JP6956553B2 - Power supply and control method of power supply - Google Patents
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Description
本発明は、電源装置および電源装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a power supply unit and a method for controlling the power supply unit.
モータ（電動機）を駆動するためのインバータ回路などの駆動回路を含む制御装置には、駆動回路に電力を供給する電源装置を内蔵しているものがある。この電源装置は、例えば入力端子がバッテリなどの直流電源に接続され、出力端子が負荷である駆動回路に接続されている。そして、このような電源装置は、例えば、入力端子に入力される直流電源の電圧を昇圧して負荷である駆動回路に直流電力を供給する。 Some control devices including a drive circuit such as an inverter circuit for driving a motor (motor) have a built-in power supply device that supplies electric power to the drive circuit. In this power supply device, for example, the input terminal is connected to a DC power source such as a battery, and the output terminal is connected to a drive circuit which is a load. Then, such a power supply device, for example, boosts the voltage of the DC power supply input to the input terminal to supply DC power to the drive circuit which is a load.
例えば、特許文献１に記載されている電源装置では、昇圧時と非昇圧時に直流電源（バッテリ）から負荷への電流の流れを異ならせるために、電源装置における入力端子（バッテリ出力部に相当する）と、出力端子（昇圧回路の出力部に相当する）との間にバイパス回路が設けられている（特許文献１の図１参照）。この特許文献１に記載されている電源装置では、昇圧が必要な場合に昇圧回路を動作させて昇圧回路から負荷へ電力が供給され、昇圧が不要な場合に昇圧回路を経由せずにバイパス回路を経由して負荷へ電力が供給される。 For example, in the power supply device described in Patent Document 1, in order to make the current flow from the DC power supply (battery) to the load different during boosting and non-boosting, it corresponds to an input terminal (battery output unit) in the power supply device. ) And the output terminal (corresponding to the output unit of the booster circuit), a bypass circuit is provided (see FIG. 1 of Patent Document 1). In the power supply device described in Patent Document 1, when boosting is required, the booster circuit is operated to supply power from the booster circuit to the load, and when boosting is not required, the bypass circuit does not go through the booster circuit. Power is supplied to the load via.
ところで、モータを駆動するインバータ回路などの駆動回路を含む制御装置では、例えば、電源装置の入力部にリレー回路等の保護回路が設けられている場合がある。このような構成において、特許文献１に記載されているように電源装置の入力端子と出力端子に並列にバイパス回路を追加する場合、バイパス回路に対して新たに保護回路を追加して設けなければならないことがある。この場合、例えば、電源装置あるいは制御装置の小型化が困難になるという課題が生じる。 By the way, in a control device including a drive circuit such as an inverter circuit for driving a motor, for example, a protection circuit such as a relay circuit may be provided at an input portion of the power supply device. In such a configuration, when a bypass circuit is added in parallel to the input terminal and the output terminal of the power supply device as described in Patent Document 1, a new protection circuit must be added to the bypass circuit. It may not be. In this case, for example, there arises a problem that it becomes difficult to miniaturize the power supply device or the control device.
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、小型化に適した構成を有する電源装置および電源装置の制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a power supply device having a configuration suitable for miniaturization and a control method for the power supply device.
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、昇圧用スイッチおよび同期整流用スイッチを有し、直流電源から供給される電圧を昇圧して、電動機を駆動する駆動回路に接続される出力線へ出力する昇圧回路と、前記直流電源の正極端子と、前記昇圧回路に電力を供給する電力供給線との間に接続され、直流電源からの電力の供給を制御する第１スイッチと、前記電力供給線と、前記昇圧用スイッチおよび前記同期整流用スイッチ間の共通ノードとの間に接続され、前記直流電源からの電力の供給を前記昇圧回路へ行う昇圧用コイルと、前記電力供給線と、前記出力線との間に接続され、前記電力供給線と前記出力線との間の電気的接続を制御する第２スイッチと、非昇圧時に、前記第１スイッチと前記第２スイッチを導通状態にし、昇圧時に、前記第１スイッチを導通状態にし、前記第２スイッチを非導通状態にする制御部と、を備え、前記制御部は、前記昇圧回路を停止して前記第２スイッチを導通状態にした状態である通常状態において、一時的に前記電動機の大きな駆動力が必要になった場合に、前記第２スイッチを非導通状態にして、前記昇圧回路を動作させ、昇圧時から非昇圧時である前記通常状態へ移行させる際に、前記昇圧回路を停止させて、前記電力供給線の電圧と前記昇圧回路の出力線の電圧との間の差電圧が所定の電圧以下となった後、前記第２スイッチを非導通状態から導通状態に変化させることを特徴とする電源装置である。 In order to solve the above problems, one aspect of the present invention is an output line having a boost switch and a synchronous rectification switch, boosting a voltage supplied from a DC power source, and connecting to a drive circuit for driving an electric motor. A first switch that is connected between a booster circuit that outputs power to the booster circuit, a positive terminal of the DC power supply, and a power supply line that supplies power to the booster circuit, and controls power supply from the DC power supply, and the power supply. A boost coil connected between the supply line and a common node between the boost switch and the synchronous rectification switch to supply power from the DC power supply to the boost circuit, and the power supply line. A second switch that is connected to the output line and controls the electrical connection between the power supply line and the output line, and the first switch and the second switch are made conductive when the voltage is not increased. A control unit that makes the first switch conductive and the second switch non-conductive at the time of boosting is provided , and the control unit stops the boosting circuit to bring the second switch into a conductive state. In the normal state, which is the normal state, when a large driving force of the electric motor is temporarily required, the second switch is set to a non-conducting state, the booster circuit is operated, and the booster is changed to the non-boost. When shifting to the normal state, the booster circuit is stopped, and after the difference voltage between the voltage of the power supply line and the voltage of the output line of the booster circuit becomes equal to or less than a predetermined voltage, the booster circuit is described. It is a power supply device characterized by changing the second switch from a non-conducting state to a conducting state.
また、本発明の一態様は、上記電源装置であって、前記昇圧用スイッチ、前記同期整流用スイッチおよび前記第２スイッチから構成される昇圧部と、前記第１スイッチから構成される電源リレースイッチ部と、を備える。 Further, one aspect of the present invention is the power supply device, which is a power supply relay switch composed of the booster switch, the synchronous rectification switch, the booster unit including the second switch, and the first switch. It has a part and.
また、本発明の一態様は、上記電源装置であって、前記昇圧用スイッチおよび前記同期整流用スイッチから構成される昇圧部と、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチから構成される電源リレースイッチ部と、を備える。 Further, one aspect of the present invention is the power supply device, which is a power supply relay switch composed of a booster unit including the booster switch and the synchronous rectification switch, and the first switch and the second switch. It has a part and.
また、本発明の一態様は、昇圧用スイッチおよび同期整流用スイッチを有し、直流電源から供給される電圧を昇圧して、電動機を駆動する駆動回路に接続される出力線へ出力する昇圧回路と、前記直流電源の正極端子と、前記昇圧回路に電力を供給する電力供給線との間に接続され、直流電源からの電力の供給を制御する第１スイッチと、前記電力供給線と、前記昇圧用スイッチおよび前記同期整流用スイッチ間の共通ノードとの間に接続され、前記直流電源からの電力の供給を前記昇圧回路へ行う昇圧用コイルと、前記電力供給線と、前記出力線との間に接続され、前記電力供給線と前記出力線との間の電気的接続を制御する第２スイッチと、非昇圧時に、前記第１スイッチと前記第２スイッチを導通状態にし、昇圧時に、前記第１スイッチを導通状態にし、前記第２スイッチを非導通状態にする制御部と、を備える電源装置において、前記制御部によって、前記昇圧回路を停止して前記第２スイッチを導通状態にした状態である通常状態において、一時的に前記電動機の大きな駆動力が必要になった場合に、前記第２スイッチを非導通状態にして、前記昇圧回路を動作させ、昇圧時から非昇圧時である前記通常状態へ移行させる際に、前記昇圧回路を停止させて、前記電力供給線の電圧と前記昇圧回路の出力線の電圧との間の差電圧が所定の電圧以下となった後、前記第２スイッチを非導通状態から導通状態に変化させる電源装置の制御方法である。 Further, one aspect of the present invention is a booster circuit having a booster switch and a synchronous rectification switch, boosting a voltage supplied from a DC power supply, and outputting the voltage to an output line connected to a drive circuit for driving an electric motor. A first switch connected between the positive terminal of the DC power supply and the power supply line for supplying power to the booster circuit to control the supply of power from the DC power supply, the power supply line, and the above. A boosting coil connected between a boosting switch and a common node between the synchronous rectification switches and supplying power from the DC power supply to the boosting circuit, the power supply line, and the output line. A second switch that is connected between them and controls the electrical connection between the power supply line and the output line, and the first switch and the second switch are made conductive during non-boost, and the boost is performed. In a power supply device including a control unit that makes the first switch conductive and the second switch non-conducting, the control unit stops the booster circuit to make the second switch conductive. in the normal state is, when a large driving force temporarily the motor is required, and the second switch non-conductive, the booster circuit is operated, a time of non-boosted from voltage step-up the When shifting to the normal state , the booster circuit is stopped, and after the difference voltage between the voltage of the power supply line and the voltage of the output line of the booster circuit becomes equal to or less than a predetermined voltage, the second step is performed. This is a control method for a power supply device that changes a switch from a non-conducting state to a conducting state.
上記本発明の態様によれば、小型化に適した構成を有する電源装置および電源装置の制御方法を提供することができる。 According to the above aspect of the present invention, it is possible to provide a power supply device having a configuration suitable for miniaturization and a control method for the power supply device.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るモータ制御システムの構成例を示すブロック図である。図１に示すように、モータ駆動システム１００は、モータ制御装置１と、バッテリ２と、モータ３とを備えている。モータ駆動システム１００は、モータ３を駆動するシステムである。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a motor control system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
バッテリ２（直流電源の一例）は、例えば、鉛蓄電池などの二次電池であり、モータ制御装置１に直流電力を供給する。 The battery 2 (an example of a DC power supply) is a secondary battery such as a lead storage battery, and supplies DC power to the motor control device 1.
モータ制御装置１は、例えば、モータ３の駆動を制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。モータ制御装置１は、電源装置１０と、インバータ部１６を備える。モータ制御装置１は、バッテリ２から供給された直流電力に基づいて、モータ３を駆動する制御を行う。
The motor control device 1 is, for example, an ECU (Electronic Control Unit) that controls the drive of the
電源装置１０は、コイル１１と、電源リレースイッチ１２と、バイパススイッチ１３と、昇圧回路１４と、平滑コンデンサ１５と、制御部１７とを備えている。また、電源装置１０は、入力端子１０−１と、接地端子１０−２と、出力端子１０−３と、接地端子１０−４を備えている。入力端子１０−１は、コイル１１の一端と、バッテリ２の正極端子に接続されている。接地端子１０−２と接地端子１０−４は、ＧＮＤ（グランド）線Ｌ２に接続されている。また、接地端子１０−４は、インバータ部１６のローサイド側の入力端子に接続されている。出力端子１０−３は、昇圧回路１４の出力線Ｌ３と、インバータ部１６のハイサイド側の入力端子に接続されている。
The
コイル１１は、入力端子１０−１と電源リレースイッチ１２との間に接続され、高周波ノイズやリップルを除去するフィルタとして機能する。
The
電源リレースイッチ１２（第１スイッチの一例）は、コイル１１および入力端子１０−１を介してバッテリ２の正極端子に接続されるとともに、昇圧回路１４に電力を供給する電力供給線Ｌ１との間に接続され、バッテリ２からの電力の供給を制御する。電源リレースイッチ１２は、例えば、逆向きに接続された２つのリレー用ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）（１２１、１２２）を備えている。
The power relay switch 12 (an example of the first switch) is connected to the positive terminal of the
リレー用ＦＥＴ（１２１、１２２）は、例えば、ｎＭＯＳＦＥＴ（ｎ型ＭＯＳ（金属酸化膜半導体）電界効果トランジスタ）であり、リレー用ＦＥＴ（１２１、１２２）のゲート端子（制御端子）は、制御部１７から出力される制御信号の信号線（制御線Ｓ１）に接続されている。リレー用ＦＥＴ（１２１、１２２）は、制御線Ｓ１がハイ状態（Ｈｉｇｈ状態）にある場合に、オン（ＯＮ）状態（導通状態）になり、制御線Ｓ１がロウ状態（Ｌｏｗ状態）にある場合に、オフ（ＯＦＦ）状態（非導通状態）になる。
The relay FET (121, 122) is, for example, an nMOSFET (n-type MOS (metal oxide semiconductor) field effect transistor), and the gate terminal (control terminal) of the relay FET (121, 122) is a
なお、以下の説明において、信号線（制御線）がハイ状態にあるとは、信号線（制御線）の電位がハイ状態にあることを示し、信号線（制御線）がロウ状態にあるとは、信号線（制御線）の電位がロウ状態にあることを示すものとする。 In the following description, the fact that the signal line (control line) is in the high state means that the potential of the signal line (control line) is in the high state, and that the signal line (control line) is in the low state. Indicates that the potential of the signal line (control line) is in the low state.
バイパススイッチ１３（第２スイッチの一例）は、電力供給線Ｌ１と、昇圧回路１４の出力線Ｌ３との間に接続され、電力供給線Ｌ１と、昇圧回路１４の出力線Ｌ３との間の電気的接続を制御する。バイパススイッチ１３は、例えば、ｎＭＯＳＦＥＴであり、ソース端子が電力供給線Ｌ１に、ドレイン端子が出力線Ｌ３に、ゲート端子が制御部１７から出力される制御信号の信号線（制御線Ｓ２）に、それぞれ接続されている。バイパススイッチ１３は、制御線Ｓ２がハイ状態にある場合に、オン状態になり、制御線Ｓ２がロウ状態にある場合に、オフ状態になる。
The bypass switch 13 (an example of the second switch) is connected between the power supply line L1 and the output line L3 of the
また、バイパススイッチ１３は、バッテリ２から供給される直流電力をモータ３の駆動に直接利用する場合に、制御部１７によってオン状態に制御され、インバータ部１６にバッテリ２から供給される直流電力を供給する。また、バイパススイッチ１３は、昇圧回路１４から出力される直流電力をモータ３の駆動に利用する場合に、制御部１７によってオフ状態に制御され、インバータ部１６に昇圧回路１４から出力される直流電力を供給する。
Further, when the DC power supplied from the
昇圧回路１４は、例えば、同期整流昇圧回路であり、電源リレースイッチ１２によって供給された電圧（バッテリ２から供給された電圧）を昇圧して、モータ３を駆動するインバータ部１６に出力する。昇圧回路１４は、昇圧用コイル１４１と、抵抗１４２と、コンデンサ（１４３、１４６）と、同期整流用スイッチ１４４と、昇圧用スイッチ１４５と、コイル１４７とを備えている。
The
昇圧用コイル１４１および抵抗１４２は、昇圧用コイル１４１と抵抗１４２の各一端で直列に接続され、昇圧用コイル１４１の他端が電力供給線Ｌ１のノードＮ１に接続され、抵抗１４２の他端がノードＮ２（共通ノード）に接続されている。昇圧用コイル１４１は、昇圧の際に電力供給線Ｌ１から供給される電力を蓄積および放出する。抵抗１４２は、シャント抵抗として機能する。コンデンサ１４３は、ノードＮ１と、ＧＮＤ線Ｌ２との間に接続され、平滑コンデンサとして機能する。なお、ＧＮＤ線Ｌ２は、バッテリ２の負極端子に接続されている。
The
同期整流用スイッチ１４４は、例えば、ｎＭＯＳＦＥＴであり、昇圧された電圧を同期整流して、コイル１４７を介して、出力線Ｌ３に出力する。同期整流用スイッチ１４４は、ソース端子がノードＮ２に、ドレイン端子がノードＮ３に、ゲート端子が制御部１７から出力される制御信号の信号線（制御線Ｓ３）に、それぞれ接続されている。同期整流用スイッチ１４４は、制御線Ｓ３がハイ状態にある場合に、オン状態になり、制御線Ｓ３がロウ状態にある場合に、オフ状態になる。
The
昇圧用スイッチ１４５は、例えば、ｎＭＯＳＦＥＴであり、オン状態とオフ状態とを交互に制御されることにより昇圧に寄与する。昇圧用スイッチ１４５は、ソース端子がＧＮＤ線Ｌ２に、ドレイン端子がノードＮ２に、ゲート端子が制御部１７から出力される制御信号の信号線（制御線Ｓ４）に、それぞれ接続されている。昇圧用スイッチ１４５は、制御線Ｓ４がハイ状態にある場合に、オン状態になり、制御線Ｓ４がロウ状態にある場合に、オフ状態になる。
The
コンデンサ１４６は、ノードＮ３とＧＮＤ線Ｌ２との間に接続され、平滑コンデンサとして機能する。
コイル１４７は、ノードＮ３と出力線Ｌ３との間に接続され、高周波ノイズやリップルを除去するフィルタとして機能する。
The
The
平滑コンデンサ１５は、昇圧回路１４の出力線Ｌ３に接続され、昇圧回路１４が出力する昇圧された電圧を平滑化する。
インバータ部１６は、出力線Ｌ３を介して供給される直流電力を交流電力に変換する。インバータ部１６は、例えば、モータ３を駆動する駆動回路である。インバータ部１６は、例えば、３相交流信号を駆動信号としてモータ３に出力し、モータ３を駆動する。
The smoothing
The
モータ３（電動機の一例）は、例えば、３相交流モータであり、インバータ部１６から供給される３相交流信号に基づいて、駆動（回転）する。
The motor 3 (an example of an electric motor) is, for example, a three-phase AC motor, which is driven (rotated) based on a three-phase AC signal supplied from the
制御部１７は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などを含むプロセッサであり、モータ制御装置１を統括的に制御する。制御部１７は、例えば、昇圧回路１４およびインバータ部１６を制御して、モータ３の駆動を制御する。また、制御部１７は、電源リレースイッチ１２およびバイパススイッチ１３の制御を行う。
The
制御部１７は、例えば、通常状態において、制御線Ｓ２をハイ状態にして、バイパススイッチ１３をオン状態に制御するとともに、制御線Ｓ３および制御線Ｓ４をロウ状態にして、昇圧回路１４を停止させる。また、制御部１７は、モータ３に一時的に大きなトルク（駆動力）が必要になった場合に、制御線Ｓ２をロウ状態にして、バイパススイッチ１３をオフ状態に制御するとともに、制御線Ｓ３および制御線Ｓ４を間欠的にオン状態にして、昇圧回路１４を動作させる。これにより、制御部１７は、昇圧回路１４からバッテリ２より高い電圧をインバータ部１６に供給させ、モータ３に一時的に大きなトルク（駆動力）を発生させる。なお、昇圧回路１４で昇圧動作を行うか否かの判断は、例えば、モータ３の駆動制御（例えば駆動電流や駆動トルクの制御）の状態に応じて行うことができる。この判断は、制御部１７で行ってもよいし、制御部１７以外の他の制御部で行ってもよい。
For example, in the normal state, the
また、例えば、制御部１７は、モータ駆動システム１００において、ＩＧ（イグニッション）スイッチがオンされた場合に、モータ駆動システム１００の動作を開始するために、制御線Ｓ１をハイ状態にして、電源リレースイッチ１２をオン状態にする。また、制御部１７は、ＩＧ（イグニッション）スイッチがオフされた場合（モータ駆動システム１００の動作が停止された場合）に、制御線Ｓ１をロウ状態にして、電源リレースイッチ１２をオフ状態にする。したがって、制御部１７は、非昇圧時に、電源リレースイッチ１２とバイパススイッチ１３を導通状態にし、昇圧時に、電源リレースイッチ１２を導通状態にし、バイパススイッチ１３を非導通状態にする。
Further, for example, in the
また、制御部１７は、各部の電圧、電流や温度などを監視し、昇圧回路１４、インバータ部１６等のモータ制御装置１の内部回路になんらかの異常や不具合が発生したことを検知した場合、制御線Ｓ１をロウ状態にして、電源リレースイッチ１２をオフ状態にする。電源リレースイッチ１２をオフ状態することで、バッテリ２からの電力の供給を遮断することができる。これによって、例えば、正常状態への復帰を図ったり、異常状態が継続することを防止したりすることができる。すなわち、電源リレースイッチ１２は、モータ制御装置１における保護回路として機能する。
Further, the
また、制御部１７は、例えば抵抗１４２の両端の電位差を検知することで、抵抗１４２に流れる電流を検知する。ただし、図１では、抵抗１４２の両端の電位差を検知するための信号線の図示を省略している。
Further, the
また、制御部１７は、信号線ＳＬ１を用いて電力供給線Ｌ１の電圧ＶＬ１を検知するとともに、信号線ＳＬ３を用いて出力線Ｌ３の電圧ＶＬ３を検知する。制御部１７は、昇圧回路１４を昇圧時から非昇圧時へ移行させる際、例えば平滑コンデンサ１５からバイパススイッチ１３を介してバッテリ２やコンデンサ１４３へ流れる電流を制限するため、電力供給線Ｌ１の電圧（ＶＬ１）と昇圧回路１４の出力線Ｌ３の電圧（ＶＬ３）との間の差電圧（ＶＬ３−ＶＬ１）が所定の電圧（ＶＲ）以下となった後、バイパススイッチ１３を非導通状態から導通状態に変化させる。
Further, the
また、制御部１７は、モータ駆動システム１００の動作が停止された場合に、電源リレースイッチ１２をオフ状態にするとともに、バイパススイッチ１３および昇圧用スイッチ１４５をオン状態にして、平滑コンデンサ１５に蓄積された電荷を、昇圧回路１４を介して放電させる。この場合、制御部１７は、制御線Ｓ１をロウ状態にするとともに、制御線Ｓ２および制御線Ｓ４をハイ状態にする制御を行う。
Further, when the operation of the
また、制御部１７は、例えば、モータ駆動システム１００の動作が停止された場合に、平滑コンデンサ１５に蓄積された電荷が、バイパススイッチ１３および昇圧用スイッチ１４５に急激に流れ込んで過電流が発生することを防止するために、昇圧用スイッチ１４５を間欠的にオン状態にする。ここで、間欠的にオン状態にするとは、所定の時間間隔で、オン状態とオフ状態とを交互に繰り返すことである。
Further, in the
また、制御部１７は、平滑コンデンサ１５の電圧が、所定の電圧（閾値電圧Ｖｔｈ）以下になった場合に、昇圧用スイッチ１４５をオフ状態にする。制御部１７は、例えば、内蔵する不図示のＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）などにより検出した平滑コンデンサ１５の電圧（出力線Ｌ３の電圧）を、定期的に取得する。制御部１７は、平滑コンデンサ１５の電圧が、所定の電圧（閾値電圧Ｖｔｈ）以下になった場合に、制御線Ｓ４をロウ状態にして、昇圧用スイッチ１４５をオフ状態にする。ここで、所定の電圧とは、例えば、安全が確保される電圧であって、モータ駆動システム１００の安全停止を確認できる電圧である。
Further, the
以上のように、本実施形態では、電源装置１０の入力端子１０−１と出力端子１０−３間に並列にバイパス回路を設けるのではなく、電源リレースイッチ１２に接続された電力供給線Ｌ１と出力端子１０−３に接続された出力線Ｌ３との間にバイパススイッチ１３を設けている。この構成によれば、電源リレースイッチ１２をオフすることで、バッテリ２から昇圧回路１４を介したインバータ部１６への電力供給と、バッテリ２からバイパススイッチ１３を介したインバータ部１６への電力供給の両方を遮断することができる。すなわち、本実施形態では、昇圧回路１４とバイパススイッチ１３において１つの保護回路を共用することができる。したがって、バイパススイッチ１３専用に保護回路を設ける場合と比べ、電源装置１０を容易に小型化することができる。
As described above, in the present embodiment, the bypass circuit is not provided in parallel between the input terminal 10-1 and the output terminal 10-3 of the
次に、図２および図３を参照して、図１に示す電源装置１０の構成部品のモジュール化の例について説明する。図２および図３において、図１に示す構成と同一または対応する構成には同一の符号を用いて、説明を適宜省略する。また、図２および図３では、制御部１７と制御線Ｓ１〜Ｓ４と信号線ＳＬ１およびＳＬ２の図示を省略している。なお、本実施形態において、モジュールとは、電源装置１０の全体構成に対する部分構成を意味し、例えば、電源装置１０を構成する複数の部品を機能的に、あるいは接続が容易となる形態に、あるいは放熱に適した形態に、まとめた部分構成である。ここで、複数の部品は、回路を構成する素子に限らず、端子、配線、放熱部材等を含む。
Next, an example of modularization of the components of the
図２に示す電源装置１０は、フェールセーフ・リレー・モジュール２１（電源リレースイッチ部の一例）と、昇圧モジュール２２（昇圧部の一例）を備える。フェールセーフ・リレー・モジュール２１と昇圧モジュール２２は、例えば、ＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）部品としてモジュール化したり、ＤＩＰ（Ｄｕａｌ Ｉｎｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）部品としてモジュール化したりすることができる。
The
フェールセーフ・リレー・モジュール２１は、電源リレースイッチ１２と接続端子２１−１〜２１−５を備える。接続端子２１−１は、リレー用ＦＥＴ１２１のドレイン端子に接続されている。接続端子２１−２は、リレー用ＦＥＴ１２２のドレイン端子に接続されている。接続端子２１−３は、リレー用ＦＥＴ１２１のゲート端子に接続されている。接続端子２１−４は、リレー用ＦＥＴ１２１とリレー用ＦＥＴ１２１の各ソース端子に接続されている。接続端子２１−５は、リレー用ＦＥＴ１２２のゲート端子に接続されている。
The fail-
昇圧モジュール２２は、バイパススイッチ１３と、抵抗１４２と、同期整流用スイッチ１４４と、昇圧用スイッチ１４５と、接続端子２２−１〜２２−１０とを備えている。接続端子２２−１と接続端子２２−２は、一端がノードＮ２である抵抗１４２の他端に接続されている。接続端子２２−３は、ノードＮ２である抵抗１４２の一端と同期整流用スイッチ１４４のソース端子と昇圧用スイッチ１４５のドレイン端子に接続されている。接続端子２２−２と接続端子２２−３は、抵抗１４２の両端の電位差を検知するための端子として用いることができる。接続端子２２−４は、同期整流用スイッチ１４４のドレイン端子に接続されている。接続端子２２−５は、同期整流用スイッチ１４４のゲート端子に接続されている。接続端子２２−６は、昇圧用スイッチ１４５のゲート端子に接続されている。接続端子２２−７は、昇圧用スイッチ１４５のソース端子に接続されている。接続端子２２−８は、バイパススイッチ１３のソース端子に接続されている。接続端子２２−９は、バイパススイッチ１３のゲート端子に接続されている。接続端子２２−１０は、バイパススイッチ１３のドレイン端子に接続されている。
The
図２に示す構成では、フェールセーフ・リレー・モジュール２１が、電源リレースイッチ１２のみを有し、他のスイッチを有していない。したがって、例えば、昇圧回路１４やバイパススイッチ１３を有していない他の電源装置と、フェールセーフ・リレー・モジュール２１を共通化することができる。また、昇圧モジュール２２が、バイパススイッチ１３と同期整流用スイッチ１４４と昇圧用スイッチ１４５を有している。そのため、昇圧モジュール２２を組み込むことで、必要なスイッチをすべて追加することができ、昇圧回路１４とバイパススイッチ１３を備える電源装置１０を構成することができる。他方、昇圧モジュール２２を省略することで、昇圧回路１４とバイパススイッチ１３を備えない電源装置を構成することができる。すなわち、昇圧回路１４とバイパススイッチ１３を追加する場合と追加しない場合に比較的容易に対応することができる。
In the configuration shown in FIG. 2, the fail-
一方、図３に示す電源装置１０は、フェールセーフ・リレー・モジュール２１ａ（電源リレースイッチ部の一例）と、昇圧モジュール２２ａ（昇圧部の一例）を備える。フェールセーフ・リレー・モジュール２１ａと昇圧モジュール２２ａは、例えば、ＳＭＤ部品としてモジュール化したり、ＤＩＰ部品としてモジュール化したりすることができる。なお、図３において、図２に示す構成と同一または対応する構成には同一の符号を用いて、説明を適宜省略する。
On the other hand, the
フェールセーフ・リレー・モジュール２１ａは、電源リレースイッチ１２とバイパススイッチ１３と接続端子２１−１〜２１−７を備える。接続端子２１−６は、バイパススイッチ１３のゲート端子に接続されている。接続端子２１−７は、バイパススイッチ１３のドレイン端子に接続されている。昇圧モジュール２２ａは、抵抗１４２と、同期整流用スイッチ１４４と、昇圧用スイッチ１４５と、接続端子２２−１〜２２−７とを備えている。
The fail-
図３に示す構成では、フェールセーフ・リレー・モジュール２１ａが、電源リレースイッチ１２とバイパススイッチ１３とを備える。電源リレースイッチ１２は、モータ制御装置１の通常動作時にオンし、それ以外の時にオフするよう、図１に示す制御部１７によって制御される。バイパススイッチ１３は、昇圧回路１４を使用しない場合にオンし、昇圧回路１４を使用する場合にオフするよう、図１に示す制御部１７によって制御される。すなわち、フェールセーフ・リレー・モジュール２１ａが備える電源リレースイッチ１２とバイパススイッチ１３は、例えばモータ制御装置１の動作モードが変化した場合にオンまたはオフの状態を変化させる。したがって、所定のサンプリング周期でオン・オフ制御されるスイッチと比較して、スイッチングの頻度は小さく、またスイッチング損失も小さい。
In the configuration shown in FIG. 3, the fail-
一方、昇圧モジュール２２ａは、同期整流用スイッチ１４４と昇圧用スイッチ１４５とを備える。同期整流用スイッチ１４４と昇圧用スイッチ１４５は、昇圧動作時に、ともに所定のサンプリング周期でオン・オフ制御される。したがって、電源リレースイッチ１２とバイパススイッチ１３と比較して、スイッチングの頻度が大きく、またスイッチング損失も大きい。
On the other hand, the
したがって、図２に示す構成に比べ、図３に示す構成では、同期整流用スイッチ１４４と昇圧用スイッチ１４５の温度上昇によるバイパススイッチ１３に対する影響を容易に小さくすることができる。よって、図３に示す構成では、図２に示す構成と比較して、バイパススイッチ１３の故障率を容易に低くすることができる。
Therefore, as compared with the configuration shown in FIG. 2, in the configuration shown in FIG. 3, the influence of the temperature rise of the
次に、図４を参照して図１に示す電源装置１０の動作例について説明する。図４は、図１に示す電源装置１０の動作例を示すタイミングチャートである。図４は、昇圧回路１４の動作状態と、バイパススイッチ１３の動作と、昇圧回路１４の入力電圧ＶＬ１と、出力電圧ＶＬ３と、入出力間の差電圧（電位差）（ＶＬ３−ＶＬ１）の時間変化の一例を示す。図４に示す例では、時刻ｔ０で、昇圧動作中であり、バイパススイッチ１３はオフであり、出力電圧ＶＬ３は入力電圧ＶＬ１より大きい。制御部１７が時刻ｔ１で、同期整流用スイッチ１４４と昇圧用スイッチ１４５のスイッチングを停止し、昇圧動作を停止すると、出力電圧ＶＬ３は低下し始め、時刻ｔ２で差電圧（ＶＬ３−ＶＬ１）が所定の電圧ＶＲ以下となる。ここで、制御部１７は、バイパススイッチ１３をオフからオンに変化させる。
Next, an operation example of the
その後、時刻ｔ３で昇圧回路１４の昇圧動作を開始しようとした場合、制御部１７は、まず、バイパススイッチ１３をオンからオフに変化させる。次に、制御部１７は、時刻ｔ３でバイパススイッチ１３をオフさせてから一定のデットタイムＴＤが経過した時刻ｔ４で、昇圧回路１４の同期整流用スイッチ１４４と昇圧用スイッチ１４５のスイッチングを開始する。
After that, when the boosting operation of the boosting
その後、時刻ｔ５で昇圧回路１４に断線故障が発生し、昇圧動作ができなくなったとすると、出力電圧ＶＬ３が低下し始める。制御部１７は、時刻ｔ６で差電圧（ＶＬ３−ＶＬ１）が所定の電圧ＶＲ以下となると、バイパススイッチ１３をオフからオンに変化させる。
After that, if a disconnection failure occurs in the
図４に示すように、本実施形態では、差電圧（ＶＬ３−ＶＬ１）が所定の電圧ＶＲ以下となった後に、バイパススイッチ１３がオンされる。したがって、バイパススイッチ１３がオンした時に、例えば平滑コンデンサ１５からバッテリ２やコンデンサ１４３へ流れる電流を、バイパススイッチ１３のオン抵抗などを含む回路インピーダンスと電圧ＶＲとで決まる電流値以下に制限することができる。ここで、基準とする電圧ＶＲを適切に設定することで、非昇圧時に切り替わった直後において、バイパススイッチ１３に流れる電流をｎＭＯＳＦＥＴの許容電流以下まで小さくすることができる。なお、バイパススイッチ１３をオンする際、制御部１７は、バイパススイッチ１３のゲート・ソース間電圧を徐々に上昇させることで、ドレイン・ソース間に流れる電流の大きさを時間的に制御してもよい。
As shown in FIG. 4, in the present embodiment, the
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 Although the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and the design and the like within a range not deviating from the gist of the present invention are also included.
１ モータ制御装置
２ バッテリ
３ モータ
１０ 電源装置
１１、１４７ コイル
１２ 電源リレースイッチ
１３ バイパススイッチ
１４ 昇圧回路
１５ 平滑コンデンサ
１６ インバータ部
１７ 制御部
２１、２１ａ フェールセーフ・リレー・モジュール
２２、２２ａ 昇圧モジュール
１００ モータ駆動システム
１２１、１２２ リレー用ＦＥＴ
１４１ 昇圧用コイル
１４２ 抵抗
１４３、１４６ コンデンサ
１４４ 同期整流用スイッチ
１４５ 昇圧用スイッチ
1
141
Claims (4)
前記直流電源の正極端子と、前記昇圧回路に電力を供給する電力供給線との間に接続され、直流電源からの電力の供給を制御する第１スイッチと、
前記電力供給線と、前記昇圧用スイッチおよび前記同期整流用スイッチ間の共通ノードとの間に接続され、前記直流電源からの電力の供給を前記昇圧回路へ行う昇圧用コイルと、
前記電力供給線と、前記出力線との間に接続され、前記電力供給線と前記出力線との間の電気的接続を制御する第２スイッチと、
非昇圧時に、前記第１スイッチと前記第２スイッチを導通状態にし、
昇圧時に、前記第１スイッチを導通状態にし、前記第２スイッチを非導通状態にする制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記昇圧回路を停止して前記第２スイッチを導通状態にした状態である通常状態において、一時的に前記電動機の大きな駆動力が必要になった場合に、前記第２スイッチを非導通状態にして、前記昇圧回路を動作させ、
昇圧時から非昇圧時である前記通常状態へ移行させる際に、前記昇圧回路を停止させて、前記電力供給線の電圧と前記昇圧回路の出力線の電圧との間の差電圧が所定の電圧以下となった後、前記第２スイッチを非導通状態から導通状態に変化させる
ことを特徴とする電源装置。 A booster circuit that has a booster switch and a synchronous rectification switch, boosts the voltage supplied from the DC power supply, and outputs it to the output line connected to the drive circuit that drives the motor.
A first switch that is connected between the positive electrode terminal of the DC power supply and the power supply line that supplies power to the booster circuit and controls the supply of power from the DC power supply.
A boosting coil connected between the power supply line and a common node between the boosting switch and the synchronous rectification switch to supply power from the DC power supply to the boosting circuit.
A second switch that is connected between the power supply line and the output line and controls the electrical connection between the power supply line and the output line.
At the time of non-boost, the first switch and the second switch are made conductive.
A control unit that puts the first switch into a conductive state and puts the second switch into a non-conductive state during boosting.
Equipped with a,
The control unit
In a normal state in which the booster circuit is stopped and the second switch is in a conductive state, when a large driving force of the motor is temporarily required, the second switch is put in a non-conducting state. , Operate the booster circuit,
When shifting from the boosted state to the non-boosted state, the booster circuit is stopped and the difference voltage between the voltage of the power supply line and the voltage of the output line of the booster circuit is a predetermined voltage. After the following, the second switch is changed from the non-conducting state to the conductive state.
The power supply device comprising a call.
前記第１スイッチから構成される電源リレースイッチ部と、
を備える請求項１記載の電源装置。 A booster unit including the booster switch, the synchronous rectification switch, and the second switch,
A power relay switch unit composed of the first switch and
The power supply device according to claim 1.
前記第１スイッチおよび前記第２スイッチから構成される電源リレースイッチ部と、
を備える請求項１記載の電源装置。 A booster unit composed of the booster switch and the synchronous rectification switch,
A power relay switch unit composed of the first switch and the second switch,
The power supply device according to claim 1.
前記制御部によって、
前記昇圧回路を停止して前記第２スイッチを導通状態にした状態である通常状態において、一時的に前記電動機の大きな駆動力が必要になった場合に、前記第２スイッチを非導通状態にして、前記昇圧回路を動作させ、
昇圧時から非昇圧時である前記通常状態へ移行させる際に、前記昇圧回路を停止させて、前記電力供給線の電圧と前記昇圧回路の出力線の電圧との間の差電圧が所定の電圧以下となった後、前記第２スイッチを非導通状態から導通状態に変化させる
ことを特徴とする電源装置の制御方法。 A booster circuit that has a booster switch and a synchronous rectification switch, boosts the voltage supplied from the DC power supply, and outputs it to the output line connected to the drive circuit that drives the electric motor, and the positive terminal of the DC power supply. A first switch that is connected to a power supply line that supplies power to the booster circuit and controls the supply of power from a DC power supply, the power supply line, the booster switch, and the synchronous rectification switch. The power supply line is connected between the boost coil, which is connected to the common node between the power supply and supplies power from the DC power supply to the booster circuit, and between the power supply line and the output line. The second switch that controls the electrical connection between the and the output line, and the first switch and the second switch are made conductive at the time of non-boost, and the first switch is made conductive at the time of boosting. In a power supply device including a control unit that makes the second switch non-conducting.
By the control unit
In a normal state in which the booster circuit is stopped and the second switch is in a conductive state, when a large driving force of the motor is temporarily required, the second switch is put in a non-conducting state. , Operate the booster circuit,
When shifting from the boosted state to the non-boosted state , the booster circuit is stopped and the difference voltage between the voltage of the power supply line and the voltage of the output line of the booster circuit is a predetermined voltage. A method for controlling a power supply device, which comprises changing the second switch from a non-conducting state to a conducting state after the following.
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