの電気的なエネルギ蓄積装置を充電するための装置に関連させて説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。
【０００３】
車両においては発電機およびバッテリによって一次電源が提供され、この一次電源は典型的には９Ｖ〜１８Ｖの電圧を有する。例えばエアバッグシステムのような安全性が重要な個々のシステムは固有の電気的なエネルギ蓄積装置を有する。このようにして一次エネルギ源が故障した際には、安全性が重要なシステムはさらに自身の一次機能を実施することができる。このためにエネルギ蓄積装置には十分な量のエネルギを蓄積できなければならない。エネルギ蓄積部の容量はスペースおよびコストに関する理由から任意に増大することはできないので、９Ｖ〜１８Ｖの典型的な給電電圧において実現されるものよりも多くの利用可能なエネルギ量をエネルギ蓄積装置に蓄積できるようにするために、エネルギ蓄積装置は例えば２２Ｖ〜４５Ｖの高められた電圧で充電される。さらには利用制限に基づき例えば１０Ｖよりも高い電圧がエアバッグシステムの点弧に必要とされる。
【０００４】
車両またはエアバッグシステムを再始動する際に、エネルギ蓄積装置は新たに充電されなければならない。図６にはエネルギ蓄積装置を充電するための装置が概略的に示されている。主電流経路は給電電流ＩVを供給するエネルギ源Ｅをエネルギ蓄積装置ＣEと接続する。主電流経路には電圧変換装置２０が配置されており、この電圧変換装置２０はエネルギ蓄積装置ＣEの蓄積電圧ＶEをエネルギ源Ｅの給電電圧ＶB以上に高めることができる。電圧変換装置２０の結線に関して、外部ダイオードＤ1およびインダクタＬがエネルギ源Ｅと電圧変換装置２０との間の主電流経路内に配置されている。ダイオードＤ1、インダクタＬおよび電圧変換装置２０は大きい抵抗を有していないので、スイッチオンの際にそれと同時にエネルギ蓄積部ＣEが空であると大きい給電電流ＩVが主電流経路に沿って流れることになる。このことは以下のような多くの理由から不利である：
１．敏感な回路を損傷させる可能性がある大きなグラウンドオフセットが生じる。
２．所定の仕様により、装置が要求できる最大電流は制限されていることが多い。
３．熱的および熱機械的な負荷が高電流により構成素子の寿命を縮める。
【０００５】
したがって、主電流経路内には電圧変換装置２０の下流側に抵抗Ｒ14〜Ｒ19が配置されている。これにより主電流経路の抵抗が高まり、スイッチオンの際の最大給電電流Ｌが制限される。抵抗Ｒ14〜Ｒ19において電力損失が生じるので、これらの抵抗によって電圧変換装置２０の効率が低減することは不利である。抵抗Ｒ14〜Ｒ19に対して並列に接続されているコンデンサＣ4によってこの効率を高めることができる。
【０００６】
電圧変換装置２０のトランジスタＴ2のクロック制御式のスイッチング特性およびそれに伴う１５０ｋＨｚ以上の範囲のノイズ信号に基づき、コンデンサＣ2および抵抗Ｒ13〜Ｒ10を備えたローパスフィルタによる主電流経路のフィルタリングが必要である。このローパスフィルタは主電流経路においてエネルギ源Ｅと電圧変換装置２０の間に配置されている。
【０００７】
付加的な抵抗Ｒ10〜Ｒ19によりエネルギ蓄積部ＣＥを充電するための装置の効率が低下し、またそれに付随する廃熱の問題が生じるだけでなく、回路全体のスペース要求も高まり、また多数の個々の構成素子による実装コストも高まることは不利である。
【０００８】
発明の利点
高い充電効率を有する回路が必要とされる。
【０００９】
本発明によればこの課題は、請求項１の特徴を備えたエネルギ蓄積部を充電するための装置および請求項１８の特徴を備えたエネルギ蓄積部を充電するための方法によって解決される。
【００１０】
本発明が基礎とする着想は、主電流経路内の能動的な電流制限装置が給電電流を所定の最大電流に制限するということである。主電流経路内の能動的な電流制限装置の下流側に配置されているクロック制御式の電流変換装置は、エネルギ蓄積装置の第１の電圧をエネルギ源の給電電圧以上に高める。給電電流は主電流経路と接続されているエネルギ蓄積装置から供給される。
【００１１】
本発明は公知の解決手段のアプローチとは異なり、電流制限装置の動的な内部抵抗が充電状態の上昇と共に、すなわちエネルギ蓄積装置の第１の電圧の上昇と共に低減し、それにもかかわらず高くあり続ける電流を流すことができるという利点を有する。したがって、エネルギ蓄積装置の充電プロセスの開始時にのみ、電流制限装置における損失電力が生じる。それと同時に能動的な電流制限装置は、エネルギ蓄積装置の充電の初期段階において所定の最大電流よりも大きい電流が流れることを阻止する。主電流経路において電圧変換装置の後段に抵抗を配置する必要はないのでこの電圧変換装置の効率は非常に高い。さらに、能動的な電流制限装置およびクロック制御式の電圧変換装置を充電するために必要とされる個別構成素子の数が減り、これらの装置および付加的に１つのインダクタおよび１つのダイオードを１つのケーシング内に一緒に集積することができる。
【００１２】
従属請求項には請求項１に記載されているエネルギ蓄積装置を充電するための装置の有利な実施形態および改善形態が記載されている。
【００１３】
有利な実施形態によれば、電流制限装置は主電流経路内に配置されている制御可能な電流源を有し、この制御可能な電流源は制御装置によって制御され、この制御装置は給電電流を検出し、制御可能な電流源を流れる給電電流を所定の最大電流に調整する。所定の最大電流を給電電圧、エネルギ蓄積装置の電圧および／またはこれらの電圧の差に基づき決定することができる。
【００１４】
別の殊に有利な実施形態によれば、電流制限装置が主電流経路内に配置されている第１のスイッチング素子を有し、また制御装置を有し、この制御装置は給電電流を検出し、制御信号を形成し、この制御信号は給電電流が所定の最大電流を上回ると第１のスイッチング素子を遮断し、給電電流が所定の最小電流よりも小さいと第１のスイッチング素子を導通接続する、および／または、所定の期間後に導通接続する。付加的に装置はフライホイール装置を有し、このフライホイール装置は電流制限装置と電圧変換装置の間の主電流経路の結合点を電気的なエネルギ源と接続する。この装置は、スイッチング素子の非導通状態においては給電電流が流れず、他方では導通状態においてスイッチング素子の抵抗は無視できるほどに小さいので、電流制限装置において電力損失が殆ど生じないという利点を有する。したがって有利にはこの装置では非常に僅かな程度の熱しか生じない。
【００１５】
別の実施形態によればフライホイール装置はダイオードを有し、このダイオードは阻止方向において主電流経路をアースと接続する。別の実施形態によれば、フライホイール装置は第３のスイッチング装置を有し、この第３のスイッチング装置は制御装置によって逆位相で第１のスイッチング素子に接続される。この第３のスイッチング装置は装置内の損失電力を前述の実施形態においてはフライホイールダイオードにおいて生じた値だけ低減する。
【００１６】
別の殊に有利な実施形態によれば、制御装置がエネルギ蓄積装置の第１の電圧および／または給電電圧を検出する。制御装置は、第１の電圧が第１の閾値を下回ると所定の最大電流を第１の最大電流に調節し、第１の電圧が第１の閾値を上回ると所定の最大電流を第２の最大電流に調節する。第１の最大電流は第２の最大電流よりも小さくてよい。さらには電流制限装置による給電電流の制限が行われないように第２の最大電流を大きく選択することができる。電流制限装置はエネルギ蓄積装置の充電状態が高い場合に給電電流をもはや制限せず、したがって電流制限装置においては損失電力が生じないことは有利である。
【００１７】
別の実施形態によれば、閾値はエネルギ源の給電電圧に相当するか、閾値は給電電圧よりも３Ｖまで小さい。
【００１８】
別の実施形態によれば電流制限装置は、閾値、第１および第２の最大電流および／または最小電流が維持される蓄積領域を有する。これにより装置を所定の仕様に適合させることができるので、最大電流は許容パラメータ内にある。
【００１９】
別の実施形態によれば、エネルギ蓄積装置の第１の電圧が第２の閾値よりも小さい場合にはクロック制御式の電圧変換装置がデアクティブにされ、第１の電圧が第２の閾値を上回る場合にはクロック制御式の電圧変換装置がアクティブにされる。第１の閾値は第２の閾値に対応していても良い。したがって電圧変換装置は有利には、クロック制御式の電圧変換装置無しでも効率的な充電が実現される程に長くデアクティブにされる。
【００２０】
実施形態によれば、所定の期間は発振器によって設定される。
【００２１】
実施形態によれば、電流制限装置は主電流経路内に配置されているＦＥＴトランジスタを有し、このＦＥＴトランジスタのゲートおよびソースは相互に絶縁されている。遮断の際にはゲートがソースではなくアースと接続される。これによってソースにおける電圧はスイッチング信号によって規定されない。制御装置は給電電流を検出し、また制御信号を形成し、この制御信号は給電電流が所定の最大電流を上回る場合には第１のスイッチング素子を遮断し、給電電流が所定の最小電流よりも小さい場合には第１のスイッチング素子をアースと接続する、および／または、所定の期間の経過後に第１のスイッチング素子をアースと接続する。電流回路におけるインダクタによって、またＦＥＴトランジスタのゲートとソースとの間のフィードバックを省略することによって、ソースにおける電位をアース電位以下に低減することができ、このようにして誘導性の電流回路における電流がアース電位に低下するまで、ＦＥＴトランジスタを動的に導通状態に維持することができる。これにより有利には、第１のスイッチング装置の遮断時にインダクタに対するフライホイール電流を供給するために必要とされるフライホイール装置を省略することができる。さらに、誘導性の電圧スパイクの発生を回避する自己制御式のスイッチオフ過程が得られる。
【００２２】
図面
本発明の実施例ならびに有利な実施形態を図面に示し、以下において詳細に説明する。
【００２３】
図面において：
図１は本発明の実施形態を概略的に示し、
図２は本発明の第２の実施形態を概略的に示し、
図３は本発明の第３の実施形態を概略的に示し、
図４は本発明の実施形態のスイッチング素子のスイッチング状態を表形式で表したものであり、
図５は本発明の実施形態の充電特性の概略図であり、
図６は従来技術による充電装置の概略図である。
【００２４】
実施例の説明
図面において、反対の意味で記載されていない限り、同一の参照符号は同一の構成要素または機能的に等しい構成要素を表す。
【００２５】
図１にはエネルギ蓄積装置ＣEを充電するための装置が概略的に示されている。エネルギ蓄積装置ＣEの電圧ＶEまたは電位はアースＧｎｄに対して測定される。エネルギ蓄積装置ＣEの典型的な容量は２〜２０ｍＦの範囲にある。電圧ＶEはエネルギ蓄積装置ＣEの充電状態においては典型的に２２Ｖ〜４５Ｖの範囲にある。平方での２つの定格量、すなわち容量と電圧ＶEの積はエネルギ蓄積装置ＣEに蓄積されるエネルギ量を表す。コスト的な理由により、および／または、小型の構造様式が必要とされるために、エネルギ蓄積装置ＣEの容量を制限的にしか任意に増大することができないので、一次エネルギ源Ｅの故障時にエネルギ蓄積装置ＣEによって給電されるべき装置の基本的な機能の実施を保証する十分な量の利用可能なエネルギを提供するためには電圧ＶEが前述の大きさに達していなければならない。さらにエアバッグ制御装置は動作のために例えば１０Ｖの最小電圧を必要とする。
【００２６】
給電電流ＩVは一次エネルギ源Ｅから供給される。一次エネルギ源Ｅは主電流経路を介してエネルギ蓄積装置ＣEと接続されている。典型的に、一次エネルギ源Ｅの給電電圧ＶBは９Ｖ〜１８Ｖの範囲でしかなく、したがってエネルギ蓄積装置ＣEに関して要求される２２Ｖ〜４５Ｖの電圧よりも低いので、主電流経路には電圧変換装置２０が配置されている。電圧変換装置に関してはインダクタＬとそれに続くダイオードＤ2が導通方向で主電流経路内に配置されている。インダクタＬとダイオードＤ2の結合点を、第２のスイッチング素子Ｔ2および抵抗Ｒ2を介してアースＧｎｄと接続することができる。第２のスイッチング素子Ｔ2は制御信号１０２を介して変換制御装置２によって開閉される。第２のスイッチング素子Ｔ2をＦＥＴトランジスタとして構成することができ、この場合には制御信号１０２がゲートに印加される。バリスタＶが入力側の領域において一次エネルギ源Ｅに対して並列に接続されており、後続の回路を過電圧から保護している。
【００２７】
第１の充電フェーズにおいては第２のスイッチング素子Ｔ2が閉じられている。したがって、給電電流ＩVはインダクタＬおよびダイオードＤ2を通りエネルギ蓄積装置ＣEへと流れる。給電電圧ＶBがエネルギ蓄積装置ＣEの電圧に相当すると給電電流ＩVはもはや流れなくなるので、この時に第１の充電フェーズは終了する。主電流経路内の半導体構成素子を介する電圧降下を考慮すると、電圧ＶEが給電電圧ＶBよりも僅か１Ｖ〜３Ｖ低くなると第１の充電フェーズが既に終了することが分かる。第１の充電フェーズに続いて第２の充電フェーズが始まる。
【００２８】
第２の充電フェーズの間に第２のスイッチング素子Ｔ2は周期的に導通接続される。これによって、交番的な電流ＩLがインダクタＬを流れる。ファラデーの法則に従いインダクタＬは誘導電圧を発生させる。この誘導電圧はインダクタおよび電流変化のパラメータに依存する。電圧はインダクタＬとダイオードＤ2との間の結合点において、給電電圧ＶBよりも高い電圧に達する。このようにしてエネルギ蓄積装置ＣEは、給電電圧ＶBよりも高い電圧ＶEで充電される。エネルギ蓄積装置ＣEから一次給電部Ｖへの電流の逆方向の流れはダイオードＤ2によって阻止される。
【００２９】
電圧変換装置２０の上流側には電流制限装置２１が接続されている。電流制限装置２１は制御可能な電流源５を有し、この制御可能な電流源５は制御信号１０５を介して制御装置６によって制御される。制御装置６は給電電流ＩVの目下の値を検出する。このために主電流経路内にセンサ抵抗Ｒ1が配置されており、制御装置６はセンサ抵抗Ｒ1の直前の電圧ＶZおよびセンサ抵抗Ｒ1の直後の電圧Ｖ1を検出する。このようにして求められる抵抗Ｒ1を介する電圧降下は目下の給電電流ＩVに対する尺度である。給電電流ＩVが所定の最大電流ＩMを上回ると、制御装置６が相応の制御信号を形成し、この制御信号は給電電流ＩVが最大電流ＩMよりも小さくなるように制御可能な電流源５の内部抵抗を高める。
【００３０】
図２には本発明の第２の実施形態が概略的に示されている。能動的な電流制限装置２１は主電流経路内に第１のスイッチング素子Ｔ1を有する。第１のスイッチング素子は制御装置１と接続されている。制御装置１は、同様に主電流経路内に配置されているセンサ抵抗Ｒ1を流れる電流を検出する。このセンサ抵抗Ｒ1を介する電圧降下が所定の値を上回ると、すなわち給電電流ＩVの電流の流れが所定の値を上回ると、制御装置１は制御信号１００を介してスイッチング装置Ｔ1を開き、主電流経路を流れる電流を遮断する。このようにして、給電電流ＩVは所定の最大電流ＩMを上回らないことが保証される。所定の期間の経過後に、第１のスイッチング素子Ｔ1が再び閉じられ、給電電流ＩVは再び主電流経路を通って流れることができる。所定の期間に関するタイマは発振器３によって設定され、この発振器３は制御装置１と接続されている。
【００３１】
主電流経路内にはクロック制御される電圧変換装置２０に対するインダクタＬが配置されている。このインダクタＬに基づき、第１のスイッチング素子Ｔ1をオンした際の給電電流ＩVの流れは矩形状に始まるのではなく、指数的な上昇を示す。したがって給電電流ＩVはある期間中は最大電流ＩMよりも小さく、この期間の間にエネルギ蓄積装置ＣEを充電することができる。
【００３２】
第１のスイッチング素子Ｔ1が開かれ、これにより給電電流ＩVの流れが遮断されると、電流の変化により第１のスイッチング素子Ｔ1とこのインダクタＬとの間の結合点５０における電圧電位の低下がこのインダクタＬに基づき誘起される。結合点５０はダイオードＤ3を介して阻止方向で装置のアースＧｎｄと接続されている。装置のアースＧｎｄはまたエネルギ蓄積装置ＣEとも接続されている。インダクタＬにより誘導された電圧は結合点５０の電位をアースの電位以下に低下させるので、ダイオードＤ3が導通接続される。これにより閉回路が生じ、この閉回路はダイオードＤ3、インダクタＬ、ダイオードＤ2および蓄積装置ＣEを有する。この回路においては電流ＩLが流れ、この電流ＩLはエネルギ蓄積装置ＣFをさらに充電する。この電流ＩLは誘導電圧に基づき流れる。したがってエネルギ蓄積装置ＣEはその間に電磁的なエネルギの形でインダクタＬに蓄積された量のエネルギによっても充電さる。
【００３３】
第１のスイッチング素子Ｔ1はエネルギ蓄積装置における電圧電位ＶEが、給電電圧ＶBから最大で１〜３Ｖ偏差する値に達すると永続的に導通接続される。次いで第２の充電フェーズが始まり、この第２の充電フェーズにおいては電圧変換装置２０がアクティブ化され、電圧電位ＶEが給電電圧ＶBを上回る電圧に高められる。
【００３４】
充電フェーズの間のスイッチング素子Ｔ1，Ｔ2のクロック制御式の動作に基づき、電流制限装置２１の上流側には抵抗Ｒ10〜Ｒ13およびコンデンサＣ2からなるローパス素子が配置されており、線路上の長波領域（１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ）におけるノイズが抑制される。
【００３５】
図３には本発明の第３の実施形態が示されている。図２の実施形態においては、ダイオードＤ3を介して電圧が降下したが、この電圧によりエネルギ蓄積装置ＣEが誘導電流ＩLによって充電される場合には損失が生じる。この損失を最小にするために、ダイオードＤ3が第３のスイッチング素子Ｔ3に置換される。この第３のスイッチング素子Ｔ3は逆位相で第１のスイッチング素子Ｔ1に接続される。導通状態においては第３のスイッチング素子Ｔ3を介する電圧降下は殆ど生じないので、損失はさらに低減され、したがって充電装置の効率が高まる。
【００３６】
図４には第１の充電フェーズ（事前充電フェーズ）の間、また充電装置が給電電流ＩVの検出後に設定する第２の充電フェーズ（昇圧フェーズ）の間の第１のスイッチング素子Ｔ1および第３のスイッチング素子Ｔ3のスイッチング状態が表形式で示されている。第１のスイッチング素子Ｔ1は、検出された給電電流ＩVが最大電流ＩMよりも小さい場合には導通接続され続ける。第１のスイッチング素子Ｔ1は、検出された給電電流ＩVが所定の最大電流ＩMよりも大きい場合には主電流経路を遮断する（主電流経路が阻止される）。これに基づき目下の給電電流ＩVが０Ａに低下する。続く確認周期においては、第１のスイッチング素子Ｔ1が再び導通接続される、および／または、エネルギ蓄積装置ＣEへの充電電流ＩEが所定の最小電流Ｉmを下回ると第１のスイッチング素子Ｔ1が導通接続される。このために充電電流ＩE、電流ＩLまたはダイオードＤ3もしくはトランジスタＴ3を流れる電流を検出することができ、これらは第１のスイッチング素子Ｔ1の遮断状態において等価である。第３のスイッチング素子Ｔ3は第１のスイッチング素子Ｔ1が遮断されている場合にのみ導通接続される。付加的にＴ1（クロック制御式）およびＴ3（プッシュプル）の逆位相のスイッチング状態を発振器１０３ａによって設定することができる。
【００３７】
付加的に図４には、昇圧装置２０内に配置されている第２のスイッチング素子のスイッチング状態が示されている。第１の充電状態（事前充電フェーズ）の間は第２のスイッチング素子Ｔ2、したがって昇圧装置２０はアクティブではない。第２の充電状態（昇圧フェーズ）の間に第２のスイッチング素子Ｔ2がクロック制御式に接続され、したがって昇圧装置２０の動作がアクティブになる。同様に給電電流ＩVを最大電流ＩM2に制限することができる。
【００３８】
図５には、時間軸ｔ上に第１の充電フェーズの間のエネルギ蓄積装置ＣEの充電状態ないしエネルギ蓄積装置ＣEの電圧ＶEが概略的に示されている。電位ＶEは第１の充電フェーズの間はまだ給電電圧ＶBよりも低いが、恒常的にこの給電電圧ＶBの値に近付く。中央のグラフには給電電流ＩVが時間にわたりプロットされている。給電電流ＩVは前述の第２の実施形態または第３の実施形態の方法に従い最大電流ＩMによって制限される。時点ｔ１において第１のスイッチング素子Ｔ1が導通接続される。これに基づき電流ＩLがインダクタＬを流れ、エネルギ蓄積装置ＣEを充電する。時点ｔ２では、給電電流ＩVに相当するインダクタＬを流れる電流ＩLが所定の最大電流ＩMに達する。この時点において第１のスイッチング素子Ｔ1が遮断される。これに基づき給電電流ＩVはもはや流れない。しかしながら電流ＩLはインダクタＬをさらに流れる。このフェーズにおいてはダイオードＤ3ないし第３のスイッチング素子Ｔ3が導通接続されている。インダクタを流れる電流ＩLは指数的に（ここでは線形に近似されている）増加する。所定の期間後に第１のスイッチング素子Ｔ1が再び導通接続される。これに基づき給電電流ＩVおよびコイルを流れる電流ＩLは再び増加する。第１のスイッチング素子Ｔ1が導通接続される時点を、発振器３およびこの発振器のクロック信号１０３によって設定することができる。インダクタＬを流れる電流ＩLが所定の最小電流Ｉmを下回ったときに、コイルを流れる電流ＩLを増加させ、第１のスイッチング素子Ｔ1を導通接続させることも可能である。
【００３９】
最大電流ＩMおよび／または最小電流Ｉmは充電装置の用途の設定および仕様に応じて定めることができる。この所定の値を蓄積装置１の記憶装置に格納することができる。これにより充電装置をフレキシブルに使用することができる。
【００４０】
図示していない別の実施形態は第１のスイッチング素子Ｔ1としてＦＥＴトランジスタを使用する。制御信号１００がゲートに印加され、また同時にアース電位Ｇｎｄと接続することができる。ゲートは電気的にソース・ドレインチャネルからは完全に絶縁されている。制御装置１から制御信号１００は出力されないことによりゲートにおける電位がアース電位である場合、このことは第１のスイッチング素子Ｔ1の閉じられた状態に相当する。インダクタＬによって誘導される電圧は結合点５０における電位をアースＧｎｄの電位以下に降下させる。ゲートはアース電位Ｇｎｄに設定され、またこの電位は結合点５０における電位よりも高いので、第１のスイッチング素子Ｔ1は導通接続される。このことはフライホイールダイオードＤ3を必要としない第１のスイッチング素子Ｔ1を介するフライホイール回路を実現する。トランジスタＴ1の性能は誘導電圧の低減と共に低下し、これは誘導電圧の消失時間の経過後にトランジスタＴ1が遮断されるまで続く。
【００４１】
本発明の本質的な利点は、電圧変換装置２０および電流制限装置２１を１つまたは２つの構成素子として製造することができ、これらの装置は動作に関してインダクタＬおよびダイオードＤ1を除き別の構成要素を必要としないということである。このことは有利には使用されるスペースおよび実装コストを低減する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態の概略図。
【図２】本発明の第２の実施形態の概略図。
【図３】本発明の第３の実施形態の概略図。
【図４】本発明の実施形態のスイッチング素子の表形式のスイッチング状態。
【図５】本発明の実施形態の充電特性の概略図。
【図６】従来技術による充電装置の概略図。
【符号の説明】
【００４３】
１  制御装置、  １００，１０２，１０５  制御信号、  １０３ａ，１０３ｂ  クロック信号、  ２  電圧変換制御装置、  ２０  電圧変換装置、  ２１  電流制限装置、  ３  発振器、  ５  制御可能な電流源、  ５０  結合点、  ６  制御装置、  Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3，Ｃ4  コンデンサ、  ＣE  エネルギ蓄積装置、  Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3  ダイオード、  Ｇｎｄ  アース、  Ｉ2  電流、  ＩE  ＣEにおける充電電流、  ＩL  インダクタを流れる電流、  ＩM  最大電流、  Ｉm  最小電流、  ＩV  給電電流、  Ｒ1  センサ抵抗、  Ｒ2，Ｒ10〜Ｒ13，Ｒ14〜Ｒ19  抵抗、  Ｔ1  第１のスイッチング素子、  Ｔ2  第２のスイッチング素子、  Ｔ3  第３のスイッチング素子、  ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４  時点、  ｔ  時間軸、  Ｅ  電気的なエネルギ源、  Ｖ1，Ｖ2，ＶZ  電圧、  ＶB  給電電圧、  ＶE  ＣEの電圧、  ＶS  閾値、  Ｖ  バリスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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