JP4016767B2

JP4016767B2 - Ｄｃ−ｄｃコンバータ

Info

Publication number: JP4016767B2
Application number: JP2002246442A
Authority: JP
Inventors: 勝須網; 芳朗加藤
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2022-08-27
Also published as: JP2004088906A

Description

【０００１】
【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（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）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】
１０ＤＣ−ＤＣコンバータ
１１ＤＣ−ＤＣコンバータ回路
１２ＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路
１３内部電源回路
２７負荷回路
４０ＤＣ−ＤＣコンバータ
４１電力供給回路
４２ダイオード
５０ＤＣ−ＤＣコンバータ
５１電力供給回路
５２ダイオード
５３スイッチ
６０ＤＣ−ＤＣコンバータ
６１電力供給手段
６２スイッチ
６３制御回路

Claims

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。