(57)【要約】【課題】高電圧バッテリからコンデンサに小電流で充電することにより、発熱を防止し、小型化することができるコンデンサ充電回路を提供する。【解決手段】高電圧バッテリからコンデンサＣ１に充電する際に、ゲート駆動手段は、過渡状態のコンデンサＣ１を流れる電流を導通／非導通するスイッチ手段（ＭＯＳＦＥＴ）のゲート電極に導通／非導通を指示する第１の駆動信号を送信する。第１の駆動信号は、パルス発生手段２００により送信されるパルス幅が始め狭小で徐々に拡大していくパルス状の第２の駆動信号に対応している。スイッチ手段（ＭＯＳＦＥＴ）は、第１の駆動信号による導通／非導通タイミングに従い、導通／非導通する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧バッテリからコンデンサに充電するコンデンサ充電回路において、
前記コンデンサと接地との間に設けられ、過渡状態の前記コンデンサを流れる電流を導通／非導通するスイッチ手段と、
前記スイッチ手段のゲート電極に導通／非導通を指示する第１の駆動信号を送信するゲート駆動手段と、
前記ゲート駆動手段に、パルス幅が始め狭小で徐々に拡大していくパルス状の第２の駆動信号を送信するパルス発生手段と、を有し、
前記ゲート駆動手段は、前記パルス発生手段から送信される前記第２の駆動信号に対応したパルス幅で、前記第１の駆動信号を送信することを特徴とするコンデンサ充電回路。
【請求項２】
前記高電圧バッテリと前記コンデンサとの間に設けられ、前記コンデンサへの充電電流を導通／非導通する第１のリレーと、
前記第１のリレーと前記コンデンサとの間に設けられ、前記高電圧バッテリの供給する電圧を基に、前記ゲート駆動手段の動作電圧に降圧させた定電圧を生成するゲート駆動手段用電源回路と、
前記第１のリレーの導通／非導通を制御するリレー制御手段と、をさらに有し、
前記リレー制御手段は、前記コンデンサへの充電を開始するとき、前記第１のリレーに導通を指示し、前記パルス発生手段に前記第２の駆動信号の送信開始を指示することを特徴とする請求項１記載のコンデンサ充電回路。
【請求項３】
前記コンデンサと接地との短絡を制御する第２のリレーをさらに有し、
前記リレー制御回路は、前記コンデンサの満充電時間が経過したとき、前記第２のリレーに導通を指示することを特徴とする請求項２記載のコンデンサ充電回路。
【請求項４】
前記コンデンサと前記スイッチ手段との間に設けられるコイルと、
前記スイッチ手段が非導通のとき、前記コイルの逆起電力により流れる電流を前記コンデンサに流すダイオードと、をさらに有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のコンデンサ充電回路。
【請求項５】
前記スイッチ手段を流れる電流を検出し、該電流が所定の閾値を超えるとき、前記スイッチ手段を非導通にする過電流遮断手段をさらに有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のコンデンサ充電回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車等に搭載される高電圧バッテリからコンデンサに充電するためのコンデンサ充電回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車には高電圧バッテリとモータ制御装置との間にリレーが設けられている。モータ制御装置の手前には平滑用コンデンサＣ１が設けられており、このコンデンサＣ１に充電するためのリレーＲＹ１および電流制限抵抗Ｒ１が設けられている。
【０００３】
以下、図４に示すコンデンサ充電回路の動作タイミングを図５のタイミングチャートを用いて説明する。最初は、コンデンサＣ１に電荷がたまっていないので、電圧ＶＣ１は０［Ｖ］である。リレー制御回路１００は、イグニッション信号が与えられると、リレーＲＹ１にＲＹ１駆動信号を出力する。
【０００４】
リレーＲＹ１は導通し、コンデンサＣ１を充電する電流ＩＣ１が抵抗Ｒ１を通って流れる。コンデンサＣ１の充電が進むとともに、電圧ＶＣ１が上昇する。リレー制御回路１００は、予め設定されたコンデンサＣ１の満充電時間をむかえたことろでＲＹ１駆動信号を止め、リレーＲＹ２にＲＹ２駆動信号を出力する。以上により充電動作が完了する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２８３０４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リレーＲＹ１および抵抗Ｒ１には高電流が流れるので電流容量を大きくする必要があり、回路が大型化する。さらに抵抗Ｒ１から無視できない発熱があるので、放熱手段が必要になり装置がさらに複雑化、大型化する。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、高電圧バッテリからコンデンサに小電流で充電することにより、発熱を防止し、小型化することができるコンデンサ充電回路を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、高電圧バッテリからコンデンサＣ１に充電するコンデンサ充電回路において、前記コンデンサＣ１と接地との間に設けられ、過渡状態の前記コンデンサＣ１を流れる電流を導通／非導通するスイッチ手段（ＭＯＳＦＥＴ）と、前記スイッチ手段（ＭＯＳＦＥＴ）のゲート電極に導通／非導通を指示する第１の駆動信号を送信するゲート駆動手段と、前記ゲート駆動手段に、パルス幅が始め狭小で徐々に拡大していくパルス状の第２の駆動信号を送信するパルス発生手段２００と、を有し、前記ゲート駆動手段は、前記パルス発生手段２００から送信される前記第２の駆動信号に対応したパルス幅で、前記第１の駆動信号を送信することを特徴としている。
【０００９】
したがって、請求項１記載の発明によれば、高電圧バッテリからコンデンサＣ１に充電する際に、コンデンサＣ１の接地側に設けられたスイッチ手段（ＭＯＳＦＥＴ）に、パルス幅が始め狭小で徐々に拡大していくパルス状の駆動信号を送信し、スイッチ手段（ＭＯＳＦＥＴ）がこのタイミングで導通／非導通することにより、過大な突入電流を防止し、小電流でコンデンサＣ１に充電することができる。よって、電流制限抵抗を設ける必要がなく、発熱を防止し、小型化することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記高電圧バッテリと前記コンデンサＣ１との間に設けられ、前記コンデンサＣ１への充電電流を導通／非導通する第１のリレーＲＹ２と、前記第１のリレーＲＹ２と前記コンデンサＣ１との間に設けられ、前記高電圧バッテリの供給する電圧を基に、前記ゲート駆動手段の動作電圧に降圧させた定電圧を生成するゲート駆動手段用電源回路と、前記第１のリレーＲＹ２の導通／非導通を制御するリレー制御手段１００と、をさらに有し、前記リレー制御手段１００は、前記コンデンサＣ１への充電を開始するとき、前記第１のリレーＲＹ２に導通を指示し、前記パルス発生手段２００に前記第２の駆動信号の送信開始を指示することを特徴としている。
【００１１】
したがって、請求項２記載の発明によれば、コンデンサＣ１への充電電流を導通／非導通する第１のリレーＲＹ２と、第１のリレーＲＹ２とコンデンサＣ１との間にゲート駆動手段用電源回路とを設け、リレー制御手段１００が第１のリレーＲＹ２に導通を指示し、パルス発生手段２００に第２の駆動信号の送信開始を指示すると、リレーＲＹ２が導通し、ゲート駆動手段用電源回路に電圧が供給され、ゲート駆動手段に定電圧が供給されることにより、ゲート駆動手段を、コンデンサＣ１への充電開始と同時に動作可能状態にすることができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記コンデンサＣ１と接地との短絡を制御する第２のリレーＲＹ３をさらに有し、前記リレー制御回路１００は、前記コンデンサＣ１の満充電時間が経過したとき、前記第２のリレーＲＹ３に導通を指示することを特徴としている。
【００１３】
したがって、請求項３記載の発明によれば、コンデンサＣ１の充電が完了すると、コンデンサＣ１を接地に短絡させることにより、回路の安全性を高めることができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記コンデンサＣ１と前記スイッチ手段（ＭＯＳＦＥＴ）との間に設けられるコイルＬ１と、前記スイッチ手段（ＭＯＳＦＥＴ）が非導通のとき、前記コイルＬ１の逆起電力により流れる電流を前記コンデンサＣ１に流すダイオードＤ１と、をさらに有することを特徴としている。
【００１５】
したがって、請求項４記載の発明によれば、コイルＬ１とダイオードＤ１を設けることにより、スイッチ手段（ＭＯＳＦＥＴ）が非導通のとき、コイルＬ１→ダイオードＤ１→コンデンサＣ１の経路で三角波状の充電電流を流すことができる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の発明において、前記スイッチ手段（ＭＯＳＦＥＴ）を流れる電流を検出し、該電流が所定の閾値（Ｖｒｅｆ／Ｒ８）を超えるとき、前記スイッチ手段（ＭＯＳＦＥＴ）を非導通にする過電流遮断手段をさらに有することを特徴としている。
【００１７】
したがって、請求項４記載の発明によれば、スイッチ手段（ＭＯＳＦＥＴ）を流れる電流が所定の閾値（Ｖｒｅｆ／Ｒ８）を超えるとき、前記スイッチ手段（ＭＯＳＦＥＴ）を非導通にすることにより、スイッチ手段（ＭＯＳＦＥＴ）等の素子を過電流から保護することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施形態におけるコンデンサ充電回路の構成を示す回路図である。当該コンデンサ充電回路は、リレー制御回路１００、パルス発生回路２００、ゲート駆動回路、ゲート駆動回路用電源回路、ＭＯＳ型電解効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ、コイルＬ１、ダイオードＤ１、ダイオードＤ２、コンデンサＣ１、リレーＲＹ２、およびリレーＲＹ３を備える。
【００２０】
リレー制御回路１００は、１２Ｖまたは２４Ｖ等の車載バッテリから電源供給を受けて動作する。イグニッション信号が入力されるとＲＹ１駆動信号をパルス発生回路２００に、ＲＹ２駆動信号をリレーＲＹ２に出力する。パルス発生回路２００は、上記１２Ｖまたは２４Ｖ等の車載バッテリから電源供給を受けて動作する。リレー制御回路１００からＲＹ１駆動信号が入力されると、予めパルス幅が徐々に拡大していくようにプログラムされたパルス波形（フォトカプラ駆動信号）をゲート駆動回路のフォトカプラＰＨに出力する。
【００２１】
ゲート駆動回路は、パルス発生回路２００と電気的に絶縁される。本実施形態において、ゲート駆動回路は、フォトカプラＰＨ、抵抗Ｒ２、および抵抗Ｒ３で構成される。フォトカプラＰＨは、例えばＬＥＤとフォトトランジスタから構成され、ゲート駆動回路用電源回路から電源供給される。フォトカプラＰＨは、パルス発生回路２００から受信するパルス波形に従い、ＭＯＳＦＥＴのゲートをオンオフ制御する。
【００２２】
ゲート駆動回路用電源回路は、時限制御されており、高電圧バッテリの電圧をゲート駆動回路の動作電圧に変換する。本実施形態において、ゲート駆動回路用電源回路は、トランジスタＱ１、ツェナーダイオードＺＤ１、ダイオードＤ３、抵抗Ｒ４〜Ｒ６、コンデンサＣ２、およびコンデンサＣ３で構成される。トランジスタＱ１には、抵抗Ｒ６、抵抗Ｒ５、ダイオードＤ３、およびコンデンサＣ２により生成されるベース電流に対応するコレクタ電流が流れる。当該コレクタ電流は、ツェナーダイオードＺＤ１で定電圧化され、コンデンサＣ３で平滑化されて、フォトカプラＰＨに供給される。
【００２３】
ＭＯＳＦＥＴは、Ｎチャネル型を用い、ゲート駆動回路からのオンオフ信号によりオンオフする。コイルＬ１は、電流が流れると逆起電力を発生させる。ダイオードＤ１は、ＭＯＳＦＥＴのオフ時の電流経路である。ダイオードＤ２は、逆接保護用のダイオードである。コンデンサＣ１は、例えば電気自動車のモータ制御回路等に平滑化して電源供給するために、電荷を充電するコンデンサである。
【００２４】
リレーＲＹ２は、リレー制御回路１００からのＲＹ２駆動信号に従い、オンオフするリレーである。リレーＲＹ２は、高電圧バッテリのプラス側に設けられ、オンすることによりコンデンサＣ１への充電を開始する。リレーＲＹ３は、リレー制御回路１００からのＲＹ３駆動信号に従い、オンオフするリレーである。リレーＲＹ３は、高電圧バッテリのマイナス側に設けられ、コンデンサＣ１への充電完了と同時にオンする。
【００２５】
次に、図１に示すコンデンサ充電回路の動作について説明する。図２は、当該コンデンサ充電回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。初期状態において、コンデンサＣ１には電荷がなくコンデンサＣ１の端子間電圧は０［Ｖ］であり、電圧ＶＣ１はバッテリの電圧である。（図４では電圧ＶＣ１をコンデンサＣ１のプラス端子側電圧としたが、図１ではマイナス端子側の電圧としている）。
【００２６】
まず、リレー制御回路１００は、イグニッション信号が与えられると、パルス発生回路２００にＲＹ１駆動信号を、リレーＲＹ２にＲＹ２駆動信号を送信する。リレーＲＹ２は、当該ＲＹ２駆動信号を受信すると導通し、ゲート駆動回路用電源回路が動作を始める。
【００２７】
リレーＲＹ２が導通すると、抵抗Ｒ６および抵抗Ｒ５を通ってコンデンサＣ２に電流が流れるので、トランジスタＱ１のベース−エミッタ間が順バイアスされ、トランジスタＱ１がオンする。トランジスタＱ１がオンすると、コレクタ電流がツェナーダイオードＺＤ１に流れるので定電圧が発生する。この定電圧は、コンデンサＣ２で平滑化され、フォトカプラＰＨに供給される。
【００２８】
パルス発生回路２００は、定電圧が供給され動作準備が整ったフォトカプラＰＨにパルス状のフォトカプラ駆動信号を送信する。このパルス状のフォトカプラ駆動信号は、はじめパルス幅が狭く、徐々に広くなり最後には連続オンになるように予めプログラムされる。フォトカプラＰＨからＭＯＳＦＥＴのゲートに送信されるゲート駆動信号は、パルス発生回路２００により生成されたフォトカプラ駆動信号と同期した信号となる。当該ゲート駆動信号は、電流のピークがＭＯＳＦＥＴのパルス定格を超えないように設定される。
【００２９】
ＭＯＳＦＥＴは、フォトカプラＰＨから送信されるパルス状のゲート駆動信号に従いオンオフする。コンデンサＣ１は過渡状態のとき直流成分を通すため、ＭＯＳＦＥＴがオンしたときは、ＲＹ２→Ｃ１→Ｌ１→ＭＯＳＦＥＴ→Ｄ２の経路で電流ＩＣ１が流れる。ＭＯＳＦＥＴがオフしたときは、コイルＬ１に逆起電力が発生するため、Ｌ１→Ｄ１→Ｃ１の経路で電流ＩＣ１が流れる。その結果、電流ＩＦＥＴはノコギリ波状に、電流ＩＣ１は三角波状になる。コンデンサＣ１への充電が進むにつれ、コンデンサＣ１のマイナス側電圧ＶＣ１は下がり、最後にはほぼ０［Ｖ］になる。
【００３０】
リレー制御回路１００は、予め設定されたコンデンサＣ１の満充電時間をむかえたところでＲＹ１駆動信号を止める。すると、パルス発生回路２００からフォトカプラＰＨに送信されるフォトカプラ駆動信号、およびフォトカプラＰＨからＭＯＳＦＥＴに送信されるゲート駆動信号も止まる。リレー制御回路１００は、ＲＹ１駆動信号を止めると同時に、ＲＹ３駆動信号をリレーＲＹ３に送信する。
【００３１】
リレーＲＹ３はＲＹ３駆動信号を受信すると導通し、コンデンサＣ１の充電動作が完了する。コンデンサＣ２の充電時間もこの時間に合わせてあるので、コンデンサＣ２に流れる電流が止まり、トランジスタＱ１がオフするのでフォトカプラＰＨへの電源供給も止まる。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、本発明の第２の実施形態におけるコンデンサ充電回路の構成を示す回路図である。第２の実施形態は、第１の実施形態に、過電流遮断回路を加えた構成である。図３において、過電流遮断回路は、抵抗Ｒ８、抵抗Ｒ９、参照電圧Ｖｒｅｆ、コンパレータＣＭＰ１、フリップフロップＦＦ、およびトランジスタＱ２により構成される。その他の構成要素は、第１の実施形態の構成要素と同様である。
【００３３】
コンパレータＣＭＰ１の駆動用電源は、上記ゲート駆動回路用電源回路からとるとよい。コンパレータＣＭＰ１のプラス端子にはＭＯＳＦＥＴの出力が、マイナス端子には参照電圧Ｖｒｅｆが入力される。コンパレータＣＭＰ１は、下記式１の条件を満たすときＨｉを、満たさないときＬｏをフリップフロップＦＦに出力する。
【００３４】
ＩＦＥＴ＞Ｖｒｅｆ／Ｒ８    …式１
【００３５】
フリップフロップＦＦは、コンパレータＣＭＰ１からＬｏが入力されると、ＱがＬｏ、ＱバーがＨｉの状態を保持する。一方、コンパレータＣＭＰ１からＨｉが入力されると、ＱがＨｉ、ＱバーがＬｏの状態に反転し、その状態を保持する。トランジスタＱ２は、フリップフロップＦＦからベースにＨｉが入力されると、導通する。トランジスタＱ２が導通すると、ＭＯＳＦＥＴのゲート駆動信号がＬｏとなり、ＭＯＳＦＥＴが非導通となる。したがって、ＭＯＳＦＥＴに過電流が流れたとき、コンパレータＣＭＰ１、フリップフロップＦＦ、およびトランジスタＱ２によりＭＯＳＦＥＴを保護することができる。
【００３６】
なお、上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態の一例を示したものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【００３７】
例えば、第２の実施形態において、フリップフロップＦＦのリセットをＭＯＳＦＥＴのパルス状のゲート駆動信号と同期させ、パルスごとに過電流遮断機能を解除するようにしてもよい。即ち、ゲート駆動信号がＬｏのときコンパレータＣＭＰ１の出力に係わらず、フリップフロップＦＦは、ＱがＬｏ、ＱバーがＨｉの状態を保持する。一方、ゲート駆動信号がＨｉのとき、フリップフロップＦＦは、コンパレータＣＭＰ１の出力に従い、当該出力がＨｉのときＱがＨｉ、ＱバーがＬｏの状態を保持する。
【００３８】
また、フリップフロップＦＦのリセットをイグニッション信号に同期させ、一旦、過電流状態が起こったら遮断機能を維持するにしてもよい。即ち、イグニッション信号がＨｉの状態でコンパレータＣＭＰ１の出力がＨｉになると、フリップフロップＦＦは、コンパレータＣＭＰ１の出力の変化に係わらず、イグニッション信号がＬｏとなるまで、ＱがＨｉ、ＱバーがＬｏの状態を保持する。
【００３９】
さらに、フリップフロップＦＦの出力信号を装置の外部に送り、ＱがＨｉになった場合、ランプ点灯や警告音等によりユーザに警告してもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１記載の発明によれば、高電圧バッテリからコンデンサに充電する際に、コンデンサの接地側に設けられたスイッチ手段に、パルス幅が始め狭小で徐々に拡大していくパルス状の駆動信号を送信し、スイッチ手段がこのタイミングで導通／非導通することにより、過大な突入電流を防止し、小電流でコンデンサに充電することができる。よって、電流制限抵抗を設ける必要がなく、発熱を防止し、小型化することができる。
【００４１】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、コンデンサへの充電電流を導通／非導通するリレーと、リレーとコンデンサとの間にゲート駆動手段用電源回路とを設け、リレー制御手段がリレーに導通を指示し、パルス発生手段に第２の駆動信号の送信開始を指示すると、リレーが導通し、ゲート駆動手段用電源回路に電圧が供給され、ゲート駆動手段に定電圧が供給されることにより、ゲート駆動手段を、コンデンサへの充電開始と同時に動作可能状態にすることができる。
【００４２】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明の効果に加えて、コンデンサの充電が完了すると、コンデンサを接地に短絡させることにより、回路の安全性を高めることができる。
【００４３】
請求項４記載の発明によれば、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明の効果に加えて、コイルとダイオードを設けることにより、スイッチ手段が非導通のとき、コイル→ダイオード→コンデンサの経路で三角波状の充電電流を流すことができる。
【００４４】
請求項５記載の発明によれば、請求項１から４のいずれか１項に記載の発明の効果に加えて、スイッチ手段を流れる電流が所定の閾値を超えるとき、前記スイッチ手段を非導通にすることにより、スイッチ手段等の素子を過電流から保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるコンデンサ充電回路の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるコンデンサ充電回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態におけるコンデンサ充電回路の構成を示す回路図である。
【図４】従来技術におけるコンデンサ充電回路の構成を示す回路図である。
【図５】従来技術におけるコンデンサ充電回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
１００  リレー制御回路
２００  パルス生成回路
３００  モータ制御回路
ＭＯＳＦＥＴ  ＭＯＳ型電解効果トランジスタ
Ｌ１  コイル
Ｄ１〜３  ダイオード
Ｃ１〜３  コンデンサ
ＲＹ１〜３  リレー
ＰＨ  フォトカプラ
Ｒ１〜９  抵抗
Ｑ１、Ｑ２  トランジスタ
ＺＤ１  ツェナーダイオード
ＣＭＰ１  コンパレータ
ＦＦ  フリップフロップ
【図１】
2005039896.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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