JP2021153359A - 装置用電源回路 - Google Patents

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。）。

特開２００７−０６８２８５号公報

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。

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。 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。 図４は、従来の車置用電源回路の構成例の詳細を示す図である。

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。

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。

［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。

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。

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。

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、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

Claims (4)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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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