JP4138664B2 - 保護スイッチを備えたマルチセルラーｄｃ／ｄｃ電圧コンバータ - Google Patents

Description

本発明は、直流／直流（ＤＣ／ＤＣ）電圧コンバータに関し、特に自動車分野における適用に関する。

本発明は、より詳しくはマルチセルラー、すなわち、互いに並列接続されたそれぞれ独立のコンバータの対応する数を形成する複数のセルを備えたＤＣ／ＤＣ電圧コンバータに関する。特に、各セルは、非絶縁である特性を呈するチョッパＤＣ／ＤＣコンバータである。

この種のチョッパ・コンバータは、第１対の正負端子および第２対の正負端子を備えた２ポート被制御電気回路である。第１および第２負端子は、第１決定分路によって互いに接続されている。同様にして、第１および第２正端子は、エネルギー貯蔵装置を形成するインダクタを含む第２決定分路によって互いに接続されている。コンバータは、さらに管理ユニットの制御の下、被決定デューティレシオに基づいてＯＦＦとＯＮを切り換える少なくとも一つの被制御スイッチを備えたチョッパ手段を含んでいる。

この種の回路は、「入力」電圧と呼ばれる被決定電圧が第２の正端子と負端子に印加されたときに、「出力」電圧と呼ばれる被決定電圧で第１対の正端子と負端子間に直流または擬似直流電流を、逆もまた同様に流すことができる。

コンバータが、前記第１および第２負端子と前記第１および第２正端子をそれぞれ相互接続させる前記第１および第２分路を備えるという意味では、非分離されているということになる。この種のコンバータは、第１対の端子が第２対の端子から分離されている絶縁コンバータと対比される。

コンバータを形成する要素の寸法を縮小する一方で、十分な電力を機器の種々の部材に供給するために、特に文献ＵＳ−Ａ−６２７５９５８より公知である並列接続された一連のセルを備えたマルチセルラー・コンバータがある。セルが故障したときには、故障セルを、高電圧ネットワーク側に一方を配備し、低電圧ネットワーク側に他方を配備した金属酸化物半導体（ＭＯＳ）トランジスタによって形成された二つの保護スイッチによって分離することもこの文献から理解される。

これらのトランジスタは、平常動作でＯＮに、不調が検出されたときにＯＦＦにされる被制御スイッチとして作動する。

平常動作に追従して、保護機能を発揮する要素は、状況に依存して、その静電力消費量として全体の回路の静電力消費量の０．５％から２．０％を生じる。

さらに、これらの保護要素の存在は、電気回路の寸法が大きくなり長さは増し、製造方法がより複雑になり、最終的に回路の値段のかなりの上昇を招く。

本発明の目的は、故障動作モードを有し、被決定セルが不調になったときにこのセルを他のセルから独立して非作動ととすることができ、一方で平常動作における電力消費量を最小にすることが可能な静電力消費量を提供することである。

本発明は、ＤＣ／ＤＣ電圧コンバータを提供し、該ＤＣ／ＤＣ電圧コンバータは、
高電圧電気ネットワークの二つの端子にそれぞれ接続するための第１正端子および第１負端子と、
低電圧電気ネットワークの二つの端子にそれぞれ接続するための第２正端子および第２負端子と、
ｎが１より大きい整数であり、前記第１正端子と負端子間および前記第２正端子と負端子間に配置され並列接続されたｎ個のセルであって、各セルがチョッパＤＣ／ＤＣコンバータを含み、各々前記第１と第２負端子とを相互接続させる第１分路と、インダクタを含み前記第１正端子と第２正端子とを相互接続させる第２分路と、少なくとも一つのチョッパ・スイッチを備えるチョッパ手段と、所定のデューティレシオでチョッパ・スイッチのＯＦＦとＯＮの切り換えを制御するように適用された管理ユニットとを備えるセルとを具備し、
各セルは前記第２分路内に配備されるとともに前記セルを他のセルとは独立して非作動とするための保護管理ユニットと関連する単一保護トランジスタをさらに備えている。

文献ＵＳ−Ａ−６２７５９５８の従来の知識に反して、ただ一つの保護トランジスタが対応するセルを分離するのに十分であり、この単一トランジスタをＯＮ（オン）になるように制御することによってこのセルは作動状態になり、これによって電力消費はより少なくなる。

本発明の有利な変形例において、各セルの単一保護トランジスタは、コンバータの高電圧部に接続されている。高電圧のために、トランジスタがＯＮ位置にあるときの保持電流がより少なくなり、従って電力消費がさらに少なくなる。

スイッチを含む分路内を流れる電流を導通する状態にあるとき、スイッチは「ＯＮ」であると言われる。反対に、「ＯＦＦ（オフ）」にあるスイッチは、分路内を流れる電流がゼロになるように強制する。トランジスタによって形成されたスイッチについても固有のダイオードを含んでおり、スイッチの端子間の電圧が固有のダイオードをもブロックしたとき、すなわち、ダイオードのカソードの電位がダイオードのアノードの電位よりも高くなったときに、スイッチのＯＦＦ状態が電流をゼロにする。

コンバータの高電圧部に接続されたセル当りの単一トランジスタを伴う本発明の別の態様において、コンバータはコンバータの低電圧部に関する全てのセルに共通する保護トランジスタをさらに含んでいる。従って、コンバータの固有消費電力が非常に小さい範囲で増大する一方で、特にあべこべな方法で接続された低電圧バッテリの場合、低電圧ネットワーク内の逆極性に対して保護される。

本発明の他の特徴および利点は、添付図面を参照して与えられた非限定実施例の次の説明から明白である。

図において、使用されたトランジスタの方向をはっきり示すために、アルファベットＤとＳがそのトランジスタの説明において特定される方向に対応して各トランジスタのドレインおよびソースをそれぞれ示す。

図１のダイアグラムにおいて、高電圧ＤＣネットワークが正端子１と負端子２を介してバック・コンバータに接続されている。端子１と２間の電圧は、例えば約４２ボルト（Ｖ）の状態にある。低電圧のＤＣネットワークは、端子３と４に接続され、端子３は正に、また端子４は負であり、これら二つの端子間の電圧は例えば約１４Ｖの状態にある。

図１に示した例において、６個の相互に等しいバックタイプの個々のチョッパ・コンバータ１００，２００，…，６００が、端子１と２側と他方の端子３と４側間に並列に配備されている。端子２と４は、直接相互接続されている。

これら個々のコンバータ１００，２００，…，６００の各々において、例えば３０マイクロファラッド（μＦ）のコンデンサであるコンデンサ１６，２６，．．．，６６は、４２Ｖのネットワーク側に、前記個々のコンバータ１００，２００，…，６００によって伝送される電荷を蓄えるために、端子１と２を相互接続する。同様にして、個々のコンバータ１００，２００，…，６００において、例えば同じように３０μＦのコンデンサである別のコンデンサ１７，２７，．．．，６７が１４Ｖネットワーク側に、それぞれのコンバータ１００，２００，…，６００によって伝送される電荷を蓄えるために端子３と４を相互接続する。動作について説明すると、それぞれ４２Ｖと１４Ｖにある二つのネットワークはそれぞれのセットをなすコンデンサ１６，２６，．．．，６６および１７，２７，．．．，６７内でいくらかの電荷を消費する。

各個々のコンバータ１００，２００，．．．，６００において、端子１および３は、この端子１から端子３に行く次の順序で直列接続された次の要素を含む分路によって相互接続される。すなわち、
例えば、ＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ）であって、そのドレインによって端子１に接続されたｎチャネル（Ｎ−ＭＯＳ）を有するバック・トランジスタ１１，２１，．．．，６１。この種のトランジスタは、バック・トランジスタ１１，２１，．．．，６１によって構成され、また電流を端子３から端子１に向けて流すように方向付けられたスイッチと並列接続にあるイントリンシックダイオード１８，２８，．．．，６８を含み、
・ノードＮ１，Ｎ２，．．．，Ｎ６を介してバック・トランジスタ１１，２１，．．．，６１のソースに接続された例えば６ミリオーム（ｍΩ）の抵抗を有する１２マイクロヘンリー（μＨ）のインダクタ１４，２４，．．．，６４、
・各セルのための単一保護トランジスタ、例えば、同様のｎ−チャネルＭＯＳ−ＦＥＴである保護トランジスタ１３，２３，．．．，６３。このトランジスタ１３，２３，．．．，６３は、そのドレインを介してインダクタ１４，２４，．．．，６４に接続されている。バック・トランジスタ１１，２１，．．．，６１について言えば、この保護トランジスタ１３，２３，．．．，６３は、保護トランジスタ１３，２３，．．．，６３と並列接続され、また電流を端子３から端子１に向けて通すように方向付けられたイントリンシックダイオード２０，３０，．．．，７０を含み、さらに、
・トランジスタ１３，２３，．．．，６３のソースおよび端子３に接続された例えば２ｍΩの抵抗器１５，２５，．．．，６５である。

バック・トランジスタ１１，２１，．．．，６１のソースとドレイン間の偶発的な短絡の場合において、保護トランジスタ１３，２３，．．．，６３がＯＦＦとなるとの時に制御される限り、保護トランジスタ１３，２３，．．．，６３の等価ダイオード２０，３０，．．．，７０が、端子１から端子３へ流れる望まれない電流を阻止する。このような不本意電流は、低電圧回路に放電する高電圧回路を引き起こす。

個々のバック・コンバータ１００，２００，．．．，６００は、ダイオード１２ａ，２２ａ，．．．，６２ａも含んでおり、そのカソードはノードＮ１，Ｎ２，．．，Ｎ６に接続され、そのアノードが端子２および４に接続されている。

このようにして構成された個々のバック・コンバータ１００，２００，．．．，６００は、各々４２Ｖのネットワークから１４Ｖのネットワークに約２５０ワット（Ｗ）の電力を伝送することができる。

図２は図１の個々のコンバータ１００を制御するための構成を示す。この構成はコントローラＣ１からなり、その入力は端子１と２にそれぞれ接続された線１０１と１０２によって前記高電圧を、端子３に接続された線１０３によって前記低電圧を、また線１５０と１５１によって抵抗器１５の端子両端の電圧を受信する。パルス幅変調を使用し、当該技術に習熟した人に知られている制御モードにおいて、コントローラＣ１は、線１１０によってそのグリッドに伝送されたＯＦＦまたはＯＮ信号によってバック・トランジスタ１１を制御する。信号のパルスは例えば７０キロヘルツ（ｋＨｚ）の周波数に対応する被決定周期にある。

コントローラＣ１に類似したコントローラが、５個の他のコンバータ２００，．．．，６００の各々に同様の方法で接続され、これらの回路の各々において同様の機能を実行する。有利なことに、６個のコントローラが同じパルス周期でそれぞれのパルスを発生し、また決定されたサイクル順が考慮され、これによって前記順序にある二つの連続する個々のコンバータからのパルスが、それぞれのコンバータからの制御パルスの周期の１／６に等しいシフトだけオフセットされる。

個々のコンバータ１００に対して、検出器Ｄ１が二つの線１１１と１１２介してバック・トランジスタ１１のドレインとソース間の電圧を受信する二つの入力を有している。個々のコンバータ１００の平常動作において、検出器Ｄ１は信号を保護管理ユニットＰに伝送し、これによって線１３０を介してある一定の電圧、例えば前記保護トランジスタ１３のソースに関して５Ｖから１０Ｖの範囲にある電圧を保護トランジスタ１３のグリッドに印加する。これによって保護トランジスタ１３をＯＮ状態、すなわち、導通状態に保持する。

検出器Ｄ１がバック・トランジスタ１１の不調、特にバック・トランジスタ１１のドレインとソース間の短絡を識別したとき、検出器Ｄ１は線１３０を介して保護トランジスタ１３のグリッドに印加される電圧を断続して、保護トランジスタ１３のドレインとソース間の回路を開（スイッチ・オフ）する。この回路の開放は、保護トランジスタ１３のグリッドとソースを一緒に接続するバイアス抵抗器（不図示であるが、１０キロオーム（ｋΩ）の抵抗値を有している）によって得ることができる。従って、全体の個々のコンバータ１００がサービスから外される。さらに、個々のコンバータ１００を介して４２Ｖネットワークから１４Ｖネットワークに放電するいずれの電流も端子１から端子３に流れることはない。

他の個々のコンバータ２００，．．．，６００も検出器Ｄ１と同様のそれぞれの検出器Ｄ２，．．．，Ｄ６を有し、同様の方法で保護管理ユニットＰに接続されている。このユニットも線２３０，．．．，６３０によって個々のコンバータ２００，．．．，６００のそれぞれのバック・トランジスタ２３，．．．，６３に接続され、同様の個々の保護機構を個々のコンバータ１００，２００，．．．，６００の全てに提供している。

個々のコンバータ１００，２００，．．．，６００が、他の個々のコンバータ全てに並列に接続されているので、これらのいずれが動作を停止しても他の動作を妨害することはない。従って、コンバータ全体の動作は、なおも動作している個々のコンバータによって続けられる。この続行動作は並列接続された個々のコンバータおよび本発明に基づいて個々のコンバータ内に配備された保護スイッチによって可能である。

任意に、それぞれのコントローラを介する個々のコンバータ１００，２００，．．．，６００全てのための制御モードは、個々のコンバータの一つをサービスから外すことを考慮して、６個のコンバータと６個の検出器に接続された上位コントローラ（不図示）によって適用することができる。このような状況下で、その個々のコンバータの一つをサービスから外す代わりに全てのコンバータの動作を適切にすることを可能にする。

例えば、個々のコンバータ１００，２００，．．．，６００の一つが、サービスから外されたときに、上位コントローラがなおも動作している他の５個のコンバータ１００，２００，．．．，６００のコントローラを制御し、これによって２つの連続する個々のコンバータの制御パルスが、個々のコンバータ内で制御パルスの共通周期の１／５に等しい周期だけオフセットする。全コンバータのためにこのようにして得られた動作の欠陥モードは、個々のコンバータの一つがサービスから外された後、電荷が伝送される最大定格の低下に対応するか、または高電圧ネットワークと低電圧ネットワーク間で伝送することのできる最大電力の低下に対応する。

図３はブースト・コンバータを構成する本発明の実施例に対応する。この実施例は上述した実施例のいくつかの要素の構成とある部分を反復している。詳細な説明は完全に反復せず、また全ての要素および反復しない参照符号は上述の実施例に説明したものと同様である。

この実施例において、単一保護トランジスタ１２，２３，．．．，６３は、セルの高圧部分に接続されている。

個々のコンバータ１００，２００，．．．，６００は、ここではブースト・コンバータであって、
・保護スイッチの機能を発揮し、そのドレインは端子１に接続されている例えば、ｎ−チャネルＭＯＳ−ＦＥＴであるトランジスタ１３，２３，．．．，６３。このトランジスタはイントリンシックダイオード２０，３０，．．．，７０保護トランジスタ１３，２３，．．．，６３と並列接続されるとともに端子１に向かって流れる電流が通過するように方向付ける。そのソースもコンデンサ１６，２６，．．．，６６に接続されており、
・そのカソードが保護トランジスタ１３，２３，．．．，６３のソースに接続されているダイオード１１ａ，２１ａ，．．．，６１ａと、
・ノードＮ１，Ｎ２，．．，Ｎ６を介してダイオード１１ａ，２１ａ，．．．，６１ａのアノードに接続されている例えば１２μＨと６ｍΩインダクタのようなインダクタ１４，２４，．．．，６４と、
・インダクタ１４，２４，．．．，６４と端子３に接続された例えば２ｍΩ抵抗器のような抵抗器１５，２５，．．．，６５とを含んでいる。

ダイオード１２ａ，２２ａ，．．．，６２ａの代わりに，個々のコンバータ１００，２００，．．．，６００は、ブースト・トランジスタ１２，２２，．．．，６２を含んでいる。ブースト・トランジスタ１２，２２，．．．，６２は、例えばここでもｎ−チャネルＭＯＳ−ＦＥＴであって、そのドレインはノードＮ１，Ｎ２，．．．，Ｎ６に接続され、またそのソースは端子２と４に接続されている。ブースト・トランジスタ１２，２２，．．．，６２は、並列接続されるとともに電流をノードＮ１，Ｎ２，．．．，Ｎ６に流すように方向付られるイントリンシックダイオード１９，２９，．．．，６９も含んでいる。

このようなブースト・コンバータの動作モードは、当該技術に習熟した人に知られており、バック・トランジスタのための上述実施例に使用したものと同様のブースト・トランジスタ１２，２２，．．．，６２を制御するモードを利用する。このような方式で構成された個々のブースト・コンバータ１００，２００，．．．，６００の各々は、１４Ｖネットワークから４２Ｖネットワークにほぼ２５０Ｗの電力を伝送することができる。

有利なことに、図３に対応するブースト・コンバータのために、それぞれの不調検出器Ｄ１，Ｄ２，．．．，Ｄ６は、その関連する個々のコンバータのブースト・トランジスタ１２，２２，．．．，６２のドレインとソースに二つの入力を介して接続されている。これらの不調検出器Ｄ１，Ｄ２，．．．，Ｄ６は、上述した方式と同様にして構成され、不調が検出された個々のコンバータの保護トランジスタ１３，２３，．．．，６３をＯＦＦに切り換える。

バック・コンバータにつき説明したと同様の利点および改良が、ブースト・コンバータのこの場合にも同様に再生することができる。

図４は個々の反転可能コンバータ１００，２００，．．．，６００で形成されたコンバータに対応している。個々の反転コンバータ１００，２００，．．．，６００の各々は、上述したバック・コンバータまたはブースト・チョッパ・コンバータと同じ要素を使用しており、同様の方式で配備されている。これらの要素の詳細な説明は、以下には反復説明しない。

各々の反転可能コンバータ１００，２００，．．．，６００は、それぞれダイオード１１ａ，２１ａ，．．．，６１ａおよび１２ａ，２２ａ，．．．，６２ａの代わりをするバック・トランジスタ１１，２１，．．．，６１およびブースト・トランジスタ１２，２２２，．．．，６２を含んでいる。

例えば、ｎ−チャネルＭＯＳ−ＦＥＴのようなバック・トランジスタ１１，２１，．．．，６１は、そのドレインが端子１に接続され、またそのソースがノードＮ１，Ｎ２，．．．Ｎ６に接続されている。バック・トランジスタ１１，２１，．．．，６１と並列接続されたそのイントリンシックダイオード１８，２８，．．．，６８は、電流を端子３から端子１に通すように方向付けられている。

例えば、別のｎ−チャネルＭＯＳ−ＦＥＴのようなブースト・トランジスタ１２，２２，．．．，６２は、そのドレインがノードＮ１，Ｎ２，．．．Ｎ６に接続され、またそのソースが端子２と４に接続されている。並列接続されたそのイントリンシックダイオード１９，２９，．．．，６９は、電流をノードＮ１，Ｎ２，．．．，Ｎ６に向けて通すように方向付けられている。

図５に示したように、個々の反転可能コンバータ１００のために、そのコントローラＣ１が、バック・トランジスタ１１，２１，．．．，６１のグリッドと個々のコンバータ１００のブースト・トランジスタ１２，２２，．．．，６２のグリッドにそれぞれ接続された二つの出力１１０と１２０を備えている。コントローラはさらに線１５０と１５１によって低抵抗抵抗器１５の二つの端子に接続された二つの入力を備えている。

当該技術に習熟した人に知られている制御モードにおいて、バック動作モードで動作されるときに、コントローラＣ１はバック・トランジスタ１１，２１，．．．，６１のグリッドの電圧を制御して、低抵抗抵抗器１５を通って流れる測定された電流値の関数としてこれを交互にＯＦＦとＯＮに切り換える。これと同時に、少なくともバック・トランジスタ１１，２１，．．．，６１がＯＮのときの時間間隔中にＯＦＦされるようにブースト・トランジスタ１２，２２，．．．，６２のグリッドを制御する。

対称的に、ブースト・モード動作において、コントローラＣ１がブースト・トランジスタ１２，２２，．．．，６２のグリッドを制御して、低抵抗の抵抗器１５を通って流れる測定された電流値の関数としてこれを交互にＯＦＦとＯＮに切り換える。その後、コントローラＣ１が次に、少なくともブースト・トランジスタ１２，２２，．．．，６２がＯＮのときの時間間隔中にＯＦＦされるようにバック・トランジスタ１１，２１，．．．，６１のグリッドを同時に制御する。

同様にして、各反転可能な個々のコンバータ１００，２００，．．．，６００は、個々の反転可能コンバータ１００と同様のバック・トランジスタ１１，２１，．．．，６１およびブースト・トランジスタ１２，２２，．．．，６２を制御するためのシステムを含んでいる。全ての反転可能な個々のコンバータの制御信号が、上述実施例について上記したバック・コンバータまたはブースト・コンバータと同様の方式で同期化される。

図４において、各反転可能な個々のコンバータ１００，２００，．．．，６００の保護トランジスタ１３，２３，．．．，６３が、インダクタ１４，２４，．．．，６４と低抵抗の抵抗器１５，２５，．．．，６５の間に配備され、そのドレインがインダクタに、そのソースが抵抗器に接続され、またそのイントリンシックダイオード２０が端子３から端子１向かって電流を通すように方向付けられている。この方式で接続されたこれらの保護トランジスタ１３，２３，．．．，６３は、不調検出器Ｄ１，Ｄ２，．．．，Ｄ６に関連する保護管理ユニットＰ自体（図５参照）によって制御される。これらの不調検出器Ｄ１，Ｄ２，．．．，Ｄ６は、それぞれ個々のコンバータ１００，２００，．．．，６００内のバック・トランジスタ１１，２１，．．．，６１のソースとドレインにそれぞれ接続されている。こうして、得られた保護は図１と２に対応する第１実施例のものと同様である。

バック・コンバータのためのこれらの説明と同じ利点および改良が、反転可能コンバータのこの場合においても得ることができる。

図６と７はともに図４と５に示した反転可能コンバータのものと同様の構造をなす反転可能コンバータに対応している。本発明のこの新しい実施例において、各反転可能コンバータ１００，２００，．．．，６００の保護トランジスタ１３，２３，．．．，６３は、端子１とバック・トランジスタ１１，２１，．．．，６１間に配備されている。そのドレインが端子１に、またそのソースがバック・トランジスタ１１，２１，．．．，６１のドレインとコンバータ１６，２６，．．．，６６間のノードに接続されている。保護トランジスタ１３，２３，．．．，６３のイントリンシックダイオード２０，３０，．．．，７０はなおも端子１に向かって電流を通すように方向付けられている。

保護トランジスタ１３，２３，．．．，６３のこの位置付けは、バック・トランジスタ１１，２１，．．．，６１とコンデンサ１６，２６，．．．，６６を端子１に接続するノード間に配置された位置になるのが好ましい。コンデンサ１６，２６，．．．，６６とバック・トランジスタ１１，２１，．．．，６１とブースト・トランジスタ１２，２２，．．．，６２によって形成されたループ内に流れる電流は、突然の変化が課せられたチョップ電流であり、従って特に前記ループ内の寄生自己インダクタンスによる外乱を低下する、または実際に前記ループから伝送された放射のために、このループの物理的寸法を縮小する利点がある。

検出器Ｄ１はなおもその二つの入力に、２本の線１１１と１１２を介してバック・トランジスタ１１のドレインとソース間の電圧を受信する。同様の配備が個々の反転可能コンバータ１００，２００，．．．，６００の各々内のこれらの要素のために使用される。

本実施例全ての反転可能コンバータの動作およびその保護システムの動作は、図４と５の対応動作と同じである。同様にして、各バック・トランジスタ１１，２１，．．．，６１に関連する検出器は、個々のコンバータ１００，２００，．．．，６００を作動可能にし、これに関連して前記バック・トランジスタ内に発生する短絡の際、サービスから外す。同じ改善を同様に本実施例に組み合わせることができる。

図８は、低電圧側で、セルの全てに共通する保護トランジスタをさらに備えている回路を示す。

この図において、セル１００，．．．，６００は、鎖線によるボックスのみで表わされており、セルの個々の構造は、上述した構造をなし、各セルはその高電圧側で単一保護トランジスタを共同している。

図８の回路において、例えば端子Ｈ１とＨ２間において約４２Ｖで動作する高電圧ＤＣネットワークは、これらの端子間に接続されたバッテリＨＲを含んでいる。Ｈ１は正端子であり、Ｈ２が負端子である。

例えばこのネットワークＢの二つの端子Ｂ３とＢ４間で約１４Ｖで動作する低電圧ＤＣネットワークは、バッテリＢＲを含んでいる。このバッテリＢＲは端子Ｂ３とＢ４間に接続されている。Ｂ３は正端子であり、Ｂ４は負端子である。

低電圧ネットワークが、フィルター８００を介してセル１００，．．．，６００に接続されている。このフィルター８００は、セル１００，．．．，６００に共通である端子３と４に接続されている。フィルター８００の構造は、当該技術に習熟した人に知られており、ここでは詳細には説明しない。

さらに、高電圧ネットワークも端子１と２および高電圧ネットワークの端子Ｈ１とＨ２に接続された別のフィルター７００を介してセルに接続されている。この高電圧ネットワークはその両端間に接続された高電圧バッテリＨＲを備えている。

これもｎ−チャネル（Ｎ−ＭＯＳ）金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ）である保護トランジスタ８０１が、フィルター８００と端子Ｂ３間に接続されている。この保護トランジスタ８０１のドレインが、フィルター８００に接続される一方、そのソースは端子Ｂ３に接続されている。

制御ユニットＣＳが、保護トランジスタ８０１のグリッドに接続された出力と、検出器Ｄの出力に接続された入力とを有している。検出器Ｄは端子Ｂ３とＢ４にも接続されている。

通常動作モードにおいて、検出器Ｄが端子Ｂ３とＢ４間に約１４Ｖの電圧を検出する。次に、制御ユニットＣＳが安全トランジスタ８０１をして、例えばそのソースに対して約５Ｖから１０Ｖの正電圧をそのグリッドに印加することによってＯＮに切り換えせしめる。

検出器Ｄが電圧Ｂ３およびＢ４に対して異常値、例えば極性反転を検出したときに、制御回路ＣＳが保護トランジスタ８０１のグリッドに印加される正電圧を中断する。抵抗器８０２、例えば保護トランジスタ８０１のグリッドとソース間に接続された１０ｋΩの抵抗器が、このトランジスタのＯＦＦの切り換えを保証する。従って、低電圧回路Ｂの端子Ｂ３とＢ４間の短絡または極性反転の場合に、低電圧回路とコンバータが互いに分離される。

保護トランジスタ８０１が、ｎ−チャネルＭＯＳ−ＦＥＴであるとき、トランジスタのドレインとソース間に外部イントリンシックダイオード８０３が並列に接続される。このイントリンシックダイオード８０３は、トランジスタ８０１のソースからドレインに向かう電流を通す。閾値電圧は０．９Ｖから１．３Ｖ台である。保護トランジスタ８０１は、イントリンシックダイオード８０３がフィルター８００に向かう電流を通すように方向付けられる。

当然ながら、本発明は説明した実施例に限定されず、また変形例は請求の範囲に規定された本発明の範囲を越えることなしにこれに適用することができる。

より詳しく説明すると、本発明は高電圧側に各セルの単一保護トランジスタを配置し、低電圧側に共通スイッチを配置し、セルを分離するとともに低電圧側の極性反転に抗してコンバータを保護し、一方で静的電力消費量を最少にする構成からなる好ましい実施例につきこれまでに説明したが、低電圧側にセルの各々内に保護トランジスタを配備し、高電圧側に共通スイッチを配備することが可能である。静消費電力の少ない増加という犠牲を払って、高電圧バッテリが放電されるときに、低電圧バッテリから高電圧バッテリへの電荷の伝送を回避することを可能にする。

これまでに説明した実施例とは別の実施例において、Ｎ−ＭＯＳタイプのトランジスタは、Ｐ−ＭＯＳタイプの対応するトランジスタと置換することもできる。これらは回路の機能および全般的動作を変えることなしに、バイポーラ技術を使用するトランジスタと置換することもできる。セルの全てに共通の保護トランジスタは、電磁リレーによって制御されるスイッチと置換してもよい。

さらに、低電圧側の種々のセルに共通する保護トランジスタ８０１は、コンバータと一体的に示しているが、これから離して配置してもよい。

これとは逆に、トランジスタ８０１のための制御ユニットＣＳが保護管理ユニットＰから分離して示しているが、これと一体形成することもできる。

本発明の電圧降下（バック）コンバータの実施例の回路図である。 図１のコンバータに関連するコントローラおよび不調検出器の構成を示す図である。 本発明の電圧上昇（ブースト）コンバータの実施例の回路図である。 本発明のバック／ブースト・コンバータの第１実施例の回路図である。 図４のコンバータに関連するコントローラおよび不調検出器の構成を示す図である。 本発明のバック／ブースト・コンバータの第２実施例の回路図である。 図６のコンバータに関連するコントローラおよび不調検出器の構成を示す図である。 低電圧側の共通保護回路を含む回路図である。

Claims (5)

1. 高電圧電気ネットワークの二つの端子にそれぞれ接続するための第１正端子（１）及び第１負端子（２）と、
   低電圧電気ネットワークの二つの端子にそれぞれ接続するための第２正端子（３）及び第２負端子（４）と、および
   ｎが１より大きい整数であり、前記第１正端子（１）と負端子（２）間および前記第２正端子（３）と負端子（４）間に配置され並列接続されたｎ個のセル（１００、２００、・・・、６００）であって、各セルがチョッパＤＣ／ＤＣコンバータを含み、各々が前記第１と第２負端子（２および４）とを相互接続させる第１分路と、インダクタ（１４、２４、・・・、６４）を含み前記第１正端子と第２正端子（１および３）とを相互接続させる第２分路と、少なくとも一つのチョッパ・スイッチを備えるチョッパ手段と、所定のデューティレシオで前記チョッパ・スイッチのＯＦＦとＯＮとの切り換えを制御するように適合された管理ユニット（Ｃ１）とを備えるセルとを具備し、
   各セルが、前記第２分路内に配備されるとともに前記セル（１００、２００、・・・、６００）を他のセルとは独立して非作動とするための保護管理ユニット（Ｐ）と関連する単一の保護トランジスタ（１３、２３、・・・、６３）をさらに備え、
   前記コンバータはさらに、各セル内の前記インダクタに、前記単一保護トランジスタの反対側で接続されるとともに、前記セルの全てに共通である保護スイッチ（８０１）を備える
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣ電圧コンバータ。
2. 各セル（１００、２００、・・・、６００）の前記保護トランジスタ（１３、２３、・・・、６３）は、前記インダクタ（１４、２４、・・・、６４）と前記第２正端子（３）間のセルの前記第２分路と直列接続されるとともに、そのカソードによって前記インダクタ（１４，２４、・・・、６４）に、およびそのアノードによって前記第２正端子（３）に接続されたイントリンシックダイオード（２０、３０、・・・、７０）を含むＭＯＳトランジスタである
   ことを特徴とする請求項１に記載のコンバータ。
3. 各セル内の前記単一保護トランジスタ（１３，２３、・・・、６３）は、セルの高電圧部に接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のコンバータ。
4. 前記保護トランジスタ（１３，２３、・・・、６３）は、前記第１正端子（１）の直近になるように前記第２分路と直列接続されるＭＯＳトランジスタであって、またそのカソードによって前記第１正端子に接続されたイントリンシックダイオード（２０、３０、・・・、７０）を有している
   ことを特徴とする請求項３に記載のコンバータ。
5. 前記コンバータはさらに、セルの低電圧部に接続されるとともに、前記セルの全てに共通である保護スイッチ（８０１）を含む
   ことを特徴とする請求項４に記載のコンバータ。

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