WO2019225394A1 - 車載用電源装置 - Google Patents

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WO2019225394A1
WO2019225394A1 PCT/JP2019/019067 JP2019019067W WO2019225394A1 WO 2019225394 A1 WO2019225394 A1 WO 2019225394A1 JP 2019019067 W JP2019019067 W JP 2019019067W WO 2019225394 A1 WO2019225394 A1 WO 2019225394A1
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WO
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conductive path
voltage
switching element
power supply
unit
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Application number
PCT/JP2019/019067
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English (en)
French (fr)
Inventor
貴史 川上
一輝 増田
息吹 河村
Original Assignee
株式会社オートネットワーク技術研究所
住友電装株式会社
住友電気工業株式会社
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Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Definitions

  • the present invention relates to an in-vehicle power supply device.
  • the power supply (battery or the like) may be electrically separated from other components by a contactor and may be on standby.
  • a contactor when the contactor is turned on, an inrush current flows into a capacitive component (for example, a capacitive component of the load) disconnected from the power supply during standby, which may cause damage to the contactor.
  • Patent Document 1 a plurality of shunt circuits are provided in such a manner that a plurality of circuits in which a resistor and a switch are connected in series are connected in parallel so that a charging current flows in stages. Yes.
  • Patent Document 1 when a large-capacity capacitive component exists, it is necessary to increase the number of parallel operations, and there is a problem that the circuit configuration becomes large.
  • the present invention has been made to solve at least one of the above-described problems, and can perform a precharge operation on a capacitive component existing on one side of a voltage conversion unit, and a current during the precharge operation.
  • An object of the present invention is to more easily realize a configuration capable of controlling the above.
  • the in-vehicle power supply device includes: On-vehicle performing at least a voltage conversion operation for converting a voltage applied to a first conductive path serving as a power supply path from the first power supply unit and applying an output voltage to a second conductive path disposed on the second power supply unit side
  • a voltage conversion unit that performs a voltage conversion operation to increase or decrease a voltage and apply the voltage to the second conductive path; Provided in the second conductive path, allows current to flow from the second power supply unit side to the voltage conversion unit side in the second conductive path during an on operation, and from the second power supply unit side during an off operation.
  • a protective switching element that cuts off the flow of current to the voltage converter,
  • a second inductor provided in series with the protective switching element between the voltage converter in the second conductive path and the protective switching element;
  • a semiconductor element portion comprising a diode or a switching element having one end electrically connected between the second inductor and the protective switching element in the second conductive path and the other end electrically connected to a ground portion;
  • a control unit for outputting the first control signal to at least the driving switching element;
  • the protective switching element, the second inductor, and the semiconductor element unit wherein the second conductive path has the voltage conversion unit side as an output side conductive path and the side opposite to the voltage conversion unit side as an input side
  • a charging circuit that conducts a second voltage conversion operation in which a voltage applied to the input-side conductive path is stepped down and applied to the output-side conductive path according to an on / off operation of the protective switching element. Part is composed, The control unit outputs a second control signal in which an on signal and an off signal are alternate
  • the control circuit gives the second control signal to the charging circuit unit according to establishment of a predetermined precharge condition, so that the charging circuit unit is connected to the first conductive path side. It operates to supply a charging current. Therefore, it is possible to charge the capacitance component on the first conductive path side when a predetermined precharge condition is satisfied.
  • the charging current can be controlled by the on / off operation of the switch unit, a configuration capable of controlling the current during the precharging operation can be realized more easily.
  • FIG. 1 is a circuit diagram schematically illustrating an in-vehicle power supply system including an in-vehicle power supply device according to a first embodiment. Operation mode, precharge operation state, high voltage side voltage, contactor state, control for protective switching element T3, drive switching before, during, and after precharge operation in the in-vehicle power supply device of Embodiment 1 It is a timing chart which illustrates the change of the state of control with respect to element T1, T2, and the switching element T4 for short circuit protection. It is explanatory drawing explaining the control method of another Example.
  • the vehicle-mounted power supply device may include a voltage detection unit that detects the voltage value of the first conductive path.
  • the control unit outputs the second control signal to the protection switching element of the charging circuit unit in response to the establishment of the precharge condition, and then the voltage value of the first conductive path detected by the voltage detection unit becomes a predetermined value.
  • the voltage converter may be configured to boost the voltage applied to the second conductive path and apply the voltage to the first conductive path. According to this configuration, when the precharge operation is performed on the capacitance component on the first conductive path side, the boost charge can be performed after the step-down charge, and the charge voltage of the capacitance component is set to the second conductivity. The voltage can be increased to a voltage higher than the voltage of the road.
  • control unit may be configured to control the duty of the second control signal so that the value of the current flowing through the first conductive path is a predetermined target current value. This makes it possible to charge the capacitance component while controlling the current in the first conductive path to a desired value during the precharge operation.
  • An in-vehicle power supply system 100 shown in FIG. 1 includes a first power supply unit 91 and a second power supply unit 92 configured as an in-vehicle power supply unit, and an in-vehicle power supply device 1 (hereinafter also simply referred to as a power supply device 1). And is configured as a system that can supply power to a load (not shown) mounted on the vehicle (for example, a load electrically connected to the first conductive path 21 or the second conductive path 22).
  • the load is a vehicle-mounted electrical component, and the type and number thereof are not limited.
  • the first power supply unit 91 is configured by power storage means such as a lithium ion battery or an electric double layer capacitor, for example, and generates a first predetermined voltage.
  • the terminal on the high potential side of the first power supply unit 91 is kept at a predetermined voltage (for example, 24 V or 48 V), and the terminal on the low potential side is kept at the ground potential (0 V).
  • a terminal on the high potential side of the first power supply unit 91 is electrically connected to a wiring unit 81 provided in the vehicle, and the first power supply unit 91 applies a predetermined voltage to the wiring unit 81.
  • the terminal on the low potential side of the first power supply unit 91 is electrically connected to a reference conductive path 83 configured as a ground part in the vehicle.
  • the wiring portion 81 is connected to the input side terminal MV of the power supply device 1 and is electrically connected to the first conductive path 21 via the input side terminal MV.
  • the second power supply unit 92 is constituted by power storage means such as a lead storage battery, for example, and generates a second predetermined voltage lower than the first predetermined voltage generated by the first power supply unit 91.
  • the terminal on the high potential side of the second power supply unit 92 is maintained at 12V, and the terminal on the low potential side is maintained at the ground potential (0V).
  • a terminal on the high potential side of the second power supply unit 92 is electrically connected to a wiring unit 82 provided in the vehicle, and the second power supply unit 92 applies a predetermined voltage to the wiring unit 82.
  • a terminal on the low potential side of the second power supply unit 92 is electrically connected to the reference conductive path 83.
  • the wiring part 82 is connected to the output side terminal LV of the power supply device 1 and is electrically connected to the second conductive path 22 via the output side terminal LV.
  • the reference conductive path 83 is configured as a vehicle ground and is maintained at a constant ground potential (0 V).
  • the reference conductive path 83 is electrically connected to the low potential side terminal of the first power supply unit 91 and the low potential side terminal of the second power supply unit 92, and the ground portion of the power supply apparatus 1 is not shown. It is electrically connected through the ground terminal.
  • the power supply device 1 is configured as an in-vehicle step-up / step-down DCDC converter that is mounted and used in a vehicle.
  • the power supply apparatus 1 mainly includes a first conductive path 21, a second conductive path 22, a third conductive path 23, a voltage conversion unit 10, a control unit 30, voltage detection units 41 and 42, current detection units 43 and 44, and a charging circuit.
  • Part 50 protective switching elements T3 and T4, input side terminal MV, output side terminal LV and the like.
  • the first conductive path 21 is a conductive path serving as a power supply path from the first power supply unit 91, and is configured as a primary (high voltage side) power supply line to which a relatively high voltage is applied.
  • the first conductive path 21 is electrically connected to one end side of the wiring portion 81 and is electrically connected to the high potential side terminal of the first power supply portion 91 via the wiring portion 81 when the contactor CT is in the ON state.
  • a predetermined DC voltage is applied from the first power supply unit 91.
  • an input side terminal MV is provided at an end portion of the first conductive path 21, and a wiring portion 81 is electrically connected to the input side terminal MV.
  • the second conductive path 22 is a conductive path disposed closer to the second power supply unit 92 than the voltage conversion unit 10, and is configured as a secondary (low voltage side) power supply line to which a relatively low voltage is applied. ing.
  • the second conductive path 22 is electrically connected to the wiring part 82, is electrically connected to the high potential side terminal of the second power supply part 92 via the wiring part 82, and is connected to the second power supply part 92 from the second power supply part 92. 1 DC power voltage smaller than the output voltage of the power supply unit 91 is applied.
  • an output side terminal LV is provided at an end of the second conductive path 22, and a wiring portion 82 is electrically connected to the output side terminal LV.
  • the voltage conversion unit 10 is provided between the first conductive path 21 and the second conductive path 22 and is configured as a semiconductor switching element electrically connected to the first conductive path 21.
  • a switching element T1 Between the element T1 (hereinafter also simply referred to as a switching element T1) and the first conductive path 21 and the third conductive path 23 (conductive path maintained at a predetermined reference potential lower than the potential of the first conductive path 21).
  • a low-side driving switching element T2 (hereinafter also simply referred to as a switching element T2) configured as a semiconductor switching element electrically connected to the switching element T1, between the switching element T1 and the switching element T2, and the second conductive path 22.
  • a first inductor L1 hereinafter also referred to as an inductor L1 electrically connected to.
  • the voltage conversion unit 10 is a main part of the switching-type step-down DCDC converter, and steps down the voltage applied to the first conductive path 21 by switching the on / off operation of the switching element T1 and outputs the voltage to the second conductive path 22.
  • a step-down operation can be performed.
  • the voltage conversion unit 10 can perform a boosting operation of boosting the voltage applied to the second conductive path 22 by switching the on / off operation of the switching element T2 and outputting the boosted voltage to the first conductive path 21.
  • a capacitor C2 is provided between the first conductive path 21 and the third conductive path 23, and a capacitor C3 is provided between the second conductive path 22 and the third conductive path 23. Yes.
  • the capacitor C2 has one end electrically connected to a portion of the first conductive path 21 between the switching element T4 and the switching element T1 and the other end electrically connected to the third conductive path 23.
  • the capacitor C2 is a smoothing capacitor on the first conductive path 21 side in the voltage conversion unit 10, and functions as an input capacitor of the voltage conversion unit 10 (DCDC converter) when the voltage conversion unit 10 performs a step-down operation.
  • DCDC converter voltage conversion unit 10
  • the capacitor C3 is a smoothing capacitor on the second conductive path 22 side in the voltage conversion unit 10, and functions as an output capacitor of the voltage conversion unit 10 (DCDC converter) when the voltage conversion unit 10 performs a step-down operation.
  • DCDC converter voltage conversion unit 10
  • Both the switching element T1 and the switching element T2 are configured as N-channel MOSFETs, and one end of the first conductive path 21 is connected to the drain of the switching element T1 on the high side.
  • the drain of the switching element T1 is electrically connected to one electrode of the capacitor C2 and also electrically connected to the high potential side terminal of the first power supply unit 91 via the first conductive path 21 and the wiring unit 81. It is the structure which can be done, and can conduct
  • a driving signal and a non-driving signal (specifically, a PWM signal) from the control unit 30 are input to the gate of the switching element T1, and the switching element T1 is changed according to the signal from the control unit 30. It is switched between an on state and an off state.
  • a PWM signal a non-driving signal
  • the third conductive path 23 is connected to the source of the switching element T2 on the low side.
  • the third conductive path 23 is a conductive path electrically connected to a reference conductive path 83 (ground portion) in the vehicle, and is maintained at a potential approximately equal to the potential (0 V) of the reference conductive path 83 as a ground. Function.
  • the third conductive path 23 is electrically connected to the electrodes on the other side of the capacitors C2 and C3.
  • a driving signal and a non-driving signal from the control unit 30 are also input to the gate of the switching element T2 on the low side, and the switching element T2 is turned on and off according to the signal from the control unit 30. It has come to switch to.
  • the inductor L1 has one end connected to a connection portion between the switching element T1 and the switching element T2, and one end thereof is electrically connected to the source of the switching element T1 and the drain of the switching element T2.
  • the other end of the inductor L1 is connected to the second conductive path 22 (specifically, a portion of the second conductive path 22 closer to the voltage conversion unit 10 than the second inductor L2).
  • the current detection unit 43 includes a resistor R1 and a differential amplifier 43B, and has a value indicating the current flowing through the first conductive path 21 (specifically, an analog voltage corresponding to the value of the current flowing through the first conductive path 21). ) Is output.
  • the voltage drop generated in the resistor R1 due to the current flowing through the first conductive path 21 is amplified by the differential amplifier 43B, becomes a detection voltage (analog voltage) corresponding to the current, and is input to the control unit 30.
  • the detected voltage (analog voltage) is converted into a digital value by an A / D converter (not shown) provided in the control unit 30.
  • the current detection unit 44 includes a resistance unit R2 and a differential amplifier 44B, and has a value indicating the current flowing through the second conductive path 22 (specifically, an analog voltage corresponding to the value of the current flowing through the second conductive path 22). ) Is output.
  • the voltage drop generated in the resistance unit R2 due to the current flowing through the second conductive path 22 is amplified by the differential amplifier 44B, becomes a detection voltage (analog voltage) corresponding to the current, and is input to the control unit 30.
  • the detected voltage (analog voltage) is converted into a digital value by an A / D converter (not shown) provided in the control unit 30.
  • the voltage detection unit 41 is connected to the first conductive path 21 and is configured to input a value corresponding to the voltage of the first conductive path 21 to the control unit 30.
  • the voltage detection unit 41 can input a value indicating the voltage of the first conductive path 21 (a value specifying a potential difference between the potential of the first conductive path 21 and the potential of the reference conductive path 83) to the control unit 30.
  • the detection circuit is configured as a conductive path that inputs a voltage value at a predetermined position of the first conductive path 21 to the control unit 30, but the voltage of the first conductive path 21 is divided.
  • the voltage dividing circuit may be configured to be input to the control unit 30.
  • the voltage detector 42 is connected to the second conductive path 22 and specifies a value corresponding to the voltage of the second conductive path 22 (a potential difference between the potential of the second conductive path 22 and the potential of the reference conductive path 83). A value to be input to the control unit 30.
  • the voltage detection unit 42 may be a known voltage detection circuit that can input a value indicating the voltage of the second conductive path 22 to the control unit 30. In the example of FIG. 1, the voltage at a predetermined position of the second conductive path 22 is used. Although it is configured as a conductive path that inputs a value to the control unit 30, it may be configured as a voltage dividing circuit that divides the voltage of the second conductive path 22 and inputs it to the control unit 30.
  • the protective switching element T4 is interposed in the first conductive path 21, and cancels the off state in which the flow of current from the first power supply section 91 side to the voltage conversion section 10 side in the first conductive path 21 is blocked. It is configured to switch to the on state.
  • the protective switching element T3 functions as a backflow prevention switching element, is interposed in the second conductive path 22, and is supplied with a voltage from the second power supply section 92 side in the second conductive path 22. It is configured to switch between an off state in which the flow of current to the conversion unit 10 side is blocked and an on state in which the block is released.
  • the protective switching element T3 provided in the second conductive path 22 allows a current to flow from the second power supply unit 92 side to the voltage conversion unit 10 side in the second conductive path 22 during the ON operation. During the off operation, the flow of current from the second power supply unit 92 side to the voltage conversion unit 10 side is interrupted.
  • the second inductor L2 is a filter inductor, is configured as a known coil, and is provided in series with the protective switching element T3.
  • the second inductor L2 has an inductance smaller than that of the first inductor L1, and one end thereof is electrically connected to the first inductor L1 and the capacitor C3.
  • the capacitor C1 is a noise removing capacitor on the first conductive path 21 side, and one end is electrically connected between the current detection resistor R1 and the input side terminal MV, and the other end is the third conductive path. 23 (ground portion) is electrically connected.
  • the capacitor C4 is a noise removing capacitor on the second conductive path 22 side, and one end is between the current detection resistor R2 and the output side terminal LV (specifically, the switching element T3 and the output side terminal LV). And the other end is electrically connected to the third conductive path 23 (ground portion).
  • the charging circuit unit 50 is configured to include the protective switching element T3 and the second inductor L2 described above and a switching element T6 as a semiconductor element unit.
  • the switching element T6 is configured as, for example, an N-channel FET, and has a drain between the second inductor L2 and the switching element T3 (specifically, between the second inductor L2 and the resistor portion R2). It is electrically connected and the source is electrically connected to the third conductive path 23 (ground portion).
  • the second inductor L2 filter coil
  • the protective switching element T3 functions as a high-side switching element
  • the switching element T6 functions as a low-side switching element. The operation of the charging circuit unit 50 will be described later.
  • the control unit 30 includes, for example, a control circuit and a drive unit.
  • the control circuit is configured as a microcomputer, for example, a CPU for performing various arithmetic processes, a ROM for storing information such as programs, a RAM for storing temporarily generated information, and converting an input analog voltage into a digital value A / D converter and the like are provided.
  • the A / D converter includes detection signals from the voltage detection units 41 and 42 (analog voltage signals corresponding to the detection voltages) and detection signals from the current detection units 43 and 44 (analog voltage signals corresponding to the detection currents). ) Is given.
  • the control unit 30 causes the voltage conversion unit 10 to perform a step-down operation, for example, the voltage value detected by the voltage detection unit 42 (the value of the voltage applied to the second conductive path 22) and a predetermined target voltage
  • the feedback calculation for calculating the duty by a known feedback calculation method (a known PI calculation method, a known PID calculation method, etc.) is periodically repeated based on the deviation from the value, and every time the duty is calculated, a new duty is calculated.
  • the PWM signal (first control signal) is given to the switching element T1
  • a PWM signal complementary to the PWM signal given to the switching element T1 is given to the switching element T2 while setting a dead time.
  • the voltage conversion unit 10 performs a boosting operation, a deviation between the voltage value detected by the voltage detection unit 41 (the value of the voltage applied to the first conductive path 21) and a predetermined target voltage value is obtained.
  • a known feedback calculation method known PI calculation method, known PID calculation method, etc.
  • the feedback calculation for calculating the duty is periodically repeated, and a PWM signal is output with a new duty every time the duty is calculated. .
  • the PWM signal is given to the switching element T2, and the PWM signal complementary to the PWM signal given to the switching element T2 is given to the switching element T1 while setting the dead time.
  • the power supply device 1 functions as a synchronous rectification step-down DCDC converter, turns on and off the high-side switching element T1 in accordance with the PWM signal (first control signal), and controls the low-side switching element T2.
  • the DC voltage applied to the first conductive path 21 is stepped down and output to the second conductive path 22.
  • the voltage (output voltage) applied to the second conductive path 22 is determined according to the duty of the PWM signal (first control signal) applied to the gate of the switching element T1.
  • the power supply device 1 also functions as a synchronous rectification step-up DCDC converter, which turns on and off the low-side switching element T2 according to the PWM signal and turns on and off the high-side switching element T1.
  • the DC voltage applied to the second conductive path 22 is boosted and output to the first conductive path 21.
  • the voltage (output voltage) applied to the first conductive path 21 at this time is determined according to the duty of the PWM signal applied to the gate of the switching element T2.
  • the charging circuit unit 50 functions as a synchronous rectification step-down DCDC converter.
  • the voltage conversion unit 10 side is set as the output side conductive path 22B, and the voltage conversion unit 10 side is The opposite side (second power supply unit 92 side) is the input side conductive path 22A, and the voltage applied to the input side conductive path 22A is stepped down and output to the output side conductive path 22B according to the on / off operation of the protective switching element T3.
  • a second voltage conversion operation for applying a voltage can be performed.
  • the charging circuit unit 50 protects the PWM signal that is the second control signal (a control signal in which an on signal and an off signal are switched alternately) from the control unit 30 in response to establishment of a predetermined precharge condition. Is applied to the switching element T3, and the protection switching element T3 is turned on / off in response to the PWM signal, so that the voltage applied to the input side conductive path 22A is stepped down and the output voltage is applied to the output side conductive path 22B. The step-down operation is performed.
  • the control unit 30 causes the charging circuit unit 50 to perform the second voltage conversion operation
  • the control unit 30 provides a PWM signal (second control signal) to the switching element T3 and is complementary to the PWM signal applied to the switching element T3.
  • the PWM signal is given to the switching element T6 while setting the dead time.
  • the input-side conductive path 22A By performing the ON operation and the OFF operation of the high-side switching element T3 in synchronization with the OFF operation and the ON operation of the low-side switching element T6 by such complementary PWM signals, the input-side conductive path 22A.
  • the DC voltage applied to is stepped down and applied to the output side conductive path 22B.
  • the inductance of the second inductor L2 (choke coil) is suppressed to be smaller than the inductance of the first inductor L1 (main coil) (for example, as small as about 1/10).
  • the frequency of the second control signal (PWM signal) given from the control unit 30 to the protective switching element T3 during the precharge step-down operation is the same as when the voltage conversion unit 10 is driven during the normal operation. It is desirable that the frequency be higher than the frequency of the first control signal (PWM signal for driving the driving switching element T1). Further, when the charging circuit unit 50 performs the step-down operation in this manner, the driving switching element T1 may be maintained in the off state or may be switched to the on state.
  • the charging circuit unit 50 configured as a synchronous rectification method is illustrated here, the switching element T6 may be replaced with a diode and configured as a diode rectification DCDC converter.
  • the control unit 30 of the power supply device 1 drives the voltage conversion unit 10 in accordance with establishment of a predetermined start condition, and performs a voltage conversion operation. Specifically, when a predetermined start switch (for example, a known ignition switch) for switching the vehicle system from the operation stop state to the operation state is in an ON state, a predetermined system ON signal (for example, when a start switch is in an off state, a predetermined system off signal (for example, an ignition off signal) is given from the external device to the control unit 30. It has become.
  • the control unit 30 gives a control signal to the voltage conversion unit 10 as a “predetermined precharge condition” that the start switch has been switched from an off state to an on state, and causes the voltage conversion unit 10 to perform a voltage conversion operation.
  • the control unit 30 controls the voltage conversion unit 10 in the flow as shown in FIG.
  • the control unit 30 detects the protection switching element T ⁇ b> 3 of the charging circuit unit 50 at the establishment timing t ⁇ b> 1 of the “predetermined precharge condition” (for example, the timing at which the start switch is switched from the off state to the on state).
  • a PWM signal (second control signal) is output to cause the charging circuit unit 50 to perform a charging operation (the above-described step-down operation).
  • Such an operation is a precharge operation (specifically, a precharge step-down operation).
  • the voltage value of the first conductive path 21 is a first predetermined value (for example, the second power supply unit 92).
  • the switching elements T1 and T2 of the voltage conversion unit 10 may be maintained in the off state, or only the switching element T1 may be in the on state.
  • the control unit 30 monitors the current value detected by the current detection unit 43 between the time t1 and the time t2 during which the precharge step-down operation is performed, and sets the value of the current flowing through the first conductive path 21 to a predetermined target current value.
  • the known feedback control is performed so that the duty of the PWM signal (second control signal) given to the protective switching element T3 is controlled.
  • a known feedback calculation method (known PI) is based on the deviation between the current value detected by the current detection unit 43 (value of the voltage flowing through the first conductive path 21) and a predetermined target current value.
  • the feedback calculation for calculating the duty by a calculation method or a known PID calculation method is periodically repeated, and each time the duty is calculated, a PWM signal for the protection switching element T3 is output with a new duty.
  • the precharge step-down operation is performed while the value of the current flowing through the first conductive path 21 is controlled to be constant.
  • the control unit 30 stops the PWM signal applied to the protective switching element T3 at time t2 when the voltage value of the first conductive path 21 becomes the first predetermined value, and switches the protective switching element T3 to the on state. Then, from time t3 thereafter, the voltage converter 10 is caused to perform a boosting operation. In this step-up operation, the value of the current flowing through the first conductive path 21 is set as a predetermined target current value while monitoring the current value detected by the current detection unit 43 while maintaining the protective switching element T3 in the on state. As described above, known feedback control is performed to control the duty of the PWM signal applied to the driving switching element T2.
  • a known feedback calculation method (known PI) is based on the deviation between the current value detected by the current detection unit 43 (value of the voltage flowing through the first conductive path 21) and a predetermined target current value.
  • a feedback calculation for calculating the duty by a calculation method or a known PID calculation method is periodically repeated, and each time the duty is calculated, a PWM signal applied to the switching element T2 is output with a new duty. Then, the PWM signal is given to the switching element T2, and the PWM signal complementary to the PWM signal given to the switching element T2 is given to the switching element T1 while setting the dead time.
  • the voltage value of the first conductive path 21 becomes a second predetermined value (for example, a predetermined value that is about the same as or slightly lower than the charging voltage of the first power supply unit 91).
  • the process is performed until timing t4.
  • the above-described precharge boosting operation is performed while the current value flowing through the first conductive path 21 is controlled to be constant.
  • the control unit 30 stops the above-described precharge boosting operation at the timing t4 when the voltage value of the first conductive path 21 becomes the second predetermined value. In this way, the contactor CT is switched from the off state (open state) to the on state (short state) at the timing of time t5 after the precharge boost operation is stopped.
  • a control device different from the control unit 30 may perform on / off control, or the control unit 30 may perform on / off control.
  • the control unit 30 switches the protective switching element T4 from the off state to the on state at time t6, and then switches to the voltage conversion unit 10 from the timing at time t7.
  • the step-down operation described above is performed. This step-down operation is performed until a predetermined end timing (for example, timing when the above-described start switch is switched from the on state to the off state).
  • the in-vehicle power supply device 1 of this configuration is charged when the control unit 30 gives the PWM signal (second control signal) to the charging circuit unit 50 in response to establishment of a predetermined precharge condition.
  • the circuit unit 50 operates so as to supply a charging current to the first conductive path 21 side. Therefore, when a predetermined precharge condition is satisfied, the capacitance component on the first conductive path 21 side (in the example of FIG. 1, the capacitance component CP, the capacitor C1, and the capacitor C2 connected to the wiring portion 81) is charged. Is possible.
  • the charging current can be controlled by the on / off operation of the protective switching element T3, a configuration capable of controlling the current during the precharging operation can be realized more easily.
  • the capacitance component CP may be a capacitance component present in a load connected to the wiring portion 81, or may be a large-capacity capacitor connected to the wiring portion 81.
  • the power supply device 1 includes a voltage detection unit 41 that detects the voltage value of the first conductive path 21. Then, the control unit 30 outputs the PWM signal (second control signal) to the protective switching element T3 of the charging circuit unit 50 according to the establishment of the precharge condition, and then the first conductivity detected by the voltage detection unit 41.
  • the voltage conversion unit 10 performs a boosting operation in which the voltage applied to the second conductive path 22 is boosted and applied to the first conductive path 21. It is supposed to be done.
  • the boosted charge can be performed after the step-down charging, and the charge voltage of the capacitive component is set to the first voltage.
  • the voltage can be increased to a voltage higher than the voltage of the two conductive paths 22.
  • control unit 30 applies a PWM signal (second output) to the protection switching element T 3 so that the value of the current flowing through the first conductive path 21 is set to a predetermined target current value in the precharge step-down operation.
  • Control duty This makes it possible to charge the capacitance component while controlling the current in the first conductive path 21 to a desired value during the precharge step-down operation. Note that the capacitance component can be charged while controlling the current of the first conductive path 21 to a desired value also for the boost precharge.
  • the charging circuit unit is configured as a synchronous rectification type DCDC converter, but a diode type DCDC converter may be used.
  • the current of the first conductive path 21 is controlled to be constant during the precharge operation.
  • the current of the first conductive path 21 may be controlled to be constant by a method different from that of the first embodiment.
  • the current detection unit 44 when the current detection unit 44 is provided between the connection part of the charging circuit unit 50 in the input side conductive path 22A and the output side terminal LV, the current flowing through the input side conductive path 22A (input current)
  • the charging circuit unit 50 can also be controlled while detecting. Specifically, as in the example shown in FIG.
  • the target current of the input current current flowing into the charging circuit unit 50 through the input side conductive path 22A
  • the average of the output current may be controlled to be constant.
  • the input side conductive path 22A side is a predetermined input voltage (for example, 12V)
  • the first conductive path 21 side is predetermined.
  • the input current Iin when the output current (for example, 1V) and the output current are stepped down at a predetermined current value (for example, 5A) is ⁇ , the efficiency is Vin, the input voltage is Vin, the output current is Iout, and the output voltage is In the case of Vout, it can be expressed as Iin ⁇ Vin ⁇ ⁇ Iout ⁇ Vout, which is Iin (Iout ⁇ Vout / Vin) / ⁇ . Therefore, the target value of the input current Iin may be determined so that a desired output current Iout can be obtained.
  • FIG. 3 an example is shown in which the voltage on the primary side (first conductive path 21 side) is increased in steps of 1V.
  • the input voltage (voltage of the input side conductive path 22A) and the output voltage (voltage of the first conductive path 21) during the precharge operation by the step-down operation of the charging circuit unit 50 are used. Based on the above, control may be performed so that the output current (current of the first conductive path 21) becomes a desired target current value.

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Abstract

電圧変換部の一方側に存在する容量成分に対してプリチャージ動作を行うことができ、プリチャージ動作時の電流を制御し得る構成をより簡易に実現する。　車載用電源装置（１）は、保護用スイッチング素子（Ｔ３）のオンオフ動作に応じて入力側導電路（２２Ａ）に印加された電圧を降圧して出力側導電路（２２Ｂ）に出力電圧を印加するように第２の電圧変換動作を行う充電回路部（５０）が構成される。制御部（３０）は、所定のプリチャージ条件の成立に応じて、充電回路部（５０）の保護用スイッチング素子（Ｔ３）に対してオン信号とオフ信号とが交互に切り替わる第２制御信号を出力する。

Description

車載用電源装置
　本発明は、車載用電源装置に関するものである。
　車載用の電源システムでは、車両システムの停止時（例えば、ＩＧオフ時）などにおいて電源（バッテリ等）をコンタクタによって他のコンポーネントと電気的に切り離して待機することがある。この種の構成では、コンタクタをオン動作させる際に、待機時に電源から切り離された容量成分（例えば、負荷の容量成分）に突入電流が流れ込み、コンタクタの破損等を生じさせる虞がある。
特開２０１７－１８４３３３号公報
　このような問題を解決するために、特許文献１では、抵抗とスイッチとが直列に接続された回路を複数並列接続する形で複数の分流回路を設け、段階的に充電電流を流すようにしている。しかし、この特許文献１の構成では、大容量の容量成分が存在する場合に、並列数を増やす必要があり、回路構成が大型化してしまうという問題がある。
　本発明は上述した課題の少なくとも一つを解決するためになされたものであり、電圧変換部の一方側に存在する容量成分に対してプリチャージ動作を行うことができ、プリチャージ動作時の電流を制御し得る構成をより簡易に実現することを目的とする。
　本発明の第１態様の車載用電源装置は、
　第１電源部からの電力供給経路となる第１導電路に印加された電圧を変換し、第２電源部側に配置される第２導電路に出力電圧を印加する電圧変換動作を少なくとも行う車載用電源装置であって、
　オン信号とオフ信号とが交互に切り替えられる第１制御信号が与えられることに応じてオンオフ動作する駆動用スイッチング素子を備え、前記駆動用スイッチング素子のオンオフ動作により前記第１導電路に印加された電圧を昇圧又は降圧して前記第２導電路に印加する電圧変換動作を行う電圧変換部と、
　前記第２導電路に設けられ、オン動作時に前記第２導電路における前記第２電源部側から前記電圧変換部側への電流の流れ込みを許容し、オフ動作時に前記第２電源部側から前記電圧変換部側への電流の流れ込みを遮断する保護用スイッチング素子と、
　前記第２導電路における前記電圧変換部と前記保護用スイッチング素子との間において前記保護用スイッチング素子に対して直列に設けられる第２インダクタと、
　一端が前記第２導電路における前記第２インダクタと前記保護用スイッチング素子との間に電気的に接続され、他端がグラウンド部に電気的に接続されるダイオード又はスイッチング素子からなる半導体素子部と、
　少なくとも前記駆動用スイッチング素子に対して前記第１制御信号を出力する制御部と、
　を備え、
　前記保護用スイッチング素子と前記第２インダクタと前記半導体素子部とを備え、前記第２導電路において、前記電圧変換部側を出力側導電路とし、前記電圧変換部側とは反対側を入力側導電路とし、前記保護用スイッチング素子のオンオフ動作に応じて前記入力側導電路に印加された電圧を降圧して前記出力側導電路に出力電圧を印加する第２の電圧変換動作を行う充電回路部が構成され、
　前記制御部は、所定のプリチャージ条件の成立に応じて、前記充電回路部の前記保護用スイッチング素子に対してオン信号とオフ信号とが交互に切り替わる第２制御信号を出力する。
　本発明の第１態様の車載用電源装置は、所定のプリチャージ条件の成立に応じて制御部が充電回路部に対して第２制御信号を与えることで、充電回路部は、第１導電路側へ充電電流を供給するように動作する。よって、所定のプリチャージ条件が成立した場合に、第１導電路側の容量成分を充電することが可能となる。しかも、スイッチ部のオンオフ動作によって充電電流を制御することができるため、プリチャージ動作時の電流を制御し得る構成をより簡易に実現し得る。
実施例１の車載用電源装置を備えた車載用電源システムを概略的に例示する回路図である。 実施例１の車載用電源装置におけるプリチャージ動作前、プリチャージ動作中、プリチャージ動作後における動作モード、プリチャージ動作状態、高圧側電圧、コンタクタ状態、保護用スイッチング素子Ｔ３に対する制御、駆動用スイッチング素子Ｔ１，Ｔ２に対する制御、短絡保護用スイッチング素子Ｔ４の状態の変化を例示するタイミングチャートである。 他の実施例の制御方法を説明する説明図である。
　本発明の望ましい形態を以下に例示する。但し、本発明は以下の構成に限定されない。
　第１態様の車載用電源装置は、第１導電路の電圧値を検出する電圧検出部を備えていてもよい。そして、制御部は、プリチャージ条件の成立に応じて充電回路部の保護用スイッチング素子に第２制御信号を出力した後、電圧検出部によって検出される第１導電路の電圧値が所定値に達した場合に、第２導電路に印加された電圧を昇圧して第１導電路に印加する昇圧動作を電圧変換部に行わせる構成であってもよい。
　この構成によれば、第１導電路側の容量成分に対してプリチャージ動作を行う場合に、降圧充電を行った後に昇圧充電を行うことができるようになり、容量成分の充電電圧を第２導電路の電圧よりも高い電圧まで高めることができる。
　第１態様の車載用電源装置において、制御部は、第１導電路を流れる電流の値を所定の目標電流値とするように第２制御信号のデューティを制御する構成であってもよい。
　このようにすれば、プリチャージ動作時に、第１導電路の電流を所望の値に制御しながら容量成分を充電することが可能となる。
　＜実施例１＞
　以下、本発明を具体化した実施例１について説明する。
　図１で示す車載用の電源システム１００は、車載用の電源部として構成される第１電源部９１及び第２電源部９２と、車載用電源装置１（以下、単に電源装置１ともいう）とを備え、車両に搭載された図示しない負荷（例えば、第１導電路２１や第２導電路２２に電気的に接続された負荷）等に電力を供給し得るシステムとして構成されている。負荷は、車載用電気部品であり、その種類や数は限定されない。
　第１電源部９１は、例えば、リチウムイオン電池、或いは電気二重層キャパシタ等の蓄電手段によって構成され、第１の所定電圧を発生させるものである。例えば、第１電源部９１の高電位側の端子は所定電圧（例えば、２４Ｖ、或いは４８Ｖなど）に保たれ、低電位側の端子はグラウンド電位（０Ｖ）に保たれている。第１電源部９１の高電位側の端子は、車両内に設けられた配線部８１に電気的に接続されており、第１電源部９１は、配線部８１に対して所定電圧を印加する。第１電源部９１の低電位側の端子は、車両内のグラウンド部として構成される基準導電路８３に電気的に接続されている。配線部８１は、電源装置１の入力側端子ＭＶに接続されており、入力側端子ＭＶを介して第１導電路２１と電気的に接続されている。
　第２電源部９２は、例えば、鉛蓄電池等の蓄電手段によって構成され、第１電源部９１で発生する第１の所定電圧よりも低い第２の所定電圧を発生させるものである。例えば、第２電源部９２の高電位側の端子は１２Ｖに保たれ、低電位側の端子はグラウンド電位（０Ｖ）に保たれている。第２電源部９２の高電位側の端子は、車両内に設けられた配線部８２に電気的に接続されており、第２電源部９２は、配線部８２に対して所定電圧を印加する。第２電源部９２の低電位側の端子は基準導電路８３に電気的に接続されている。配線部８２は、電源装置１の出力側端子ＬＶに接続されており、出力側端子ＬＶを介して第２導電路２２と電気的に接続されている。
　基準導電路８３は、車両のグラウンドとして構成され、一定のグラウンド電位（０Ｖ）に保たれている。この基準導電路８３には、第１電源部９１の低電位側の端子と第２電源部９２の低電位側の端子とが電気的に接続され、更に、電源装置１のグラウンド部が図示しないグラウンド端子を介して電気的に接続されている。
　電源装置１は、車両内に搭載されて使用される車載用の昇降圧型ＤＣＤＣコンバータとして構成されている。電源装置１は、主として、第１導電路２１、第２導電路２２、第３導電路２３、電圧変換部１０、制御部３０、電圧検出部４１，４２、電流検出部４３，４４、充電回路部５０、保護用スイッチング素子Ｔ３，Ｔ４、入力側端子ＭＶ、出力側端子ＬＶ等を備える。
　第１導電路２１は、第１電源部９１からの電力供給経路となる導電路であり、相対的に高い電圧が印加される一次側（高圧側）の電源ラインとして構成されている。第１導電路２１は、配線部８１の一端側に電気的に接続され、コンタクタＣＴがオン状態のときに配線部８１を介して第１電源部９１の高電位側の端子に電気的に接続されるとともに、第１電源部９１から所定の直流電圧が印加される構成をなす。図１の構成では、第１導電路２１の端部に入力側端子ＭＶが設けられ、この入力側端子ＭＶに配線部８１が電気的に接続されている。
　第２導電路２２は、電圧変換部１０よりも第２電源部９２側に配置される導電路であり、相対的に低い電圧が印加される二次側（低圧側）の電源ラインとして構成されている。第２導電路２２は、配線部８２に電気的に接続され、配線部８２を介して第２電源部９２の高電位側の端子に電気的に接続されるとともに、第２電源部９２から第１電源部９１の出力電圧よりも小さい直流電圧が印加される構成をなす。図１の構成では、第２導電路２２の端部に出力側端子ＬＶが設けられ、この出力側端子ＬＶに配線部８２が電気的に接続されている。
　電圧変換部１０は、第１導電路２１と第２導電路２２との間に設けられ、第１導電路２１に電気的に接続された半導体スイッチング素子として構成されるハイサイド側の駆動用スイッチング素子Ｔ１（以下、単にスイッチング素子Ｔ１ともいう）と、第１導電路２１と第３導電路２３（第１導電路２１の電位よりも低い所定の基準電位に保たれる導電路）との間に電気的に接続された半導体スイッチング素子として構成されるローサイド側の駆動用スイッチング素子Ｔ２（以下、単にスイッチング素子Ｔ２ともいう）と、スイッチング素子Ｔ１及びスイッチング素子Ｔ２と第２導電路２２との間に電気的に接続された第１インダクタＬ１（以下、インダクタＬ１ともいう）とを備える。電圧変換部１０は、スイッチング方式の降圧型ＤＣＤＣコンバータの要部をなし、スイッチング素子Ｔ１のオンオフ動作の切り替えによって第１導電路２１に印加された電圧を降圧して第２導電路２２に出力する降圧動作を行い得る。また、電圧変換部１０は、スイッチング素子Ｔ２のオンオフ動作の切り替えによって第２導電路２２に印加された電圧を昇圧して第１導電路２１に出力する昇圧動作を行い得る。
　電圧変換部１０において、第１導電路２１と第３導電路２３との間にはコンデンサＣ２が設けられ、第２導電路２２と第３導電路２３との間にはコンデンサＣ３が設けられている。
　コンデンサＣ２は、第１導電路２１におけるスイッチング素子Ｔ４とスイッチング素子Ｔ１との間の部位に一端が電気的に接続され、他端は、第３導電路２３に電気的に接続されている。コンデンサＣ２は、電圧変換部１０における第１導電路２１側の平滑コンデンサであり、電圧変換部１０が降圧動作を行う場合には、電圧変換部１０（ＤＣＤＣコンバータ）の入力コンデンサとして機能し、電圧変換部１０が昇圧動作を行う場合には電圧変換部１０（ＤＣＤＣコンバータ）の出力コンデンサとして機能する。
　コンデンサＣ３は、第２導電路２２における第１インダクタＬ１と第２インダクタＬ２との間の部位に一端が電気的に接続され、他端は、第３導電路２３に電気的に接続されている。コンデンサＣ３は、電圧変換部１０における第２導電路２２側の平滑コンデンサであり、電圧変換部１０が降圧動作を行う場合には、電圧変換部１０（ＤＣＤＣコンバータ）の出力コンデンサとして機能し、電圧変換部１０が昇圧動作を行う場合には電圧変換部１０（ＤＣＤＣコンバータ）の入力コンデンサとして機能する。
　スイッチング素子Ｔ１及びスイッチング素子Ｔ２のいずれも、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴとして構成され、ハイサイド側のスイッチング素子Ｔ１のドレインには、第１導電路２１の一端が接続されている。スイッチング素子Ｔ１のドレインは、コンデンサＣ２の一方側の電極に電気的に接続されるとともに第１導電路２１及び配線部８１を介して第１電源部９１の高電位側端子にも電気的に接続され得る構成であり、これらとの間で導通し得る。また、スイッチング素子Ｔ１のソースには、ローサイド側のスイッチング素子Ｔ２のドレイン及びインダクタＬ１の一端が電気的に接続され、これらとの間で導通し得る。スイッチング素子Ｔ１のゲートには、制御部３０からの駆動信号及び非駆動信号（具体的にはＰＷＭ信号）が入力されるようになっており、制御部３０からの信号に応じてスイッチング素子Ｔ１がオン状態とオフ状態とに切り替わるようになっている。
　ローサイド側のスイッチング素子Ｔ２のソースには、第３導電路２３が接続されている。第３導電路２３は、車両内の基準導電路８３（グラウンド部）に電気的に接続された導電路であり、基準導電路８３の電位（０Ｖ）と同程度の電位に保たれてグラウンドとして機能する。この第３導電路２３には、コンデンサＣ２，Ｃ３のそれぞれの他方側の電極が電気的に接続されている。ローサイド側のスイッチング素子Ｔ２のゲートにも、制御部３０からの駆動信号及び非駆動信号が入力されるようになっており、制御部３０からの信号に応じてスイッチング素子Ｔ２がオン状態とオフ状態とに切り替わるようになっている。
　インダクタＬ１は、スイッチング素子Ｔ１とスイッチング素子Ｔ２との間の接続部に一端が接続され、その一端はスイッチング素子Ｔ１のソース及びスイッチング素子Ｔ２のドレインに電気的に接続されている。インダクタＬ１の他端は、第２導電路２２（具体的には、第２導電路２２において、第２インダクタＬ２よりも電圧変換部１０側の部分）に接続されている。
　電流検出部４３は、抵抗部Ｒ１及び差動増幅器４３Ｂを有し、第１導電路２１を流れる電流を示す値（具体的には、第１導電路２１を流れる電流の値に応じたアナログ電圧）を出力する。第１導電路２１を流れる電流によって抵抗部Ｒ１に生じた電圧降下は、差動増幅器４３Ｂで増幅されてその電流に応じた検出電圧（アナログ電圧）となり、制御部３０に入力される。そして、この検出電圧（アナログ電圧）は、制御部３０に設けられた図示しないＡ／Ｄ変換器によってデジタル値に変換される。
　電流検出部４４は、抵抗部Ｒ２及び差動増幅器４４Ｂを有し、第２導電路２２を流れる電流を示す値（具体的には、第２導電路２２を流れる電流の値に応じたアナログ電圧）を出力する。第２導電路２２を流れる電流によって抵抗部Ｒ２に生じた電圧降下は、差動増幅器４４Ｂで増幅されてその電流に応じた検出電圧（アナログ電圧）となり、制御部３０に入力される。そして、この検出電圧（アナログ電圧）は、制御部３０に設けられた図示しないＡ／Ｄ変換器によってデジタル値に変換される。
　電圧検出部４１は、第１導電路２１に接続されるとともに第１導電路２１の電圧に応じた値を制御部３０に入力する構成をなす。電圧検出部４１は、第１導電路２１の電圧を示す値（第１導電路２１の電位と基準導電路８３の電位との電位差を特定する値）を制御部３０に入力し得る公知の電圧検出回路であればよく、図１の例では、第１導電路２１の所定位置の電圧値を制御部３０に入力する導電路として構成されているが、第１導電路２１の電圧を分圧して制御部３０に入力するような分圧回路として構成されていてもよい。同様に、電圧検出部４２は、第２導電路２２に接続されるとともに第２導電路２２の電圧に応じた値（第２導電路２２の電位と基準導電路８３の電位との電位差を特定する値）を制御部３０に入力する構成をなす。電圧検出部４２は、第２導電路２２の電圧を示す値を制御部３０に入力し得る公知の電圧検出回路であればよく、図１の例では、第２導電路２２の所定位置の電圧値を制御部３０に入力する導電路として構成されているが、第２導電路２２の電圧を分圧して制御部３０に入力するような分圧回路として構成されていてもよい。
　保護用スイッチング素子Ｔ４は、第１導電路２１に介在し、第１導電路２１における第１電源部９１側から電圧変換部１０側へ電流を流すことを遮断するオフ状態とその遮断を解除するオン状態とに切り替わる構成となっている。
　保護用スイッチング素子Ｔ３（以下、単にスイッチング素子Ｔ３ともいう）は、逆流防止用のスイッチング素子として機能し、第２導電路２２に介在し、第２導電路２２における第２電源部９２側から電圧変換部１０側へ電流を流すことを遮断するオフ状態とその遮断を解除するオン状態とに切り替わる構成となっている。このように、第２導電路２２に設けられた保護用スイッチング素子Ｔ３は、オン動作時に第２導電路２２における第２電源部９２側から電圧変換部１０側への電流の流れ込みを許容し、オフ動作時には、第２電源部９２側から電圧変換部１０側への電流の流れ込みを遮断する。
　第２インダクタＬ２は、フィルタ用のインダクタであり、公知のコイルとして構成されており、保護用スイッチング素子Ｔ３に対して直列に設けられている。第２インダクタＬ２は、例えば、第１インダクタＬ１よりもインダクタンスが小さいものであり、一端が第１インダクタＬ１及びコンデンサＣ３に電気的に接続されている。
　コンデンサＣ１は、第１導電路２１側のノイズ除去用のコンデンサであり、一端が電流検出用の抵抗部Ｒ１と入力側端子ＭＶとの間に電気的に接続され、他端が第３導電路２３（グラウンド部）に電気的に接続されている。
　コンデンサＣ４は、第２導電路２２側のノイズ除去用のコンデンサであり、一端が電流検出用の抵抗部Ｒ２と出力側端子ＬＶとの間（具体的には、スイッチング素子Ｔ３と出力側端子ＬＶとの間）に電気的に接続され、他端が第３導電路２３（グラウンド部）に電気的に接続されている。
　充電回路部５０は、上述の保護用スイッチング素子Ｔ３及び第２インダクタＬ２と、半導体素子部としてのスイッチング素子Ｔ６とを備えた形で構成される。スイッチング素子Ｔ６は、例えば、Ｎチャネル型のＦＥＴとして構成されており、第２インダクタＬ２とスイッチング素子Ｔ３との間（具体的には、第２インダクタＬ２と抵抗部Ｒ２との間）にドレインが電気的に接続され、ソースが第３導電路２３（グラウンド部）に電気的に接続されている。充電回路部５０は、第２インダクタＬ２（フィルタコイル）がチョークコイルとして機能し、保護用スイッチング素子Ｔ３がハイサイド側スイッチング素子として機能し、スイッチング素子Ｔ６がローサイド側スイッチング素子として機能する。なお、充電回路部５０の動作は後述する。
　制御部３０は、例えば制御回路と駆動部とを備える。制御回路は、例えば、マイクロコンピュータとして構成され、様々な演算処理を行うＣＰＵ、プログラム等の情報を記憶するＲＯＭ、一時的に発生した情報を記憶するＲＡＭ、入力されたアナログ電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器等を備える。Ａ／Ｄ変換器には、電圧検出部４１，４２からの各検出信号（検出電圧に対応したアナログ電圧信号）や、電流検出部４３，４４からの検出信号（検出電流に対応したアナログ電圧信号）が与えられる。
　制御部３０は、電圧変換部１０に降圧動作を行わせる場合、例えば、電圧検出部４２によって検出される電圧値（第２導電路２２に印加される電圧の値）と予め定められた目標電圧値との偏差に基づいて公知のフィードバック演算方式（公知のＰＩ演算方式や公知のＰＩＤ演算方式など）でデューティを算出するフィードバック演算を周期的に繰り返し、デューティを算出する毎に、新たなデューティでＰＷＭ信号を出力する。そして、そのＰＷＭ信号（第１制御信号）をスイッチング素子Ｔ１に与えるとともに、スイッチング素子Ｔ１に与えるＰＷＭ信号と相補的なＰＷＭ信号をデッドタイムを設定しつつスイッチング素子Ｔ２に与える。また、電圧変換部１０に昇圧動作を行わせる場合、電圧検出部４１によって検出される電圧値（第１導電路２１に印加される電圧の値）と予め定められた目標電圧値との偏差に基づいて公知のフィードバック演算方式（公知のＰＩ演算方式や公知のＰＩＤ演算方式など）でデューティを算出するフィードバック演算を周期的に繰り返し、デューティを算出する毎に、新たなデューティでＰＷＭ信号を出力する。そして、そのＰＷＭ信号をスイッチング素子Ｔ２に与えるとともに、スイッチング素子Ｔ２に与えるＰＷＭ信号と相補的なＰＷＭ信号をデッドタイムを設定しつつスイッチング素子Ｔ１に与える。
　このように、電源装置１は、同期整流方式の降圧型ＤＣＤＣコンバータとして機能し、ＰＷＭ信号（第１制御信号）に応じてハイサイド側のスイッチング素子Ｔ１をオンオフさせるとともにローサイド側のスイッチング素子Ｔ２のオンオフをハイサイド側のスイッチング素子Ｔ１の動作と同期させて行うことで、第１導電路２１に印加された直流電圧を降圧し、第２導電路２２に出力する。第２導電路２２に印加される電圧（出力電圧）は、スイッチング素子Ｔ１のゲートに与えるＰＷＭ信号（第１制御信号）のデューティに応じて定まる。更に、電源装置１は、同期整流方式の昇圧型ＤＣＤＣコンバータとしても機能し、ＰＷＭ信号に応じてローサイド側のスイッチング素子Ｔ２をオンオフさせるとともにハイサイド側のスイッチング素子Ｔ１のオンオフをローサイド側のスイッチング素子Ｔ２の動作と同期させて行うことで、第２導電路２２に印加された直流電圧を昇圧し、第１導電路２１に出力する。このときの第１導電路２１に印加される電圧（出力電圧）は、スイッチング素子Ｔ２のゲートに与えるＰＷＭ信号のデューティに応じて定まる。
　更に、本構成では、充電回路部５０が、同期整流方式の降圧型ＤＣＤＣコンバータとして機能し、第２導電路２２において電圧変換部１０側を出力側導電路２２Ｂとし、電圧変換部１０側とは反対側（第２電源部９２側）を入力側導電路２２Ａとし、保護用スイッチング素子Ｔ３のオンオフ動作に応じて入力側導電路２２Ａに印加された電圧を降圧して出力側導電路２２Ｂに出力電圧を印加する第２の電圧変換動作を行いうる。具体的には、充電回路部５０は、所定のプリチャージ条件の成立に応じて、制御部３０から第２制御信号（オン信号とオフ信号とが交互に切り替わる制御信号）であるＰＷＭ信号が保護用スイッチング素子Ｔ３に与えられ、このＰＷＭ信号に応じて保護用スイッチング素子Ｔ３がオンオフ動作することで、入力側導電路２２Ａに印加された電圧を降圧して出力側導電路２２Ｂに出力電圧を印加する降圧動作を行う。なお、制御部３０は、充電回路部５０に第２の電圧変換動作を行わせる場合、スイッチング素子Ｔ３にＰＷＭ信号（第２制御信号）を与えつつ、スイッチング素子Ｔ３に与えるＰＷＭ信号と相補的なＰＷＭ信号を、デッドタイムを設定しつつスイッチング素子Ｔ６に与える。このような相補的なＰＷＭ信号により、ハイサイド側のスイッチング素子Ｔ３のオン動作及びオフ動作を、ローサイド側のスイッチング素子Ｔ６のオフ動作及びオン動作と同期させて行うことで、入力側導電路２２Ａに印加された直流電圧を降圧し、出力側導電路２２Ｂに印加する。本構成では、第２インダクタＬ２（チョークコイル）のインダクタンスが、第１インダクタＬ１（メインコイル）のインダクタンスに対して小さく抑えられている（例えば、１／１０程度に小さい）。従って、リップル電流を低減するために、プリチャージ降圧動作時に制御部３０から保護用のスイッチング素子Ｔ３に与える第２制御信号（ＰＷＭ信号）の周波数は、通常動作時に電圧変換部１０を駆動するときの上記第１制御信号（駆動用スイッチング素子Ｔ１を駆動するＰＷＭ信号）の周波数よりも大きくすることが望ましい。また、このように充電回路部５０が降圧動作を行うときには、駆動用スイッチング素子Ｔ１はオフ状態で維持してもよく、オン状態に切り替えてもよい。なお、ここでは、同期整流方式として構成される充電回路部５０を例示したが、スイッチング素子Ｔ６をダイオードに置き換えてダイオード整流方式のＤＣＤＣコンバータとして構成してもよい。
　次に、電源装置１で行われる制御について、図２等を参照しつつ説明する。
　電源装置１の制御部３０は、所定の開始条件の成立に応じて電圧変換部１０を駆動し、電圧変換動作を行わせる。具体的には、車両システムを動作停止状態から動作状態に切り替える所定の始動スイッチ（例えば、公知のイグニッションスイッチ）がオン状態である場合に外部装置から制御部３０に対して所定のシステムオン信号（例えば、イグニッションオン信号）が与えられるようになっており、始動スイッチがオフ状態である場合に外部装置から制御部３０に対して所定のシステムオフ信号（例えば、イグニッションオフ信号）が与えられるようになっている。制御部３０は、例えば始動スイッチがオフ状態からオン状態に切り替わったことを「所定のプリチャージ条件」として電圧変換部１０に制御信号を与え、電圧変換部１０に電圧変換動作を行わせる。
　制御部３０は、例えば、図２のような流れで電圧変換部１０を制御する。
　図２の例では、制御部３０は、「所定のプリチャージ条件」の成立タイミングｔ１（例えば、始動スイッチがオフ状態からオン状態に切り替わったタイミング）で、充電回路部５０の保護用スイッチング素子Ｔ３に対してＰＷＭ信号（第２制御信号）を出力し、充電回路部５０に充電動作（上述の降圧動作）を行わせる。このような動作がプリチャージ動作（具体的には、プリチャージ降圧動作）であり、このプリチャージ降圧動作は、第１導電路２１の電圧値が第１所定値（例えば、第２電源部９２の充電電圧と同程度又はこの充電電圧よりも少しだけ低い所定値）となるタイミングｔ２まで行う。なお、プリチャージ動作中は、電圧変換部１０のスイッチング素子Ｔ１，Ｔ２をオフ状態で維持してもよく、スイッチング素子Ｔ１のみをオン状態としてもよい。
　制御部３０は、プリチャージ降圧動作を行う時間ｔ１から時間ｔ２の間において、電流検出部４３で検出される電流値を監視しながら第１導電路２１を流れる電流の値を所定の目標電流値とするように公知のフィードバック制御を行い、保護用スイッチング素子Ｔ３に与えるＰＷＭ信号（第２制御信号）のデューティを制御する。具体的には、電流検出部４３によって検出される電流値（第１導電路２１を流れる電圧の値）と予め定められた目標電流値との偏差に基づいて公知のフィードバック演算方式（公知のＰＩ演算方式や公知のＰＩＤ演算方式など）でデューティを算出するフィードバック演算を周期的に繰り返し、デューティを算出する毎に、新たなデューティで保護用スイッチング素子Ｔ３に対するＰＷＭ信号を出力する。このように、時間ｔ１から時間ｔ２の間は、第１導電路２１を流れる電流値を一定に制御しながらプリチャージ降圧動作を行うのである。
　制御部３０は、第１導電路２１の電圧値が第１所定値となった時間ｔ２において保護用スイッチング素子Ｔ３に与えるＰＷＭ信号を停止し、保護用スイッチング素子Ｔ３をオン状態に切り替える。そして、その後の時間ｔ３からは、電圧変換部１０に昇圧動作を行わせる。この昇圧動作では、保護用スイッチング素子Ｔ３をオン状態で維持したまま、電流検出部４３で検出される電流値を監視しながら第１導電路２１を流れる電流の値を所定の目標電流値とするように公知のフィードバック制御を行い、駆動用スイッチング素子Ｔ２に与えるＰＷＭ信号のデューティを制御する。具体的には、電流検出部４３によって検出される電流値（第１導電路２１を流れる電圧の値）と予め定められた目標電流値との偏差に基づいて公知のフィードバック演算方式（公知のＰＩ演算方式や公知のＰＩＤ演算方式など）でデューティを算出するフィードバック演算を周期的に繰り返し、デューティを算出する毎に、新たなデューティでスイッチング素子Ｔ２に与えるＰＷＭ信号を出力する。そして、そのＰＷＭ信号をスイッチング素子Ｔ２に与えるとともに、スイッチング素子Ｔ２に与えるＰＷＭ信号と相補的なＰＷＭ信号をデッドタイムを設定しつつスイッチング素子Ｔ１に与える。このようなプリチャージ昇圧動作は、第１導電路２１の電圧値が第２所定値（例えば、第１電源部９１の充電電圧と同程度又はこの充電電圧よりも少しだけ低い所定値）となるタイミングｔ４まで行う。このように、時間ｔ３から時間ｔ４の間は、第１導電路２１を流れる電流値を一定に制御しながら上述のプリチャージ昇圧動作を行うのである。
　制御部３０は、第１導電路２１の電圧値が第２所定値となったタイミングｔ４で上述のプリチャージ昇圧動作を停止させる。このようにプリチャージ昇圧動作が停止した後の時間ｔ５のタイミングでコンタクタＣＴがオフ状態（オープン状態）からオン状態（ショート状態）に切り替えられる。コンタクタＣＴは、制御部３０とは別の制御装置がオンオフの制御を行ってもよく、制御部３０がオンオフの制御を行ってもよい。
　制御部３０は、コンタクタＣＴが時間ｔ５でオン状態に切り替えられた後、時間ｔ６のタイミングで保護用スイッチング素子Ｔ４をオフ状態からオン状態に切り替え、その後の時間ｔ７のタイミングから電圧変換部１０に上述の降圧動作を行わせる。この降圧動作は、所定の終了タイミング（例えば、上述の始動スイッチがオン状態からオフ状態に切り替わるタイミング）まで行う。
　以上のように、本構成の車載用電源装置１は、所定のプリチャージ条件の成立に応じて制御部３０が充電回路部５０に対してＰＷＭ信号（第２制御信号）を与えることで、充電回路部５０が第１導電路２１側へ充電電流を供給するように動作する。よって、所定のプリチャージ条件が成立した場合に、第１導電路２１側の容量成分（図１の例では、配線部８１に接続された容量成分ＣＰ、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２）を充電することが可能となる。しかも、保護用スイッチング素子Ｔ３のオンオフ動作によって充電電流を制御することができるため、プリチャージ動作時の電流を制御し得る構成をより簡易に実現し得る。なお、容量成分ＣＰは、配線部８１に接続された負荷内に存在する容量成分であってもよく、配線部８１に接続された大容量のコンデンサであってもよい。
　更に、電源装置１は、第１導電路２１の電圧値を検出する電圧検出部４１を備えている。そして、制御部３０は、プリチャージ条件の成立に応じて充電回路部５０の保護用スイッチング素子Ｔ３にＰＷＭ信号（第２制御信号）を出力した後、電圧検出部４１によって検出される第１導電路２１の電圧値が所定値（第１所定値）に達した場合に、第２導電路２２に印加された電圧を昇圧して第１導電路２１に印加する昇圧動作を電圧変換部１０に行わせるようになっている。この構成によれば、第１導電路２１側の容量成分に対してプリチャージ動作を行う場合に、降圧充電を行った後に昇圧充電を行うことができるようになり、容量成分の充電電圧を第２導電路２２の電圧よりも高い電圧まで高めることができる。
　更に、電源装置１において、制御部３０は、プリチャージ降圧動作に、第１導電路２１を流れる電流の値を所定の目標電流値とするように保護用スイッチング素子Ｔ３に与えるＰＷＭ信号（第２制御信号）のデューティを制御する。このようにすれば、プリチャージ降圧動作時に、第１導電路２１の電流を所望の値に制御しながら容量成分を充電することが可能となる。なお、昇圧プリチャージにも、第１導電路２１の電流を所望の値に制御しながら容量成分を充電することが可能となっている。
　＜他の実施例＞
　本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上述した実施形態や後述する実施形態の様々な特徴は、矛盾しない組み合わせであればどのように組み合わせてもよい。
　実施例１では、充電回路部が同期整流式のＤＣＤＣコンバータとして構成された例を示したが、ダイオード方式のＤＣＤＣコンバータとしてもよい。
　実施例１では、電圧変換部が１つのみ設けられた例を示したが、複数の電圧変換部が並列に設けられた多相方式のＤＣＤＣコンバータとしてもよい。
　実施例１では、プリチャージ動作時に第１導電路２１の電流を一定に制御する一例を示したが、実施例１とは異なる方法で第１導電路２１の電流を一定に制御してもよい。例えば、図１の構成において、電流検出部４４を入力側導電路２２Ａにおける充電回路部５０の接続部と出力側端子ＬＶとの間に設けた場合、入力側導電路２２Ａを流れる電流（入力電流）を検出しながら充電回路部５０を制御することもできる。具体的には、図３で示す例のように、プリチャージ動作時の入力電圧（入力側導電路２２Ａの電圧）と出力電圧（第１導電路２１の電圧）と、予め想定された想定効率とによって入力電流（入力側導電路２２Ａを通って充電回路部５０に流れ込む電流）の目標電流を設定することで、出力電流の平均が一定となるように制御してもよい。この場合、充電回路部５０によって降圧動作を行う場合の想定効率を８５％で一定と仮定し、入力側導電路２２Ａ側を所定の入力電圧（例えば、１２Ｖ）とし第１導電路２１側を所定の出力電圧（例えば、１Ｖ）、出力電流を所定電流値（例えば５Ａ）で降圧動作させる場合の入力電流Ｉｉｎは、効率をαとし、入力電圧をＶｉｎとし、出力電流をＩｏｕｔとし、出力電圧をＶｏｕｔとした場合、Ｉｉｎ×Ｖｉｎ×α＝Ｉｏｕｔ×Ｖｏｕｔで表すことができ、Ｉｉｎ（Ｉｏｕｔ×Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）／αとなる。従って、所望の出力電流Ｉｏｕｔが得られるように、入力電流Ｉｉｎの目標値を定めればよい。なお、図３の例では、１次側（第１導電路２１側）の電圧を１Ｖ単位で段階的に上昇させる場合の例を示している。
　また、特開２０１６－２０８７５９のような方法を用い、充電回路部５０の降圧動作によるプリチャージ動作時に、入力電圧（入力側導電路２２Ａの電圧）と出力電圧（第１導電路２１の電圧）とに基づいて出力電流（第１導電路２１の電流）が所望の目標電流値となるように制御してもよい。
　１…車載用電源装置
　１０…電圧変換部
　２１…第１導電路
　２２…第２導電路
　３０…制御部
　４１…電圧検出部
　５０…充電回路部
　Ｔ１，Ｔ２…駆動用スイッチング素子
　Ｔ３…保護用スイッチング素子
　Ｔ６…スイッチング素子（半導体素子部）
　Ｌ２…第２インダクタ

Claims (4)

  1. 　第１電源部からの電力供給経路となる第１導電路に印加された電圧を変換し、第２電源部側に配置される第２導電路に出力電圧を印加する電圧変換動作を少なくとも行う車載用電源装置であって、
    　オン信号とオフ信号とが交互に切り替えられる第１制御信号が与えられることに応じてオンオフ動作する駆動用スイッチング素子を備え、前記駆動用スイッチング素子のオンオフ動作により前記第１導電路に印加された電圧を昇圧又は降圧して前記第２導電路に印加する電圧変換動作を行う電圧変換部と、
    　前記第２導電路に設けられ、オン動作時に前記第２導電路における前記第２電源部側から前記電圧変換部側への電流の流れ込みを許容し、オフ動作時に前記第２電源部側から前記電圧変換部側への電流の流れ込みを遮断する保護用スイッチング素子と、
    　前記第２導電路における前記電圧変換部と前記保護用スイッチング素子との間において前記保護用スイッチング素子に対して直列に設けられる第２インダクタと、
    　一端が前記第２導電路における前記第２インダクタと前記保護用スイッチング素子との間に電気的に接続され、他端がグラウンド部に電気的に接続されるダイオード又はスイッチング素子からなる半導体素子部と、
    　少なくとも前記駆動用スイッチング素子に対して前記第１制御信号を出力する制御部と、
    　を備え、
    　前記保護用スイッチング素子と前記第２インダクタと前記半導体素子部とを備え、前記第２導電路において、前記電圧変換部側を出力側導電路とし、前記電圧変換部側とは反対側を入力側導電路とし、前記保護用スイッチング素子のオンオフ動作に応じて前記入力側導電路に印加された電圧を降圧して前記出力側導電路に出力電圧を印加する第２の電圧変換動作を行う充電回路部が構成され、
    　前記制御部は、所定のプリチャージ条件の成立に応じて、前記充電回路部の前記保護用スイッチング素子に対してオン信号とオフ信号とが交互に切り替わる第２制御信号を出力する車載用電源装置。
  2. 　前記第１導電路の電圧値を検出する電圧検出部を備え、
    　前記制御部は、前記プリチャージ条件の成立に応じて前記充電回路部の前記保護用スイッチング素子に前記第２制御信号を出力した後、前記電圧検出部によって検出される前記第１導電路の電圧値が所定値に達した場合に、前記第２導電路に印加された電圧を昇圧して前記第１導電路に印加する昇圧動作を前記電圧変換部に行わせる請求項１に記載の車載用電源装置。
  3. 　前記制御部は、前記第１導電路を流れる電流の値を所定の目標電流値とするように前記第２制御信号のデューティを制御する請求項１又は請求項２に記載の車載用電源装置。
  4. 　前記制御部は、前記第１制御信号の周波数よりも前記第２制御信号の周波数を大きくする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車載用電源装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021197380A1 (en) * 2020-03-31 2021-10-07 Valeo Powertrain (shanghai) Co., Ltd. An undervoltage protection circuit for a dc/dc converter and method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013099069A (ja) * 2011-10-31 2013-05-20 Sharp Corp Ｄｃ／ｄｃコンバータ、ソーラー充電システム、及び移動体
JP2015156777A (ja) * 2014-02-21 2015-08-27 三菱電機株式会社 スイッチング電源装置
JP2017085810A (ja) * 2015-10-29 2017-05-18 トヨタ自動車株式会社 車両用電源システム
JP2018057215A (ja) * 2016-09-30 2018-04-05 株式会社オートネットワーク技術研究所 車両用電源装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013099069A (ja) * 2011-10-31 2013-05-20 Sharp Corp Ｄｃ／ｄｃコンバータ、ソーラー充電システム、及び移動体
JP2015156777A (ja) * 2014-02-21 2015-08-27 三菱電機株式会社 スイッチング電源装置
JP2017085810A (ja) * 2015-10-29 2017-05-18 トヨタ自動車株式会社 車両用電源システム
JP2018057215A (ja) * 2016-09-30 2018-04-05 株式会社オートネットワーク技術研究所 車両用電源装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021197380A1 (en) * 2020-03-31 2021-10-07 Valeo Powertrain (shanghai) Co., Ltd. An undervoltage protection circuit for a dc/dc converter and method thereof

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