JP2006327568A - 車両用電力システム及び昇圧電源 - Google Patents

Abstract

【課題】過渡的な負荷電流の変化に対して最適な出力電圧を負荷に供給する。
【解決手段】電源（バッテリ）１と、前記電源の出力を昇圧した昇圧電源１０とを備え、車両の複数の負荷群５０，５２，５４に電力を供給する車両用電力システム１００であって、前記車両用電力システムは、補助電源（コンデンサ）８を更に備え、前記電源１と前記昇圧電源１０と前記補助電源８との何れか一つ又は複数の電源によって前記負荷群５０，５２，５４の何れかの単数あるいは複数の負荷に電力を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の複数の負荷に電力を供給する車両用電力システム及び昇圧電源に関する。

車両にはセルモータ、イグニッション等の始動系や、ヘッドランプ、室内の計器、電装品等が数多く使用されている。また、例えば、操舵力を補助する電動パワーステアリング装置に使用されるモータは、通常の２０００ｃｃクラスの自動車で６０Ａ以上の大電流を流す必要があり、特に、最近ではより多くの出力を得るためにバッテリ電圧より高い電圧で駆動させることが求められている。このため、バッテリの負荷のみならず、ＤＣ-ＤＣコンバータを用いて高電圧を発生させて高圧対応負荷にも電力を供給する車両用配電システムが開示されている（特許文献１参照）。

また、昇圧回路の出力側に第２の電池を設けた電源装置の例が報告されている。例えば、第１の電池と、この第１の電池に接続された昇圧装置と、この昇圧装置に接続された第２の電池と、この第２の電池に接続され、操向ハンドルの回転力信号に対応したステアリングモータの駆動電力を供給する制御回路と、この制御回路に接続されたステアリングモータとで構成した電動パワーステアリング用の電源装置の例が報告されている（特許文献２参照）。
特開２０００−３１８５４５号公報 （図２） 特公平８−５３９号公報 （請求項１）

ところが、特許文献１の技術は、負荷がＤＣ−ＤＣコンバータあるいはバッテリ（電源）に接続されているので、過渡的な負荷電流の増加により、ＤＣ−ＤＣコンバータの負荷容量を超えたり、バッテリ電圧の低下に伴って負荷電圧も低下したりするという問題がある。
また、特許文献２に使用される第２の電池の電圧は固定されているので、大電流が流れない場合にも、昇圧電圧が印加されるという問題がある。また、第２の電池の電圧は、一般的に使用される単位バッテリの整数倍にする必要があり、電圧の自由度が少ないという問題点もある。
さらに、ＤＣ−ＤＣコンバータに使用されているスイッチング素子が短絡故障することがある。この故障状態でもバッテリ電圧を負荷に供給し、負荷の動作停止を回避することが好ましい。

そこで、本発明の一の課題は、過渡的な負荷電流の変化に対しても各負荷に安定した電力を供給することができる車両用電力システムを提供することであり、他の課題は負荷の動作停止を回避することである。

前記課題を解決するため、本発明の一の手段である請求項１に記載の車両用電力システムは、電源と、この電源の出力を昇圧した昇圧電源とを備え、車両の複数の負荷群に電力を供給する車両用電力システムであって、前記車両用電力システムは、補助電源を更に備え、前記電源と前記昇圧電源と前記補助電源との何れか一つ又は複数の電源によって前記負荷群の何れかの単数あるいは複数の負荷に電力を供給することを特徴とする。
これによれば、電源と昇圧電源と補助電源との何れか一つ又は複数の電源によって負荷群の何れかの負荷に電力が供給される。

特に、補助電源が前記電源あるいは昇圧電源によって電力供給される電源であれば、この電源の電圧が低下しても補助電源により負荷に電力が供給される。また、補助電源を用いて昇圧電源に電力を供給することもできる。すなわち、前記車両用電力システムは、前記電源あるいは前記昇圧電源の何れか一方によって電力が供給される補助電源を更に備え、前記電源と前記昇圧電源と前記補助電源との何れか一つ又は複数の電源によって前記負荷群の何れかの単数あるいは複数の負荷に電力を供給することが好ましい。

また、請求項２に係る発明は、前記車両用電力システムにおいて、前記電源は、内部抵抗を有した電池であり、前記補助電源は、コンデンサであることを特徴とする。これにより、昇圧電源の出力電圧がコンデンサの有する低いインピーダンスで負荷に出力されるので、出力電流が大きくても電圧降下が小さくなる。

また、請求項３に係る発明は、請求項２に記載の車両用電力システムにおいて、前記コンデンサからの出力電力を制御する出力制御部を備えることを特徴とする。これにより、昇圧電源の出力電圧よりも低い電圧が補助電源を用いて出力される。すなわち、電源の出力電圧が低下しても、低下する前の電圧を出力することができる。
また、請求項４に係る発明は、請求項２又は請求項３に記載の車両用電力システムにおいて、車両のイグニッションがＯＮになるより前にコンデンサへの充電を開始する充電制御手段を有することを特徴とする。これにより、エンジンが始動する前に、コンデンサの充電が開始されているので、イグニッションがＯＮした直後から出力を負荷群に供給することができる。

また、請求項５に係る発明は、請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の車両用電力システムにおいて、前記複数の負荷群は、前記電源のみで動作する第１負荷と、前記電源と前記補助電源との双方を用いて動作する第２負荷と、前記昇圧電源のみで動作する第３負荷とに分けられることを特徴とする。これにより、第１負荷、第２負荷及び第３負荷に接続される電源ラインが並列的に接続される。なお、第２負荷は、車両の操舵力を補助するモータであることが好ましい。

また、前記の車両用電力システムにおいて、電源と、前記補助電源と前記電源との双方を用いた電源と、前記昇圧電源と、を切り替えて電力を供給する切替手段を備えることができる。モータは、大電圧のときに高速回転になり、大電流のときに高トルクになる特性を有している。そのため、切替手段を用いて、駆動電源を電源に切り替えることにより、モータは低速回転で駆動し、駆動電源を昇圧電源に切り替えることにより高速回転、且つ低トルクの駆動が行われ、駆動電源を補助電源に切り替えることにより高速回転、且つ高トルクの駆動が行われる。

本発明の他の手段である請求項６に記載の昇圧電源は、入力電圧と、前記入力電圧が印加されたコイルに蓄積された磁気エネルギーの逆起電力とをスイッチング動作により重畳して負荷に供給することができる昇圧電源であって、前記スイッチング動作を行うスイッチング素子が入力電圧を継続的に短絡する短絡故障状態であるときに、前記入力電圧の前記コイルへの印加を遮断し、前記入力電圧を負荷に接続することを特徴とする。

これによれば、スイッチング素子が入力電圧を継続的に短絡する短絡故障状態であっても、入力電圧とスイッチング素子との接続が遮断し、入力電圧が負荷に接続されるので、負荷の停止状態が回避される。ここで、負荷がモータであれば、短絡故障状態においても、このモータの動作が継続され続ける。

さらに、本発明の他の手段である請求項７に記載の昇圧電源は、導通状態に遷移した第１のスイッチング素子及びコイルの直列回路に入力電圧が印加されることによって前記コイルに蓄積された磁気エネルギーの逆起電力と、前記入力電圧とが重畳された電圧が、前記第１のスイッチング素子の開放状態への遷移により、導通状態の第２のスイッチング素子を介して負荷に供給することができる昇圧電源であって、前記第１のスイッチング素子に直列に挿入された第３のスイッチング素子を備え、前記第１のスイッチング素子が継続的に導通する短絡故障状態であるときに、前記第２のスイッチング素子を継続的に導通させ、前記第３のスイッチング素子を継続的に開放することにより、前記入力電圧を前記コイルを介して前記負荷に印加することを特徴とする。

これによれば、第１のスイッチング素子及び第３のスイッチング素子を介して、入力電圧がコイルに印加され、磁気エネルギーが蓄えられる。第１のスイッチング素子を開放し、入力電圧とコイルの逆起電力とが導通状態に遷移した第２のスイッチング素子を介して負荷に供給される。第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子の導通・開放が繰り返されることにより、定常的に入力電圧が昇圧する。そして、第１のスイッチング素子が短絡故障状態になると、第３のスイッチング素子を開放することにより、入力電圧の短絡状態を回避し、導通状態の第２のスイッチング素子を介して、入力電圧が負荷に印加される。

さらに、本発明の他の手段である請求項８に記載の昇圧電源は、入力電圧と、コイル及び導通状態の第１のスイッチング素子に前記入力電圧が印加されることによって、前記コイルに蓄積された磁気エネルギーの逆起電力とが開放状態に遷移された前記第１のスイッチング素子及び導通状態に遷移された第２のスイッチング素子を用いて重畳させて負荷に供給することができる昇圧電源であって、前記第１のスイッチング素子が継続的に導通する短絡故障状態であるときに、前記入力電圧の前記コイルへの印加を遮断する第３のスイッチング素子と、前記入力電圧を前記負荷に供給する第４のスイッチング素子とを備えることを特徴とする。

これによれば、第１のスイッチング素子及び第３のスイッチング素子を介して、入力電圧がコイルに印加され、磁気エネルギーが蓄えられる。第１のスイッチング素子を開放し、入力電圧とコイルの逆起電力とが導通状態に遷移した第２のスイッチング素子を介して負荷に供給される。第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子の導通・開放が繰り返されることにより、定常的に入力電圧が昇圧する。そして、第１のスイッチング素子が短絡故障状態になると、第３のスイッチング素子が入力電圧のコイルへの印加を遮断し、第４のスイッチング素子が入力電圧を負荷に供給する。

本発明の一の手段によれば、電源と昇圧電源と補助電源との何れか一つ又は複数の電源によって負荷群の何れかの負荷に電力が供給される。特に、補助電源が前記電源あるいは昇圧電源によって電力供給される電源であるとき、前記電源の電圧が低下しても補助電源により負荷に電力が供給される。これにより、過渡的な負荷電流の変化に対しても負荷群に安定した電力を供給することができる。また、本発明の他の手段によれば、負荷の動作停止を回避することができる昇圧電源を提供することができる。

（第１実施形態）
次に、本発明の第１実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態の車両用電力システム１００の構成図である。
車両用電力システム１００は、電源（電池）であるバッテリ１と、このバッテリ１の電圧を昇圧する昇圧回路１０と、昇圧電源である昇圧回路１０の出力電圧を充電する補助電源としてのコンデンサ８と、バッテリ１の電圧が供給される定常負荷５０と、昇圧回路１０の出力が供給される昇圧対応負荷５２と、コンデンサ８の電圧が能動素子であるＦＥＴ６により制御された電圧とバッテリ１の電圧との何れか大きな電圧がダイオード２，３を介して供給される一時電流の多い負荷５４とを主要部とし、定電流充電制御回路２０、放電制御回路３０及び電源システム起動制御回路４０により各部が制御される。

バッテリ１は、電圧１２Ｖの二次電池であり、ヘッドライト、電装品等の定常負荷５０に接続される。また、バッテリ１は、内部抵抗を有するので大電流によって出力電圧が低下し、長年の使用により劣化する特性を有する。

バッテリ１の電圧が、ダイオード２を介して入力される昇圧回路１０は、入力電圧１２Ｖ、出力電圧２０ＶのＤＣ−ＤＣコンバータにより構成される。昇圧回路１０の出力端は、例えば、電動パワーステアリング装置等の昇圧対応負荷５２に接続され、更に、ダイオード４及びＦＥＴ７を介して、出力電圧がコンデンサ８を充電するように接続される。ここで、コンデンサ８は、大容量の電気二重層コンデンサが用いられ、例えば、容量５０Ｆ、定格電圧２５Ｖのものが使用される。ダイオード４は、昇圧回路１０の出力電圧がコンデンサ８の充電電圧よりも低下した場合の逆流を防ぐために設けられている。なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の詳細は後述する。

コンデンサ８は、ＦＥＴ６及びダイオード３を介して昇圧回路１０の入力端に接続され、一時電流の多い負荷５４に接続される。すなわち、ダイオード２，３のカソードが昇圧回路１０の入力及び一時電流の多い負荷５４に接続されている。ダイオード２，３の作用により、一時電流の多い負荷５４は、バッテリ１の電圧あるいはＦＥＴ６により制御された電圧の何れか大きい電圧が一時電流の多い負荷５４に印加される。これにより、一時的な電流が大きくバッテリ１の電圧が低下しても、ＦＥＴ６により制御された電圧が一時電流の多い負荷５４に加えられる。また、ＦＥＴ６により制御された電圧が昇圧回路１０に入力されるので、昇圧回路１０自体が出力電圧制御されていなくても、昇圧対応負荷５２に加えられる電圧が低下しない。なお、ＦＥＴ６，７のサブストレートは、ドレインあるいはソースに接続され、又は接地されるのが好ましい。

定電流充電制御回路２０は、昇圧回路１０の出力電圧をコンデンサ８に充電する充電電流を定電流にするための制御回路であり、能動素子であるＦＥＴ７のゲート電圧を制御する。また、ＦＥＴ７とダイオード４との接続点の電圧をモニターした電圧が、所定値以上になったときは、ＦＥＴ７をＯＮ状態にする。これにより、昇圧対応負荷５２に回生電流が発生しても、コンデンサ８に電流が流れるので昇圧回路１０を保護することができる。なお、コンデンサ８への突入電流を制限すればよいので、ＦＥＴ７の代わりに抵抗器を挿入すれば、定電流充電制御回路２０による制御は不要となる。また、ＦＥＴ７とコンデンサ８との間にコイルＬ１を挿入し、ＦＥＴ７及びコイルＬ１の接続点と接地との間に転流ダイオードを設ければ、ＦＥＴ７のＯＮ−ＯＦＦ時間の制御によって定電流制御することもできる。

放電制御回路３０は、バッテリ１の電圧が低下して、基準電圧Ｖｒ以下になったときに、ＦＥＴ６のゲート電圧を可変することにより、コンデンサ８の充電電荷の放電を制御して、一時電流の多い負荷５４及び昇圧回路１０の入力電圧を０Ｖから最大電圧まで可変させる回路である。これにより、一時電流の多い負荷５４及び昇圧回路１０の入力電圧をバッテリ１の電圧に維持させることができる。なお、ＦＥＴ６とダイオード３との間にコイルＬ２を挿入し、ＦＥＴ６及びコイルＬ２の接続点と接地との間に転流ダイオードを設ければ、ＦＥＴ６のＯＮ−ＯＦＦ時間の制御によって定電圧制御することもできる。

電源システム起動制御回路４０は、一時電流の多い負荷５４が駆動する前にコンデンサ８の充電を開始するための回路であり、充電電力制御手段として機能する。この回路は、例えばドアロックを解除したか否かを検出するドアロック解除信号、乗員が乗車している否かを判定する乗員検知信号を用いて、昇圧回路１０を駆動し、放電制御回路３０に対してＦＥＴ６のオフ制御を指示し、定電流充電制御回路２０に対してＦＥＴ７の定電流制御を指示する。これにより、イグニッションがＯＮになるより前にコンデンサ８の充電が開始される。なお、５０Ｆの電気二重層コンデンサの充電を５０Ａで行った場合、１秒で１Ｖしか電圧が上昇しない。このため、出来るだけ早い段階で充電を行うために、電源システム起動制御回路４０が設けられている。

次に、昇圧対応負荷５２としてモータが使用される電動パワーステアリング装置について、図２を参照して説明する。
電動パワーステアリング装置７０は、操向ハンドル１１を回転させると操向ハンドル１１に直結するステアリング軸１２は連結されたトルクセンサ２３を介してラックピニオン機構１５を構成するピニオン１３を回転し、これによってラック軸１４を移動させて転蛇輪１７の方向を変えて操舵する。このとき、トルクセンサ２３が検出したトルク信号Ｔに応じて、制御回路２２は昇圧回路１０（図１参照）から供給される電力を用いてモータ１９を制御する。この供給電力によってモータ１９は動力伝達機構１８を介してピニオン１３を回転させ、操向ハンドル１１の操舵トルクを軽減するように動作する。

電動パワーステアリング装置７０は、操向ハンドル１１を操舵する際にステアリング軸１２に発生する操舵トルクを検出し、この検出信号に基づいて大きな操舵力が必要なときには、モータ１９を駆動して操舵補助力を発生させ、操向ハンドル１１の操舵力を軽減するように動作させる。すなわち、操向ハンドル１１が操舵されているときに、その操舵トルクが大きい場合には大きな操舵力が必要とされるので大きな操舵補助力を供給する一方、操舵トルクが小さい場合には大きな操舵力を必要としないので小さな操舵補助力を供給するように構成されている。

次に、昇圧回路１０のＤＣ−ＤＣコンバータ回路（図示せず）について簡単に説明する。昇圧回路１０は、コイルとＦＥＴとダイオードとを主要部とし、入力端ＩＮにコイルの一端が接続され、他端にＦＥＴのドレイン端及びダイオードのアノード端が接続されている。また、ＦＥＴのソース端は接地され、ダイオードのカソード端は昇圧回路１０の出力に接続されている。ここで、ＦＥＴのゲート電圧をＯＮ−ＯＦＦ制御して電圧制御を行うことになる。

まず、ＦＥＴがＯＮするとコイルに電流が流れ、磁気エネルギーが蓄えられる。次に、ＦＥＴがＯＦＦすると、コイルに発生する逆起電力が、昇圧回路１０の入力電圧Ｖinに重畳するので、昇圧された電圧が出力される。なお、ＦＥＴのゲート電圧のＤＵＴＹ比によって出力電圧が変化する。

次に、図３のフローチャートを参照して、本実施形態の動作を説明する。
バッテリ１に直接接続されている定常負荷５０と、ダイオード２を介して接続されている一時電流の多い負荷５４に電力が供給され、電源投入によって、図３のフローが起動する。ステップＳ１においては、コンデンサ８の放電をＯＦＦにする指令が放電制御回路３０に行われ、ＦＥＴ６がＯＦＦ状態に設定される。次に、処理はステップＳ２に進み、乗車確認したか否かが判定される。具体的には、ドアロック解除信号あるいは乗員検知信号を検知して乗車確認が行われる。乗車確認が行われなければ、「ＮＯ」と判定され、ステップＳ２の処理が繰り返される。一方、乗員の確認が行われれば、「ＹＥＳ」と判定され、処理はステップＳ３に進む。

ステップＳ３においては、コンデンサ８への定電流充電及び昇圧回路１０の駆動が指令され、昇圧対応負荷５２に電力が供給される。そして、処理はステップＳ４に進み、バッテリ電圧が所定値未満であるか否かが判定される。バッテリ電圧が所定値（例えば、１１Ｖ）以上であれば、「ＮＯ」と判定され、ステップＳ４の処理が繰り返され、一時電流の多い負荷５４には、バッテリ１の電力が供給される。一方、バッテリ電圧が所定値未満であれば、「ＹＥＳ」と判定され、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５においては、コンデンサ８の放電制御が行われる。ここで、ＦＥＴ６がＯＮ状態にされれば、一時電流の多い負荷５４には、コンデンサ８に充電された電力が供給される。これにより、バッテリ１の電流負担が軽減する。そして、本ルーチンが終了し、元のルーチンに戻る。なお、コンデンサ８から電流を取り出すことにより、バッテリ１の電圧が復帰するが、ＦＥＴ６をＯＮ状態にしておくものとする。また、コンデンサ８の充電が完了したことを検出してからコンデンサ８の放電を行うのが好ましい。

以上説明したように、本実施形態によれば、簡素な構成で、昇圧対応負荷５２、一時電流の多い負荷５４及び定常負荷５０までの電力供給を効率的に行うことができる。また、放電制御回路３０を設けることによって、高電力負荷から定電力負荷までの電力供給を一時電流の多い負荷５４に対して行うことができる。特に、一時的な大電流が流れるシステムであっても、補助電源であるコンデンサ８に充電された電力が一時電流の多い負荷５４に供給されるので、定常負荷５０の電圧低下が回避される。これにより、ヘッドランプの照度が変化するなどの不安定状態が軽減し、システムの信頼性が増す。また、一時的な大電流に合わせてバッテリ１の容量を定める必要がないので、廉価な車両電力システムとなる。また、バッテリ１あるいはバッテリ１を充電する発電機の容量を小さくできるので、これらの小型化、軽量化を図ることができる。

（第２実施形態）
前記第１実施形態は、定常負荷５０、一時電流の多い負荷５４及び昇圧対応負荷５２の各負荷に電力を供給したが、切替手段を用いて、各出力電圧を一つの負荷に接続することもできる。以下、第２実施形態について図４を参照して説明する。バッテリ１、ダイオード２，３，４、ＦＥＴ６，７、コンデンサ８、昇圧回路１０については図１に示した構成要素と同一であるので、説明を省略する。
バッテリ１、昇圧回路１０及びコンデンサ８の３つの出力は、３接点ａ，ｂ，ｃの切替手段６０に入力され、その出力が単一の負荷５５に供給される。この切替手段６０は、リレーでもよいし、ＦＥＴ、トランジスタ等の半導体スイッチでもよい。

モータ（電動機）は、大電圧のときに高速回転になり、大電流のときに高トルクになる特性を有している。そのため、負荷５５がモータである場合には、切替手段６０を用いて、駆動電源をバッテリ１に切り替えることにより、低速回転になり、昇圧回路１０に切り替えることにより高速回転、低トルクの駆動が行われ、コンデンサ８に切り替えることにより高速回転、且つ高トルクの駆動が可能になる。

（第３実施形態）
前記各実施形態で使用した昇圧回路１０は、内部にスイッチング素子が設けられており、このスイッチング素子が短絡故障した場合でも負荷の停止を回避するように構成することができる。このような構成の電源装置を図５の回路図を参照して説明する。
図１及び図４に記載の昇圧回路１０に使用することが可能な図５（ａ）に記載の電源装置８０は、昇圧回路８１と、第３のスイッチング素子であるＦＥＴ７７と、第４のスイッチング素子であるＦＥＴ７８とから構成される。
ＦＥＴ７７のドレイン端はバッテリ１の正極及びＦＥＴ７８のドレイン端に接続され、ＦＥＴ７７のソース端は昇圧回路８１の入力端ＩＮ１に接続され、電源装置８０の入力端ＩＮ２として機能している。ＦＥＴ７８のソース端は昇圧回路８１の出力端ＯＵＴ１に接続され、電源装置８０の出力端ＯＵＴ２として機能している。なお、バッテリ１の負極と電源装置８０のＧＮＤ端とは接地され、出力端ＯＵＴ２とＧＮＤ端とは負荷５５に接続されている。

昇圧回路８１は、コイル７４、コンデンサＣ、ダイオードＤ、第１のスイッチング素子であるＦＥＴ７５及び第２のスイッチング素子であるＦＥＴ７６から構成されている。昇圧回路８１の入力端ＩＮ１とコイル７４の一端が接続され、コイル７４の他端がＦＥＴ７５のドレイン端とＦＥＴ７６のドレイン端とダイオードＤのアノード端に接続されている。ＦＥＴ７６のソース端とダイオードＤのカソード端とコンデンサＣの一端とは出力端ＯＵＴ１に接続されている。また、ＦＥＴ７５のソース端はＧＮＤに接地されている。

次に、ＦＥＴ７７をＯＮ状態にして入力端ＩＮ１にバッテリ１の電圧Ｖ_ＩＮが印加されている状態における昇圧回路８１の動作について説明する。まず、Ｔ_ＯＮ時間にＦＥＴ７５が導通し、ＦＥＴ７６が遮断することにより、コイル７４に電流が流れ、磁気エネルギーが蓄えられる。なお、この電流は、コイル７４のインダクタンスＬに反比例する傾斜で直線的に増加し、電流の増加量は（Ｖ_ＩＮ／Ｌ）Ｔ_ＯＮとなる。そして、Ｔ_ＯＮ時間経過後、反対に、ＦＥＴ７５をＴ_ＯＦＦ時間遮断させ、ＦＥＴ７６を導通させる。これにより、インダクタンスＬに反比例する傾斜でＴ_ＯＦＦ時間直線的に電流が減少し、電流の減少量は、出力電圧をＶ_Ｏとすると、（（Ｖ_Ｏ−Ｖ_ＩＮ）／Ｌ）Ｔ_ＯＦＦとなる。そして、Ｔ_ＯＦＦ時間経過後、ＦＥＴ７５の導通及びＦＥＴ７６の遮断が再び行われる。すなわち、２つのＦＥＴ７５，７６を相補的にスイッチング動作させている。

ＦＥＴ７５の導通及びＦＥＴ７６の遮断とＦＥＴ７５の遮断及びＦＥＴ７６の導通とが交互に繰り返されることにより、電流の増加量と減少量とは等しくなり、出力電圧Ｖ_Ｏは、（１＋Ｔ_ＯＮ／Ｔ_ＯＦＦ）Ｖ_ＩＮに収束する。すなわち、ＦＥＴ７５，７６のＯＮ，ＯＦＦ時間の比で決まる電圧（Ｔ_ＯＮ／Ｔ_ＯＦＦ）Ｖ_ＩＮがバッテリ１の電圧Ｖ_ＩＮに重畳されて、その重畳された電圧が昇圧回路８１から出力される。なお、Ｔ_ＯＮ＝Ｔ_ＯＦＦのときに入力電圧Ｖ_ＩＮとコイル７４の逆起電力とが重畳されて、入力電圧の２倍の電圧を出力することができる。

このときにＦＥＴ７５が継続的な導通状態である短絡故障状態になると、ＦＥＴ７７を開放状態に遷移させると同時にＦＥＴ７８を導通状態に遷移させ、ＦＥＴ７６を開放状態にする。これにより、ＦＥＴ７５に短絡電流が流れることが無くなり、バッテリ１の電圧が出力端ＯＵＴ２に発生し、この電圧が負荷５５に供給される。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＦＥＴ７５が短絡故障状態でなければ、バッテリ１の充電電圧が昇圧された電圧が負荷５５に供給される。一方、ＦＥＴ７５が短絡故障状態になった場合でも、負荷５５にバッテリ１の充電電圧が供給される。例えば、負荷にモータが接続された場合、ＦＥＴ７５が短絡故障状態でなければ、モータに昇圧された電圧が供給されるため、モータは高速回転が行われ、ＦＥＴ７５が短絡故障状態になったとしてもバッテリ１の充電電圧がモータに供給されるため、モータの動作が継続され、モータの停止状態が回避される。また、入力側に挿入された保護用ヒューズを焼損させることがない。

（第４実施形態）
第３実施形態では、昇圧回路８１の前に電流遮断用ＦＥＴ７７を設け、バッテリ１の充電電圧を出力端子ＯＵＴ２に接続するＦＥＴ７８を設けたが、短絡故障状態となるＦＥＴに直列に遮断用ＦＥＴを挿入しても、負荷にバッテリ１の充電電圧を供給するように電源装置を構成することができる。

電源装置８２は図１及び図４に記載の昇圧回路１０として使用可能な本実施形態の電源装置を図５（ｂ）を参照して説明する。
バッテリ１は、電源装置８２の入力端ＩＮとＧＮＤ端との間に接続され、負荷５５は昇圧回路８２の出力端ＯＵＴとＧＮＤ端との間に接続されている。電源装置８２は、入力端ＩＮがコイル７９の一端に接続され、コイルＬの他端が第１のスイッチング素子であるＦＥＴ７１のドレイン端と第２のスイッチング素子であるＦＥＴ７３のドレイン端とダイオードＤのアノード端とに接続されている。また、電源装置８２は、ＦＥＴ７１のソース端が第３のスイッチング素子であるＦＥＴ７２のドレイン端に接続され、ＦＥＴ７２のソース端がＧＮＤ端に接続されている。また、電源装置８２は、ＦＥＴ７３のソース端とダイオードＤのカソード端とコンデンサＣの一端とが出力端ＯＵＴに接続されている。また、コンデンサＣの他端が接地されている。

次に、電源装置８２の動作を説明する。通常の動作状態のときは、ＦＥＴ７２を導通状態にしておき、ＦＥＴ７１とＦＥＴ７３とを交互にスイッチングすることにより、バッテリ１の電圧を昇圧する。
また、ＦＥＴ７１が継続的に短絡する故障状態であるとき、ＦＥＴ７２を開放状態にして、ＦＥＴ７３を短絡状態にする。これにより、入力端ＩＮの電圧であるバッテリ１の電圧が直接出力端ＯＵＴに出力される。

以上説明したように本実施形態によれば、通常の動作状態においては、第１のスイッチング素子であるＦＥＴ７５，７１を断続的に短絡することにより、バッテリ１の電圧（入力電圧）が断続的にコイルに印加され、ＦＥＴ７５，７１の開放により入力電圧にコイルの逆起電力が重畳される。そして、ＦＥＴ７５，７１が継続的に短絡（導通）する故障状態であるときに、第３のスイッチング素子であるＦＥＴ７２を開放にすることにより、入力電圧のコイルへの印加が禁止され、短絡電流が回避される。また、第２のスイッチング素子であるＦＥＴ７３あるいは第４のスイッチング素子であるＦＥＴ７８を短絡することにより、入力電圧がそのまま出力端ＯＵＴに発生する。従って、負荷５５の動作停止を回避することができる。

（変形例）
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような種々の変形が可能である。
（１）前記各実施形態は、電源としてバッテリ１を用いたが、一次電池、発電機等を用いることもできる。また、補助電池としてコンデンサ８を用いたが、鉛蓄電池等の二次電池を用いることも可能である。
（２）上記各実施形態は、コンデンサ８から一時電流の多い負荷５４にダイオード３を介して電流を流していたが、ダイオード３の代わりにリレーを用いることもできる。この場合、ＦＥＴ７をＯＦＦ状態にすることにより、バッテリ１からコンデンサ８に充電を行うことができる。
（３）前記各実施形態は、放電制御回路で補助電源からの電圧を制御したが、電流を制御することもできる。これにより、モータトルクを直接的に制御することができる。
（４）前記第１実施形態は、昇圧対応負荷５２に電動パワーステアリング装置７０を接続したが、一時電流の多い負荷５４に接続することもできる。この場合、一時電流の多い負荷５４に制御手段２２を介してモータ１９に接続される。これにより、通常時はバッテリ１から電力が供給されるが、大きな操舵力が必要とされるときやバッテリ電圧の降下時にはコンデンサ８からの電圧がモータ１９に供給される。これにより、定常負荷５０の電圧低下が回避される。
（５）第２実施形態のモータは、電動パワーステアリング装置に使用されるモータのみならず、ハイブリッド車両に使用されるモータにも使用することができる。
（６）第３，４実施形態は、ＦＥＴ７３，７６のドレイン−ソース間とダイオードＤとを並列に接続したが、ＦＥＴ７３，７６を接続せずダイオードＤのみでも動作させることが可能である。この場合には、ＦＥＴ７３，７６に流れる電流がダイオードＤを通過することになる。
（７）本発明は、ステアリング系におけるステアリングホイールと転蛇輪とが機械的に切り離されたステアバイワイヤ（Steer＿By＿Wire）にも適用可能である。

第１実施形態の車両用電力システムの構成図である。 電動パワーステアリング装置の構成図である。 第１実施形態の車両用電力システムを起動するためのフローチャートである。 第２実施形態の車両用電力システムの構成図である。 第３実施形態の電源装置の構成図及び第４実施形態の電源装置の構成図である。

符号の説明

１ バッテリ（電源、電池）
２，３，４ ダイオード
６，７ ＦＥＴ（能動素子、出力制御部）
８ コンデンサ（補助電源）
１０ 昇圧回路（昇圧電源）
１１ 操向ハンドル
１２ ステアリング軸
１３ ピニオン
１４ ラック軸
１５ ラックピニオン機構
１７ 転蛇輪
１８ 動力伝達機構
１９ モータ
２０ 定電流充電制御回路
２２ 制御回路
２３ トルクセンサ
３０ 放電制御回路（出力制御部）
４０ 電源システム起動制御回路（充電制御手段）
５０ 定常負荷
５２ 昇圧対応負荷
５４ 一時電流の多い負荷
５５ 負荷
６０ 切替手段
７０ 電動パワーステアリング装置
７１，７５ ＦＥＴ（第１のスイッチング素子）
７２，７７ ＦＥＴ（第３のスイッチング素子）
７３，７６ ＦＥＴ（第２のスイッチング素子）
７８ ＦＥＴ（第４のスイッチング素子）
７４，７９ コイル
１００ 車両用電力システム

Ｔ トルク信号
Ｄ ダイオード
Ｃ コンデンサ

Claims (8)

1. 電源と、この電源の出力を昇圧した昇圧電源とを備え、車両の複数の負荷群に電力を供給する車両用電力システムであって、
   前記車両用電力システムは、補助電源を更に備え、前記電源と前記昇圧電源と前記補助電源との何れか一つ又は複数の電源によって前記負荷群の何れかの単数あるいは複数の負荷に電力を供給することを特徴とする車両用電力システム。
2. 前記電源は、内部抵抗を有した電池であり、
   前記補助電源は、コンデンサであることを特徴とする請求項１に記載の車両用電力システム。
3. 前記コンデンサからの出力電力を制御する出力制御部を備えることを特徴とする請求項２に記載の車両用電力システム。
4. 前記車両のイグニッションがＯＮになるより前に前記コンデンサへの充電を開始する充電制御手段を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の車両用電力システム。
5. 前記複数の負荷群は、前記電源のみで動作する第１負荷と、前記電源と前記補助電源との双方を用いて動作する第２負荷と、前記昇圧電源のみで動作する第３負荷とに分けられることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の車両用電力システム。
6. 入力電圧と、前記入力電圧が印加されたコイルに蓄積された磁気エネルギーの逆起電力とをスイッチング動作により重畳して負荷に供給することができる昇圧電源であって、
   前記スイッチング動作を行うスイッチング素子が入力電圧を継続的に短絡する短絡故障状態であるときに、前記入力電圧の前記コイルへの印加を遮断し、前記入力電圧を負荷に接続することを特徴とする昇圧電源。
7. 導通状態に遷移した第１のスイッチング素子及びコイルの直列回路に入力電圧が印加されることによって前記コイルに蓄積された磁気エネルギーの逆起電力と、前記入力電圧とが重畳された電圧が、前記第１のスイッチング素子の開放状態への遷移により、導通状態の第２のスイッチング素子を介して負荷に供給することができる昇圧電源であって、
   前記第１のスイッチング素子に直列に挿入された第３のスイッチング素子を備え、
   前記第１のスイッチング素子が継続的に導通する短絡故障状態であるときに、前記第２のスイッチング素子を継続的に導通させ、前記第３のスイッチング素子を継続的に開放することにより、前記入力電圧を前記コイルを介して前記負荷に印加することを特徴とする昇圧電源。
8. 入力電圧と、コイル及び導通状態の第１のスイッチング素子に前記入力電圧が印加されることによって、前記コイルに蓄積された磁気エネルギーの逆起電力とが開放状態に遷移された前記第１のスイッチング素子及び導通状態に遷移された第２のスイッチング素子を用いて重畳させて負荷に供給することができる昇圧電源であって、
   前記第１のスイッチング素子が継続的に導通する短絡故障状態であるときに、前記入力電圧の前記コイルへの印加を遮断する第３のスイッチング素子と、前記入力電圧を前記負荷に供給する第４のスイッチング素子とを備えることを特徴とする昇圧電源。

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