(57)【要約】【課題】一次側と二次側がトランスで絶縁されたコンバータを備えた電源装置において、負荷要求電圧が同じ場合、二次側の素子として従来に比べて耐圧の低い素子を使用することができ、装置全体として小型化及び低コスト化を図ることができる電源装置を提供する。【解決手段】電源装置１１を構成するコンバータ１３は、高圧直流電源ＨＶが入力される一次側発振部１５と、一次側発振部１５に対してトランス１２で絶縁された二次側整流部１６とを備えている。二次側整流部１６のプラス側の出力端子１６ａは、バッテリ１４のプラス側端子１４ａに接続されており、バッテリ１４のマイナス側端子１４ｂは接地されている。即ち、トランス１２の二次側の出力端子１６ａ，１６ｂとバッテリ１４とが直列に接続されている。コンバータ１３は降圧型コンバータである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側と二次側がトランスで絶縁されたコンバータと、前記コンバータの二次側に接続されるバッテリとを備え、前記二次側の出力端子と前記バッテリとが直列に接続されている電源装置。
【請求項２】
前記コンバータは降圧型コンバータである請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記一次側の電源は車両駆動用電源である請求項１又は請求項２に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置に係り、詳しくは一次側と二次側とがトランスで絶縁されたコンバータを備えた電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン（内燃機関）で走行する自動車として、低燃費や排気ガス削減のため、始動時や低速域ではモータで駆動輪を駆動し、中高速域ではエンジンで駆動輪を駆動する所謂ハイブリッド車が実用化されている。自動車には各種の補機が使用されており、その電源も必要である。そして、各種補機の使用電圧は、モータの使用電圧より低い。このようなハイブリッド車では、モータ用の高圧電源と各種補機用の低圧電源が必要となる。
【０００３】
通常、高電圧の電源から絶縁して別電圧の電源（出力）を作成する場合、図２に示すような構成となる。即ち、電源装置５１は、高圧直流電源ＨＶが入力される一次側発振部（スイッチング部）５２と、二次側整流部５３とがトランス５４で絶縁されたコンバータ５５を備えている。二次側整流部５３は、プラス側の出力端子５６ａ及びマイナス側の出力端子５６ｂを備え、出力端子５６ｂは接地されている。
【０００４】
また、近年、車両装備の電子化は目覚ましく、車両に搭載される電気負荷も多様化している。例えば、ステアリング装置やブレーキ装置をはじめとするアクチュエータ類の電動化も検討が進められている。しかし、このような車載アクチュエータは使用電圧が高いため、現行の低電圧電源では対応が困難である。そこで、従来から車載されている低電圧バッテリと、高電圧バッテリとを併用する車両の給電回路が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この給電回路は、図３に示すように、高電圧バッテリ６１を含む高電圧直流電源と、低電圧用負荷との間に電圧降下用のＤＣ／ＤＣコンバータ６２が介在する。ＤＣ／ＤＣコンバータ６２の下流側に設けられた低電圧バッテリ６３がＤＣ／ＤＣコンバータ６２の停止時に低電圧負荷に対して電力供給を行う。ＥＣＵ６４は、原則としてエンジン停止時にはＤＣ／ＤＣコンバータ６２を停止させるが、エンジン停止時でも搭乗者の存在を検出する信号が入力された場合にはＤＣ／ＤＣコンバータ６２を強制作動させる。
【特許文献１】特開２００１−１４５３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図２に示す従来技術では、コンバータ５５は出力端子５６ａから負荷で要求される電圧を出力できる能力のものが必要になる。従って、出力電圧（二次側電圧）が高くなると、トランス５４の巻数比を下げなくてはならない。これにより一次側発振部５２の電流容量も大きくなり、一次側の素子として電流容量の高いものが必要になる。また、二次側電圧が高くなるので、二次側整流部５３の素子も高耐圧のものが必要となる。その結果、電源装置の小型化や低コスト化が難しくなる。
【０００６】
特許文献１の給電回路では、低電圧用負荷に低電圧バッテリ６３及びＤＣ／ＤＣコンバータ６２から電圧を供給可能となっている。しかし、ＤＣ／ＤＣコンバータ６２及び低電圧バッテリ６３は低電圧用負荷に並列に接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ６２の停止時に低電圧バッテリ６３から電圧が供給されるようになっている。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ６２は、低電圧用負荷で必要な電圧を出力する必要があり、低電圧用負荷で必要な電圧が高くなればＤＣ／ＤＣコンバータ６２の出力も高くなる。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、一次側と二次側とがトランスで絶縁されたコンバータを備えた電源装置において、負荷要求電圧が同じ場合、二次側の素子として従来に比べて耐圧の低い素子を使用することができ、装置全体として小型化及び低コスト化を図ることができる電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため請求項１に記載の発明は、一次側と二次側がトランスで絶縁されたコンバータと、前記コンバータの二次側に接続されるバッテリとを備え、前記二次側の出力端子と前記バッテリとが直列に接続されている。この発明では、一次側と二次側がトランスで絶縁されたコンバータの二次側の出力端子は、バッテリに直列に接続されているため、電源装置の出力電圧は、バッテリの出力電圧と、コンバータの二次側の出力電圧との和になる。従って、コンバータの出力電圧は負荷で要求される電圧からバッテリの電圧を差し引いた値の電圧でよくなる。即ち、負荷要求電圧が同じ場合、二次側の素子として従来に比べて耐圧の低い素子を使用することができ、装置全体として小型化及び低コスト化を図ることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記コンバータは降圧型コンバータである。従って、この発明では、出力電圧がバッテリの出力電圧分だけ低い出力でよいため、トランスの巻数比を上げることができる。その結果、一次側電流量が低下し、一次側の素子として電流容量の低いものを使用することができ、装置全体のより小型化が可能になる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記一次側の電源は車両駆動用電源である。車両の場合、エンジンルームに収容される機器の小型化の要求が強いが、この発明では、その要求に対応することが可能になる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、一次側と二次側とがトランスで絶縁されたコンバータを備えた電源装置において、出力電圧が同じ場合、二次側の素子として従来に比べて耐圧の低い素子を使用することができ、装置全体として小型化及び低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
以下、本発明をハイブリッド自動車に搭載されるとともに、駆動輪を駆動するモータ用の高圧電源を補機用の低電圧に降圧して供給する電源装置に具体化した一実施形態を図１にしたがって説明する。
【００１３】
図１に示すように、電源装置１１は、一次側と二次側とがトランス１２で絶縁されたコンバータ１３と、コンバータ１３の二次側に接続されるバッテリ１４とを備えている。コンバータ１３は、一次側には、高圧直流電源ＨＶが入力される一次側発振部（スイッチング部）１５、二次側には、プラス側の出力端子１６ａ及びマイナス側の出力端子１６ｂを有する二次側整流部１６を備えている。一次側発振部１５はトランス１２の一次巻線１７に接続され、二次側整流部１６はトランス１２の二次巻線１８に接続されている。高圧直流電源ＨＶは、例えば、車両の駆動輪を駆動するモータ用の電源であって、出力が直流２００〜３００Ｖ程度である。また、コンバータ１３の出力は３０Ｖ程度である。コンバータ１３は降圧型コンバータであり、例えば、一石フォワード型コンバータで構成される。
【００１４】
一次側発振部１５は、スイッチング素子を備えており、図示しない制御部（制御ＩＣ）からの制御信号によりスイッチング制御されるようになっている。
二次側整流部１６は、トランス１２の二次巻線１８からの電流を直流に変換可能な構成であればよく、例えば、ダイオードを組み合わせた整流回路や交互にオン、オフ制御されるスイッチング素子を備えた構成の整流回路が使用される。二次側整流部１６のマイナス側の出力端子１６ｂは、バッテリ１４のプラス側端子１４ａに接続されており、バッテリ１４のマイナス側端子１４ｂは接地されている。即ち、トランス１２の二次側の出力端子１６ａ，１６ｂは、バッテリ１４と直列に接続されている。バッテリ１４は、出力が１２Ｖ程度である。バッテリ１４は、車両のヘッドランプ等の補機の電源としては、昇圧せずに使用される。
【００１５】
次に前記のように構成された電源装置１１の作用を説明する。
電源装置１１は、入力側が車両の高圧直流電源ＨＶに接続され、出力端子１６ａが図示しない負荷のプラス側端子に接続されて使用される。
【００１６】
制御部から出力される制御信号に基づいて一次側発振部１５のスイッチング素子がスイッチング制御され、トランス１２の一次巻線１７に交流が発生するとともに、二次巻線１８に一次巻線１７と二次巻線１８との巻線比に対応した電圧が発生する。そして、二次巻線１８に発生した電流が二次側整流部１６で整流されて直流となり、出力端子１６ａから出力される。
【００１７】
一次巻線１７の巻数をＮ１、二次巻線１８の巻数をＮ２とすると、一次電圧Ｖ１と二次電圧Ｖ２の比（変圧比）は巻数比に等しい。また、一次電流Ｉ１と二次電流Ｉ２の比（変流比）は巻数比の逆数に等しい。
【００１８】
Ｖ１／Ｖ２＝Ｎ１／Ｎ２
Ｉ１／Ｉ２＝Ｎ２／Ｎ１
負荷で必要な電圧をＶｏｕｔとし、バッテリ１４の出力電圧をＶＢとすると、コンバータ１３の出力電圧、即ち二次電圧Ｖ２は、負荷で必要な電圧Ｖｏｕｔからバッテリ１４の出力電圧ＶＢを差し引いた値でよく、Ｖ２＝Ｖｏｕｔ−ＶＢとなる。そのため、二次側整流部１６で使用される素子として、負荷の要求電圧が同じ場合、従来に比べて耐圧の低い素子を使用することが可能になる。
【００１９】
また、コンバータ１３が降圧型のため、コンバータ１３の二次電圧Ｖ２を下げることによりトランス１２の巻数比を上げることができ、一次電流Ｉ１の値が下がる。
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
【００２０】
（１）電源装置１１は、一次側と二次側がトランス１２で絶縁されたコンバータ１３と、コンバータ１３の二次側に接続されるバッテリ１４とを備え、二次側の出力端子１６ａ，１６ｂとバッテリ１４とが直列に接続されている。そのため、電源装置１１の出力端子１６ａの出力電圧は、バッテリ１４の出力電圧ＶＢと、コンバータ１３の二次電圧Ｖ２との和になる。従って、コンバータ１３の二次電圧（出力電圧）Ｖ２は負荷で要求される電圧Ｖｏｕｔからバッテリ１４の出力電圧ＶＢを差し引いた値の電圧でよくなる。その結果、負荷要求電圧が同じ場合、二次側の素子として従来に比べて耐圧の低い素子を使用することができ、装置全体として小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００２１】
（２）コンバータ１３は降圧型コンバータである。従って、同じ出力電圧を得る場合、トランス１２の巻数比を上げることができる。その結果、一次電流が低下し、一次側の素子として電流容量の低いものを使用することができる。また、二次側の素子として従来に比べて耐圧の低い素子を使用することができることと相俟って、トランス１２の小型化、ひいては電源装置１１全体のより小型化が可能になる。
【００２２】
（３）コンバータ１３の一次側の電源である高圧直流電源ＨＶは車両駆動用電源である。即ち、電源装置１１は車両に搭載されて使用される。車両の場合、エンジンルームに収容される機器の小型化の要求が強いが、この電源装置１１では、その要求に対応することが可能になる。
【００２３】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  ハイブリッド車に限らず、駆動輪のモータ用の高圧電源と、補機用の低圧電源としてのバッテリとを備えた電気自動車あるいは燃料電池（ＦＣ）車に適用してもよい。
【００２４】
○  車両に限らず、高圧電源と、低圧用電源としてのバッテリを備えた装置に適用してもよい。
○  バッテリとして出力電圧が異なる複数のバッテリを備えた装置に限らず、バッテリの出力電圧より高い電圧で負荷を使用するとともに、バッテリの他に電源装置用の電源を備えた装置に適用してもよい。
【００２５】
○  コンバータ１３は、一石フォワード型に限らず他の降圧型であってもよい。  
○  コンバータ１３は、降圧型に限らず昇圧型であってもよい。例えば、車両の補機としてのヘッドライトやワイパ駆動用の電源であるバッテリの他に、それらの補機より高電圧で使用される電動パワーステアリング等の電源となるバッテリを備え、そのバッテリの電圧を昇圧して使用する電源装置としてもよい。
【００２６】
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
・  請求項３に記載の発明において、前記二次側に接続されるバッテリは、ヘッドランプ等の補機の電源である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】一実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】従来技術の構成を示すブロック図。
【図３】別の従来技術の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００２８】
１１…電源装置、１２…トランス、１３…コンバータ、１４…バッテリ、１６ａ，１６ｂ…出力端子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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