JP2021153359A - 装置用電源回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】突入電流を軽減して、ヒューズへの負荷を軽減する装置用電源回路を提供する。【解決手段】車両に設けられた車両バッテリ10から、ヒューズ20によって保護された電力ラインL1介して、車載装置1へ電力を供給する装置用電源回路2は、ヒューズより車載装置側に接続された、車両バッテリから生成される第1の二次電源30と、ヒューズより車載装置側に、第1の二次電源と並列に接続された、車両バッテリから生成される第2の二次電源50と、第2の二次電源によって蓄電するコンデンサ60と、車両バッテリから供給される供給電圧が閾値以上である場合、第1の二次電源から車載装置へ電力を供給し、供給電圧が閾値より低い場合、コンデンサから車載装置へ電力を供給する制御部91と、を備える。【選択図】図1
Description
本発明は、装置用電源回路に関する。
車載装置は、車両に搭載されたバッテリなどの外部電源から供給される電力によって、車載装置の内部回路が動作するものがある。車載装置のバッテリの温度が異常上昇した際に強制的に充電を停止するためのヒューズを設ける技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
外部電源の供給電圧が低下した場合に備えて、外部電源から内部回路までの間の電力ラインに、大容量のコンデンサを接続することが知られている。ところが、外部電源と車載装置との接続時に突入電流が発生すると、ヒューズが溶断するおそれがある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、突入電流を軽減して、ヒューズへの負荷を軽減することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る装置用電源回路は、車両に設けられた外部電源から、ヒューズによって保護された電力ラインを介して、車載装置へ電力を供給する装置用電源回路であって、前記ヒューズより前記車載装置側に接続された、前記外部電源から生成される第1の二次電源と、前記ヒューズより前記車載装置側に、前記第1の二次電源と並列に接続された、前記外部電源から生成される第2の二次電源と、前記第2の二次電源によって蓄電する蓄電部と、前記外部電源から供給される供給電圧が閾値以上である場合、前記第1の二次電源から前記車載装置へ電力を供給し、前記供給電圧が閾値より低い場合、前記蓄電部から前記車載装置へ電力を供給する制御部と、を備える。
本発明によれば、突入電流を軽減して、ヒューズへの負荷を軽減することができる。
以下に添付図面を参照して、本発明に係る装置用電源回路の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各実施形態の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の省略、置換又は変更を行うことができる。
[実施形態]
図1は、実施形態に係る装置用電源回路の構成例を示す図である。図2は、実施形態に係る装置用電源回路の構成例の詳細を示す図である。本実施形態では、装置の一例として車載装置について説明し、装置用電源回路の一例として車載装置用電源回路について説明する。図1において、車載装置1は、車両バッテリ(外部電源)10から供給される電圧、すなわち供給電圧によって動作する。車載装置1は、例えば、カーナビゲーション装置、音を出力するカーオーディオ装置などである。
図1は、実施形態に係る装置用電源回路の構成例を示す図である。図2は、実施形態に係る装置用電源回路の構成例の詳細を示す図である。本実施形態では、装置の一例として車載装置について説明し、装置用電源回路の一例として車載装置用電源回路について説明する。図1において、車載装置1は、車両バッテリ(外部電源)10から供給される電圧、すなわち供給電圧によって動作する。車載装置1は、例えば、カーナビゲーション装置、音を出力するカーオーディオ装置などである。
車両バッテリ10は、車両のバッテリである。車両バッテリ10は、電力ラインL1を介して、車載装置1に電圧を供給する。車両バッテリ10は、例えば、直流電圧を供給するバッテリである。車両バッテリ10は、車載装置1と同じ車両に設けられる。車両バッテリ10には、ヒューズ20が設けられている。
ヒューズ20は、車両バッテリ10を保護するために、車両バッテリ10に接続されている。ヒューズ20は、電力ラインL1に配置されている。ヒューズ20は、通過する電流が定格値を超えると自己発熱により溶断する電流ヒューズである。ヒューズ20は、車両装置1の異常で過剰な電流が流れ、ヒューズの定格電流を超えることで溶断し、車両バッテリ10や車両バッテリ10に接続されるその他の機器を保護する。ヒューズ20は、車両バッテリ10と同じ車両に設けられる。
[車載装置]
車載装置1は、車両バッテリ10と、ヒューズ20を介して接続されている。車載装置1は、内部回路90に電力を供給する装置用電源回路2と、車載装置1の動作を制御する制御部91とを有する。
車載装置1は、車両バッテリ10と、ヒューズ20を介して接続されている。車載装置1は、内部回路90に電力を供給する装置用電源回路2と、車載装置1の動作を制御する制御部91とを有する。
[装置用電源回路]
装置用電源回路2は、ヒューズ20と内部回路90との間に配置されている。装置用電源回路2は、車両に設けられた車両バッテリ10から、ヒューズ20によって保護された電力ラインを介して、車載装置1へ電力を供給する。装置用電源回路2は、車両バッテリ10の供給電圧が正常である場合、第1の二次電源30から車載装置1へ電力を供給する。装置用電源回路2は、車両バッテリ10の供給電圧が閾値より低い場合、コンデンサ(蓄電部)60から車載装置1へ電力を供給する。装置用電源回路2は、第1の二次電源30と第2の二次電源50とコンデンサ60とスイッチ70とを含む。
装置用電源回路2は、ヒューズ20と内部回路90との間に配置されている。装置用電源回路2は、車両に設けられた車両バッテリ10から、ヒューズ20によって保護された電力ラインを介して、車載装置1へ電力を供給する。装置用電源回路2は、車両バッテリ10の供給電圧が正常である場合、第1の二次電源30から車載装置1へ電力を供給する。装置用電源回路2は、車両バッテリ10の供給電圧が閾値より低い場合、コンデンサ(蓄電部)60から車載装置1へ電力を供給する。装置用電源回路2は、第1の二次電源30と第2の二次電源50とコンデンサ60とスイッチ70とを含む。
第1の二次電源30は、車載装置1の内部回路90に電圧を供給する二次電源である。第1の二次電源30は、車両バッテリ10から供給される供給電圧によって生成される。本実施形態では、第1の二次電源30は、車両バッテリ10から供給された電圧を降圧する降圧型である。第1の二次電源30は、電力ラインL2に配置されている。第1の二次電源30は、ヒューズ20より車載装置1側に接続される。第1の二次電源30は、例えば、直流電圧を内部回路90へ供給するバッテリである。第1の二次電源30は、車両バッテリ10の供給電圧(バッテリ電圧)の正常時、言い換えると、車両バッテリ10の通常動作時、内部回路90へ電力を供給する。第1の二次電源30は、車載装置1と同じ車両に設けられる。
第1の二次電源30には、整流素子であるダイオード30Dが接続されている。ダイオード30Dは、電力ラインL2に配置されている。ダイオード30Dによって、第1の二次電源30から内部回路90へ電力が供給される。
第2の二次電源50は、車載装置1の内部回路90に電圧を供給する二次電源である。第2の二次電源50は、車両バッテリ10から供給される供給電圧によって生成される。本実施形態では、第2の二次電源50は、車両バッテリ10から供給された電圧を変換する降圧型または昇圧型の直流電圧変換器である。第2の二次電源50は、電力ラインL3に配置されている。第2の二次電源50は、ヒューズ20より車載装置1側に接続される。第2の二次電源50は、例えば、内部回路90へ直流電圧を供給するバッテリである。第2の二次電源50は、車両バッテリ10の供給電圧の異常時、内部回路90へ電力を供給する。第2の二次電源50は、車載装置1と同じ車両に設けられる。第2の二次電源50は、第1の二次電源30と並列に接続されて、第2の二次電源50は突入電流を抑制する機能を有することがある。
本実施形態では、第2の二次電源50には、昇圧回路51が接続されている。昇圧回路51は、第2の二次電源50とコンデンサ60との間に配置されている。昇圧回路51は、電力ラインL3に配置されている。昇圧回路51は、第2の二次電源50から供給される電圧を昇圧する。昇圧回路51は、車両バッテリ10より高い電圧に昇圧することが好ましい。これにより、電力ラインL3は、車両バッテリ10より高い電圧に昇圧される。後述するコンデンサ60は、車両バッテリ10より高い電圧に昇圧された電力ラインL3に配置されている。
第1の二次電源30と第2の二次電源50とは、供給電圧、言い換えると、供給能力が同じであってもよいし、異なってもよい。本実施形態では、第1の二次電源30は、第2の二次電源50より供給電圧が高い、言い換えると、供給能力が高いものとする。言い換えると、第2の二次電源50は、第1の二次電源30より、電力の供給能力が低いものとする。電力の供給能力が低いとは、通常時(車両バッテリ10の供給電圧が正常である場合)に、内部回路90に流れる電流を2[A]とした場合、第1の二次電源30は2[A]を供給できる能力が必要である。これに対して、第2の二次電源50はコンデンサ60の充電電流が供給できればよく、2[A]より格段に少ない電流を供給できればよい。
昇圧回路51とコンデンサ60との間には、整流素子であるダイオード50Dが配置されている。ダイオード50Dは、電力ラインL3に配置されている。ダイオード50Dによって、第2の二次電源50からコンデンサ60を介して内部回路90へ電力が供給される。
コンデンサ60は、第2の二次電源50から供給される電力によって蓄電する、電荷貯蔵素子である。コンデンサ60は、電力ラインL3に配置されている。コンデンサ60は、車両バッテリ10の供給電圧の低下時に、内部回路90の電源を保持するために必要な大量の電荷を蓄える、大容量コンデンサである。コンデンサ60が電力ラインL3に配置されていることにより、第2の二次電源50の内部回路90側の電圧の低下を低減する。コンデンサ60は、第2の二次電源50と同じ車両に設けられる。
スイッチ70は、内部回路90と接続する電気回路を切り替える。スイッチ70は、第1の二次電源30及び第2の二次電源50と、内部回路90との接続を切り替える。スイッチ70は、電力ラインL2及び電力ラインL3と、電力ラインL4との接続を切り替える。スイッチ70は、車両バッテリ10の供給電圧が閾値以上である場合、第1の二次電源30と内部回路90とを接続する。スイッチ70は、車両バッテリ10の供給電圧が閾値より低い場合、第2の二次電源50と内部回路90とを接続する。スイッチ70は、内部回路90の制御部91からの制御信号に基づいて、接続を切り替える。
[内部回路]
内部回路90は、車載装置1の内部回路である。内部回路90は、電源を保持する必要がある回路である。内部回路90は、例えば、車載装置の制御回路などを含む。内部回路90は、第1の二次電源30または第2の二次電源50から供給される電圧によって動作する。内部回路90は、電力ラインL4に配置されている。内部回路90は、車載装置1と一体または車載装置1に含まれる構成である。
内部回路90は、車載装置1の内部回路である。内部回路90は、電源を保持する必要がある回路である。内部回路90は、例えば、車載装置の制御回路などを含む。内部回路90は、第1の二次電源30または第2の二次電源50から供給される電圧によって動作する。内部回路90は、電力ラインL4に配置されている。内部回路90は、車載装置1と一体または車載装置1に含まれる構成である。
内部回路90には、DC/DCコンバータ90Cが接続されている。DC/DCコンバータ90Cは、第1の二次電源30または第2の二次電源50から供給される電圧を、内部回路90に適した電圧にする。内部回路90は、制御部91を有する。
制御部91は、装置用電源回路2の動作を制御する。制御部91は、例えば、マイコン、SOC(System On a Chip)、または論理回路や比較器などで構成される非ソフトウェア制御回路である。制御部91は、内部回路90に供給される電圧によって動作する。制御部91は、車両バッテリ10の供給電圧を常時監視する。制御部91は、車両バッテリ10から供給される供給電圧が閾値以上である場合、第1の二次電源30から内部回路90へ電力を供給する。制御部91は、スイッチ70に対して、電力ラインL2と電力ラインL4とを接続する制御信号を出力する。制御部91は、供給電圧が閾値より低い場合、コンデンサ60から内部回路90へ電力を供給する。制御部91は、スイッチ70に対して、電力ラインL3と電力ラインL4とを接続する制御信号を出力する。
[装置用電源回路の処理]
図3は、実施形態に係る装置用電源回路の動作を示すフローチャートである。装置用電源回路2の動作について、説明する。車載装置1の起動中、言い換えると、装置用電源回路2が動作している間、制御部91は、車両バッテリ10の供給電圧を常時監視する。車載装置1の起動中、車両バッテリ10から第1の二次電源30を介して、内部回路90へ電力が供給されている。
図3は、実施形態に係る装置用電源回路の動作を示すフローチャートである。装置用電源回路2の動作について、説明する。車載装置1の起動中、言い換えると、装置用電源回路2が動作している間、制御部91は、車両バッテリ10の供給電圧を常時監視する。車載装置1の起動中、車両バッテリ10から第1の二次電源30を介して、内部回路90へ電力が供給されている。
制御部91は、車両バッテリ10の供給電圧が正常か否かを判定する(ステップS11)。車両バッテリ10の供給電圧が閾値以上である場合、正常であると判定して(ステップS11でYes)、ステップS12へ進む。車両バッテリ10の供給電圧が閾値より低い場合、異常であると判定して(ステップS11でNo)、ステップS13へ進む。
車両バッテリ10の供給電圧が正常であると判定した場合(ステップS11でYes)、制御部91は、第1の二次電源30から内部回路90へ電力を供給するように、スイッチ70を制御する(ステップS12)。すでに第1の二次電源30から内部回路90へ電力が供給されている場合には、スイッチ70の接続を維持する。コンデンサ60から内部回路90へ電力が供給されている場合には、スイッチ70の接続を切り替える。このようにして、ステップS11でYesの場合、内部回路90は、第1の二次電源30から供給される電圧によって作動する。制御部91は、ステップS14へ進む。
車両バッテリ10の供給電圧が異常であると判定した場合(ステップS11でNo)、制御部91は、コンデンサ60から内部回路90へ電力を供給するように、スイッチ70を制御する(ステップS13)。すでにコンデンサ60から内部回路90へ電力が供給されている場合には、スイッチ70の接続を維持する。第1の二次電源30から内部回路90へ電力が供給されている場合には、スイッチ70の接続を切り替える。このように、ステップS11でNoの場合、内部回路90は、コンデンサ60から供給される電圧によって作動する。制御部91は、ステップS14へ進む。
制御部91は、電力供給を終了するか否かを判定する(ステップS14)。制御部91は、例えば、車載装置1の主電源がOFFにされた場合のように、車載装置1への電力供給を終了すると判定される場合(ステップS14でYes)、処理を終了する。車載装置1への電力供給を終了すると判定しない場合(ステップS14でNo)、ステップS11の処理を再度実行する。
[効果]
上述したように、本実施形態では、車両バッテリ10の後段にヒューズ20を配置する。本実施形態では、ヒューズ20の後段に、車両バッテリ10の供給電圧の低下時にも内部回路90の電源を保持するために必要な電圧を保持した第1の二次電源30と第2の二次電源50とを配置する。本実施形態では、第2の二次電源50の後段に、コンデンサ60を配置する。本実施形態では、ヒューズ20より内部回路90側に、内部回路90の電源を保持するために必要な大量の電荷を蓄電可能なコンデンサ60を配置する。第2の二次電源50とコンデンサ60との間に、昇圧回路51が配置されている。
上述したように、本実施形態では、車両バッテリ10の後段にヒューズ20を配置する。本実施形態では、ヒューズ20の後段に、車両バッテリ10の供給電圧の低下時にも内部回路90の電源を保持するために必要な電圧を保持した第1の二次電源30と第2の二次電源50とを配置する。本実施形態では、第2の二次電源50の後段に、コンデンサ60を配置する。本実施形態では、ヒューズ20より内部回路90側に、内部回路90の電源を保持するために必要な大量の電荷を蓄電可能なコンデンサ60を配置する。第2の二次電源50とコンデンサ60との間に、昇圧回路51が配置されている。
本実施形態では、昇圧回路51への入力を、車両バッテリ10の供給電圧から昇圧した第2の二次電源50から供給する。これにより、本実施形態は、電力ラインL1の容量性負荷を低減できるので、容量性負荷による突入電流を抑制することができる。本実施形態によれば、電力ラインL1のヒューズ20への負荷が軽減できる。これにより、本実施形態は、車両バッテリ10及びヒューズ20の損傷を抑制できる。
本実施形態では、車両バッテリ10の供給電圧から昇圧した第2の二次電源50の後段にコンデンサ60を配置する。本実施形態によれば、電力ラインL1の突入電流を軽減でき、ヒューズ20への負荷を軽減できる。
本実施形態では、車両バッテリ10の供給電圧から昇圧した電力ラインL3にコンデンサ60を追加する。本実施形態によれば、必要なコンデンサ容量を低減でき、コンデンサ60の大きさを小型化できる。
本実施形態では、第2の二次電源50が昇圧型であるので、コンデンサ60の容量を低減できる。
さらに、本実施形態では、第2の二次電源50から昇圧回路51を介してコンデンサ60を充電する。本実施形態によればコンデンサ60の容量をより低減できる。
本実施形態では、車両バッテリ10の後段のヒューズ20と、電荷貯蔵素子であるコンデンサ60とが直接接続されていない。本実施形態によれば、電力ラインL1における容量性負荷による突入電流を抑制して、ヒューズ20への負荷を防止できる。
図4は、従来の装置用電源回路の構成例の詳細を示す図である。従来の装置用電源回路は、車両バッテリ100の後段に、図示しないヒューズと、整流素子であるダイオード100Dとが配置されている。ダイオード100Dの後段には、DC/DCコンバータ90Cと、内部回路90とが配置されている。なお、ダイオード100Dは配置されていなくてもよい。コンデンサ110は、例えば、二次電源などを介さずに、ヒューズと直接接続されている。これにより、車両バッテリ100の供給電圧の低下時、ヒューズが配置された電力ラインへの突入電流によって、ヒューズへの負荷が増大する。
[変形例]
上記では、車両バッテリ10の供給電圧から昇圧する昇圧型の第2の二次電源50の後段に、昇圧回路51を配置するものとして説明したが、これに限定されない。第2の二次電源50は、車両バッテリ10の供給電圧から降圧する降圧型の二次電源であってもよい。この場合、第2の二次電源50は、コンデンサ60の蓄電に必要な電圧を供給可能とする。この場合も、容量性負荷による突入電流を抑制して、ヒューズ20への負荷が軽減できる。また、第2の二次電源50は、突入電流を要請する機能を有する。これにより、第2の二次電源50が降圧型でも突入電流抑制する機能によって、ヒューズの突入電流が抑制され負荷を抑制できる。
上記では、蓄電部として、コンデンサ60を配置するものとして説明したが、蓄電部はこれに限定されない。蓄電部は、例えば、二次電池であってもよい。
上記では、車両バッテリ10の供給電圧から昇圧する昇圧型の第2の二次電源50の後段に、昇圧回路51を配置するものとして説明したが、これに限定されない。第2の二次電源50は、車両バッテリ10の供給電圧から降圧する降圧型の二次電源であってもよい。この場合、第2の二次電源50は、コンデンサ60の蓄電に必要な電圧を供給可能とする。この場合も、容量性負荷による突入電流を抑制して、ヒューズ20への負荷が軽減できる。また、第2の二次電源50は、突入電流を要請する機能を有する。これにより、第2の二次電源50が降圧型でも突入電流抑制する機能によって、ヒューズの突入電流が抑制され負荷を抑制できる。
上記では、蓄電部として、コンデンサ60を配置するものとして説明したが、蓄電部はこれに限定されない。蓄電部は、例えば、二次電池であってもよい。
上記では、装置の一例として車載装置について説明したが、これに限定されない。装置は、例えば船舶用装置または航空機用装置などでもよい。装置用電源回路の一例として車載装置に適用する車載装置用電源回路について説明したが、これに限定されない。例えば、船舶用装置または航空機用装置などにも適用可能である。
1 車載装置(装置)
2 装置用電源回路(装置用電源回路)
10 車両バッテリ(外部電源)
20 ヒューズ
30 第1の二次電源
30D ダイオード
50 第2の二次電源
50D ダイオード
60 コンデンサ(蓄電部)
70 スイッチ
90 内部回路
91 制御部
90C DC/DCコンバータ
L1 電力ライン
L2 電力ライン
L3 電力ライン
L4 電力ライン
2 装置用電源回路(装置用電源回路)
10 車両バッテリ(外部電源)
20 ヒューズ
30 第1の二次電源
30D ダイオード
50 第2の二次電源
50D ダイオード
60 コンデンサ(蓄電部)
70 スイッチ
90 内部回路
91 制御部
90C DC/DCコンバータ
L1 電力ライン
L2 電力ライン
L3 電力ライン
L4 電力ライン
Claims (4)
- 外部電源から、ヒューズによって保護された電力ラインを介して、装置へ電力を供給する装置用電源回路であって、
前記ヒューズより前記装置側に接続された、前記外部電源から生成される第1の二次電源と、
前記ヒューズより前記装置側に、前記第1の二次電源と並列に接続された、前記外部電源から生成される第2の二次電源と、
前記第2の二次電源によって蓄電する蓄電部と、
前記外部電源から供給される供給電圧が閾値以上である場合、前記第1の二次電源から前記装置へ電力を供給し、前記供給電圧が閾値より低い場合、前記蓄電部から前記装置へ電力を供給する制御部、
を備える装置用電源回路。 - 前記第2の二次電源は、昇圧型の電源である、
請求項1に記載の装置用電源回路。 - 前記第2の二次電源は、降圧型の電源である、
請求項1に記載の装置用電源回路。 - 前記第2の二次電源は、前記第1の二次電源より、電力の供給能力が低い、
請求項1に記載の装置用電源回路。
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