JP2009089519A - 車載空気調和機用インバータシステム - Google Patents

Abstract

【課題】不使用時における待機電力を抑えることのできる車載空気調和機用インバータシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】通信ドライバ２７ａからの信号に基づき通信用電源８０からの電圧供給がＯＮ／ＯＦＦすることで、電気的スイッチが切り替わって車載バッテリ電源５０からＤＣ−ＤＣコンバータ２６への電圧供給をＯＮ／ＯＦＦし、モータ制御マイコン２４、ゲート回路２２への電圧供給をＯＮ／ＯＦＦする。これにより、不使用時には上位ＥＣＵ６０の制御によりモータ制御マイコン２４をスリープモードに移行させて電圧供給を停止し、消費電力を抑えることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載空気調和機用インバータシステムに関する。

車載用空気調和機を構成する圧縮機を駆動するモータは、インバータシステムによりその動作が制御されている。
図３に示すように、従来、インバータシステム１は、モータ２を駆動するため高電圧電源３から供給される１００Ｖ以上の高電圧を、非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ４により５Ｖ程度に変換した低電圧により動作していた。このインバータシステム１は、車載用空気調和機のコントロール等のために、通信インターフェイス５を介して通信を行う。ここで、インバータシステム１に対する上位ＥＣＵ６等を含む車両の他の電装系統は車載バッテリ電源７から供給される１２Ｖ、２４Ｖといった電圧によって動作している。モータ２を駆動するための高電圧が何らかの原因で他の電装系統に印加されると故障に繋がるため、インバータシステム１と他の電装系統とは、フォトカプラ等の絶縁型の通信コネクタ８によって、絶縁しつつ通信が行えるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第３３５１３３０号公報

近年、車両の制御の高度化に伴い、車両の電装系統各部の故障診断等も行われている。しかし従来のインバータシステム１においては、高電圧電源３側を立ち上げないとインバータシステム１を司るモータ制御マイコン９が起動できない。つまり、車載バッテリ電源７の投入と同時に上位ＥＣＵ６とインバータシステム１の通信を確立させることができない。したがって、車載バッテリ電源７を投入したのみでは、高電圧電源３側から電源供給を受ける回路の故障診断を行うことができない。
そこで、故障診断を行うため、高電圧電源３側からインバータシステム１に電源を供給すると、モータ２を駆動するためのスイッチング素子１０等が短絡故障しているような場合、モータ２側とインバータシステム１側とで接地を共有しているため、高電圧電源３側からインバータシステム１に高電圧が印加され、モータ２やインバータシステム１がともに破損してしまう可能性がある。

そこで、本発明者らは、車載空気調和機を構成する圧縮機を駆動するためのモータの作動を制御する車載空気調和機用インバータシステムとして、モータを回転駆動させるためのスイッチング素子と、スイッチング素子のゲートを駆動するためのゲート回路と、ゲート回路への電流の供給を制御する制御回路と、インバータシステムの外部から制御回路に対する指令を行う上位制御回路との通信を行う通信インターフェイスと、を備え、モータに予め定められた第一の電圧を印加する第一の電源とは絶縁されるとともに、上位制御回路に第一の電圧よりも低い第二の電圧を印加する第二の電源から電圧供給を受けることを特徴とする技術を既に提案した（特願２００７−５５２１１）。
これにより、第一の電源から第一の電圧が印加される回路で短絡等が生じていた場合にも、車載空気調和機用インバータシステム側に第一の電圧が印加されることはなく、車載空気調和機用インバータシステムの故障を防ぐことが可能となった。

本発明者らは、このような車載空気調和機用インバータシステムについてさらなる検討を重ねた。
車載空気調和機用インバータシステムに限る話ではないが、電気を用いるシステムにおいては、消費電力、待機電力を少しでも抑えることが求められている。特に、車載のシステムにおいては、バッテリの消耗を防ぐために、不使用時の待機電力を抑えることが課題となっており、本発明者らが提案した車載空気調和機用インバータシステム等においても待機電力を抑えることが望まれた。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、不使用時における待機電力を抑えることのできる車載空気調和機用インバータシステムを提供することを目的とする。

上記のような目的を達成するためになされた本発明は、車載空気調和機を構成する圧縮機を駆動するためのモータの作動を制御する車載空気調和機用インバータシステムであって、モータを回転駆動させるためのスイッチング素子と、スイッチング素子のゲートを駆動するためのゲート回路と、ゲート回路への電流の供給を制御する制御回路と、ゲート回路および制御回路に対し、スイッチング素子、ゲート回路、および制御回路とは絶縁された電源から供給される電圧を所定の電圧に変換して印加する絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータと、前記の電源から供給される電圧によって作動し、インバータシステムの外部の上位制御回路から制御回路への制御信号を伝達する通信部と、通信部にて、制御回路への電圧の印加を遮断する要求信号を上位制御回路から受けたときに、ＤＣ−ＤＣコンバータから制御回路への電圧の印加を遮断するスリープモード移行制御部と、を備えることを特徴とする。
ここで、スリープモード移行制御部は、ＤＣ−ＤＣコンバータから制御回路への電圧の印加を遮断することができるのであれば、いかなる構成としてもよい。例えば、スリープモード移行制御部は、制御回路への電圧の印加を遮断する要求信号を上位制御回路から受けたときに予め定められた信号を出力する信号出力手段と、信号を受け取ったときに、ＤＣ−ＤＣコンバータから制御回路への電圧の印加を遮断する電圧印加遮断部とを備えるようにしてもよい。信号出力手段として、前記の電源から供給される電圧を所定の電圧に変換して通信部に印加する通信用電源を備えるともに、電圧印加遮断手段として、通信用電源からの電圧の印加の有無に応じて電源からＤＣ−ＤＣコンバータへの電圧供給回路を遮断するスイッチと、をさらに備えるようにしてもよい。この場合、スリープモード移行制御部は、制御回路への電圧の印加を遮断する要求信号を上位制御回路から受けたときに、通信用電源における通信部への電圧の印加を中止すればよい。これにより、電源からＤＣ−ＤＣコンバータへの電圧供給回路を遮断することができる。
このスイッチは、通信部への電圧の印加が中止できるのであれば、その位置等を限定する意図はない。例えば、通信用電源と、ＤＣ−ＤＣコンバータとの間にスイッチを設けることができる。このようなスイッチとしては、例えばトランジスタを用いることができる。
また、スイッチは、通信用電源からの電圧の印加の有無によって切り替わるのではなく、他の制御手段、例えば上位制御回路から直接出力される制御信号等によって、切り替えるようにしてもよい。

このような車載空気調和機用インバータシステムは、モータに予め定められた第一の電圧を印加する第一の電源とは絶縁されるとともに、上位制御回路に第一の電圧よりも低い第二の電圧を印加する第二の電源から電圧供給を受けるようにしてもよい。

本発明によれば、不使用時には上位制御回路の制御により制御回路をスリープモードに移行させて電圧供給を停止し、消費電力を抑えることが可能となる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態におけるインバータシステム（車載空気調和機用インバータシステム）２０の構成を説明するための図である。
図１に示すように、インバータシステム２０は、車載用空気調和機を構成する圧縮機の駆動源となるモータ３０の駆動を制御するものである。

インバータシステム２０は、スイッチング素子２１と、ゲート回路２２と、モータ制御マイコン（制御回路）２４と、を備える。
モータ３０は、高電圧バッテリや発電機等の高電圧電源４０から供給される、例えば３００Ｖといった高電圧（第一の電圧）Ｖ１により駆動される。
スイッチング素子２１は、このモータ３０を駆動するため、高電圧電源４０から供給される直流電流を三相の交流電流に変換し、モータ３０に出力する。
ゲート回路２２は、モータ制御マイコン２４の制御により、スイッチング素子２１のゲートを駆動する。

さて、これらスイッチング素子２１、ゲート回路２２、モータ制御マイコン２４からなるインバータシステム２０のモータ制御回路Ｃａは、例えば５Ｖといった低電圧（第三の電圧）Ｖ３で作動する。モータ制御回路Ｃａに対する電圧供給は、車載バッテリ電源（第二の電源）５０から供給される、例えば１２Ｖ、２４Ｖといったバッテリ電圧（第二の電圧）Ｖ２を、絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータ２６において前記の低電圧Ｖ３に変換する。このＤＣ−ＤＣコンバータ２６は、絶縁型であり、モータ制御回路Ｃａと、車載バッテリ電源５０から供給されるバッテリ電圧Ｖ２によって作動する車両の他の電気系回路Ｃｂとを絶縁している。

モータ制御マイコン２４は、上位ＥＣＵ（上位制御回路）６０からの指令信号に基づき、モータ３０を駆動・制御する。このため、インバータシステム２０は、車載の各電装機器の制御を司るＥＣＵ間の通信を行うためのＣＡＮ（Controller Area Network）バス７０に対し、通信回路（通信部）２７を介してＣＡＮ通信が行えるようになっている。この通信回路２７は、ＣＡＮ通信を司る通信ドライバ２７ａと、通信ドライバ２７ａとモータ制御マイコン２４との間で電気的絶縁を確保しつつデータのやり取りを行うためのフォトカプラ２７ｂとから構成されている。
通信ドライバ２７ａは、車載バッテリ電源５０から供給される、例えば１２Ｖ、２４Ｖといったバッテリ電圧Ｖ２によって駆動される。
また、このインバータシステム２０は、フォトカプラ２７ｂを駆動するための通信用電源（スリープモード移行制御部、信号出力手段）８０を備えている。通信用電源８０は、車載バッテリ電源５０から供給される、例えば１２Ｖ、２４Ｖといったバッテリ電圧Ｖ２を、例えば５Ｖといった低電圧Ｖ４に変換し、フォトカプラ２７ｂに供給する。

ところで、通信ドライバ２７ａは、上位ＥＣＵ６０からの要求に応じ、モータ制御マイコン２４をスリープモードに移行させたり、スリープモードから復帰させる信号を通信用電源８０に出力する。
通信用電源８０は、前記したフォトカプラ２７ｂとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６にも低電圧Ｖ４を印加するようになっている。そして、通信ドライバ２７ａから、モータ制御マイコン２４をスリープモードに移行させるための信号が入力されると、通信用電源８０は、フォトカプラ２７ｂおよびＤＣ−ＤＣコンバータ２６への電圧印加を停止し、モータ制御マイコン２４をスリープモードから復帰させるための信号が入力されると、フォトカプラ２７ｂおよびＤＣ−ＤＣコンバータ２６への電圧印加を開始するようになっている。

図２に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６には、通信用電源８０との間に、トランジスタ等の電気的スイッチ（スリープモード移行制御部、電圧印加遮断手段、スイッチ）８１が備えられている。電気的スイッチ８１は、通信用電源８０からの低電圧Ｖ４の印加が行われているときにはＯＮとなり、通信用電源８０からの低電圧Ｖ４の印加が行われていないとき（０Ｖ）にはＯＦＦとなる。電気的スイッチ８１がＯＮの状態では、車載バッテリ電源５０からＤＣ−ＤＣコンバータ２６への電圧供給が通常通り行われ、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６からの出力により、モータ制御マイコン２４、ゲート回路２２に電圧が供給されて、これらが動作する。
電気的スイッチ８１がＯＦＦの状態では、車載バッテリ電源５０からＤＣ−ＤＣコンバータ２６への電圧供給回路が遮断される。これにより、通信用電源８０からの低電圧Ｖ４の印加が行われていないとき、つまりモータ制御マイコン２４をスリープモードに移行させるための信号が入力されてから、スリープモードから復帰させるための信号が入力されるまでの間、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６からの出力が停止する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２６からの出力が停止すると、モータ制御マイコン２４、ゲート回路２２への電圧供給が停止してＯＦＦとなり、スリープモードに移行する。

このようにして、通信ドライバ２７ａからの信号に基づき通信用電源８０からの電圧供給がＯＮ／ＯＦＦすることで、電気的スイッチ８１が切り替わって車載バッテリ電源５０からＤＣ−ＤＣコンバータ２６への電圧供給をＯＮ／ＯＦＦし、モータ制御マイコン２４、ゲート回路２２への電圧供給をＯＮ／ＯＦＦすることができる。
これにより、不使用時には上位ＥＣＵ６０の制御によりモータ制御マイコン２４をスリープモードに移行させて電圧供給を停止し、消費電力を抑えることが可能となる。
また、モータ制御マイコン２４をスリープモードに移行させた状態でも、通信ドライバ２７ａには駆動電圧が印加されており、上位ＥＣＵ６０との通信に支障は生じない。
加えて、上記したような構成を実現するにあたっては、通信用電源８０と電気的スイッチ８１との間の配線、および電気的スイッチ８１を追加するのみでよく、低コストで上記効果を得ることができる。

なお、上記実施の形態では、インバータシステム２０の回路構成等について説明したが、本願発明の主旨を実現するための機能を発揮することができるのであれば、その具体的構成を変更しても何らの支障はない。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

本実施の形態における車載用空気調和機のインバータシステムの構成を示す図である。 ＤＣ−ＤＣコンバータに備えたスイッチを示す図である。 従来の車載用空気調和機のインバータシステムの構成を示す図である。

符号の説明

２０…インバータシステム（車載空気調和機用インバータシステム）、２１…スイッチング素子、２２…ゲート回路、２４…モータ制御マイコン（制御回路）、２６…ＤＣ−ＤＣコンバータ、２７…通信回路（通信部）、２７ａ…通信ドライバ、２７ｂ…フォトカプラ、３０…モータ、４０…高電圧電源、５０…車載バッテリ電源、８０…通信用電源（スリープモード移行制御部、信号出力手段）、８１…電気的スイッチ（スリープモード移行制御部、電圧印加遮断手段、スイッチ）

Claims (6)

1. 車載空気調和機を構成する圧縮機を駆動するためのモータの作動を制御する車載空気調和機用インバータシステムであって、
   前記モータを回転駆動させるためのスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子のゲートを駆動するためのゲート回路と、
   前記ゲート回路への電流の供給を制御する制御回路と、
   前記ゲート回路および前記制御回路に対し、前記スイッチング素子、前記ゲート回路、および前記制御回路から絶縁された電源から供給される電圧を所定の電圧に変換して印加する絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記電源から供給される電圧によって作動し、前記インバータシステムの外部の上位制御回路から前記制御回路への制御信号を伝達する通信部と、
   前記通信部にて、前記制御回路への電圧の印加を遮断する要求信号を前記上位制御回路から受けたときに、前記ＤＣ−ＤＣコンバータから前記制御回路への電圧の印加を遮断するスリープモード移行制御部と、を備えることを特徴とする車載空気調和機用インバータシステム。
2. 前記スリープモード移行制御部は、
   前記制御回路への電圧の印加を遮断する要求信号を前記上位制御回路から受けたときに予め定められた信号を出力する信号出力手段と、
   前記信号を受け取ったときに、前記ＤＣ−ＤＣコンバータから前記制御回路への電圧の印加を遮断する電圧印加遮断手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の車載空気調和機用インバータシステム。
3. 前記信号出力手段として、前記電源から供給される電圧を所定の電圧に変換して前記通信部に印加する通信用電源を備えるとともに、
   前記電圧印加遮断手段として、前記通信用電源からの電圧の印加の有無に応じて前記電源から前記ＤＣ−ＤＣコンバータへの電圧供給回路を遮断するスイッチを備え、
   前記スリープモード移行制御部は、前記制御回路への電圧の印加を遮断する要求信号を前記上位制御回路から受けたときに、前記通信用電源による前記通信部への電圧の印加を中止することを特徴とする請求項２に記載の車載空気調和機用インバータシステム。
4. 前記通信用電源と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータとの間に前記スイッチが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の車載空気調和機用インバータシステム。
5. 前記スイッチがトランジスタであることを特徴とする請求項３または４に記載の車載空気調和機用インバータシステム。
6. 前記モータに予め定められた第一の電圧を印加する第一の電源とは絶縁されるとともに、
   前記上位制御回路に前記第一の電圧よりも低い第二の電圧を印加する第二の電源から電圧供給を受けることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の車載空気調和機用インバータシステム。

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