(57)【要約】【課題】バックアップ用の入力系統の部品を有効活用して装置全体として設置スペース及びコストの低減を図ることができるＤＣ／ＤＣコンバータを提供する。【解決手段】第１の出力部１２に対して第１の入力系統１３及びバックアップ用の第２の入力系統１４が互いに並列に接続されている。第１の入力系統１３は第１の出力部１２に加えて第２の出力部２９にも出力用スイッチＳＷ２を介して接続されている。第２の入力系統１４は、昇圧回路２４を備えるとともにその昇圧用コイルは第１の入力系統の電力を第２の出力部２９に供給する際のフィルタ用コイルとして共用され、かつ入力用スイッチＳＷ１を介して補助バッテリ２２に接続可能に構成されている。第２の出力部２９は入力用スイッチＳＷ１と昇圧用コイルとの接続点から分岐されて設けられ、出力用スイッチＳＷ２は前記接続点と第２の出力部２９との間に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の出力部に対して第１の入力系統及び第２の入力系統が互いに並列に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータであって、前記第１の入力系統は前記第１の出力部に加えて第２の出力部にも出力用スイッチを介して接続され、前記第２の入力系統は前記第１の入力系統のバックアップ用として設けられ、昇圧回路を備えるとともにその昇圧用コイルは前記第１の入力系統の電力を前記第２の出力部に供給する際のフィルタ用コイルとして共用され、かつ入力用スイッチを介して補助電源に接続可能に構成され、前記第２の出力部は前記入力用スイッチと前記昇圧用コイルとの接続点から分岐されて設けられ、前記出力用スイッチは前記接続点と前記第２の出力部との間に設けられているＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記第１の入力系統は整流回路を備え、前記整流回路の温度を検出する温度センサが設けられ、前記温度センサの検出温度が設定温度以上になると前記出力用スイッチをオフ状態にする制御手段を備えている請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータに係り、詳しくは一つの出力部に二つの入力系統を備えたＤＣ／ＤＣコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジン及びモータを駆動源として備えたハイブリッド自動車が実用化されている。ハイブリッド自動車では、車両駆動用の高圧電源と、従来のガソリン自動車に用いられてきた補機部品用の低圧電源が搭載されている。
【０００３】
ＥＰＳの電源供給系統の異常に対する配慮から、ＥＰＳの電源供給系統として高圧バッテリと通常の補機用バッテリとの２系統の電源供給系統を備え、通常は高圧バッテリから電源を供給し、バックアップ時には補機用バッテリの電圧を昇圧回路で昇圧して供給するようにした電源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、一つの出力部に対して二つの入力系統が互いに並列に接続された構成のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、各入力系統に設けられたチョークコイルが共通のコアに巻回されたＤＣ／ＤＣコンバータが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１入力系統が動作中は第２入力系統が停止され、第１入力系統からの入力が不能なときに第２入力系統から入力が行われるようになっている。
【特許文献１】特開２００７−１５４７４号公報
【特許文献２】特開２００６−３４０５８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の電源装置は、ＥＰＳの信頼性を高めるために高圧電源の異常時のバックアップ用に高圧バッテリではなく低圧バッテリを用いるとともに、昇圧回路で昇圧する構成とすることで、電源コストを低減している。しかし、バックアップ機能を搭載するために機器の体格が大型化してしまうというデメリットも持つ。
【０００６】
特許文献２のＤＣ／ＤＣコンバータは、バックアップ用の入力系統に使われる素子を通常時の入力系統（メイン回路）とできる限り共用し、バックアップ機能を搭載するために機器の体格が大型化してしまうというデメリットを低減するようにしている。しかし、特許文献２のＤＣ／ＤＣコンバータにおいても、バックアップ用の回路は通常時には使用されない。
【０００７】
一方、近年、車両において多数の電子機器が同一の電源供給系統に接続されているが、電源供給系統に並列に接続しただけでは、機器との整合性によりノイズ性能が悪化することがあり、フィルタ用のコイルが必要になる。
【０００８】
本発明は前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的はバックアップ用の入力系統を備えたＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、バックアップ用の入力系統の部品を有効活用して装置全体として設置スペース及びコストの低減を図ることができるＤＣ／ＤＣコンバータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するため請求項１に記載の発明は、第１の出力部に対して第１の入力系統及び第２の入力系統が互いに並列に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータであって、前記第１の入力系統は前記第１の出力部に加えて第２の出力部にも出力用スイッチを介して接続されている。前記第２の入力系統は前記第１の入力系統のバックアップ用として設けられ、昇圧回路を備えるとともにその昇圧用コイルは前記第１の入力系統の電力を前記第２の出力部に供給する際のフィルタ用コイルとして共用され、かつ入力用スイッチを介して補助電源に接続可能に構成されている。前記第２の出力部は前記入力用スイッチと前記昇圧用コイルとの接続点から分岐されて設けられ、前記出力用スイッチは前記接続点と前記第２の出力部との間に設けられている。
【００１０】
この発明では、第１の出力部に対して第１の入力系統の他にバックアップ用として第２の入力系統が設けられているため、第１の出力部にバックアップが必要な重要な機能を有する機器を接続することにより、その機器の信頼性が確保される。また、第２の出力部にはノイズ性能の悪化を防止するフィルタ用コイルが設けられているため、第１の出力部に接続される機器と異なる種類の機器を支障なく使用できる。そして、第２の入力系統で使用される昇圧用コイルと第２の出力部のフィルタ用コイルが共用されているため、バックアップ用の入力系統の部品を有効活用して装置全体として設置スペース及びコストの低減を図ることができる。
【００１１】
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、前記第１の入力系統は整流回路を備え、前記整流回路の温度を検出する温度センサが設けられ、前記温度センサの検出温度が設定温度以上になると前記出力用スイッチをオフ状態にする制御手段を備えている。
【００１２】
整流回路は、第１の出力部及び第２の出力部に接続された機器の電力使用量の増大によって発熱量が大きくなる。整流回路の発熱量が大きな状態で使用が続けられるのを放置すると、過熱により整流回路に支障をきたす。この発明では、整流回路の温度が温度センサで検出され、設定温度以上になると第２の出力部への出力が停止さるため、整流回路が過熱状態になることが抑制される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、バックアップ用の入力系統を備えたＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、バックアップ用の入力系統の部品を有効活用して装置全体として設置スペース及びコストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明をハイブリッド自動車の複数の機器に電源を供給する車載用の電源装置としてのＤＣ／ＤＣコンバータに具体化した一実施形態を図１にしたがって説明する。
図１に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、第１の出力部１２に対して第１の入力系統１３及び第２の入力系統１４が互いに並列に接続されている。第１の入力系統１３は、高圧の主バッテリ１５を電源にするとともに、一次側と二次側とがトランス１６で絶縁されたメイン回路を構成する。一次側にはノイズフィルタ１７及び直流を交流に変換するスイッチング部１８が設けられている。二次側には整流回路１９と、フィルタコイル２０と、平滑用コンデンサ２１が設けられている。整流回路１９には、ダイオードＤを４個使用したブリッジ整流回路が使用されている。主バッテリ１５は、図示しない駆動輪を駆動するモータ用の高圧電源であり、出力が３００Ｖ程度である。
【００１５】
第２の入力系統１４は、第１の入力系統１３のバックアップ用として設けられており、図示しない補機（ヘッドライトやワイパ）の駆動用の補助電源としての補助バッテリ２２（１２Ｖ）に入力端子２３が接続されるとともに、昇圧回路２４を備えている。昇圧回路２４は、第１の出力部１２とアースＧＮＤとの間に直列に接続された２個のＭＯＳＦＥＴ２５，２６と、一端が入力端子２３に、他端が両ＭＯＳＦＥＴ２５，２６の接続点に接続された共用コイル２７と、入力端子２３と共用コイル２７との接続点とアースＧＮＤとの間に接続されたコンデンサ２８とで構成されている。共用コイル２７とコンデンサ２８との間には入力用スイッチＳＷ１が接続されている。即ち、第２の入力系統１４は、入力用スイッチＳＷ１を介して補助電源に接続可能に構成されている。
【００１６】
入力用スイッチＳＷ１と共用コイル２７の接続点には、出力用スイッチＳＷ２を介して第２の出力部２９が接続されている。即ち、第２の出力部２９は入力用スイッチＳＷ１と共用コイル２７との接続点から分岐されて設けられている。また、第２の出力部２９は、出力用スイッチＳＷ２、共用コイル２７、ＭＯＳＦＥＴ２５を介してフィルタコイル２０と平滑用コンデンサ２１の接続点に接続されている。そして、第２の出力部２９には出力用スイッチＳＷ２及びＭＯＳＦＥＴ２５がオンで、かつ入力用スイッチＳＷ１がオフの状態において第１の入力系統１３から電力が供給可能に構成されている。共用コイル２７は、第２の入力系統１４が機能するときは昇圧回路２４の昇圧用コイルとして機能し、第１の入力系統１３から第２の出力部２９に電力が供給されるときはフィルタ用コイルとして機能する。
【００１７】
第１の入力系統１３及び第２の入力系統１４は制御手段としての制御装置３０により制御される。スイッチング部１８、ＭＯＳＦＥＴ２５，２６のゲート、入力用スイッチＳＷ１及び出力用スイッチＳＷ２には、制御装置３０から出力される駆動信号がそれぞれ入力されるようになっている。制御装置３０は、通常は第１の入力系統１３から第１の出力部１２及び第２の出力部２９に電力を供給するように、スイッチング部１８、ＭＯＳＦＥＴ２５，２６のゲート、入力用スイッチＳＷ１及び出力用スイッチＳＷ２を制御する。また、制御装置３０には、整流回路１９の温度を検出する温度センサ３１の検出信号が入力され、制御装置３０は、温度センサ３１の検出温度が設定温度以上になると出力用スイッチＳＷ２をオフ状態にするように制御する。制御装置３０は、故障等何らかの原因で主バッテリ１５からの電力供給ができなくなった際に、補助バッテリ２２から第１の出力部１２にのみ電力を供給するようにＭＯＳＦＥＴ２５，２６、入力用スイッチＳＷ１及び出力用スイッチＳＷ２を制御する。
【００１８】
第１の出力部１２には第１の機器用制御装置３２が接続されている。また、第２の出力部２９には第２の機器用制御装置３３が接続されている。第１の機器用制御装置３２及び第２の機器用制御装置３３はインバータ（図示せず）を備え、第１の出力部１２又は第２の出力部２９から出力された直流電圧を交流電圧に変換して出力するようになっている。
【００１９】
次に前記のように構成されたＤＣ／ＤＣコンバータ１１の作用を説明する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、例えば、ハイブリッド自動車に用いられる機器用の電源装置として使用される。第１の入力系統１３から第１の出力部１２及び第２の出力部２９に電力供給が可能な状態においては、制御装置３０は、入力用スイッチＳＷ１をオフ状態、出力用スイッチＳＷ２をオン状態、ＭＯＳＦＥＴ２５をオン状態、ＭＯＳＦＥＴ２６をオフ状態に制御する。そして、トランス１６の二次側出力電圧が第１の機器及び第２の機器の駆動電圧（この実施形態では４２Ｖ）になるように、スイッチング部１８を制御する。スイッチング部１８がスイッチング制御されることにより、トランス１６の二次側に交流が発生し、整流回路１９で整流されて直流に変換され、フィルタコイル２０及び平滑用コンデンサ２１の作用でリプルの小さな直流として第１の出力部１２及び第２の出力部２９へ供給される。
【００２０】
フィルタコイル２０は、第１の出力部１２に接続される第１の機器（車両走行に必要な機能を有する機器）に適したものが使用されており、第２の出力部２９に接続される第２の機器（他の電子機器）に適したものではない。しかし、第２の出力部２９から出力される直流は共用コイル２７を通過し、共用コイル２７がフィルタ用コイルとして機能するため、ノイズ性能が悪化することはない。したがって、第１の機器用制御装置３２及び第２の機器用制御装置３３に適正な直流が供給される。
【００２１】
第１の出力部１２及び第２の出力部２９に接続された負荷の総合電力が大きくなると、整流回路１９の発熱量が大きくなり、発熱量の大きな状態で両出力部１２，２９への電力供給を継続すると、整流回路１９が過熱状態になって損傷する。過熱による整流回路１９の損傷を防止するため、制御装置３０は温度センサ３１の検出信号を入力して、検出温度が設定温度以上になると出力用スイッチＳＷ２をオフ状態に切り換える。その結果、使用電力が低減され、検出温度が設定温度以上になるまで第１の出力部１２への電力供給に支障がなくなる。
【００２２】
故障等何らかの原因で第１の入力系統１３からの電力供給ができなくなった際に、制御装置３０は、第１の入力系統１３からの電力供給を停止するとともに、第２の入力系統１４から第１の出力部１２へ電力を供給するように、入力用スイッチＳＷ１、出力用スイッチＳＷ２、スイッチング部１８及びＭＯＳＦＥＴ２５，２６を制御する。具体的には、入力用スイッチＳＷ１をオン状態、出力用スイッチＳＷ２をオフ状態に保持し、スイッチング部１８のスイッチング制御を停止し、ＭＯＳＦＥＴ２５，２６を同期制御する。
【００２３】
ＭＯＳＦＥＴ２５，２６を同期制御する際には、両ＭＯＳＦＥＴ２５，２６が同じ周期で、ＭＯＳＦＥＴ２５がオンの時にはＭＯＳＦＥＴ２６がオフになり、ＭＯＳＦＥＴ２５がオフの時にはＭＯＳＦＥＴ２６がオンになるように交互にオン、オフ制御される。ＭＯＳＦＥＴ２５をオフ、ＭＯＳＦＥＴ２６をオンにして共用コイル２７に短時間電流を流して共用コイル２７にエネルギー（電力）を蓄え、その後、ＭＯＳＦＥＴ２６をオフ、ＭＯＳＦＥＴ２５をオンにして共用コイル２７に蓄えられた電力を第１の出力部１２へ出力する。即ち、共用コイル２７は昇圧用コイルとして機能する。
【００２４】
共用コイル２７は、第２の入力系統１４から第１の出力部１２に電力を供給する際は昇圧用コイルとして機能し、第１の入力系統１３から第２の出力部２９に電力を供給する際はフィルタ用コイルとして機能する。昇圧用コイルの方がフィルタ用コイルに比較してインダクタンスが大きな（高い）コイルを必要とする。昇圧用コイルとしてインダクタンスが必要なインダクタンスより小さな（低い）コイルを使用すると問題があるが、フィルタ用コイルとして必要なインダクタンスより大きな（高い）コイルを使用しても支障はなく、フィルタ機能は向上する。コイルのインダクタンスが大きい方が、コイルのフィルタ効果は高くなる。インダクタンスを大きくするとコイルの体格も大きくなるため、小型化の観点からはあまり大きくできない。しかし、昇圧用コイルとして使用されるインダクタンスの大きなコイルをフィルタ用コイルとして共用するため、フィルタ効果が大きなコイルを支障無く使用できる。
【００２５】
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。
（１）ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、第１の出力部１２に対して第１の入力系統１３及び第２の入力系統１４が並列に接続され、第１の入力系統１３は第１の出力部１２に加えて第２の出力部２９にも出力用スイッチＳＷ２を介して接続されている。第２の入力系統１４は第１の入力系統１３のバックアップ用として設けられ、昇圧回路２４を備えるとともにその昇圧用コイルは第１の入力系統１３の電力を第２の出力部２９に供給する際のフィルタ用コイルとして共用され、かつ入力用スイッチＳＷ１を介して補助バッテリ２２に接続可能に構成されている。第２の出力部２９は入力用スイッチＳＷ１と昇圧用コイルとの接続点から分岐されて設けられ、出力用スイッチＳＷ２は前記接続点と第２の出力部２９との間に設けられている。したがって、第１の出力部１２にバックアップが必要な重要な機能を有する機器（車両走行に必要な機能を有する機器）を接続することにより、その機器の信頼性が確保される。また、第２の出力部２９から出力される直流は第１の出力部１２に出力される直流がさらにフィルタ用コイルを介して出力されるため、第１の出力部１２に接続される機器と異なる種類の機器（他の電子機器）を支障なく使用できる。そして、第２の入力系統１４で使用される昇圧用コイルと第２の出力部２９のフィルタ用コイルとが共用されているため、バックアップ用の入力系統の部品を有効活用して装置全体として設置スペース及びコストの低減を図ることができる。
【００２６】
（２）車載用のコンバータでは扱う電力が大きいために、昇圧用コイル及びフィルタ用コイルしとして体格の大きなコイルが必要となり、昇圧用コイル及びフィルタ用コイルを別々に設けると各コイルの配置スペースを確保するために装置が大型化する。しかし、前記両コイルを共用化することで部品点数の削減と装置の小型化が可能になる。
【００２７】
（３）第１の入力系統１３は整流回路１９を備えるとともに、整流回路１９の温度を検出する温度センサ３１が設けられている。そして、温度センサ３１の検出温度が設定温度以上になると出力用スイッチＳＷ２をオフ状態にする制御装置３０を備えている。したがって、第１の出力部１２及び第２の出力部２９に接続された機器の電力使用量の増大によって整流回路１９の発熱量が大きな状態で使用が続けられるのが回避され、整流回路１９が過熱状態になることが抑制される。そして、第１の出力部１２からの電力供給が継続されるので、第１の出力部１２に接続された車両走行に必要な機能を有する機器が長時間支障無く動作することが可能になる。
【００２８】
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。
○  第１の出力部１２及び第２の出力部２９は、それぞれ電力を供給すべき機器を一つだけ接続可能な構成に限らず、複数の機器を接続可能な構成としてもよい。また、ノイズ性能を重視する機器を第２の出力部２９に対して、出力用スイッチＳＷ２の下流側において第２の機器と並列に接続してもよい。
【００２９】
○  整流回路１９はダイオードＤを４個使用したブリッジ整流回路に限らず、例えば、ダイオードＤを２個使用した半波整流回路を使用してもよい。
○  車両はハイブリッド自動車に限らず、車両走行を走行用モータのみで行う電気自動車に適用してもよい。電気自動車においては、走行用モータの駆動には出力電圧が１００〜３００Ｖ程度の高圧バッテリあるいは燃料電池を使用することが多い。しかし、ヘッドライトやワイパ等、従来１２Ｖで駆動していた補機用の電源としては、出力電圧が１２Ｖの低圧バッテリを使用する方が従来の補機を使用できるため好ましい。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は電気自動車にも適用することができる。
【００３０】
○  高圧電源としての主バッテリ１５及び補助電源としての補助バッテリ２２の出力電圧は、３００Ｖ程度や１２Ｖに限らない。また、第１の出力部１２及び第２の出力部２９から出力される電圧も４２Ｖに限らず、駆動される負荷（機器）の駆動電圧によって適宜変更してもよい。
【００３１】
○  ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は自動車に搭載される物に限らず、高圧バッテリあるいは燃料電池から電力が供給される複数の駆動部を備え、かつ少なくとも一つの駆動部がバックアップ電源を必要とし、他の少なくとも一つの駆動部がノイズの影響を嫌う装置に適用してもよい。
【００３２】
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記第２の入力系統から電力を供給する場合は、前記第２のスイッチはオフ状態に保持される。
【００３３】
（２）請求項１、請求項２及び前記技術的思想（１）のいずれか一項に記載の発明において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは車載用であり、前記第１の入力系統の電源は車両駆動用モータの電源となる高圧バッテリであり、前記第２の入力系統の電源は補機としてのヘッドライトやワイパの駆動用の補助バッテリである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】一実施形態の回路図。
【符号の説明】
【００３５】
ＳＷ１…入力用スイッチ、ＳＷ２…出力用スイッチ、１１…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１２…第１の出力部、１３…第１の入力系統、１４…第２の入力系統、１９…整流回路、２２…補助電源としての補助バッテリ、２４…昇圧回路、２７…フィルタ用コイル及び昇圧用コイルとしての共用コイル、２９…第２の出力部、３１…温度センサ。
【図１】
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