JP2020120484A

JP2020120484A - 電源回路

Info

Publication number: JP2020120484A
Application number: JP2019009318A
Authority: JP
Inventors: 優太児島; Yuta Kojima
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2039-01-23
Also published as: JP7077976B2

Abstract

【課題】電源回路の通常時の無駄な電力消費を抑制しつつ、電源からの入力電圧が遮断されたときに低圧負荷に電圧を供給できるようにする。【解決手段】電源に接続された電力ラインに各入力端子が並列に接続されると共に各出力端子が各負荷に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの各出力端子に接続された複数のコンデンサと、複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち出力電圧が最低でない所定ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端子と電力ラインとの接続および遮断を行なう第１スイッチと、所定ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端子と所定ＤＣ／ＤＣコンバータよりも出力電圧が低いＤＣ／ＤＣコンバータの入力端子との接続および遮断を行なう第２スイッチとを備える。そして、第１スイッチがオンで且つ第２スイッチがオフの状態で電力ラインの電圧の低下を検知すると、第１スイッチがオフで且つ第２スイッチがオンの状態に切り替える。【選択図】図１

Description

本発明は、電源回路に関し、詳しくは、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備える電源回路に関する。

従来、この種の電源回路としては、第１昇圧コンバータと、第１コンデンサと、降圧コンバータと、第２昇圧コンバータと、第２コンデンサと、ダイオードと、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。第１昇圧コンバータは、電源から供給される入力電圧を第１電圧に昇圧する。第１コンデンサは、第１昇圧コンバータの出力側と降圧コンバータの入力側とを接続する電力ラインに取り付けられている。降圧コンバータは、第１昇圧コンバータの出力電圧を第１電圧や入力電圧よりも低い第２電圧に降圧して低圧負荷に出力する。第２昇圧コンバータは、電源から供給される入力電圧を第１電圧に昇圧して高圧負荷に出力する。第２コンデンサは、第２昇圧コンバータの出力側と高圧負荷とを接続する電力ラインに取り付けられる。ダイオードは、第２コンデンサの端子間電圧が第１昇圧コンバータの出力電圧よりも高くなると、第２コンデンサと降圧コンバータの入力側とを導通状態にする。こうして構成される電源回路では、電源からの入力電圧が遮断されると、第１，第２昇圧コンバータを停止する。すると、第１コンデンサに蓄えられている電荷に対応する電圧が降圧コンバータにより降圧されて低圧負荷に供給される。そして、第２コンデンサの電圧が第１コンデンサの電圧よりも高くなると、ダイオードを介して第２コンデンサに蓄えられている電荷が第１コンデンサに移動して第１コンデンサが充電され、第１コンデンサに蓄えられている電荷に対応する電圧が降圧コンバータにより降圧されて低圧負荷に供給される。このようにして、電源からの入力電圧が遮断されたときでも、低圧負荷に電圧を供給できるようにしている。

特開２０１０−２０６８７５号公報

電源からの入力電圧が遮断されたときに第１コンデンサを電圧供給用とするには、通常時（電源から入力電圧が供給されているとき）に、第１コンデンサに多くの電荷を蓄積させる必要がある。第１コンデンサに多くの電荷を蓄積させるには、第１コンデンサに供給される電圧を高くする必要があり、このために高圧負荷の駆動に必要のない第１昇圧コンバータの出力電圧を高くする必要があり、電源回路の通常時の無駄な電力消費が大きくなってしまう。

本発明の電源回路は、電源回路の通常時の無駄な電力消費を抑制しつつ、電源からの入力電圧が遮断されたときに低圧負荷に電圧を供給できるようにすることを主目的とする。

本発明の電源回路は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電源回路は、
電源に接続された電力ラインに各入力端子が並列に接続されると共に各出力端子が各負荷に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備える電源回路であって、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの各出力端子に接続された複数のコンデンサと、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち出力電圧が最低でない所定ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端子と前記電力ラインとの接続および遮断を行なう第１スイッチと、
前記所定ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端子と前記所定ＤＣ／ＤＣコンバータよりも出力電圧が低いＤＣ／ＤＣコンバータの入力端子との接続および遮断を行なう第２スイッチと、
前記第１スイッチがオンで且つ前記第２スイッチがオフの状態で前記電力ラインの電圧の低下を検知すると、前記第１スイッチがオフで且つ前記第２スイッチがオンの状態に切り替える制御部と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の電源回路では、電源に接続された電力ラインに各入力端子が並列に接続されると共に各出力端子が各負荷に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの各出力端子に接続された複数のコンデンサと、複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち出力電圧が最低でない所定ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端子と電力ラインとの接続および遮断を行なう第１スイッチと、所定ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端子と所定ＤＣ／ＤＣコンバータよりも出力電圧が低いＤＣ／ＤＣコンバータの入力端子との接続および遮断を行なう第２スイッチとを備える。そして、第１スイッチがオンで且つ第２スイッチがオフの状態で電力ラインの電圧の低下を検知すると、第１スイッチがオフで且つ第２スイッチがオンの状態に切り替える。これにより、電源に接続された電力ラインと所定ＤＣ／ＤＣコンバータよりも出力電圧が低いＤＣ／ＤＣコンバータの入力端子との間に昇圧コンバータおよびコンデンサを設けることなく、電源からの入力電圧が遮断されたときに、所定ＤＣ／ＤＣコンバータよりも出力電圧が低いＤＣ／ＤＣコンバータの出力端子に接続された負荷（低圧負荷）に電圧を供給することができる。この結果、電源回路の通常時（電力ラインの電圧が低下していないとき）の無駄な電力消費を抑制しつつ、電源からの入力電圧が遮断されたときに低圧負荷に電圧を供給することができる。

こうした本発明の電源回路において、前記複数のコンデンサのうち、前記所定ＤＣ／ＤＣコンバータよりも出力電圧が低いＤＣ／ＤＣコンバータの出力端子に接続されたコンデンサの容量は、前記所定ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端子に接続されたコンデンサの容量に比して小さいものとしてもよい。こうすれば、所定ＤＣ／ＤＣコンバータよりも出力電圧が低いＤＣ／ＤＣコンバータの出力端子に接続されたコンデンサの小型化や低コスト化を図ることができる。

本発明の一実施例としての電源回路２０を備える電源装置１０の構成の概略を示す構成図である。電源監視ＩＣ５０の処理を示すフローチャートの一例を示す説明図である。比較例の電源装置１１０の構成の概略を示す構成図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての電源回路２０を備える電源装置１０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電源装置１０は、図示するように、電源１２と、電源回路２０および第１〜第４負荷６１〜６４を有する電子制御ユニット１８とを備える。電源回路２０は、第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４と、第１〜第４コンデンサ４１〜４４と、第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２と、第１，第２ダイオードＤ１，Ｄ２と、電源監視ＩＣ５０とを備える。なお、電源１２や第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４、第１〜第４負荷６１〜６４の負極端子や、第１〜第４コンデンサ４１〜４４の一方の端子は、それぞれ金属製の筐体（電源装置１０が車両に搭載される場合、例えば車体）に接地されている。即ち、筐体が負極ラインに相当する。また、第１〜第４負荷６１〜６４としては、マイクロコンピュータや各種センサの駆動ＩＣなどを挙げることができる。

第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４の各入力端子は、電源１２に接続された電力ライン２６に互いに並列に接続されており、第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４の各出力端子は、それぞれ電力ライン３１〜３４を介して第１〜第４負荷６１〜６４に接続されている。第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４は、図示しないマイクロコンピュータにより制御され、電源１２から電力ライン２６を介して供給される入力電圧Ｖｉｎを電圧変換（昇圧または降圧）して出力電圧Ｖｏ１〜Ｖｏ４として電力ライン３１〜３４を介して第１〜第４負荷６１〜６４に供給する。実施例では、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｏ１を、第２〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ２２〜２４の出力電圧Ｖｏ２〜Ｖｏ４よりも高くするものとした。

第１〜第４コンデンサ４１〜４４は、電力ライン３１〜３４の電圧（第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４の出力電圧Ｖｏ１〜Ｖｏ４）の平滑用として第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４の出力端子（電力ライン３１〜３４）に接続されている。第１コンデンサ４１としては、第２〜第４コンデンサ４２〜４４よりも容量が十分に大きいコンデンサが用いられる。

第１スイッチＳＷ１は、電力ライン２６と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１との接続および遮断を行なう。第２スイッチＳＷ２は、電力ライン３１と電力ライン２６との接続および遮断を行なう。

第１ダイオードＤ１は、電源１２から第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４の方向が順方向となるように電力ライン２６に取り付けられている。第２ダイオードＤ２は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力端子や第１コンデンサ４１、第１負荷６１から第２スイッチＳＷ２の方向が順方向となるように電力ライン３１に取り付けられている。

電源監視ＩＣ５０は、電力ライン３２の電圧により作動する。この電源監視ＩＣ５０は、電源１２から電力ライン２６に供給される入力電圧Ｖｉｎ（詳細には、電力ライン２６におけるダイオードＤ１よりも電源１２側の電圧）を監視すると共に、第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンオフする。

こうして構成された実施例の電源回路２０では、電源監視ＩＣ５０は、図２のフローチャートに示すように、システム起動すると、第１スイッチＳＷ１をオンにすると共に第２スイッチＳＷ２をオフにすることにより、電力ライン２６と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の入力端子とを接続すると共に電力ライン２６と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力端子や第１コンデンサ４１とを遮断する（ステップＳ１００）。このときには、第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４は、図示しないマイクロコンピュータにより制御され、電源１２から電力ライン２６を介して供給される入力電圧Ｖｉｎを電圧変換して出力電圧Ｖｏ１〜Ｖｏ４として電力ライン３１〜３４に出力する。この出力電圧Ｖｏ１〜Ｖｏ４（出力電力Ｐｏ１〜Ｐｏ４）は、第１〜第４コンデンサ４１〜４４の充電（電荷の蓄積）や第１〜第４負荷６１〜６４の作動に用いられる。

続いて、電源１２と電力ライン２６との一時的な接触不良などにより、電源１２から電力ライン２６を介して供給される入力電圧Ｖｉｎが閾値Ｖｉｎｒｅｆ未満に低下すると（ステップＳ１１０）、電源１２からの入力電圧Ｖｉｎが遮断されたとして、第１スイッチＳＷ１をオフにすると共に第２スイッチＳＷ２をオンにすることにより、電力ライン２６と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の入力端子とを遮断すると共に電力ライン２６と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力端子や第１コンデンサ４１とを接続して（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。これにより、第１コンデンサ４１に蓄積されている電荷に応じた電圧が電力ライン３１（ダイオードＤ２）、第２スイッチＳＷ２、電力ライン２６を介して第２〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ２２〜２４に供給され、第２〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ２２〜２４は、その電圧を電圧変換して電力ライン３２〜３４を介して第２〜第４負荷６２〜６４に供給する。

図３は、比較例の電源装置１１０の構成の概略を示す構成図である。図３の電源装置１１０は、図１に示した電源装置１０の電源回路２０に対して第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２および電源監視ＩＣ５０を省略すると共にＤＣ／ＤＣコンバータ１２１およびコンデンサ１４１を追加した点を除いて、図１の電源装置１０と同一である。したがって、電源装置１１０のうち電源装置１０と同一の部分については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２１の入力端子は、電源１２および第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の入力端子に接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２１の出力端子は、ダイオードＤ２のカソード側や第２〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ２２〜２４の入力端子に接続されている。コンデンサ１４１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２１の出力端子に接続されている。

こうして構成される比較例の電源装置１１０の電源回路１２０では、上述の特許文献１に記載した電源回路と同様に、電源１２からの入力電圧Ｖｉｎが遮断されると、コンデンサ１４１に蓄えられている電荷に対応する電圧が第２〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータに供給され、第２〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ２２〜２４は、その電圧を電圧変換して電力ライン３２〜３４を介して第２〜第４負荷６２〜６４に供給する。そして、第１コンデンサ４１の電圧がコンデンサ１４１の電圧よりも高くなると、ダイオードＤ２を介して第１コンデンサ４１に蓄えられている電荷がコンデンサ１４１に移動してコンデンサ１４１が充電され、コンデンサ１４１に蓄えられている電荷に対応する電圧が第２〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータに供給され、第２〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ２２〜２４は、その電圧を電圧変換して電力ライン３２〜３４を介して第２〜第４負荷６２〜６４に供給する。

この電源回路１２０では、電源１２からの入力電圧Ｖｉｎが遮断されたときにコンデンサ１４１を電圧供給用とするには、通常時（電源１２から入力電圧Ｖｉｎが供給されているとき）に、コンデンサ１４１に多くの電荷を必要があり、このために第１負荷６１のような高圧負荷の駆動に必要のないＤＣ／ＤＣコンバータ１２１の出力電圧を高くする必要があり、電源回路１２０の通常時の無駄な電力消費が大きくなってしまう。

これに対して、実施例の電源装置１０の電源回路２０では、比較例の電源回路１２０のようにＤＣ／ＤＣコンバータ１２１およびコンデンサ１４１を設けることなく、電源１２からの入力電圧Ｖｉｎが遮断されたときに、第１コンデンサ４１の電荷を用いて第２〜第４負荷６２〜６４に電圧供給することができる。この結果、電源回路２０の通常時の無駄な電力消費を抑制しつつ、電源１２からの入力電圧Ｖｉｎが遮断されたときに第２〜第４負荷６２〜６４に電圧を供給することができると言える。

以上説明した実施例の電源回路２０では、電源回路２０は、第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４と、第１〜第４コンデンサ４１〜４４と、第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２と、電源監視ＩＣ５０とを備える。第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４の各入力端子は、電源１２に接続された電力ライン２６に互いに並列に接続されており、第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４の各出力端子は、それぞれ電力ライン３１〜３４を介して第１〜第４負荷６１〜６４に接続されている。第１〜第４コンデンサ４１〜４４は、第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４の各出力端子に接続されている。第１スイッチＳＷ１は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の入力端子と電力ライン２６との接続および遮断を行なう。第２スイッチＳＷ２は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力端子と第２〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端子との接続および遮断を行なう。電源監視ＩＣ５０は、第１スイッチＳＷ１がオンで且つ第２スイッチＳＷ２がオフの状態で電力ライン２６の電圧（電源１２からの入力電圧Ｖｉｎ）の低下を検知すると、第１スイッチＳＷ１がオフで且つ第２スイッチＳＷ２がオンの状態に切り替える。こうした構成とすることにより、電源回路２０の通常時の無駄な電力消費を抑制しつつ、電源１２からの入力電圧Ｖｉｎが遮断されたときに第２〜第４負荷６２〜６４に電圧を供給することができる。

しかも、実施例の電源回路２０では、第１昇圧コンバータ２１の出力端子に接続される第１コンデンサ４１の容量を、第１昇圧コンバータ２１よりも出力電圧が低い第２〜第４昇圧コンバータ２２〜２４の出力端子に接続される第２〜第４コンデンサ４２〜４４の容量よりも大きくする。これにより、第２〜第４コンデンサ４１〜４４の小型化や低コスト化を図ることができる。

実施例の電源回路２０では、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｏ１を第２〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ２２〜２４の出力電圧Ｖｏ２〜Ｖｏ４よりも高くする、即ち、出力電圧Ｖｏ１を出力電圧Ｖｏ１〜Ｖｏ４のうち最大とするものとした。しかし、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｏ１を第２〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ２２〜２４の出力電圧Ｖｏ２〜Ｖｏ４のうちの少なくとも１つよりも高くする、即ち、出力電圧Ｖｏ１を出力電圧Ｖｏ１〜Ｖｏ４のうち低い側から２番目以降とするものであればよい。

この場合、電源１２からの入力電圧Ｖｉｎが低下したときに、スイッチＳＷ１をオフ且つスイッチＳＷ２をオンにすると、第１コンデンサ４１に蓄積されている電荷に応じた電圧を電力ライン３１（ダイオードＤ２）、第２スイッチＳＷ２、電力ライン２６、第２〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ２２〜２４のうち第１昇圧コンバータ２１よりも出力電圧が低いＤＣ／ＤＣコンバータ（低出力ＤＣ／ＤＣコンバータ）を介して、低出力ＤＣ／ＤＣコンバータに接続された負荷に電圧を供給することができる。

実施例の電源回路２０では、電源１２に接続された電力ライン２６に各入力端子が並列に接続された第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４を備えるものとしたが、ＤＣ／ＤＣコンバータの数は、４つに限定されるものではなく、２つや３つ、５つ以上としてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４が「複数のＤＣ／ＤＣコンバータ」に相当し、第１〜第４コンデンサ４１〜４４が「複数のコンデンサ」に相当し、スイッチＳＷ１が「第１スイッチ」に相当し、スイッチＳＷ２が「第２スイッチ」に相当し、電源監視ＩＣ５０が「制御部」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電源回路の製造産業などに利用可能である。

１０，１１０電源装置、１２電源、１８電子制御ユニット、２０，１２０電源回路、２１〜２４第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ、２６，３１〜３４電力ライン、４１〜４４第１〜第４コンデンサ、５０電源監視ＩＣ、６１〜６４第１〜第４負荷、１２１ＤＣ／ＤＣコンバータ、１４１コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２第１，第２ダイオード、ＳＷ１，ＳＷ２第１，第２スイッチ。

Claims

電源に接続された電力ラインに各入力端子が並列に接続されると共に各出力端子が各負荷に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備える電源回路であって、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの各出力端子に接続された複数のコンデンサと、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち出力電圧が最低でない所定ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端子と前記電力ラインとの接続および遮断を行なう第１スイッチと、
前記所定ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端子と前記所定ＤＣ／ＤＣコンバータよりも出力電圧が低いＤＣ／ＤＣコンバータの入力端子との接続および遮断を行なう第２スイッチと、
前記第１スイッチがオンで且つ前記第２スイッチがオフの状態で前記電力ラインの電圧の低下を検知すると、前記第１スイッチがオフで且つ前記第２スイッチがオンの状態に切り替える制御部と、
を備える電源回路。