(57)【要約】【課題】本発明は、電源電圧の変動を適切に抑制することができる、車両用電源装置の提供を目的とする。【解決手段】入力側の電力を電圧調整して出力側の車載負荷に供給する昇圧型レギュレータ１０を有する車両用電源装置であって、入力側電圧もしくは出力側電圧の変動速度を検出する傾き検出部２０を備え、昇圧型レギュレータ１０は、傾き検出部２０によって所定速度以上の入力側電圧の低下速度が検出された場合もしくは傾き検出手部２０によって所定速度以上の出力側電圧の低下速度が検出された場合、入力側の電力を昇圧調整して出力側の車載負荷に供給することを特徴とする、車両用電源装置。【選択図】図１
2008072879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力側の電力を電圧調整して出力側の車載負荷に供給する電圧調整手段を有する車両用電源装置であって、
入力側電圧もしくは出力側電圧の変動速度を検出する検出手段を備え、
前記電圧調整手段は、前記検出手段によって所定速度以上の入力側電圧の低下速度が検出された場合もしくは前記検出手段によって所定速度以上の出力側電圧の低下速度が検出された場合、入力側の電力を昇圧調整して出力側の車載負荷に供給することを特徴とする、車両用電源装置。
【請求項２】
入力側の電力を電圧調整して出力側の車載負荷に供給する電圧調整手段を有する車両用電源装置であって、
入力側電圧もしくは出力側電圧の変動速度を検出する検出手段を備え、
前記電圧調整手段は、前記検出手段によって所定速度以上の入力側電圧の上昇速度が検出された場合もしくは前記検出手段によって所定速度以上の出力側電圧の上昇速度が検出された場合、入力側の電力を降圧調整して出力側の車載負荷に供給することを特徴とする、車両用電源装置。
【請求項３】
前記電圧調整手段は、前記検出手段によって所定速度以上の入力側電圧の低下速度が検出された場合もしくは前記検出手段によって所定速度以上の出力側電圧の低下速度が検出された場合、出力側の車載負荷の印加電圧が一定電圧となるように入力側電圧を昇圧する、請求項１記載の車両用電源装置。
【請求項４】
前記電圧調整手段は、前記検出手段によって所定速度以上の入力側電圧の上昇速度が検出された場合もしくは前記検出手段によって所定速度以上の出力側電圧の上昇速度が検出された場合、出力側の車載負荷の印加電圧が一定値となるように入力側電圧を降圧する、請求項２記載の車両用電源装置。
【請求項５】
前記電圧調整手段は、前記検出手段によって所定速度以上の入力側電圧の低下速度が検出された場合もしくは前記検出手段によって所定速度以上の出力側電圧の低下速度が検出された場合、出力側の車載負荷の印加電圧が該所定速度より遅い低下速度で変動するように入力側電圧を昇圧する、請求項１記載の車両用電源装置。
【請求項６】
前記電圧調整手段は、前記検出手段によって所定速度以上の入力側電圧の上昇速度が検出された場合もしくは前記検出手段によって所定速度以上の出力側電圧の上昇速度が検出された場合、出力側の車載負荷の印加電圧が該所定速度より遅い上昇速度で変動するように入力側電圧を降圧する、請求項２記載の車両用電源装置。
【請求項７】
前記電圧調整手段の入力側にオルタネータの発電電圧が入力される、請求項１から６のいずれか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、入力側の電力を電圧調整して出力側の車載負荷に供給する電圧調整手段を有する車両用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンにより駆動されて発電した電力を車両の前照灯を含む電気負荷およびバッテリに供給する発電機について、その発電電圧を所定値に制御する車両用発電制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この発電制御装置は、前照灯の光量変動を低減するために、前照灯の作動状態及び車速状態に応じて発電機の発電電圧の徐変速度を変更するものである。
【特許文献１】特開２００２−３６９４０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の従来技術では、前照灯や車速の状態のみによって電圧が低下し得る状況を推定して、発電機の発電電圧の徐変速度を変更しているため、何らかの要因により実際の電圧が急激に変化したときには、発電電圧の徐変速度が変更されない場合も考えられ得る。
【０００４】
そこで、本発明は、電源電圧の変動を適切に抑制することができる、車両用電源装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の車両用電源装置は、
入力側の電力を電圧調整して出力側の車載負荷に供給する電圧調整手段を有する車両用電源装置であって、
入力側電圧もしくは出力側電圧の変動速度を検出する検出手段を備え、
前記電圧調整手段は、前記検出手段によって所定速度以上の入力側電圧の低下速度が検出された場合もしくは前記検出手段によって所定速度以上の出力側電圧の低下速度が検出された場合、入力側の電力を昇圧調整して出力側の車載負荷に供給することを特徴とする。
【０００６】
また、上記目的を達成するため、本発明の車両用電源装置は、
入力側の電力を電圧調整して出力側の車載負荷に供給する電圧調整手段を有する車両用電源装置であって、
入力側電圧もしくは出力側電圧の変動速度を検出する検出手段を備え、
前記電圧調整手段は、前記検出手段によって所定速度以上の入力側電圧の上昇速度が検出された場合もしくは前記検出手段によって所定速度以上の出力側電圧の上昇速度が検出された場合、入力側の電力を降圧調整して出力側の車載負荷に供給することを特徴とする。
【０００７】
したがって、本発明の車両用電源装置によれば、変動速度を検出することにより実際の電圧変化の徴候の検出が可能となり、その検出値に基づいて電圧を昇降圧するので、早いタイミングで昇降圧が可能となり、急激な電圧上昇や電圧低下を適切に抑えることができる。
【０００８】
ここで、前記電圧調整手段は、前記検出手段によって所定速度以上の入力側電圧の低下速度が検出された場合もしくは前記検出手段によって所定速度以上の出力側電圧の低下速度が検出された場合、出力側の車載負荷の印加電圧が一定電圧となるように入力側電圧を昇圧するようにしてもよいし、前記検出手段によって所定速度以上の入力側電圧の上昇速度が検出された場合もしくは前記検出手段によって所定速度以上の出力側電圧の上昇速度が検出された場合、出力側の車載負荷の印加電圧が一定値となるように入力側電圧を降圧するようにしてもよい。
【０００９】
また、前記電圧調整手段は、前記検出手段によって所定速度以上の入力側電圧の低下速度が検出された場合もしくは前記検出手段によって所定速度以上の出力側電圧の低下速度が検出された場合、出力側の車載負荷の印加電圧が該所定速度より遅い低下速度で変動するように入力側電圧を昇圧するようにしてもよいし、前記検出手段によって所定速度以上の入力側電圧の上昇速度が検出された場合もしくは前記検出手段によって所定速度以上の出力側電圧の上昇速度が検出された場合、出力側の車載負荷の印加電圧が該所定速度より遅い上昇速度で変動するように入力側電圧を降圧するようにしてもよい。
【００１０】
また、前記電圧調整手段の入力側にオルタネータの発電電圧が入力される場合、オルタネータの出力変動によって、車載負荷の機能低下が生ずるような電圧変動が生じたとしても、車載負荷の機能低下を抑えることができる。例えば、車載負荷がランプであれば、ランプの明滅を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電源電圧の変動を適切に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００１３】
［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る車両用電源装置の第１の実施形態を示した図である。本実施形態の車両用電源装置は、例えば車両などに搭載され、入力電圧を昇圧可能な昇圧型レギュレータ１０を備える。図１に示される昇圧型レギュレータ１０は、スイッチングレギュレータである。
【００１４】
昇圧型レギュレータ１０は、車載バッテリ１側の電圧を昇圧変換して変換した電圧を負荷側に出力する。出力電圧は、制御部１５によって監視され、所定の目標電圧となるようにフィードバック制御される。この出力電圧が、負荷Ａ，Ｂ，Ｃの印加電圧に相当する。昇圧型レギュレータ１０の制御部１５は、出力電圧に基づいてフィードバック制御を行い、出力電圧が所定の目標電圧となるように駆動部１３，１４に対し指令信号を出力する。駆動部１３，１４によってスイッチング素子１１，１２はスイッチング動作を行う。
【００１５】
昇圧型レギュレータ１０の入力側には、車載バッテリ１、スタータ２及びオルタネータ３が接続される。車載バッテリ１は、約１２Ｖ程度の出力電圧を有する蓄電装置である。車載バッテリ１の具体例として、鉛バッテリ、リチウムイオンバッテリ、ニッケル水素電池、あるいは電気二重層キャパシタなどが挙げられ、また、それらのいずれかを組み合わせたものでもよい。
【００１６】
スタータ２は、車載バッテリ１に接続され、エンジンを始動させるためのモータである。スタータ２は停止しているエンジンをクランキングによって始動させる必要があるため、スタータ２の始動時には大きな作動電流（始動電流）をスタータ２に供給する必要がある。この大きな始動電流のために、昇圧型レギュレータ１０の入力側の電源電圧（車載バッテリ１の電源電圧）は変動する。スタータ２を始動させる操作信号が入力された場合、スタータ２への通電がなされ、スタータ２が回転することによってフライホイールを介してエンジンのクランクシャフトが回転し、エンジンが始動する。スタータ２を停止させる操作信号が入力された場合（スタータ２を始動させる操作信号の入力が無くなった場合）、スタータ２は非通電となって、スタータ２の回転は停止する。
【００１７】
オルタネータ３は、車両動力の一つである車両エンジンの回転により発電する発電機である。オルタネータ３は、ローター、ステーター、レギュレータなどから構成される。オルタネータ３の発電電圧は、ローターの回転数により変動する。なお、発電はモータ（電動機）を回生動作させても可能なので、オルタネータ３は回生制御が可能なモータと置き換えて考えてもよい。例えば、車両の制動力を確保するために、車輪駆動軸に連結されるモータを回生制御することによって、発電可能である。
【００１８】
昇圧レギュレータの１０の出力側には、その出力電圧を電源電圧とする電気負荷Ａ，Ｂ，Ｃが接続されている。電気負荷Ａ，Ｂ，Ｃの具体例として、前照灯やメーターなどのライト（ランプ）、ブロワモータ、コンプレッサ及び電熱ヒータなどの空調装置、並びに緊急通報装置（メーデー）などが挙げられる。車載バッテリ１及びオルタネータ３は、蓄えている電力又は発電した電力を電気負荷Ａ，Ｂ，Ｃに放電・供給する。電気負荷Ａ，Ｂ，Ｃは、車載バッテリ１の蓄えている電力やオルタネータ３の発電した電力が供給されることにより作動可能となる。
【００１９】
昇圧型レギュレータ１０は、その入力側からの入力電力を昇圧変換して出力側に供給する。昇圧型レギュレータ１０は、インダクタ１６、一対のスイッチング素子１１，１２、入力側コンデンサ１７、出力側コンデンサ１８、制御部１５などによって、昇圧動作を行う昇圧回路を有している。
【００２０】
インダクタ１６は、昇圧型レギュレータ１０の入力側と出力側とを結ぶ線路上に直列に接続されている。
【００２１】
スイッチング素子１１，１２のそれぞれは、ＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴ，バイポーラトランジスタ等の半導体から構成されるスイッチング素子である。スイッチング素子１１は、一端がインダクタ１６の出力側の端子に接続されかつ他端が接地されたものとなっている。スイッチング素子１２は、一端がインダクタ１６の出力側の端子に接続されかつ他端が昇圧型レギュレータ１０の出力側に接続されたものとなっている。
【００２２】
入力側コンデンサ１７は、インダクタ１６の入力側の端子と接地端子との間に接続されている。また、出力側コンデンサ１８は、インダクタ１６の出力側端子に接続されるスイッチング素子１２のコレクタ（ドレイン）端子と接地端子との間に接続されている。入力側コンデンサ１７及び出力側コンデンサ１８は、車載バッテリ１やオルタネータ３から供給される電力を蓄えかつ放出することが可能である。そして、入力側コンデンサ１７や出力側コンデンサ１８によって、昇圧型レギュレータ１０の作動時に、ある程度まで入力側の電圧や出力側の電圧の平滑化を図ることができる。
【００２３】
制御部１５は、中央演算処理装置を有するマイコンなどを備え、トランジスタなどの駆動部１３を介してスイッチング素子１１のゲートに接続されているとともに、トランジスタなどの駆動部１４を介してスイッチング素子１２のゲートに接続されており、それらのスイッチング素子１１，１２をそれぞれスイッチング駆動する。制御部１５は、入力側から出力側への昇圧変換を実現すべく、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とを互いに反転動作させる。スイッチング素子１１，１２はそれぞれ、制御部１５からの指令信号に従ってスイッチング動作する。
【００２４】
また、昇圧型レギュレータ１０は、その入力電圧（入力側の電源電圧）の変動速度を検出する傾き検出部２０を備える。傾き検出部２０は、例えば、微分回路である。微分回路は、その入力電圧の微分値を出力する回路である。
【００２５】
次に、昇圧型レギュレータ１０の昇圧変換動作について説明する。昇圧型レギュレータ１０の制御部１５は、傾き検出部２０によって検出された昇圧型レギュレータ１０の入力側の電源電圧の変動速度に基づいて、昇圧型レギュレータ１０の入力側から出力側への昇圧変換の作動開始判定を実施する。
【００２６】
傾き検出部２０は、昇圧型レギュレータ１０の入力側の電源電圧の変動速度を所定の時間間隔（例えば、１０ｍｓ周期）でサンプリングする。傾き検出部２０は、所定の低下速度（例えば、０．５Ｖ／１００ｍｓ）以上の変動速度を検出した場合には制御部１５に対して昇圧変換の作動を許可する許可信号を送信する。また、傾き検出部２０は、所定の低下速度（例えば、０．５Ｖ／１００ｍｓ）より遅い変動速度を検出した場合には制御部１５に対して昇圧変換の作動を不許可とする不許可信号を送信する（または、許可信号を送信しない）。
【００２７】
なお、ランプ負荷が明滅しはじめる電源電圧の変動速度は０．５Ｖ／１００ｍｓのため、昇圧変換の作動を許可する許可信号を送信するための判断閾値を０．５Ｖ／１００ｍｓと設定している。
【００２８】
制御部１５は、傾き検出部２０から昇圧変換の作動を許可する許可信号を受信した場合に、昇圧変換の作動を開始する。また、制御部１５は、傾き検出部２０から昇圧変換の作動を不許可とする不許可信号を受信した場合に（または、許可信号の受信がない場合に）、昇圧変換を実行せずに、スイッチング素子１１をオフ状態にするとともにスイッチング素子１２をオン状態にする。スイッチング素子１１をオフ状態にするとともにスイッチング素子１２をオン状態にすることによって、昇圧変換を実行しない場合には昇圧型レギュレータ１０の入出力電圧間の電圧降下を最小することができる。
【００２９】
なお、制御部１５は、傾き検出部２０の出力値を所定の時間間隔（例えば、１０ｍｓ周期）でサンプリングすることによって、サンプリング時点の昇圧型レギュレータ１０の入力側の電源電圧の変動速度を取得するようにしてもよい。このようにした場合には、制御部１５は、所定の低下速度（例えば、０．５Ｖ／１００ｍｓ）以上の変動速度を検出した場合に、昇圧変換の作動を開始する。また、制御部１５は、所定の低下速度（例えば、０．５Ｖ／１００ｍｓ）より遅い変動速度を検出した場合に、昇圧変換を実行せずに、スイッチング素子１１をオフ状態にするとともにスイッチング素子１２をオン状態にする。
【００３０】
上述のように、制御部１５は、所定の低下速度以上の変動速度の場合に、昇圧変換の作動を開始する。昇圧変換の作動を開始した制御部１５は、昇圧型レギュレータ１０の出力側の目標電圧を決定し、昇圧型レギュレータ１０の出力側の実電圧（すなわち、電気負荷Ａ，Ｂ，Ｃの電源電圧）がその目標電圧になるように一対のスイッチング素子１１，１２を駆動するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号のデューティ比を設定する。
【００３１】
制御部１５は、昇圧型レギュレータ１０の出力側の実電圧に基づいてフィードバック制御を行い、昇圧型レギュレータ１０の出力側電圧が目標電圧になるように一対のスイッチング素子１１，１２を所定のデューティ比でＰＷＭ駆動する。つまり、制御部１５は、昇圧型レギュレータ１０の出力側の実電圧や負荷電流が変動しても、昇圧型レギュレータ１０の出力側電圧に基づいて、昇圧型レギュレータ１０の出力側の実電圧が目標電圧に収束するようなデューティ比でスイッチング素子１１，１２のそれぞれを駆動する。
【００３２】
なお、目標電圧は一定電圧でも可変電圧でもよい。目標電圧が一定電圧であれば、昇圧型レギュレータ１０の出力側の実電圧はその一定電圧に収束し、目標電圧が可変電圧であれば、昇圧型レギュレータ１０の出力側の実電圧はその可変電圧に追従する。一定電圧は、電気負荷Ａ，Ｂ，Ｃのリセット電圧より大きくそれらの定格電圧より小さい一定の目標電圧である。可変電圧は、電気負荷Ａ，Ｂ，Ｃのリセット電圧より大きくそれらの定格電圧より小さい電圧範囲で可変し、かつ、ランプ負荷が明滅しはじめる電源電圧の変動速度より遅い速度で可変する目標電圧である。
【００３３】
制御部１５は、昇圧変換を行うべきときは、まず、設定デューティ比に応じてスイッチング素子１１をオンしかつスイッチング素子１２をオフする。スイッチング素子１１がオン動作しかつスイッチング素子１２がオフ動作すると、インダクタ１６に入力側から出力側に向けて電流が流れることで、そのインダクタ１６に電力が蓄積される。制御部１５は、インダクタ１５に電力が蓄積された状態で、次に、設定デューティ比に応じてスイッチング素子１１をオフしかつスイッチング素子１２をオンする。スイッチング素子１１がオフ動作しかつスイッチング素子１２がオン動作すると、インダクタ１６に蓄積されていた電力がスイッチング素子１２を介して出力側コンデンサ１８に蓄電される。これによって、昇圧型レギュレータ１０の入力側の電圧よりも高い電圧が平滑された状態で昇圧型レギュレータ１０の出力側に出力される。
【００３４】
また、制御部１５が、昇圧変換時に出力側電圧を高くする場合にはスイッチング素子１１がオンする時間が長くなる方向に設定デューティ比を可変し、昇圧変換時に出力側電圧を低くする場合にはスイッチング素子１１がオンする時間が短くなる方向に設定デューティ比を可変する。
【００３５】
従って、本実施形態の車両用電源装置によれば、一対のスイッチング素子１１，１２を互いに反転動作させつつ所定のデューティ比でオン・オフ駆動を繰り返すことにより、昇圧型レギュレータ１０を動作させて、昇圧型レギュレータ１０の入力側と出力側との間を同期整流で電圧変換させることができ、昇圧型レギュレータ１０のスイッチング制御によって入力側の電圧を所望のとおり昇圧しつつ、入力側の有する電力を出力側に供給することが可能となっている。
【００３６】
図２は、昇圧型レギュレータ１０が第１の昇圧制御方法で昇圧調整した場合における入力電圧と出力電圧との関係を示した第１のタイミングチャートである。制御部１５は、入力電圧の変動速度が０．５Ｖ／１００ｍｓ以上の値が検出された場合に、昇圧変換を開始する。すなわち、図２のＡ点，Ｂ点のタイミングで検出された変動速度は０．５Ｖ／１００ｍｓより遅い変動速度なので、昇圧変換は実行されず、スイッチング素子１１がオフ状態になるとともにスイッチング素子１２がオン状態になる。図２のＣ点のタイミングで検出された変動速度は０．５Ｖ／１００ｍｓ以上の変動速度なので、昇圧変換の作動が開始する。これにより、図２に示されるように、０．５Ｖ／１００ｍｓ以上で入力電圧が変動したとしても、その入力電圧が昇圧され、出力電圧が一定の目標電圧に収束される。
【００３７】
図３は、昇圧型レギュレータ１０が第１の昇圧制御方法で昇圧調整した場合における入力電圧と出力電圧との関係を示した第２のタイミングチャートである。図３のＥ２の部分では、Ａ，Ｂ，Ｃ点のタイミングで検出された変動速度は０．５Ｖ／１００ｍｓより遅い変動速度なので、昇圧変換は実行されず、スイッチング素子１１がオフ状態になるとともにスイッチング素子１２がオン状態になる。そのため、出力電圧は、入力電圧の低下とともに、入出力間のインダクタ１６や出力側コンデンサ１８などによって定まる速度で低下する。一方、図３のＥ３の部分では、Ｄ点のタイミングで検出された変動速度は０．５Ｖ／１００ｍｓより遅い変動速度なので、昇圧変換は実行されず、スイッチング素子１１がオフ状態になるとともにスイッチング素子１２がオン状態になる。Ｅ点のタイミングで検出された変動速度は０．５Ｖ／１００ｍｓ以上の変動速度なので、昇圧調整の作動が開始する。これにより、図３に示されるように、０．５Ｖ／１００ｍｓ以上で入力電圧が変動したとしても、その入力電圧が昇圧され、出力電圧が一定の目標電圧に収束される。
【００３８】
図４は、昇圧型レギュレータ１０が第２の昇圧制御方法で昇圧調整した場合における入力電圧と出力電圧との関係を示した第１のタイミングチャートである。制御部１５は、入力電圧の変動速度が０．５Ｖ／１００ｍｓ以上の値が検出された場合に、昇圧変換を開始する。すなわち、図４のＡ点のタイミングで検出された変動速度は０．５Ｖ／１００ｍｓより遅い変動速度なので、昇圧変換は実行されず、スイッチング素子１１がオフ状態になるとともにスイッチング素子１２がオン状態になる。図４のＢ点のタイミングで検出された変動速度は０．５Ｖ／１００ｍｓ以上の変動速度なので、昇圧変換の作動が開始する。このとき、制御部１５は、図２に示した第１の昇圧制御方法の場合と異なり、目標電圧を一定値に設定せず、０．５Ｖ／１００ｍｓより遅い変動速度で変化する可変値に設定する。このような可変値に目標電圧を設定することによって、制御部１５は、出力電圧を０．５Ｖ／１００ｍｓより遅い変動速度で変化する目標電圧に追従させることができる。これにより、図４に示されるように、０．５Ｖ／１００ｍｓ以上で入力電圧が変動したとしても、その入力電圧が昇圧され、出力電圧が０．５Ｖ／１００ｍｓより遅い変動速度で徐減される。なお、出力電圧が電気負荷Ａ，Ｂ，Ｃの動作が不能になるリセット電圧（負荷リセット電圧）以下にならないように、制御部１５は、徐減により出力電圧が負荷リセット電圧に到達した後は少なくとも負荷リセット電圧より大きい電圧となるように昇圧変換を実行する。
【００３９】
また、図２に示した第１の昇圧制御方法に比べ図４に示した第２の昇圧制御方法のほうが、昇圧動作中の入出力電圧差を小さくすることができるので、消費電力の低減効果が高い。
【００４０】
図５は、昇圧型レギュレータ１０が第２の昇圧制御方法で昇圧調整した場合における入力電圧と出力電圧との関係を示した第２のタイミングチャートである。図５のＥ５の部分では、Ａ，Ｂ点のタイミングで検出された変動速度は０．５Ｖ／１００ｍｓより遅い変動速度なので、昇圧変換は実行されず、スイッチング素子１１がオフ状態になるとともにスイッチング素子１２がオン状態になる。そのため、出力電圧は、入力電圧の低下とともに、入出力間のインダクタ１６や出力側コンデンサ１８などによって定まる速度で低下する。一方、図５のＥ６の部分では、Ｃ点のタイミングで検出された変動速度は０．５Ｖ／１００ｍｓ以上の変動速度なので、昇圧調整の作動が開始するともに、０．５Ｖ／１００ｍｓより遅い変動速度で出力電圧が徐減する。これにより、図５に示されるように、０．５Ｖ／１００ｍｓ以上で入力電圧が変動したとしても、その入力電圧が昇圧され、出力電圧が０．５Ｖ／１００ｍｓより遅い変動速度で徐減される。
【００４１】
［第２の実施形態］
図６は、本発明に係る車両用電源装置の第２の実施形態を示した図である。本実施形態の車両用電源装置は、例えば車両などに搭載され、入力電圧を昇圧または降圧可能な昇降圧型レギュレータ３０を備える。図６に示される昇降圧型レギュレータ３０は、スイッチングレギュレータである。なお、第２の実施形態において、図１に示される第１の実施形態と同一の構成・機能・動作については、図１と同一の符号を付した上で、説明を省略または簡略する。
【００４２】
昇降圧型レギュレータ３０は、車載バッテリ１側の電圧を昇圧変換または降圧変換して変換した電圧を負荷側に出力する。出力電圧は、制御部１５によって監視され、所定の目標電圧となるようにフィードバック制御される。この出力電圧が、負荷Ａ，Ｂ，Ｃの印加電圧に相当する。昇降圧型レギュレータ３０の制御部１５は、出力電圧に基づいてフィードバック制御を行い、出力電圧が所定の目標電圧となるように駆動部１３，１４，３３，３４に対し指令信号を出力する。駆動部１３，１４，３３，３４によってスイッチング素子１１，１２，３１，３２はスイッチング動作を行う。
【００４３】
昇降圧型レギュレータ３０は、その入力側からの入力電力を昇圧変換または降圧変換して出力側に供給する。昇降圧型レギュレータ３０は、インダクタ１６、一対のスイッチング素子１１，１２、入力側コンデンサ１７、出力側コンデンサ１８、制御部１５などによって、昇圧動作を行う昇圧回路と、インダクタ１６、一対のスイッチング素子３１，３２、入力側コンデンサ１７、出力側コンデンサ１８、制御部１５などによって、降圧動作を行う降圧回路とを有している。
【００４４】
スイッチング素子３１，３２も、同様に、ＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴ，バイポーラトランジスタ等の半導体から構成されるスイッチング素子である。スイッチング素子３１は、一端がインダクタ１６の入力側の端子に接続されかつ他端が昇降圧レギュレータ３０の入力側に接続されたものとなっている。スイッチング素子３２は、一端がインダクタ１６の入力側の端子に接続されかつ他端が接地されたものとなっている。
【００４５】
入力側コンデンサ１７は、インダクタ１６の入力側端子に接続されるスイッチング素子３１のエミッタ（ソース）端子と接地端子との間に接続されている。
【００４６】
制御部１５は、中央演算処理装置を有するマイコンなどを備え、トランジスタなどの駆動部１３，１４，３３，３４を介してスイッチング素子１１，１２，３１，３２の各ゲートに接続されており、それらのスイッチング素子１１，１２，３１，３２をそれぞれスイッチング駆動する。制御部１５は、入力側から出力側への昇圧変換を実現すべくスイッチング素子１１とスイッチング素子１２とを互いに反転動作させ、入力側から出力側への降圧変換を実現すべくスイッチング素子３１とスイッチング素子３２とを互いに反転動作させる。スイッチング素子１１，１２，３１，３２はそれぞれ、制御部１５からの駆動指令に従ってスイッチング動作する。
【００４７】
次に、昇降圧型レギュレータ３０の昇圧変換動作と降圧変換動作について説明する。昇降圧型レギュレータ３０の制御部１５は、傾き検出部２０によって検出された昇降圧型レギュレータ３０の入力側の電源電圧の変動速度に基づいて、昇降圧型レギュレータ３０の入力側から出力側への昇圧変換または降圧変換の作動開始判定を実施する。
【００４８】
傾き検出部２０は、昇降圧型レギュレータ３０の入力側の電源電圧の変動速度を所定の時間間隔（例えば、１０ｍｓ周期）でサンプリングする。傾き検出部２０は、所定の低下速度（例えば、０．５Ｖ／１００ｍｓ）以上の変動速度を検出した場合には制御部１５に対して昇圧変換の作動を許可する許可信号を送信する一方で、所定の上昇速度（例えば、０．５Ｖ／１００ｍｓ）以上の変動速度を検出した場合には制御部１５に対して降圧変換の作動を許可する許可信号を送信する。また、傾き検出部２０は、所定の低下速度（例えば、０．５Ｖ／１００ｍｓ）より遅い変動速度を検出した場合には制御部１５に対して昇圧変換の作動を不許可とする不許可信号を送信する（または、許可信号を送信しない）一方で、所定の上昇速度（例えば、０．５Ｖ／１００ｍｓ）より遅い変動速度を検出した場合には制御部１５に対して降圧変換の作動を不許可とする不許可信号を送信する（または、許可信号を送信しない）。
【００４９】
制御部１５は、傾き検出部２０から昇圧変換の作動を許可する許可信号を受信した場合に昇圧変換の作動を開始し、傾き検出部２０から降圧変換の作動を許可する許可信号を受信した場合に降圧変換の作動を開始する。また、制御部１５は、傾き検出部２０から昇圧変換（及び／または、降圧変換）の作動を不許可とする不許可信号を受信した場合に（または、許可信号の受信がない場合に）、昇圧変換（及び／または、降圧変換）を実行せずに、スイッチング素子１１（及び／または、３２）をオフ状態にするとともにスイッチング素子１２（及び／または、３１）をオン状態にする。スイッチング素子１１及び３２をオフ状態にするとともにスイッチング素子１２及び３１をオン状態にすることによって、昇圧変換及び降圧変換を実行しない場合には昇降圧型レギュレータ３０の入出力電圧間の電圧降下を最小することができる。
【００５０】
なお、制御部１５は、傾き検出部２０の出力値を所定の時間間隔（例えば、１０ｍｓ周期）でサンプリングすることによって、サンプリング時点の昇降圧型レギュレータ３０の入力側の電源電圧の変動速度を取得するようにしてもよい。
【００５１】
昇圧変換または降圧変換の作動を開始した制御部１５は、昇降圧型レギュレータ３０の出力側の目標電圧を決定し、昇降圧型レギュレータ３０の出力側の実電圧（すなわち、電気負荷Ａ，Ｂ，Ｃの電源電圧）がその目標電圧になるように一対のスイッチング素子１１，１２及び３１，３２を駆動するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号のデューティ比を設定する。
【００５２】
制御部１５は、昇圧変換を行うべきときは、まず、スイッチング素子３１をオンしスイッチング素子３２をオフする。そして、上述の第１の実施形態と同様に、制御部１５が設定デューティ比に応じてスイッチング素子１１，１２をオン／オフすることによって、昇降圧型レギュレータ３０の入力側の電圧よりも高い電圧が平滑された状態で昇降圧型レギュレータ３０の出力側に出力される。また、上述の第１の実施形態と同様に、制御部１５が設定デューティ比を可変することによって、昇圧変換時に出力側電圧の上昇速度が可変する。
【００５３】
また、制御部１５は、降圧変換を行うべきときは、まず、スイッチング素子１２をオンしスイッチング素子１１をオフする。そして、制御部１５は、設定デューティ比に応じてスイッチング素子３２をオフしかつスイッチング素子３１をオンする。スイッチング素子３２がオフ動作しかつスイッチング素子３１がオン動作すると、インダクタ１６に入力側から出力側に向けて電流が流れることで、インダクタ１６に電力が蓄積されると共に、出力側コンデンサ１８に電荷が蓄積される。制御部１５は、インダクタ１６に電力が蓄積された状態で、次に、設定デューティ比に応じてスイッチング素子３２をオンしかつスイッチング素子３１をオフする。スイッチング素子３２がオン動作しかつスイッチング素子３１がオフ動作すると、スイッチング素子３２を介してインダクタ１６への通電が継続されて出力側コンデンサ１８に蓄電される。これによって、昇降圧型レギュレータ３０の入力側の電圧よりも低い電圧が平滑された状態で昇降圧型レギュレータ３０の出力側に出力される。
【００５４】
また、制御部１５が、降圧変換時に出力側電圧を高くする場合にはスイッチング素子３１がオンする時間が長くなる方向に設定デューティ比を可変し、降圧変換時に出力側電圧を低くする場合にはスイッチング素子３１がオンする時間が短くなる方向に設定デューティ比を可変する。
【００５５】
従って、本実施形態の車両用電源装置によれば、一対のスイッチング素子１１，１２及び一対のスイッチング素子３１，３２を互いに反転動作させつつ所定のデューティ比でオン・オフ駆動を繰り返すことにより、昇降圧型レギュレータ３０を動作させて、昇降圧型レギュレータ３０の入力側と出力側との間を同期整流で電圧変換させることができ、昇降圧型レギュレータ３０のスイッチング制御によって入力側の電圧を所望のとおり昇圧または降圧し、入力側の有する電力を出力側に供給することが可能となっている。
【００５６】
図７は、昇降圧型レギュレータ３０が第１の昇降圧制御方法で昇圧調整または降圧調整した場合における入力電圧と出力電圧との関係を示した第１のタイミングチャートである。制御部１５は、入力電圧の低下速度が０．５Ｖ／１００ｍｓ以上の値が検出された場合に昇圧変換を開始し、入力電圧の上昇速度が０．５Ｖ／１００ｍｓ以上の値が検出された場合に降圧変換を開始する。すなわち、図７のＡ点のタイミングで検出された変動速度は０．５Ｖ／１００ｍｓより遅い変動速度なので、昇圧変換及び降圧変換は実行されず、スイッチング素子１１，３２がオフ状態になるとともにスイッチング素子１２，３１がオン状態になる。図７のＢ点のタイミングで検出された変動速度は０．５Ｖ／１００ｍｓ以上の低下速度なので、昇圧変換の作動が開始する。これにより、図７に示されるように、０．５Ｖ／１００ｍｓ以上で入力電圧が変動したとしても、その入力電圧が昇圧され、出力電圧が一定の目標電圧に収束される。一方、図７のＥ８の部分では、Ｃ点のタイミングで検出された変動速度は０．５Ｖ／１００ｍｓ以上の上昇速度なので、降圧変換の作動が開始する。これにより、図７に示されるように、０．５Ｖ／１００ｍｓ以上で入力電圧が変動したとしても、その入力電圧が降圧され、出力電圧が一定の目標電圧に収束される。
【００５７】
図８は、昇降圧型レギュレータ３０が第１の昇降圧制御方法で昇圧調整または降圧調整した場合における入力電圧と出力電圧との関係を示した第２のタイミングチャートである。図８のＥ９の部分では、Ａ点のタイミングで検出された変動速度は０．５Ｖ／１００ｍｓ以上の低下速度なので、昇圧変換の作動が開始する。図８のＥ１０の部分では、Ｂ点のタイミングで検出された変動速度は０．５Ｖ／１００ｍｓ以上の上昇速度なので、降圧変換の作動が開始する。これにより、図８に示されるように、０．５Ｖ／１００ｍｓ以上で入力電圧が変動したとしても、その入力電圧が昇圧または降圧され、出力電圧が一定の目標電圧に収束される。
【００５８】
図９は、昇降圧型レギュレータ３０が第２の昇降圧制御方法で昇圧調整または降圧調整した場合における入力電圧と出力電圧との関係を示したタイミングチャートである。制御部１５は、入力電圧の低下速度が０．５Ｖ／１００ｍｓ以上の値が検出された場合に昇圧変換を開始し、入力電圧の上昇速度が０．５Ｖ／１００ｍｓ以上の値が検出された場合に降圧変換を開始する。すなわち、図９のＡ点のタイミングで検出された変動速度は０．５Ｖ／１００ｍｓより遅い変動速度なので、昇圧変換は実行されず、昇圧変換及び降圧変換は実行されず、スイッチング素子１１，３２がオフ状態になるとともにスイッチング素子１２，３１がオン状態になる。図９のＢ点のタイミングで検出された変動速度は０．５Ｖ／１００ｍｓ以上の低下速度なので、昇圧変換の作動が開始する。このとき、制御部１５は、図７，８に示した第１の昇降圧制御方法の場合と異なり、目標電圧を一定値に設定せず、０．５Ｖ／１００ｍｓより遅い低下速度で変化する可変値に設定する。このような可変値に目標電圧を設定することによって、制御部１５は、出力電圧を０．５Ｖ／１００ｍｓより遅い低下速度で変化する目標電圧に追従させることができる。これにより、図９に示されるように、０．５Ｖ／１００ｍｓ以上で入力電圧が変動したとしても、その入力電圧が昇圧され、出力電圧が０．５Ｖ／１００ｍｓより遅い低下速度で徐減される。なお、出力電圧が電気負荷Ａ，Ｂ，Ｃの動作が不能になるリセット電圧（負荷リセット電圧）以下にならないように、制御部１５は、徐減により出力電圧が負荷リセット電圧に到達した後は少なくとも負荷リセット電圧より大きい電圧となるように昇圧変換を実行する。
【００５９】
図９のＤ点のタイミングで検出された変動速度は０．５Ｖ／１００ｍｓ以上の上昇速度なので、降圧変換の作動が開始する。このとき、制御部１５は、図７，８に示した第１の昇降圧制御方法の場合と異なり、目標電圧を一定値に設定せず、０．５Ｖ／１００ｍｓより遅い上昇速度で変化する可変値に設定する。このような可変値に目標電圧を設定することによって、制御部１５は、出力電圧を０．５Ｖ／１００ｍｓより遅い上昇速度で変化する目標電圧に追従させることができる。これにより、図９に示されるように、０．５Ｖ／１００ｍｓ以上で入力電圧が変動したとしても、その入力電圧が降圧され、出力電圧が０．５Ｖ／１００ｍｓより遅い上昇速度で徐増される。
【００６０】
したがって、上述の実施例によれば、電圧変動が適切に抑制された電力を電気負荷Ａ，Ｂ，Ｃに供給することができる。すなわち、車載バッテリ１側の電源電圧の変動速度によって電源電圧の急増や急減の徴候を検出し、その検出値に基づいて昇圧または降圧するために、電圧値のみで電源電圧の急増や急減を検出する場合に比べ早いタイミングで昇圧変換または降圧変換の作動が可能となり、電気負荷Ａ，Ｂ，Ｃの電源電圧の急増や急減を抑制することができる。
【００６１】
また、上述の実施例によれば、スタータ２の始動やオルタネータ３の発電に伴って生じたレギュレータ１０，３０の入力側の電源電圧の変動が車載負荷Ａ，Ｂ，Ｃの機能低下が生ずるような変動速度であっても、車載負荷Ａ，Ｂ，Ｃの電源電圧（レギュレータ１０，３０の出力側の電源電圧）の変動速度をレギュレータ１０，３０の入力側の電源電圧の変動速度より抑えるので、車載負荷Ａ，Ｂ，Ｃの機能低下を防ぐことができる。車載負荷がランプ負荷であれば、ランプの明滅を抑えることができる。
【００６２】
また、上述の実施例によれば、車載負荷の機能低下が発生するような電圧変動時にレギュレータ１０，３０の昇降圧変換の作動が許可されて電圧変動を抑えるため、車載負荷Ａ，Ｂ，Ｃの機能低下を考慮することなく、オルタネータ３の発電電圧の制御を実行することができる。
【００６３】
また、上述の実施例によれば、昇降圧変換の作動要否をレギュレータ１０，３０自体が、傾き検出部２０によって判断することができるので、作動許否を判断する外部の制御装置やその制御線を削減することができ、車両用電源装置の小型軽量化や簡素化を図ることができる。
【００６４】
また、上述の実施例によれば、車載負荷の機能低下が発生するような電圧変動時にのみレギュレータ１０，３０による昇降圧変換が作動するので、作動時間の効率化と短縮化を図ることができ、小型軽量化にも貢献する。
【００６５】
また、上述の実施例によれば、０．５Ｖ／１００ｍｓ以上で入力電圧が変動したとしても、その入力電圧が昇圧又は降圧され、出力電圧が０．５Ｖ／１００ｍｓより遅い低下速度で徐減または遅い上昇速度で徐増される。したがって、昇圧動作中の入出力電圧差を小さくすることができるので、レギュレータ１０，３０の扱う電力の低減化を図ることができ、小型軽量化にも貢献する。
【００６６】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００６７】
例えば、上述の実施例では、傾き検出部２０はレギュレータ１０，３０の入力電圧（入力側の電源電圧）の変動速度を検出していたが、レギュレータ１０，３０の出力電圧（出力側の電源電圧）の変動速度を検出してもよい。レギュレータ１０，３０の出力電圧は、電圧変動を抑制したい電気負荷Ａ，Ｂ，Ｃの実際の印加電圧に相当するからである。レギュレータ１０，３０の出力側の電源電圧変動速度を検出する傾き検出部２０の場合も同様に、所定の低下速度（例えば、０．５Ｖ／１００ｍｓ）以上の変動速度を検出した場合には制御部１５に対して昇圧変換の作動を許可する許可信号を送信する一方で、所定の上昇速度（例えば、０．５Ｖ／１００ｍｓ）以上の変動速度を検出した場合には制御部１５に対して降圧変換の作動を許可する許可信号を送信する。
【００６８】
また、傾き検出部２０は、レギュレータ１０，３０の入力側電圧または出力側電圧を所定のサンプリング間隔で検出し、前回検出時の電圧値と今回検出時の電圧値との関係に基づいて、入力側電圧または出力側電圧の変動速度を検出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明に係る車両用電源装置の第１の実施形態を示した図である。
【図２】昇圧型レギュレータ１０が第１の昇圧制御方法で昇圧調整した場合における入力電圧と出力電圧との関係を示した第１のタイミングチャートである。
【図３】昇圧型レギュレータ１０が第１の昇圧制御方法で昇圧調整した場合における入力電圧と出力電圧との関係を示した第２のタイミングチャートである。
【図４】昇圧型レギュレータ１０が第２の昇圧制御方法で昇圧調整した場合における入力電圧と出力電圧との関係を示した第１のタイミングチャートである。
【図５】昇圧型レギュレータ１０が第２の昇圧制御方法で昇圧調整した場合における入力電圧と出力電圧との関係を示した第２のタイミングチャートである。
【図６】本発明に係る車両用電源装置の第２の実施形態を示した図である。
【図７】昇降圧型レギュレータ３０が第１の昇降圧制御方法で昇圧調整または降圧調整した場合における入力電圧と出力電圧との関係を示した第１のタイミングチャートである。
【図８】昇降圧型レギュレータ３０が第１の昇降圧制御方法で昇圧調整または降圧調整した場合における入力電圧と出力電圧との関係を示した第２のタイミングチャートである。
【図９】昇降圧型レギュレータ３０が第２の昇降圧制御方法で昇圧調整または降圧調整した場合における入力電圧と出力電圧との関係を示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１  車載バッテリ
２  スタータ
３  オルタネータ
１０  昇圧型レギュレータ
１１，１２，３１，３２  スイッチング素子
１３，１４，３３，３４  駆動部
１５  制御部
１６  インダクタ
１７  入力側コンデンサ
１８  出力側コンデンサ
２０  傾き検出部
３０  昇降圧型レギュレータ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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