JPH04261331A - Ｄｃ−ｄｃコンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バッテリ等の直流電源
の高電圧を所定の直流電圧に変換して出力するＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータに関し、特に密閉したケースの内部素子の
温度管理の制御において、外気温の変化に対しても温度
管理する手段を付加したＤＣ−ＤＣコンバータに関する
。

【０００２】

【従来の技術】近年、本件出願人によりディーゼルエン
ジンの車両にリターダ制御装置を装備したシステムが提
案されている。このリターダ制御装置のシステムは、電
動機及び発電機として作動する誘導機をディーゼルエン
ジンの駆動系に装着し、この誘導機の発電モード制御で
電気制動してエンジンブレーキ効果を増大し、且つこの
とき機械エネルギを電気エネルギに変換してバッテリに
充電するように回生する。また、バッテリ電源により誘
導機の電動モード制御で補助加速し、エンジン出力を増
大し、排気ガスを低減することが基本的な構成になって
いる。一方、この場合のバッテリの直流電源は他の用途
にも利用することが可能であり、このためＤＣ−ＤＣコ
ンバータにより所定の直流電圧に変換して、ディーゼル
エンジンや車両の種々の電装品にも給電するようになっ
ている。また、このような誘導機の制御に用いられる電
力は必然的に大きく、これに対し大電流型に設定すると
誘導機のコイルを太くしたり、抵抗を低減する等の対策
が必要になって重量の増大、漏電問題を招いて好ましく
無い。そこで、誘導機の電力制御系は高電圧型に設定さ
れ、このためバッテリの電源電圧も高電圧に設定される
。従って、上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、効率良く高電
圧を低電圧に変換することが可能な定電圧型に構成し、
更に電装品側の種々の電気的要求に対応したり、モジュ
ールの内部素子を充分に温度管理する等の対策が必要に
なる。

【０００３】従来、上述のように大容量の直流電源に適
応され、高い効率で電圧変換率の比較的大きいＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータは、スイッチング方式の定電圧電源回路に
構成されている。即ち、ＤＣ−ＡＣインバータに整流回
路を組合わせて構成され、パワートランジスタ等を有す
るスイッチング回路により入力の直流電圧を高周波入力
に変換し、この高周波入力を電源トランスで変圧しダイ
オードにより脈流出力を取出し、コンデンサの整流回路
で整流し、更にチョークコイルのフィルタ回路で平滑化
して所定の直流電圧を出力する。また、出力電圧の変化
に応じて制御回路によりスイッチング回路のスイッチン
グ周波数を調整して、定電圧に保つようになっている。 一方、この定電圧型において出力端子のショート等によ
り過電流が流れて種々の素子を破壊するのを防止するた
め、過電流防止の保護回路が設けられている。更に、Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータの構造について説明すると、上述の
電圧変換機能を有するモジュールが複数個密閉したケー
スの内部に並列接続して実装される。ケースは熱伝導率
の良いアルミ合金等の材料で作られ、且つ多数の放熱フ
ィンが形成されており、ケースの内部素子の発熱をケー
スの部分で自然空冷したり、または出力を強制的に停止
して温度管理するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のＤＣ−ＤＣコンバータの構成にあっては、常に定格
の直流電圧に変換する。また、電流に関しては過電流の
保護回路の制限電流値により定格出力電流以下に制限さ
れ、ケース側に自然空冷の放熱対策が施されているが、
これのみでは内部素子の温度管理が不充分なことがある
。即ち、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力側には車両の電装
品としてラジオ、ヘッドライト、ワイパ、エアコン、各
種システムの電源等が接続しており、これらの電装品が
同時に多数使用される場合は、定格出力電流付近の電流
が連続して流れる。このとき、ＤＣ−ＤＣコンバータは
稼動率が大きくなって、その内部素子の発熱量が出力電
流に応じて増大するが、ケース側の放熱効率は一定であ
ることから、ケース内部温度と共に内部素子温度が上昇
することになる。特に、ＤＣ−ＤＣコンバータが車両の
外に搭載される場合は、ケースの放熱効率が外気温の影
響を多くうけ、外気温が高い状況では内部素子の温度上
昇が一層増大する。ここで、内部素子の使用温度は予め
決まっているため、上述の場合に内部素子の温度が使用
温度以上に上昇して破損することがある。このことから
、車両に搭載されるＤＣ−ＤＣコンバータでは、外気温
の影響、電力消費の増大を考慮して、更に確実に内部素
子温度を管理する対策が要求される。

【０００５】ところで、この内部素子の温度管理の制御
では、内部素子温度を検知する温度スイッチが必要にな
り、この内部素子温度の上昇時には温度スイッチの信号
で例えば負荷電流を強制的に低下して、内部素子の発熱
を抑える方式が考えられる。しかし、この電流低下によ
り温度制御している状態において外気温が上昇変化する
と、内部素子の温度が外気温の影響で使用温度を越える
ことが予測される。従って、温度スイッチにより内部素
子を温度管理制御する場合は、更に外気温の変化に対し
ても温度管理することが要求される。

【０００６】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであってその目的は、密閉したケース内部に実
装されるモジュールの内部素子の温度を、それ自体と外
気温の変化の両方で確実に温度管理することが可能なＤ
Ｃ−ＤＣコンバータを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
、この発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータにおいてスイッチ
ング方式の手段により入力する直流電圧を所定の直流電
圧に変換し、過電流検知回路で基準電圧と負荷電流によ
る比較電圧とを比較して過電流を検知し、所定の定格出
力電流に制限するように構成されるモジュールで、内部
素子温度を検知する温度スイッチとサーミスタとを有し
、過電流検知回路に温度スイッチの信号で一時的に比較
電圧を増大変化する電流低下回路を付加し、この電流低
下回路の定電圧源にサーミスタを外気温の上昇に対し定
電圧を増大するように接続することを主要な特徴とする
。そして、内部素子温度の上昇時には、温度スイッチに
より電流低下回路を作動して過電流検知回路の比較電圧
を増大し、これに伴い負荷電流を一時的に強制低下して
内部素子の自己発熱と共に温度上昇を抑え、このとき外
気温が上昇すると、サーミスタにより定電圧を増大して
更に電流低下量を増し、内部素子の温度を常にその使用
温度以下に保つことを可能にする。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明のＤＣ−ＤＣコンバータの原理と、
リターダ付ディーゼルエンジンに適応した実施例を示す
構成図である。先ず、ディーゼルエンジンのリターダ制
御装置のシステムについて説明すると、ディーゼルエン
ジン１の駆動系のフライホイール２に電動機及び発電機
として作動する誘導機１１が装着され、フライホイール
２がクラッチ３を介して変速機４以降に連結されている
。 リターダ制御装置１０は誘導機１１がインバータ回路１
２を介してバッテリ１３に電力制御可能に接続され、制
御回路１４の電動モード信号によりインバータ回路１２
で誘導機１１にバッテリ電源を供給し且つ進んだ回転磁
界を生じ、電動機として作動して補助加速する。また、
発電モード信号によりインバータ回路１２で誘導機１１
に遅れた回転磁界を生じ、発電機として作動して電気制
動し、このとき生じた電気エネルギを回生してバッテリ
１３に充電するように構成される。

【０００９】次に、上記バッテリ１３の直流電源による
各種電装品の給電システムについて説明すると、バッテ
リ１３にＤＣ−ＤＣコンバータ２０が接続される。この
ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の正の出力側が時計５、タコ
メータ６に接続され、更にキースイッチ７のＡＣＣ位置
でオンするスイッチ８を介してラジオ、ヘッドライト、
ワイパ、エアコン等の電装品１５に接続されている。Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータ２０は車両の外に搭載されるもので
あり、密閉したケース２０ｂ　の内部に複数個のモジュ
ール２０ａ　が並列接続して実装される。ケースは熱伝
導率の良い材料で作られ、多数の放熱フィン２０ｃ　を
有して自然空冷することが可能になっている。

【００１０】１つのモジュール２０ａ　について説明す
ると、モジュール２０ａ　はバッテリ１３と接続される
スイッチング回路２１を有し、このスイッチング回路２
１が電源トランス２２、整流回路２３、フィルタ回路２
４に接続され、バッテリ１３の直流電圧をスイッチング
方式で所定の直流電圧に変換して出力するようになって
いる。出力側には電圧検知回路２５が接続されて出力電
圧と定格の基準電圧との偏差を求め、この偏差に応じて
制御回路２６によりスイッチング回路２１のスイッチン
グ周波数を調整する。また、基準電圧回路２８、比較電
圧回路２９、両電圧を比較するオペアンプ３０を有する
過電流検知回路２７が接続されて、基準電圧に対し所定
の抵抗の負荷電流による比較電圧を比較し、負荷電流が
定格出力電流以上に増大すると、オペアンプ３０から制
御回路２６に制限信号を出力して電流制限するようにフ
ィードバック制御するようになっている。 そして、この過電流検知回路２７の比較電圧回路２８に
は電流低下回路３１が、比較電圧にバイアス電圧を加算
して増大変化するように接続される。一方、ケース２０
ｂ　の内部には内部素子温度Ｔを検知する温度スイッチ
３２とサーミスタ３４が設けられ、温度スイッチ３２の
信号で電流低下回路３１を作動する。また、外気温の変
化で温度スイッチ３２の検知温度以上になった場合は、
サーミスタ３４により電流低下回路３１の定電圧源３３
の定電圧を増大するようになっている。

【００１１】次いで、この実施例の動作について説明す
る。車両走行時の定常走行、制動時にはリターダ制御装
置１０が発電モードで制御され、ディーゼルエンジン１
の駆動系の誘導機１１で生じる電気エネルギを回生して
バッテリ１３に充電される。そして、このバッテリ１３
の電源は、加速時にリターダ制御装置１０が電動モード
で制御されると誘導機１１に給電され、補助加速に使用
される。また、バッテリ１３の直流高電圧はＤＣ−ＤＣ
コンバータ２０のモジュール２０ａ　のスイッチング回
路２１で高周波出力に変換され、電源トランス２２で所
定の電圧に変換され、整流回路２３で整流され、フィル
タ回路２４で平滑化して所定の低い直流電圧に変換され
る。このとき、出力電圧が定電圧制御され、過電流検知
で電流制限されるのであり、こうして定格の電圧と電流
が出力する。そして、この定格電圧が時計５、タコメー
タ６、各種電装品１５に印加し、その負荷に応じた電流
が流れて正常に給電され、上記バッテリ電源が低電圧仕
様の電装品１５等にも使用される。一方、このようにＤ
Ｃ−ＤＣコンバータ２０が作動して電装品１５等に給電
する際に、ケース２０ｂ　内部では温度スイッチ３２に
より内部素子温度Ｔが検知される。そして、内部素子温
度Ｔの低い場合は、温度スイッチ３２がオフしてモジュ
ール２０ａ　の過電流検知回路２７の比較電圧が通常の
負荷電流により設定され、これにより負荷電流は定格出
力電流まで増大することが可能になる。これに対し、内
部素子温度Ｔが上昇すると、温度スイッチ３２がオンし
て電流低下回路３１により比較電圧にバイアス電圧が加
算されることになり、このため過電流検知の基準電圧と
の差が減少して負荷電流の増大範囲が制限される。そこ
で、大きい負荷電流が流れて多くの電装品１５に給電し
ている状況では、直ちに過電流検知により電流制限され
て負荷電流が強制的に低下され、これに伴い内部素子の
自己発熱と共に温度上昇が抑えられる。一方、この温度
制御中に外気温が上昇して温度スイッチ３２の検知温度
以上になると、今度はサーミスタ３４により電流低下回
路３１の定電圧が増大されてバイアス電圧を増すように
なる。 このため、負荷電流を更に低下するように電流制限され
るのであり、こうして内部素子温度は外気温の変化に対
してもその使用温度以下に制御されて破損が防止される
。

【００１２】図２は過電流検知回路２７の具体的な実施
例を示す回路図であり、基準電圧回路２８として正極結
線Ｌ１　　　が定電圧源ＶＲＥＦ１、２つの抵抗Ｒａ，
Ｒｂを介して負極結線Ｌ２　　　に接続し、両抵抗Ｒａ
，Ｒｂの間からオペアンプ３０の正相入力に接続する。 比較電圧回路２９として負極結線Ｌ２　　　の抵抗Ｒｓ
がオペアンプ３０の逆相入力に接続する。また、電流低
下回路３１としてオペアンプ３０の逆相入力の抵抗Ｒｃ
に並列に抵抗Ｒｆが接続し、この抵抗ＲｆがＭＯＳトラ
ンジスタＱ１　　　のドレンに接続し、このＭＯＳトラ
ンジスタＱ１　　のソースが抵抗Ｒｅを介して定電圧源
３３に接続し、ゲートも定電圧源３３に接続する。ケー
ス内部に装着される温度スイッチは３２は内部素子の使
用温度Ｔ０　　　より少し低く検知温度Ｔ１　　　が設
定され、この検知温度Ｔ１　　　に対しヒステリシスを
有して少し低く復帰温度Ｔ２　　　が設定され、これら
の温度Ｔ１　　　，Ｔ２　　　で自らオン、オフするよ
うに構成される。そして、この温度スイッチ３２が定電
圧源３３の電源側の正極結線Ｌ１　　　との間に接続す
る。定電圧源３３はシャントレギュレータのゲートＭに
抵抗Ｒｈとケース内部に装着されるサーミスタ３４を接
続して構成される。サーミスタ３４は図５のように温度
スイッチの検知温度Ｔ１　　　以上の温度領域で、温度
の上昇に対して抵抗値Ｒｔを徐々に減少する温度特性で
あり、このときシャントレギュレータＭにより定電圧が
ＶＲＥＦ２が徐々に増大するように可変制御される。

【００１３】この実施例により、オペアンプ３０の正相
入力の基準電圧Ｖａ　　　は定電圧源ＶＲＥＦ１、抵抗
Ｒａ，Ｒｂにより設定され、 Ｖａ　　　＝ＶＲＥＦ１・Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）で表わ
される。そこで、通常の内部素子温度Ｔが検知温度Ｔ１
　　　以下の低い場合は、温度スイッチ３２がオフして
ＭＯＳトランジスタＱ１　　　もオフし、電流低下回路
３１が非通電される。このため、オペアンプ３０の逆相
入力の比較電圧Ｖｂ　　　は比較電圧回路２９の抵抗Ｒ
ｓと負荷電流Ｉにより設定されて、 Ｖｂ　　　＝Ｒｓ・Ｉ で表わされ、これらを図示すると図３のようになる。従
って、負荷電流Ｉが小さくて、Ｖｂ　　　＜Ｖａ　　　
の場合は図３の「イ」点にあり、負荷電流Ｉと共に比較
電圧Ｖｂ　　　が増大して基準電圧Ｖａ　　　以上にな
ると、過電流検知されてオペアンプ３０によりＶｂ　　
　＝Ｖａ　　　に制限され、この場合の負荷電流Ｉは「
ハ」点の定格出力電流ＩＫ１となる。一方、内部素子温
度Ｔが検知温度Ｔ１　　　以上に上昇して温度スイッチ
３２がオンすると、定電圧源３３に電源供給されてＭＯ
ＳトランジスタＱ１　がオンし、電流低下回路３１の抵
抗Ｒｅ，Ｒｆが通電する。このため、定電圧源３３の定
電圧ＶＲＥＦ２、抵抗Ｒｅ，抵抗ＲｃとＲｆの合成抵抗
Ｒｇによりバイアス電圧Ｖｃ　　　が、以下のように設
定される。 Ｖｃ　　　＝ＶＲＥＦ２・Ｒｇ／（Ｒｇ＋Ｒｅ）そして
、このバイアス電圧Ｖｃ　　　が比較電圧Ｖｂ　　　に
加算されることで、全体の比較電圧Ｖｂ３は以下のよう
に増大する。 Ｖｂ３＝Ｖｂ　　　＋Ｖｃ　 従って、この場合は基準電圧Ｖａ　　　に対して比較電
圧Ｖｂ３が比較され、図３の「ロ」点の負荷電流ＩＫ３
で、「ニ」点のようにＶｂ３＝Ｖａ　　　の条件が成立
して過電流検知され、この負荷電流ＩＫ３に電流制限さ
れる。この制御中に外気温Ｔ３　　　により内部素子温
度が温度スイッチ３２の検知温度以上に上昇すると、こ
の場合の温度に応じサーミスタ３４の抵抗値が図５の特
性により減少して、定電圧源３３のシャントレギュレー
タＭにより定電圧ＶＲＥＦ２が増大する。そこで、電流
低下回路３１のバイアス電圧Ｖｃ　　　も増して比較電
圧Ｖｂ４は図３のように左側に移行し、「ホ」点の負荷
電流ＩＫ４に制限されて更に電流低下量が多くなる。

【００１４】図４は温度スイッチ３２による内部素子の
温度制御を示すタイムチャートの図である。キースイッ
チ７のオフ時は内部素子温度Ｔは外気温Ｔ３　　　より
若干高い状態にあり、ｔ１でキースイッチ７をオンする
と、モジュール２０ａ　から電装品１５等に給電が開始
し、その負荷状態に応じモジュール２０ａ　が稼動して
負荷電流Ｉが流れ、内部素子温度Ｔも徐々に上昇する。 この場合に、電装品１５の負荷が軽くて負荷電流Ｉが小
さいと、内部素子の発熱も少ないためケース２０ｂ　側
の自然空冷により充分に放熱される。一方、負荷電流Ｉ
が増大したりまたは外気温Ｔ３　　　が高い条件になる
と、上記自然空冷のみでは放熱が不足し、ｔ２で内部素
子温度Ｔがその使用温度Ｔ０　　　より低い温度スイッ
チ３２の検知温度Ｔ１　　に達して検知されると、上述
のように強制的に負荷電流Ｉが低下されるため、内部素
子温度Ｔは徐々に低下する。そして、ｔ３で復帰温度Ｔ
２　に達すると、温度スイッチ３２のオフにより負荷電
流Ｉは元に復帰して増大し、これに伴い内部素子温度Ｔ
は再び上昇するようになる。こうして、負荷電流Ｉの復
帰と強制低下が繰り返されて、内部素子温度Ｔはその使
用温度Ｔ０　　　より低い温度スイッチ３２の検知温度
Ｔ１　　　付近に略一定制御される。また、ｔ２とｔ３
の間の温度制御中に、一点鎖線のように外気温Ｔ３　　
　が上昇して内部素子温度Ｔが温度スイッチ３２の検知
温度Ｔ１　　　以上になると、負荷電流Ｉが一点鎖線の
ように更に低下制御されることで、内部素子温度Ｔの上
昇が一点鎖線のように抑制される。従って、この外気温
Ｔ３　　　の変化に対しても、内部素子温度Ｔがその使
用温度Ｔ０　　　以下に保持されるようになる。。

【００１５】以上、本発明の実施例について説明したが
、実施例のみに限定されない。ＤＣ−ＤＣコンバータは
実施例以外の全ての用途に適応できることは勿論である
。

【００１６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明はＤＣ−
ＤＣコンバータのモジュールにおいて、ケース内部に内
部素子温度を検知する温度スイッチとサーミスタが装着
され、この温度スイッチにより内部素子温度の上昇時に
は負荷電流を強制的に低下するように制御し、更にこの
制御中に外気温の変化により内部素子温度が上昇すると
、負荷電流を一層低下制御するように構成されるので、
内部素子温度は外気温に対しても常にその使用温度以下
に制御されて適確に温度管理することが可能になり、こ
れにより内部素子の破損等を確実に防止できる。 また、外気温に対して温度管理されることで、車両等に
搭載されて外気温の影響が大きい場合に有利である。温
度スイッチによる制御の電流低下回路の定電圧源を利用
して、サーミスタにより定電圧を増大する構成であるか
ら、構造が簡素化し、温度管理の設定自由度も大きい。 サーミスタによる制御は温度スイッチの検知温度以上の
場合に行なわれるので、誤動作のおそれが無い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＤＣ−ＤＣコンバータの原理を、リタ
ーダ付ディーゼルエンジンに適応した状態で示す構成図
である。

【図２】過電流検知回路における基準電圧回路、比較電
圧回路、電流低下回路の具体的な実施例を示す回路図で
ある。

【図３】通常時と内部素子温度上昇時の動作状態を示す
線図である。

【図４】温度スイッチによる内部素子温度制御のタイム
チャートを示す図である。

【図５】サーミスタの温度特性に対する定電圧、バイア
ス電圧、負荷電流の関係を示す線図である。

【符号の説明】

２０　　ＤＣ−ＤＣコンバータ ２０ａ　モジュール ２１　　スイッチング回路 ２２　　電源トランス ２３　　整流回路 ２４　　フィルタ回路 ２７　　過電流検知回路 ２８　　基準電圧回路 ２９　　比較電圧回路 ３０　　オペアンプ ３１　　電流低下回路 ３２　　温度スイッチ ３３　　定電圧源 ３４　　サーミスタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　モジュールに入力する直流電圧をスイ
   ッチング方式で所定の直流電圧に変換する手段、基準電
   圧と負荷電流による比較電圧とを比較して過電流を検知
   し、所定の定格出力電流に制限する過電流検知回路を備
   えるＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、内部素子温度を検
   知する温度スイッチとサーミスタとを有し、上記過電流
   検知回路にこの温度スイッチの信号で一時的に比較電圧
   を増大変化する電流低下回路を付加し、この電流低下回
   路の定電圧源にサーミスタを、温度スイッチの検知温度
   以上の場合に温度上昇に応じて定電圧を増大するように
   接続することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
2. 【請求項２】　　上記電流低下回路は、比較電圧回路の
   負荷電流により比較電圧を生じる回路に、バイアス電圧
   を生じる抵抗と、温度スイッチの信号によりオンして通
   電するパワートランジスタと、サーミスタを有する定電
   圧源とを直列に接続して構成することを特徴とする請求
   項１記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。