JP2010136479A - Vehicle power supply - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バッテリの出力電圧を検出し、検出した出力電圧に応じたデューティ比でPWM(Pulse Width Modulation)制御した電圧を、給電すべき電気負荷へ与える車両用電源装置に関するものである。 The present invention relates to a vehicle power supply device that detects an output voltage of a battery and applies a voltage that is PWM (Pulse Width Modulation) controlled with a duty ratio corresponding to the detected output voltage to an electric load to be fed.
近年、車両に搭載される電気負荷の種類及びそれらの消費電力は飛躍的に増加する傾向にある。その為、バッテリ及びオルタネータ(車載発電機、交流発電機)という限られた電源を有する車両用電源装置では、電力を確保することは重要な課題となっている。
車両用電源装置では、バッテリの出力電圧は、例えば公称値12Vであり、電気負荷も12Vで作動するようになっているものが多い。しかし、発電機の発電電圧がバッテリを充電する為に、14〜12.5Vと高い電圧となっていることから、12Vを超える電圧で電気負荷を作動させていることが多く、その分、無駄な電力を消費することになる。
In recent years, the types of electric loads mounted on vehicles and their power consumption tend to increase dramatically. Therefore, in a vehicle power supply device having a limited power source such as a battery and an alternator (on-vehicle generator, AC generator), securing power is an important issue.
In a vehicle power supply device, the output voltage of a battery is, for example, a nominal value of 12V, and an electric load is often operated at 12V. However, since the power generation voltage of the generator is a high voltage of 14 to 12.5 V in order to charge the battery, the electric load is often operated with a voltage exceeding 12 V, which is wasteful. Power consumption.
そこで、近時、バッテリの出力電圧が12Vを超えているときは、12VでPWM制御を行わない場合の供給電力に相当する電力を各電気負荷へ与えることが提案されている。その際、一定周期及び同一デューティ比でPWM制御が行われる。
また、優先度の高い電気負荷(電動ブレーキ、電動パワーステアリング装置等)への給電を維持する為に、優先度の低い電気負荷(ヒータ等)への電力をPWM制御により制限するようなことも提案されている。
Therefore, recently, when the output voltage of the battery exceeds 12V, it has been proposed to provide each electric load with power corresponding to the supplied power when PWM control is not performed at 12V. At that time, PWM control is performed at a constant cycle and the same duty ratio.
In addition, in order to maintain power supply to high-priority electric loads (electric brakes, electric power steering devices, etc.), power to low-priority electric loads (heaters, etc.) may be limited by PWM control. Proposed.
しかし、電力をPWM制御する場合、パルスの波形が方形であれば、電流の急激な変化によりノイズが発生するという問題がある。その為、従来から半導体リレーなどのスイッチング素子の抵抗値を制御することでパルス波形には、図5に示すように、その電流の立上がり/立下がりに傾斜を持たせていた(立上がり時間/立下がり時間を設けていた)。
ここで、立上がり時間は、パルス電圧が規定電圧の10%から90%に立上がるのに要する時間、立下がり時間は、パルス電圧が規定電圧の90%から10%に立下がるのに要する時間である。
However, when power is PWM controlled, if the pulse waveform is square, there is a problem that noise is generated due to a sudden change in current. Therefore, conventionally, by controlling the resistance value of a switching element such as a semiconductor relay, the pulse waveform has a slope in the rise / fall of the current as shown in FIG. 5 (rise time / rise). There was a fall time).
Here, the rise time is the time required for the pulse voltage to rise from 10% to 90% of the specified voltage, and the fall time is the time required for the pulse voltage to fall from 90% to 10% of the specified voltage. is there.
特許文献1には、所望のデューティ比でパルス変調されたパルス信号を出力するPWM制御手段と、パルス信号の変動部分を負荷でのノイズ発生が抑制されるような所定の傾斜で時間変化するように修正した台形波信号を生成する台形波生成回路とを備える自動車用電力制御装置が開示されている。台形波信号によって駆動され負荷に流れる負荷電流を制御する出力制御回路と、負荷の状態に応じて台形波生成回路を制御し傾斜を適正に制御する台形波制御回路とを備え、負荷の状態に応じて台形波信号を制御することにより、ノイズの低減を達成する。
上述したように、電力をPWM制御して、そのパルス波形の立上がり/立下がりに傾斜を持たせる場合、従来は、図6に示すように、立上がり時間/立下がり時間は変化させていなかった。その為、負荷電流が大きいときは、立上がり/立下がりの傾斜が大きくなって、ノイズが大きくなり、負荷電流が小さいときは、立上がり/立下がりの傾斜が小さくなって、ノイズは小さくなるが、無用な発熱が生じ、電力効率が低下するという問題がある。 As described above, when the power is subjected to PWM control so that the rise / fall of the pulse waveform has a slope, the rise time / fall time has not been changed as shown in FIG. Therefore, when the load current is large, the rise / fall slope increases and noise increases. When the load current is small, the rise / fall slope decreases and noise decreases. There is a problem that unnecessary heat generation occurs and power efficiency is lowered.
特許文献1に記載された自動車用電力制御装置では、ノイズを低減する為に、負荷が小さくなる場合に、台形波信号の傾斜を緩やかにし、負荷が大きくなる場合に、台形波信号の傾斜を急にしている(段落番号0017)。
しかし、電流が大きな場合に生じるノイズが問題になることが多い。最大電流をPWM制御した場合において、生じるノイズを一定の基準以下に抑えるよう立上がり時間/立下がり時間を固定して設計した場合、そこから電流が減少した場合には、ノイズの基準値に対して余裕を持つことになる。つまり、電流が減少した場合には立上がり時間/立下がり時間を短くしてもノイズの基準値を満足することが可能となる。ところで、立ち上がり、立下がり時間が長いとエネルギーの損失が増加する為、最大電流を考慮した設計では、電流が小さい場合には必要以上にノイズを抑制しつつ、不必要な損失を生じてしまう。
In the automotive power control device described in
However, noise that occurs when the current is large is often a problem. When the maximum current is PWM controlled and the rise time / fall time is designed to be fixed so that the generated noise is kept below a certain standard. You will have room. That is, when the current decreases, the noise reference value can be satisfied even if the rise time / fall time is shortened. By the way, since the loss of energy increases when the rise and fall times are long, in the design in which the maximum current is taken into consideration, when the current is small, an unnecessary loss occurs while suppressing noise more than necessary.
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、電力のPWM制御によるパルス波形の立上がり/立下がりに起因するノイズを、ラジオへの雑音などの周囲の電子機器への悪影響を回避しつつ、負荷電流が小さいときでも、発熱量が小さく、電力効率が良い車両用電源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and noise caused by rising / falling of a pulse waveform due to PWM control of electric power is adversely affected to surrounding electronic devices such as noise to a radio. An object of the present invention is to provide a vehicular power supply device that is low in heat generation and has high power efficiency even when the load current is small.
第1発明に係る車両用電源装置は、バッテリの出力電圧を検出する手段を備え、該手段が検出した出力電圧に応じたデューティ比でPWM制御した電圧を、給電すべき電気負荷へ与える車両用電源装置において、前記電気負荷に流れる電流値を検出する電流検出手段と、該電流検出手段が検出した電流値に応じて、前記PWM制御の各パルスの立上がり時間/立下がり時間を調整する調整手段とを備えることを特徴とする。 A vehicle power supply device according to a first aspect of the present invention includes a means for detecting an output voltage of a battery, and for a vehicle that applies a voltage PWM-controlled with a duty ratio corresponding to the output voltage detected by the means to an electric load to be fed In the power supply apparatus, current detecting means for detecting a current value flowing through the electric load, and adjusting means for adjusting the rise time / fall time of each pulse of the PWM control according to the current value detected by the current detection means It is characterized by providing.
この車両用電源装置では、バッテリの出力電圧を検出し、検出した出力電圧に応じたデューティ比でPWM制御した電圧を、給電すべき電気負荷へ与える。電流検出手段が、電気負荷に流れる電流値を検出し、調整手段が、その検出した電流値に応じて、PWM制御の各パルスの立上がり時間/立下がり時間を調整する。 In this vehicle power supply device, an output voltage of a battery is detected, and a voltage subjected to PWM control with a duty ratio corresponding to the detected output voltage is applied to an electric load to be fed. The current detection means detects the current value flowing through the electric load, and the adjustment means adjusts the rise time / fall time of each pulse of the PWM control according to the detected current value.
第2発明に係る車両用電源装置は、前記電流検出手段は、前記パルスの幅の中間で前記電気負荷に流れる電流値を検出するように構成してあることを特徴とする。 The vehicular power supply apparatus according to the second invention is characterized in that the current detecting means is configured to detect a current value flowing through the electric load in the middle of the pulse width.
本発明に係る車両用電源装置によれば、電力のPWM制御によるパルス波形の立上がり/立下がりに起因するノイズを、ラジオへの雑音などの周囲の電子機器への悪影響を回避しつつ、負荷電流が小さいときでも、発熱量が小さく、電力効率が良い車両用電源装置を実現することができる。 According to the vehicle power supply device of the present invention, noise caused by the rise / fall of the pulse waveform by PWM control of electric power can be avoided while avoiding adverse effects on surrounding electronic devices such as noise to the radio. Even when is small, it is possible to realize a vehicle power supply device that generates a small amount of heat and has high power efficiency.
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
図1は、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
この車両用電源装置は、バッテリBを備えており、バッテリBは、オルタネータ(車載発電機、交流発電機)10が発電した電力により充電される。オルタネータ10は、図示しないエンジンに連動して発電し、発電した電力は、オルタネータ10内で整流されて出力される。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a vehicle power supply device according to the present invention.
The vehicle power supply device includes a battery B, and the battery B is charged with electric power generated by an alternator (on-vehicle generator, AC generator) 10. The
バッテリBに充電された電力、及びオルタネータ10が出力した電力は、半導体スイッチT1,T2,・・を通じて、車両に搭載された負荷(電気負荷)1,2,・・にそれぞれ与えられる。
半導体スイッチT1,T2,・・は、それぞれ調整部C1,C2,・・及びPWM制御部P1,P2,・・を通じて、車両用電源装置の制御部11からオン/オフ制御される。半導体スイッチT1,T2,・・は、例えばIPS(Intelligent Power Switch)であり、内蔵する電流検出手段A1,A2,・・が検出した各負荷1,2,・・に流れる各電流値は、制御部11に与えられる。制御部11は、与えられた電流値の内、PWM制御のパルス幅の中間(の位相)の電流値を例えば複数回サンプリングして平均値(例えば、単純平均値、重み平均値、移動平均値等)を算出する。
The electric power charged in the battery B and the electric power output from the
The semiconductor switches T1, T2,... Are on / off controlled from the control unit 11 of the vehicle power supply device through the adjusting units C1, C2,. The semiconductor switches T1, T2,... Are, for example, IPS (Intelligent Power Switch), and the current values flowing through the
制御部11は、スイッチS1,S2,・・にそれぞれ接続され、与えられたスイッチS1,S2,・・のオン/オフ信号に応じて、半導体スイッチT1,T2,・・を個別にオン/オフ制御する。即ち、オンの場合は、PWM制御部P1,P2,・・を通じて、半導体スイッチT1,T2,・・を個別にPWM制御する。また、制御部11は、バッテリBの出力電圧を検出する電圧検出手段12を内蔵している。
制御部11は、例えば、電源電圧調整する為に、半導体スイッチT1,T2,・・を一定周期及び同一デューティ比でPWM制御する。
The control unit 11 is connected to each of the switches S1, S2,... And individually turns on / off the semiconductor switches T1, T2,... According to the given on / off signals of the switches S1, S2,. Control. That is, when it is on, the semiconductor switches T1, T2,... Are individually PWM controlled through the PWM controllers P1, P2,. In addition, the control unit 11 includes voltage detection means 12 that detects the output voltage of the battery B.
For example, the control unit 11 performs PWM control of the semiconductor switches T1, T2,... With a constant period and the same duty ratio in order to adjust the power supply voltage.
制御部11は、半導体スイッチT1,T2,・・をPWM制御する際、PWM制御のパルスの立上がり時間/立下がり時間が、電流検出手段A1,A2,・・が検出した電流値に比例するように、調整部C1,C2,・・に調節させる。制御部11は、電流検出手段A1,A2,・・が検出する電流値に対応する電圧信号値をメモリに記憶しており、電流値に対応する電圧信号を調整部C1,C2,・・に与える。調整部C1,C2,・・は、与えられた電圧信号に基づき、PWM制御のパルスの立上がり時間/立下がり時間を調節する。 When the control unit 11 performs PWM control on the semiconductor switches T1, T2,..., The rise time / fall time of the PWM control pulse is proportional to the current value detected by the current detection means A1, A2,. Then, the adjustment units C1, C2,. The control unit 11 stores a voltage signal value corresponding to the current value detected by the current detection means A1, A2,... In the memory, and sends a voltage signal corresponding to the current value to the adjustment units C1, C2,. give. The adjustment units C1, C2,... Adjust the rise time / fall time of the PWM control pulse based on the applied voltage signal.
図2は、調整部C1,C2,・・の構成例を示す回路図である。この回路では、PWM制御部P1,P2,・・から、方形波のPWM信号が非反転増幅器21に入力される。非反転増幅器21が出力する方形波のPWM信号は、トランジスタT12及び順接続されたダイオードD2を通じて、例えば半導体スイッチT1のゲートに与えられる。また、トランジスタT11及び逆接続されたダイオードD1を通じて、半導体スイッチT1のゲートに与えられる。ダイオードD2のカソード及びダイオードD1のアノードは、コンデンサCを通じて接地されている。
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the adjustment units C1, C2,. In this circuit, a square wave PWM signal is input to the
非反転増幅器21が出力する方形波のPWM信号は、制御部11からの電圧信号によるトランジスタT11のオン抵抗、及びコンデンサCの容量に応じて立上がり時間が定まる。また、制御部11からの電圧信号によるトランジスタT12のオン抵抗、及びコンデンサCの容量に応じて立下がり時間が定まる。
半導体スイッチT1(T2,・・)は、これらの定められた立上がり時間/立下がり時間を有するPWM信号によりオンされ、このPWM信号に応じた電流を負荷1(2,・・)に流す。
The rise time of the square-wave PWM signal output from the
The semiconductor switch T1 (T2,...) Is turned on by the PWM signal having the predetermined rise time / fall time, and a current corresponding to the PWM signal is supplied to the load 1 (2,...).
図3は、調整部C1,C2,・・の他の構成例を示す回路図である。この回路では、PWM制御部P1,P2,・・から、方形波のPWM信号が差動増幅器22の一方のトランジスタT13のベースに入力される。他方のトランジスタT14のベースは接地されている。トランジスタT13,T14の各コレクタの差電圧が、差動増幅器22の出力信号としてリミッタ24を通じて、半導体スイッチT1のゲートに与えられる。
制御部11からの電圧信号は、差動増幅器22の定電流源であるトランジスタT15のベースに与えられる。
FIG. 3 is a circuit diagram showing another configuration example of the adjusting units C1, C2,. In this circuit, a square-wave PWM signal is input to the base of one transistor T13 of the
The voltage signal from the control unit 11 is given to the base of the transistor T15 which is a constant current source of the
差動増幅器22が出力するPWM信号は、制御部11からの電圧信号によりトランジスタT15が流す電流に応じて、立上がり時間/立下がり時間が定まる。
半導体スイッチT1(T2,・・)は、これらの定められた立上がり時間/立下がり時間を有するPWM信号によりオンされ、このPWM信号に応じた電流を負荷1(2,・・)に流す。
The PWM signal output from the
The semiconductor switch T1 (T2,...) Is turned on by the PWM signal having the predetermined rise time / fall time, and a current corresponding to the PWM signal is supplied to the load 1 (2,...).
図4は、本発明に係る車両用電源装置が、PWM制御のパルスの立上がり時間/立下がり時間を調節する動作を説明する為の説明図である。
制御部11は、電流検出手段A1,A2,・・が検出した電流値がI1 であるとき、調整部C1,C2,・・を通じて、立上がり時間/立下がり時間をtr /tf に調節させる。電流検出手段A1,A2,・・が検出した電流値がI2 であるとき、調整部C1,C2,・・を通じて、立上がり時間/立下がり時間をtr ′/tf ′に調節させる。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the operation of the vehicle power supply device according to the present invention for adjusting the rise time / fall time of the PWM control pulse.
Adjustment control unit 11, when the current detecting means A1, A2, the current value ... detects an I 1, adjuster C1, C2, through ..., the rise time / fall time t r / t f Let When current detecting means A1, A2, the current value ... detects an I 2, adjuster C1, C2, through ..., thereby adjusting the rise time / fall time t r '/ t f'.
尚、I1 /I2 =tr /tr ′=tf /tf ′である。
I1 /tr =I2/tr ′=I1 /tf =I2/tf ′は、パルス波形の立上がり/立下がりに起因するノイズを人に聴こえない程度に小さくでき、無用な発熱が生じない値に定めておく。
ここでは、パルス幅は例えば10〜100ms程度、パルスの立上がり時間/立下がり時間は例えば10μs〜1ms程度であり、電流値は例えば10〜20A程度である。
Note that I 1 / I 2 = t r / t r ′ = t f / t f ′.
I 1 / t r = I 2 / t r ′ = I 1 / t f = I 2 / t f ′ can be reduced to the extent that noise caused by the rise / fall of the pulse waveform cannot be heard by humans. The value is set so as not to generate heat.
Here, the pulse width is, for example, about 10 to 100 ms, the pulse rise / fall time is, for example, about 10 μs to 1 ms, and the current value is, for example, about 10 to 20 A.
尚、上述した実施の形態では、電流値に比例させて、PWM制御の各パルスの立上がり時間/立下がり時間を調整しているが、比例に限らず、電流値の大/小に応じて、各パルスの立上がり時間/立下がり時間を長/短に調整するようにしても良い。
また、上述した実施の形態では、各負荷毎に半導体スイッチを設けて、電源をPWM制御する構成であるが、1つの半導体スイッチにより、各負荷の電源をPWM制御する構成であっても良い。
In the above-described embodiment, the rise time / fall time of each pulse of PWM control is adjusted in proportion to the current value, but not limited to proportional, depending on the magnitude of the current value, The rise time / fall time of each pulse may be adjusted to be long / short.
In the above-described embodiment, a semiconductor switch is provided for each load and the power supply is PWM-controlled. However, the power supply of each load may be PWM-controlled by one semiconductor switch.
1,2 負荷(電気負荷)
10 オルタネータ
11制御部
12 電圧検出手段
21 非反転増幅器
22 差動増幅器
24 リミッタ
A1,A2 電流検出手段
B バッテリ
C コンデンサ
C1,C2調整部(調整手段)
D1,D2 ダイオード
P1,P2 PWM制御部
S1,S2 スイッチ
T1,T2 半導体スイッチ
T11〜T15トランジスタ
1, 2 Load (electric load)
DESCRIPTION OF
D1, D2 Diode P1, P2 PWM controller S1, S2 Switch T1, T2 Semiconductor switch T11-T15 transistor
Claims (2)
前記電気負荷に流れる電流値を検出する電流検出手段と、該電流検出手段が検出した電流値に応じて、前記PWM制御の各パルスの立上がり時間/立下がり時間を調整する調整手段とを備えることを特徴とする車両用電源装置。 In a vehicle power supply device comprising means for detecting an output voltage of a battery, and applying a voltage PWM-controlled with a duty ratio corresponding to the output voltage detected by the means to an electric load to be fed,
Current detection means for detecting a current value flowing through the electric load, and adjustment means for adjusting the rise time / fall time of each pulse of the PWM control according to the current value detected by the current detection means. A power supply device for a vehicle.
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DE102013220291A1 (en) | 2013-10-08 | 2015-04-30 | Robert Bosch Gmbh | Method for regulating a voltage of an electrochemical storage network |
CN113206324A (en) * | 2021-04-16 | 2021-08-03 | 重庆长安新能源汽车科技有限公司 | Power battery heating noise optimization method and device |
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