(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を供給するバッテリと、
イグニションスイッチと、
該バッテリからコイルへの充電と、該コイルに蓄えられた電流エネルギーのコンデンサへの充電を、ダイオードおよびスイッチング素子により切り換え、コンデンサの電圧に基づきデューティを制御する制御手段と、
前記コンデンサの負荷として接続される負荷回路と
から成る車両用昇圧電源装置において、
前記制御手段に対してスイッチングのデューティを制限し、そのデューティ制限値は、前記バッテリの電圧に基づいて変化する可変手段と、
前記可変手段は、前記デューティ制限値の算出式を記憶する算出記憶手段と、前記算出記憶手段に記憶された算出式に、前記バッテリの現在の入力電圧を代入してデューティ制限値を算出する算出手段と、
または、
前記可変手段は前記バッテリの各入力電圧値に対応するデューティ制限値を予めテーブルマップにて記憶するデューティ制限値記憶手段と、前記デューティ制限値記憶手段から前記バッテリの現在の電圧に対応するデューティ制限値を読み出す読出手段を具備し、
前記可変手段は、前記コンデンサの容量が低下した場合に、前記制御手段に対して、前記スイッチングを停止させることを特徴とする車両用昇圧電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用昇圧電源装置において、
前記可変手段は、前記コンデンサの出力電圧に異常が発生した場合に、前記制御手段に対して、前記スイッチングを停止させることを特徴とする車両用昇圧電源装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の車両用昇圧電源装置において、
前記可変手段は、前記負荷回路の抵抗値が低下した場合、または、該負荷回路においてショートが発生した場合に、前記制御手段に対して、前記スイッチングを停止させることを特徴とする車両用昇圧電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両用昇圧電源装置を構成する部品を、異常動作時において保護する車両用昇圧電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、車両用昇圧電源装置の一例を示す回路図である。
この図において、イグニションスイッチＩＧＳＷが入ると、入力電流ＩＢがコイルＬに流れ、その電流エネルギーが蓄えられる。
デューティ制御部１がＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を所定のデューティでスイッチングすると、該ＦＥＴがＯＮ状態の時には電流ＩＳＷが流れ、該ＦＥＴがＯＦＦ状態の時には電流ＩＤが流れる。
そして、電流ＩＤが流れることにより、コイルＬに蓄えられていた電流エネルギーは、平滑コンデンサＣに電圧エネルギーとして充電される。
以上の繰り返しにより、バッテリの入力電圧ＶＢは昇圧され、コンデンサの出力電圧ＶＵＰとなり、負荷回路に印加される。
【０００３】
この図において、上記負荷回路は、スイッチＳＷおよび抵抗Ｒより構成されており、例えば、自動車のエアバックシステムの点火回路が考えられる。
【０００４】
通常、自動車のエアバックシステムの点火回路は、自動車の衝突を検出する衝突判定ブロックからの衝突信号の入力によりＯＮ状態となる点火用トランジスタと、所定値以上の加速度が加わると機械的にＯＮ状態となる機械式セーフィングセンサと、大電流が流れると発熱するスクイブ抵抗とを、上記昇圧電源回路に対し直列に接続した回路構成を有している。
すなわち、自動車が衝突することにより、上記点火用トランジスタと機械式セーフィングセンサとが共にＯＮ状態になると、上記スクイブ抵抗に大電流が流れ、エアバックを展開する、という仕組みになっている。
【０００５】
ところで、図４に示す車両用昇圧電源装置では、デューティ制御部１の異常が発生した場合、ＦＥＴの異常スイッチングが起こり、該ＦＥＴが故障する可能性があった。そこで、該ＦＥＴの上記故障を防止するために、従来の車両用昇圧電源装置では、各種制限および保護回路が設けられている。
通常、この制限および保護回路は、▲１▼低電圧検出回路、▲２▼デューティ制限回路、▲３▼電流制限回路、▲４▼サーマルシャットダウン回路を有する。
【０００６】
上述した▲１▼低電圧検出回路は、前記制御手段の入力電圧ＶＢが、予め設定された固定値（入力電圧しきい値Ｖ０）以下となった場合に、ＦＥＴのスイッチングを停止させる機能である。
また、▲２▼デューティ制限回路は、ＦＥＴのスイッチングのデューティが、予め設定された固定値（デューティしきい値Ｄ０）以上となった場合に、該デューティをデューティしきい値Ｄ０以上とならないように、制限する機能である。
【０００７】
また、▲３▼電流制限回路は、前記制御手段の入力電流または出力電流が、予め設定された固定値（電流しきい値）以上となった場合に、ＦＥＴのスイッチングを制限する機能である。
最後に、▲４▼サーマルシャットダウン回路は、ＦＥＴの温度が、予め設定された値（温度しきい値）以上となった場合に、該ＦＥＴのスイッチングを停止する機能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の昇圧電源装置では、ＦＥＴのスイッチングはＭＰＵによるデジタル制御で行われる。この場合、上述した▲３▼電流制限回路および▲４▼サーマルシャットダウン回路を実現するためには、専用のＭＰＵ周辺回路（一例としては、専用ＩＣ）を別途設けなくてはならず、装置全体の構成が複雑かつ高価になる、という課題があった。
【０００９】
そこで、制限および保護回路の構成を簡単かつ安価にするために、上述した▲１▼低電圧検出回路および▲２▼デューティ制限回路のみによる制限および保護が考えられるが、この場合、以下に述べるような課題があった。
【００１０】
図５は、▲１▼低電圧検出回路および▲２▼デューティ制限回路による制限および保護を適用した場合において、昇圧電源回路のＦＥＴのスイッチング動作領域例を示すグラフである。この図において、Ｖ０は入力電圧しきい値であり、Ｄ０はデューティしきい値である。
この図に示すように、ＦＥＴのスイッチングを制御するＭＰＵは、昇圧電源装置の入力電圧ＶＢが、入力電圧しきい値Ｖ０以下となった場合、ＦＥＴのスイッチングを停止させる。
【００１１】
一方、昇圧電源装置の入力電圧ＶＢが入力電圧しきい値Ｖ０以上である場合、ＭＰＵは、ＦＥＴのスイッチングを行う。そして、その状態において、デューティ制御部１の異常が発生した場合、ＦＥＴの異常スイッチングが発生し、ＦＥＴのデューティが上昇する事がある。これにより、該デューティが、デューティしきい値Ｄ０以上になると、ＭＰＵは、該デューティをデューティしきい値Ｄ０に制限する。
【００１２】
しかし、上述した▲１▼低電圧検出回路および▲２▼デューティ制限回路のみによる制限および保護の場合、入力電圧ＶＢが目標電圧付近にある場合（図５の領域Ａ）において、異常スイッチングが発生すると、ＦＥＴに流れるピーク電流は、急激に上昇し、これにより、ＦＥＴにおける損失が上昇し、該ＦＥＴは破損にいたる可能性があった。
【００１３】
そこで、従来の制限および保護では、上記損失によるＦＥＴの故障を防ぐためには、たとえ構成が複雑かつ高価になるとしても、上述した▲３▼電流制限回路および▲４▼サーマルシャットダウン回路を設けなくてはならなかった。
【００１４】
さらに、上述した▲１▼低電圧検出回路および▲２▼デューティ制限回路のみによる制限および保護を、上述したエアバックシステムの点火回路の電源に適用した場合、負荷回路のスイッチがＯＮする事でコンデンサから見た負荷回路の抵抗値Ｒの低下、負荷回路の故障（機械式セーフィングセンサおよびスクイブ抵抗のＧＮＤショートに相当）、図４に示す平滑コンデンサＣの容量抜け、昇圧電源回路の昇圧出力異常の場合にも、出力電流の増加→電流の供給ができない→出力電圧低下→ＦＥＴのデューティ上昇→ＦＥＴが故障する、という課題があった。
【００１５】
この発明は、このような背景の下になされたもので、簡単かつ安価な構成でありながら、異常スイッチング時において、ＦＥＴ等のスイッチング素子を確実に保護することができる車両用昇圧電源装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、電力を供給するバッテリと、イグニションスイッチと、該バッテリからコイルへの充電と、該コイルに蓄えられた電流エネルギーのコンデンサへの充電を、ダイオードおよびスイッチング素子により切り換え、コンデンサの電圧に基づきデューティを制御する制御手段と、前記コンデンサの負荷として接続される負荷回路とから成る車両用昇圧電源装置において、前記制御手段に対してスイッチングのデューティを制限し、そのデューティ制限値は、前記バッテリの電圧に基づいて変化する可変手段と、前記可変手段は、前記デューティ制限値の算出式を記憶する算出記憶手段と、前記算出記憶手段に記憶された算出式に、前記バッテリの現在の入力電圧を代入してデューティ制限値を算出する算出手段と、または、前記可変手段は前記バッテリの各入力電圧値に対応するデューティ制限値を予めテーブルマップにて記憶するデューティ制限値記憶手段と、前記デューティ制限値記憶手段から前記バッテリの現在の電圧に対応するデューティ制限値を読み出す読出手段を具備し、前記可変手段は、前記コンデンサの容量が低下した場合に、前記制御手段に対して、前記スイッチングを停止させることを特徴とする。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の車両用昇圧電源装置において、前記可変手段は、前記コンデンサの出力電圧に異常が発生した場合に、前記制御手段に対して、前記スイッチングを停止させることを特徴とする。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２記載の車両用昇圧電源装置において、前記可変手段は、前記負荷回路の抵抗値が低下した場合、または、該負荷回路においてショートが発生した場合に、前記制御手段に対して、前記スイッチングを停止させることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。
図１は、この発明の一実施形態による車両用昇圧電源装置の構成例を示すブロック図である。この図において、可変手段２を除く制御回路および負荷回路は、図４に示した回路と同じものであるので、その説明を省略する。
【００２３】
デューティ制御部１は、Ａ／Ｄ変換器を内蔵するＭＰＵである。
また、デューティ制御部１は、コンデンサの出力電圧ＶＵＰの電位を、イグニションスイッチＩＧＳＷがＯＮの間、常時取り込み、取り込んだ電位を上記Ａ／Ｄ変換器を用いてＡ／Ｄ変換する。
そして、デューティ制御部１は、従来からの処理に基づいて、スイッチング素子（ＦＥＴ）のスイッチングのデューティＤｎを決定し、該デューティＤｎでＦＥＴをスイッチングする。
【００２４】
また、可変手段２の内蔵レジスタ、または、可変手段２より読み出し可能なメモリ（図示略）内には、ＦＥＴのスイッチング動作領域を規定するデータが設定されている。
図２は、本実施形態におけるＦＥＴのスイッチング動作領域の一例を示すグラフである。なお、この図において、入力電圧ＶＢがＶ２からＶ３の間におけるデューティの変化量、すなわち、グラフの傾きは、ＦＥＴの許容損失を基に決定される。本実施形態では、上記内蔵レジスタまたはメモリに、この図に示すＶ１，Ｖ２，Ｖ３およびＤ１の値が、設定値としてあらかじめ設定されているものとする。
本実施形態では、具体的一例として、Ｖ１は５〔Ｖ〕、Ｖ２は７．５〔Ｖ〕、Ｖ３は１５〔Ｖ〕、Ｄ１は７０％であるとする。
【００２５】
次に、図３を参照して、上記構成による可変手段２およびデューティ制御部１の動作を説明する。
図３は、本実施形態による可変手段２およびデューティ制御部１の動作例を示すフローチャートである。
可変手段２およびデューティ制御部１の処理は、１〔ｍｓ〕間隔で割り込みが入る度に、この図に示す割り込み処理を行うために、ステップＳＡ１へ進む。
【００２６】
ステップＳＡ１では、以下に示す判断条件▲１▼〜▲４▼のうちのいずれかが発生していないか否かを判断する。
▲１▼負荷回路のスイッチＯＮによる抵抗値の低下（一例としては、点火時における負荷ショート状態）
▲２▼負荷回路の故障（一例としては、機械式セーフィングセンサおよびスクイブ抵抗のＧＮＤショート）
▲３▼平滑コンデンサＣの容量低下
▲４▼平滑コンデンサＣの出力異常
【００２７】
この判断結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳＡ２へ進む。
ステップＳＡ２では、デューティ制御を停止した後、図３に示す割り込み処理を終了する。
【００２８】
一方、ステップＳＡ１の判断結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳＡ３へ進み、従来の通り、平滑コンデンサＣの電圧に基づきデューティを算出する。
【００２９】
ステップＳＡ４では、可変手段２の内蔵レジスタ、または、可変手段２より読み出し可能なメモリからＶ１，Ｖ２，Ｖ３およびＤ１（図２参照）を読み出し、次式（６）に基づいて制限値Ｌを算出した後、図３に示す割り込み処理を終了する。
Ｌ＝（  （Ｖ３−ＶＢ）／（Ｖ３−Ｖ２）  ）×Ｄ１    ・・・・・・（６）
この式において、Ｖ２，Ｖ３およびＤ１は設定値（図２参照）であり、ＶＢはバッテリの入力電圧である。
以上で、上記構成による昇圧電源装置の動作説明を終了する。
【００３０】
次に、請求項記載の発明と本実施形態との対応関係を説明する。
制御手段……デューティ制御部１
可変手段……可変手段２
【００３１】
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
たとえば、上述した一実施形態においては、デューティの制限値Ｌを求める際に、その算出式として上記式（６）を用いたが、上記制限値Ｌの算出式はこれに限定されるものではない。
さらに、デューティの制限値Ｌを求める際に算出式を用いず、その代わりに、実験により求めた制限値Ｌを各入力電圧ＶＢに対応させて記憶したテーブルを用意し、該テーブルから現在の入力電圧ＶＢに対応するデューティの制限値Ｌを読み出す、という方法も考えられる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、外乱等による異常スイッチング時においても、簡単かつ安価な構成で、スイッチング素子の破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態による車両用昇圧電源装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】同実施形態におけるＦＥＴのスイッチング動作領域例を示すグラフである。
【図３】同実施形態によるデューティ制御部および可変手段の動作例を示すフローチャートである。
【図４】従来の車両用昇圧電源装置の一例を示すブロック図である。
【図５】従来の車両用昇圧電源装置におけるＦＥＴのスイッチング動作領域例を示すグラフである。
【符号の説明】
１……デューティ制御部、  ２……可変手段、
Ｌ……コイル、  Ｄ……ダイオード、  Ｃ……平滑コンデンサ、
ＦＥＴ……電界効果トランジスタ、  Ｒ……負荷
【図１】
0003587928.tif 000002
【図２】
0003587928.tif 000003
【図３】
0003587928.tif 000004
【図４】
0003587928.tif 000005
【図５】
0003587928.tif 000006