JP4016767B2 - Dc−dcコンバータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、DC−DCコンバータに係わり、特に、DC−DCコンバータの動作を制御する制御回路に電力を供給する技術に係わる。
【0002】
【従来の技術】
DC−DCコンバータは、与えられた直流入力電圧(第1の直流電圧)を所定の直流電圧(第2の直流電圧)に変換して出力する装置であって、様々な用途に使用されている。
【0003】
図4は、既存のDC−DCコンバータの一例の回路図である。
図4に示すDC−DCコンバータ10は、第1の直流電圧を、第2の直流電圧に変換するDC−DCコンバータ回路11と、そのDC−DCコンバータ回路11の電圧変換動作を制御するDC−DCコンバータ制御回路12と、そのDC−DCコンバータ制御回路12に電力を供給するための内部電源回路13とから構成される。
【0004】
上記DC−DCコンバータ回路11は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)からなるスイッチング素子14〜17をHブリッジ構成で直流電源18に接続した変換回路19と、その変換回路19の出力側に接続されたトランス20と、そのトランス20の二次側出力に接続され、ダイオード21及び22からなる整流回路23と、その整流回路23の出力側に接続され、コイル24とコンデンサ25とからなる平滑回路26とから構成される。また、DC−DCコンバータ回路11の出力側には、負荷回路27が接続され、その負荷回路27に、DC−DCコンバータ回路11から出力される電力が供給される。
【0005】
上記DC−DCコンバータ制御回路12は、上記DC−DCコンバータ回路11の出力電圧に基づいて、パルス制御信号をスイッチング素子14と17、15と16のそれぞれに出力することにより、各スイッチング素子のON/OFFを制御し、DC−DCコンバータ回路11から所望の電圧を出力させる。なお、DC−DCコンバータ制御回路12は、例えば、DC−DCコンバータ回路11から負荷回路27へ8〜14Vの範囲の出力電圧が出力されるように、パルス制御信号を各スイッチング素子に出力する。
【0006】
上記内部電源回路13は、直流電源18に接続されるトランス28と、トランス28の2次側出力であって、ダイオード29とコンデンサ30とからなる出力回路31と、トランス28の2次側出力であって、ダイオード32とコンデンサ33とからなる出力回路34と、スイッチング素子(MOSFET)35のON/OFF動作を制御する内部電源制御回路36とから構成される。
【0007】
また、内部電源回路13において、出力回路31は、DC−DCコンバータ制御回路12へ電力を供給するための回路であり、出力回路34は、出力回路31の出力電圧をモニタするための回路である。また、内部電源制御回路36は、出力回路34の出力電圧に基づいて、出力回路31の出力電圧が一定の電圧値となるような制御信号をスイッチング素子35へ出力する回路である。そして、その一定の電力がDC−DCコンバータ制御回路12に供給され、DC−DCコンバータ制御回路12を動作させている。
【0008】
このように、上記DC−DCコンバータ10において、DC−DCコンバータ制御回路12が動作し続けるためには、DC−DCコンバータ制御回路12用の電源、すなわち、内部電源回路13が必要不可欠である。
しかしながら、内部電源回路13が何らかの異常で出力が停止または出力電圧が低下し、DC−DCコンバータ制御回路12の動作に必要な電力が得られなくなると、各スイッチング素子への制御信号の出力は停止し、DC−DCコンバータ10の出力が停止してしまうという問題がある。
【0009】
そこで、内部電源回路13の出力が停止または出力電圧が低下しても、DC−DCコンバータ制御回路12が動作するのに必要な電力を確保し続けるために、予備電源回路を設ける構成が考えられている。例えば、内部電源回路13の出力が停止したことを検知して内部電源回路13から予備電源回路に切り替える選択回路を備え、内部電源回路13の異常停止時に予備電源回路に切り替えるようにする。
【0010】
このように、内部電源回路13の他に、予備電源回路などを備えることによって、内部電源回路13の出力が停止または出力電圧が低下していも、DC−DCコンバータ制御回路12に必要な電力を供給し続けることが可能となる。
また、DC−DCコンバータ制御回路12の電力供給の場合だけでなく、このようにメイン電源回路(内部電源回路13)から予備電源回路へ電力の供給を引き継ぐ技術は、一般的に知られている(例えば、特許文献1または特許文献2参照)。
【0011】
【特許文献1】
特開平4−156238号 (第2−4頁、第1図)
【0012】
【特許文献2】
特開平2−23045号 (第2頁、第1図)
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、メイン電源回路(内部電源回路13)の他に予備電源回路を設ける場合、その予備電源回路を設けるためのスペースが必要となり、回路規模が大型化するという問題がある。また、予備電源回路を設ける分、コストが増大するという問題もある。
【0014】
そこで、本発明では、回路規模の大型化及びコストの増大を抑えつつ、DC−DCコンバータの制御回路における電源電圧の低下による動作停止を防止することが可能なDC−DCコンバータを提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、以下のような構成を採用した。
すなわち、本発明のDC−DCコンバータは、自動車に搭載され、走行系電力を補機系電力に変換するためのDC−DCコンバータであって、直流電源からの第1の直流電圧を第2の直流電圧に変換して出力する変換回路と、上記変換回路の動作を制御する制御回路と、上記制御回路に電力を供給する電源回路と、上記変換回路の出力に接続される負荷回路に含まれ、上記変換回路の出力電力を蓄える蓄電手段と、上記電源回路から上記制御回路に印加される電圧が所定値以下に低下したときに、上記変換回路の出力に接続された蓄電手段から上記制御回路へ電力を供給する電力供給手段とを有し、上記電源回路は、上記制御回路に接続される複数の出力回路と、その複数の出力回路を制御する内部電源制御回路とを備え、上記電力供給手段は、ダイオードと、そのダイオードに直列に接続される電力供給スイッチとを備えており、上記電力供給スイッチは、自動車のメインスイッチのオンとオフの切り替え操作に連動してオンとオフが切り替えられる。
【0016】
これより、電源回路の異常により、制御回路へ必要な電力を供給できない場合であっても、上記電力供給手段により、上記変換回路から出力される電力を上記制御回路へ供給することができるので、予備電源回路を備えるDC−DCコンバータよりも構成が簡単なDC−DCコンバータを構成することができる。
【0017】
また、上記DC−DCコンバータは、上記電力供給手段が、ダイオードであることが望ましい。
このように、ダイオードで電力供給手段を構成することによって、予備電源回路を設ける構成に比べて回路規模の大型化及びコストの増大を抑えつつ上記制御回路へ必要な電力を供給することが可能となる。
【0018】
また、上記DC−DCコンバータは、上記電力供給手段が、ダイオードと、そのダイオードに直列に接続されるスイッチとを有する構成としてもよい。
このように、ダイオードとスイッチとから電力供給手段を構成することによって、上記変換回路の出力側からの電力が無意味に上記制御回路に供給されることを防止することが可能となる。
【0019】
また、上記DC−DCコンバータは、上記電力供給手段が、スイッチと、そのスイッチの開閉動作を上記電源回路の出力電圧に基づいて制御する制御回路とを有する構成としてもよい。
このように、スイッチと制御回路とから電力供給手段を構成することによって、予備電源回路を設ける構成に比べて回路規模の大型化及びコストの増大を抑えつつ上記制御回路へ必要な電力を供給することが可能となる。
【0020】
また、上記DC−DCコンバータは、上記変換回路の出力に接続される負荷回路に含まれ、上記変換回路の出力電力を蓄える蓄電手段を有する構成としてもよい。
これより、例えば、上記DC−DCコンバータを電気自動車用に搭載する場合、走行系電力を補機系電力に変換する際の補機系電力をバックアップすることが可能となる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施形態のDC−DCコンバータ40を示す図である。なお、図1に示すDC−DCコンバータ40は、図4のDC−DCコンバータ10と同じ構成については、同じ符号を付けており、その構成の説明は省略する。なお、以下に説明する各DC−DCコンバータは、例えば、負荷回路27をバッテリーとした場合、そのバッテリーに電力を供給するための充電器として考えてもよい。
【0022】
本実施形態のDC−DCコンバータ40の特徴とする点は、変換回路としてのDC−DCコンバータ回路11と、制御回路としてのDC−DCコンバータ制御回路12と、電源回路としての内部電源回路13との他に、図1の破線で示すように、電力供給手段としての電力供給回路41を設けている点である。
【0023】
この電力供給回路41は、DC−DCコンバータ回路11の出力側と内部電源回路13の出力回路31の出力側とをダイオード42を介して接続する構成であり、内部電源回路13からDC−DCコンバータ制御回路12に印加される電圧が所定値以下に低下したときに、DC−DCコンバータ回路11からDC−DCコンバータ制御回路12へ電力を供給する回路である。すなわち、電力供給回路41は、内部電源回路13の出力電圧が、DC−DCコンバータ回路11の出力電圧よりも小さくなると、DC−DCコンバータ回路11の出力からDC−DCコンバータ制御回路12へ電力を供給する回路である。但し、厳密には、DC−DCコンバータ回路11の出力電圧は、DC−DCコンバータ回路11の出力電圧からダイオード42の順方向電圧分だけ低下した電圧値のことであり、この電圧値が、内部電源回路13の出力電圧値よりも大きくなった場合、DC−DCコンバータ回路11の出力からDC−DCコンバータ制御回路12へ電力を供給する回路である。
【0024】
また、DC−DCコンバータ40は、内部電源回路13に異常がなく通常に動作している状態のとき、出力回路31の出力電圧を、DC−DCコンバータ回路11の出力電圧よりも高くなるように設定されている。
すなわち、DC−DCコンバータ40は、例えば、通常状態のとき、負荷回路27に供給される出力電圧を8〜14V(ダイオード41の順方向電圧分0.5Vを差し引くと7.5〜13.5V)、出力回路31の出力電圧を15Vとなるように構成しているので、DC−DCコンバータ回路11の出力電圧がダイオード42を介してDC−DCコンバータ制御回路12に印加されることを防いでいる。また、図1に示すような向きでダイオード42をDC−DCコンバータ回路11の出力側と出力回路31の出力側に接続することによって、出力回路31から負荷回路27へ電力が供給されることを防いでいる。
【0025】
このように、何らかの異常により出力回路31の出力電圧が所定値以下に低下しても、DC−DCコンバータ回路11の出力電圧がダイオード42を介してDC−DCコンバータ制御回路12に印加されるので、DC−DCコンバータ制御回路12を動作し続けることが可能となる。
【0026】
なお、内部電源回路13の出力電圧の低下により、通常状態時での出力電圧よりも低い電圧がDC−DCコンバータ制御回路12に印加するようになっても、DC−DCコンバータ制御回路12は、DC−DCコンバータ回路11の出力電圧で十分に動作することが可能な構成になっている。すなわち、例えば、DC−DCコンバータ制御回路12の動作可能な電源電圧の範囲を7〜15Vに設定することによって、通常、DC−DCコンバータ制御回路12に印加される電圧が15Vで、異常時、内部電源回路12の出力が停止または低下して、DC−DCコンバータ回路11からダイオード41の順方向電圧分0.5Vを引いた7.5〜13.5Vの出力電圧がDC−DCコンバータ制御回路12に印加されてもDC−DCコンバータ制御回路12は、動作可能な電源電圧の範囲内であるので十分に動作することができる。
【0027】
そして、DC−DCコンバータ回路11の出力電力をダイオード42を介してDC−DCコンバータ制御回路12に供給する構成にすることによって、特許文献1または特許文献2のように予備電源回路を設ける構成に比べて、構成を簡単にすることができるので、回路規模の大型化及びコストの増大を抑えることが可能となる。
【0028】
なお、本発明は、以上に述べた実施の形態に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で種々の構成または形状を取ることができる。
図2は、他の実施形態のDC−DCコンバータ50を示す図である。なお、図2に示すDC−DCコンバータ50は、図4のDC−DCコンバータ10と同じ部分の構成については同じ符号を付けており、その構成の説明は省略する。
【0029】
図2に示すDC−DCコンバータ50は、例えば、電気自動車用に搭載され、走行系電力を補機系電力に変換する電圧変換回路であって、図1に示すDC−DCコンバータ40と異なる点は、電力供給手段51においてダイオード52の他に、スイッチ53が設けられている点である。なお、このDC−DCコンバータ50は、例えば、メインスイッチオフ時など負荷回路27に電力の供給を行わない場合がある電圧変換装置に利用されることが望ましい。また、DC−DCコンバータ50は、走行系(例えば、数百V系)から補機系(例えば、12V系)への電力供給に利用され、その際、出力段に接続される補機系バッテリーは、例えば、補機系の電力ピーク対応、メモリ、または時計のバックアップのために利用される。
【0030】
上記スイッチ53は、例えば、メインスイッチオフ時など、DC−DCコンバータ回路11が動作していない場合に、DC−DCコンバータ回路11の出力側からDC−DCコンバータ制御回路12へ無駄な電力が供給されることを防止するために設けている。すなわち、スイッチ53は、メインスイッチオンなどに連動しており、メインスイッチオフ時のDC−DCコンバータ回路11を動作させない場合は、スイッチ53をOFFし、蓄電手段としての負荷回路27(例えば、バッテリーなど)からDC−DCコンバータ制御回路12への電力の供給を止めている。また、反対に、DC−DCコンバータ回路11の動作時にはスイッチ53をONし、上述のDC−DCコンバータ40のように、内部電源回路13の異常時の電力低下分を補償する。
【0031】
このように、電力供給手段51をダイオード52とスイッチ53とから構成することによって、内部電源回路13の何らかの異常時において、その出力電圧が低下しても、DC−DCコンバータ制御回路12を動作させるために必要な電力をDC−DCコンバータ制御回路12に供給することが可能となる。また、内部電源回路13の出力停止による負荷回路27からDC−DCコンバータ制御回路12への電力供給を防止し、DC−DCコンバータ制御回路12の誤動作を防止することができる。また、ダイオード52とスイッチ53とで電力供給手段51を構成することにより、特許文献1または特許文献2のように予備電源回路を設けて電力補償を行うよりも構成を簡単にすることができるので、回路規模の大型化及びコストの増大を抑えることができる。
【0032】
また、図3は、本発明の実施形態のDC−DCコンバータ60を示す図である。なお、図3に示すDC−DCコンバータ60は、図4のDC−DCコンバータ10と同じ構成については同じ符号を付けており、その構成の説明は省略する。図3に示すDC−DCコンバータ60が、図1に示すDC−DCコンバータ40と異なる点は、電力供給手段61において、電力供給用のスイッチ62と、そのスイッチ62のON/OFFの動作制御を行う制御回路63とが設けられている点である。
【0033】
上記電力供給手段61は、制御回路63において内部電源回路13の出力回路31の出力電圧をモニタし、その出力電圧が所定電圧以下に低下したときに、スイッチ62をONさせる制御信号をスイッチ62に出力し、DC−DCコンバータ制御回路12の駆動用電力を確保している。
【0034】
すなわち、制御回路63は、内部電源回路13が正常なときは、スイッチ62をOFFさせる制御信号をスイッチ62に出力し、DC−DCコンバータ回路11からDC−DCコンバータ制御回路12への出力電圧の印加を行わない。また、内部電源回路13が何らかの異常で出力電圧が低下し、内部電源回路13の出力電圧がDC−DCコンバータ回路11の出力電圧よりも小さくなったときは、スイッチ62をONさせる制御信号をスイッチ62に出力し、DC−DCコンバータ回路11からDC−DCコンバータ制御回路12へ出力電圧を印加させる。
【0035】
このように、電力供給手段61をスイッチ62とそのスイッチ62の動作を制御する制御回路63とから構成することによって、内部電源回路13の何らかの異常時において、その出力電圧が低下しても、DC−DCコンバータ制御回路12を動作させるために必要な電圧をDC−DCコンバータ制御回路12に供給することが可能となる。また、スイッチ62と制御回路63とで電力供給手段61を構成することにより、特許文献1または特許文献2のように予備電源回路を設けて電力補償を行うよりも構成を簡単にすることができるので、回路規模の大型化及びコストの増大を抑えることができる。
【0036】
また、上記DC−DCコンバータ40、50、または60は、トランス20を利用して入力側と出力側とを絶縁する構成としているが、入力側と出力側とが絶縁されていない構成としてもよい。
また、上記電力供給手段41、51、または61は、出力回路34へ電力の供給を行っていないが、上述したように、本実施形態では、出力回路34は、単に、出力回路31の出力電圧をモニタするための回路であるのでDC−DCコンバータ制御回路12の動作には問題はない。
【0037】
【発明の効果】
本発明によれば、電源回路から制御回路に印加される電圧が所定値以下に低下したときに、変換回路から制御回路へ電力を供給する電力供給手段を備えているので、予備電源回路を備えて制御回路の電力補償を行うよりも構成を簡単にすることができ、回路規模の大型化及びコストの増大を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態であるDC−DCコンバータを示す図である。
【図2】本発明の他の実施形態であるDC−DCコンバータを示す図である。
【図3】本発明の他の実施形態であるDC−DCコンバータを示す図である。
【図4】既存のDC−DCコンバータの一例の回路図である。
【符号の説明】
10 DC−DCコンバータ
11 DC−DCコンバータ回路
12 DC−DCコンバータ制御回路
13 内部電源回路
27 負荷回路
40 DC−DCコンバータ
41 電力供給回路
42 ダイオード
50 DC−DCコンバータ
51 電力供給回路
52 ダイオード
53 スイッチ
60 DC−DCコンバータ
61 電力供給手段
62 スイッチ
63 制御回路
Claims (1)
- 自動車に搭載され、走行系電力を補機系電力に変換するためのDC−DCコンバータであって、
直流電源からの第1の直流電圧を第2の直流電圧に変換して出力する変換回路と、
上記変換回路の動作を制御する制御回路と、
上記制御回路に電力を供給する電源回路と、
上記変換回路の出力に接続される負荷回路に含まれ、上記変換回路の出力電力を蓄える蓄電手段と、
上記電源回路から上記制御回路に印加される電圧が所定値以下に低下したときに、上記変換回路の出力に接続された蓄電手段から上記制御回路へ電力を供給する電力供給手段と、
を有し、
上記電源回路は、上記制御回路に接続される複数の出力回路と、その複数の出力回路を制御する内部電源制御回路と、を備え、
上記電力供給手段は、ダイオードと、そのダイオードに直列に接続される電力供給スイッチと、を備えており、
上記電力供給スイッチは、自動車のメインスイッチのオンとオフの切り替え操作に連動してオンとオフが切り替えられる、
ことを特徴とするDC−DCコンバータ。
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