JP3610950B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高電圧の電力を降圧させる電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両用の電源装置として、高電圧系と低電圧系を備えた多電圧電源装置が提案されている。この多電圧電源装置の電源回路としては、例えば「ＩＥＥＥＳＰＥＣＴＲＵＭ ２０００年５月 ３４項：ＡＵＴＯＭＯＴＩＶＥ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＰＯＷＥＲ ＵＰ」記載のようなものが考えられている。
【０００３】
この多電圧電源装置の回路図を図１１に示す。
高電圧の電力を出力する高電圧電源１が高電圧電源線Ａに接続される。高電圧電源１からの高電圧の電力は高電圧電源線Ａを介して出力される。また高電圧電源線Ａに電源分配ボックス１０Ｂが備えられ、電源分配ボックス１０Ｂに出力線Ｂ１、Ｂ２を介して高電圧負荷４Ａ、４Ｂ、および主電源線Ｃを介してＤＣ／ＤＣコンバータ３Ｂが接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ｂと低電圧負荷６Ａ、６Ｂが出力線Ｂを介して接続される。また出力線Ｂに低電圧バッテリ７が接続され、通常時は出力線Ｂからの電力により充電される、
【０００４】
次に図１２を用いて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ｂおよび電源分配ボックス１０Ｂの内部構成を説明する。
電源分配ボックス１０Ｂ内の高電圧電源線Ａに出力線Ｂ１、Ｂ２が接続され、出力線Ｂ１、Ｂ２に負荷用トランジスタ１４Ａ、１４Ｂが備えられている。さらに高電圧電源線Ａには主電源線Ｃが接続され、主電源線Ｃには主トランジスタ１１を備える。また負荷用トランジスタ１４Ａ、１４Ｂと主トランジスタ１１は制御素子２１Ｂに接続され、制御素子２１Ｂによって各トランジスタがオンされることによって、高電圧電源線Ａからの高電圧の電力を各高電圧負荷４Ａ、４ＢおよびＤＣ／ＤＣコンバータ３Ｂへ供給する。
【０００５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ｂの内部には、制御素子１６によって制御される低電圧用トランジスタ１５が備えられ、主電源線Ｃから供給された高電圧の電力は、コンデンサ１９で電圧平滑されて低電圧用トランジスタ１５に入力される。入力された高電圧の電力は、低電圧用トランジスタ１５がデューティ制御で駆動されることによって低電圧の電力に降圧され、コンデンサ２０、チョークコイル１８、ダイオード１７によって電圧平滑される。降圧された低電圧の電力は、低電圧負荷６Ａ、６Ｂに供給され、さらに低電圧バッテリ７を充電する。
【０００６】
上記のように、通常時は高電圧電源１からの高電圧の電力によって、各高電圧負荷４Ａ、４Ｂを駆動させるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ｂによって低電圧の電力に降圧して、低電圧負荷６Ａ、６Ｂを駆動させることができる。
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ｂの低電圧用トランジスタ１５または制御素子１６が故障して、低電圧負荷６Ａ、６Ｂへの出力電圧が低下した場合でも、低電圧バッテリ７からの電力により低電圧負荷６Ａ、６Ｂを駆動させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記従来の構成では、低電圧負荷６Ａ、６Ｂへ適正な電圧の電力を供給することができなくなった場合、すなわち、低電圧用トランジスタ１５がオフした状態で故障（以下オープンモード故障）した場合の予備電源として低電圧バッテリ７を備えており、コストアップの要因となる問題があった。
【０００８】
したがって本発明は上記の問題点に鑑み、低電圧用トランジスタ１５が故障した際にも、低電圧バッテリ７を備えることなく、低電圧負荷６Ａ、６Ｂに適正な電圧の電力を供給することができる電源装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、高電圧の電力を出力する高電圧電源と、該高電圧電源に接続される主電源線と、該主電源線を介して高電圧の電力を入力し、入力した高電圧の電力を降圧して、所定の低電圧の電力を出力する降圧回路と、高電圧電源と降圧回路の出力側を接続する副電源線と、降圧回路が出力する電力の電圧値を検出する電圧検出手段と、副電源線に設けられた副スイッチング素子と、副スイッチング素子を制御する制御手段とを備え、降圧回路により降圧した電圧値よりも低い所定の電圧値を第一の電圧値とし、制御手段は、電圧検出手段により検出された電圧値が、第一の電圧値以上である場合は、副スイッチング素子をオフし、また電圧検出手段により検出された電圧値が、第一の電圧値未満である場合は、副スイッチング素子をデューティ制御で駆動することによって高電圧の電力を降圧し、降圧回路が出力する低電圧の電力とするものとした。
【００１０】
請求項２記載の発明は、高電圧の電力を出力する高電圧電源と、該高電圧電源に接続される主電源線と、該主電源線を介して高電圧の電力を入力し、入力した高電圧の電力を降圧して、所定の低電圧の電力を出力する降圧回路と、高電圧電源と降圧回路の出力側を接続する副電源線と、降圧回路が出力する電力の電圧値を検出する電圧検出手段と、主電源線に設けられた主スイッチング素子と、副電源線に設けられた副スイッチング素子と、主スイッチング素子および副スイッチング素子を制御する制御手段とを備え、降圧回路により降圧した電圧値よりも低い所定の電圧値を第一の電圧値とし、降圧回路により降圧した電圧値よりも高い所定の電圧値を第二の電圧値とし、制御手段は、電圧検出手段により検出された電圧値が、第二の電圧値以下で第一の電圧値以上の場合には、主スイッチング素子をオンするとともに、副スイッチング素子をオフし、電圧検出手段により検出された電圧値が、第二の電圧値より高い場合には、主スイッチング素子をデューティ制御で駆動することによって高電圧の電力を降圧し、降圧回路が出力する低電圧の電力とし、また電圧検出手段により検出された電圧値が、第一の電圧値未満である場合には、副スイッチング素子をデューティ制御で駆動することによって高電圧の電力を降圧し、降圧回路が出力する低電圧の電力とするものとした。
【００１１】
請求項３記載の発明は、高電圧の電力を出力する高電圧電源と、該高電圧電源に接続される主電源線と、該主電源線を介して高電圧の電力を入力し、入力した高電圧の電力を降圧して、所定の低電圧の電力を出力する降圧回路と、高電圧電源と降圧回路の出力側を接続する副電源線と、降圧回路が出力する電力の電圧値を検出する電圧検出手段と、主電源線に設けられた主スイッチング素子と、副電源線に設けられた副スイッチング素子と、主スイッチング素子および副スイッチング素子を制御する制御手段とを備え、降圧回路により降圧した電圧値よりも低い所定の電圧値を第一の電圧値とし、降圧回路により降圧した電圧値よりも高い所定の電圧値を第二の電圧値とし、制御手段は、電圧検出手段により検出された電圧値が、第二の電圧値以下で第一の電圧値以上の場合には、主スイッチング素子をオンするとともに、副スイッチング素子をオフし、また電圧検出手段により検出された電圧値が、第二の電圧値より高い、もしくは第一の電圧値未満である場合には、主スイッチング素子をオフするとともに、副スイッチング素子をデューティ制御で駆動することによって高電圧の電力を降圧し、降圧回路が出力する低電圧の電力とするものとした。
【００１２】
請求項４記載の発明は、高電圧の電力を出力する高電圧電源と、該高電圧電源に接続される主電源線と、該主電源線を介して高電圧の電力を入力し、入力した高電圧の電力を降圧して、所定の低電圧の電力を出力する降圧回路と、降圧回路が出力する電力の電圧値を検出する電圧検出手段と、主電源線に設けられた主スイッチング素子と、該主スイッチング素子を制御する制御手段とを備え、降圧回路により降圧した電圧値よりも高い所定の電圧値を第二の電圧値とし、制御手段は、電圧検出手段によって検出された電圧値が、第二の電圧値よりも高い場合には、主スイッチング素子をデューティ制御で駆動することによって高電圧の電力を降圧し、降圧回路が出力する低電圧の電力とするものとした。
【００１３】
請求項５記載の発明は、ユーザに報知する報知部を備え、制御手段は電圧検出手段により検出された電圧値に基づき報知部に信号を出力し、報知部が報知するものとした。
【００１４】
請求項６記載の発明は、ユーザに報知する報知部を備え、制御手段は副スイッチング素子を所定のデューティ比で駆動するとともに、電圧検出手段により検出された電圧に基づいて、副スイッチング素子の故障診断を行い、副スイッチング素子が故障していると診断された場合に、報知部に信号を出力し、報知部が報知するものとした。
請求項７記載の発明は、故障診断は、電源装置の電源投入時に行うものとした。
【００１５】
請求項８記載の発明は、降圧回路が、デューティ制御で駆動されることによって高電圧の電力を低電圧の電力に変換するスイッチング素子を備え、副電源線は降圧回路のスイッチング素子の出力端に接続され、電圧検出手段は副電源線に接続され、制御手段は、電圧検出手段により検出された副電源線の電圧に基づいて、主スイッチング素子および副スイッチング素子の駆動を制御するものとした。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、降圧回路が故障し出力電圧値が第一の電圧値未満となる場合に、副スイッチング素子をデューティ制御で駆動することにより、高電圧電源からの高電圧の電力を低電圧の電力に降圧して、降圧回路の出力電力とすることができる。これにより、従来減少した電力を補うために備えられていた低電圧負荷用のバッテリが不要となり、電源装置のコストダウンが図られる。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、降圧回路が故障し、降圧回路の出力電圧値が減少し第一の電圧値未満となる場合は、副スイッチング素子をデューティ制御で駆動することにより、また降圧回路の出力電圧値が上昇し第二の電圧値よりも高くなる場合には、主スイッチング素子をデューティ制御で駆動することにより、高電圧電源からの高電圧の電力を低電圧の電力に降圧して、降圧回路の出力電力とすることができる。これにより降圧回路は、常に適切な電圧の電力を出力することができる。
【００１８】
請求項３記載の発明によれば、降圧回路が故障し、降圧回路の出力電圧値が減少し第一の電圧値未満となる場合、および降圧回路の出力電圧値が上昇し第二の電圧値よりも高くなる場合には、制御手段は副スイッチング素子のみをデューティ制御で駆動することにより、高電圧電源からの高電圧の電力を低電圧の電力に降圧して、降圧回路の出力電力とすることができる。副スイッチング素子のみをデューティ制御で駆動すればよいので、制御手段の制御負荷を低減することができる。
【００１９】
請求項４記載の発明によれば、降圧回路が故障し、降圧回路の出力電圧値が上昇し第二の電圧値よりも高くなる場合には、主スイッチング素子をデューティ制御で駆動することにより、高電圧電源からの高電圧の電力を低電圧の電力に降圧して、降圧回路の出力電力とすることができる。これにより降圧回路に接続される低電圧負荷に高電圧が印加されて、低電圧負荷が故障することを防止することができる。
【００２０】
請求項５記載の発明によれば、電圧検出手段により検出された電圧値に応じて制御手段が報知部に信号を出力し報知部が報知することにより、ユーザに降圧回路の故障を知らせることができる。
【００２１】
請求項６記載の発明は、電圧検出手段によって検出された検出結果に基づいて、副スイッチング素子の故障診断を行うことにより、副スイッチング素子が故障していることを報知することができる。
【００２２】
請求項７記載の発明は、故障診断が、電源装置の電源投入時に行われるので、電源装置の作動前にユーザに副スイッチング素子が故障していることを報知することができる。
【００２３】
請求項８記載の発明は、副電源線が降圧回路内のスイッチング素子の出力端に接続されていることにより、電圧検出手段を副電源線のどこに接続しても降圧回路内のスイッチング素子の出力電圧値を検出することができる。これにより電圧検出手段の設置場所の設計自由度が向上する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に発明の実施の形態を実施例により説明する。
図１は第１の実施例を示す回路図であり、高電圧系（４２Ｖ）と低電圧系（１４Ｖ）を備える多電圧電源装置である。
高電圧（４２Ｖ）の電力を出力する高電圧電源１の端子の一端がアースに接続され、他端は高電圧電源線Ａに接続される。また高電圧電源線Ａに電源分配ボックス１０が備えられ、電源分配ボックス１０に出力線Ｂ１、Ｂ２を介して高電圧負荷４Ａ、４Ｂが接続される。さらに電源分配ボックス１０に主電源線Ｃおよび副電源線Ｄを介してＤＣ／ＤＣコンバータ３が接続される。
【００２５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、出力線Ｂを介して低電圧負荷６Ａ、６Ｂに接続される。また出力線Ｂに電圧センサ５が接続され、検出結果は破線で示した信号線Ｅを通じて電源分配ボックス１０へ出力される。さらに警告灯８が電源分配ボックス１０に接続される。
本発明において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が降圧回路を構成し、電圧センサ５が電圧検出手段を構成する。
【００２６】
次に図２を用いてＤＣ／ＤＣコンバータ３および電源分配ボックス１０の内部構成を説明する。
電源分配ボックス１０内では高電圧電源線Ａに、出力線Ｂ１、Ｂ２が接続されている。また出力線Ｂ１、Ｂ２には電源スイッチとして機能し、制御素子２１によって制御される負荷用トランジスタ１４Ａ、１４Ｂが備えられている。負荷用トランジスタ１４Ａ、１４Ｂは制御素子２１によってオン／オフされることによって、高電圧電源線Ａからの４２Ｖ電力を高電圧負荷４Ａ、４Ｂに供給または遮断することができる。
【００２７】
さらに電源分配ボックス１０内では高電圧電源線Ａに、主電源線Ｃおよび副電源線Ｄが接続されている。また主電源線Ｃ、副電源線Ｄには電源スイッチとして機能し、制御素子２１によって制御される主トランジスタ１１、副トランジスタ１２が備えられている。主トランジスタ１１、副トランジスタ１２は制御素子２１によってオン／オフされることによって、高電圧電源線Ａからの４２Ｖ電力を主電源線Ｃ、副電源線Ｄを通じてＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力端子３０、３１へ入力することができる。
本発明において、主トランジスタ１１が主スイッチング素子を構成し、また副トランジスタ１２が副スイッチング素子を構成する
【００２８】
通常時において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に入力される４２Ｖ電力は、主トランジスタ１１が制御されることによって入力端子３０に対してのみ供給または遮断され、入力端子３１に対しては、副トランジスタ１２をオフして電源供給を行わない状態にしている。副トランジスタ１２の動作については後で述べる。
【００２９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３では低電圧用トランジスタ１５を用いて高電圧（４２Ｖ）を低電圧（１４Ｖ）に降圧する。すなわち、入力端子３０から入力された４２Ｖ電力はコンデンサ１９によって電圧平滑され、制御素子１６によってデューティ制御で駆動される低電圧用トランジスタ１５によって、低電圧負荷６Ａ，６Ｂへ電力供給する際の所定電圧値である１４Ｖの電圧に降圧される。また降圧された電力は、コンデンサ２０、チョークコイル１８、ダイオード１７によって電圧平滑され、出力端子３２から出力される。入力端子３１は低電圧用トランジスタ１５の出力側とチョークコイル１８との間に設けられている。
【００３０】
一般に、トランジスタを用いて電圧を降圧させる際には、
出力電圧＝入力電圧×デューティ比（＝ＯＮ時間／（ＯＮ時間＋ＯＦＦ時間））
となることが知られている。
【００３１】
出力端子３２から出力された１４Ｖ電力は、出力線Ｂを通じて低電圧負荷６Ａ、６Ｂに入力される。また出力線Ｂに、出力端子３２からの出力電圧を検出する電圧センサ５を設け、検出結果は信号線Ｅを介して制御素子２１に出力される。また制御素子２１は電圧センサ５の検出結果に基づき、警告灯８を点灯させる。
【００３２】
次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３内の低電圧用トランジスタ１５がオープンモード故障した場合について説明する。
オープンモード故障すると、低電圧用トランジスタ１５がオフした状態となり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧は０Ｖまで低下する。
制御素子２１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧を電圧センサ５からの出力信号により常時監視しており、図３に示すように低電圧負荷６Ａ、６Ｂへ電力供給する際の許容電圧値である９〜１６Ｖの範囲を下回った時刻ｔ１で、オープンモード故障が発生したと判断する。
【００３３】
オープンモード故障が発生したと判断すると、制御素子２１は、オフ状態であった副トランジスタ１２をデューティ制御で駆動する。副トランジスタ１２はデューティ制御で駆動されることによって、高電圧電源線Ａからの高電圧の電力を降圧し、副電源線Ｄを通じて入力端子３１からＤＣ／ＤＣコンバータ３へ電力供給する。入力された電力は、コンデンサ２０、ダイオード１７、チョークコイル１８によって電圧平滑されて出力端子３２から出力される。副トランジスタ１２をデューティ制御する際のデューティ比は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３からの出力電圧値が１４Ｖになるように制御する。
【００３４】
さらに、低電圧用トランジスタ１５の故障は、オープンモード故障のほかにショート状態の故障がある。
ショートモード故障すると、低電圧用トランジスタ１５がオンした状態となりスイッチング駆動することができなくなるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧（４２Ｖ）まで上昇する。
制御素子２１は、図４に示すようにＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧が低電圧負荷６Ａ、６Ｂへ電力供給する際の許容電圧値である９〜１６Ｖの範囲を超えた時刻ｔ２で、ショートモード故障が発生したと判断する。
【００３５】
ショートモード故障が発生したと判断すると、主トランジスタ１１をオフさせるとともに上記オープンモード故障と同様に制御素子２１は、オフ状態であった副トランジスタ１２をデューティ制御で駆動する。これによりＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力端子３２から１４Ｖの電圧が出力される。
オープンモード、またはショートモード故障が発生したときに、制御素子２１は警告灯８を点灯させ、ユーザに低電圧用トランジスタ１５の故障を知らせる。
【００３６】
図５に制御素子２１が行う制御の流れを示す。
ステップ１０１において、主トランジスタ１１がオンされると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に主電源線Ｃを通じて電力が供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３では、低電圧用トランジスタ１５を制御素子１６によってデューティ制御で駆動することによって、出力端子３２から１４Ｖの電力が出力される。
【００３７】
制御素子２１はステップ１０２において、電圧センサ５で検出された電圧値を参照し、ステップ１０３で電圧値が９Ｖ未満かどうか判断する。９Ｖ未満のときはステップ１０４へ進み、９Ｖ以上の時はステップ１０７へ進む。
ステップ１０４において、制御素子２１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３内の低電圧用トランジスタ１５がオープンモード故障したと判断する。
【００３８】
ステップ１０５において、制御素子２１は警告灯８を点灯させ、ユーザにＤＣ／ＤＣコンバータ３が故障したことを知らせる。
ステップ１０６において、副トランジスタ１２を、ＤＣ／ＤＣコンバータ３からの出力電圧が１４Ｖになるようにデューティ制御で駆動する。
これにより、低電圧負荷６Ａ、６Ｂに出力する低電圧の電力を確保することができる。
【００３９】
一方、ステップ１０７においては、電圧センサ５で検出された電圧値が、１６Ｖより高いかどうか判断する。１６Ｖより高い場合はステップ１０８へ進む。１６Ｖ以下のときはステップ１０２へ戻る。
ステップ１０８において、制御素子２１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３内の低電圧用トランジスタ１５がショートモード故障したと判断する。
ステップ１０９において、主トランジスタ１１をオフして、主電源線Ｃを経由してのＤＣ／ＤＣコンバータ３への電力供給を止める。その後ステップ１０５、１０６へ進む。
【００４０】
これにより、低電圧負荷６Ａ、６Ｂに高電圧の電力が印加されることがなくなり、破損を防止することができるとともに、副トランジスタ１２を駆動させることにより常に適正な低電圧の電力を供給することができる。
本発明において、ステップ１０１〜１０４および１０６〜１０９が制御手段を構成する。またステップ１０５が報知部を構成する。
【００４１】
本実施例は以上のように構成され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３内の低電圧用トランジスタ１５に、オープンモードもしくはショートモード故障が生じ、低電圧負荷６Ａ、６Ｂに所定の低電圧の電力供給できなくなったとしても、副トランジスタ１２を駆動することにより、低電圧負荷６Ａ、６Ｂへの出力電圧を確保することができる。これにより、従来故障時の予備として設けられていた低電圧バッテリ７が不要となり、バッテリ分のコスト低減、重量減が可能となる。
【００４２】
また低電圧用トランジスタ１５にショートモード故障が生じた際には、主トランジスタ１１をオフするので、低電圧負荷６Ａ、６Ｂに高電圧の電力が印加されることを防止できる。
【００４３】
さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３故障時にスイッチング駆動させる副トランジスタ１２が故障していないかどうかの診断を、適切なタイミング（例えば装置の電源が入れられた時など）で行うことにより、電源装置の信頼性をより高めることができる。
【００４４】
制御素子２１を用いて副トランジスタ１２の故障診断を行う際の、制御素子２１が行う制御の流れを図６に示す。
ステップ２０１において、主トランジスタ１１がオフかどうか判断する。主トランジスタ１１がオフでないときはステップ２０７へ進み、オフのときはステップ２０２へ進む。
【００４５】
ステップ２０７では、主トランジスタ１１をオフし、ステップ２０２へ進む。ステップ２０２では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３故障時に用いる副トランジスタ１２をデューティ制御（例えばデューティ比３３％）でスイッチング駆動させる。
ステップ２０３では、電圧センサ５で検出された電圧値を参照する。
【００４６】
ステップ２０４では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３からの出力電圧値が、９Ｖ以上１６Ｖ以下かどうかを判断する。出力電圧値が９Ｖ以上１６Ｖ以下であるときはステップ２０５へ進み、出力電圧値が９Ｖ以上１６Ｖ以下でないときは、ステップ２０８へ進む。
ステップ２０５では、副トランジスタ１２は正常であると判断し、ステップ２０６で、副トランジスタ１２のスイッチング駆動をオフして診断を終了する。
【００４７】
一方、ステップ２０８では、副トランジスタ１２が故障していると判断する。この場合ステップ２０９で、副トランジスタ１２のスイッチング駆動をオフするとともに、ステップ２１０で、警告灯８へ信号を送り、警告灯８を点灯させてユーザに副トランジスタ１２の故障を知らせる。警告灯８は、副トランジスタ１２の診断時は点滅、診断結果が正常なときは消灯、副トランジスタ１２が故障と判断されたときは点灯するなどの方法によりユーザに知らせる。
【００４８】
上記のように、副トランジスタ１２の故障診断を装置の電源投入時に行い、事前に副トランジスタ１２の状態を把握することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３故障時における副トランジスタ１２の対応の信頼性を向上させることができる。
【００４９】
上記実施例では、低電圧用トランジスタ１５がショートモード故障した際に、副トランジスタ１２をデューティ制御することによって、低電圧負荷６Ａ、６Ｂに電力を供給するようにしたが、変形例として、主トランジスタ１１をデューティ制御で駆動することによって、高電圧電源１から出力される高電圧を降圧して低電圧負荷６Ａ、６Ｂに出力するようにしてもよい。
【００５０】
図７に第２の実施例を示す。
これは、第１の実施例に対して電圧センサの位置を異ならせたものである。
電源分配ボックス１０に代る電源分配ボックス１０Ａは、第１の実施例と同様に高電圧負荷４Ａ、４Ｂと接続され、また主電源線Ｃ、副電源線Ｄを介してＤＣ／ＤＣコンバータ３と接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３は出力線Ｂを介して低電圧負荷６Ａ、６Ｂに接続される。
【００５１】
電源分配ボックス１０Ａ内には電圧センサ５Ａが備えられ、副電源線Ｄに接続される。電圧センサ５Ａは、低電圧用トランジスタ１５がデューティ制御で駆動されることによっておこる電圧値の変化を検出する。また検出結果は信号線Ｆを介して制御素子２１Ａに入力される。制御素子２１Ａは、電圧センサ５Ａからの検出結果に応じて主トランジスタ１１、副トランジスタ１２を制御する。
他の構成および作用については、上記第１の実施例と同じであり同じ番号をつけ説明を省略する。
【００５２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３内の低電圧用トランジスタ１５がショートモードで故障すると、低電圧用トランジスタ１５がオンした状態となりスイッチング駆動することができなくなる。これにより電圧センサ５Ａは図８に示すように、電圧変化の途絶えたＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧値（４２Ｖ）を検出する。電圧センサ５Ａでの検出結果は信号線Ｆを介して制御素子２１Ａに入力され、所定のＸ時間電圧センサ５Ａで４２Ｖの電圧値が検出されると、制御素子２１Ａは低電圧用トランジスタ１５がショートモード故障したと判断する。
所定のＸ時間は例えば、低電圧用トランジスタ１５のオン、オフの１周期よりも短く、オン時間よりも長い時間に設定する。
【００５３】
次に、低電圧用トランジスタ１５がオープンモードで故障すると、低電圧用トランジスタ１５がオフした状態となりスイッチング駆動することができなくなる。図９に示すように電圧センサ５Ａは、電圧変化の途絶えた電圧値０Ｖを検出する。電圧センサ５Ａでの検出結果は制御素子２１Ａに入力され、所定のＸ’時間電圧センサ５Ａで０Ｖの電圧値が検出されると、制御素子２１Ａは低電圧用トランジスタ１５がオープンモード故障したと判断する。
所定のＸ’時間は例えば、低電圧用トランジスタ１５のオン、オフの１周期よりも短く、オフ時間よりも長い時間に設定する。
【００５４】
図１０を用いて、制御素子２１Ａが行う制御の流れを示す。
ステップ３０１において、主トランジスタ１１がオンされると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に高電圧の電力が主電源線Ｃを通じて入力される。入力された電力は、低電圧用トランジスタ１５が駆動されることによって、低電圧の電力に降圧される。
ステップ３０２において、電圧センサ５Ａによって検出される電圧値を参照して、ステップ３０３において、電圧値４２Ｖが所定のＸ時間以上継続しているかどうか判断する。電圧値４２ＶがＸ時間以上継続している場合は、ステップ３０４へ進み、電圧値４２ＶがＸ時間以上継続していない場合はステップ３０８へ進む。
【００５５】
ステップ３０４において、制御素子２１は、低電圧用トランジスタ１５がショートモード故障したと判断する。
ステップ３０５において、主トランジスタ１１をオフして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３への電力供給を止める。
ステップ３０６において、制御素子２１は警告灯８を点灯させ、ユーザに低電圧用トランジスタ１５が故障していることを知らせる。
ステップ３０７において、副トランジスタ１２をデューティ制御で駆動させて、低電圧負荷６Ａ、６Ｂへの出力電圧を確保する。
【００５６】
ステップ３０８では、電圧値０Ｖが所定のＸ’時間以上継続しているかどうか判断する。電圧値０ＶがＸ’時間以上継続している場合は。ステップ３０９へ進み、電圧値０ＶがＸ’時間以上継続していない場合はステップ３０２へ戻る。
ステップ３０９において、制御素子２１は、低電圧用トランジスタ１５がオープンモード故障したと判断する。その後ステップ３０６、３０７へ進む。
このように、低電圧用コンデンサ１５によって発生する電圧変化を、副電源線Ｄを介して検出することにより、低電圧用コンデンサ１５の故障を判断することができる。
【００５７】
本実施例は以上のように構成され、低電圧用トランジスタ１５が故障し、低電圧負荷６Ａ、６Ｂに電力供給できなくなったとしても、副トランジスタ１２を用いてＤＣ／ＤＣコンバータ３に電力供給することにより、低電圧負荷６Ａ、６Ｂに供給する所定の低電圧の電力を確保することができる。また低電圧用トランジスタ１５の故障判断を、低電圧用トランジスタ１５が駆動される際のスイッチング波形から行うものとし、その電圧を検出する電圧センサ５Ａを電源分配ボックス１０Ａ内に備えることにより、電圧センサと制御素子との間の信号線を短くすることができる。
【００５８】
なお上記各実施例において、電源分配ボックス１０、１０Ａに接続される高電圧負荷４Ａ、４Ｂを２個としたがこれに限定されず、適宜任意の数の負荷を接続することができる。
また、同様にＤＣ／ＤＣコンバータ３に接続される低電圧負荷６Ａ、６Ｂの数も適宜所定の数とすることができる。
さらに、スイッチング素子としてトランジスタを用いたがこれに限定されず、他のものを用いてもよい。
【００５９】
また、副トランジスタ１２の他の故障診断の方法として、主トランジスタ１１をオフにして、副トランジスタ１２をデューティ比スイープ（例えば２５％から４０％へ上昇）させ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３から所定のスイープ電圧（例えば９Ｖから１６Ｖへ上昇）が出力されるかどうかを確認する方法を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。
【図２】電源分配ボックスおよびＤＣ／ＤＣコンバータ内部の詳細を示す図である。
【図３】ＤＣ／ＤＣコンバータがオープンモード故障した際の出力電圧を示す図である。
【図４】ＤＣ／ＤＣコンバータがショートモード故障した際の出力電圧を示す図である。
【図５】第１の実施例における制御の流れを示す図である。
【図６】副トランジスタの故障診断の流れを示す図である。
【図７】第２の実施例を示す図である。
【図８】ショートモード故障時における低電圧用トランジスタの出力電圧を示す図である。
【図９】オープンモード故障時における低電圧用トランジスタの出力電圧を示す図である。
【図１０】第２の実施例における制御の流れを示す図である。
【図１１】従来の多電圧電源装置の例を示す図である。
【図１２】従来の例の詳細を示す図である。
【符号の説明】
１ 高電圧電源
３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
４Ａ、４Ｂ 高電圧負荷
５、５Ａ 電圧センサ
６Ａ、６Ｂ 低電圧負荷
７ 低電圧バッテリ
８ 警告灯
１０、１０Ａ 電圧分配ボックス
１１ 主トランジスタ
１２ 副トランジスタ
１４Ａ、１４Ｂ 負荷用トランジスタ
１５ 低電圧用トランジスタ
１６、２１ 制御素子
Ａ 高電圧電源線
Ｂ、Ｂ１、Ｂ２ 出力線
Ｃ 主電源線
Ｄ 副電源線
Ｅ、Ｆ 信号線
【発明の属する技術分野】
本発明は、高電圧の電力を降圧させる電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両用の電源装置として、高電圧系と低電圧系を備えた多電圧電源装置が提案されている。この多電圧電源装置の電源回路としては、例えば「ＩＥＥＥＳＰＥＣＴＲＵＭ ２０００年５月 ３４項：ＡＵＴＯＭＯＴＩＶＥ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＰＯＷＥＲ ＵＰ」記載のようなものが考えられている。
【０００３】
この多電圧電源装置の回路図を図１１に示す。
高電圧の電力を出力する高電圧電源１が高電圧電源線Ａに接続される。高電圧電源１からの高電圧の電力は高電圧電源線Ａを介して出力される。また高電圧電源線Ａに電源分配ボックス１０Ｂが備えられ、電源分配ボックス１０Ｂに出力線Ｂ１、Ｂ２を介して高電圧負荷４Ａ、４Ｂ、および主電源線Ｃを介してＤＣ／ＤＣコンバータ３Ｂが接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ｂと低電圧負荷６Ａ、６Ｂが出力線Ｂを介して接続される。また出力線Ｂに低電圧バッテリ７が接続され、通常時は出力線Ｂからの電力により充電される、
【０００４】
次に図１２を用いて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ｂおよび電源分配ボックス１０Ｂの内部構成を説明する。
電源分配ボックス１０Ｂ内の高電圧電源線Ａに出力線Ｂ１、Ｂ２が接続され、出力線Ｂ１、Ｂ２に負荷用トランジスタ１４Ａ、１４Ｂが備えられている。さらに高電圧電源線Ａには主電源線Ｃが接続され、主電源線Ｃには主トランジスタ１１を備える。また負荷用トランジスタ１４Ａ、１４Ｂと主トランジスタ１１は制御素子２１Ｂに接続され、制御素子２１Ｂによって各トランジスタがオンされることによって、高電圧電源線Ａからの高電圧の電力を各高電圧負荷４Ａ、４ＢおよびＤＣ／ＤＣコンバータ３Ｂへ供給する。
【０００５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ｂの内部には、制御素子１６によって制御される低電圧用トランジスタ１５が備えられ、主電源線Ｃから供給された高電圧の電力は、コンデンサ１９で電圧平滑されて低電圧用トランジスタ１５に入力される。入力された高電圧の電力は、低電圧用トランジスタ１５がデューティ制御で駆動されることによって低電圧の電力に降圧され、コンデンサ２０、チョークコイル１８、ダイオード１７によって電圧平滑される。降圧された低電圧の電力は、低電圧負荷６Ａ、６Ｂに供給され、さらに低電圧バッテリ７を充電する。
【０００６】
上記のように、通常時は高電圧電源１からの高電圧の電力によって、各高電圧負荷４Ａ、４Ｂを駆動させるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ｂによって低電圧の電力に降圧して、低電圧負荷６Ａ、６Ｂを駆動させることができる。
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ｂの低電圧用トランジスタ１５または制御素子１６が故障して、低電圧負荷６Ａ、６Ｂへの出力電圧が低下した場合でも、低電圧バッテリ７からの電力により低電圧負荷６Ａ、６Ｂを駆動させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記従来の構成では、低電圧負荷６Ａ、６Ｂへ適正な電圧の電力を供給することができなくなった場合、すなわち、低電圧用トランジスタ１５がオフした状態で故障（以下オープンモード故障）した場合の予備電源として低電圧バッテリ７を備えており、コストアップの要因となる問題があった。
【０００８】
したがって本発明は上記の問題点に鑑み、低電圧用トランジスタ１５が故障した際にも、低電圧バッテリ７を備えることなく、低電圧負荷６Ａ、６Ｂに適正な電圧の電力を供給することができる電源装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、高電圧の電力を出力する高電圧電源と、該高電圧電源に接続される主電源線と、該主電源線を介して高電圧の電力を入力し、入力した高電圧の電力を降圧して、所定の低電圧の電力を出力する降圧回路と、高電圧電源と降圧回路の出力側を接続する副電源線と、降圧回路が出力する電力の電圧値を検出する電圧検出手段と、副電源線に設けられた副スイッチング素子と、副スイッチング素子を制御する制御手段とを備え、降圧回路により降圧した電圧値よりも低い所定の電圧値を第一の電圧値とし、制御手段は、電圧検出手段により検出された電圧値が、第一の電圧値以上である場合は、副スイッチング素子をオフし、また電圧検出手段により検出された電圧値が、第一の電圧値未満である場合は、副スイッチング素子をデューティ制御で駆動することによって高電圧の電力を降圧し、降圧回路が出力する低電圧の電力とするものとした。
【００１０】
請求項２記載の発明は、高電圧の電力を出力する高電圧電源と、該高電圧電源に接続される主電源線と、該主電源線を介して高電圧の電力を入力し、入力した高電圧の電力を降圧して、所定の低電圧の電力を出力する降圧回路と、高電圧電源と降圧回路の出力側を接続する副電源線と、降圧回路が出力する電力の電圧値を検出する電圧検出手段と、主電源線に設けられた主スイッチング素子と、副電源線に設けられた副スイッチング素子と、主スイッチング素子および副スイッチング素子を制御する制御手段とを備え、降圧回路により降圧した電圧値よりも低い所定の電圧値を第一の電圧値とし、降圧回路により降圧した電圧値よりも高い所定の電圧値を第二の電圧値とし、制御手段は、電圧検出手段により検出された電圧値が、第二の電圧値以下で第一の電圧値以上の場合には、主スイッチング素子をオンするとともに、副スイッチング素子をオフし、電圧検出手段により検出された電圧値が、第二の電圧値より高い場合には、主スイッチング素子をデューティ制御で駆動することによって高電圧の電力を降圧し、降圧回路が出力する低電圧の電力とし、また電圧検出手段により検出された電圧値が、第一の電圧値未満である場合には、副スイッチング素子をデューティ制御で駆動することによって高電圧の電力を降圧し、降圧回路が出力する低電圧の電力とするものとした。
【００１１】
請求項３記載の発明は、高電圧の電力を出力する高電圧電源と、該高電圧電源に接続される主電源線と、該主電源線を介して高電圧の電力を入力し、入力した高電圧の電力を降圧して、所定の低電圧の電力を出力する降圧回路と、高電圧電源と降圧回路の出力側を接続する副電源線と、降圧回路が出力する電力の電圧値を検出する電圧検出手段と、主電源線に設けられた主スイッチング素子と、副電源線に設けられた副スイッチング素子と、主スイッチング素子および副スイッチング素子を制御する制御手段とを備え、降圧回路により降圧した電圧値よりも低い所定の電圧値を第一の電圧値とし、降圧回路により降圧した電圧値よりも高い所定の電圧値を第二の電圧値とし、制御手段は、電圧検出手段により検出された電圧値が、第二の電圧値以下で第一の電圧値以上の場合には、主スイッチング素子をオンするとともに、副スイッチング素子をオフし、また電圧検出手段により検出された電圧値が、第二の電圧値より高い、もしくは第一の電圧値未満である場合には、主スイッチング素子をオフするとともに、副スイッチング素子をデューティ制御で駆動することによって高電圧の電力を降圧し、降圧回路が出力する低電圧の電力とするものとした。
【００１２】
請求項４記載の発明は、高電圧の電力を出力する高電圧電源と、該高電圧電源に接続される主電源線と、該主電源線を介して高電圧の電力を入力し、入力した高電圧の電力を降圧して、所定の低電圧の電力を出力する降圧回路と、降圧回路が出力する電力の電圧値を検出する電圧検出手段と、主電源線に設けられた主スイッチング素子と、該主スイッチング素子を制御する制御手段とを備え、降圧回路により降圧した電圧値よりも高い所定の電圧値を第二の電圧値とし、制御手段は、電圧検出手段によって検出された電圧値が、第二の電圧値よりも高い場合には、主スイッチング素子をデューティ制御で駆動することによって高電圧の電力を降圧し、降圧回路が出力する低電圧の電力とするものとした。
【００１３】
請求項５記載の発明は、ユーザに報知する報知部を備え、制御手段は電圧検出手段により検出された電圧値に基づき報知部に信号を出力し、報知部が報知するものとした。
【００１４】
請求項６記載の発明は、ユーザに報知する報知部を備え、制御手段は副スイッチング素子を所定のデューティ比で駆動するとともに、電圧検出手段により検出された電圧に基づいて、副スイッチング素子の故障診断を行い、副スイッチング素子が故障していると診断された場合に、報知部に信号を出力し、報知部が報知するものとした。
請求項７記載の発明は、故障診断は、電源装置の電源投入時に行うものとした。
【００１５】
請求項８記載の発明は、降圧回路が、デューティ制御で駆動されることによって高電圧の電力を低電圧の電力に変換するスイッチング素子を備え、副電源線は降圧回路のスイッチング素子の出力端に接続され、電圧検出手段は副電源線に接続され、制御手段は、電圧検出手段により検出された副電源線の電圧に基づいて、主スイッチング素子および副スイッチング素子の駆動を制御するものとした。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、降圧回路が故障し出力電圧値が第一の電圧値未満となる場合に、副スイッチング素子をデューティ制御で駆動することにより、高電圧電源からの高電圧の電力を低電圧の電力に降圧して、降圧回路の出力電力とすることができる。これにより、従来減少した電力を補うために備えられていた低電圧負荷用のバッテリが不要となり、電源装置のコストダウンが図られる。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、降圧回路が故障し、降圧回路の出力電圧値が減少し第一の電圧値未満となる場合は、副スイッチング素子をデューティ制御で駆動することにより、また降圧回路の出力電圧値が上昇し第二の電圧値よりも高くなる場合には、主スイッチング素子をデューティ制御で駆動することにより、高電圧電源からの高電圧の電力を低電圧の電力に降圧して、降圧回路の出力電力とすることができる。これにより降圧回路は、常に適切な電圧の電力を出力することができる。
【００１８】
請求項３記載の発明によれば、降圧回路が故障し、降圧回路の出力電圧値が減少し第一の電圧値未満となる場合、および降圧回路の出力電圧値が上昇し第二の電圧値よりも高くなる場合には、制御手段は副スイッチング素子のみをデューティ制御で駆動することにより、高電圧電源からの高電圧の電力を低電圧の電力に降圧して、降圧回路の出力電力とすることができる。副スイッチング素子のみをデューティ制御で駆動すればよいので、制御手段の制御負荷を低減することができる。
【００１９】
請求項４記載の発明によれば、降圧回路が故障し、降圧回路の出力電圧値が上昇し第二の電圧値よりも高くなる場合には、主スイッチング素子をデューティ制御で駆動することにより、高電圧電源からの高電圧の電力を低電圧の電力に降圧して、降圧回路の出力電力とすることができる。これにより降圧回路に接続される低電圧負荷に高電圧が印加されて、低電圧負荷が故障することを防止することができる。
【００２０】
請求項５記載の発明によれば、電圧検出手段により検出された電圧値に応じて制御手段が報知部に信号を出力し報知部が報知することにより、ユーザに降圧回路の故障を知らせることができる。
【００２１】
請求項６記載の発明は、電圧検出手段によって検出された検出結果に基づいて、副スイッチング素子の故障診断を行うことにより、副スイッチング素子が故障していることを報知することができる。
【００２２】
請求項７記載の発明は、故障診断が、電源装置の電源投入時に行われるので、電源装置の作動前にユーザに副スイッチング素子が故障していることを報知することができる。
【００２３】
請求項８記載の発明は、副電源線が降圧回路内のスイッチング素子の出力端に接続されていることにより、電圧検出手段を副電源線のどこに接続しても降圧回路内のスイッチング素子の出力電圧値を検出することができる。これにより電圧検出手段の設置場所の設計自由度が向上する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に発明の実施の形態を実施例により説明する。
図１は第１の実施例を示す回路図であり、高電圧系（４２Ｖ）と低電圧系（１４Ｖ）を備える多電圧電源装置である。
高電圧（４２Ｖ）の電力を出力する高電圧電源１の端子の一端がアースに接続され、他端は高電圧電源線Ａに接続される。また高電圧電源線Ａに電源分配ボックス１０が備えられ、電源分配ボックス１０に出力線Ｂ１、Ｂ２を介して高電圧負荷４Ａ、４Ｂが接続される。さらに電源分配ボックス１０に主電源線Ｃおよび副電源線Ｄを介してＤＣ／ＤＣコンバータ３が接続される。
【００２５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、出力線Ｂを介して低電圧負荷６Ａ、６Ｂに接続される。また出力線Ｂに電圧センサ５が接続され、検出結果は破線で示した信号線Ｅを通じて電源分配ボックス１０へ出力される。さらに警告灯８が電源分配ボックス１０に接続される。
本発明において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が降圧回路を構成し、電圧センサ５が電圧検出手段を構成する。
【００２６】
次に図２を用いてＤＣ／ＤＣコンバータ３および電源分配ボックス１０の内部構成を説明する。
電源分配ボックス１０内では高電圧電源線Ａに、出力線Ｂ１、Ｂ２が接続されている。また出力線Ｂ１、Ｂ２には電源スイッチとして機能し、制御素子２１によって制御される負荷用トランジスタ１４Ａ、１４Ｂが備えられている。負荷用トランジスタ１４Ａ、１４Ｂは制御素子２１によってオン／オフされることによって、高電圧電源線Ａからの４２Ｖ電力を高電圧負荷４Ａ、４Ｂに供給または遮断することができる。
【００２７】
さらに電源分配ボックス１０内では高電圧電源線Ａに、主電源線Ｃおよび副電源線Ｄが接続されている。また主電源線Ｃ、副電源線Ｄには電源スイッチとして機能し、制御素子２１によって制御される主トランジスタ１１、副トランジスタ１２が備えられている。主トランジスタ１１、副トランジスタ１２は制御素子２１によってオン／オフされることによって、高電圧電源線Ａからの４２Ｖ電力を主電源線Ｃ、副電源線Ｄを通じてＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力端子３０、３１へ入力することができる。
本発明において、主トランジスタ１１が主スイッチング素子を構成し、また副トランジスタ１２が副スイッチング素子を構成する
【００２８】
通常時において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に入力される４２Ｖ電力は、主トランジスタ１１が制御されることによって入力端子３０に対してのみ供給または遮断され、入力端子３１に対しては、副トランジスタ１２をオフして電源供給を行わない状態にしている。副トランジスタ１２の動作については後で述べる。
【００２９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３では低電圧用トランジスタ１５を用いて高電圧（４２Ｖ）を低電圧（１４Ｖ）に降圧する。すなわち、入力端子３０から入力された４２Ｖ電力はコンデンサ１９によって電圧平滑され、制御素子１６によってデューティ制御で駆動される低電圧用トランジスタ１５によって、低電圧負荷６Ａ，６Ｂへ電力供給する際の所定電圧値である１４Ｖの電圧に降圧される。また降圧された電力は、コンデンサ２０、チョークコイル１８、ダイオード１７によって電圧平滑され、出力端子３２から出力される。入力端子３１は低電圧用トランジスタ１５の出力側とチョークコイル１８との間に設けられている。
【００３０】
一般に、トランジスタを用いて電圧を降圧させる際には、
出力電圧＝入力電圧×デューティ比（＝ＯＮ時間／（ＯＮ時間＋ＯＦＦ時間））
となることが知られている。
【００３１】
出力端子３２から出力された１４Ｖ電力は、出力線Ｂを通じて低電圧負荷６Ａ、６Ｂに入力される。また出力線Ｂに、出力端子３２からの出力電圧を検出する電圧センサ５を設け、検出結果は信号線Ｅを介して制御素子２１に出力される。また制御素子２１は電圧センサ５の検出結果に基づき、警告灯８を点灯させる。
【００３２】
次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３内の低電圧用トランジスタ１５がオープンモード故障した場合について説明する。
オープンモード故障すると、低電圧用トランジスタ１５がオフした状態となり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧は０Ｖまで低下する。
制御素子２１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧を電圧センサ５からの出力信号により常時監視しており、図３に示すように低電圧負荷６Ａ、６Ｂへ電力供給する際の許容電圧値である９〜１６Ｖの範囲を下回った時刻ｔ１で、オープンモード故障が発生したと判断する。
【００３３】
オープンモード故障が発生したと判断すると、制御素子２１は、オフ状態であった副トランジスタ１２をデューティ制御で駆動する。副トランジスタ１２はデューティ制御で駆動されることによって、高電圧電源線Ａからの高電圧の電力を降圧し、副電源線Ｄを通じて入力端子３１からＤＣ／ＤＣコンバータ３へ電力供給する。入力された電力は、コンデンサ２０、ダイオード１７、チョークコイル１８によって電圧平滑されて出力端子３２から出力される。副トランジスタ１２をデューティ制御する際のデューティ比は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３からの出力電圧値が１４Ｖになるように制御する。
【００３４】
さらに、低電圧用トランジスタ１５の故障は、オープンモード故障のほかにショート状態の故障がある。
ショートモード故障すると、低電圧用トランジスタ１５がオンした状態となりスイッチング駆動することができなくなるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧（４２Ｖ）まで上昇する。
制御素子２１は、図４に示すようにＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧が低電圧負荷６Ａ、６Ｂへ電力供給する際の許容電圧値である９〜１６Ｖの範囲を超えた時刻ｔ２で、ショートモード故障が発生したと判断する。
【００３５】
ショートモード故障が発生したと判断すると、主トランジスタ１１をオフさせるとともに上記オープンモード故障と同様に制御素子２１は、オフ状態であった副トランジスタ１２をデューティ制御で駆動する。これによりＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力端子３２から１４Ｖの電圧が出力される。
オープンモード、またはショートモード故障が発生したときに、制御素子２１は警告灯８を点灯させ、ユーザに低電圧用トランジスタ１５の故障を知らせる。
【００３６】
図５に制御素子２１が行う制御の流れを示す。
ステップ１０１において、主トランジスタ１１がオンされると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に主電源線Ｃを通じて電力が供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３では、低電圧用トランジスタ１５を制御素子１６によってデューティ制御で駆動することによって、出力端子３２から１４Ｖの電力が出力される。
【００３７】
制御素子２１はステップ１０２において、電圧センサ５で検出された電圧値を参照し、ステップ１０３で電圧値が９Ｖ未満かどうか判断する。９Ｖ未満のときはステップ１０４へ進み、９Ｖ以上の時はステップ１０７へ進む。
ステップ１０４において、制御素子２１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３内の低電圧用トランジスタ１５がオープンモード故障したと判断する。
【００３８】
ステップ１０５において、制御素子２１は警告灯８を点灯させ、ユーザにＤＣ／ＤＣコンバータ３が故障したことを知らせる。
ステップ１０６において、副トランジスタ１２を、ＤＣ／ＤＣコンバータ３からの出力電圧が１４Ｖになるようにデューティ制御で駆動する。
これにより、低電圧負荷６Ａ、６Ｂに出力する低電圧の電力を確保することができる。
【００３９】
一方、ステップ１０７においては、電圧センサ５で検出された電圧値が、１６Ｖより高いかどうか判断する。１６Ｖより高い場合はステップ１０８へ進む。１６Ｖ以下のときはステップ１０２へ戻る。
ステップ１０８において、制御素子２１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３内の低電圧用トランジスタ１５がショートモード故障したと判断する。
ステップ１０９において、主トランジスタ１１をオフして、主電源線Ｃを経由してのＤＣ／ＤＣコンバータ３への電力供給を止める。その後ステップ１０５、１０６へ進む。
【００４０】
これにより、低電圧負荷６Ａ、６Ｂに高電圧の電力が印加されることがなくなり、破損を防止することができるとともに、副トランジスタ１２を駆動させることにより常に適正な低電圧の電力を供給することができる。
本発明において、ステップ１０１〜１０４および１０６〜１０９が制御手段を構成する。またステップ１０５が報知部を構成する。
【００４１】
本実施例は以上のように構成され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３内の低電圧用トランジスタ１５に、オープンモードもしくはショートモード故障が生じ、低電圧負荷６Ａ、６Ｂに所定の低電圧の電力供給できなくなったとしても、副トランジスタ１２を駆動することにより、低電圧負荷６Ａ、６Ｂへの出力電圧を確保することができる。これにより、従来故障時の予備として設けられていた低電圧バッテリ７が不要となり、バッテリ分のコスト低減、重量減が可能となる。
【００４２】
また低電圧用トランジスタ１５にショートモード故障が生じた際には、主トランジスタ１１をオフするので、低電圧負荷６Ａ、６Ｂに高電圧の電力が印加されることを防止できる。
【００４３】
さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３故障時にスイッチング駆動させる副トランジスタ１２が故障していないかどうかの診断を、適切なタイミング（例えば装置の電源が入れられた時など）で行うことにより、電源装置の信頼性をより高めることができる。
【００４４】
制御素子２１を用いて副トランジスタ１２の故障診断を行う際の、制御素子２１が行う制御の流れを図６に示す。
ステップ２０１において、主トランジスタ１１がオフかどうか判断する。主トランジスタ１１がオフでないときはステップ２０７へ進み、オフのときはステップ２０２へ進む。
【００４５】
ステップ２０７では、主トランジスタ１１をオフし、ステップ２０２へ進む。ステップ２０２では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３故障時に用いる副トランジスタ１２をデューティ制御（例えばデューティ比３３％）でスイッチング駆動させる。
ステップ２０３では、電圧センサ５で検出された電圧値を参照する。
【００４６】
ステップ２０４では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３からの出力電圧値が、９Ｖ以上１６Ｖ以下かどうかを判断する。出力電圧値が９Ｖ以上１６Ｖ以下であるときはステップ２０５へ進み、出力電圧値が９Ｖ以上１６Ｖ以下でないときは、ステップ２０８へ進む。
ステップ２０５では、副トランジスタ１２は正常であると判断し、ステップ２０６で、副トランジスタ１２のスイッチング駆動をオフして診断を終了する。
【００４７】
一方、ステップ２０８では、副トランジスタ１２が故障していると判断する。この場合ステップ２０９で、副トランジスタ１２のスイッチング駆動をオフするとともに、ステップ２１０で、警告灯８へ信号を送り、警告灯８を点灯させてユーザに副トランジスタ１２の故障を知らせる。警告灯８は、副トランジスタ１２の診断時は点滅、診断結果が正常なときは消灯、副トランジスタ１２が故障と判断されたときは点灯するなどの方法によりユーザに知らせる。
【００４８】
上記のように、副トランジスタ１２の故障診断を装置の電源投入時に行い、事前に副トランジスタ１２の状態を把握することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３故障時における副トランジスタ１２の対応の信頼性を向上させることができる。
【００４９】
上記実施例では、低電圧用トランジスタ１５がショートモード故障した際に、副トランジスタ１２をデューティ制御することによって、低電圧負荷６Ａ、６Ｂに電力を供給するようにしたが、変形例として、主トランジスタ１１をデューティ制御で駆動することによって、高電圧電源１から出力される高電圧を降圧して低電圧負荷６Ａ、６Ｂに出力するようにしてもよい。
【００５０】
図７に第２の実施例を示す。
これは、第１の実施例に対して電圧センサの位置を異ならせたものである。
電源分配ボックス１０に代る電源分配ボックス１０Ａは、第１の実施例と同様に高電圧負荷４Ａ、４Ｂと接続され、また主電源線Ｃ、副電源線Ｄを介してＤＣ／ＤＣコンバータ３と接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３は出力線Ｂを介して低電圧負荷６Ａ、６Ｂに接続される。
【００５１】
電源分配ボックス１０Ａ内には電圧センサ５Ａが備えられ、副電源線Ｄに接続される。電圧センサ５Ａは、低電圧用トランジスタ１５がデューティ制御で駆動されることによっておこる電圧値の変化を検出する。また検出結果は信号線Ｆを介して制御素子２１Ａに入力される。制御素子２１Ａは、電圧センサ５Ａからの検出結果に応じて主トランジスタ１１、副トランジスタ１２を制御する。
他の構成および作用については、上記第１の実施例と同じであり同じ番号をつけ説明を省略する。
【００５２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３内の低電圧用トランジスタ１５がショートモードで故障すると、低電圧用トランジスタ１５がオンした状態となりスイッチング駆動することができなくなる。これにより電圧センサ５Ａは図８に示すように、電圧変化の途絶えたＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧値（４２Ｖ）を検出する。電圧センサ５Ａでの検出結果は信号線Ｆを介して制御素子２１Ａに入力され、所定のＸ時間電圧センサ５Ａで４２Ｖの電圧値が検出されると、制御素子２１Ａは低電圧用トランジスタ１５がショートモード故障したと判断する。
所定のＸ時間は例えば、低電圧用トランジスタ１５のオン、オフの１周期よりも短く、オン時間よりも長い時間に設定する。
【００５３】
次に、低電圧用トランジスタ１５がオープンモードで故障すると、低電圧用トランジスタ１５がオフした状態となりスイッチング駆動することができなくなる。図９に示すように電圧センサ５Ａは、電圧変化の途絶えた電圧値０Ｖを検出する。電圧センサ５Ａでの検出結果は制御素子２１Ａに入力され、所定のＸ’時間電圧センサ５Ａで０Ｖの電圧値が検出されると、制御素子２１Ａは低電圧用トランジスタ１５がオープンモード故障したと判断する。
所定のＸ’時間は例えば、低電圧用トランジスタ１５のオン、オフの１周期よりも短く、オフ時間よりも長い時間に設定する。
【００５４】
図１０を用いて、制御素子２１Ａが行う制御の流れを示す。
ステップ３０１において、主トランジスタ１１がオンされると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に高電圧の電力が主電源線Ｃを通じて入力される。入力された電力は、低電圧用トランジスタ１５が駆動されることによって、低電圧の電力に降圧される。
ステップ３０２において、電圧センサ５Ａによって検出される電圧値を参照して、ステップ３０３において、電圧値４２Ｖが所定のＸ時間以上継続しているかどうか判断する。電圧値４２ＶがＸ時間以上継続している場合は、ステップ３０４へ進み、電圧値４２ＶがＸ時間以上継続していない場合はステップ３０８へ進む。
【００５５】
ステップ３０４において、制御素子２１は、低電圧用トランジスタ１５がショートモード故障したと判断する。
ステップ３０５において、主トランジスタ１１をオフして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３への電力供給を止める。
ステップ３０６において、制御素子２１は警告灯８を点灯させ、ユーザに低電圧用トランジスタ１５が故障していることを知らせる。
ステップ３０７において、副トランジスタ１２をデューティ制御で駆動させて、低電圧負荷６Ａ、６Ｂへの出力電圧を確保する。
【００５６】
ステップ３０８では、電圧値０Ｖが所定のＸ’時間以上継続しているかどうか判断する。電圧値０ＶがＸ’時間以上継続している場合は。ステップ３０９へ進み、電圧値０ＶがＸ’時間以上継続していない場合はステップ３０２へ戻る。
ステップ３０９において、制御素子２１は、低電圧用トランジスタ１５がオープンモード故障したと判断する。その後ステップ３０６、３０７へ進む。
このように、低電圧用コンデンサ１５によって発生する電圧変化を、副電源線Ｄを介して検出することにより、低電圧用コンデンサ１５の故障を判断することができる。
【００５７】
本実施例は以上のように構成され、低電圧用トランジスタ１５が故障し、低電圧負荷６Ａ、６Ｂに電力供給できなくなったとしても、副トランジスタ１２を用いてＤＣ／ＤＣコンバータ３に電力供給することにより、低電圧負荷６Ａ、６Ｂに供給する所定の低電圧の電力を確保することができる。また低電圧用トランジスタ１５の故障判断を、低電圧用トランジスタ１５が駆動される際のスイッチング波形から行うものとし、その電圧を検出する電圧センサ５Ａを電源分配ボックス１０Ａ内に備えることにより、電圧センサと制御素子との間の信号線を短くすることができる。
【００５８】
なお上記各実施例において、電源分配ボックス１０、１０Ａに接続される高電圧負荷４Ａ、４Ｂを２個としたがこれに限定されず、適宜任意の数の負荷を接続することができる。
また、同様にＤＣ／ＤＣコンバータ３に接続される低電圧負荷６Ａ、６Ｂの数も適宜所定の数とすることができる。
さらに、スイッチング素子としてトランジスタを用いたがこれに限定されず、他のものを用いてもよい。
【００５９】
また、副トランジスタ１２の他の故障診断の方法として、主トランジスタ１１をオフにして、副トランジスタ１２をデューティ比スイープ（例えば２５％から４０％へ上昇）させ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３から所定のスイープ電圧（例えば９Ｖから１６Ｖへ上昇）が出力されるかどうかを確認する方法を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。
【図２】電源分配ボックスおよびＤＣ／ＤＣコンバータ内部の詳細を示す図である。
【図３】ＤＣ／ＤＣコンバータがオープンモード故障した際の出力電圧を示す図である。
【図４】ＤＣ／ＤＣコンバータがショートモード故障した際の出力電圧を示す図である。
【図５】第１の実施例における制御の流れを示す図である。
【図６】副トランジスタの故障診断の流れを示す図である。
【図７】第２の実施例を示す図である。
【図８】ショートモード故障時における低電圧用トランジスタの出力電圧を示す図である。
【図９】オープンモード故障時における低電圧用トランジスタの出力電圧を示す図である。
【図１０】第２の実施例における制御の流れを示す図である。
【図１１】従来の多電圧電源装置の例を示す図である。
【図１２】従来の例の詳細を示す図である。
【符号の説明】
１ 高電圧電源
３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
４Ａ、４Ｂ 高電圧負荷
５、５Ａ 電圧センサ
６Ａ、６Ｂ 低電圧負荷
７ 低電圧バッテリ
８ 警告灯
１０、１０Ａ 電圧分配ボックス
１１ 主トランジスタ
１２ 副トランジスタ
１４Ａ、１４Ｂ 負荷用トランジスタ
１５ 低電圧用トランジスタ
１６、２１ 制御素子
Ａ 高電圧電源線
Ｂ、Ｂ１、Ｂ２ 出力線
Ｃ 主電源線
Ｄ 副電源線
Ｅ、Ｆ 信号線
Claims (8)
- 高電圧の電力を出力する高電圧電源と、
該高電圧電源に接続される主電源線と、
該主電源線を介して高電圧の電力を入力し、入力した前記高電圧の電力を降圧して、所定の低電圧の電力を出力する降圧回路と、
前記高電圧電源と前記降圧回路の出力側を接続する副電源線と、
前記降圧回路が出力する電力の電圧値を検出する電圧検出手段と、
前記副電源線に設けられた副スイッチング素子と、
前記副スイッチング素子を制御する制御手段とを備え、
前記降圧回路により降圧した電圧値よりも低い所定の電圧値を第一の電圧値とし、
前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出された電圧値が、前記第一の電圧値以上である場合は、前記副スイッチング素子をオフし、
また前記電圧検出手段により検出された電圧値が、前記第一の電圧値未満である場合は、前記副スイッチング素子をデューティ制御で駆動することによって前記高電圧の電力を降圧し、前記降圧回路が出力する低電圧の電力とすることを特徴とする電源装置。 - 高電圧の電力を出力する高電圧電源と、
該高電圧電源に接続される主電源線と、
該主電源線を介して高電圧の電力を入力し、入力した前記高電圧の電力を降圧して、所定の低電圧の電力を出力する降圧回路と、
前記高電圧電源と前記降圧回路の出力側を接続する副電源線と、
前記降圧回路が出力する電力の電圧値を検出する電圧検出手段と、
前記主電源線に設けられた主スイッチング素子と、
前記副電源線に設けられた副スイッチング素子と、
前記主スイッチング素子および前記副スイッチング素子を制御する制御手段とを備え、
前記降圧回路により降圧した電圧値よりも低い所定の電圧値を第一の電圧値とし、前記降圧回路により降圧した電圧値よりも高い所定の電圧値を第二の電圧値とし、
前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出された電圧値が、前記第二の電圧値以下で前記第一の電圧値以上の場合には、前記主スイッチング素子をオンするとともに、前記副スイッチング素子をオフし、
前記電圧検出手段により検出された電圧値が、前記第二の電圧値より高い場合には、前記主スイッチング素子をデューティ制御で駆動することによって前記高電圧の電力を降圧し、前記降圧回路が出力する低電圧の電力とし、
また前記電圧検出手段により検出された電圧値が、前記第一の電圧値未満である場合には、前記副スイッチング素子をデューティ制御で駆動することによって前記高電圧の電力を降圧し、前記降圧回路が出力する低電圧の電力とすることを特徴とする電源装置。 - 高電圧の電力を出力する高電圧電源と、
該高電圧電源に接続される主電源線と、
該主電源線を介して高電圧の電力を入力し、入力した前記高電圧の電力を降圧して、所定の低電圧の電力を出力する降圧回路と、
前記高電圧電源と前記降圧回路の出力側を接続する副電源線と、
前記降圧回路が出力する電力の電圧値を検出する電圧検出手段と、
前記主電源線に設けられた主スイッチング素子と、
前記副電源線に設けられた副スイッチング素子と、
前記主スイッチング素子および前記副スイッチング素子を制御する制御手段とを備え、
前記降圧回路により降圧した電圧値よりも低い所定の電圧値を第一の電圧値とし、前記降圧回路により降圧した電圧値よりも高い所定の電圧値を第二の電圧値とし、
前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出された電圧値が、前記第二の電圧値以下で前記第一の電圧値以上の場合には、前記主スイッチング素子をオンするとともに、前記副スイッチング素子をオフし、
また前記電圧検出手段により検出された電圧値が、前記第二の電圧値より高い、もしくは前記第一の電圧値未満である場合には、前記主スイッチング素子をオフするとともに、前記副スイッチング素子をデューティ制御で駆動することによって前記高電圧の電力を降圧し、前記降圧回路が出力する低電圧の電力とすることを特徴とする電源措置。 - 高電圧の電力を出力する高電圧電源と、
該高電圧電源に接続される主電源線と、
該主電源線を介して高電圧の電力を入力し、入力した前記高電圧の電力を降圧して、所定の低電圧の電力を出力する降圧回路と、
前記降圧回路が出力する電力の電圧値を検出する電圧検出手段と、
前記主電源線に設けられた主スイッチング素子と、
該主スイッチング素子を制御する制御手段とを備え、
前記降圧回路により降圧した電圧値よりも高い所定の電圧値を第二の電圧値とし、
前記制御手段は、前記電圧検出手段によって検出された電圧値が、前記第二の電圧値よりも高い場合には、前記主スイッチング素子をデューティ制御で駆動することによって前記高電圧の電力を降圧し、前記降圧回路が出力する低電圧の電力とすることを特徴とする電源装置。 - ユーザに報知する報知部を備え、前記制御手段は前記電圧検出手段により検出された電圧値に基づき前記報知部に信号を出力し、前記報知部が報知することを特徴とする請求項１、２、３または４記載の電源装置。
- ユーザに報知する報知部を備え、前記制御手段は前記副スイッチング素子を所定のデューティ比で駆動するとともに、前記電圧検出手段により検出された電圧に基づいて、前記副スイッチング素子の故障診断を行い、前記副スイッチング素子が故障していると診断された場合に、前記報知部に信号を出力し、前記報知部が報知することを特徴とする請求項１、２または３記載の電源装置。
- 前記故障診断は、電源装置の電源投入時に行われることを特徴とする請求項６記載の電源装置。
- 前記降圧回路は、デューティ制御で駆動されることによって前記高電圧の電力を前記低電圧の電力に変換するスイッチング素子を備え、
前記副電源線は前記降圧回路のスイッチング素子の出力端に接続され、
前記電圧検出手段は前記副電源線に接続され、
前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出された前記副電源線の電圧に基づいて、前記主スイッチング素子および前記副スイッチング素子の駆動を制御することを特徴とする請求項１、２または３記載の電源装置。
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