(57)【要約】【課題】主電源およびその主電源よりも低い目標電圧が設定されている補助電源を備える電源装置において、主電源から補助電源への切り替え時の大電流の発生を防ぐ。【解決手段】主電源１０は、電源装置１の出力電圧Ｖoutが目標電圧Ｖref1に保持されるように制御される。補助電源２０は、主電源１０に並列に接続され、目標電圧Ｖref1よりも低い目標電圧Ｖref2が設定されている。補助電源２０は、パルス信号により制御されるスイッチ回路を備える。主電源１０から補助電源２０への切り替えが行われる際には、制御回路３０は、フィードフォワード制御で、目標電圧Ｖref2得るためのデューティを持ったパルス信号を生成して補助電源２０のスイッチ回路に与える。【選択図】図１
2009142032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電源と、
前記主電源に並列に接続され、かつ前記主電源よりも低い目標電圧が設定されている補助電源と、
前記主電源および前記補助電源を制御する制御手段、を備え、
前記補助電源は、前記制御手段から与えられるパルス信号に従って電力を伝達するスイッチ回路を備えており、
前記制御手段は、前記主電源から前記補助電源への切り替えが行われる際に、予め決められた所定のデューティを持ったパルス信号を前記補助電源のスイッチ回路に与える
ことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置であって、
前記補助電源は、前記スイッチ回路に接続するコイルを備え、
前記スイッチ回路は、前記コイルにエネルギーを蓄積するための第１のスイッチ、および前記コイルに蓄積されているエネルギーを当該電源装置の出力端子に導く第２のスイッチを備え、
前記制御手段は、前記主電源から前記補助電源への切り替えが行われる際に、前記第１のスイッチに対してゼロでない所定のデューティを持った第１のパルス信号を与えると共に、前記第２のスイッチに対して前記第１のパルス信号と逆位相の第２のパルス信号を与える
ことを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電源装置であって、
前記主電源から前記補助電源への切り替えが行われる際に前記第１のスイッチに与えられる前記第１のパルス信号のデューティｄは、前記補助電源の入力電圧をＶin、前記補助電源の目標電圧をＶrefとした場合、ｄ＝１−Ｖin／Ｖrefである
ことを特徴とする電源装置。
【請求項４】
主電源と、
前記主電源に並列に接続され、かつ前記主電源よりも低い目標電圧が設定されている補助電源と、
前記主電源および前記補助電源を制御する制御手段、を備え、
前記制御手段は、前記主電源から前記補助電源への切り替えが行われる際には、前記目標電圧を出力するように前記補助電源をフィードフォワード制御し、前記主電源から前記補助電源への切り替えから所定時間経過後は、前記目標電圧を出力するように前記補助電源をフィードバック制御する
ことを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主電源およびその主電源よりも低い目標電圧が設定されている補助電源を備える電源装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
電源装置は、しばしば、故障発生時であっても電力の供給を継続できることが要求される。この要求を満たすために、例えば、同一の電源を二重化する構成が知られている。しかし、この構成は、回路規模が大きくなり、また、低コスト化が難しい。そこで、主電源およびその主電源よりも小型の補助電源を備える電源装置が実用化されている。
【０００３】
図４は、主電源および補助電源を備える従来の電源装置の構成を示す図である。この電源装置１００は、電圧Ｖ１を生成して出力する主電源１０１、および電圧Ｖ１よりも低い電圧Ｖ２を生成して出力する補助電源１０２を備える。そして、主電源１０１が正常に動作している期間は、電源装置１００の出力電圧Ｖoutとして、主電源１０１が生成する電圧Ｖ１が出力される。このとき、補助電源１０２は実質的に停止している。そして、主電源１０１が停止または故障すると、補助電源１０２が起動され、電源装置１００の出力電圧Ｖoutとして、補助電源１０２が生成する電圧Ｖ２が出力される。
【０００４】
特許文献１には、上述の電源装置１００の一実施形態が記載されている。すなわち、特許文献１に記載の電源装置は、高圧バッテリとその高圧バッテリの電圧を下げる降圧回路とを備えた主電源供給回路と、低圧バッテリとその低圧バッテリの電圧を上げる昇圧回路とを備えた副電源供給回路とで電源供給回路が構成される。主電源供給回路および副電源供給回路は並列に接続される。副電源供給回路の出力電圧は、主電源供給回路の出力電圧よりも低く設定される。そして、主電源供給回路の出力電圧が副電源供給回路の目標電圧よりも低下した場合には、昇圧回路にて昇圧された副電源供給回路の出力が負荷に供給される。
【特許文献１】特開２００７−１５４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図４に示す従来の電源装置１００（または、特許文献１に示す電源装置）においては、上述したように、主電源１０１の出力電圧が補助電源１０２の目標電圧よりも高い。このため、主電源１０１が停止して補助電源１０２が起動されたとき、その補助電源１０２の出力端子には、一時的にではあるが、その目標電圧よりも高い電圧が印加されることになる。この結果、補助電源１０２に大きな電流が流れ込むこととなり、補助電源１０２を構成する回路素子（スイッチングトランジスタ等）が破損するおそれがある。
【０００６】
本発明の課題は、主電源およびその主電源よりも低い目標電圧が設定されている補助電源を備える電源装置において、主電源から補助電源への切り替え時に大電流が発生しないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電源装置は、主電源と、前記主電源に並列に接続されかつ前記主電源よりも低い目標電圧が設定されている補助電源と、前記主電源および前記補助電源を制御する制御手段、を備える。前記補助電源は、前記制御手段から与えられるパルス信号に従って電力を伝達するスイッチ回路を備える。そして、前記制御手段は、前記主電源から前記補助電源への切り替えが行われる際に、予め決められた所定のデューティを持ったパルス信号を前記補助電源のスイッチ回路に与える。
【０００８】
上記構成の電源装置においては、主電源から補助電源への切り替え時に、補助電源の目標電圧よりも高い電圧がその補助電源に印加される。しかし、補助電源が備えるスイッチ回路には、予め決められた所定のデューティを持ったパルス信号が与えられる。よって、このスイッチ回路が常時オン状態となることはなく、補助電源に大電流が流れ込むことは回避される。
【０００９】
上記電源装置において、前記補助電源は、前記スイッチ回路に接続するコイルを備え、前記スイッチ回路は、前記コイルにエネルギーを蓄積するための第１のスイッチ、および前記コイルに蓄積されているエネルギーを当該電源装置の出力端子に導く第２のスイッチを備えるようにしてもよい。この場合、前記制御手段は、前記主電源から前記補助電源への切り替えが行われる際に、前記第１のスイッチに対してゼロでない所定のデューティを持った第１のパルス信号を与えると共に、前記第２のスイッチに対して前記第１のパルス信号と逆位相の第２のパルス信号を与える。この構成によれば、第２のスイッチが常時オン状態となることはなく、補助電源に大電流が流れ込むことは回避される。
【００１０】
前記主電源から前記補助電源への切り替えが行われる際に前記第１のスイッチに与えられる前記第１のパルス信号のデューティｄは、例えば、前記補助電源の入力電圧をＶin、前記補助電源の目標電圧をＶrefとした場合、ｄ＝１−Ｖin／Ｖrefとすることができる。この構成によれば、電源装置の出力電圧は、徐々に、補助電源の目標電圧Ｖrefに近づいてゆく。
【００１１】
本発明の他の態様の電源装置は、主電源と、前記主電源に並列に接続されかつ前記主電源よりも低い目標電圧が設定されている補助電源と、前記主電源および前記補助電源を制御する制御手段、を備える。そして、前記制御手段は、前記主電源から前記補助電源への切り替えが行われる際には、前記目標電圧を出力するように前記補助電源をフィードフォワード制御し、前記主電源から前記補助電源への切り替えから所定時間経過後は、前記目標電圧を出力するように前記補助電源をフィードバック制御する。
【００１２】
この構成においては、主電源から補助電源への切り替えが行われる際には、電源装置に出力電圧にかかわり無く、補助電源がフィードフォワードで制御される。よって、電源電圧の出力電圧が補助電源の出力電圧よりも高くても、補助電源に流れ込む電流が抑制される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の課題は、主電源およびその主電源よりも低い目標電圧が設定されている補助電源を備える電源装置において、主電源から補助電源への切り替え時の電流を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施形態の電源装置の構成を示す図である。この電源装置１は、主電源１０および補助電源２０を備える。主電源１０および補助電源２０は、互いに並列に接続されている。なお、電源装置１は、特に限定されるものではないが、例えば、パワーステアリングシステムのモータを駆動するための電力を供給する。
【００１５】
主電源１０は、この実施例では、入力電圧Ｖin_1が印加されるＤＣ／ＤＣコンバータであり、トランスＴｒによりその一次側と二次側とが電気的に絶縁された構成である。トランスＴｒの一次側には、トランジスタＱ１〜Ｑ４を含んで構成されるＨブリッジ回路が設けられている。トランジスタＱ１〜Ｑ４は、それぞれ、制御回路３０により生成されるパルス信号に従って、スイッチとして動作する。一方、トランスＴｒの二次側には、ダイオードＤ１〜Ｄ４を含んで構成される整流回路が設けられている。また、その整流回路の出力側には、エネルギーを伝達するためのチョークコイルＬ１が接続されている。なお、図示していないが、主電源１０は、その出力電圧を平滑化するためのコンデンサを備えている。
【００１６】
補助電源２０は、この実施例では、入力電圧Ｖin_2が印加される昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータである。スイッチ回路として動作するトランジスタＱ５、Ｑ６は、互いに直列的に接続されている。トランジスタＱ５のドレインは電源装置１の出力端子に接続されており、トランジスタＱ５のソースはトランジスタＱ６のドレインに接続されており、トランジスタＱ６のソースは接地されている。また、補助電源２０の入力端子とトランジスタＱ５、Ｑ６との間には、チョークコイルＬ２が設けられている。
【００１７】
制御回路（制御手段）３０は、この実施例ではＣＰＵを含んで構成され、主電源１０および補助電源２０を制御する。また、制御回路３０には、電源装置１の出力電圧Ｖout、主電源１０の目標電圧Ｖref1、補助電源２０の目標電圧Ｖref2が与えられる。目標電圧Ｖref1は、目標電圧Ｖref2よりも高いものとする。
【００１８】
上記構成の電源装置１において、主電源１０は、制御回路３０により以下のように制御される。すなわち、制御回路３０は、出力電圧Ｖoutと目標電圧Ｖref1との差分をゼロにするための制御信号を生成してトランジスタＱ１〜Ｑ４に与える。この制御信号により、トランジスタＱ１、Ｑ４をオン状態に制御すると共にトランジスタＱ２、Ｑ３をオフ状態に制御する第１フェーズ、および、トランジスタＱ２、Ｑ３をオン状態に制御すると共にトランジスタＱ１、Ｑ４をオフ状態に制御する第２フェーズが交互に繰り返され、交流が生成される。生成された交流電流は、トランスＴｒを介して二次側に伝達され、整流回路によって整流される。そして、この電流のエネルギーがチョークコイルＬ１を介して出力端子に伝達される。このフィードバック制御により、主電源１０の出力電圧（すなわち、電源装置１の出力電圧Ｖout）は、目標電圧Ｖref1に保持される。
【００１９】
制御回路３０は、切替え指示が与えられると、主電源１０を停止して補助電源２０を起動する。切替え指示は、例えば、主電源１０の故障または異常状態が検出されたときに生成される。或いは、ユーザの指示に応じて切替え指示が生成されるようにしてもよい。
【００２０】
補助電源２０は、通常動作時は、制御回路３０により以下のように制御される。すなわち、制御回路３０は、出力電圧Ｖoutと目標電圧Ｖref2との差分をゼロにするための制御信号を生成してトランジスタＱ５、Ｑ６に与える。この制御信号は、この実施例では、ＰＷＭ制御またはＰＦＭ制御されたパルス信号であり、トランジスタＱ５、Ｑ６を交互にオン状態に制御する。すなわち、トランジスタＱ５、Ｑ６に与えられる１組のパルス信号は、その位相が互いに反転している。トランジスタＱ６がオン状態のときは、チョークコイルＬ２にエネルギーが蓄積される。そして、トランジスタＱ５がオン状態に制御されると、チョークコイルＬ２に蓄積されたエネルギーが出力端子に導かれる。このフィードバック制御により、補助電源２０の出力電圧（すなわち、電源装置１の出力電圧Ｖout）は、目標電圧Ｖref2に保持される。
【００２１】
次に、上記構成の電源装置１において、主電源１０から補助電源２０への切り替え時の動作を説明する。以下では、主電源１０から補助電源２０への切り替えのための切替え指示が制御回路３０に与えられた時点において、電源装置１の出力電圧Ｖoutは、主電源１の目標電圧Ｖref1に保持されているものとする。
【００２２】
このとき、仮に、補助電源２０が動作開始直後から上述したフィードバック制御で出力電圧を生成するものとすると、過電流が発生するおそれがある。すなわち、切替え指示が制御回路３０に与えられた直後は、出力電圧Ｖoutは概ね目標電圧Ｖref1と同じであり、補助電源２０の目標電圧Ｖref2よりも高い状態となっている。このため、この状態において補助電源２０について上述のフィードバック制御を開始すると、制御回路３０は、補助電源２０の出力電圧を「Ｖout（＝Ｖref1）」から「Ｖref2」へ低下させるための制御信号を生成してトランジスタＱ５、Ｑ６に与えることになる。ここで、補助電源２０の出力電圧を低下させるためには、チョークコイルＬ２に蓄積するエネルギーを小さくする必要がある。この場合、トランジスタＱ６に与えるパルス信号のデューティを小さくし、これに伴ってトランジスタＱ５に与えるパルス信号のデューティを大きくする制御が行われる。このとき、場合によっては、トランジスタＱ６が常時オフ状態になると共に、トランジスタＱ５が常時オン状態になる。そうすると、電源装置１の出力端子（Ｖout）からトランジスタＱ５、チョークコイルＬ２を介して補助電源２０の入力端子（Ｖin_2）へ大きな電流が流れることになる。この結果、トランジスタＱ５が破損するおそれがある。
【００２３】
この問題を解決するために、実施形態の電源装置１においては、上記切り替え時に、出力電圧Ｖoutに係わりなく、トランジスタＱ５、Ｑ６をフィードフォワード制御する。具体的には、トランジスタＱ６（第１のスイッチ）に対してゼロでない所定のデューティを持ったパルス信号（第１のパルス信号）を与えると共に、そのパルス信号の反転信号であるパルス信号（第２のパルス信号）をトランジスタＱ５（第２のスイッチ）に与える。これにより、トランジスタＱ５のオン時間が制限され、トランジスタＱ５、チョークコイルＬ２を介して流れる電流が過剰になることが回避される。この結果、補助電源２０の回路素子（特に、トランジスタＱ５）の破損を防ぐことができる。なお、トランジスタＱ６に与えるパルス信号のデューティｄは、例えば「ｄ＝１−Ｖin_2／Ｖref2」である。このデューティｄは、補助電源２０の出力電圧をフィードフォワード制御で目標電圧Ｖref2に保持するための値である。
【００２４】
この動作を実現するために、制御回路３０は、タイマ３１を備える。タイマ３１は、切替え指示により起動され、所定時間が経過すると満了する。この所定時間は、例えば、主電源１０から補助電源２０への切り替え時に電源装置１の出力電圧Ｖoutが「Ｖref1」から「Ｖref2」へ低下するまでに要する時間に相当する。そして、制御回路３０は、このタイマ３１が計時している期間は、フィードフォワード制御で補助電源２０の出力電圧を制御し、タイマ３１が満了した後は通常のフィードバック制御で補助電源２０の出力電圧を制御する。
【００２５】
図２は、実施形態の電源装置１の動作を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、例えば所定の時間間隔で、制御回路３０により実行される。
ステップＳ１では、主電源１０から補助電源２０への切替え信号の有無をチェックする。なお、図１を参照しながら説明した切替え指示が与えられたときから、主電源１０が復旧するまでの期間は、「切替え信号あり」であるものとする。切替え信号が無い場合は、ステップＳ２において補助電源２０を停止する。補助電源２０は、例えば、トランジスタＱ５、Ｑ６をオフ状態に制御することにより停止する。そして、ステップＳ３において、主電源１０を通常制御で動作させる。この場合、電源装置１の出力電圧Ｖoutは、主電源１０の目標電圧Ｖref1に保持される。
【００２６】
切替え信号が検出されたときは、ステップＳ４において、主電源１０を停止する。主電源１０は、例えば、トランジスタＱ１〜Ｑ４をオフ状態に制御することにより停止する。続いて、ステップＳ５では、主電源１０から補助電源２０への切り替え時から所定時間が経過しているか否かをチェックする。所定時間が経過しているか否かは、図１に示すタイマ３１を利用してチェックされる。
【００２７】
所定時間が経過する前であれば（ステップＳ５：Ｎｏ）、ステップＳ６において、補助電源２０をフィードフォワード制御で動作させる。このとき、トランジスタＱ６を制御するためのパルス信号のデューティｄは「ｄ＝１−Ｖin_2／Ｖref2」である。また、トランジスタＱ５を制御するためのパルス信号は、デッドタイムを無視するものとすると、例えば、トランジスタＱ６を制御するためのパルス信号を反転することにより得られる。このフィードフォワード制御により、電源装置１の出力電圧Ｖoutは、徐々に補助電圧２０の目標電圧Ｖref2に近づいてゆく。
【００２８】
一方、所定時間が経過した後であれば（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、ステップＳ７において、通常のフィードバック制御で補助電源２０を動作させる。このフィードバック制御は、例えば、出力電圧Ｖoutと目標電圧Ｖref2との誤差についてＰＩ演算を実行し、その演算結果を利用してトランジスタＱ５、Ｑ６を制御するための１組のパルス信号を生成することにより実現される。この結果、電源装置１の出力電圧Ｖoutは、目標電圧Ｖref2に保持される。
【００２９】
図３は、実施形態の電源装置１の動作を示すタイムチャートである。この例では、時刻Ｔ１以前は、主電源１０が正常に動作し、電源装置１の出力電圧Ｖoutは「Ｖref1」に保持されているものとする。そして、時刻Ｔ１において、例えば主電源１０が故障し、主電源１０から補助電源２０への切替えが行われるものとする。
【００３０】
この場合、時刻Ｔ１において、切替え信号がＬ状態からＨ状態に変化する。この状態変化が図１に示す切替え指示に相当する。そして、切替え指示が発生すると、制御回路３０は、フィードフォワード制御で生成した１組のパルス信号でトランジスタＱ５、Ｑ６を駆動する。このパルス信号のデューティは、上述した通りである。このフィードフォワード制御により、電源装置１の出力電圧Ｖoutは、「Ｖref1」から徐々に低下してゆく。このとき、トランジスタＱ５のデューティが過大になることはなく、補助電源２０に大電流が流れ込むことはない。
【００３１】
時刻Ｔ１から所定時間が経過した時刻Ｔ２以降は、制御回路３０は、通常のフィードバック制御で補助電源２０の出力電圧を制御する。ここで、所定時間（即ち、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間）は、電源装置１の出力電圧Ｖoutが「Ｖref1」から「Ｖref2」へ低下するまでに要する時間に相当する。すなわち、時刻Ｔ２において制御方式が切り替わるときには、電源装置１の出力電圧Ｖoutは、概ね「Ｖref2」にまで低下している。したがって、制御方式を切り替えても出力電圧が急激に変化することはない。
【００３２】
＜他の実施形態＞
上述の実施形態では、切り替え後の所定時間において、トランジスタＱ６を制御するパルス信号のデューティを所定の固定値（実施例では、「１−Ｖin_2／Ｖref2」）としているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、このパルス信号のデューティは、上記期間内で時間経過に応じて変化するものであってもよい。
【００３３】
また、本発明は、図１に示す構成のみに適用されるものではない。すなわち、本発明を適用可能な電源回路は、Ｈブリッジ回路を備える構成でなくてもよく、トランスで絶縁される構成でなくてもよい。さらに、本発明は、昇圧型、降圧型のいずれにも適用可能であり、ＰＷＭ制御方式またはＰＦＭ制御方式のいずれにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態の電源装置の構成を示す図である。
【図２】実施形態の電源装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】実施形態の電源装置の動作を示すタイムチャートである。
【図４】主電源および補助電源を備える従来の電源装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１      電源装置
１０    主電源
２０    補助電源
３０    制御回路
３１    タイマ
【図１】
2009142032.tif 000003
【図２】
2009142032.tif 000004
【図３】
2009142032.tif 000005
【図４】
2009142032.tif 000006