JP2005315853A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単かつ容易に、しかも速やかに故障箇所を特定できる電源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 バッテリ１と、該バッテリ１の電圧を検出する電圧検出回路（３ａ、３ｂ）とを備える電源装置であって、電圧検出回路は、バッテリ１の電圧に基づく電圧を受けるための第１の入力端子と所定の三角波を受けるための第２の入力端子を有し、バッテリ１の電圧に基づく電圧及び所定のオフセット電圧に応じてパルス幅が変調された矩形波を出力する差動増幅器４と、第１の入力端子に与えられるバッテリ１の電圧に基づく電圧がゼロとなる状態においても、差動増幅器４が上記オフセット電圧に応じた所定の矩形波を出力するように、上記第１の入力端子及び上記第２の入力端子の何れか一方にオフセット電圧を与えるオフセット回路（５ａ、５ｂ）と、を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両を走行させるために使用する車両用の電源装置などの電源装置に関し、とくにバッテリの電圧検出回路を備える電源装置に関する。

ハイブリッドカーや燃料電池車等の車両に搭載される電源装置は、電池の電圧を検出する電圧検出回路を備えている。検出された電池の電圧によって電池状態を管理するためである。この種の電源装置は、電池電圧をＡ／Ｄコンバータによってデジタル信号に変換し、そのデジタル信号を車両に搭載されるマイコンに与える。この種の電源装置の回路構成は、例えば、下記特許文献１に開示されている。

下記特許文献１に記載される車両用の電源装置は、電池電圧を検出する電圧検出回路をＡ／Ｄコンバータに接続し、Ａ／Ｄコンバータをマイクロコンピュータ（マイコン）に接続している。

特開２００１−３３０６５３号公報

ところで、車両に搭載される電源装置においては、バッテリの電圧を検出してマイコンに入力するまでの回路に、電子回路を接続するワイヤーハーネスと呼ばれるリード線とコネクタが使用される。車両のリード線やコネクタは、温度や湿度の外的環境が厳しく、比較的強い振動を受ける、塵が付着しやすい等の厳しい環境で使用されることから、接触不良や断線等の故障が発生しやすい。さらに、多くの部分でリード線やコネクタを使用するので、故障箇所を特定するのに非常に手間がかかる欠点がある。

本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、簡単かつ容易に、しかも速やかに故障箇所を特定できる電源装置を提供することにある。

上記目的を実現するために、本発明に係る電源装置は、バッテリと、該バッテリの電圧を検出する電圧検出回路とを備える電源装置であって、前記電圧検出回路は、前記バッテリの電圧に基づく電圧を受けるための第１の入力端子と所定の三角波を受けるための第２の入力端子を有し、前記バッテリの電圧に基づく電圧及び所定のオフセット電圧に応じてパルス幅が変調された矩形波を出力する差動増幅器と、前記第１の入力端子に与えられる前記バッテリの電圧に基づく電圧がゼロとなる状態においても、前記差動増幅器が前記オフセット電圧に応じた所定の矩形波を出力するように、前記第１の入力端子及び前記第２の入力端子の何れか一方に前記オフセット電圧を与えるオフセット回路と、を備えたことを特徴とする。

差動増幅器の第１の入力端子及び第２の入力端子の何れか一方の入力端子には、オフセット回路からオフセット電圧が供給される。差動増幅器は、前記バッテリの電圧に基づく電圧及び前記オフセット電圧に応じてパルス幅が変調された矩形波を出力する。そして、差動増幅器は、バッテリの電圧が入力されない状態、つまり、第１の入力端子に与えられる前記バッテリの電圧に基づく電圧がゼロとなる状態においても、オフセット回路から供給されるオフセット電圧に応じた矩形波を出力する。

従って、差動増幅器から前記バッテリの電圧に基づく電圧を示す信号が出力されないとき、簡単かつ容易に、しかも速やかに故障箇所を特定できる。なぜならば、差動増幅器からオフセット電圧を示す信号が出力される場合は、バッテリと差動増幅器の入力側との間において故障が発生していると判定でき、また、差動増幅器からオフセット電圧を示す信号が出力されない場合（即ち、矩形波が出力されない場合）は、差動増幅器の出力側に故障が発生していると容易に判定できるからである。

ここで、前記差動増幅器の第１の入力端子、第２の入力端子とは、例えば、夫々前記差動増幅器の非反転入力端子、反転入力端子である。逆に、例えば、前記差動増幅器の第１の入力端子、第２の入力端子とは、夫々前記差動増幅器の反転入力端子、非反転入力端子である。

また、例えば、前記電圧検出回路は、前記差動増幅器の出力する矩形波を絶縁状態で伝送する絶縁カップラと、前記絶縁カップラの出力信号を積分する積分回路と、前記積分回路が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、を更に備えるようにしてもよい。

差動増幅器の出力する矩形波を、絶縁カップラを介して積分回路に伝送しているので、第１電圧系（例えば、高電圧系）であるバッテリに接続された差動増幅器側と、第２電圧系（例えば、低電圧系）である積分回路側とは、絶縁状態で配設される。これにより、例えば高電圧系となる第１電圧系におけるバッテリの電圧を、低電圧系となる積分回路側で検出することができる。

また、例えば、前記絶縁カップラの出力側は、コネクタを介して前記積分回路に接続されるようにしてもよい。

また、例えば、前記バッテリは、複数の電池を直列接続して構成され、複数の電池同士の接続点の内、何れかの１つの接続点には所定の基準電位が与えられており、前記電源装置は、前記電圧検出回路を２つ備えていて、一方の電圧検出回路は、前記接続点に対する前記バッテリの正側出力端子の電圧を検出し、他方の電圧検出回路は、前記接続点に対する前記バッテリの負側出力端子の電圧を検出する。

また、例えば、前記電源装置は、前記三角波を生成する三角波発生回路と、前記三角波発生回路の電源電圧を供給するスイッチング電源回路と、を更に備え、前記スイッチング電源回路は、前記スイッチング電源回路の起動時に、所定の時間、負荷としての前記三角波発生回路を切り離す起動スイッチを備えるようにしてもよい。

第１電圧系である差動増幅器側の電源回路を前記スイッチング電源回路とし、このスイッチング電源回路に起動スイッチを設けて、起動時には負荷を切り離すようにしている。このため、厳しい外的条件の下でも、スイッチング電源回路を速やかに起動させて出力を安定化させることができる。

また、例えば、前記電源装置は、前記三角波を生成する三角波発生回路と、前記三角波発生回路へ電力を電源として供給するスイッチング電源回路と、を更に備え、前記スイッチング電源回路は、負荷としての前記三角波発生回路への電力供給をオン／オフ可能な起動スイッチを備え、前記スイッチング電源回路の起動時において所定の時間、前記三角波発生回路への電力供給がオフとなるように、前記起動スイッチは制御される。

第１電圧系に配置される三角波発生回路の電源回路を前記スイッチング電源回路とし、このスイッチング電源回路に起動スイッチを設けて、起動時において所定の時間、三角波発生回路への電力供給を遮断する。これにより、厳しい外的条件の下でも、スイッチング電源回路を速やかに起動させて出力を安定化させることができる。

上述した通り、本発明に係る電源装置によれば、簡単かつ容易に、しかも速やかに故障箇所を特定することができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置を例示するものであって、本発明は、以下に例示する電源装置に限定されない。

本発明の電源装置は、たとえば、ハイブリッドカー、燃料自動車、電気自動車等の車両に搭載され、車両を走行させるモーターを駆動する電源として使用される。しかしながら、本発明の電源装置は、車両以外のバッテリを電源とする機器にも利用することができる。

この電源装置の回路図を図１に示す。図１の電源装置は、複数の電池２を直列に接続して構成されるバッテリ（電池ユニット）１と、スイッチ３０ａ及びスイッチ３０ｂと、バッテリ１の電圧を検出する２つの電圧検出回路３ａ及び電圧検出回路３ｂと、を備えている。以下、スイッチ３０ａとスイッチ３０ｂの双方がオン（導通）となっているものとして説明する。

バッテリ１の正側の出力電圧が表れる正側出力端子１ａは、スイッチ３０ａを介して電圧検出回路３ａ及び出力端子１０ａに接続され、バッテリ１の負側の出力電圧が表れる負側出力端子１ｂは、スイッチ３０ｂを介して電圧検出回路３ｂ及び出力端子１０ｂに接続されている。図１の電源装置においては、正側出力端子１ａに加わる電圧と負側出力端子１ｂに加わる電圧との差電圧がバッテリ電圧となる。該バッテリ電圧が、図１の電源装置の出力電圧として、１対の出力端子１０ａ及び１０ｂから出力される。

バッテリ１は、複数の電池２を直列に接続して電池モジュールとし、この電池モジュールをさらに直列に接続することにより、出力電圧を高くしている。各電池モジュールは、４〜１０個の電池２を直列に接続して構成される。電池２は、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池であるが、ニッケルカドミウム電池等、充電できる全ての電池を使用することができる。バッテリ１は、例えば、３０〜６０個の電池モジュールを直列に接続して構成され、出力電圧（出力端子１０ａと出力端子１０ｂとの間の電圧）を２００〜４００Ｖとしている。

バッテリ１の中点３３に対するプラス側の出力端子電圧とマイナス側の出力端子電圧を２組の電圧検出回路３ａ及び３ｂで検出している。より具体的には、バッテリ１の中点３３に加わる電圧を基準とした正側出力端子１ａの電圧（又は出力端子１０ａの電圧）を、電圧検出回路３ａで検出し、バッテリ１の中点３３に加わる電圧を基準とした負側出力端子１ｂの電圧（又は出力端子１０ｂの電圧）を、電圧検出回路３ｂで検出している。バッテリ１の中点３３は、第１のアースライン１４に接続され、所定の基準電位に保たれる。

まず、２つのある電圧検出回路３ａ及び３ｂのうち、一方の電圧検出回路３ａについて説明する。

電圧電圧検出回路３ａは、中点３３の電圧に対する正側出力端子１ａの電圧をパルス幅変調により矩形波に変換する差動増幅器４と、バッテリ電圧が入力されない状態でも差動増幅器４に矩形波を出力させるべく、差動増幅器４の入力側にオフセット電圧を供給するオフセット回路５ａと、差動増幅器４からの矩形波を絶縁状態で伝送する絶縁カップラ６と、絶縁カップラ６から出力されるパルス幅変調された矩形波のパルス幅の変化を平滑化された電圧の変化に変換する、即ちパルス幅変調された矩形波を積分する積分回路７と、積分回路７で平滑化されたアナログの電圧信号をデジタルの電圧信号に変換するＡ／Ｄコンバータ８と、を含んで構成される。電圧検出回路３ａは、更に、三角波を生成する三角波発生回路９と、コネクタ１３と、緩衝増幅器１７と、抵抗３１ａと、抵抗３２ａと、を有している。

バッテリ１の正側出力端子１ａは、スイッチ３０ａを介して抵抗３１ａの一端に接続され、抵抗３１ａの他端は、抵抗３２ａを介して中点３３に接続されていると共に、緩衝増幅器１７の入力端子及びオフセット回路５ａの出力側に共通接続されている。

差動増幅器４において、非反転入力端子（＋）には緩衝増幅器１７の出力信号が与えられ、反転入力端子（−）には三角波発生回路９の出力する三角波が与えられている。緩衝増幅器１７は、入力インピーダンスが大きく、且つ出力インピーダンスの小さい増幅率を１とするアンプである。緩衝増幅器１７を設けることにより、中点３３に対する正側出力端子１ａの電圧を正確に差動増幅器４に伝達することができる。尚、電圧検出回路３ａに、必ずしも緩衝増幅器１７を設ける必要はない。緩衝増幅器１７を設けない場合は、抵抗３１ａと抵抗３２ａとの接続点を、差動増幅器４の非反転入力端子（＋）に直接接続すればよい。

オフセット回路５ａは、第１のアースライン１４を基準として所定の正の直流電圧を出力する直流基準電源１２ａと、直流基準電源１２ａと直列接続された直列抵抗１１ａと、から構成されている。直列抵抗１１ａの一端は、直流基準電源１２ａの正の出力電圧が表れる端子側に接続され、他端は、抵抗３１ａと抵抗３２ａと緩衝増幅器１７の入力端子との接続点に接続されている。

絶縁カップラ６の入力側は、差動増幅器４の出力する矩形波を、第１のアースライン１４を基準として受け、絶縁カップラ６の出力側は、差動増幅器４の出力する矩形波を、第２のアースライン１５を基準として出力する。第１のアースライン１４と第２のアースライン１５は絶縁されている。絶縁カップラ６の出力側から出力される信号はコネクタ１３を介して積分回路７に供給される。

電圧検出回路３ｂは、電圧検出回路３ａと類似している。電圧検出回路３ｂは、電圧検出回路３ａに含まれるものと同様の差動増幅器４、絶縁カップラ６、積分回路７、Ａ／Ｄコンバータ８、三角波発生回路９及びコネクタ１３を有している。マイコン（マイクロコンピュータ）１６は、電圧検出回路３ａに含まれるＡ／Ｄコンバータ８と、電圧検出回路３ｂに含まれるＡ／Ｄコンバータ８を有して構成される。図１において、同一の符号を付したものは、同一の部品である。電圧検出回路３ｂに含まれる差動増幅器４、絶縁カップラ６、積分回路７、Ａ／Ｄコンバータ８、三角波発生回路９及びコネクタ１３の機能及び接続関係は、電圧検出回路３ａにおけるそれらと同様であるため、再度の説明を省略し、電圧検出回路３ｂが電圧検出回路３ａと異なる部分だけを、以下に説明する。

電圧検出回路３ｂには、緩衝増幅器１７の代わりに反転増幅器である緩衝増幅器１８が設けられている。また、電圧検出回路３ｂには、オフセット回路５ａの代わりに、オフセット回路５ｂが設けられていると共に、抵抗３１ａ及び抵抗３２ａの代わりに、抵抗３１ｂ及び抵抗３２ｂが設けられている。

バッテリ１の負側出力端子１ｂは、スイッチ３０ｂを介して抵抗３１ｂの一端に接続され、抵抗３１ｂの他端は、抵抗３２ｂを介して中点３３に接続されていると共に、緩衝増幅器１８の入力端子及びオフセット回路５ｂの出力側に共通接続されている。

電圧検出回路３ｂの差動増幅器４において、非反転入力端子（＋）には緩衝増幅器１８の出力信号が与えられ、反転入力端子（−）には三角波発生回路９の出力する三角波が与えられている。電圧検出回路３ｂの差動増幅器４は、中点３３の電圧に対する負側出力端子１ｂの電圧をパルス幅変調により矩形波に変換する。

電圧検出回路３ｂに設けられた緩衝増幅器１８は、上述したように反転増幅器である。反転増幅器は、中点３３の電圧を基準とした負側出力端子１ｂの負電圧を正電圧に変換する。このように、緩衝増幅器１８を反転増幅器とすることにより、緩衝増幅器１８よりも後段の回路構成を、正側の電圧検出回路３ａと同じにすることができる。但し、電圧検出回路３ｂの差動増幅器４の入力側に必ずしも反転増幅器を設ける必要はない。反転増幅器を設けない場合には、例えば、抵抗３１ｂと抵抗３２ｂとの接続点を差動増幅器４の反転入力端子（−）に接続し、且つ三角波発生回路９の出力側を差動増幅器４の非反転入力端子（＋）に接続すればよい。この際、抵抗３１ｂと抵抗３２ｂとの接続点と差動増幅器４の反転入力端子（−）との間に電圧発生回路３ａの緩衝増幅器１７と同じ緩衝増幅器（不図示）を挿入してもよい。

オフセット回路５ｂは、第１のアースライン１４を基準として所定の負の直流電圧を出力する直流基準電源１２ｂと、直流基準電源１２ｂに直列接続された直列抵抗１１ｂと、から構成されている。直列抵抗１１ｂの一端は、直流基準電源１２ｂの負の出力電圧が表れる端子側に接続され、他端は、抵抗３１ｂと抵抗３２ｂと緩衝増幅器１８の入力端子との接続点に接続されている。

オフセット回路５ｂにおける直流基準電源１２ｂとオフセット回路５ａにおける直流基準電源１２ａは、同じものであってもよく、オフセット回路５ｂにおける直列抵抗１１ｂとオフセット回路５ａにおける直列直列１１ａは、同じものであってもよい。但し、直流基準電源１２ａと直流基準電源１２ｂとは、第１のアースライン１４に対して出力する電圧の極性が異なる。

電圧検出回路３ａの差動増幅器４は、中点３３の電圧に対する正側出力端子１ａの電圧の絶対値が大きくなるにしたがって、パルス幅が広くなるような矩形波を出力し、電圧検出回路３ｂの差動増幅器４は、中点３３の電圧に対する負側出力端子１ｂの電圧の絶対値が大きくなるにしたがって、パルス幅が広くなるような矩形波を出力する。即ち、各差動増幅器４は、バッテリ１の電圧にパルス幅変調を施し、バッテリ１の電圧に応じてパルス幅が変調された矩形波を出力する。

図２は、バッテリ１の電圧が比較的高い場合と低い場合における各差動増幅器４への入力電圧の様子、各差動増幅器４からの出力電圧（矩形波）の様子、及び各積分回路７の出力電圧の様子を表している。

図２で示すように、各差動増幅器４の非反転入力端子（＋）に供給される電圧が高くなるにしたがって、各差動増幅器４から出力される矩形波のパルス幅は広くなる（高電位のデューティが大きくなる）。この結果、各積分回路７から出力される出力電圧は高くなる。反対に、各差動増幅器４の非反転入力端子（＋）に供給される電圧が低くなるにしたがって、各差動増幅器４から出力される矩形波のパルス幅は狭くなる（高電位のデューティが小さくなる）。この結果、各積分回路７から出力される出力電圧は低くなる。各差動増幅器４は、非反転入力端子（＋）に与えられる電圧が０Ｖになると、出力する矩形波のパルス幅を０とする。すなわち、矩形波が出力されなくなる。

図１の電源装置は主として車両用に用いられるため、差動増幅器４の入力側は、リード線を介してバッテリ１の一対の出力端子（出力端子１０ａ及び出力端子１０ｂ）に接続される。この回路構成によると、電圧検出回路３ａの差動増幅器４の入力側が出力端子１０ａに接続されなくなったり、電圧検出回路３ｂの差動増幅器４の入力側が出力端子１０ｂに接続されなくなったりする場合がある。このような故障は、接続しているリード線が断線、あるいはリード線を接続しているコネクタ（不図示）の接触不良等が原因で発生する。

仮にオフセット回路５ａ及び５ｂが存在しない場合、各差動増幅器４にバッテリ１からの電圧が供給されなくなると、各差動増幅器４は矩形波を出力しなくなり、各積分回路７の出力電圧は０Ｖとなる。こうなると、バッテリ１と各差動増幅器４との間の接続が切れたのか、あるいは、各差動増幅器４より後段の回路（例えば、各積分回路７）が故障して信号を出力しなくなったのかを識別できなくなる。車両用の電源装置において、種々の部分に発生する故障を皆無とすることは困難であるが、故障箇所を明確に識別できると保守管理が簡単である。

そこで、故障箇所の特定の容易化に寄与するべく、図１の電源装置においては、電圧検出回路３ａにオフセット回路５ａを設けると共に電圧検出回路３ｂにオフセット回路５ｂを設けている。

オフセット回路５ａは、電圧検出回路３ａの差動増幅器４の入力側にバッテリ１の電圧に基づく電圧が与えられない状態、即ち、バッテリ１の正側出力端子１ａと、抵抗３１ａと抵抗３２ａとの接続点との接続が切れた状態となっても、電圧検出回路３ａの差動増幅器４が所定の矩形波を出力するように、緩衝増幅器１７を介して所定のオフセット電圧を供給する。

従って、正側の電圧検出回路３ａの差動増幅器４は、バッテリ１の電圧に基づく電圧及びオフセット回路５ａが出力するオフセット電圧に応じてパルス幅が変調された矩形波を出力することになり、非反転入力端子（＋）に与えられるバッテリ１の電圧に基づく電圧がゼロとなる状態においても、０Ｖの直流電圧ではなく所定の矩形波を出力することになる。オフセット回路５ａの直列抵抗１１ａは、電圧検出回路３ａの差動増幅器４の非反転入力端子（＋）に与えられるオフセット電圧の電圧値を最適なものとするために設けられている。

同様に、オフセット回路５ｂは、電圧検出回路３ｂの差動増幅器４の入力側にバッテリ１の電圧に基づく電圧が与えられない状態、即ち、バッテリ１の負側出力端子１ｂと、抵抗３１ｂと抵抗３２ｂとの接続点との接続が切れた状態となっても、電圧検出回路３ｂの差動増幅器４が所定の矩形波を出力するように、緩衝増幅器１８を介して差動増幅器４の非反転入力端子（＋）に所定のオフセット電圧を供給する。

従って、負側の電圧検出回路３ｂの差動増幅器４は、バッテリ１の電圧に基づく電圧及びオフセット回路５ｂが出力するオフセット電圧に応じてパルス幅が変調された矩形波を出力することになり、非反転入力端子（＋）に与えられるバッテリ１の電圧に基づく電圧がゼロとなる状態においても、０Ｖの直流電圧ではなく所定の矩形波を出力することになる。オフセット回路５ｂの直列抵抗１１ｂは、電圧検出回路３ｂの差動増幅器４の非反転入力端子（＋）に与えられるオフセット電圧の電圧値を最適なものとするために設けられている。

電圧検出回路３ａにおいて、オフセット回路５ａは、第１のアースライン１４の電位を基準とした正側出力端子１ａの電圧と同極性である正の直流電圧（オフセット電圧）を出力する。電圧検出回路３ｂにおいて、オフセット回路５ｂは、第１のアースライン１４の電位を基準とした負側出力端子１ｂの電圧と同極性である負の直流電圧（オフセット電圧）を出力する。各差動増幅器４の入力側に、バッテリ１の電圧に基づく電圧が供給されなくなる状態においても、各差動増幅器４に矩形波を出力させるためである。

また、電圧検出回路３ａにおいて、オフセット回路５ａを差動増幅器４の反転入力端子（−）側に設けるようにしてもよい。つまり、電圧検出回路３ａの差動増幅器４の反転入力端子（−）に、オフセット回路５ａが出力するオフセット電圧分だけ電圧がシフトされた三角波（この三角波は、電圧検出回路３ａの三角波発生回路９が出力する）を供給するのである。この場合、電圧検出回路３ａにおいて、オフセット回路５ａは、第１のアースライン１４の電位を基準とした正側出力端子１ａの電圧と反対極性である負の直流電圧出力すればよい。これにより、電圧検出回路３ａにおいて、差動増幅器４の入力側にバッテリ１の電圧に基づく電圧が供給されなくなる状態においても、差動増幅器４からは矩形波が出力される。

同様に、電圧検出回路３ｂにおいて、オフセット回路５ｂを差動増幅器４の反転入力端子（−）側に設けるようにしてもよい。つまり、電圧検出回路３ｂの差動増幅器４の反転入力端子（−）に、オフセット回路５ｂが出力するオフセット電圧分だけ電圧がシフトされた三角波（この三角波は、電圧検出回路３ｂの三角波発生回路９が出力する）を供給するのである。この場合、三角波は負の電圧側にシフトされるようにすればよい。

バッテリ１の出力側と各差動増幅器４の入力側とが接続されなくなって、各差動増幅器４の非反転入力端子（＋）にバッテリ電圧が入力されない状態となっても（以下、このような状態を「入力側故障」という）、各差動増幅器４の非反転入力端子（＋）にはオフセット電圧が入力される。このため、そのような状態になっても各差動増幅器４は、図３に示すように、最小幅の矩形波（高電位のデューティ比が最小の矩形波）を出力する。図３は、図１の電源装置の各部の電圧波形を示す図である。図３の上段の電圧波形は、入力側故障時における各差動増幅器４への入力電圧の様子、各差動増幅器４からの出力電圧（矩形波）の様子、及び各積分回路７の出力電圧の様子を表している。

差動増幅器４より後段の回路の動作は電圧検出回路３ａと３ｂで同様であるため、電圧検出回路３ａにつき、入力側故障時における差動増幅器４より後段の回路の動作を説明する（勿論、電圧検出回路３ｂの動作も同様である）。電圧検出回路３ａにおいて、上記の最小幅の矩形波は、絶縁カップラ６と積分回路７を介してＡ／Ｄコンバータ８に入力され、Ａ／Ｄコンバータ８からデジタルの電圧信号として出力される。この状態で積分回路７又はＡ／Ｄコンバータ８から出力される電圧信号は、差動増幅器４に供給されるオフセット電圧を示す信号である。したがって、積分回路７又はＡ／Ｄコンバータ８からオフセット電圧を示す電圧信号が出力されると、バッテリ１と差動増幅器４の入力側とが断線や接触不良によって、バッテリ電圧が正常に差動増幅器４に入力されなくなっていることが明確になる。

また、図３の下段で示すように、例えば電圧検出回路３ａにおいて、積分回路７又はＡ／Ｄコンバータ８がオフセット電圧を示す電圧信号を出力せず、且つバッテリ電圧が０Ｖであることを示すデジタル信号を出力する場合は、差動増幅器４の出力側から積分回路７又はＡ／Ｄコンバータ８の入力側の間で信号が伝送されない故障（以下、この故障を「出力側故障」という）が発生していると判断できる。マイコン１６は、各積分回路７又は各Ａ／Ｄコンバータ８からの出力に基づいて、入力側故障又は出力側故障の発生を検出する。尚、図３の下段の電圧波形は、出力側故障時における各差動増幅器４への入力電圧の様子、各差動増幅器４からの出力電圧（矩形波）の様子、及び各積分回路７の出力電圧の様子を表している。

信号が正常に伝送されない故障は、リード線の断線やコネクタの接触不良で発生する確率が極めて高い。このため、例えば、電圧検出回路３ａにおける差動増幅器４の出力側とＡ／Ｄコンバータ８の入力側との間に故障が発生していると特定されると、この間にあるリード線やコネクタの故障が発生していると判定できる（即ち、故障場所のほとんどを特定できる）。

次に、電圧検出回路３ａに含まれる絶縁カップラ６と積分回路７の詳細な構成等について説明する。電圧検出回３ｂに含まれる絶縁カップラ６と積分回路７の詳細な構成等も同様である。

絶縁カップラ６は、入力側と出力側のアースラインを電気的に絶縁した状態で信号を伝送するカップラで、光で信号を伝送するフォトカップラが適している。ただし、トランスで信号を伝送する絶縁カップラも使用できる。絶縁カップラ６は、バッテリ１に接続している差動増幅器４側と、積分回路７及びＡ／Ｄコンバータ８を備えて電圧を検出する検出回路側とのアースを切り離している。車両用の電源装置は、バッテリ電圧が比較的高電圧となるので、差動増幅器４側のアースライン（即ち、第１のアースライン１４）はシャーシアース（車両のシャーシ）に接続されない。

一方、電圧を検出するための積分回路７やＡ／Ｄコンバータ８を内蔵する検出回路側は、雑音等の影響を少なくするために、電子回路のアースライン（即ち、第２のアースライン１５）を車両のシャーシに接続している。絶縁カップラ６は、このように車両のシャーシに接続されない高圧側と、シャーシに接続される低圧側を切り離して信号を伝送する。絶縁カップラ６の出力側は、図１に示すように、コネクタ１３を介して積分回路７に接続される。

積分回路７は、ローパスフィルタであり、矩形波を積分することにより、短形波を矩形波のパルス幅に比例した電圧信号に変換する。積分回路７は、矩形波を平滑化された電圧信号に変換する。積分回路７から出力されるアナログの電圧信号は、Ａ／Ｄコンバータ８でデジタルの電圧信号に変換される。

また、上述したように、図１の電源装置は、バッテリ１の中点３３に対するプラス側の出力端子電圧とマイナス側の出力端子電圧を２組の電圧検出回路３ａ及び３ｂで検出している。マイコン１６は、電圧検出回路３ａのＡ／Ｄコンバータ８の出力と電圧検出回路３ｂのＡ／Ｄコンバータ８の出力に基づいて、バッテリ１の全電圧を演算する。

但し、１組の電圧検出回路にてバッテリ１の全電圧が検出可能なように、図１の電源装置を変形してもよい。この場合、例えば、図１の電源装置から電圧検出回路３ｂを削除する一方で、バッテリ１の正側出力端子１ａと負側出力端子１ｂとの差電圧（即ち、バッテリ１の全電圧）を検出する差動入力の増幅器（不図示）を設け、その増幅器の出力を電圧検出回路３ａの差動増幅器４の非反転入力端子（＋）に与えればよい。このような変形を施す場合、バッテリ１の中点３３ではなく、バッテリ１の負側出力端子１ｂを第１のアースライン１４に接続するようにすればよい。正側出力端子１ａの電圧は、電圧検出回路３ａの差動増幅器４の非反転入力端子（＋）に与えられ、１組の電圧検出回路３ａによってバッテリ１の全電圧が検出される。

また、図１の電源装置において、アースラインをシャーシアースに接続しない回路（即ち、第１のアースライン１４に接続される高電圧回路）を動作させるための電源が別途必要となる。車両に搭載される電子回路は、通常、１２Ｖの電装用バッテリを電源として動作する。従って、図１の電源装置が車両に搭載される場合、この電装用バッテリを第１のアースライン１４に接続される高電圧回路の電源として利用することが考えられる。しかしながら、電装用バッテリは、通常、マイナス側を車両のシャーシに接続しているので、高電圧回路の電源として利用するには、絶縁が必要となる。

このような事情を考慮しつつ、アースラインがシャーシアースに接続されない高電圧回路用の電源回路について、以下説明する。図４は、電装用バッテリ２２を電源とするスイッチング電源回路２０の回路構成を示している。電装用バッテリ２２などが接続された一次側のアースラインは、シャーシアースに接続されている。二次側のアースライン２１は、シャーシアースとは絶縁されており、図１のアースライン１４と共通とすることができる。スイッチング電源回路２０の負荷２８は、アースラインがシャーシアースに接続されない高電圧回路（例えば、図１における三角波発生回路９、差動増幅器４、直流基準電源１２ａ及び１２ｂ等）である。

スイッチング電源回路２０は、電装用バッテリ２２の出力を定電圧化させる定電圧回路２３と、定電圧回路２３の出力側に接続され、定電圧回路２３の出力をスイッチングするトランジスタ等のスイッチング素子２４と、スイッチング素子２４が１次側巻線に接続されたトランス２５と、スイッチング素子２４のスイッチング動作によってトランス２５の２次側巻線に発生する交流電圧を直流電圧に変換する整流回路２６と、トランス２５の２次側巻線と負荷２８との接続をオン／オフするための起動スイッチ２７と、起動スイッチ２７を制御する起動制御回路２９と、を備えている。

整流回路２６は、例えばダイオードである。起動スイッチ２７は、例えばフォトカプラであり、起動制御回路２９が該フォトカプラの入力側のダイオードに流れる電流を制御する。該フォトカプラの出力側のフォトトランジスタは、ソースが整流素子２６のダイオードのアノードに接続され、ドレインがトランス２５の２次側巻線の一端に接続されている。起動スイッチ２７の出力側のフォトトランジスタがオンの時、負荷２８への電力供給が行われる（電力供給がオンとなる）一方、起動スイッチ２７の出力側のフォトトランジスタがオフの時、負荷２８への電力供給は遮断される（電力供給がオフとなる）。

また、図４において、点線４０で区分されるように、フォトカプラ等の起動スイッチ２７、トランス２５を境に、高電圧側と低電圧側に区分され、高電圧側の高電圧が低電圧側に影響を与え難い構造になっている。起動スイッチ２７（フォトカプラ）の入力側及びトランス２５の１次側巻線は低電圧側、起動スイッチ２７（フォトカプラ）の出力側及びトランス２５の２次側巻線は高電圧側となっている。

また、スイッチング電源回路２０は、図示していないが、スイッチング電源回路２０の出力電圧を検出し、該出力電圧が安定化するようにスイッチング素子２４のオン／オフを切り換えるディーティを制御する制御回路も備えている。定電圧回路２３の出力電圧は、例えば７．７Ｖとされる。スイッチング電源回路２０の出力電圧は、例えば１０Ｖとされる。

起動スイッチ２７は、スイッチング電源回路２０を起動するときにオフに保持され、起動後に遅れてオンに切り換えられる。つまり、起動スイッチ２７（起動スイッチ２７の出力側のフォトトランジスタ）は、スイッチング電源回路２０の起動時において所定の時間（例えば、数１０マイクロ秒〜数ミリ秒）オフに維持され、その所定の時間経過後、オンとされる。起動スイッチ２７（起動スイッチ２７の出力側のフォトトランジスタ）がオフとなっている間は、負荷２８への電力供給はオフとなる。

起動時において起動スイッチ２７を遅れてオンに切り換えるので、このスイッチング電源回路２０は、負荷２８をオープンにする状態、いいかえると負荷２８を非常に軽くする状態でスイッチング素子２４のオン／オフ切り換えを開始する。

ところで、通常、車両は極寒地域でも使用されるので、外気温度が−２０℃以下の地域で安定して使用できる特性が要求される。外気温度が非常に低い場合、負荷２８を接続した状態でスイッチング電源回路２０をオンにすると（スイッチング電源回路２０を起動すると、即ち、スイッチング素子２４がオフに維持されている状態からスイッチング素子２４のオン／オフ切り換えを開始すると）、出力電圧が上昇するのに時間が掛かかってしまう。外気温度が−２０℃〜−４０℃と極めて低くなると、負荷２８の内部抵抗が低下し、スイッチング電源回路２０から見た負荷が増大することになるため、瞬時に出力電圧を所定の電圧まで立ち上げることができなくなる。車両のイグニッションスイッチ（不図示）をオンにして一定時間が経過したのに、負荷２８の電源電圧が正常に上昇していないと、たとえば車両に搭載されるマイコンが、システムエラー等が生じていると間違って判定することがある。

このような弊害を避けるために、図４のスイッチング電源回路２０においては、トランス２５の２次側に起動スイッチ２７を設け、起動時に負荷２８を切り離すようにしている。負荷２８を接続しないスイッチング電源回路２０は、速やかに起動し、その後、起動スイッチ２７をオンにして、出力を安定化することができる。

尚、図１の電源装置においては、第１のアースライン１４にバッテリ１の中点３３を接続しているが、第１のアースライン１４に接続するのは中点３３でなくても構わない。バッテリ１を構成する複数の電池２の接続点のうち、何れか１つの接続点を第１のアースライン１４に接続すればよい。例えば、バッテリ１が１０個の電池２を直列接続して構成される場合、電池２同士の接続点は９つあることになるが、その９つの接続点の何れか１つの接続点を第１のアースライン１４に接続すればよい。

また、電圧検出回路３ａに含まれる差動増幅器４の非反転入力端子（＋）と反転入力端子（−）に与えられる信号は、適宜入れ換え可能である。電圧検出回路３ｂに含まれる差動増幅器４についても同様である。非反転入力端子（＋）に与えられる信号と反転入力端子（−）に与えられる信号を入れ換える場合、必要に応じて周辺回路も変更される。

また、電圧検出回路３ａと３ｂに、マイコン１６を１つずつ設けるようにしても構わない。

上述した通り、本発明に係る電源装置によれば、簡単かつ容易に、しかも速やかに故障箇所を特定することができる。

本発明の実施の形態に係る電源装置の回路図である。 図１の電源装置の各部の電圧波形とバッテリ電圧との関係を示す図である。 図１の電源装置の各部の電圧波形と故障箇所との関係を示す図である。 図１の三角波発生回路などに電力を供給する電源回路の一例を示すブロック図である。

符号の説明

１ バッテリ
２ 電池
３ａ、３ｂ 電圧検出回路
４ 差動増幅器
５ａ、５ｂ オフセット回路
６ 絶縁カップラ
７ 積分回路
８ Ａ／Ｄコンバータ
９ 三角波発生回路
１０ａ、１０ｂ 出力端子
１１ａ、１１ｂ 直列抵抗
１２ａ、１２ｂ 直流基準電源
１３ コネクタ
１４ 第１のアースライン
１５ 第２のアースライン
１６ マイコン
１７ 緩衝増幅器
１８ 緩衝増幅器
２０ スイッチング電源回路
２１ アースライン
２２ 電装用バッテリ
２３ 定電圧回路
２４ スイッチング素子
２５ トランス
２６ 整流回路
２７ 起動スイッチ
２８ 負荷
２９ 起動制御回路
３３ 中点

Claims (6)

1. バッテリと、該バッテリの電圧を検出する電圧検出回路とを備える電源装置であって、
   前記電圧検出回路は、
   前記バッテリの電圧に基づく電圧を受けるための第１の入力端子と所定の三角波を受けるための第２の入力端子を有し、前記バッテリの電圧に基づく電圧及び所定のオフセット電圧に応じてパルス幅が変調された矩形波を出力する差動増幅器と、
   前記第１の入力端子に与えられる前記バッテリの電圧に基づく電圧がゼロとなる状態においても、前記差動増幅器が前記オフセット電圧に応じた所定の矩形波を出力するように、前記第１の入力端子及び前記第２の入力端子の何れか一方に前記オフセット電圧を与えるオフセット回路と、を備えた
   ことを特徴とする電源装置。
2. 前記電圧検出回路は、
   前記差動増幅器の出力する矩形波を絶縁状態で伝送する絶縁カップラと、
   前記絶縁カップラの出力信号を積分する積分回路と、
   前記積分回路が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、を更に備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記絶縁カップラの出力側は、コネクタを介して前記積分回路に接続されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
4. 前記バッテリは、複数の電池を直列接続して構成され、複数の電池同士の接続点の内、何れかの１つの接続点には所定の基準電位が与えられており、
   前記電源装置は、前記電圧検出回路を２つ備えていて、
   一方の電圧検出回路は、前記接続点に対する前記バッテリの正側出力端子の電圧を検出し、
   他方の電圧検出回路は、前記接続点に対する前記バッテリの負側出力端子の電圧を検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
5. 前記三角波を生成する三角波発生回路と、
   前記三角波発生回路の電源電圧を供給するスイッチング電源回路と、を更に備え、
   前記スイッチング電源回路は、前記スイッチング電源回路の起動時に、所定の時間、負荷としての前記三角波発生回路を切り離す起動スイッチを備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
6. 前記三角波を生成する三角波発生回路と、
   前記三角波発生回路へ電力を電源として供給するスイッチング電源回路と、を更に備え、
   前記スイッチング電源回路は、負荷としての前記三角波発生回路への電力供給をオン／オフ可能な起動スイッチを備え、
   前記スイッチング電源回路の起動時において所定の時間、前記三角波発生回路への電力供給がオフとなるように、前記起動スイッチは制御される
   ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。

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