JP2011239630A

JP2011239630A - 電源回路

Info

Publication number: JP2011239630A
Application number: JP2010110972A
Authority: JP
Inventors: Norihisa Sakakibara; 典尚榊原; Yasuhiro Koike; 靖弘小池
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2010-05-13
Filing date: 2010-05-13
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2030-05-13
Also published as: JP5510048B2

Abstract

【課題】回路規模やコストの増大を抑えることが可能な電源回路を提供することを目的とする。
【解決手段】バッテリ５の電圧が一時的に低下しているとき、互いに並列接続される昇圧回路２、３の各ＭＯＳＦＥＴ８をオン、オフさせることにより、負荷７への出力電圧を一定に保ち、一時的に低下していたバッテリ５の電圧が元の電圧に戻った後、昇圧回路２、３の各シャント抵抗１６にかかる電圧により求められる電流がアンバランスであるとき、小さい電流が流れる昇圧回路のＭＯＳＦＥＴ８をオン、オフさせることにより、その昇圧回路に流れる電流を増加させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリの電圧を一定に保って負荷に出力する電源回路に関する。

近年、燃料消費量の節減と排ガスの低減を目的として、アイドルストップ車が実用化されている。アイドルストップ車は、信号待ち等で車両の停止動作を検知するとエンジンを自動的に停止し、その後車両の発進動作を検知するとエンジンを自動的に再始動するようにした車両である。

このような車両では、エンジン再始動時において、エンジン始動用のスタータモータに大電流が流れることから、バッテリの電圧が一時的に低下する。また、これに伴って、バッテリに接続されるスタータモータ以外の電装部品などの負荷に供給される電圧も一時的に低下する。そのため、負荷によっては、供給される電圧が動作に必要な電圧の範囲から外れてしまい、一時的に正常に動作しないおそれがある。例えば、カーナビゲーションやオーディオにおいてはリセットが行われたり、オーディオにおいては音飛びが発生したり、運転者の意図せぬ動作が行われるおそれがある。そこで、このような車両では、バッテリの電圧が一時的に低下した場合であっても負荷への必要な電圧の供給を維持することができるように、補助の電源回路を備えるようにしている。

補助の電源回路としては、例えば、昇圧回路を備え、その昇圧回路内のスイッチング素子をオン、オフさせることによりバッテリの電圧を昇圧して負荷への出力電圧を制御するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、昇圧回路を備える電源回路は、昇圧回路内のスイッチング素子のスイッチングによりリップル電流が発生してしまい、そのリップル電流を考慮して定格電力の大きな素子を使用して昇圧回路を構成する必要があり、回路規模やコストが増大するという問題がある。

そこで、電源回路として、例えば、複数の昇圧回路を互いに並列接続し、それら昇圧回路内のそれぞれのスイッチング素子の駆動信号の位相を互いにずらすことが考えられる。これにより、各昇圧回路にそれぞれ発生するリップル電流が互いに相殺されて電源回路全体のリップル電流を低減することができる。

特開２００５−２３７１４９号公報

しかしながら、上述のように、複数の昇圧回路が互いに並列接続される電源回路は、一時的に低下していたバッテリの電圧が元の電圧に戻った後の通常時、スイッチング素子が常時オフし各昇圧回路に流れる電流が各昇圧回路内のインピーダンスに応じた成り行きの電流となるが、各昇圧回路内の素子のばらつきや各昇圧回路内の配線のアンバランスにより、各昇圧回路に流れる電流に差が生じる可能性がある。そのため、この電流の差を考慮し、定格電流の大きな素子を使用して各昇圧回路を構成する必要があり、回路規模やコストが増大するという問題がある。

そこで、本発明は、回路規模やコストの増大を抑えることが可能な電源回路を提供することを目的とする。

本発明の電源回路は、バッテリと、互いに並列接続され、前記バッテリの電圧を昇圧する複数の昇圧回路と、前記複数の昇圧回路のそれぞれの動作を制御する制御回路とを備え、前記複数の昇圧回路は、それぞれ、前記昇圧回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、スイッチング素子と、前記バッテリと前記スイッチング素子との間に設けられるインダクタと、前記インダクタと負荷との間に設けられる整流用素子とを備え、前記制御回路は、前記バッテリの電圧が一時的に低下しているとき、前記複数の昇圧回路の各スイッチング素子をオン、オフさせることにより、前記負荷への出力電圧を一定に保つように制御し、一時的に低下していた前記バッテリの電圧が元の電圧に戻った後、前記複数の昇圧回路の各電流検出手段により検出される電流がアンバランスであるとき、小さい電流が流れる昇圧回路のスイッチング素子をオン、オフさせることにより、その昇圧回路に流れる電流を増加させる。

これにより、複数の昇圧回路にそれぞれ流れる電流がほぼ同じとなるようにバランスを保つことができるため、複数の昇圧回路にそれぞれ流れる電流の差を考慮して定格電流が大きい素子を使用する必要がなくなるため、回路規模やコストの増大を抑えることができる。

また、前記制御回路は、一時的に低下していた前記バッテリの電圧が元の電圧に戻った後、前記複数の昇圧回路の各電流検出手段により検出される電流の差分が所定値以上のとき、前記各電流検出手段により検出される電流がアンバランスであると判断するように構成してもよい。

また、前記制御回路は、一時的に低下していた前記バッテリの電圧が元の電圧に戻った後、前記複数の昇圧回路の各電流検出手段により検出される電流の差分がゼロでないとき、前記各電流検出手段により検出される電流がアンバランスであると判断するように構成してもよい。

本発明は、バッテリの電圧を一定に保って負荷に出力する電源回路において、回路規模やコストの増大を抑えることができる。

本発明の実施形態の電源回路を示す図である。制御回路の動作を示すフローチャートである。

図１は、本発明の実施形態の電源回路を示す図である。
図１に示す電源回路１は、互いに並列接続される昇圧回路２、３を備える。昇圧回路２、３は、それぞれ、コンデンサ４を介してバッテリ５に接続されているとともに、コンデンサ６を介して負荷７に接続され、バッテリ５から得られる電力を１／２ずつ分担して負荷７に供給する。本実施形態の電源回路１は、例えば、アイドルストップ車のエンジン始動用のスタータモータに電力を供給するバッテリ５の電圧を、一定に保って負荷７としてのカーナビゲーションやオーディオなどの電装部品（入力電圧の一時的な低下に伴って一時的に正常動作しなくなるような電装部品）に出力するものとして使用される。

昇圧回路２、３は、それぞれ、ＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦＩＥＬＤＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）８（スイッチング素子）と、バッテリ５とＭＯＳＦＥＴ８との間に設けられるインダクタ９と、インダクタ９と負荷７との間に設けられる整流用のＭＯＳＦＥＴ１０と、ＭＯＳＦＥＴ８を駆動させるドライブ回路１１と、ＭＯＳＦＥＴ１０を駆動させるドライブ回路１２と、ＭＯＳＦＥＴ１０の近傍に設けられるサーミスタ１３（温度検出手段）と、サーミスタ１３にかかる電圧に基づいて求められる温度が所定温度以上であるとき、ドライブ回路１２が故障していることを検出する検出回路１４と、バッテリ５とインダクタ９との間に設けられるヒューズ１５と、ヒューズ１５とインダクタ９との間に設けられるシャント抵抗１６（電流検出手段）とを備えている。なお、ＭＯＳＦＥＴ１０は、整流用素子としてダイオードに置き換えてもよい。この場合、ドライブ回路１２、サーミスタ１３、及び検出回路１４を省略することができる。本実施形態の電源回路１では、整流用素子としてＭＯＳＦＥＴ１０を採用しているため、ダイオードを採用する場合に比べて、整流用素子における電圧降下を小さくすることができ損失を抑えることができる。

また、電源回路１は、制御回路１７を備えている。なお、制御回路１７は、ソフトウェア又はハードウェアによって実現される。ソフトウェアによって実現される場合、制御回路１７はＣＰＵやメモリを含み、ＣＰＵがメモリに格納されている制御プログラムを読み出し実行することによって実現される。

図２は、制御回路１７の動作を示すフローチャートである。
まず、制御回路１７は、例えば、ユーザによりイグニッションキー等が押されてエンジンが始動し、又は、アイドルストップの状態からエンジンが再始動し、エンジン始動用のスタータモータが駆動することで、バッテリ５の電圧（例えば、１２Ｖ）が一時的に低下しているとき、昇圧回路２、３のそれぞれのＭＯＳＦＥＴ８をドライブ回路１１を介してオン、オフさせることにより、バッテリ５の電圧（コンデンサ４にかかる電圧）を昇圧させて負荷７にかかる電圧（コンデンサ６にかかる電圧）を一定に保つ（Ｓ１）。

このとき、制御回路１７は、例えば、昇圧回路２のＭＯＳＦＥＴ８と昇圧回路３のＭＯＳＦＥＴ８を、１８０度位相をずらして（周期の１／２だけタイミングをずらして）オン、オフさせる。これにより、昇圧回路２、３の各ＭＯＳＦＥＴ８のスイッチングにより発生するリップル電流が互いに相殺され、電源回路１全体のリップル電流を低減することができる。なお、制御回路１７は、ＭＯＳＦＥＴ８とＭＯＳＦＥＴ１０とが同時にオンしないようにＭＯＳＦＥＴ１０をドライブ回路１２を介してオン、オフさせるものとする。

次に、制御回路１７は、一時的に低下していたバッテリ５の電圧が元の電圧に戻った後の通常時、昇圧回路２、３のそれぞれのＭＯＳＦＥＴ８を常時オフさせるとともに、昇圧回路２、３のそれぞれのＭＯＳＦＥＴ１０を常時オンさせる（Ｓ２）。すると、バッテリ５からヒューズ１５、シャント抵抗１６、インダクタ９、及びＭＯＳＦＥＴ１０を介して負荷７に電流が流れ、負荷７に電力が供給される。

次に、制御回路１７は、昇圧回路２のシャント抵抗１６にかかる電圧に基づいて、昇圧回路２に流れる電流Ｉ１を検出するとともに、昇圧回路３のシャント抵抗１６にかかる電圧に基づいて、昇圧回路３に流れる電流Ｉ２を検出する（Ｓ３）。

次に、制御回路１７は、電流Ｉ１と電流Ｉ２との差分を求め（Ｓ４）、その差分が所定値以上であるか否かを判断する（Ｓ５）。なお、上記所定値は、昇圧回路２、３を構成する素子の定格電流に基づいて予め設定されるものとする。

差分が所定値以上であると判断した場合（すなわち、電流Ｉ１、Ｉ２がアンバランスであると判断した場合）（Ｓ５がＹｅｓ）、制御回路１７は、その差分に応じてＭＯＳＦＥＴ８の駆動信号のデューティ（例えば、１０％以下）を決定し、そのデューティの駆動信号に基づいて、小さい電流が流れる昇圧回路のＭＯＳＦＥＴ８をオン、オフさせることにより、その昇圧回路の出力電圧をバッテリ５の電圧よりも少しだけ高くさせてその昇圧回路に流れる電流を増加させた後（Ｓ６）、Ｓ３に戻り、再度電流Ｉ１、Ｉ２を検出する。例えば、制御回路１７は、差分が大きい程、デューティを大きくし、差分が小さい程、デューティを小さくする。

一方、差分が所定値以上でないと判断した場合（すなわち、電流Ｉ１、Ｉ２がアンバランスでないと判断した場合）（Ｓ５がＮｏ）、制御回路１７は、昇圧回路２、３のうち、どちらか一方の昇圧回路を昇圧動作させているか否かを判断する（Ｓ７）。

どちらか一方の昇圧回路を昇圧動作させていると判断した場合（Ｓ７がＹｅｓ）、制御回路１７は、その昇圧動作中の昇圧回路を停止させるために、ＭＯＳＦＥＴ８を常時オフ、ＭＯＳＦＥＴ１０を常時オンさせた後（Ｓ８）、Ｓ３に戻り、再度電流Ｉ１、Ｉ２を検出する。

一方、どちらの昇圧回路も昇圧動作させていないと判断した場合（Ｓ７がＮｏ）、制御回路１７は、Ｓ３に戻り、再度電流Ｉ１、Ｉ２を検出する。
なお、制御回路１７は、Ｓ５において、電流Ｉ１、Ｉ２の差分がゼロであるか否かを判断し、差分がゼロであると判断した場合（すなわち、電流Ｉ１、Ｉ２がアンバランスであると判断した場合）、Ｓ６に進み、差分がゼロでないと判断した場合（すなわち、電流Ｉ１、Ｉ２がアンバランスでないと判断した場合）、Ｓ７に進むように構成してもよい。

このように、本実施形態の電源回路１では、通常時、電流Ｉ１、Ｉ２がアンバランスであるとき、小さい電流が流れる昇圧回路のＭＯＳＦＥＴ８を小さいデューティの駆動信号により昇圧動作させることで、その昇圧回路に流れる電流を増加させて電流Ｉ１、Ｉ２がほぼ同じとなるようにバランスを保っている。これにより、電流Ｉ１、Ｉ２の差を考慮して定格電流が大きい素子を使用する必要がなくなるため、回路規模やコストの増大を抑えることができる。

なお、上記実施形態において、制御回路１７は、サーミスタ１３にかかる電圧に基づいて求められる温度が所定温度以上になり、ドライブ回路１２が故障したと検出回路１４により検出されると、ヒューズ１５に大電流が流れてヒューズ１５が切断されるようにＭＯＳＦＥＴ８を常時オンさせる。これにより、ドライブ回路１２が故障してＭＯＳＦＥＴ１０をオン、オフさせることができない状態において、ＭＯＳＦＥＴ８をオン、オフさせてしまっても、ＭＯＳＦＥＴ１０に過電流が流れることを防止することができ、ＭＯＳＦＥＴ１０の温度上昇に伴うＭＯＳＦＥＴ１０の破損を防ぐことができる。

また、上記実施形態では、２つの昇圧回路を互いに並列接続する構成であるが、３つ以上の昇圧回路を互いに並列接続するように構成してもよい。このように構成する場合においても、制御回路１７は、シャント抵抗１６の電圧により求められる各昇圧回路の電流に基づいて、各電流がアンバランスであるか否かを判断する。

また、上記実施形態では、制御回路１７を昇圧回路２内に備える構成であるが、制御回路１７を昇圧回路３内や昇圧回路２、３の外部に備えるように構成してもよい。

１電源回路
２、３昇圧回路
４、６コンデンサ
５バッテリ
７負荷
８、１０ＭＯＳＦＥＴ
９インダクタ
１１、１２ドライブ回路
１３サーミスタ
１４検出回路
１５ヒューズ
１６シャント抵抗
１７制御回路

Claims

バッテリと、
互いに並列接続され、前記バッテリの電圧を昇圧する複数の昇圧回路と、
前記複数の昇圧回路のそれぞれの動作を制御する制御回路と、
を備え、
前記複数の昇圧回路は、それぞれ、
前記昇圧回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、
スイッチング素子と、
前記バッテリと前記スイッチング素子との間に設けられるインダクタと、
前記インダクタと負荷との間に設けられる整流用素子と、
を備え、
前記制御回路は、前記バッテリの電圧が一時的に低下しているとき、前記複数の昇圧回路の各スイッチング素子をオン、オフさせることにより、前記負荷への出力電圧を一定に保つように制御し、一時的に低下していた前記バッテリの電圧が元の電圧に戻った後、前記複数の昇圧回路の各電流検出手段により検出される電流がアンバランスであるとき、小さい電流が流れる昇圧回路のスイッチング素子をオン、オフさせることにより、その昇圧回路に流れる電流を増加させる
ことを特徴とする電源回路。
請求項１に記載の電源回路であって、
前記制御回路は、一時的に低下していた前記バッテリの電圧が元の電圧に戻った後、前記複数の昇圧回路の各電流検出手段により検出される電流の差分が所定値以上のとき、前記各電流検出手段により検出される電流がアンバランスであると判断する
ことを特徴とする電源回路。
請求項１に記載の電源回路であって、
前記制御回路は、一時的に低下していた前記バッテリの電圧が元の電圧に戻った後、前記複数の昇圧回路の各電流検出手段により検出される電流の差分がゼロでないとき、前記各電流検出手段により検出される電流がアンバランスであると判断する
ことを特徴とする電源回路。