(57)【要約】【課題】電力のＰＷＭ制御によるパルス波形の立上がり／立下がりに起因するノイズを、人に聴こえない程度に小さくできると共に、負荷電流が小さいときでも、発熱量が小さく、電力効率が良い車両用電源装置の提供。【解決手段】バッテリＢの出力電圧を検出する手段１２を備え、検出する手段１２が検出した出力電圧に応じたデューティ比でＰＷＭ制御した電圧を、給電すべき電気負荷１，２・・へ与える車両用電源装置。電気負荷１，２・・に流れる電流値を検出する電流検出手段Ａ１，Ａ２・・と、電流検出手段Ａ１，Ａ２・・が検出した電流値に応じて、ＰＷＭ制御の各パルスの立上がり時間／立下がり時間を調整する調整手段Ｃ１，Ｃ２・・とを備える構成である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリの出力電圧を検出する手段を備え、該手段が検出した出力電圧に応じたデューティ比でＰＷＭ制御した電圧を、給電すべき電気負荷へ与える車両用電源装置において、
前記電気負荷に流れる電流値を検出する電流検出手段と、該電流検出手段が検出した電流値に応じて、前記ＰＷＭ制御の各パルスの立上がり時間／立下がり時間を調整する調整手段とを備えることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
前記電流検出手段は、前記パルスの幅の中間で前記電気負荷に流れる電流値を検出するように構成してある請求項１記載の車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリの出力電圧を検出し、検出した出力電圧に応じたデューティ比でＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御した電圧を、給電すべき電気負荷へ与える車両用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両に搭載される電気負荷の種類及びそれらの消費電力は飛躍的に増加する傾向にある。その為、バッテリ及びオルタネータ（車載発電機、交流発電機）という限られた電源を有する車両用電源装置では、電力を確保することは重要な課題となっている。
車両用電源装置では、バッテリの出力電圧は、例えば公称値１２Ｖであり、電気負荷も１２Ｖで作動するようになっているものが多い。しかし、発電機の発電電圧がバッテリを充電する為に、１４〜１２．５Ｖと高い電圧となっていることから、１２Ｖを超える電圧で電気負荷を作動させていることが多く、その分、無駄な電力を消費することになる。
【０００３】
そこで、近時、バッテリの出力電圧が１２Ｖを超えているときは、１２ＶでＰＷＭ制御を行わない場合の供給電力に相当する電力を各電気負荷へ与えることが提案されている。その際、一定周期及び同一デューティ比でＰＷＭ制御が行われる。
また、優先度の高い電気負荷（電動ブレーキ、電動パワーステアリング装置等）への給電を維持する為に、優先度の低い電気負荷（ヒータ等）への電力をＰＷＭ制御により制限するようなことも提案されている。
【０００４】
しかし、電力をＰＷＭ制御する場合、パルスの波形が方形であれば、電流の急激な変化によりノイズが発生するという問題がある。その為、従来から半導体リレーなどのスイッチング素子の抵抗値を制御することでパルス波形には、図５に示すように、その電流の立上がり／立下がりに傾斜を持たせていた（立上がり時間／立下がり時間を設けていた）。
ここで、立上がり時間は、パルス電圧が規定電圧の１０％から９０％に立上がるのに要する時間、立下がり時間は、パルス電圧が規定電圧の９０％から１０％に立下がるのに要する時間である。
【０００５】
特許文献１には、所望のデューティ比でパルス変調されたパルス信号を出力するＰＷＭ制御手段と、パルス信号の変動部分を負荷でのノイズ発生が抑制されるような所定の傾斜で時間変化するように修正した台形波信号を生成する台形波生成回路とを備える自動車用電力制御装置が開示されている。台形波信号によって駆動され負荷に流れる負荷電流を制御する出力制御回路と、負荷の状態に応じて台形波生成回路を制御し傾斜を適正に制御する台形波制御回路とを備え、負荷の状態に応じて台形波信号を制御することにより、ノイズの低減を達成する。
【特許文献１】特開２００１−５４２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、電力をＰＷＭ制御して、そのパルス波形の立上がり／立下がりに傾斜を持たせる場合、従来は、図６に示すように、立上がり時間／立下がり時間は変化させていなかった。その為、負荷電流が大きいときは、立上がり／立下がりの傾斜が大きくなって、ノイズが大きくなり、負荷電流が小さいときは、立上がり／立下がりの傾斜が小さくなって、ノイズは小さくなるが、無用な発熱が生じ、電力効率が低下するという問題がある。
【０００７】
特許文献１に記載された自動車用電力制御装置では、ノイズを低減する為に、負荷が小さくなる場合に、台形波信号の傾斜を緩やかにし、負荷が大きくなる場合に、台形波信号の傾斜を急にしている（段落番号００１７）。
しかし、電流が大きな場合に生じるノイズが問題になることが多い。最大電流をＰＷＭ制御した場合において、生じるノイズを一定の基準以下に抑えるよう立上がり時間／立下がり時間を固定して設計した場合、そこから電流が減少した場合には、ノイズの基準値に対して余裕を持つことになる。つまり、電流が減少した場合には立上がり時間／立下がり時間を短くしてもノイズの基準値を満足することが可能となる。ところで、立ち上がり、立下がり時間が長いとエネルギーの損失が増加する為、最大電流を考慮した設計では、電流が小さい場合には必要以上にノイズを抑制しつつ、不必要な損失を生じてしまう。
【０００８】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、電力のＰＷＭ制御によるパルス波形の立上がり／立下がりに起因するノイズを、ラジオへの雑音などの周囲の電子機器への悪影響を回避しつつ、負荷電流が小さいときでも、発熱量が小さく、電力効率が良い車両用電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１発明に係る車両用電源装置は、バッテリの出力電圧を検出する手段を備え、該手段が検出した出力電圧に応じたデューティ比でＰＷＭ制御した電圧を、給電すべき電気負荷へ与える車両用電源装置において、前記電気負荷に流れる電流値を検出する電流検出手段と、該電流検出手段が検出した電流値に応じて、前記ＰＷＭ制御の各パルスの立上がり時間／立下がり時間を調整する調整手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この車両用電源装置では、バッテリの出力電圧を検出し、検出した出力電圧に応じたデューティ比でＰＷＭ制御した電圧を、給電すべき電気負荷へ与える。電流検出手段が、電気負荷に流れる電流値を検出し、調整手段が、その検出した電流値に応じて、ＰＷＭ制御の各パルスの立上がり時間／立下がり時間を調整する。
【００１１】
第２発明に係る車両用電源装置は、前記電流検出手段は、前記パルスの幅の中間で前記電気負荷に流れる電流値を検出するように構成してあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る車両用電源装置によれば、電力のＰＷＭ制御によるパルス波形の立上がり／立下がりに起因するノイズを、ラジオへの雑音などの周囲の電子機器への悪影響を回避しつつ、負荷電流が小さいときでも、発熱量が小さく、電力効率が良い車両用電源装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
この車両用電源装置は、バッテリＢを備えており、バッテリＢは、オルタネータ（車載発電機、交流発電機）１０が発電した電力により充電される。オルタネータ１０は、図示しないエンジンに連動して発電し、発電した電力は、オルタネータ１０内で整流されて出力される。
【００１４】
バッテリＢに充電された電力、及びオルタネータ１０が出力した電力は、半導体スイッチＴ１，Ｔ２，・・を通じて、車両に搭載された負荷（電気負荷）１，２，・・にそれぞれ与えられる。
半導体スイッチＴ１，Ｔ２，・・は、それぞれ調整部Ｃ１，Ｃ２，・・及びＰＷＭ制御部Ｐ１，Ｐ２，・・を通じて、車両用電源装置の制御部１１からオン／オフ制御される。半導体スイッチＴ１，Ｔ２，・・は、例えばＩＰＳ（Intelligent Power Switch）であり、内蔵する電流検出手段Ａ１，Ａ２，・・が検出した各負荷１，２，・・に流れる各電流値は、制御部１１に与えられる。制御部１１は、与えられた電流値の内、ＰＷＭ制御のパルス幅の中間（の位相）の電流値を例えば複数回サンプリングして平均値（例えば、単純平均値、重み平均値、移動平均値等）を算出する。
【００１５】
制御部１１は、スイッチＳ１，Ｓ２，・・にそれぞれ接続され、与えられたスイッチＳ１，Ｓ２，・・のオン／オフ信号に応じて、半導体スイッチＴ１，Ｔ２，・・を個別にオン／オフ制御する。即ち、オンの場合は、ＰＷＭ制御部Ｐ１，Ｐ２，・・を通じて、半導体スイッチＴ１，Ｔ２，・・を個別にＰＷＭ制御する。また、制御部１１は、バッテリＢの出力電圧を検出する電圧検出手段１２を内蔵している。
制御部１１は、例えば、電源電圧調整する為に、半導体スイッチＴ１，Ｔ２，・・を一定周期及び同一デューティ比でＰＷＭ制御する。
【００１６】
制御部１１は、半導体スイッチＴ１，Ｔ２，・・をＰＷＭ制御する際、ＰＷＭ制御のパルスの立上がり時間／立下がり時間が、電流検出手段Ａ１，Ａ２，・・が検出した電流値に比例するように、調整部Ｃ１，Ｃ２，・・に調節させる。制御部１１は、電流検出手段Ａ１，Ａ２，・・が検出する電流値に対応する電圧信号値をメモリに記憶しており、電流値に対応する電圧信号を調整部Ｃ１，Ｃ２，・・に与える。調整部Ｃ１，Ｃ２，・・は、与えられた電圧信号に基づき、ＰＷＭ制御のパルスの立上がり時間／立下がり時間を調節する。
【００１７】
図２は、調整部Ｃ１，Ｃ２，・・の構成例を示す回路図である。この回路では、ＰＷＭ制御部Ｐ１，Ｐ２，・・から、方形波のＰＷＭ信号が非反転増幅器２１に入力される。非反転増幅器２１が出力する方形波のＰＷＭ信号は、トランジスタＴ１２及び順接続されたダイオードＤ２を通じて、例えば半導体スイッチＴ１のゲートに与えられる。また、トランジスタＴ１１及び逆接続されたダイオードＤ１を通じて、半導体スイッチＴ１のゲートに与えられる。ダイオードＤ２のカソード及びダイオードＤ１のアノードは、コンデンサＣを通じて接地されている。
【００１８】
非反転増幅器２１が出力する方形波のＰＷＭ信号は、制御部１１からの電圧信号によるトランジスタＴ１１のオン抵抗、及びコンデンサＣの容量に応じて立上がり時間が定まる。また、制御部１１からの電圧信号によるトランジスタＴ１２のオン抵抗、及びコンデンサＣの容量に応じて立下がり時間が定まる。
半導体スイッチＴ１（Ｔ２，・・）は、これらの定められた立上がり時間／立下がり時間を有するＰＷＭ信号によりオンされ、このＰＷＭ信号に応じた電流を負荷１（２，・・）に流す。
【００１９】
図３は、調整部Ｃ１，Ｃ２，・・の他の構成例を示す回路図である。この回路では、ＰＷＭ制御部Ｐ１，Ｐ２，・・から、方形波のＰＷＭ信号が差動増幅器２２の一方のトランジスタＴ１３のベースに入力される。他方のトランジスタＴ１４のベースは接地されている。トランジスタＴ１３，Ｔ１４の各コレクタの差電圧が、差動増幅器２２の出力信号としてリミッタ２４を通じて、半導体スイッチＴ１のゲートに与えられる。
制御部１１からの電圧信号は、差動増幅器２２の定電流源であるトランジスタＴ１５のベースに与えられる。
【００２０】
差動増幅器２２が出力するＰＷＭ信号は、制御部１１からの電圧信号によりトランジスタＴ１５が流す電流に応じて、立上がり時間／立下がり時間が定まる。
半導体スイッチＴ１（Ｔ２，・・）は、これらの定められた立上がり時間／立下がり時間を有するＰＷＭ信号によりオンされ、このＰＷＭ信号に応じた電流を負荷１（２，・・）に流す。
【００２１】
図４は、本発明に係る車両用電源装置が、ＰＷＭ制御のパルスの立上がり時間／立下がり時間を調節する動作を説明する為の説明図である。
制御部１１は、電流検出手段Ａ１，Ａ２，・・が検出した電流値がＩ1 であるとき、調整部Ｃ１，Ｃ２，・・を通じて、立上がり時間／立下がり時間をｔr ／ｔf に調節させる。電流検出手段Ａ１，Ａ２，・・が検出した電流値がＩ2 であるとき、調整部Ｃ１，Ｃ２，・・を通じて、立上がり時間／立下がり時間をｔr ′／ｔf ′に調節させる。
【００２２】
尚、Ｉ1 ／Ｉ2 ＝ｔr ／ｔr ′＝ｔf ／ｔf ′である。
Ｉ1 ／ｔr ＝Ｉ2／ｔr ′＝Ｉ1 ／ｔf ＝Ｉ2／ｔf ′は、パルス波形の立上がり／立下がりに起因するノイズを人に聴こえない程度に小さくでき、無用な発熱が生じない値に定めておく。
ここでは、パルス幅は例えば１０〜１００ｍｓ程度、パルスの立上がり時間／立下がり時間は例えば１０μｓ〜１ｍｓ程度であり、電流値は例えば１０〜２０Ａ程度である。
【００２３】
尚、上述した実施の形態では、電流値に比例させて、ＰＷＭ制御の各パルスの立上がり時間／立下がり時間を調整しているが、比例に限らず、電流値の大／小に応じて、各パルスの立上がり時間／立下がり時間を長／短に調整するようにしても良い。
また、上述した実施の形態では、各負荷毎に半導体スイッチを設けて、電源をＰＷＭ制御する構成であるが、１つの半導体スイッチにより、各負荷の電源をＰＷＭ制御する構成であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】調整部の構成例を示す回路図である。
【図３】調整部の他の構成例を示す回路図である。
【図４】本発明に係る車両用電源装置が、ＰＷＭ制御のパルスの立上がり時間／立下がり時間を調節する動作を説明する為の説明図である。
【図５】電力をＰＷＭ制御する場合のパルス波形の例を示す波形図である。
【図６】電力をＰＷＭ制御する場合の従来のパルス波形の立上がり時間／立下がり時間の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１，２  負荷（電気負荷）
１０  オルタネータ
１１制御部
１２  電圧検出手段
２１  非反転増幅器
２２  差動増幅器
２４  リミッタ
Ａ１，Ａ２  電流検出手段
Ｂ  バッテリ
Ｃ  コンデンサ
Ｃ１，Ｃ２調整部（調整手段）
Ｄ１，Ｄ２  ダイオード
Ｐ１，Ｐ２  ＰＷＭ制御部
Ｓ１，Ｓ２  スイッチ
Ｔ１，Ｔ２  半導体スイッチ
Ｔ１１〜Ｔ１５トランジスタ
【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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