(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリ電圧をチョッパ型レギュレータで所定電圧まで降圧し、これをシリーズ型レギュレータで所定の定電圧に安定化させて車載用電子機器に供給する車載用電源装置において、
前記チョッパ型レギュレータの異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段で前記チョッパ型レギュレータの異常を検出した時に前記シリーズ型レギュレータを強制的にオフする強制オフ手段とを備え、
前記異常検出手段と前記強制オフ手段との間に遅延回路を設け、
前記異常検出手段は、前記チョッパ型レギュレータの出力電圧に基づいて該チョッパ型レギュレータの異常を検出することを特徴とする車載用電源装置。
【請求項２】
バッテリ電圧をチョッパ型レギュレータで所定電圧まで降圧し、これをシリーズ型レギュレータで所定の定電圧に安定化させて車載用電子機器に供給する車載用電源装置において、
前記チョッパ型レギュレータの異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段で前記チョッパ型レギュレータの異常を検出した時に前記シリーズ型レギュレータを強制的にオフする強制オフ手段とを備え、
前記異常検出手段は、前記チョッパ型レギュレータの入力電圧と出力電圧との電圧差に基づいて該チョッパ型レギュレータの異常を検出することを特徴とする車載用電源装置。
【請求項３】
バッテリ電圧と車載用電子機器との間に、チョッパ型レギュレータとシリーズ型レギュレータとを直列的に配置し、前記チョッパ型レギュレータからの出力電圧を前記シリーズ型レギュレータにて所定の電圧に安定化させ、この安定化されたシリーズ型レギュレータからの出力を前記車載用電子機器に供給する車載用電源装置において、  前記チョッパ型レギュレータの出力電圧と所定の基準電圧とを比較し、前記チョッパ型レギュレータの出力電圧が異常を示す値のときに、異常検出信号を出力する比較回路からなる異常検出手段と、
前記異常検出信号が入力される遅延回路と、
前記遅延回路を通過した前記異常検出信号を受けると、前記シリーズ型レギュレータを強制的にオフさせる強制オフ信号を出力するトランジスタ回路からなる強制オフ手段と
を備えていることを特徴とする車載用電源装置。
【請求項４】
前記チョッパ型レギュレータの入力電圧が所定電圧以下に低下した時に前記異常検出手段による異常検出を禁止する異常検出禁止手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車載用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリ電圧をチョッパ型レギュレータとシリーズ型レギュレータで所定の定電圧に降圧する車載用電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車載用電源装置は、バッテリ電圧をシリーズ型レギュレータで所定の定電圧に降圧して車載用電子機器に供給するものが一般的であるが、シリーズ型レギュレータは、安定度の高い電源を構成できる反面、チョッパ型レギュレータと比較して変換効率が低いため、近年の車載用電子機器の増加（消費電力の増加）に伴って、シリーズ型レギュレータでは発熱が大きくなるという欠点がある。そこで、近年、高効率で且つ大容量の安定化電源回路を実現するために、特開平２−２５２００７号公報、特開平５−３８１３８号公報に示すように、チョッパ型レギュレータとシリーズ型レギュレータとを直列に接続し、バッテリ電圧をチョッパ型レギュレータで効率良く所定電圧まで降圧し、これをシリーズ型レギュレータで所定の定電圧に安定化させて車載用電子機器に供給するようにしたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成では、前段のチョッパ型レギュレータのスイッチング素子が何等かの原因でショートした場合、降圧されないバッテリ電圧がそのまま後段のシリーズ型レギュレータに供給されることになるため、シリーズ型レギュレータの電圧制御用のトランジスタの発熱量が大きくなり過ぎて、該トランジスタが二次故障するおそれがある。
【０００４】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、前段のチョッパ型レギュレータのショート等の異常による後段のシリーズ型レギュレータの二次故障を未然に防止することができる車載用電源装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の車載用電源装置は、バッテリ電圧をチョッパ型レギュレータで所定電圧まで降圧し、これをシリーズ型レギュレータで所定の定電圧に安定化させるものにおいて、チョッパ型レギュレータの出力電圧に基づいてチョッパ型レギュレータの異常の有無を異常検出手段で監視し、チョッパ型レギュレータの異常を検出した時には、その異常検出信号を遅延回路を介して強制オフ手段に入力することによってシリーズ型レギュレータを強制的にオフするようにしたものである。このようにすれば、前段のチョッパ型レギュレータのショート等の異常による後段のシリーズ型レギュレータの二次故障を未然に防止することができる。
【０００６】
しかも、請求項１に係る発明のように、チョッパ型レギュレータの出力電圧に基づいて該チョッパ型レギュレータの異常を検出するようにすれば、チョッパ型レギュレータにショート等の異常が発生すると、チョッパ型レギュレータの出力電圧が正常時よりも高くなるという特性を利用して、チョッパ型レギュレータの出力電圧が正常範囲よりも高いか否かでチョッパ型レギュレータの異常の有無を判定することができる。更に、異常検出手段と強制オフ手段との間に遅延回路が設けられているため、電源投入時やノイズ発生時等にチョッパ型レギュレータの出力電圧が瞬間的に上昇しても、強制オフ手段によってシリーズ型レギュレータが強制オフされないようにすることができる。
【０００７】
或は、請求項２のように、チョッパ型レギュレータの入力電圧と出力電圧との電圧差に基づいて該チョッパ型レギュレータの異常を検出するようにしても良い。つまり、チョッパ型レギュレータにショート故障が発生すると、チョッパ型レギュレータの出力電圧が入力電圧（バッテリ電圧）とほぼ同一の電圧まで上昇して入出力電圧の差が小さくなるため、入出力電圧の差が正常範囲よりも小さいか否かで異常の有無を判定することができる。
【０００８】
但し、バッテリ電圧が低下するに従って、チョッパ型レギュレータのスイッチング素子のデューティ比が高くなり、更に、チョッパ型レギュレータの入力電圧（バッテリ電圧）が目標出力電圧以下に低下すると、デューティ比が１００％となるため、スイッチング素子が常時オン状態に保たれてショート故障と区別できなくなる。
【０００９】
この点を考慮して、請求項４のように、チョッパ型レギュレータの入力電圧が所定電圧以下に低下した時に、チョッパ型レギュレータの異常検出を異常検出禁止手段により禁止するようにすることが好ましい。このようにすれば、バッテリ電圧の低下によりチョッパ型レギュレータのデューティ比が１００％になった状態を誤ってショート故障と判定することを未然に防止することができ、異常検出の信頼性を向上することができる。
尚、異常検出手段と強制オフ手段の具体的構成としては、請求項３のように、異常検出手段は、チョッパ型レギュレータの出力電圧と所定の基準電圧とを比較し、チョッパ型レギュレータの出力電圧が異常を示す値のときに、異常検出信号を出力する比較回路から構成し、強制オフ手段は、異常検出手段から出力される異常検出信号を遅延回路を介して受けると、シリーズ型レギュレータを強制的にオフさせる強制オフ信号を出力するトランジスタ回路から構成すると良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
［実施形態（１）］
以下、本発明の実施形態（１）を図１に基づいて説明する。バッテリ１１のプラス端子側に、イグニッションスイッチ１２を介してチョッパ型レギュレータ１３とシリーズ型レギュレータ１４とが直列に接続されている。チョッパ型レギュレータ１３は、バッテリ１１から供給される電力をトランジスタ１５でスイッチングして、平滑回路１６で平滑化することで、バッテリ電圧を所定電圧まで降圧する。トランジスタ１５のスイッチング動作は、チョッパ型レギュレータ１３の出力電圧が目標電圧となるようにデューティ制御回路１７によって制御される。平滑回路１６は、トランジスタ１５の出力側（コレクタ）に接続されたチョークコイル１８と、このチョークコイル１８の両端とグランド側との間に接続されたダイオード１９とコンデンサ２０とから構成され、トランジスタ１５のスイッチングにより生成された矩形波の電圧波形が該平滑回路１６で平滑化され、後段のシリーズ型レギュレータ１４に供給される。
【００１１】
一方、シリーズ型レギュレータ１４は、オペアンプ２１で出力電圧を検出して２つのトランジスタ２２，２３を制御することで、チョッパ型レギュレータ１３からの入力電圧を所定の定電圧ＶDDに制御する。本実施形態では、電圧制御用のトランジスタ２２がシリーズ型レギュレータ１４の入力端子と出力端子との間に接続され、このトランジスタ２２のベースとグランド側との間に他のトランジスタ２３が接続されている。シリーズ型レギュレータ１４の出力端子側とグランド側との間に２つの抵抗２４，２５が直列に接続され、シリーズ型レギュレータ１４の出力電圧が２つの抵抗２４，２５で分圧され、この分圧電圧Ｖ1 が出力電圧検出信号としてオペアンプ２１の反転入力端子に入力される。このオペアンプ２１の非反転入力端子には、定電圧ダイオード等で生成した基準電圧Ｖ2 が入力される。これにより、オペアンプ２１は、２つの入力電圧Ｖ1 ，Ｖ2 が等しくなるように、該オペアンプ２１の出力電圧でトランジスタ２３のベース電圧を制御し、このトランジスタ２３のコレクタ電圧によって電圧制御用のトランジスタ２２のベース電圧を制御することで、該トランジスタ２２の出力電圧（シリーズ型レギュレータ１４の出力電圧）を所定の定電圧ＶDDに制御する。
【００１２】
このシリーズ型レギュレータ１４の出力電圧ＶDDは、車載マイクロコンピュータ２６等の車載用電子機器に電源として供給され、この車載マイクロコンピュータ２６によってエンジン制御装置２７が制御される。
【００１３】
次に、本実施形態（１）の車載用電源装置のフェールセーフ回路２９の構成を説明する。フェールセーフ回路２９は、チョッパ型レギュレータ１３の出力電圧が所定電圧より高いか否かを判定する出力電圧比較回路３０と遅延回路３４と強制オフ用のトランジスタ３５とから構成されている。
【００１４】
まず、出力電圧比較回路３０の構成を説明すると、チョッパ型レギュレータ１３の出力端子側とグランド側との間に２つの抵抗３１，３２が直列に接続され、これら両抵抗３１，３２によってチョッパ型レギュレータ１３の出力電圧が分圧され、その分圧電圧Ｖ3 が出力電圧検出信号としてコンパレータ３３の非反転入力端子に入力される。このコンパレータ３３の反転入力端子には、定電圧ダイオード等で生成した異常判定用の基準電圧Ｖ4 が入力され、このコンパレータ３３で、２つの入力電圧Ｖ3 ，Ｖ4 が比較される。
【００１５】
この場合、チョッパ型レギュレータ１３が正常に動作している時には、チョッパ型レギュレータ１３の出力電圧が所定電圧以下となって、Ｖ3 ≦Ｖ4 となり、コンパレータ３３の出力がローレベルに維持される。これに対し、チョッパ型レギュレータ１３にショート故障等の異常が発生すると、チョッパ型レギュレータ１３の出力電圧が所定電圧より高くなって、Ｖ3 ＞Ｖ4 となり、コンパレータ３３の出力がハイレベルに反転する。このような動作により、出力電圧比較回路３０は、チョッパ型レギュレータ１３の異常を検出する異常検出手段として機能する。
【００１６】
以上のように構成した出力電圧比較回路３０のコンパレータ３３の出力は、遅延回路３４を介して強制オフ用のトランジスタ３５のベースに印加される。このトランジスタ３５のコレクタとエミッタは、シリーズ型レギュレータ１４のトランジスタ２３のベース側とグランド側との間に接続され、強制オフ用のトランジスタ３５がオンすると、シリーズ型レギュレータ１４のトランジスタ２３のベース電位が強制的にローレベルに下げられ、シリーズ型レギュレータ１４が強制的にオフされる。これにより、強制オフ用のトランジスタ３５は、特許請求の範囲でいう強制オフ手段としての役割を果たす。
【００１７】
一方、コンパレータ３３の出力側に接続された遅延回路３４は、短い時間幅のパルス出力をカットする回路であり、電源投入時やノイズ発生時等にチョッパ型レギュレータ１３の出力電圧が瞬間的に上昇してコンパレータ３３の出力が瞬間的にハイレベルに反転しても、シリーズ型レギュレータ１４が強制オフされないようにするためのものである。
【００１８】
以上説明した実施形態（１）によれば、チョッパ型レギュレータ１３が正常に動作している時には、チョッパ型レギュレータ１３の出力電圧が目標電圧まで降圧され、コンパレータ３３の入力電圧Ｖ3 が基準電圧Ｖ4 よりも低くなる。これにより、コンパレータ３３の出力がローレベルに維持され、強制オフ用のトランジスタ３５がオフ状態に維持される。この状態では、シリーズ型レギュレータ１４のオペアンプ２１は、２つの入力電圧Ｖ1 ，Ｖ2 が等しくなるように、該オペアンプ２１の出力電圧でトランジスタ２３のベース電圧を制御し、このトランジスタ２３のコレクタ電圧によって電圧制御用のトランジスタ２２のベース電圧を制御することで、該トランジスタ２２の出力電圧（シリーズ型レギュレータ１４の出力電圧）を所定の定電圧ＶDDに制御する。
【００１９】
一方、チョッパ型レギュレータ１３のトランジスタ１５がショート故障すると、トランジスタ１５が常時オン状態となるため、チョッパ型レギュレータ１３の出力電圧がバッテリ電圧とほぼ同じ電圧まで上昇して、コンパレータ３３の入力電圧Ｖ3 が基準電圧Ｖ4 よりも高くなる。これにより、コンパレータ３３の出力がハイレベルに反転して、強制オフ用のトランジスタ３５がオン状態に切り換えられる。その結果、シリーズ型レギュレータ１４のトランジスタ２３のベース電位が強制的にローレベルに下げられ、シリーズ型レギュレータ１４が強制的にオフされる。これにより、前段のチョッパ型レギュレータ１３のショート等の異常による後段のシリーズ型レギュレータ１４の二次故障が未然に防止される。
【００２０】
［実施形態（２）］
次に、本発明の実施形態（２）を図２に基づいて説明する。本実施形態（２）では、チョッパ型レギュレータ１３の出力電圧からチョッパ型レギュレータ１３の異常を検出する出力電圧比較回路３０を設け、更に、チョッパ型レギュレータ１３の入力電圧（バッテリ電圧）が所定電圧より高いか否かを判定する入力電圧比較回路４１を設けている。この入力電圧比較回路４１の構成を説明すると、チョッパ型レギュレータ１３の入力端子側とグランド側との間に２つの抵抗４２，４３が直列に接続され、これら両抵抗４２，４３によってチョッパ型レギュレータ１３の入力電圧（バッテリ電圧）が分圧され、その分圧電圧Ｖ5 が入力電圧検出信号としてコンパレータ４４の非反転入力端子に入力される。このコンパレータ４４の反転入力端子には、定電圧ダイオード等で生成した基準電圧Ｖ6 が入力され、このコンパレータ４４で、２つの電圧Ｖ5 ，Ｖ6 が比較される。この場合、バッテリ電圧が所定電圧よりも高い時（正常時）には、Ｖ5 ＞Ｖ6 となり、コンパレータ４４の出力がハイレベルに維持される。これに対し、バッテリ電圧が所定電圧以下に低下した時には、Ｖ5 ≦Ｖ6 となり、コンパレータ４４の出力がローレベルに反転する。
【００２１】
以上のように構成した入力電圧比較回路４１のコンパレータ４４の出力端子はＡＮＤ回路４５の一方の入力端子に接続され、該ＡＮＤ回路４５の他方の入力端子には、出力電圧比較回路３０のコンパレータ３３の出力端子が接続されている。そして、ＡＮＤ回路４５の出力端子が強制オフ用のトランジスタ３５のベースに接続されている。
【００２２】
この場合、バッテリ電圧が所定電圧以下に低下すると、入力電圧比較回路４１のコンパレータ４４の２つの入力電圧Ｖ5 ，Ｖ6 の関係がＶ5 ≦Ｖ6 となり、コンパレータ４４の出力がローレベルに反転して、ＡＮＤ回路４５の一方の入力がローレベルとなる。この状態では、仮に、出力電圧比較回路３０のコンパレータ３３の出力がハイレベルに反転したとしても、ＡＮＤ回路４５の出力がローレベルに維持され、強制オフ用のトランジスタ３５がオフ状態に維持される。これにより、バッテリ電圧が所定電圧以下に低下した時には、チョッパ型レギュレータ１３の異常検出が禁止された状態となる。この場合、入力電圧比較回路４１とＡＮＤ回路４５とから異常検出禁止手段が構成されている。
【００２３】
尚、本実施形態（２）おいても、前記実施形態（１）と同じく、出力電圧比較回路３０のコンパレータ３３の出力端子に遅延回路を接続して、該コンパレータ３３の出力を遅延回路を介してＡＮＤ回路４５の一方の入力端子に入力するようにしても良い。同様に、入力電圧比較回路４１の出力側にも、遅延回路を接続しても良い。
【００２４】
以上説明した実施形態（１），（２）では、出力電圧比較回路３０によってチョッパ型レギュレータ１３の出力電圧からチョッパ型レギュレータ１３の異常を検出するようにしたが、チョッパ型レギュレータ１３の入力電圧と出力電圧との電圧差を検出して、その電圧差に基づいてチョッパ型レギュレータ１３の異常を検出するようにしても良い。つまり、チョッパ型レギュレータ１３にショート故障が発生すると、チョッパ型レギュレータ１３の出力電圧が入力電圧（バッテリ電圧）とほぼ同一の電圧まで上昇して入出力電圧の差が小さくなるため、入出力電圧の差が正常範囲よりも小さいか否かで異常の有無を判定することができる。
【００２５】
但し、バッテリ電圧が低下して、チョッパ型レギュレータ１３の入力電圧が目標出力電圧以下に低下すると、デューティ比が１００％となり、トランジスタ１５が常時オン状態に保たれてショート故障と区別できなくなる。
【００２６】
そこで、チョッパ型レギュレータ１３の入力電圧と出力電圧との電圧差に基づいてチョッパ型レギュレータ１３の異常を検出する場合には、前記実施形態（２）と同じく、チョッパ型レギュレータ１３の入力電圧が所定電圧以下に低下した時に、チョッパ型レギュレータ１３の異常検出を禁止するように構成すると良い。このようにすれば、バッテリ電圧の低下によりチョッパ型レギュレータ１３のデューティ比が１００％になった状態を誤ってショート故障と判定することを未然に防止することができ、異常検出の信頼性を向上することができる。
【００２７】
尚、前記実施形態（１），（２）では、チョッパ型レギュレータ１３の異常をハードウエアで検出するようにしたが、チョッパ型レギュレータ１３の出力電圧をマイクロコンピュータに取り込んでチョッパ型レギュレータ１３の異常を判定したり、或は、マイクロコンピュータでチョッパ型レギュレータ１３の入力電圧と出力電圧との電圧差を算出してチョッパ型レギュレータ１３の異常を判定するようにしても良い。
【００２８】
その他、本発明は、チョッパ型レギュレータ１３やシリーズ型レギュレータ１４の構成を適宜変更しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態（１）を示す車載用電源装置の電気回路図
【図２】本発明の実施形態（２）を示す車載用電源装置の電気回路図
【符号の説明】
１１…バッテリ、１３…チョッパ型レギュレータ、１４…シリーズ型レギュレータ、１５…トランジスタ、２１…オペアンプ、２２…電圧制御用のトランジスタ、２３…トランジスタ、２９…フェールセーフ回路、３０…出力電圧比較回路（異常検出手段）、３３…コンパレータ、３４…遅延回路、３５…強制オフ用のトランジスタ（強制オフ手段）、４１…入力電圧比較回路、４４…コンパレータ、４５…ＡＮＤ回路。
【図１】
0003680978.tif 000002
【図２】
0003680978.tif 000003