JP2009261051A - Discharging circuit for loading on vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両搭載用昇圧コンバータ回路の出力キャパシタに蓄えられた電荷を放電する車両搭載用放電回路に関する。 The present invention relates to a vehicle-mounted discharge circuit that discharges charges stored in an output capacitor of a vehicle-mounted boost converter circuit.
電気自動車、ハイブリッド自動車等のモータ駆動車両が広く用いられている。モータ駆動車両のモータは、電池から供給される電力によって回転し車輪を駆動する。モータ駆動車両の加減速制御は、モータに供給される電力をアクセル、ブレーキ等の操作に応じて調整することによって行われる。そのため、モータ駆動車両には、電池からモータに供給される電力を調整する昇圧コンバータ回路が搭載される。 Motor-driven vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles are widely used. A motor of a motor-driven vehicle is rotated by electric power supplied from a battery and drives wheels. The acceleration / deceleration control of the motor-driven vehicle is performed by adjusting the electric power supplied to the motor according to the operation of the accelerator, the brake, and the like. For this reason, a motor-driven vehicle is equipped with a boost converter circuit that adjusts the electric power supplied from the battery to the motor.
昇圧コンバータ回路は、電池電圧を昇圧するためのインダクタを備える。昇圧コンバータ回路は、電池からインダクタに流れる電流をスイッチング制御することによりインダクタに誘導起電力を発生させ、電池電圧に誘導起電力を加えた電圧で出力キャパシタを充電する。そして、出力キャパシタの端子間電圧を昇圧電圧として出力する。昇圧電圧は、インダクタに流れる電流のスイッチングタイミングを変化させることによって調整することができる。 The boost converter circuit includes an inductor for boosting the battery voltage. The boost converter circuit controls the current flowing from the battery to the inductor to generate an induced electromotive force in the inductor, and charges the output capacitor with a voltage obtained by adding the induced electromotive force to the battery voltage. Then, the voltage between the terminals of the output capacitor is output as a boosted voltage. The boosted voltage can be adjusted by changing the switching timing of the current flowing through the inductor.
昇圧コンバータ回路の出力端子には、モータを駆動する回路を介してモータが接続される。このような構成によれば、昇圧コンバータ回路の昇圧電圧を調整することで、電池からモータに供給される電力を調整することができる。 The motor is connected to the output terminal of the boost converter circuit via a circuit that drives the motor. According to such a configuration, the electric power supplied from the battery to the motor can be adjusted by adjusting the boost voltage of the boost converter circuit.
昇圧コンバータ回路には、その動作を停止した後に出力キャパシタの蓄積電荷を放電するための放電抵抗器が設けられる。これによって、車両が停止し昇圧コンバータ回路の動作が停止した後には、出力キャパシタの端子間電圧を低下させることができる。このような構成により、衝突事故の際の救助作業、車両の点検作業等の際に、作業者や作業者が扱う工具等が出力キャパシタに接触し、出力キャパシタの出力電圧によって二次的故障が生じることを回避することができる。 The boost converter circuit is provided with a discharge resistor for discharging the accumulated charge of the output capacitor after stopping its operation. Thus, after the vehicle is stopped and the operation of the boost converter circuit is stopped, the voltage across the terminals of the output capacitor can be reduced. With such a configuration, a worker or a tool handled by an operator contacts the output capacitor during a rescue operation or a vehicle inspection operation in the event of a collision accident, and a secondary failure is caused by the output voltage of the output capacitor. It can be avoided.
このような昇圧コンバータ回路では、放電抵抗器の抵抗値が小さい程、昇圧コンバータ回路の動作を停止した後の出力キャパシタの端子間電圧を迅速に低下させることができる。しかし、放電抵抗器の抵抗値を小さくすると、昇圧コンバータ回路を動作させているときの熱損失が大きくなるという問題が生ずる。 In such a boost converter circuit, as the resistance value of the discharge resistor is smaller, the voltage across the terminals of the output capacitor after the operation of the boost converter circuit is stopped can be quickly reduced. However, if the resistance value of the discharge resistor is reduced, there arises a problem that heat loss increases when the boost converter circuit is operated.
本発明はこのような課題に対してなされたものである。すなわち、昇圧コンバータ回路の動作時の熱損失を低減すると共に、昇圧コンバータ回路の動作終了後の出力キャパシタの放電を迅速に行うことができる放電回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made for such a problem. That is, an object of the present invention is to provide a discharge circuit that can reduce heat loss during operation of the boost converter circuit and can quickly discharge the output capacitor after the operation of the boost converter circuit is completed.
本発明は、車両搭載用昇圧コンバータ回路の出力キャパシタに蓄えられた電荷を放電する車両搭載用放電回路であって、共振用キャパシタと、共振用インダクタと、導体板と、を含み、当該導体板の対地静電容量の変化により共振周波数が変化する共振回路と、前記出力キャパシタの蓄積電荷が放電される放電抵抗と、前記共振回路の共振周波数の変化に応じて制御され、オンのときに前記出力キャパシタの放電電流を前記放電抵抗に導くスイッチング素子と、を備えることを特徴とする。 The present invention relates to a vehicle-mounted discharge circuit that discharges electric charge stored in an output capacitor of a vehicle-mounted boost converter circuit, and includes a resonance capacitor, a resonance inductor, and a conductor plate. A resonance circuit whose resonance frequency changes due to a change in capacitance to the ground, a discharge resistor for discharging the accumulated charge of the output capacitor, and a control according to a change in the resonance frequency of the resonance circuit. And a switching element that guides a discharge current of the output capacitor to the discharge resistor.
また、本発明に係る車両搭載用放電回路においては、前記導体板は、前記車両搭載用昇圧コンバータ回路を収納する筐体に取り付けられることが好適である。 In the on-vehicle discharge circuit according to the present invention, it is preferable that the conductor plate is attached to a housing that houses the on-vehicle boost converter circuit.
本発明によれば、昇圧コンバータ回路の動作時の熱損失を低減すると共に、昇圧コンバータ回路の動作終了後の出力キャパシタの放電を迅速に行うことができる。 According to the present invention, it is possible to reduce heat loss during the operation of the boost converter circuit and to quickly discharge the output capacitor after the operation of the boost converter circuit is completed.
図1に本発明の第1の実施形態に係る昇圧コンバータ回路出力部および放電回路の構成を示す。放電回路10は、昇圧コンバータ回路12の正極出力導線14と、負極出力導線16との間に設けられる。放電回路10は、昇圧コンバータ回路12の筐体に取り付けられた導体板34の接地導体に対する静電容量の変化に応じて、低放電抵抗器24に出力キャパシタ18の蓄積電荷を放電するものである。ここで、接地導体は車両のボデー等、大地電位を有すると考えることができる導体である。
FIG. 1 shows a configuration of a boost converter circuit output unit and a discharge circuit according to the first embodiment of the present invention. Discharge circuit 10 is provided between
昇圧コンバータ回路12は、正極出力導線14と負極出力導線16との間に接続された出力キャパシタ18、および出力キャパシタ18に並列接続された高放電抵抗器20を備える。昇圧コンバータ回路12が動作しているときは、出力キャパシタ18に出力電圧が印加される。高放電抵抗器20には、出力キャパシタ18の端子間電圧に基づく電流が流れる。高放電抵抗器20の抵抗値は、ジュール熱として消費される電力が車両走行用の電力に対して十分小さくなるよう決定する。車両が停止し昇圧コンバータ回路12の動作が停止した後は、出力キャパシタ18の蓄積電荷は、高放電抵抗に放電される。
放電回路10について説明する。放電回路10は、トランジスタ22のスイッチング制御により放電制御を行う回路である。ここではトランジスタ22としてPNP型トランジスタを用いるものとする。トランジスタ22のエミッタ端子Eは、正極出力導線14に接続される。トランジスタ22のコレクタ端子Cは低放電抵抗器24の一端に接続される。低放電抵抗器24の他端は負極出力導線16に接続される。これによって、トランジスタ22のエミッタ端子Eとコレクタ端子Cとの間には、低放電抵抗器24を介して昇圧コンバータ回路12の出力電圧が印加される。この印加電圧はエミッタ端子E側を正極とするため、ベース端子Bに流れる電流を変化させることでコレクタ端子Cおよび低放電抵抗器24に流れる電流を調整することができる。
The discharge circuit 10 will be described. The discharge circuit 10 is a circuit that performs discharge control by switching control of the
交流電圧源26の一方の出力端子は正極出力導線14に接続される。交流電圧源26の他方の出力端子は、感度調整抵抗器28の一端に接続される。感度調整抵抗器28の他端は、共振用インダクタ30の一端および共振用キャパシタ32の一端に接続される。共振用インダクタ30の他端および共振用キャパシタ32の他端は、トランジスタ22のベース端子Bに接続される。共振用キャパシタ32とベース端子Bとの接続線には導体板34が接続される。導体板34は、昇圧コンバータ回路12の筐体に取り付けられる。
One output terminal of the
導体板34、共振用インダクタ30および共振用キャパシタ32は、並列共振回路を構成する。共振用インダクタ30のインダクタンス値および共振用キャパシタ32の静電容量は、導体板34に人体、人体が身につける導電性の物(以下、人体等とする。)が接触していない状態における並列共振周波数が、交流電圧源26の出力電圧周波数と一致するよう決定する。
The
交流電圧源26の一方の出力端子から正極出力導線14を介してエミッタ端子Eに至り、さらに、ベース端子B、並列共振回路および感度調整抵抗器28を介して交流電圧源26の他方の出力端子に至るループは、交流電圧源26に対する交流電流ループを形成する。
One output terminal of the
導体板34に人体等が接触していない状態では、並列共振回路の共振周波数は、交流電圧源26の出力電圧周波数に一致する。したがって、並列共振回路のインピーダンス絶対値は大きくなり、交流電流ループに流れる電流は微少となる。これによって、ベース端子Bに流れる電流は微少となり、コレクタ端子Cおよび低放電抵抗器24に流れる電流が遮断される。
In a state where a human body or the like is not in contact with the
一方、導体板34に人体等が接触したときは、導体板34の接地導体に対する容量が変化する。共振用インダクタ30および共振用キャパシタ32は、接地導体に対してある静電容量を有している。したがって、導体板34の接地導体に対する容量が変化することにより、並列共振回路の共振周波数は交流電圧源26の出力電圧周波数からずれる。これによって、並列共振回路のインピーダンス絶対値は共振時より小さくなり、交流電流ループに電流が流れる。
On the other hand, when a human body contacts the
トランジスタ22のベース端子Bとエミッタ端子Eとの間には、直流バイアス電圧が印加されていないため、交流電流ループに流れる電流は、エミッタ端子Eからベース端子Bへと向かう方向に流れる半波整流電流となる。したがって、トランジスタ22のエミッタ端子Eとコレクタ端子Cとの間は、エミッタ端子Eからベース端子Bへと向かう電流の半周期の間、オンとなる。エミッタ端子Eからベース端子Bへと向かう方向に流れる半波整流電流に応じて、コレクタ端子Cおよび低放電抵抗器24には、出力キャパシタ18の放電電流が流れる。これによって、出力キャパシタ18に蓄積された電荷を放電することができる。
Since no DC bias voltage is applied between the base terminal B and the emitter terminal E of the
車両が事故等によって停止したときには、救助作業を行う者がエンジンコンパートメントを開放することがある。また、車両が停止し昇圧コンバータ回路12の動作が停止した後には、車両の点検を行う者がエンジンコンパートメントを開放することがある。本実施形態に係る放電回路10によれば、救助作業者、点検作業者等が、作業の際に昇圧コンバータ回路12の筐体に取り付けた導体板34に接触したときは、導体板34の対地容量が変化することにより、低放電抵抗器24に出力キャパシタ18の放電電流を流すことができる。これによって、出力キャパシタ18の端子間電圧を迅速に低下させることができる。したがって、衝突事故の際の救助作業、車両の点検作業等の際に、作業者や作業者が扱う工具等が出力キャパシタ18に接触し、出力キャパシタ18に残留した電荷による電圧によって二次的故障が生じることを回避することができる。
When the vehicle stops due to an accident or the like, a person who performs a rescue operation may open the engine compartment. Further, after the vehicle stops and the operation of the
さらに、本発明の実施形態に係る放電回路10では、昇圧コンバータ回路12の筐体に人体等が触れることがなく、導体板34に人体等が接触することがない通常走行時には、トランジスタ22のコレクタ端子Cに流れる電流が遮断される。これによって、昇圧コンバータ回路12を動作させているときの低放電抵抗器24による熱損失をなくすことができる。
Furthermore, in the discharge circuit 10 according to the embodiment of the present invention, the body of the
なお、導体板34の対地容量の変化量と放電電流の大きさとの関係は、交流電圧源26の出力電圧レベル、感度調整抵抗器28の抵抗値等を変化させることで調整することができる。導体板34の対地容量の変化量と放電電流の大きさとの関係は、放電動作の起こり易さを示す感度を示すものであるといえる。そのため、交流電圧源26の出力電圧レベル、感度調整抵抗器28の抵抗値等は、実験等に基づき感度特性を鑑みて決定することが好ましい。また、低放電抵抗器24の抵抗値は、放電を開始してから終了するまでの目標とする時間、低放電抵抗器24で発生する熱の許容量等に基づいて決定すればよい。
Note that the relationship between the amount of change in ground capacitance of the
次に、本発明の第2の実施形態に係る放電回路について図2を参照して説明する。本実施形態に係る放電回路36は、第1の実施形態に係る放電回路10の並列共振回路を直列共振回路に置き換えたものである。図1の放電回路10と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。
Next, a discharge circuit according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
交流電圧源26の一方の出力端子は正極出力導線14に接続される。交流電圧源26の他方の出力端子は、感度調整抵抗器28の一端に接続される。感度調整抵抗器28の他端は、ベース端子Bに接続される。また、共振用インダクタ38の一端は、正極出力導線14に接続される。共振用インダクタ38の他端は、共振用キャパシタ40の一端に接続される。共振用キャパシタ40の他端はベース端子Bに接続される。共振用キャパシタ40とベース端子Bとの接続線には、導体板34が接続される。
One output terminal of the
導体板34、共振用インダクタ38および共振用キャパシタ40は、直列共振回路を構成する。共振用インダクタ38のインダクタンス値および共振用キャパシタ40の静電容量は、導体板34に人体等が接触していない状態における直列共振周波数が、交流電圧源26の出力電圧周波数と一致するよう決定する。
The
交流電圧源26の一方の出力端子から正極出力導線14を介してエミッタ端子Eに至り、さらに、ベース端子B、および感度調整抵抗器28を介して交流電圧源26の他方の出力端子に至るループは、交流電圧源26に対するトランジスタ交流電流ループ42を形成する。また、交流電圧源26の一方の出力端子から正極出力導線14を介して共振用インダクタ38の一端に至り、さらに、共振用インダクタ38、共振用キャパシタ40、および感度調整抵抗器28を介して交流電圧源26の他方の出力端子に至るループは、交流電圧源26に対する共振回路交流電流ループ44を形成する。
A loop from one output terminal of the
導体板34に人体等が接触していない状態では、直列共振回路の共振周波数は、交流電圧源26の出力電圧周波数に一致する。したがって、直列共振回路のインピーダンス絶対値は小さくなり、交流電圧源26から流出する電流のほとんどは共振回路交流電流ループ44を流れる。これによって、トランジスタ交流電流ループ42に流れる電流は微少となる。そのため、ベース端子Bに流れる電流は微少となり、コレクタ端子Cおよび低放電抵抗器24に流れる電流が遮断される。
When the human body or the like is not in contact with the
一方、導体板34に人体等が接触したときは、導体板34の接地導体に対する容量が変化する。共振用インダクタ38および共振用キャパシタ40は、接地導体に対してある静電容量を有している。したがって、導体板34の接地導体に対する容量が変化することにより、直列共振回路の共振周波数は交流電圧源26の交流出力電圧周波数からずれる。これによって、直列共振回路のインピーダンス絶対値は共振時より大きくなり、共振回路交流電流ループ44のみならずトランジスタ交流電流ループ42にも電流が流れる。
On the other hand, when a human body contacts the
トランジスタ22のベース端子Bとエミッタ端子Eとの間には、直流バイアス電圧が印加されていないため、トランジスタ交流電流ループ42に流れる電流は、エミッタ端子Eからベース端子Bへと向かう方向に流れる半波整流電流となる。この半波整流電流に応じて、コレクタ端子Cおよび低放電抵抗器24には、出力キャパシタ18の放電電流が流れる。これによって、出力キャパシタ18に蓄積された電荷を放電することができる。したがって、第2の実施形態に係る放電回路36についても、第1の実施形態に係る放電回路10と同様の効果を得ることができる。
Since no DC bias voltage is applied between the base terminal B and the emitter terminal E of the
次に、本発明の第3の実施形態に係る放電回路について図3を参照して説明する。本実施形態に係る放電回路46は、第1の実施形態に係る放電回路10において、並列共振回路とベース端子Bとの間に整流平滑回路48を挿入したものである。図3の整流平滑回路48は正極出力導線14に接続されているが、整流平滑回路48の構成によっては正極出力導線14に接続しなくてもよい場合もある。図1の放電回路10と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。
Next, a discharge circuit according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
上述のように、導体板34に人体等が接触することにより、並列共振回路の共振周波数は交流電圧源26の出力電圧周波数からずれる。これによって、並列共振回路のインピーダンス絶対値は共振時より小さくなる。第1の実施形態に係る放電回路10では、このときにベース端子Bに流れる電流は半波整流電流である。そのため、低放電抵抗器24に流れる電流もまた、半波整流電流となる。本実施形態に係る放電回路46では、並列共振回路とベース端子Bとの間に整流平滑回路48を設けている。整流平滑回路48は、並列共振回路側の電圧を検波し平滑した直流電圧をベース端子Bに出力する回路である。整流平滑回路48は、ダイオード等の整流素子、平滑キャパシタ等によって構成することができる。また、要求される性能に応じて直流電圧源、トランジスタ等を用いてもよい。
As described above, when a human body or the like comes into contact with the
このような構成によれば、導体板34に人体等が接触したときにベース端子Bに流れる電流の交流成分を低減することができる。これによって、低放電抵抗器24に流れる放電電流の交流成分を低減し、放電電流の平均値を大きくすることができるため、出力キャパシタ18の放電をより迅速に行うことができる。
According to such a configuration, the AC component of the current flowing through the base terminal B when a human body or the like contacts the
ここでは、第1の実施形態に係る放電回路10に整流平滑回路48を用いた実施形態について説明した。これと同様に、第2の実施形態に係る放電回路36に整流平滑回路48を用いることもできる。この場合、図2の共振用キャパシタ40および感度調整抵抗器28の接続点と、ベース端子Bとの間に整流平滑回路48を挿入する構成とすればよい。
Here, the embodiment in which the rectifying and smoothing
なお、上記では、トランジスタ22としてPNP型トランジスタを用いた場合について説明した。トランジスタ22としてはNPN型を用いてもよい。この場合、コレクタ端子C側が正極となり、コレクタ端子Cとエミッタ端子Eとの間に電圧が印加されるよう回路を構成する。また、上記において交流電圧源26の一端を正極出力導線14に接続していたところを負極出力導線16に接続すればよい。
In the above description, the case where a PNP transistor is used as the
10,36,46 放電回路、12 昇圧コンバータ回路、14 正極出力導線、16 負極出力導線、18 出力キャパシタ、20 高放電抵抗器、22 トランジスタ、24 低放電抵抗器、26 交流電圧源、28 感度調整抵抗器、30,38 共振用インダクタ、32,40 共振用キャパシタ、34 導体板、42 トランジスタ交流電流ループ、44 共振回路交流電流ループ、48 整流平滑回路。 10, 36, 46 Discharge circuit, 12 Boost converter circuit, 14 Positive output conductor, 16 Negative output conductor, 18 Output capacitor, 20 High discharge resistor, 22 Transistor, 24 Low discharge resistor, 26 AC voltage source, 28 Sensitivity adjustment Resistor, 30, 38 Resonant inductor, 32, 40 Resonant capacitor, 34 Conductor plate, 42 Transistor alternating current loop, 44 Resonant circuit alternating current loop, 48 Rectifier smoothing circuit.
Claims (2)
共振用キャパシタと、共振用インダクタと、導体板と、を含み、当該導体板の対地静電容量の変化により共振周波数が変化する共振回路と、
前記出力キャパシタの蓄積電荷が放電される放電抵抗と、
前記共振回路の共振周波数の変化に応じて制御され、オンのときに前記出力キャパシタの放電電流を前記放電抵抗に導くスイッチング素子と、
を備えることを特徴とする車両搭載用放電回路。 A vehicle-mounted discharge circuit that discharges electric charge stored in an output capacitor of a vehicle-mounted boost converter circuit,
A resonance circuit including a resonance capacitor, a resonance inductor, and a conductor plate, wherein a resonance frequency is changed by a change in a ground capacitance of the conductor plate;
A discharge resistor for discharging the accumulated charge of the output capacitor;
A switching element that is controlled according to a change in a resonance frequency of the resonance circuit and guides a discharge current of the output capacitor to the discharge resistor when turned on;
A vehicle-mounted discharge circuit comprising:
前記導体板は、
前記車両搭載用昇圧コンバータ回路を収納する筐体に取り付けられることを特徴とする車両搭載用放電回路。 A discharge circuit for mounting on a vehicle according to claim 1,
The conductor plate is
A discharge circuit for mounting on a vehicle, wherein the discharge circuit for mounting on a vehicle is attached to a casing that houses the boost converter circuit for mounting on a vehicle.
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CN102390270A (en) * | 2011-10-10 | 2012-03-28 | 重庆长安汽车股份有限公司 | Series connection stroke increment type electric automobile high-voltage electricity quick-discharge control method |
JP2013233861A (en) * | 2012-05-09 | 2013-11-21 | Denso Corp | Control device |
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