(57)【要約】      （修正有）【課題】給電電圧を自ら制御し得るバックアップ電源制御装置及びバックアップ電源装置を提供する。【解決手段】外部から入力されるバッテリ電力の電圧を調整し、当該調整後のバッテリ電力をバックアップ電力として受電側Ｂに供給するバックアップ電源制御装置Ａであって、バッテリ電力が一次巻線の一端に供給される電力トランス１と、一対の入力端が電力トランス１の二次巻線の両端に各々接続され、所定の給電電圧のバックアップ電力を生成する整流回路２と、受電側Ｂから入力される許可信号を電気的にアイソレーションすることにより変換許可信号を生成する変換回路４、５と、出力端が前記一次巻線の他端に接続される電力スイッチング素子７と、変換許可信号に基づいて給電電圧を所定の目標電圧と比較することにより電力スイッチング素子７を駆動するＰＷＭ信号を生成する制御回路６と、を備える。【選択図】図１
2020162222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から入力されるバッテリ電力の電圧を調整し、当該調整後の前記バッテリ電力をバックアップ電力として受電側に供給するバックアップ電源制御装置であって、
前記バッテリ電力が一次巻線の一端に供給される電力トランスと、
一対の入力端が該電力トランスの二次巻線の両端に各々接続され、所定の給電電圧の前記バックアップ電力を生成する整流回路と、
前記受電側から入力される許可信号を電気的にアイソレーションすることにより変換許可信号を生成する変換回路と、
出力端が前記一次巻線の他端に接続される電力スイッチング素子と、
前記変換許可信号に基づいて前記給電電圧を所定の目標電圧と比較することにより前記電力スイッチング素子を駆動するＰＷＭ信号を生成する制御回路と
を備えることを特徴とするバックアップ電源制御装置。
【請求項２】
前記許可信号はパルス信号であり、
前記変換回路は、前記パルス信号をアイソレーションして得られる信号を整流して前記変換許可信号を生成するＥＮ信号生成回路を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のバックアップ電源制御装置。
【請求項３】
前記変換回路は、前記パルス信号をアイソレーションするトランスを備えることを特徴とする請求項２に記載のバックアップ電源制御装置。
【請求項４】
前記電力トランスは、第２の二次巻線を備え、
前記制御回路は、前記第２の二次巻線の出力を第２の整流回路で整流した電圧を前記給電電圧として取り込むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバックアップ電源制御装置。
【請求項５】
前記制御回路は、前記バッテリ電力を電源とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のバックアップ電源制御装置。
【請求項６】
バッテリと、
該バッテリの出力を前記バッテリ電力として取り込む請求項１〜４のいずれか一項に記載のバックアップ電源制御装置とを備えることを特徴とするバックアップ電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バックアップ電源制御装置及びバックアップ電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、コントロール回路から入力されるＰＷＭ１信号、ＰＷＭ２信号及びＰＷＭ３信号に基づいてコントロール回路に電力を供給する電圧共振型電源装置が開示されている。すなわち、この電圧共振型電源装置は、ＰＷＭ１信号に基づいてトランスの一次側電流を制御し、ＰＷＭ２信号及びＰＷＭ３信号に基づいて上記トランスの二次側電流を制御するものである。上記ＰＷＭ１信号は、コントロール回路が電圧共振型電源装置に給電要求を伝達するための制御信号であり、また上記ＰＷＭ２信号及びＰＷＭ３信号はで給電電圧を制御するための制御信号である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−００９５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した従来技術では、電圧共振型電源装置（給電側）からコントロール回路（受電側）に供給される電力の電圧（給電電圧）が受電側によって支配される。したがって、受電側におけるＰＷＭ２信号及びＰＷＭ３信号の生成回路に何らかの故障が発生した場合に給電側は受電側に正常な給電電圧の電力を供給することが困難となるという問題がある。このような問題は、主電源の異常時に受電側に電力を供給するバックアップ電源装置では看過できない重要な技術課題である。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、給電電圧を自ら制御し得るバックアップ電源制御装置及びバックアップ電源装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、バックアップ電源制御装置に係る第１の解決手段として、外部から入力されるバッテリ電力の電圧を調整し、当該調整後の前記バッテリ電力をバックアップ電力として受電側に供給するバックアップ電源制御装置であって、前記バッテリ電力が一次巻線の一端に供給される電力トランスと、一対の入力端が該電力トランスの二次巻線の両端に各々接続され、所定の給電電圧の前記バックアップ電力を生成する整流回路と、前記受電側から入力される許可信号を電気的にアイソレーションすることにより変換許可信号を生成する変換回路と、出力端が前記一次巻線の他端に接続される電力スイッチング素子と、前記変換許可信号に基づいて前記給電電圧を所定の目標電圧と比較することにより前記電力スイッチング素子を駆動するＰＷＭ信号を生成する制御回路とを備える、という手段を採用する。
【０００７】
本発明では、バックアップ電源制御装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記許可信号はパルス信号であり、前記変換回路は、前記パルス信号をアイソレーションして得られる信号を整流して前記変換許可信号を生成するＥＮ信号生成回路を備える、という手段を採用する。
【０００８】
本発明では、バックアップ電源制御装置に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記変換回路は、前記パルス信号をアイソレーションするトランスを備える、という手段を採用する。
【０００９】
本発明では、バックアップ電源制御装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段において、前記電力トランスは、第２の二次巻線を備え、前記制御回路は、前記第２の二次巻線の出力を第２の整流回路で整流した電圧を前記給電電圧として取り込む、という手段を採用する。
【００１０】
本発明では、バックアップ電源制御装置に係る第５の解決手段として、上記第１〜第４のいずれかの解決手段において、前記制御回路は前記バッテリ電力を電源とする、という手段を採用する。
【００１１】
また、本発明では、バックアップ電源装置に係る解決手段として、バッテリと、該バッテリの出力を前記バッテリ電力として取り込む上記第１〜第５のいずれかの解決手段に係るバックアップ電源制御装置とを備える、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、給電電圧を自ら制御し得るバックアップ電源制御装置及びバックアップ電源装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るバックアップ電源制御装置の機能構成を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るバックアップ電源制御装置の動作を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係るバックアップ電源制御装置Ａは、図１に示すように、外部のバックアップ用バッテリ（図示略）から正極母線及び負極母線を介して入力されるバッテリ電力の電圧を調整し、当該調整後のバッテリ電力をバックアップ電力として制御装置Ｂ（受電側）に供給する装置である。なお、本実施形態に係るバックアップ電源装置は、上記バックアップ用バッテリとバックアップ電源制御装置Ａとを備える装置である。
【００１５】
このようなバックアップ電源制御装置Ａは、図１に示すように、電力トランス１、第１の整流回路２、第２の整流回路３、トランス４、ＥＮ信号生成回路５、制御回路６及びトランジスタ７を備えている。
【００１６】
なお、このバックアップ電源制御装置Ａの構成要素のうち、トランジスタ７は本発明の電力スイッチング素子に相当するものである。また、トランス４及びＥＮ信号生成回路５は、本発明の変換回路を構成している。
【００１７】
電力トランス１は、一次巻線ｍ１、第１の二次巻線ｍ２及び第２の二次巻線ｍ３を備える変圧器であり、正極母線つまりバックアップ用バッテリの正電極が一次巻線ｍ１の一端に接続されている。すなわち、電力トランス１における一次巻線ｍ１の一端には正極母線を介してバッテリ電力が供給される。
【００１８】
上記一次巻線ｍ１は、他端がトランジスタ７のコレクタ端子に接続されている。また、第１の二次巻線ｍ２は、両端が第１の整流回路２の一対の入力端に各々接続されている。さらに、第２の二次巻線ｍ３は、両端が第２の整流回路３の一対の入力端に各々接続されている。
【００１９】
第１の整流回路２は、一対の入力端と一対の出力端とを備え、一対の入力端が上記第１の二次巻線ｍ２の両端に各々接続され、一対の出力端が制御装置ＢのＢＵ電源端子及びＧＮＤ端子に各々接続されている。この第１の整流回路２は、第１の二次巻線ｍ２から入力される交流電力を整流することにより所定の給電電圧のバックアップ電力を生成し、当該バックアップ電力を制御装置Ｂに供給する。
【００２０】
第２の整流回路３は、一対の入力端と一対の出力端とを備え、一対の入力端が上記第２の二次巻線ｍ３の両端に各々接続され、一対の出力端の一方が制御回路６の第１制御端子に接続され、一対の出力端の他方が負極母線つまりバックアップ用バッテリの負電極に接続されている。この第２の整流回路３は、第２の二次巻線ｍ３から入力される交流電力を整流することにより、制御回路６に電源を供給かつ上記給電電圧に相当する検出電圧を制御回路６に出力する。
【００２１】
トランス４は、一次巻線ｍ４と二次巻線ｍ５とを備え、一次巻線ｍ４の両端が制御装置Ｂ（受電側）に各々接続され、二次巻線ｍ５の両端がＥＮ信号生成回路５の一対の入力端に各々接続されている。このトランス４は、制御装置Ｂ（受電側）から一次巻線ｍ４に入力される連続パルス状の許可信号（パルス信号）を電気的にアイソレーションして二次巻線ｍ５に伝達する。すなわち、トランス４は、電気的なアイソレーションが施された許可信号に相当するパルス信号を二次巻線ｍ５からＥＮ信号生成回路５に出力する。
【００２２】
ＥＮ信号生成回路５は、一対の入力端と一対の出力端とを備え、一対の入力端がトランス４の二次巻線ｍ５に各々接続され、一対の出力端の一方が制御回路６の第２制御端子に接続されて、一対の出力端の他方が負極母線つまりバックアップ用バッテリの負電極に接続されている。このＥＮ信号生成回路５は、図示しない整流回路と放電回路とを備え、トランス４の二次巻線ｍ５から入力される許可信号（パルス信号）を整流回路によって整流することにより変換許可信号（ＥＮ信号）を生成し、当該ＥＮ信号を制御回路６の第２制御端子に出力する。
【００２３】
例えば、整流回路はダイオードとコンデンサとから構成されており、制御装置Ｂの信号端子から出力される変換許可信号（パルス信号）をダイオードによって整流し、整流された変換許可信号（パルス信号）をコンデンサに充電する。制御回路６はコンデンサの電圧が所定の電圧以上である場合に変換許可信号（ＥＮ信号）がＯＮ状態であると判断する。また、放電回路はコンデンサに充電された電荷をによって放電し、コンデンサの電圧が所定の電圧未満になった場合に、制御回路６はＥＮ信号がＯＦＦ状態であると判断する。このように制御回路６は、コンデンサに蓄積された電圧に基づいて変換許可信号（ＥＮ信号）が制御装置Ｂから送信されたと判断する。
【００２４】
制御回路６は、第１制御端子及び第２制御端子並びに１つの出力端子を備え、第１制御端子が第２の整流回路３の出力端子の一方に接続され、第２制御端子がＥＮ信号生成回路５の出力端子の一方に接続され、出力端子がトランジスタ７のベース端子に接続されている。この制御回路６は、第２制御端子に入力されるＥＮ信号に基づいてトランジスタ７を制御する。すなわち、この制御回路６は、ＥＮ信号が所定のしきい値電圧を超えると、トランジスタ７のＯＮ／ＯＦＦ駆動を開始する。
【００２５】
また、この制御回路６は、第１制御端子に入力される検出電圧を所定の目標電圧と比較することにより、トランジスタ７をＯＮ／ＯＦＦ駆動するＰＷＭ信号を生成する。すなわち、この制御回路６は、検出電圧つまりバックアップ電力の給電電圧が目標電圧と等しくなるようにＰＷＭ信号のデューティ比を設定する。
【００２６】
さらに、制御回路６は電源端子を備えている。この電源端子は、図示するように正極母線つまりバックアップ用バッテリの正電極に接続されている。すなわち、制御回路６は、バッテリ電力を電源として作動する電子回路である。なお、上述したしきい値電圧及び目標電圧は、制御回路６が内部に保持（記憶）している制御パラメータである。
【００２７】
トランジスタ７は、ベース端子、エミッタ端子及びコレクタ端子を備えるバイポーラ・トランジスタである。ベース端子は、制御回路６の出力端子に接続され、エミッタ端子は、負極母線つまりバックアップ用バッテリの負電極に接続され、またコレクタ端子は電力トランス１の一次巻線ｍ１の他端に接続されている。
【００２８】
このトランジスタ７は、ＰＷＭ信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦする電子スイッチである。すなわち、トランジスタ７は、ＯＮ状態において電力トランス１の一次巻線ｍ１にバッテリ電力に起因する一時電流を通電させ、ＯＦＦ状態において上記一時電流の通電を遮断する。
【００２９】
さらに、上述した制御装置Ｂは、電源端子、ＩＧＡ端子、ＢＵ電源端子、信号端子及び２つのＧＮＤ端子を少なくとも備えており、車両を統括的に制御する。上記電源端子はメインバッテリＣの出力端子に接続され、ＩＧＡ端子はＩＧＡスイッチＤの一対の出力端子の一方に接続されている。
【００３０】
また、ＢＵ電源端子は，第１の整流回路２の一対の出力端子の一方に接続され、信号端子は、トランス４の一次巻線ｍ４の一端に接続されている。さらに、２つのＧＮＤ端子のうち一方のＧＮＤ端子は、第１の整流回路２の一対の出力端子の他方に接続され、他方のＧＮＤ端子は、トランス４の一次巻線ｍ４の他端に接続されている。
【００３１】
このような制御装置Ｂは、通常時にはメインバッテリＣから電源端子に供給される主電力に基づいて作動する電子回路であり、ＩＧＡスイッチＤからＩＧＡ端子にＩＧＡ信号が入力されると、信号端子から許可信号を出力することによってバックアップ電源制御装置Ａにバックアップ電力の供給を要求し、バックアップ電源制御装置ＡからＢＵ電源端子に入力されるバックアップ電力に基づいて作動する。
【００３２】
ＩＧＡスイッチＤは、衝突検知部Ｅから入力される検知信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦする制御スイッチである。衝突検知部Ｅは、車両の衝突を検知するバッテリＥＣＵ内の機能構成要素である。すなわち、上述した制御装置Ｂは、車両が衝突した際に許可信号をバックアップ電源制御装置Ａに出力してバックアップ電力の供給を受ける。
【００３３】
次に、本実施形態に係るバックアップ電源制御装置Ａ及びバックアップ電源装置の動作について、図２をも参照して詳しく説明する。
【００３４】
バックアップ電源制御装置Ａには、バックアップ用バッテリから図２の最上段の波形に示す所定のバッテリ電圧のバッテリ電力が常時入力されている。このバッテリ電力は、電力トランス１の一次巻線ｍ１の一端に供給されており、この一次巻線ｍ１には他端に接続されたトランジスタ７のＯＮ／ＯＦＦに基づいてパルス状の一次電流が流れる。そして、この一次電流が流れることによって電力トランス１の第１の二次巻線ｍ２には電磁誘導に基づく起電力が発生し、所定の給電電圧のバックアップ電力が制御装置Ｂに出力される。
【００３５】
ここで、上記電力トランス１における一次電流は、トランジスタ７が一次巻線ｍ１には他端にＰＷＭ信号を供給することによって通電が開始される。そして、このＰＷＭ信号のトランジスタ７への出力は、制御回路６に入力されるＥＮ信号がしきい値電圧を超えることによって開始される。そして、ＥＮ信号は、図２の第２段目及び第２段目の波形に示すように、制御装置Ｂからトランス４への許可信号（パルス信号）の出力が開始され、当該許可信号（パルス信号）がＥＮ信号生成回路５で整流されることによって生成される。
【００３６】
さらに、制御回路６は、図２の第４段目の波形に示すように、ＥＮ信号のレベルがしきい値電圧を超えると、ＰＷＭ信号のトランジスタ７への出力を開始する。そして、この結果として、電力トランス１に一次電流が流れて、所定の給電電圧のバックアップ電力が制御装置Ｂに供給される。すなわち、バックアップ電力は、ＥＮ信号のレベルがしきい値電圧を超える期間、つまり時刻ｔ１から時刻ｔ２に亘って制御装置Ｂに供給される。
【００３７】
また、このようなバックアップ電力の給電電圧は、電電力トランス１における一次電流の時間平均値に依存するので、トランジスタ７のＯＮ／ＯＦＦにおけるデューティ比つまりＰＷＭ信号のデューティ比によって調節される。このデューティ比について、制御回路６は第２の整流回路３から入力される検出電圧が目標電圧と等しくなるように設定する。この結果として、バックアップ電力の給電電圧は、目標電圧と等しくなるように制御される。
【００３８】
すなわち、バックアップ電力の制御装置Ｂへの供給開始は、トランス４とＥＮ信号生成回路５とによって生成されたＥＮ信号と制御回路６が固有に保持しているしきい値電圧とによって決定される。また、バックアップ電力の給電電圧は、電力トランス１における第２の二次巻線ｍ３と第２の整流回路３とによって生成される検出電圧と制御回路６が固有に保持している目標電圧とによって調節される。
【００３９】
このような本実施形態によれば、制御回路６が第２の整流回路３から入力される検出電圧と自らが保持している目標電圧とに基づいてバックアップ電力の給電電圧を制御するので、バックアップ電力の給電電圧を自ら制御し得るバックアップ電源制御装置Ａ及びバックアップ電源装置を提供することが可能である。
【００４０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、車両に搭載されるバックアップ電源制御装置Ａ及びバックアップ電源装置について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、車両以外の用途にも適用可能である。
【００４１】
（２）上記実施形態では、第２の二次巻線ｍ３及び第２の整流回路３を用いてバックアップ電力の給電電圧を示す検出電圧を生成したが、本発明はこれに限定されない。例えば第２の二次巻線ｍ３及び第２の整流回路３を省略し、第１の整流回路２の出力電圧つまりバックアップ電力の給電電圧を検出電圧として制御回路６に取り込んでもよい。
【００４２】
（３）上記実施形態では、トランス４及びＥＮ信号生成回路５を備える変換回路を採用したが、本発明はこれに限定されない。
【符号の説明】
【００４３】
Ａ  バックアップ電源制御装置
Ｂ  制御装置（受電側）
Ｃ  メインバッテリ
Ｄ  ＩＧＡスイッチ
Ｅ  バッテリＥＣＵ
１  電力トランス
２  第１の整流回路
３  第２の整流回路
４  トランス（変換回路）
５  ＥＮ信号生成回路（変換回路）
６  制御回路
７  トランジスタ（電力スイッチング素子）
【図１】
2020162222.tif 000003
【図２】
2020162222.tif 000004