(57)【要約】  アイドルストップ機能を有する車両用電源装置において、エンジン始動時におけるバッテリの電圧降下を補償し、かつバッテリが誤って逆極性に接続された際の保護機能を持つ、損失の少ない昇圧コンバータ回路を備えた車両用電源装置を実現する。  直列接続された２つのＭＯＳＦＥＴ（３２，３３）とインダクタ（３１）とからなる直列回路が直流電源の両端に接続され、直列接続された２つのＭＯＳＦＥＴ（３２，３３）とインダクタ（３１）との接続点にダイオード（３４）が接続され、直列接続された２つのＭＯＳＦＥＴ（３２，３３）に対してコンデンサ（３５）が並列接続されている。２つのＭＯＳＦＥＴ（３２，３３）は、互いのボディダイオードが逆極性となる向きに直列接続されている。
2010052947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源に接続される昇圧コンバータ回路と、
前記直流電源の出力電圧を検出する電圧検出回路と、
前記電圧検出回路の検出する前記出力電圧に応じて前記昇圧コンバータ回路を駆動して出力電圧を所定値にする制御回路と、を備えた車両用電源装置であって、
前記昇圧コンバータ回路は、
前記直流電源の両端に、少なくとも１つのインダクタと、２つの互いに直列に接続された半導体スイッチング素子とからなる直列回路が接続され、
前記少なくとも１つのインダクタと、前記２つの互いに直列に接続された半導体スイッチング素子との接続点に接続される少なくとも１つの整流素子と、
前記２つの互いに直列に接続された半導体スイッチング素子に対して並列に接続される少なくとも１つのコンデンサと、を備え、
前記２つの半導体スイッチング素子は、互いのボディダイオードが逆極性となる向きに直列接続された車両用電源装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記直流電源に接続されている負荷が重負荷状態であって、前記直流電源の電圧が過渡的に低下する場合において、前記昇圧コンバータ回路の出力電圧が前記直流電源の電圧になるように前記昇圧コンバータ回路を制御する、請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項３】
前記昇圧コンバータ回路の負荷はパワーステアリング装置であって、前記制御回路は、前記パワーステアリング装置におけるステアリングの回転角情報に応じて、前記昇圧コンバータ回路の出力電圧が制御される、請求項１または２に記載の車両用電源装置。
【請求項４】
前記２つの半導体スイッチング素子は、共にＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴであって、ドレイン端子同士またはソース端子同士が接続された、請求項１乃至３のいずれかに記載の車両用電源装置。
【請求項５】
前記２つの半導体スイッチング素子は互いにドレイン端子同士が接続され、低圧側の半導体スイッチング素子は前記制御回路によって制御され、高圧側の半導体スイッチング素子は、バイアス電圧を制御端子に印加するためのダイオードを備えた自己駆動型素子として構成された、請求項４に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、車両用電源装置に関し、より特定的には、信号待ち等での車両停車時にエンジンを自動的に一時停止させるアイドルストップ車両に搭載される車両用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料消費量の節減とエミッションの低減を目的として、信号待ち等の車両停止時にエンジンを自動的に一時停止させるようにしたアイドルストップ車両が実用化されている。【０００３】
この種の車両では、車速・アクセル開度等の所定のアイドル判断情報に基づいて、車両が停止中と推測されるときにエンジンを自動停止させ、その後に運転者の発進意思を表わすエンジン始動条件が成立したときに、スタータによりエンジンを自動始動させて発進に備えている。【０００４】
一般的に、エンジン起動用のスタータは消費電力が大きいため、エンジン起動の瞬間にバッテリ出力系統の電圧が一時的に低下する現象が発生する可能性がある。【０００５】
このような現象は、特に、停車および発進を頻繁に繰り返す市街地走行等により、電源として用いられるバッテリの消耗が激しくなった場合に顕著となる。【０００６】
このような電圧低下が発生すると、車両内の電気機器に用いられるマイコン（マイクロコンピュータ）がリセットされて、その時点までの学習内容等の記憶内容が消失してしまったり、計器類の照明等が一時的に暗くなって車両の品質感を大きく損なってしまったりするという不具合が発生してしまう。【０００７】
そこで、アイドルストップ車両において、エンジン再起動時におけるバッテリ出力系統の電圧低下を防止するために電圧補償用の昇圧回路を設け、エンジン起動時のスタータ動作期間において当該昇圧回路を動作させる構成が提案されている。（特許文献１参照）
また、バッテリは消費者自身で交換することも可能であるため、極性を間違えて接続されることも想定され、逆接続された場合に電流が流れないようにする保護回路を設けることなどが考案されている。（特許文献２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２３７１４９号公報
【特許文献２】特開平２−１９７４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したようなエンジン再始動時において、スタータの消費電力が大きいことに起因する出力電圧の低下を昇圧コンバータによって補償する回路において、バッテリが誤って逆極性に接続された場合に電流が流れないようにする保護回路を構成する方法として、図７及び図８を用いて説明する。【００１０】
図７において、直流電源として設けられるバッテリ１と、第１の負荷６と、第1のコンデンサ２と、昇圧コンバータ回路３と、昇圧コンバータ回路３を制御する制御回路４と、昇圧コンバータ回路３の出力電圧が供給されるコネクタ５とを備え、コネクタ５には第２の負荷（図示せず）が接続される構成となっている。【００１１】
第１の負荷６は、スタータ６１、エンジン６２、発電機６３から構成され、スタータ６１はエンジン始動時において、バッテリ１から直流電圧が供給され、エンジン６２を始動させる。エンジンが始動すると、その回転を動力源として発電機６３によって電力が生成され、それをバッテリ１への充電電力とする仕組みとなっている。【００１２】
また、昇圧コンバータ回路３は、インダクタ３１と、電界効果トランジスタ等から構成される第１の半導体スイッチング素子３２と、第１のダイオード３４と、第２のコンデンサ３５と、第２のダイオード３６と、バイアス抵抗３７と、放電抵抗３８とからなり、バッテリ１の両端に対して、インダクタ３１と、第１の半導体スイッチング素子３２とが直列接続されており、インダクタ３１と第１の半導体スイッチング素子３２の接続点に第１のダイオード３４のアノードが接続され、第１のダイオード３４のカソードにはコネクタ５の出力端子が接続されており、コネクタ５の両端には第２のコンデンサ３５が接続されている。【００１３】
自動車においては、バッテリ１を使用者が自ら交換できるようになっている場合が多く、車両用電源装置には使用者が誤ってバッテリ１の極性を逆接続してしまった場合でも電流が逆方向に流れないような保護回路を設けることが要求されている。この機能を実現するために、例えば図７に示すリレースイッチ８や図８に示す第３のダイオード９などを用いて順方向電流が流れた時だけ通電させるようにすること等が考えられるが、車両用電源装置は出力電流が非常に大きく、第３のダイオード９の順方向電力損失やリレースイッチ８の消費電力が無視できないほど大きくなり、バッテリ１の寿命を短くしてしまうという問題があった。【００１４】
また、パワーステアリング装置を備えた大型車などにおいては、車両重量が大きいため、パワーステアリング装置に用いられるモータにも大電力が求められ、その結果、モータ寸法が大型化してしまうことを防ぐために、従来の鉛蓄電池の出力電圧（１２Ｖ）よりも高電圧を要求されることがある。この場合も大電流が流れることとなり、従来のダイオードやリレースイッチを用いた電源装置では損失が無視できなくなっていた。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記問題点を解決するために、本願発明の車両用電源装置は、
直流電源に接続される昇圧コンバータ回路と、
前記直流電源の出力電圧を検出する電圧検出回路と、
前記電圧検出回路の検出する前記出力電圧に応じて前記昇圧コンバータ回路を駆動して出力電圧を所定値にする制御回路と、を備えた車両用電源装置であって、
前記昇圧コンバータ回路は、
前記直流電源の両端に、少なくとも１つのインダクタと、２つの互いに直列に接続された半導体スイッチング素子とからなる直列回路が接続され、
前記少なくとも１つのインダクタと、前記２つの互いに直列に接続された半導体スイッチング素子との接続点に接続される少なくとも１つの整流素子と、
前記２つの互いに直列に接続された半導体スイッチング素子に対して並列に接続される少なくとも１つのコンデンサと、を備え、
前記２つの半導体スイッチング素子は、互いのボディダイオードが逆極性となる向きに直列接続されたことを特徴とする。【００１６】
また好ましくは、前記制御回路は、前記直流電源に接続されている負荷が重負荷状態であって、前記直流電源の出力電圧が過渡的に低下する場合において、前記昇圧コンバータの出力電圧が前記直流電源の出力電圧になるように前記昇圧コンバータ回路を制御することを特徴とする。【００１７】
また好ましくは、前記昇圧コンバータの負荷はパワーステアリング装置であって、前記制御回路は、前記パワーステアリング装置におけるステアリングの回転角情報に応じて、前記昇圧コンバータ回路の出力電圧が制御されることを特徴とする。【００１８】
さらに好ましくは、前記２つの半導体スイッチング素子は、共にＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴであって、ドレイン端子同士またはソース端子同士が直列に接続されたことを特徴とする。【００１９】
さらに好ましくは、前記２つの半導体スイッチング素子のうち、低圧側半導体スイッチング素子は前記制御回路によって制御され、
高圧側半導体スイッチング素子は、バイアス電圧を制御端子に印加するためのダイオードを備えた自己駆動型素子として構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、過渡的な負荷の増大によるバッテリ電圧の降下を補償したり、バッテリの供給電圧よりも高い電圧を供給したりするための昇圧コンバータ回路を有する車両用電源装置において、バッテリが誤って逆極性に接続された場合に逆方向に電流が流れるのを防止する回路を低損失で実現することができる。【００２１】
また、２つのＦＥＴのボディダイオードが互いに逆極性となるように構成することで、リレースイッチ等の機械的スイッチが不要となり、火花等の発生やノイズ等の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明する回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態において、バッテリが正常に接続された場合の回路図である。
【図３】本発明の第１の実施形態において、バッテリが逆接続された場合の回路図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を説明する回路図である。
【図５】本発明の第３の実施形態を説明する回路図である。
【図６】本発明の第４の実施形態を説明する回路図である。
【図７】従来例のバッテリ逆接続防止を目的とした車両用電源装置の回路図である。
【図８】従来例のバッテリ逆接続防止を目的とした他の車両用電源装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
この発明の各実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的には繰返さないものとする。
【００２４】
《第１の実施形態》
図１は、この発明の第１の実施形態による車両用電源装置の構成を説明する回路図である。
図１において、本発明による車両用電源装置は、直流電源として設けられるバッテリ１と、第１の負荷６と、第１のコンデンサ２と、昇圧コンバータ回路３と、昇圧コンバータ回路３を制御する制御回路４と、昇圧コンバータ回路３の出力電圧が供給されるコネクタ５とを備え、コネクタ５には第２の負荷（図示せず）が接続される構成となっている。
【００２５】
第１の負荷６は、スタータ６１、エンジン６２、発電機６３から構成され、スタータ６１はエンジン始動時において、バッテリ１から直流電圧が供給され、エンジン６２を始動させる。エンジンが始動すると、その回転を動力源として発電機６３によって電力が生成され、それをバッテリ１への充電電力とする仕組みとなっている。
【００２６】
また、昇圧コンバータ回路３は、インダクタ３１と、電界効果型トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等から構成される第１の半導体スイッチング素子３２及び第２の半導体スイッチング素子３３と、第１のダイオード３４と、第２のコンデンサ３５と、第２のダイオード３６と、バイアス抵抗３７と、放電抵抗３８とからなり、バッテリ１の両端に対して、インダクタ３１と、第２の半導体スイッチング素子３３と第１の半導体スイッチング素子３２が直列に接続されており、第１の半導体スイッチング素子３２と第２の半導体スイッチング素子３３は互いのボディダイオード３２１、３３１が逆極性になるように、ドレイン同士が接続された構成となっている。また、インダクタ３１と第２の半導体スイッチング素子３３の接続点に第１のダイオード３４のアノードが接続され、第１のダイオード３４のカソードにはコネクタ５の出力端子が接続されており、コネクタ５の両端には第２のコンデンサ３５が接続されている。
【００２７】
また、第１のコンデンサ２とインダクタ３１の接続点にアノードが接続され、カソードがバイアス抵抗３７を介して第２の半導体スイッチング素子３３のゲート端子に接続される第２のダイオード３６と、第２の半導体スイッチング素子３３のゲート−ソース間に接続される放電抵抗３８が設けられている。制御回路４は、バッテリ１から供給される入力電圧と、出力電圧検出回路７によって出力電圧とをモニタしながら、第２の負荷に供給される出力電圧が所定の値になるように、第１の半導体スイッチング素子３２のオン／オフを制御するようになっている。
【００２８】
制御回路４は、バッテリ（直流電源）１に接続されている負荷が重負荷状態であって、直流電源の電圧が過渡的に低下する場合において、昇圧コンバータ回路３の出力電圧が直流電源の電圧になるように昇圧コンバータ回路３を制御する。
【００２９】
図２は、バッテリ１の極性が正常に接続された場合の回路ブロック図である。図１におけるスタータ６１、エンジン６２、発電機６３からなる第１の負荷６は動作に直接関係がないので省略する。
【００３０】
バッテリ１から直流電圧が供給され、制御回路４が第１の半導体スイッチング素子３２のゲート端子に電圧を印加して第１の半導体スイッチング素子３２をターンオンさせると、インダクタ３１には電流が流れ、インダクタ３１の両端には電圧が生じる。これによって第２のダイオード３６がオンし、バイアス抵抗３７を介して第２の半導体スイッチング素子３３のゲート端子に電圧が印加され、第２の半導体スイッチング素子３３もターンオンする。こうして、バッテリ１の＋端子→インダクタ３１→第２の半導体スイッチング素子３３→第１の半導体スイッチング素子３２→バッテリ１の−端子、という閉ループ内を電流が流れることになる。
【００３１】
続いて、制御回路４からの制御信号により第１の半導体スイッチング素子３２がターンオフすると、オン期間の間、インダクタ３１に蓄積されたエネルギーは第１のダイオード３４を介して第２のコンデンサ３５を充電するために放出される。こうして、バッテリ１の＋端子→インダクタ３１→第１のダイオード３４→第２のコンデンサ３５→バッテリ１の−端子、という閉ループ内を電流が流れることになる。
【００３２】
次に、図３において、バッテリ１の極性が誤って逆に接続された時を想定する。図３は、バッテリ１の極性が逆接続された場合の回路ブロック図である。
【００３３】
バッテリ１が逆接続された場合、第１の半導体スイッチング素子３２のボディダイオード３２１は順方向バイアスがかかるためオンするが、第２の半導体スイッチング素子３３のボディダイオード３３１は逆方向バイアスになるため、オンしない。すなわち、昇圧コンバータ回路３のスイッチに２つの半導体スイッチング素子（３２と３３）を用い、それらのボディダイオード（３２１と３３１）が逆極性になるように直列接続することで、誤ってバッテリ１の極性が逆に接続された場合であっても、昇圧コンバータ回路３に電流が流れてしまうことを防ぐことができ、結果的に昇圧コンバータ回路３の出力に接続される負荷の破壊、誤動作等を防ぐことができる。
【００３４】
この場合、第２の半導体スイッチング素子３３は、第２のダイオード３６の存在によって、制御回路４等によって制御されることなく、バッテリ１が正常に接続された時は必然的にオンとなり、バッテリ１が誤って逆極性に接続された場合には必然的にオフとなるような自己駆動型素子として構成される。
【００３５】
また、昇圧コンバータ回路３の出力電圧は、上述したようなスタータ６１の起動時におけるバッテリ１の供給電圧の過渡的な低下を補償する目的であれば、バッテリ１の供給電圧に等しくなるように設定すればよく、勿論それ以上の出力電圧に設定することも可能である。
【００３６】
さらに、車両重量の大きな車両のパワーステアリング装置に用いる場合は、運転者がきったステアリングの舵角に応じて応力を制御する必要があるため、第２の負荷からステアリング回転角情報を制御回路４が受け取り、昇圧コンバータ回路３の出力電圧を適宜制御することも可能である。
【００３７】
《第２の実施形態》
図４は、この発明の第２の実施形態による車両用電源装置の構成を説明する回路図である。
第２の実施形態が第１の実施形態と相違する点は、第２の半導体スイッチング素子３３のオン／オフ制御を制御回路４で実現する点である。制御回路４がインダクタ３１の両端の電圧を検出できるように構成すれば、第１の半導体スイッチング素子３２及び第２の半導体スイッチング素子３３各々のオン／オフ制御を行うことができる。
その他の点は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００３８】
《第３の実施形態》
図５は、この発明の第３の実施形態による車両用電源装置の構成を説明する回路図である。
第３の実施形態が第２の実施形態と相違する点は、第１の半導体スイッチング素子３２と第２の半導体スイッチング素子３３の接続順が逆になっている点である。制御回路４によって第１の半導体スイッチング素子３２及び第２の半導体スイッチング素子３３各々のオン／オフ制御を行うような構成であれば、図５に示すように第１の半導体スイッチング素子３２が高圧側、第２の半導体スイッチング素子３３が低圧側に配置されても構わない。
その他の点は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００３９】
《第４の実施形態》
図６は、この発明の第４の実施形態による車両用電源装置の構成を説明する回路図である。
第４の実施形態が第２の実施形態と相違する点は、第２の実施形態では第２の半導体スイッチング素子３３にＮチャネル型ＦＥＴを使っているのに対して、第４の実施形態では第２の半導体スイッチング素子３３にＰチャネル型ＦＥＴを使っている点である。制御回路４によって第１の半導体スイッチング素子３２及び第２の半導体スイッチング素子３３各々のオン／オフ制御を行うような構成であれば、第２の半導体スイッチング素子３３にＰチャネル型ＦＥＴを用いて、ゲート端子に負電位が印加されるように構成すれば、同様の動作を実現できる。
その他の点は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【符号の説明】
【００４０】
１      バッテリ
２      第１のコンデンサ
３      昇圧コンバータ回路
３１    インダクタ
３２    第１の半導体スイッチング素子
３２１  第１の半導体スイッチング素子のボディダイオード
３３    第２の半導体スイッチング素子
３３１  第２の半導体スイッチング素子のボディダイオード
３４    第１のダイオード
３５    第２のコンデンサ
３６    第２のダイオード
３７    バイアス抵抗
３８    放電抵抗
４      制御回路
５      コネクタ
６      第１の負荷
６１    スタータ
６２    エンジン
６３    発電機
７      出力電圧検出回路
８      リレースイッチ
９      第３のダイオード
【図１】
2010052947.tif 000003
【図２】
2010052947.tif 000004
【図３】
2010052947.tif 000005
【図４】
2010052947.tif 000006
【図５】
2010052947.tif 000007
【図６】
2010052947.tif 000008
【図７】
2010052947.tif 000009
【図８】
2010052947.tif 000010
【国際調査報告】
2010052947.tif 000011
2010052947.tif 000012