JP2003052169A - 負荷駆動装置 - Google Patents

負荷駆動装置

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JP2003052169A
JP2003052169A JP2001239524A JP2001239524A JP2003052169A JP 2003052169 A JP2003052169 A JP 2003052169A JP 2001239524 A JP2001239524 A JP 2001239524A JP 2001239524 A JP2001239524 A JP 2001239524A JP 2003052169 A JP2003052169 A JP 2003052169A
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voltage
switching element
lamp
current
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Yasuhiro Tamai
康弘 玉井
Tetsuya Hasegawa
哲也 長谷川
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Yazaki Corp
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Yazaki Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高電圧を低電圧に変換して負荷を駆動すると
きの突入電力を小さくすると共に、低コスト化、回路の
簡単化を実現する。 【解決手段】 高電圧を供給する高電圧電源２と接続さ
れると共にランプ負荷６と接続された第１スイッチング
素子ＳＷ１と、低電圧を供給する低電圧電源３と接続さ
れると共にランプ負荷６と接続された第２スイッチング
素子ＳＷ２と、第２スイッチング素子ＳＷ２とランプ負
荷６との間に設けられたシャント抵抗２３に流れる電流
値を検出する電流検出手段と、第２スイッチング素子Ｓ
Ｗ２をオン状態にして低電圧電源３により低電圧を供給
開始し、電流検出部２４で検出された電流値が所定値以
上である場合には低電圧をランプ負荷６に供給し、電流
値が所定値以下となったら第２スイッチング素子ＳＷ２
をオフ状態にすると共に、第１スイッチング素子ＳＷ１
を駆動して高電圧電源２からパルス電圧をランプ負荷６
に供給開始するＰＷＭ制御部２２とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高電圧電源を備
え、高電圧電源から供給する電圧よりも低い電圧で動作
する負荷を駆動するときに、高電圧電源からの電圧を下
げて負荷に供給する負荷駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、燃費の向上を図り、燃費に有利な
モータ・ジェネレータと接続された４２［Ｖ］という高
電圧電源を使用して、自動車に搭載される各種負荷を駆
動する開発が進められている。
【０００３】しかし、自動車に搭載されるランプやＣＰ
Ｕ等の低電圧用負荷では高電圧を使用することができな
い負荷もあり、このような負荷には、ＤＣ／ＤＣコンバ
ータを使用し、高電圧を、従来から規格化されていた１
４Ｖに変換することが行われている。
【０００４】しかし、ＤＣ／ＤＣコンバータは、扱う電
力分が多くなるほど高価になる装置である。これに対
し、特開平５−１６８１６４号公報に開示されている負
荷駆動装置は、図３に示すように、高電圧電源１０１に
ランプ負荷１０２、スイッチング素子１０３、可変デュ
ーティＰＷＭ制御回路１０４、電圧変動検出回路１０
５、スイッチ１０６を直列接続したものが知られてい
る。
【０００５】この負荷駆動装置は、スイッチ１０６をオ
ン状態にし、電圧変動検出回路１０５でランプ負荷１０
２に供給する電圧変動を検出しながら、可変デューティ
ＰＷＭ制御回路１０４によりスイッチング素子１０３を
駆動することにより、ランプ負荷１０２に電源供給する
時間と電源供給しない時間との比であるデューティ比を
制御するＰＷＭ制御をしてランプ負荷１０２を駆動す
る。
【０００６】これにより、高電圧電源１０１を使用し、
従来規格の１４［Ｖ］で駆動する低電圧負荷のランプ負
荷１０２を駆動することができる。
【０００７】ただし、自動車に搭載される全ての負荷を
ＰＷＭ制御して駆動することができないため、上述のラ
ンプ負荷１０２等をＰＷＭ制御して駆動し、ＤＣ／ＤＣ
コンバータにより高電圧電源による電圧を下げて、それ
以外の負荷を駆動していた。
【０００８】このようにランプ負荷１０２に供給する電
力分を負荷駆動装置により扱うことで、ＤＣ／ＤＣコン
バータにより電圧を下げる電力分を減らすことができ、
ＤＣ／ＤＣコンバータを安価なものにすることができ
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の負荷駆動装置において、ＰＷＭ制御により高電圧
（４２Ｖ）を低電圧（１４Ｖ）相当にして負荷に供給す
るには、デューティ比の電源供給時間を「１」としたと
きに、電源供給しない時間を「９」程度とするが、高電
圧を使用したときには低電圧を使用したときと比較して
電流値が約３倍となってしまう。
【００１０】特に、負荷を駆動開始するときに発生する
突入電流が３倍となると、数百［Ａ］に達することにな
る。したがって、従来では、ＰＷＭ制御を行って負荷を
駆動するときには、突入電流に耐えうるスイッチング素
子（例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor））を選
択することや、駆動開始するときに供給する電圧値を緩
やかに上昇させる必要があった。
【００１１】しかし、突入電流に耐えうるスイッチング
素子を選択する手法では、定常電流値に対応したスイッ
チング素子に比べて高価で寸法が大きなものを選択する
必要があった。
【００１２】また、駆動開始するときに供給する電圧値
を緩やかに上昇させる手法では、回路が複雑化したり、
過渡状態におけるＦＥＴの発熱が発生したり、負荷の駆
動開始が遅くなるという問題があった。具体的には、負
荷としてランプを駆動する場合には、ランプを点灯させ
るのに時間がかかる等、問題があった。
【００１３】そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて
提案されたものであり、高電圧を低電圧に変換して負荷
を駆動するときの突入電力を小さくすると共に、低コス
ト化、回路の簡単化を実現する負荷駆動装置を提供する
ことを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、請求項１に係る発明では、第１電圧を供給する第
１電源と接続されると共に負荷と接続された第１スイッ
チング素子と、上記第１電圧よりも小さい第２電圧を供
給する第２電源と接続されると共に負荷と接続された第
２スイッチング素子と、上記第２スイッチング素子と負
荷との間に設けられた抵抗に流れる電流値を検出する電
流検出手段と、上記第２スイッチング素子をオン状態に
して上記第２電源により第２電圧を供給開始し、上記電
流検出手段で検出された電流値が所定値以上である場合
には第２電圧を上記負荷に供給し、上記電流検出手段で
検出された電流値が所定値以下となったら上記第２スイ
ッチング素子をオフ状態にすると共に、上記第１スイッ
チング素子を駆動して上記第１電源からパルス電圧を上
記負荷に供給開始する制御手段とを備える。
【００１５】請求項２に係る発明では、請求項１記載の
発明であって、上記第１電源と接続されて、供給された
第１電圧を降下させて負荷に供給する直流電圧変換手段
を更に備える。
【００１６】請求項３に係る発明では、請求項１又は請
求項２に記載の発明であって、上記負荷は、ランプであ
っても良い。
【００１７】請求項４に係る発明では、請求項１〜請求
項３の何れか一に記載の発明であって、上記所定値は、
上記負荷が定常状態となったことを判定する値に設定さ
れている。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【００１９】［負荷駆動装置の構成］本発明は、例えば
図１に示すように構成された負荷駆動装置に適用され
る。この負荷駆動装置は、例えば自動車に搭載され、自
動車を構成する負荷を駆動するために電源を供給するも
のである。この負荷駆動装置は、モータ・ジェネレータ
（Ｍ／Ｇ）１と、モータ・ジェネレータ１に接続された
高電圧電源２と、高電圧電源２よりも低い電圧を供給す
る低電圧電源３と、高電圧電源２及び低電圧電源３と接
続された電気接続部４と、低電圧負荷５、ランプ負荷６
とを備えて構成されている。
【００２０】モータ・ジェネレータ１は、回転型発電機
であり、発電した電力を高電圧電源２に供給する。高電
圧電源２は、モータ・ジェネレータ１からの電源を蓄積
し、蓄積した電力により電気接続部４に高電圧を供給す
る。この高電圧電源２は、高電圧として例えば４２Ｖの
電源を電気接続部４に供給する。
【００２１】また、低電圧電源３は、高電圧電源２より
も低い低電圧を電気接続部４に供給する。低電圧電源３
により供給する低電圧は、例えば４２Ｖよりも低い１４
Ｖである。
【００２２】低電圧負荷５は、後述のＤＣ／ＤＣコンバ
ータと接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータからの低電圧
（１４Ｖ）を入力して駆動する。ランプ負荷６は、後述
のＰＷＭ処理部と接続され、ＰＷＭ処理部で高電圧をＰ
ＷＭ制御して低電圧相当とされたパルス電圧を入力して
駆動する。
【００２３】電気接続部４は、ＬＡＮ（Local Area Net
work）及び高電圧電源２と接続されてランプ負荷６を駆
動するＰＷＭ処理部１１と、高電圧電源２と接続されて
低電圧負荷５を駆動するＤＣ／ＤＣコンバータ１２とを
備える。
【００２４】ＰＷＭ処理部１１は、ＬＡＮと接続された
ＭＰＵ２１（Micro Processing Unit）と、ＤＣ／ＤＣ
コンバータ１２を介して高電圧電源２と接続されたＰＷ
Ｍ制御部２２と、ＰＷＭ制御部２２と接続されると共に
高電圧電源２と接続された第１スイッチング素子ＳＷ１
と、ＰＷＭ制御部２２と接続されると共に、低電圧電源
３と接続された第２スイッチング素子ＳＷ２と、第１ス
イッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２
とランプ負荷６との間に設けられたシャント抵抗２３
と、シャント抵抗２３に流れる電流値を検出してＰＷＭ
制御部２２に検出信号を供給する電流検出部２４とを備
える。本例では、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２
スイッチング素子ＳＷ２は、ＦＥＴ（Field Effect Tra
nsistor）であるが、他のスイッチング素子を使用して
も良い。
【００２５】ＭＰＵ２１は、多重通信が可能なＬＡＮを
介して、図示しない命令生成部からの命令を含む多重信
号からスイッチ信号を読み取り、ランプ負荷６を制御す
るスイッチ信号を生成する。このＭＰＵ２１は、例えば
車両運転者が操作するランプスイッチとＬＡＮを介して
接続されることで、ランプのオン、オフ、ランプの状態
を示す命令が入力される。
【００２６】ＰＷＭ制御部２２は、ＭＰＵ２１からのス
イッチ信号を入力して、入力したスイッチ信号に基づい
て高電圧電源２からの高電圧（４２Ｖ）を変換するスイ
ッチング信号を第１スイッチング素子ＳＷ１に供給する
と共に、スイッチング信号を第２スイッチング素子ＳＷ
２に供給する。
【００２７】電流検出部２４は、シャント抵抗２３の電
流値を検出することで、現在ランプ負荷６に供給されて
いるランプ負荷６の電流値であるランプ電流を検出し、
検出信号をＰＷＭ制御部２２に供給する。
【００２８】ＰＷＭ制御部２２は、電流検出部２４から
の検出信号に基づいてランプ負荷６に供給されているラ
ンプ電流値を認識し、認識したランプ電流値と、予め設
定されたランプ電流のしきい値とを比較して、第１スイ
ッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２の
動作を制御する。
【００２９】ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、コンデンサ
３１、スイッチング素子ＳＷ１１、ダイオード３２、変
圧器３３、ダイオード３４で構成され、高電圧電源２か
らの高電圧が供給される。
【００３０】ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、高電圧電源
２からの高電圧（例えば４２Ｖ）をスイッチング素子Ｓ
Ｗ１１をオン状態にすることにより、変圧器３３に供給
し、変圧器３３により低電圧（例えば１４Ｖ）にして低
電圧負荷５に供給することで、低電圧負荷５を駆動す
る。
【００３１】このＤＣ／ＤＣコンバータ１２を構成する
スイッチング素子ＳＷ１１、変圧器３３は、接続された
低電圧負荷５の数により、高電圧電源２から供給して低
電圧負荷５に供給する容量が変化し、スイッチング素子
ＳＷ１１、変圧器３３が設計されている。
【００３２】［負荷駆動装置の動作］つぎに、上述した
負荷駆動装置により、ランプ負荷６を駆動して点灯させ
るときの動作を図２のタイミングチャートを参照して説
明する。
【００３３】図２によれば、先ず、時刻Ｔ１でＬＡＮを
経由してＭＰＵ２１にランプ負荷６を駆動させる命令が
入力されることにより、ＭＰＵ２１からＰＷＭ制御部２
２にランプ負荷６をオン状態にするスイッチ信号をＰＷ
Ｍ制御部２２に供給する（図２（ａ））。
【００３４】これに応じ、時刻Ｔ１で、ＰＷＭ制御部２
２により、第２スイッチング素子ＳＷ２をオン状態にし
（図２（ｃ））、低電圧電源３からの低電圧を第２スイ
ッチング素子ＳＷ２を介してランプ負荷６に供給する。
【００３５】低電圧がランプ負荷６に供給開始される
と、シャント抵抗２３に流れるランプ電流値を電流検出
部２４により検出することにより、突入電流がランプ負
荷６に供給される（図２（ｄ））。そして、時刻Ｔ１以
降からランプ負荷６が点灯開始し、ランプ負荷６の温度
が上昇することにより次第に突入電流が下がり、時刻Ｔ
１から時刻Ｔ２まで第２スイッチング素子ＳＷ２をオン
状態のまま保持することにより、時刻Ｔ２でランプ電流
値がしきい値以下となる。
【００３６】時刻Ｔ２でランプ電流値がしきい値以下に
なったことを電流検出部２４により検出してＰＷＭ制御
部２２により認識すると、ＰＷＭ制御部２２により、第
２スイッチング素子ＳＷ２をオフ状態にする。すると、
第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子
ＳＷ２が共にオフ状態となっているために（図２
（ｂ）、（ｃ））、時刻Ｔ３でランプ負荷６に供給する
ランプ電流値が零となる。
【００３７】そして、ランプ負荷６に供給するランプ電
流値がしきい値以下となった時刻Ｔ３以降の定常状態で
は、ＰＷＭ制御部２２によって第１スイッチング素子Ｓ
Ｗ１をオンオフ制御することにより、高電圧電源２から
の高電圧をパルス制御することでデューティ比を制御し
て、４２Ｖの高電圧を１４Ｖ相当の低電圧にする。
【００３８】［実施形態の効果］このような動作をする
負荷駆動装置によれば、ランプ負荷６を駆動開始すると
きに、低電圧電源３からの低電圧を第２スイッチング素
子ＳＷ２を介してランプ負荷６に供給するので、ランプ
負荷６の駆動開始時に高電圧を供給する場合と比較し
て、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までに発生する突入電力を小
さくすることができる。具体的には、ランプ負荷６の駆
動開始時に４２Ｖの高電圧をＰＷＭ制御して供給すると
突入電力が数１００アンペアとなるが、１４Ｖの低電圧
を供給することで突入電力を３分の１程度に抑制するこ
とができる。
【００３９】換言すれば、この負荷駆動装置によれば、
ランプ負荷６を駆動開始した直後の低温、すなわち非定
常状態であるときには低電圧で駆動し、十分にランプ負
荷６の温度が上がった後、すなわち定常状態後には高電
圧をＰＷＭ制御して駆動することができ、非定常状態時
の突入電流を抑制することができる。
【００４０】また、この負荷駆動装置では、ランプ負荷
６が定常状態になれば、ＰＷＭ制御をした高電圧をラン
プ負荷６に供給しても、ランプ負荷６に流れるランプ電
流値がそれほど大きくなることがないため、ランプ負荷
６に過電流が流れることなく、過電流を抑制するための
複雑な制御や許容電流値の大きなスイッチング素子を必
要とすることがない。
【００４１】更に、この負荷駆動装置によれば、ランプ
負荷６の駆動開始時の突入電力発生時のみ低電圧電源３
による低電圧で駆動するので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１
２で扱う電力量を少なくすることができる。
【００４２】更にまた、この負荷駆動装置によれば、車
両のイグニッションスイッチのオフ時にランプ負荷６を
使用開始するときでも、第２スイッチング素子ＳＷ２を
制御して、低電圧電源３のみを使用することにより、車
両のスタータを起動させる高電圧電源２の負担を抑制す
ることができる。
【００４３】なお、上述の実施の形態は本発明の一例で
ある。このため、本発明は、上述の実施形態に限定され
ることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明
に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に
応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【００４４】すなわち、上述した実施形態では、高電圧
電源２及び低電圧電源３により駆動される負荷を、ラン
プ負荷とした一例について説明したが、これに限らず、
駆動開始時に突入電力が発生し、定常状態となった後に
ＰＷＭ制御をした高電圧で駆動可能な負荷であれば、本
発明が適用可能である。
【００４５】
【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、第２スイ
ッチング素子をオン状態にして第２電源により第２電圧
を供給開始し、電流検出手段で検出された電流値が所定
値以上である場合には第２電圧を負荷に供給し、電流検
出手段で検出された電流値が所定値以下となったら第２
スイッチング素子をオフ状態にすると共に、第１スイッ
チング素子を駆動して第１電源からパルス電圧を負荷に
供給開始するので、高電圧を低電圧に変換して負荷を駆
動するときの突入電力を小さくすると共に、低コスト
化、回路の簡単化を実現することができる。
【００４６】請求項２に係る発明によれば、第１電源と
接続されて、供給された第１電圧を降下させて負荷に供
給する直流電圧変換手段を更に備え、負荷の使用開始時
に第２電圧を供給するので、この直流電圧変換手段で扱
う電力量を小さくすることができる。
【００４７】請求項３に係る発明によれば、負荷をラン
プとしても、ランプ駆動開始時に突入電流を小さくする
ことができる。
【００４８】請求項４に係る発明によれば、所定値を負
荷が定常状態となったことを判定する値に設定されてい
るので、定常状態になる前では第２スイッチング素子を
オン状態にして第２電圧を負荷に供給して駆動し、定常
状態となったら第１電圧をパルス電圧にして負荷に供給
して駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した負荷駆動装置の構成を示す回
路図である。
【図２】本発明を適用した負荷駆動装置の動作を示すタ
イミングチャートである。
【図３】従来の負荷駆動装置の構成を示す回路図であ
る。
【符号の説明】
１ モータ・ジェネレータ ２ 高電圧電源 ３ 低電圧電源 ４ 電気接続部 ５ 低電圧負荷 ６ ランプ負荷 １１ ＰＷＭ処理部 １２ ＤＣ／ＤＣコンバータ ２１ ＭＰＵ ２２ ＰＷＭ制御部 ２３ シャント抵抗 ２４ 電流検出部 ３１，３４ コンデンサ ３２ ダイオード ３３ 変圧器 ＳＷ１ 第１スイッチング素子 ＳＷ２ 第２スイッチング素子 ＳＷ１１ スイッチング素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H730 AS05 AS11 BB11 BB13 BB57 BB81 BB88 CC13 CC16 DD04 FD31 FG05

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１電圧を供給する第１電源と接続され
    ると共に負荷と接続された第１スイッチング素子と、 上記第１電圧よりも小さい第２電圧を供給する第２電源
    と接続されると共に負荷と接続された第２スイッチング
    素子と、 上記第２スイッチング素子と負荷との間に設けられた抵
    抗に流れる電流値を検出する電流検出手段と、 上記第２スイッチング素子をオン状態にして上記第２電
    源により第２電圧を供給開始し、上記電流検出手段で検
    出された電流値が所定値以上である場合には第２電圧を
    上記負荷に供給し、上記電流検出手段で検出された電流
    値が所定値以下となったら上記第２スイッチング素子を
    オフ状態にすると共に、上記第１スイッチング素子を駆
    動して上記第１電源からパルス電圧を上記負荷に供給開
    始する制御手段とを備えることを特徴とする負荷駆動装
    置。
  2. 【請求項２】 上記第１電源と接続されて、供給された
    第１電圧を降下させて負荷に供給する直流電圧変換手段
    を更に備えることを特徴とする請求項１記載の負荷駆動
    装置。
  3. 【請求項３】 上記負荷は、ランプであることを特徴と
    する請求項１又は請求項２に記載の負荷駆動装置。
  4. 【請求項４】 上記所定値は、上記負荷が定常状態とな
    ったことを判定する値に設定されていることを特徴とす
    る請求項１〜請求項３の何れか一に記載の負荷駆動装
    置。
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