(57)【要約】【課題】始動等で急激に電源電圧が大幅に低下しても車載機器を確実に動作させることができる車載機器の電源装置を得る。【解決手段】車輌に搭載される車輌電源１に接続されるメインスイッチ２と、メインスイッチ２を介して車輌電源１からの電圧が供給される第１定電圧回路３と、第１定電圧回路３からの出力電圧が供給される第２定電圧回路４とを備え、第１定電圧回路３を昇降圧に回路構成すると共に、第２定電圧回路４を降圧に回路構成し、メインスイッチ２と第１定電圧回路３、及び第２定電圧回路４を直列接続した。【選択図】図１
2011078272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車載用発電電動機に接続されるブリッジ整流回路と、
上記ブリッジ整流回路に上記車載用発電電動機を制御する制御信号を供給する電子制御装置と、を含む車載機器の電源となる車載機器の電源装置であって、
上記車載機器の電源装置は、
車輌に搭載される車輌電源に接続されるメインスイッチと、
上記メインスイッチを介して上記車輌電源からの電圧が供給される第１定電圧回路と、
上記第１定電圧回路からの出力電圧が供給される第２定電圧回路と、
を備え、
上記第１定電圧回路を昇降圧に回路構成すると共に、上記第２定電圧回路を降圧に回路構成し、上記メインスイッチと上記第１定電圧回路、及び上記第２定電圧回路を直列接続することを特徴とする車載機器の電源装置。
【請求項２】
上記ブリッジ整流回路は、ＭＯＳ−ＦＥＴで構成されることを特徴とする請求項１に記載の車載機器の電源装置。
【請求項３】
上記第１定電圧回路は、第１スイッチとコイル、及び第２スイッチの３者直列接続体を含んで構成されており、昇圧動作と降圧動作が重なる入力電圧範囲においては、上記第１スイッチと上記第２スイッチが同時にオンしないように構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車載機器の電源装置。
【請求項４】
上記第１定電圧回路と上記第２定電圧回路の基準電圧を複数個設定すると共に共用化することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の車載機器の電源装置。
【請求項５】
上記基準電圧を入力電圧状態に応じて切り換える基準電圧切り換え手段を備えたことを特徴とする請求項４に記載の車載機器の電源装置。
【請求項６】
上記ブリッジ整流回路を駆動するための異なる電圧を出力する第１及び第２チャージポンプ回路を備え、
上記第１チャージポンプ回路は上記車輌電源の電圧に上記第２チャージポンプ回路の出力電圧を加算した電圧を出力し、
上記第２チャージポンプ回路は上記第１定電圧回路の出力電圧の２倍値が出力されることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の車載機器の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の始動時に始動用電動機として動作する車載用発電電動機の制御電源等として用いられる車載機器の電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関を始動させるに当たり車載用発電電動機を始動用電動機として動作させる際には、バッテリ等の車輌電源から過大な電流が流れるために電源電圧が大きく低下する。この車輌電源の電圧が、車輌を電子制御する電子制御装置の最低動作電圧を下回った場合に電子制御装置は停止する。そして、車載用発電電動機は電子制御装置の動作停止により始動制御が不能となる。このため、車輌電源の電圧が所定値を下回った場合においても電子制御装置を正常に作動させる車載機器の電源装置が必要となる。
【０００３】
ところで、エンジンの始動時にスタータを作動させるとバッテリ電源が急激に低下する状態となる様な車載用機器の電源装置として、降圧型のチョッパ電源回路とシリーズ電源とを直列接続し、バッテリ電源の電圧が低い場合にはチョッパ電源回路をバイパスするスイッチ素子をオンすることにより、チョッパ電源回路での電圧降下による最低動作電圧の悪化を防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２９２０９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記特許文献１に開示されている技術では、シリーズ電源で出力される所定電圧（通常５Ｖ）以下までバッテリ電源の電圧が低下した場合には、定電圧回路は所定電圧（通常５Ｖ）を維持できず、バッテリ電圧に従って電圧が低下する。このため、電子制御装置は、電源回路から供給される電圧が最低動作電圧を下回って動作不能となり、制御が停止する。このように、特許文献１に開示された技術においては、電子制御装置の動作停止により車載用発電電動機は始動制御出来ない場合が発生する課題がある。
【０００６】
この発明は、このような課題を解消するためになされたもので、始動等で急激に電源電圧が大幅に低下しても車載機器を確実に動作させることができる車載機器の電源装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る車載機器の電源装置は、車載用発電電動機に接続されるブリッジ整流回路と、上記ブリッジ整流回路に上記車載用発電電動機を制御する制御信号を供給する電子制御装置と、を含む車載機器の電源となる車載機器の電源装置であって、車輌に搭載される車輌電源に接続されるメインスイッチと、上記メインスイッチを介して上記車輌電源からの電圧が供給される第１定電圧回路と、上記第１定電圧回路からの出力電圧が供給される第２定電圧回路と、を備え、上記第１定電圧回路を昇降圧に回路構成すると共に、上記第２定電圧回路を降圧に回路構成し、上記メインスイッチと上記第１定電圧回路、及び上記第２定電圧回路を直列接続するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る車載機器の電源装置によれば、車輌に搭載される車輌電源に接続される
メインスイッチと、上記メインスイッチを介して上記車輌電源からの電圧が供給される第１定電圧回路と、上記第１定電圧回路からの出力電圧が供給される第２定電圧回路と、を備え、上記第１定電圧回路を昇降圧に回路構成すると共に、上記第２定電圧回路を降圧に回路構成し、上記メインスイッチと上記第１定電圧回路、及び上記第２定電圧回路を直列接続したので、上記車載機器の最低動作電圧を下回る電源電圧時においても、上記車載機器を確実に動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る車載機器の電源装置を説明する回路ブロック図である。
【図２】ブリッジ整流回路とチャージポンプ回路との接続状態を示すブロック図である。
【図３】電源電圧に対する第１定電圧回路の出力電圧及び第２定電圧回路の出力電圧の状態を示すチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付の図面を参照して、この発明に係る車載機器の電源装置について好適な実施の形態を説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る車載機器の電源装置を説明する回路ブロック図である。図１において、電源装置１００は、バッテリ等の車輌電源１、車輌電源１からの電源供給を遮断するメインスイッチ２、メインスイッチ２と直列接続され、後述する昇降圧回路からなる第１定電圧回路３、第１定電圧回路３の出力電圧を入力として定電圧Ｖｓを出力する降圧回路からなる第２定電圧回路４を備えている。
【００１２】
第１定電圧回路３は、降圧制御用で昇圧制御時には常時オンとなるスイッチ３１、降圧制御時用の転流ダイオード３２、コイル３３、昇圧制御用のスイッチ３４、逆流阻止ダイオード３５、コンデンサ３６、電圧検出回路３７、定電圧制御用の誤差増幅器３８、スイッチ３１またはスイッチ３４をスイッチング制御する第１電圧制御回路（Ｖｍ電圧制御回路）３９により構成されている。
【００１３】
また、第２定電圧回路４は、電圧制御用のスイッチ４１、安定用コンデンサ４２、電圧検出回路４３、定電圧制御用の誤差増幅器４４、スイッチ４１を制御する第２電圧制御回路（Ｖs電圧制御回路）４５により構成されている。
【００１４】
図１において、符号ＶＢは車輌電源１の出力電圧（以下、電源電圧という。）を示す電源記号で、符号Ｖｍは第１定電圧回路３の出力電圧を示す電源記号である。また、符号Ｖｓは第２定電圧回路４の出力電圧を示す電源記号である。
【００１５】
電源装置１００は、更に、メインスッチ起動信号５と後述する電子制御装置６からの電源保持信号７を合成するゲート素子８、ゲート素子８からの信号によりメインスイッチ２を駆動制御するメインスイッチ駆動回路９、第１定電圧回路３の出力電圧Ｖｍを入力とする高精度の基準電圧１０と電源電圧ＶＢを入力とする低精度ながら出力応答性の高い基準電圧１１とを切り換える基準電圧切り換え手段としての基準電圧切り換え回路１２、及び電子制御装置６を制御するリセット回路１３を備えている。
【００１６】
電子制御装置６は、ＭＯＳ−ＦＥＴで構成されるブリッジ整流回路１４にモータ制御信号を供給し、ブリッジ整流回路１４は、発電電動機の電機子巻線１５へ整流された電力を供給する。これにより発電電動機が駆動制御される。なお、電子制御装置６は、マイコン
で構成されており、第２定電圧回路４の出力電圧Ｖｓが供給されている。
【００１７】
ブリッジ整流回路１４のＭＯＳ−ＦＥＴには、第１チャージポンプ回路１６と第２チャージポンプ回路１７が接続されている。上側アームを構成するＭＯＳ−ＦＥＴは第１チャージポンプ回路１６に基づいて駆動され、下側アームを構成するＭＯＳ−ＦＥＴは第２チャージポンプ回路１７に基づいて駆動される。
【００１８】
図２は、ブリッジ整流回路１４と第１及び第２チャージポンプ回路１６、１７との接続状態を示すブロック図である。図２において、ブリッジ整流回路１４は、ブリッジ上側アームを駆動するプリドライバ回路１４１、ブリッジ上側アームを構成するＭＯＳ−ＦＥＴ１４２、ブリッジ下側アームを駆動するプリドライバ回路１４３、ブリッジ下側アームを構成するＭＯＳ−ＦＥＴ１４４を備えている。なお、図２において、図１と同一符号は同一部分を示している。
【００１９】
実施の形態１に係る車載機器の電源装置は上記のように構成されており、次に、その動作について図３を用いて説明する。図３は、電源電圧ＶＢに対する第１定電圧回路３の出力電圧Ｖｍ及び第２定電圧回路４の出力電圧Ｖｓの状態を示すチャート図である。
【００２０】
図３において、横軸は電源電圧ＶＢを示し、縦軸は第１定電圧回路３の出力電圧Ｖｍ及び第２定電圧回路４の出力電圧Ｖｓを示している。また、破線は第１定電圧回路３の出力電圧Ｖｍの状態であり、実線は第２定電圧回路４の出力電圧Ｖｓの状態である。
【００２１】
図３に示すように、第１定電圧回路３の出力電圧Ｖｍより電源電圧ＶＢが大きい場合は、第１定電圧回路３の出力電圧はＶｍに降圧制御され、第１定電圧回路３の出力電圧Ｖｍより電源電圧ＶＢが低い場合は、第１定電圧回路３の出力電圧はＶｍに昇圧制御される。
【００２２】
第２定電圧回路４は第１定電圧回路３の出力電圧Ｖｍを入力として、出力電圧を一定電圧Ｖｓに制御するが、第１定電圧回路３の出力電圧がＶｍに保たれるために、第２定電圧回路４の出力電圧Ｖｓは電源電圧ＶＢの入力に依存せずに出力可能である。ここで具体的な設定値としては、第２定電圧回路４の出力電圧Ｖｓは５Ｖが一般的で、第１定電圧回路３の出力電圧Ｖｍは損失最適化と、第２定電圧回路４の出力電圧Ｖｓの安定出力化、さらに後述する第１及び第２チャージポンプ回路１６、１７の出力電圧設定との関係から７Ｖ程度に設定される。
【００２３】
図３において、電源電圧ＶＢが３Ｖ以下では第１定電圧回路３の出力電圧Ｖｍ及び第２定電圧回路４の出力電圧Ｖｓが共に電圧出力を停止している。これは、車輌電源１が正常範囲と判断される下限電圧により設定される値であり、図１における電子制御装置６で電源電圧ＶＢを電圧検出し、電源保持信号７からゲート素子８及びメインスイッチ駆動回路９を経由してメインスイッチ２を制御することにより、第１定電圧回路３への給電を遮断し、第１定電圧回路３の出力電圧Ｖｍ及び第２定電圧回路４の出力電圧Ｖｓを停止することを可能にするものである。
【００２４】
尚、メインスイッチ２は電源保持信号７からの制御ルート以外に、メインスイッチ起動信号５からの制御も可能にしているために、電源保持信号７とメインスイッチ起動信号５の２つのルートからのオフ指令が同時成立した時にのみメインスイッチ２はオフされる。
【００２５】
また、メインスイッチ２のオフ指令は、後段の第１定電圧回路３も出力停止するように構成されている。第１定電圧回路３は、メインスイッチ２のオフ指令であるゲート素子８からの信号を取り込み、メインスイッチ２と同時に第１定電圧回路３の出力電圧Ｖｍをも停止する。これによりメインスイッチ２にてオン故障が発生した場合でも、第１定電圧回
路３及び第２定電圧回路４の出力を停止することが可能となる。
【００２６】
次に、第１定電圧回路３の動作について説明する。図３において、電源電圧ＶＢが第１定電圧回路３の出力電圧Ｖｍより高い場合には、スイッチ３１、コイル３３、ダイオード３５、コンデンサ３６及びダイオード３２により構成される降圧回路により、第１定電圧回路３の出力電圧Ｖｍは一定に保たれる。尚、この時スイッチ３４はオフである。
【００２７】
また、電源電圧ＶＢが第１定電圧回路３の出力電圧Ｖｍより低い場合には、コイル３３、スイッチ３４、ダイオード３５、コンデンサ３６及びダイオード３２により構成される昇圧回路により第１定電圧回路３の出力電圧Ｖｍは一定に保たれる。尚、この時のスイッチ３１はオンである。
【００２８】
この第１定電圧回路３における昇降圧回路では、スイッチ３１とスイッチ３４とがコイル３３を経由して直列接続されるため、スイッチ３１とスイッチ３４とが同時にオンすると過大な電流が流れてスイッチ３１、３４、またはコイル３３が焼損する可能性があるために、スイッチ３１とスイッチ３４が同時オンして過大な電流が流れる場合には、スイッチ３４をオフする様に構成した保護回路を付加する。なお、ここでは保護回路についての具体的な説明は省略する。
【００２９】
次に、第２定電圧回路４の動作について説明する。第２定電圧回路４は、第１定電圧回路３の出力電圧Ｖｍを入力として、定電圧フィードバック制御により出力電圧Ｖｓを定電圧制御するリニア制御型の降圧回路であるが、出力電圧Ｖｓには高い電圧精度が要求されることが多い。そのため第２定電圧回路４の出力電圧Ｖｓの精度を向上するために誤差増幅器４４にて比較される基準電圧の精度を改善することが必要になる。
【００３０】
そこで、比較的安定な第１定電圧回路３の出力電圧Ｖｍを入力とする基準電圧１０と、電源電圧ＶＢを入力とする低精度ながらも広範囲入力電圧に対して高速な出力が得られる基準電圧１１とを基準電圧に設定する。そして、これを基準電圧切り換え回路１２で切り換えて、誤差増幅器４４に入力することで、定常時には基準電圧１０による制御で出力電圧Ｖｓを高精度化すると共に、電源投入直後などの回路動作が不安定な過渡時には低精度ながらも高速な基準電圧１１に切り換えて制御する。これにより、安定した出力電圧Ｖｓの目標電圧を得ることができる。尚、基準電圧切り換え回路１４より出力される基準電圧は、第１定電圧回路３を制御する誤差増幅回路３８にも共用化され、さらには電圧リセット回路１３等にも共用できることにより回路の簡素化が計れる。
【００３１】
次に、ブリッジ整流回路１４と第１チャージポンプ回路１６及び第２チャージポンプ回路１７の動作について図２を用いて説明する。上側アームを構成するＭＯＳ−ＦＥＴ１４２、及びそのプリドライバ１４１、下側アームを構成するＭＯＳ−ＦＥＴ１４４、及びそのプリドライバ１４３において、上側アームを構成するＭＯＳ−ＦＥＴ１４２を駆動するための電圧源は、第１チャージポンプ回路１６で、その出力電圧ＶＯ１を、プリドライバ１４１を経由してＭＯＳ−ＦＥＴ１４２のゲートに供給し、ＭＯＳ−ＦＥＴ１４２を駆動する。下側アームを構成するＭＯＳ−ＦＥＴ１４４の駆動については、第２チャージポンプ回路１７の出力電圧ＶＯ２を、プリドライバ１４３を経由してＭＳ−ＦＥＴ１４４のゲートに供給し、ＭＳ−ＦＥＴ１４４を駆動する。
【００３２】
第１チャージポンプ回路１６には、第２チャージポンプ回路１７の出力電圧と電源電圧ＶＢが入力され、第２チャージポンプ回路１７には、第１定電圧回路３の出力電圧Ｖｍが入力され、各々のチャージポンプ回路１６、１７の出力電圧は以下となる。
第１チャージポンプ回路１６の出力電圧ＶＯ１＝ＶＯ２＋ＶＢ＝２Ｖｍ＋ＶＢ
第２チャージポンプ回路１７の出力電圧ＶＯ２＝２Ｖｍ
【００３３】
上記のように第１チャージポンプ回路１６の出力電圧で上側アーム用ＭＯＳ−ＦＥＴ１４２を駆動し、第２チャージポンプ回路１７で下側アーム用ＭＯＳ−ＦＥＴ１４４を駆動するので、上側アーム用ＭＯＳ−ＦＥＴ１４２と下側アーム用ＭＯＳ−ＦＥＴ１４４とは共に第１定電圧回路３の出力電圧Ｖｍの２倍電圧で駆動できる。従って、上下のＭＯＳ−ＦＥＴ１４２、１４４の駆動電圧は電源電圧ＶＢに依存することなく均一化できるので、ＭＯＳ−ＦＥＴ１４２とＭＯＳ−ＦＥＴ１４４とで構成されるスイッチング動作のバランスを取ることができ、安定したブリッジ整流回路１４の制御が可能となる。
【００３４】
以上説明したように、実施の形態１に係る車載機器の電源装置によれば、第１定電圧回路３に昇降圧回路を採用したことにより、電子機器の最低動作電圧を下回る電源電圧時にも電子制御回路６を確実に動作させることができる。
【００３５】
また、ＭＯＳ−ＦＥＴ１４２、１４４で構成されるブリッジ整流回路１４において、第１定電圧回路３の出力電圧Ｖｍを基準にしたチャージポンプ電圧が得られるので、ＭＯＳ−ＦＥＴ１４２、１４４のゲート駆動を最適化でき、制御性に優れたブリッジ整流回路１４を得ることができる。
【００３６】
さらに、複数の基準電圧を切り換えることにより、高精度で過渡応答性に優れた車載機器の電源装置を得ることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  車輌電源
２  メインスイッチ
３  第１定電圧回路
４  第２定電圧回路
５  メインスイッチ起動信号
６  電子制御装置
７  電源保持信号
８  ゲート素子
９  メインスイッチ駆動回路
１０、１１  基準電圧
１２  基準電圧切り換え回路
１３  リセット回路
１４  ブリッジ整流回路
１５  発電電動機の電機子巻線
１６  第１チャージポンプ回路
１７  第２チャージポンプ回路
３１  スイッチ
３２  転流ダイオード
３３  コイル
３４  スイッチ
３５  逆流阻止ダイオード
３６  コンデンサ
３７  電圧検出回路
３８  誤差増幅器
３９  第１電圧制御回路
４１  スイッチ
４２  コンデンサ
４３  電圧検出回路
４４  誤差増幅器
４５  第２電圧制御回路
１４１、１４３  プリドライバ回路
１４２、１４４  ＭＯＳ−ＦＥＴ
ＶＢ  電源記号
Ｖｍ  第１定電圧回路３の出力電圧を示す電源記号
Ｖｓ  第２定電圧回路４の出力電圧を示す電源記号
【図１】
2011078272.tif 000003
【図２】
2011078272.tif 000004
【図３】
2011078272.tif 000005