CN102177644A - 车辆用电源装置 - Google Patents

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Abstract

一种具有怠速停止功能的车辆用电源装置，其具备升压变换器电路，该升压变换器电路补偿发动机发动时的蓄电池的电压降低，并带有对蓄电池误接反极性时的保护功能，且损耗少。由串联连接的两个MOSFET(32、33)和电感器(31)构成的串联电路与直流电源的两端相连接，二极管(34)与处于串联连接的两个MOSFET(32、33)与电感器(31)之间的连接点相连接，电容器(35)相对于串联连接的两个MOSFET(32、33)进行并联连接。两个MOSFET(32、33)按照彼此的体二极管极性相反的方向进行串联连接。

Description

车辆用电源装置
技术领域
本发明涉及一种车辆用电源装置，更特定地说，涉及一种在等信号等的车辆停车时使发动机自动地暂时停止的怠速停止(idling stop)车辆所搭载的车辆用电源装置。
背景技术
近年，以燃料消耗量的节减和排气量的减少为目的，在等信号等的车辆停车时使发动机自动地暂时停止的怠速停止车辆正不断走向实用化。
在这种车辆中，当基于车速·加速器开度等规定的怠速判断信息，推测为车辆处于停止中时，使发动机自动停止，其后，当表现驾驶者的行进意愿的发动机发动条件成立时，由起动机使发动机自动发动，开始行进。
一般而言，由于发动机起动用的起动机的功耗较大，故在发动机起动的瞬间，有产生这种现象的可能性：蓄电池输出系统的电压会暂时降低。
这种现象特别在频繁重复停车以及行进的街道行驶等，作为电源而使用的蓄电池的消耗变得剧烈的情况下明显。
若产生这种电压降低，则车辆内的电气设备所用到的微型计算机(microcomputer)被重置，从而产生这样的不便：到该时刻为止的学习内容等存储内容消失，或者仪表类的照明暂时变暗从而对车辆的品质感造成大的损害。
为此，提案了一种构成，其在怠速停止车辆中，为了防止在发动机再起动时的蓄电池输出系统的电压降低，设置电压补偿用的升压电路，在发动机起动时的起动机动作期间，使该升压电路动作(参照专利文献1)。
另外，考虑到由于蓄电池能够由消费者自身进行交换，故有弄错极性进行连接的情况，因此，还考虑设置一种在接反情况下使无电流流过的保护电路(参照专利文献2)。
专利文献1：JP特开2005-237149号公报
专利文献2：JP特开平2-197441号公报
在由升压变换器对上述那样的、在发动机再发动时因起动机的功耗大而引起的输出电压的降低进行补偿的电路中，作为构成使在蓄电池误接反极性的情况下不流过电流的保护电路的方法，用图7以及图8进行说明。
在图7中，具备：作为直流电源进行设置的蓄电池1；第1负载6；第1电容器2；升压变换器电路3；控制升压变换器电路3的控制电路4；和被供给升压变换器电路3的输出电压的连接器5，并将第2负载(未图示)与连接器5连接而构成。
第1负载6由起动机61、发动机62、发电机63构成，起动机61在发动机发动时，从蓄电池1供给直流电压来使发动机62发动。原理为：若发动机发动后，则将其转动作为动力源来由发电机63生成电力，并将该电力作为向蓄电池1的充电电力。
另外，升压变换器电路3由电感器31、由电场效应型晶体管等构成的第1半导体开关元件32、第1二极管34、第2电容器35、第2二极管36、偏置电阻37、放电电阻38构成，电感器31和第1半导体开关元件32相对于蓄电池1的两端进行串联连接，第1二极管34的阳极与电感器31和第2半导体开关元件33之间的连接点连接，连接器5的输出端子与第1二极管34的阴极连接，第2电容器35与连接器5的两端连接。
在机动车中，使用者自己交换蓄电池1的情况越来越多，因此要求在车辆用电源装置中设置这样一种保护电路，即使在使用者误接反了蓄电池1的极性的情况下，也能使电流不发生反方向流动。为了实现该功能，考虑利用图7所示的继电器开关8或图8所示的第3二极管9等，使仅在电流顺时针方向流过时通电，但由于车辆用电源装置的输出电流非常大，故第3二极管9的顺时针方向电力损耗或继电器开关8的功耗大到不能无视，从而会出现缩短蓄电池1的寿命的问题。
另外，在具备动力转向装置的大型车等中，由于车辆重量大，故动力转向装置所用的电动机也需要大功率，其结果是，为了防止电动机尺寸大型化，有要求比现有技术的铅蓄电池的输出电压(12V)更高的电压的情况。在这种情况下会有大电流流过，从而对于现有技术的利用二极管或继电器开关的电源装置，损耗变得不能无视。
发明内容
为了解决上述问题点，本申请发明的车辆用电源装置，具备：
升压变换器电路，其与直流电源连接；
电压检测电路，其检测所述直流电源的输出电压；和
控制电路，其按照所述电压检测电路检测的所述输出电压来驱动所述升压变换器电路，使输出电压成为规定值，
其中，所述升压变换器电路中，由至少一个电感器、和两个彼此串联连接的半导体开关元件构成的串联电路与所述直流电源的两端相连接，
所述升压变换器电路还具备：
至少一个整流元件，其与处于所述至少一个电感器与所述两个彼此串联连接的半导体开关元件之间的连接点相连接；和
至少一个电容器，其相对于所述两个彼此串联连接的半导体开关元件进行并联连接，
所述两个半导体开关元件按照彼此的体二极管极性相反的方向进行串联连接。
另外，优选方式是，所述控制电路控制所述升压变换器电路，使得：在与所述直流电源连接的负载为重负载状态，所述直流电源的电压过渡性降低的情况下，所述升压变换器电路的输出电压成为所述直流电源的电压。
进一步的优选方式是，所述升压变换器电路的负载是动力转向(power steering)装置，所述控制电路按照所述动力转向装置中的转向的旋转角信息来控制所述升压变换器电路的输出电压。
进一步的优选方式是，所述两个半导体开关元件均是N沟道型MOSFET，其漏极端子之间或者源极端子之间彼此连接。
进一步的优选方式是，所述两个半导体开关元件，其漏极端子之间彼此连接，低压侧的半导体开关元件由所述控制电路控制，高压侧的半导体开关元件构成为具备二极管的自驱动型元件，该二极管用于对控制端子施加偏置电压。
根据该发明，在具有用于补偿因过渡性的负载增大而引起的蓄电池电压的下降、且用于供给比蓄电池的供给电压更高的电压的升压变换器电路的车辆用电源装置中，能够以低损耗来实现防止在蓄电池误接反极性的情况下电流反方向流动的电路。
另外，通过使两个FET的体二极管彼此极性相反地构成，从而将不需要继电器开关等机械式开关，进而能够抑制火花等的产生或噪声等的产生。
附图说明
图1是说明本发明的第1实施方式的电路图。
图2是在本发明的第1实施方式中蓄电池正常连接情况下的电路图。
图3是在本发明的第1实施方式中蓄电池接反情况下的电路图。
图4是说明本发明的第2实施方式的电路图。
图5是说明本发明的第3实施方式的电路图。
图6是说明本发明的第4实施方式的电路图。
图7是以现有例的蓄电池接反防止为目的的车辆用电源装置的电路图。
图8是以现有例的蓄电池接反防止为目的的其他的车辆用电源装置的电路图。
(附图标记说明)
1：蓄电池
2：第1电容器
3：升压变换器电路
31：电感器
32：第1半导体开关元件
321：第1半导体开关元件的体二极管
33：第2半导体开关元件
331：第2半导体开关元件的体二极管
34：第1二极管
35：第2电容器
36：第2二极管
37：偏置电阻
38：放电电阻
4：控制电路
5：连接器
6：第1负载
61：起动机
62：发动机
63：发电机
7：输出电压检测电路
8：继电器开关
9：第3二极管
具体实施方式
针对本发明的各实施方式，参照附图进行说明。对相同或相等同部分赋予相同符号，并在原则上不重复该说明。
第1实施方式
图1是说明本发明的第1实施方式的车辆用电源装置的构成的电路图。
在图1中，本发明的车辆用电源装置，具备：作为直流电源进行设置的蓄电池1；第1负载6；第1电容器2；升压变换电路3；控制升压变换电路3的控制电路4；和被供给升压变换器3的输出电压的连接器5，并将第2负载(未图示)与连接器5连接而构成。
第1负载6由起动机61、发动机62、发电机63构成，起动机61在发动机发动时，从蓄电池1供给直流电压来使发动机62发动。原理为：若发动机发动，则将其转动作为动力源来由发电机63生成电力，并将该电力作为向蓄电池1提供的充电电力。
另外，升压变换器电路3由电感器31、由金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET：Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等构成的第1半导体开关元件32以及第2半导体开关元件33、第1二极管34、第2电容器35、第2二极管36、偏置电阻37、放电电阻38构成，电感器31、第2半导体开关元件33和第1半导体开关元件32相对于蓄电池1的两端进行串联连接，第1半导体开关元件32和第2半导体开关元件33是将各自的漏极进行连接以使彼此的体二极管321、331极性相反。另外，第1二极管34的阳极与在电感器31和第2半导体开关元件33之间的连接点连接，连接器5的输出端子与第1二极管34的阴极连接，第2电容器35与连接器5的两端连接。
另外，将第2二极管36设置成阳极与在第1电容器2和电感器31的连接点连接，阴极经由偏置电阻37与第2半导体开关元件33的栅极端子连接，并将放电电阻38设置成连接于第2半导体开关元件33的栅极-源极间。控制电路4一边监测从蓄电池1供给的输入电压、和由输出电压检测电路7检测的输出电压，一边控制第1半导体开关元件32的导通/截止，以使供给到第2负载的输出电压成为规定的值。
在与蓄电池(直流电源)1连接的负载为重负载状态，直流电源的电压过渡性(暂时性)降低的情况下，控制电路4控制升压电路3以使升压变换电路3的输出电压成为直流电源的电压。
图2是在正常地连接蓄电池1的极性的情况下的电路框图。图1中由起动机61、发动机62、发电机63构成的第1负载6由于与动作没有直接关系，故省略。
若从蓄电池1供给直流电压，控制电路4对第1半导体开关元件32的栅极端子施加电压来使第1半导体开关元件32导通(turn on)，则在电感器31中流过电流，从而在电感器31的两端有电压生成。由此，第2二极管36导通，经由偏置电阻37施加电压到第2半导体开关元件33的栅极端子，第2半导体开关元件33也导通。这样，电流在蓄电池1的+端子(正极端子)→第2半导体开关元件33→第1半导体开关元件32→蓄电池1的-端子(负极端子)的闭环内流动。
接着，若第1半导体开关元件32由来自控制电路4的控制信号成为截止(turn off)，则在截止期间内，为了经由第1二极管34对第2电容器35充电，放出电感器31所蓄积的能量。这样，电流在蓄电池1的+端子→第1二极管34→第2电容器35→蓄电池1的-端子的闭环内流动。
接下来，在图3中，假设蓄电池1的极性误接反的情况。图3是在蓄电池1的极性接反情况下的电路框图。
在蓄电池1接反的情况下，第1半导体开关元件32的体二极管321由于在顺时针方向施加偏置，故导通，而第2半导体开关元件33的体二极管331由于在逆时针方向施加偏置，故不导通。即，通过在升压变换器电路3的开关中使用两个半导体开关元件(32、33)，并将它们的体二极管(321、331)极性相反地串联连接，从而即使在误将蓄电池1的极性接反的情况下，也能够防止电流流过升压变换器电路3，其结果是，能够防止与升压变换电路3的输出连接的负载的破坏、误动作等。
在这种情况下，第2半导体开关元件33构成为以下的自驱动型元件：因第2二极管36的存在，不受控制电路4等控制，在蓄电池1正常连接时必然成为导通，在蓄电池1误接反极性的情况下，必然成为截止。
另外，若以对上述那样的起动机61的起动时的蓄电池1的供给电压的过渡性降低进行补偿为目的，则将升压变换器电路3的输出电压设定为等于蓄电池1的供给电压即可，毋庸置疑地还能够设定为在其以上的输出电压。
进一步地，在车辆重量大的车辆的动力转向装置中使用的情况下，由于需要按照驾驶者实施转向的舵角来控制应力，故控制电路4从第2负载接受转向旋转角信息，从而能够适宜控制升压变换器电路3的输出电压。
第2实施方式
图4是说明本发明的第2实施方式的车辆用电源装置的构成的电路图。
第2实施方式与第1实施方式的不同点在于，是用控制电路4来实现第2半导体开关元件33的导通/截止控制。若构成为能够用控制电路4来检测电感器31的两端的电压，则能够进行第1半导体开关元件32以及第2半导体开关元件33各自的导通/截止控制。
其他点与第1实施方式相同，故省略说明。
第3实施方式
图5是说明本发明的第3实施方式的车辆用电源装置的构成的电路图。
第3实施方式与第2实施方式的不同点在于，第1半导体开关元件32和第2半导体开关元件33的连接顺序相反。若为由控制电路4进行第1半导体开关元件32以及第2半导体开关元件33各自的导通/截止控制那样的构成，则如图5所示，将第1半导体开关元件32配置于高压侧，将第2半导体开关元件33配置于低压侧，也没有关系。
第4实施方式
图6是说明本发明的第4实施方式的车辆用电源装置的构成的电路图。
第4实施方式与第2实施方式的不同点在于，相对于在第2实施方式中第2半导体开关元件33使用N沟道型FET，在第4实施方式中第2半导体开关元件33使用P沟道型FET。若是由控制电路4进行第1半导体开关元件32以及第2半导体开关元件33各自的导通/截止控制的构成，且第2半导体开关元件33使用P沟道型FET，则只要按照对栅极端子施加负电位的方式进行构成，也能够实现同样的动作。
其他点与第1实施方式相同，故省略说明。

Claims (5)

1.一种车辆用电源装置，具备：
升压变换器电路，其与直流电源连接；
电压检测电路，其检测所述直流电源的输出电压；和
控制电路，其按照所述电压检测电路检测的所述输出电压来驱动所述升压变换器电路，使输出电压成为规定值，
其中，
所述升压变换器电路中，由至少一个电感器、和两个彼此串联连接的半导体开关元件构成的串联电路与所述直流电源的两端相连接，
所述升压变换器电路还具备：
至少一个整流元件，其与处于所述至少一个电感器与所述两个彼此串联连接的半导体开关元件之间的连接点相连接；和
至少一个电容器，其相对于所述两个彼此串联连接的半导体开关元件进行并联连接，
所述两个半导体开关元件按照彼此的体二极管极性相反的方向进行串联连接。
2.根据权利要求1所述的车辆用电源装置，其中，
所述控制电路对所述升压变换器电路进行控制，使得：在与所述直流电源连接的负载为重负载状态，所述直流电源的电压过渡性降低的情况下，所述升压变换器电路的输出电压成为所述直流电源的电压。
3.根据权利要求1或2所述的车辆用电源装置，其中，
所述升压变换器电路的负载是动力转向装置，所述控制电路按照所述动力转向装置中的转向的旋转角信息来控制所述升压变换器电路的输出电压。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的车辆用电源装置，其中，
所述两个半导体开关元件均是N沟道型MOSFET，其漏极端子之间或者源极端子之间彼此连接。
5.根据权利要求4所述的车辆用电源装置，其中，
所述两个半导体开关元件，其漏极端子之间彼此连接，低压侧的半导体开关元件由所述控制电路所控制，高压侧的半导体开关元件构成为具备二极管的自驱动型元件，该二极管用于对控制端子施加偏置电压。
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