JP5929516B2 - 車両用の電源回路 - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリの電圧を一定に保って負荷に出力する車両用の電源回路に関する。
近年、燃料消費量の節減と排ガスの低減を目的として、アイドルストップ車が実用化されている。アイドルストップ車は、信号待ち等で車両の停止動作を検知するとエンジンを自動的に停止（アイドルストップ）し、その後車両の発進動作を検知するとエンジンを自動的に再始動するようにした車両である。
このようなアイドルストップ車では、アイドルストップ後のエンジン再始動時において、エンジン始動用のスタータモータに大電流が流れることから、バッテリの電圧が一時的に低下する。これに伴って、バッテリに接続されるスタータモータ以外の電子機器などの負荷に供給される電圧も一時的に低下する。そのため、負荷によっては、供給される電圧が動作に必要な電圧の範囲から外れてしまい、一時的に正常に動作しなくなるおそれがある。例えば、カーナビゲーションやオーディオにおいてはリセットが行われたり、さらにオーディオにおいては音飛びが発生したりと、運転者の意図せぬ動作が行われるおそれがある。
そこで、このようなアイドルストップ車では、バッテリの電圧が一時的に低下した場合であっても負荷への必要な電圧の供給を維持することができるように、バッテリと負荷との間に電源回路を備えるようにしている。
例えば、既存の電源回路として、アイドルストップ後のエンジン再始動時において、昇圧回路を動作させることによりバッテリの電圧を昇圧させて負荷に出力し、エンジン再始動時以外の通常時において、昇圧回路に並列接続されるバイパス用のスイッチを常時オンさせることよりバッテリの電圧をバイパス用のスイッチを介して負荷へ出力するものがある（例えば、特許文献１参照）。
これにより、アイドルストップ後のエンジン再始動に伴いバッテリの電圧が一時的に低下した場合であっても負荷への必要な電力供給を維持することができる。また、アイドルストップ後のエンジン再始動時以外の通常時において、バッテリの電圧が昇圧回路内の素子により降下することなく負荷へ出力されるため、負荷への必要な電力供給を維持することができる。
特開２０１０−１８３７５５号公報
しかしながら、上述の電源回路では、負荷へ供給される電力が増大して昇圧回路の出力に規定の閾値以上の大きな電流が流れている場合に、アイドルストップ後のエンジン再始動により昇圧回路が動作すると、そのときの昇圧回路の動作が能力を超えた動作になることがある。この場合、エンジン再始動中に昇圧回路が過電流保護機能などにより停止し、負荷がリセットしたり一時的に停止したりする可能性がある。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、アイドルストップ車に搭載される負荷に安定した電圧を継続的に出力する車両用の電源回路において、昇圧回路の昇圧動作時にその昇圧回路に過電流が流れることを回避することである。
本発明の車両用の電源回路は、昇圧用スイッチング素子と、バッテリと前記昇圧用スイッチング素子との間に設けられるコイルと、前記昇圧用スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出回路とを有する昇圧回路と、前記昇圧回路に並列接続されるバイパススイッチと、アイドルストップ後のエンジン再始動時以外の通常時、前記バイパススイッチを常時オンにさせ、アイドルストップ後のエンジン再始動時、前記バイパススイッチを常時オフにさせるとともに、前記バッテリの電圧が昇圧されて負荷に出力されるように前記昇圧用スイッチング素子の駆動を制御する制御回路とを備える。前記制御回路は、前記通常時において所定タイミングになると、前記バイパススイッチを常時オンから常時オフに切り替えた後、前記昇圧回路の出力電圧が前記所定タイミングになる前の前記昇圧回路の入力電圧になるように前記昇圧用スイッチング素子の駆動を制御するとともに、前記昇圧回路の出力電圧が前記所定タイミングになる前の前記昇圧回路の入力電圧になるように前記昇圧用スイッチング素子の駆動を制御しているときに、前記電流検出回路により検出される電流を前記バイパススイッチに流れるバイパス電流として検出し、前記バイパス電流が閾値以上の場合に、アイドルストップを禁止する旨を、エンジンの動作を制御するエンジン制御回路に通知する。
これにより、例えば、バイパス電流が閾値以上の場合に、アイドルストップを禁止させることができるため、負荷へ供給される電力が増大して昇圧回路の出力に閾値以上の大きな電流が流れている場合に、アイドルストップ後のエンジン再始動により昇圧回路を動作させないようにすることができる。そのため、昇圧回路の昇圧動作時にその昇圧回路に過電流が流れることを回避することができる。
本発明によれば、アイドルストップ車に搭載される負荷に安定した電圧を継続的に出力する車両用の電源回路において、昇圧回路の昇圧動作時にその昇圧回路に過電流が流れることを回避することができる。
本発明の実施形態の車両用の電源回路を示す図である。 制御回路の動作例を示すフローチャートである。 バイパス電流検出モード時の昇圧回路の入力電圧及び出力電圧の一例を示す図である。 本発明の実施形態の車両用の電源回路の変形例を示す図である。
図１は、本発明の実施形態の車両用の電源回路を示す図である。
図１に示す電源回路１は、アイドルストップ車に搭載されるバッテリ２の電圧を一定に保って負荷３に出力するものであり、昇圧回路４と、バイパス回路５とを備える。
昇圧回路４は、アイドルストップ後のエンジン再始動時において、バッテリ２の電圧を昇圧して負荷３に出力するものであり、昇圧用スイッチング素子６と、コイル７と、整流用ダイオード８と、コンデンサ９，１０と、ドライブ回路１１と、制御回路用電源１２と、制御回路１３と、電流検出回路１４とを備える。
昇圧用スイッチング素子６は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、又は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等とする。
コイル７は、バッテリ２と昇圧用スイッチング素子６との間に設けられる。
整流用ダイオード８は、コイル７と負荷３との間に設けられる。
コンデンサ９は、昇圧回路４の入力段に設けられ、コンデンサ１０は、昇圧回路４の出力段に設けられる。
ドライブ回路１１は、制御回路１３から出力される制御信号Ｓ１に基づいて昇圧用スイッチング素子６を駆動する。
制御回路用電源１２は、制御回路１３に駆動用電力を供給する。
電流検出回路１４は、昇圧用スイッチング素子６に流れる電流を検出する。例えば、電流検出回路１４は、昇圧用スイッチング素子６に直列接続される抵抗である。そして、制御回路１３は、昇圧用スイッチング素子６をオンさせているときに、その抵抗にかかる電圧を、その抵抗の抵抗値で割ることにより、バッテリ２からコイル７を介して昇圧用スイッチング素子６及び電流検出回路１４としての抵抗へ流れる電流を求める。
バイパス回路５は、バイパススイッチ１５と、ドライブ回路１６とを備える。
バイパススイッチ１５は、例えば、ＭＯＳＦＥＴであり、昇圧回路４に並列接続される。
ドライブ回路１６は、制御回路１３から出力される制御信号Ｓ２に基づいてバイパススイッチ１５を駆動する。
制御回路１３は、アイドルストップ車全体の動作を制御する上位制御回路１７から送られてくる各種通知に基づいて制御信号Ｓ１、Ｓ２を出力する。なお、制御回路１３は、例えば、ソフトウェア又はハードウェアによって実現される。ソフトウェアによって実現される場合、制御回路１３はＣＰＵやメモリを含み、ＣＰＵがメモリに格納されているプログラムを読み出し実行することによって実現される。また、制御回路１３は、昇圧回路４の外部に設けられてもよい。
また、制御回路１３は、アイドリングストップ後のエンジン再始動時以外の通常時において、バイパススイッチ１５を常時オンさせる制御信号Ｓ２を出力するとともに、昇圧用スイッチング素子６を常時オフさせる制御信号Ｓ１を出力する。これにより、バッテリ２と負荷３とがバイパススイッチ１５を介して電気的に接続され、かつ、昇圧回路４がバッテリ２の電圧に対して昇圧動作を行わないため、昇圧回路４ではなくバイパス回路５を介してバッテリ２から負荷３へ電流が流れる。そのため、バイパススイッチ１５によるバッテリ２の電圧降下分を、コイル７や整流用ダイオード８などによるバッテリ２の電圧降下分よりも小さくすることにより、アイドリングストップ後のエンジン再始動時以外の通常時において、負荷３への必要な電圧の供給を維持することができる。なお、このときの制御回路１３の動作制御を、以下、「バイパスモード」という。
また、制御回路１３は、アイドリングストップ後のエンジン再始動時において、バイパススイッチ１５を常時オフさせる制御信号Ｓ２を出力するとともに、昇圧用スイッチング素子６を繰り返しオン、オフさせる制御信号Ｓ１を出力する。これにより、バイパススイッチ１５を介したバッテリ２と負荷３との電気的なつながりがなくなり、かつ、昇圧回路４がバッテリ２の電圧に対して昇圧動作を行うため、バッテリ２の電圧が昇圧されて負荷３へ出力される。すなわち、アイドリングストップ後のエンジン再始動時においてスタータモータの駆動によりバッテリ２の電圧が一時的に低下しても負荷３への必要な電圧の供給を維持することができる。なお、このときの制御回路１３の動作制御を、以下、「昇圧モード」という。
また、制御回路１３は、「バイパスモード」において、一定時間（例えば、５〜１０［秒］）毎に、電流検出回路１４により検出される電流に基づいて、バイパススイッチ１５に流れるバイパス電流を検出する。なお、このときの制御回路１３の動作制御を、以下、「バイパス電流検出モード」という。
また、制御回路１３は、「バイパス電流検出モード」で検出したバイパス電流が閾値以上であるか否かを判断し、バイパス電流が閾値以上であると判断した場合、アイドルストップ後のエンジン再始動を禁止させる旨の指示を、上位制御回路１７に通知する。そして、上位制御回路１７は、アイドリングストップ後のエンジン再始動を禁止させる旨の指示が通知されると、その指示を、エンジンの動作を制御するエンジン制御回路１８に通知する。エンジン制御回路１８は、アイドルストップ後のエンジン再始動の動作を禁止させる旨の指示が通知されると、アイドルストップ後のエンジン再始動の動作を禁止する。
図２は、制御回路１３の動作例を示すフローチャートである。なお、初期状態（例えば、エンジン始動前の駐車時）において、バイパススイッチ１５は常時オンし、昇圧用スイッチング素子６は常時オフしているものとする。また、制御回路１３は、アイドリングストップ後のエンジン再始動を行う旨の指示が上位制御回路１７から制御回路１３へ通知されると、図２に示すＳ２８とＳ２９の動作ステップの間に割り込んで、所定時間経過するまで「昇圧モード」を行うものとする。そして、制御回路１３は、「昇圧モード」が終了すると、Ｓ２２の動作ステップに戻る。また、ユーザ（例えば、運転者など）によりイグニッションスイッチが操作されてイグニッション信号（ＩＧ）がローレベルからハイレベルになると、アイドルストップ車のエンジンを始動するためのスタータモータが駆動を開始するものとする。また、上記所定時間は、例えば、スタータモータが駆動することによってバッテリ２の電圧が低下している時間に等しい又はほぼ等しいものとする。また、制御回路１３は、イグニッション信号がハイレベルからローレベルになった旨が上位制御回路１７から通知されると、バイパススイッチ１５及び昇圧用スイッチング素子６をそれぞれ初期状態に戻す。
まず、制御回路１３は、イグニッション信号がローレベルからハイレベルになった旨が上位制御回路１７から通知されると（Ｓ２１がＹｅｓ）、「バイパスモード」を開始する（Ｓ２２）。なお、制御回路１３は、イグニッション信号がローレベルからハイレベルになると、制御回路用電源１２から供給される電力により起動し「バイパスモード」を開始してもよい。
次に、制御回路１３は、「バイパス電流検出モード」を行う（Ｓ２３〜Ｓ２７）。
すなわち、制御回路１３は、「バイパス電流検出モード」における図３に示すタイミングｔ１になると、バイパススイッチ１５を常時オンから常時オフに切り替える。すると、バッテリ２からバイパス回路５を介して負荷３へ流れていた電流がバッテリ２から昇圧回路４を介して負荷３へ流れる。そのため、図３に示すように、タイミングｔ１〜ｔ２の期間では、昇圧回路４の出力電圧Ｖｏｕｔ（実線）がコイル７や整流用ダイオード８などにより降下する。
次に、制御回路１３は、「バイパス電流検出モード」における図３に示すタイミングｔ２になると、昇圧回路４の昇圧動作を開始させる。すなわち、制御回路１３は、タイミングｔ２〜ｔ３の期間（例えば、数〜数十ｍ秒）において、昇圧回路４の出力電圧Ｖｏｕｔがタイミングｔ２になる前または直前の昇圧回路４の入力電圧Ｖｉｎになるように、昇圧用スイッチング素子６をオン、オフさせる。なお、タイミングｔ２になる前または直前の昇圧回路４の入力電圧Ｖｉｎは、制御回路１３の内部または外部に設けられる不図示の記憶部に記憶されてもよい。そして、制御回路１３は、タイミングｔ２〜ｔ３の期間において、電流検出回路１４により検出される電流をバイパス電流（バイパススイッチ１５がオフする前または直前に、バッテリ２からバイパススイッチ１５を介して負荷３へ流れていたバイパス電流）として検出する。なお、本実施形態では、「バイパス電流検出モード」において昇圧回路４の入力電圧Ｖｉｎを昇圧する構成であるが、そのときに昇圧される電圧はコイル７や整流用ダイオード８などにより降下する電圧分のみである。すなわち、「バイパス電流検出モード」時の昇圧用スイッチング素子６の駆動信号のデューティは、「昇圧モード」時の昇圧用スイッチング素子６の駆動信号のデューティに比べて小さいため、負荷３へ供給される電力が増大しているときに「バイパス電流検出モード」において昇圧回路４の入力電圧Ｖｉｎを昇圧しても、昇圧回路４の出力に大きな電流が流れない。
その後、制御回路１３は、「バイパス電流検出モード」における図３に示すタイミングｔ３になると、昇圧用スイッチング素子６を常時オフさせ、「バイパス電流検出モード」における図３に示すタイミングｔ４になると、バイパススイッチ１５を常時オンさせる。
次に、制御回路１３は、「バイパス電流検出モード」で検出したバイパス電流が閾値以上であるか否かを判断する（Ｓ２８）。
バイパス電流が閾値よりも小さい場合（Ｓ２８がＮｏ）、制御回路１３は、所定時間（例えば、５〜１０［秒］）が経過すると（Ｓ２９がＹｅｓ）、再度、「バイパス電流検出モード」を行う（Ｓ２３〜Ｓ２７）。
一方、バイパス電流が閾値以上である場合（Ｓ２８がＹｅｓ）、制御回路１３は、アイドリングストップ後のエンジン再始動を禁止させる旨の指示を上位制御回路１７に通知する（Ｓ３０）。そして、上位制御回路１７は、アイドリングストップ後のエンジン再始動を禁止させる旨の指示が通知されると、その指示を、エンジンの動作を制御するエンジン制御回路１８に通知する。エンジン制御回路１８は、アイドルストップ後のエンジン再始動の動作を禁止させる旨の指示が通知されると、アイドルストップ後のエンジン再始動の動作を禁止する。
これにより、負荷３へ供給される電力が増大して昇圧回路４の出力に閾値以上の大きなバイパス電流が流れている場合には、アイドルストップ後のエンジン再始動時に昇圧回路４が動作せず、昇圧回路４が過電流保護機能などにより停止することがないので、昇圧動作時に昇圧回路４に過電流が流れることを回避することができる。そのため、供給電圧が規定範囲から外れないようにすることが望まれる電子機器、例えば、走る、曲がる、止まるといった車両の基本性能に関係する電子機器を負荷３とすることができる。
また、本実施形態の電源回路１は、電流検出回路１４を抵抗などの安価な部品で構成することができるため、コストの増大を抑えることができる。また、電流検出回路１４を、「昇圧モード」時に昇圧回路４に流れる電流を検出するための電流検出回路と共用する場合、新たに電流検出回路１４を用意する必要がないため、さらにコストの増大を抑えることができる。
また、図１に示す電源回路１では、バイパススイッチ１５がＭＯＳＦＥＴにより構成されているが、例えば、図４に示す電源回路１のように、バイパススイッチ１５を機械式リレー（電磁リレー）により構成してもよい。
また、制御回路１３は、「バイパス電流検出モード」で検出したバイパス電流を直接上位制御回路１７に送るようにしてもよい。この場合、上位制御回路１７は、制御回路１３から送られてきたバイパス電流が閾値以上のとき、アイドリングストップ後のエンジン再始動を禁止させる旨の指示を、エンジン制御回路１８に通知する。
１ 電源回路
２ バッテリ
３ 負荷
４ 昇圧回路
５ バイパス回路
６ 昇圧用スイッチング素子
７ コイル
８ 整流用ダイオード
９ コンデンサ
１０ コンデンサ
１１ ドライブ回路
１２ 制御回路用電源
１３ 制御回路
１４ 電流検出回路
１５ バイパススイッチ
１６ ドライブ回路
１７ 上位制御回路
１８ エンジン制御回路

Claims (1)

  1. 昇圧用スイッチング素子と、バッテリと前記昇圧用スイッチング素子との間に設けられるコイルと、前記昇圧用スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出回路とを有する昇圧回路と、
    前記昇圧回路に並列接続されるバイパススイッチと、
    アイドルストップ後のエンジン再始動時以外の通常時、前記バイパススイッチを常時オンにさせ、アイドルストップ後のエンジン再始動時、前記バイパススイッチを常時オフにさせるとともに、前記バッテリの電圧が昇圧されて負荷に出力されるように前記昇圧用スイッチング素子の駆動を制御する制御回路と、
    を備え、
    前記制御回路は、前記通常時において所定タイミングになると、前記バイパススイッチを常時オンから常時オフに切り替えた後、前記昇圧回路の出力電圧が前記所定タイミングになる前の前記昇圧回路の入力電圧になるように前記昇圧用スイッチング素子の駆動を制御するとともに、前記昇圧回路の出力電圧が前記所定タイミングになる前の前記昇圧回路の入力電圧になるように前記昇圧用スイッチング素子の駆動を制御しているときに、前記電流検出回路により検出される電流を前記バイパススイッチに流れるバイパス電流として検出し、前記バイパス電流が閾値以上の場合に、アイドルストップを禁止する旨を、エンジンの動作を制御するエンジン制御回路に通知する
    ことを特徴とする車両用の電源回路。
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