JP2011078272A - Power supply device for in-vehicle equipment - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、内燃機関の始動時に始動用電動機として動作する車載用発電電動機の制御電源等として用いられる車載機器の電源装置に関するものである。 The present invention relates to a power supply device for an in-vehicle device that is used as a control power source for an in-vehicle generator motor that operates as a starting motor when an internal combustion engine is started.
内燃機関を始動させるに当たり車載用発電電動機を始動用電動機として動作させる際には、バッテリ等の車輌電源から過大な電流が流れるために電源電圧が大きく低下する。この車輌電源の電圧が、車輌を電子制御する電子制御装置の最低動作電圧を下回った場合に電子制御装置は停止する。そして、車載用発電電動機は電子制御装置の動作停止により始動制御が不能となる。このため、車輌電源の電圧が所定値を下回った場合においても電子制御装置を正常に作動させる車載機器の電源装置が必要となる。 When the on-vehicle generator motor is operated as a starter motor for starting the internal combustion engine, an excessive current flows from a vehicle power source such as a battery, so that the power supply voltage is greatly reduced. When the voltage of the vehicle power supply falls below the minimum operating voltage of the electronic control unit that electronically controls the vehicle, the electronic control unit stops. The on-vehicle generator motor becomes incapable of starting control when the operation of the electronic control device is stopped. For this reason, even when the voltage of the vehicle power supply falls below a predetermined value, a power supply device for in-vehicle devices that normally operates the electronic control device is required.
ところで、エンジンの始動時にスタータを作動させるとバッテリ電源が急激に低下する状態となる様な車載用機器の電源装置として、降圧型のチョッパ電源回路とシリーズ電源とを直列接続し、バッテリ電源の電圧が低い場合にはチョッパ電源回路をバイパスするスイッチ素子をオンすることにより、チョッパ電源回路での電圧降下による最低動作電圧の悪化を防止する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 By the way, as a power supply device for in-vehicle equipment that causes the battery power supply to suddenly drop when the starter is activated when the engine is started, a step-down chopper power supply circuit and a series power supply are connected in series. Is low, a technique for preventing deterioration of the minimum operating voltage due to a voltage drop in the chopper power supply circuit by turning on a switching element that bypasses the chopper power supply circuit has been proposed (for example, see Patent Document 1).
しかし、前記特許文献1に開示されている技術では、シリーズ電源で出力される所定電圧(通常5V)以下までバッテリ電源の電圧が低下した場合には、定電圧回路は所定電圧(通常5V)を維持できず、バッテリ電圧に従って電圧が低下する。このため、電子制御装置は、電源回路から供給される電圧が最低動作電圧を下回って動作不能となり、制御が停止する。このように、特許文献1に開示された技術においては、電子制御装置の動作停止により車載用発電電動機は始動制御出来ない場合が発生する課題がある。 However, in the technique disclosed in Patent Document 1, when the voltage of the battery power supply is lowered to a predetermined voltage (normally 5 V) output from the series power supply, the constant voltage circuit reduces the predetermined voltage (normally 5 V). It cannot be maintained and the voltage drops according to the battery voltage. For this reason, the electronic control device becomes inoperable because the voltage supplied from the power supply circuit falls below the minimum operating voltage, and the control stops. As described above, in the technique disclosed in Patent Document 1, there is a problem that the on-vehicle generator-motor may not be able to be controlled by stopping the operation of the electronic control device.
この発明は、このような課題を解消するためになされたもので、始動等で急激に電源電圧が大幅に低下しても車載機器を確実に動作させることができる車載機器の電源装置を提供するものである。 The present invention has been made in order to solve such a problem, and provides a power supply device for an in-vehicle device that can reliably operate the in-vehicle device even when the power supply voltage is drastically lowered at the time of starting or the like. Is.
この発明に係る車載機器の電源装置は、車載用発電電動機に接続されるブリッジ整流回路と、上記ブリッジ整流回路に上記車載用発電電動機を制御する制御信号を供給する電子制御装置と、を含む車載機器の電源となる車載機器の電源装置であって、車輌に搭載される車輌電源に接続されるメインスイッチと、上記メインスイッチを介して上記車輌電源からの電圧が供給される第1定電圧回路と、上記第1定電圧回路からの出力電圧が供給される第2定電圧回路と、を備え、上記第1定電圧回路を昇降圧に回路構成すると共に、上記第2定電圧回路を降圧に回路構成し、上記メインスイッチと上記第1定電圧回路、及び上記第2定電圧回路を直列接続するものである。 A power supply device for an in-vehicle device according to the present invention includes a bridge rectifier circuit connected to an in-vehicle generator / motor and an electronic control device that supplies a control signal for controlling the in-vehicle generator / motor to the bridge rectifier circuit. A power supply device for an in-vehicle device serving as a power source for a device, a main switch connected to a vehicle power supply mounted on a vehicle, and a first constant voltage circuit to which a voltage from the vehicle power supply is supplied via the main switch And a second constant voltage circuit to which an output voltage from the first constant voltage circuit is supplied, and the first constant voltage circuit is configured as a step-up / down circuit, and the second constant voltage circuit is stepped down. The circuit configuration is such that the main switch, the first constant voltage circuit, and the second constant voltage circuit are connected in series.
この発明に係る車載機器の電源装置によれば、車輌に搭載される車輌電源に接続される
メインスイッチと、上記メインスイッチを介して上記車輌電源からの電圧が供給される第1定電圧回路と、上記第1定電圧回路からの出力電圧が供給される第2定電圧回路と、を備え、上記第1定電圧回路を昇降圧に回路構成すると共に、上記第2定電圧回路を降圧に回路構成し、上記メインスイッチと上記第1定電圧回路、及び上記第2定電圧回路を直列接続したので、上記車載機器の最低動作電圧を下回る電源電圧時においても、上記車載機器を確実に動作させることができる。
According to the power supply device for an in-vehicle device according to the present invention, a main switch connected to a vehicle power supply mounted on a vehicle, a first constant voltage circuit to which a voltage from the vehicle power supply is supplied via the main switch, And a second constant voltage circuit to which an output voltage from the first constant voltage circuit is supplied, wherein the first constant voltage circuit is configured as a step-up / step-down circuit, and the second constant voltage circuit is configured as a step-down circuit. Since the main switch, the first constant voltage circuit, and the second constant voltage circuit are connected in series, the in-vehicle device is reliably operated even at a power supply voltage lower than the minimum operating voltage of the in-vehicle device. be able to.
以下、添付の図面を参照して、この発明に係る車載機器の電源装置について好適な実施の形態を説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a power supply device for an in-vehicle device according to the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る車載機器の電源装置を説明する回路ブロック図である。図1において、電源装置100は、バッテリ等の車輌電源1、車輌電源1からの電源供給を遮断するメインスイッチ2、メインスイッチ2と直列接続され、後述する昇降圧回路からなる第1定電圧回路3、第1定電圧回路3の出力電圧を入力として定電圧Vsを出力する降圧回路からなる第2定電圧回路4を備えている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a circuit block diagram illustrating a power supply apparatus for an in-vehicle device according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, a
第1定電圧回路3は、降圧制御用で昇圧制御時には常時オンとなるスイッチ31、降圧制御時用の転流ダイオード32、コイル33、昇圧制御用のスイッチ34、逆流阻止ダイオード35、コンデンサ36、電圧検出回路37、定電圧制御用の誤差増幅器38、スイッチ31またはスイッチ34をスイッチング制御する第1電圧制御回路(Vm電圧制御回路)39により構成されている。
The first
また、第2定電圧回路4は、電圧制御用のスイッチ41、安定用コンデンサ42、電圧検出回路43、定電圧制御用の誤差増幅器44、スイッチ41を制御する第2電圧制御回路(Vs電圧制御回路)45により構成されている。
The second constant voltage circuit 4 includes a
図1において、符号VBは車輌電源1の出力電圧(以下、電源電圧という。)を示す電源記号で、符号Vmは第1定電圧回路3の出力電圧を示す電源記号である。また、符号Vsは第2定電圧回路4の出力電圧を示す電源記号である。
In FIG. 1, reference sign VB is a power supply symbol indicating the output voltage of the vehicle power supply 1 (hereinafter referred to as power supply voltage), and reference sign Vm is a power supply symbol indicating the output voltage of the first
電源装置100は、更に、メインスッチ起動信号5と後述する電子制御装置6からの電源保持信号7を合成するゲート素子8、ゲート素子8からの信号によりメインスイッチ2を駆動制御するメインスイッチ駆動回路9、第1定電圧回路3の出力電圧Vmを入力とする高精度の基準電圧10と電源電圧VBを入力とする低精度ながら出力応答性の高い基準電圧11とを切り換える基準電圧切り換え手段としての基準電圧切り換え回路12、及び電子制御装置6を制御するリセット回路13を備えている。
The
電子制御装置6は、MOS−FETで構成されるブリッジ整流回路14にモータ制御信号を供給し、ブリッジ整流回路14は、発電電動機の電機子巻線15へ整流された電力を供給する。これにより発電電動機が駆動制御される。なお、電子制御装置6は、マイコン
で構成されており、第2定電圧回路4の出力電圧Vsが供給されている。
The electronic control unit 6 supplies a motor control signal to the
ブリッジ整流回路14のMOS−FETには、第1チャージポンプ回路16と第2チャージポンプ回路17が接続されている。上側アームを構成するMOS−FETは第1チャージポンプ回路16に基づいて駆動され、下側アームを構成するMOS−FETは第2チャージポンプ回路17に基づいて駆動される。
A first
図2は、ブリッジ整流回路14と第1及び第2チャージポンプ回路16、17との接続状態を示すブロック図である。図2において、ブリッジ整流回路14は、ブリッジ上側アームを駆動するプリドライバ回路141、ブリッジ上側アームを構成するMOS−FET142、ブリッジ下側アームを駆動するプリドライバ回路143、ブリッジ下側アームを構成するMOS−FET144を備えている。なお、図2において、図1と同一符号は同一部分を示している。
FIG. 2 is a block diagram showing a connection state between the
実施の形態1に係る車載機器の電源装置は上記のように構成されており、次に、その動作について図3を用いて説明する。図3は、電源電圧VBに対する第1定電圧回路3の出力電圧Vm及び第2定電圧回路4の出力電圧Vsの状態を示すチャート図である。
The power supply apparatus for the in-vehicle device according to Embodiment 1 is configured as described above, and the operation thereof will be described next with reference to FIG. FIG. 3 is a chart showing the states of the output voltage Vm of the first
図3において、横軸は電源電圧VBを示し、縦軸は第1定電圧回路3の出力電圧Vm及び第2定電圧回路4の出力電圧Vsを示している。また、破線は第1定電圧回路3の出力電圧Vmの状態であり、実線は第2定電圧回路4の出力電圧Vsの状態である。
In FIG. 3, the horizontal axis indicates the power supply voltage VB, and the vertical axis indicates the output voltage Vm of the first
図3に示すように、第1定電圧回路3の出力電圧Vmより電源電圧VBが大きい場合は、第1定電圧回路3の出力電圧はVmに降圧制御され、第1定電圧回路3の出力電圧Vmより電源電圧VBが低い場合は、第1定電圧回路3の出力電圧はVmに昇圧制御される。
As shown in FIG. 3, when the power supply voltage VB is higher than the output voltage Vm of the first
第2定電圧回路4は第1定電圧回路3の出力電圧Vmを入力として、出力電圧を一定電圧Vsに制御するが、第1定電圧回路3の出力電圧がVmに保たれるために、第2定電圧回路4の出力電圧Vsは電源電圧VBの入力に依存せずに出力可能である。ここで具体的な設定値としては、第2定電圧回路4の出力電圧Vsは5Vが一般的で、第1定電圧回路3の出力電圧Vmは損失最適化と、第2定電圧回路4の出力電圧Vsの安定出力化、さらに後述する第1及び第2チャージポンプ回路16、17の出力電圧設定との関係から7V程度に設定される。
The second constant voltage circuit 4 receives the output voltage Vm of the first
図3において、電源電圧VBが3V以下では第1定電圧回路3の出力電圧Vm及び第2定電圧回路4の出力電圧Vsが共に電圧出力を停止している。これは、車輌電源1が正常範囲と判断される下限電圧により設定される値であり、図1における電子制御装置6で電源電圧VBを電圧検出し、電源保持信号7からゲート素子8及びメインスイッチ駆動回路9を経由してメインスイッチ2を制御することにより、第1定電圧回路3への給電を遮断し、第1定電圧回路3の出力電圧Vm及び第2定電圧回路4の出力電圧Vsを停止することを可能にするものである。
In FIG. 3, when the power supply voltage VB is 3 V or less, the output voltage Vm of the first
尚、メインスイッチ2は電源保持信号7からの制御ルート以外に、メインスイッチ起動信号5からの制御も可能にしているために、電源保持信号7とメインスイッチ起動信号5の2つのルートからのオフ指令が同時成立した時にのみメインスイッチ2はオフされる。
Since the
また、メインスイッチ2のオフ指令は、後段の第1定電圧回路3も出力停止するように構成されている。第1定電圧回路3は、メインスイッチ2のオフ指令であるゲート素子8からの信号を取り込み、メインスイッチ2と同時に第1定電圧回路3の出力電圧Vmをも停止する。これによりメインスイッチ2にてオン故障が発生した場合でも、第1定電圧回
路3及び第2定電圧回路4の出力を停止することが可能となる。
Further, the turn-off command of the
次に、第1定電圧回路3の動作について説明する。図3において、電源電圧VBが第1定電圧回路3の出力電圧Vmより高い場合には、スイッチ31、コイル33、ダイオード35、コンデンサ36及びダイオード32により構成される降圧回路により、第1定電圧回路3の出力電圧Vmは一定に保たれる。尚、この時スイッチ34はオフである。
Next, the operation of the first
また、電源電圧VBが第1定電圧回路3の出力電圧Vmより低い場合には、コイル33、スイッチ34、ダイオード35、コンデンサ36及びダイオード32により構成される昇圧回路により第1定電圧回路3の出力電圧Vmは一定に保たれる。尚、この時のスイッチ31はオンである。
When the power supply voltage VB is lower than the output voltage Vm of the first
この第1定電圧回路3における昇降圧回路では、スイッチ31とスイッチ34とがコイル33を経由して直列接続されるため、スイッチ31とスイッチ34とが同時にオンすると過大な電流が流れてスイッチ31、34、またはコイル33が焼損する可能性があるために、スイッチ31とスイッチ34が同時オンして過大な電流が流れる場合には、スイッチ34をオフする様に構成した保護回路を付加する。なお、ここでは保護回路についての具体的な説明は省略する。
In the step-up / step-down circuit in the first
次に、第2定電圧回路4の動作について説明する。第2定電圧回路4は、第1定電圧回路3の出力電圧Vmを入力として、定電圧フィードバック制御により出力電圧Vsを定電圧制御するリニア制御型の降圧回路であるが、出力電圧Vsには高い電圧精度が要求されることが多い。そのため第2定電圧回路4の出力電圧Vsの精度を向上するために誤差増幅器44にて比較される基準電圧の精度を改善することが必要になる。
Next, the operation of the second constant voltage circuit 4 will be described. The second constant voltage circuit 4 is a linear control type step-down circuit that takes the output voltage Vm of the first
そこで、比較的安定な第1定電圧回路3の出力電圧Vmを入力とする基準電圧10と、電源電圧VBを入力とする低精度ながらも広範囲入力電圧に対して高速な出力が得られる基準電圧11とを基準電圧に設定する。そして、これを基準電圧切り換え回路12で切り換えて、誤差増幅器44に入力することで、定常時には基準電圧10による制御で出力電圧Vsを高精度化すると共に、電源投入直後などの回路動作が不安定な過渡時には低精度ながらも高速な基準電圧11に切り換えて制御する。これにより、安定した出力電圧Vsの目標電圧を得ることができる。尚、基準電圧切り換え回路14より出力される基準電圧は、第1定電圧回路3を制御する誤差増幅回路38にも共用化され、さらには電圧リセット回路13等にも共用できることにより回路の簡素化が計れる。
Therefore, a
次に、ブリッジ整流回路14と第1チャージポンプ回路16及び第2チャージポンプ回路17の動作について図2を用いて説明する。上側アームを構成するMOS−FET142、及びそのプリドライバ141、下側アームを構成するMOS−FET144、及びそのプリドライバ143において、上側アームを構成するMOS−FET142を駆動するための電圧源は、第1チャージポンプ回路16で、その出力電圧VO1を、プリドライバ141を経由してMOS−FET142のゲートに供給し、MOS−FET142を駆動する。下側アームを構成するMOS−FET144の駆動については、第2チャージポンプ回路17の出力電圧VO2を、プリドライバ143を経由してMS−FET144のゲートに供給し、MS−FET144を駆動する。
Next, operations of the
第1チャージポンプ回路16には、第2チャージポンプ回路17の出力電圧と電源電圧VBが入力され、第2チャージポンプ回路17には、第1定電圧回路3の出力電圧Vmが入力され、各々のチャージポンプ回路16、17の出力電圧は以下となる。
第1チャージポンプ回路16の出力電圧VO1=VO2+VB=2Vm+VB
第2チャージポンプ回路17の出力電圧VO2=2Vm
The output voltage of the second
Output voltage VO1 = VO2 + VB = 2Vm + VB of the first
Output voltage VO2 = 2Vm of the second
上記のように第1チャージポンプ回路16の出力電圧で上側アーム用MOS−FET142を駆動し、第2チャージポンプ回路17で下側アーム用MOS−FET144を駆動するので、上側アーム用MOS−FET142と下側アーム用MOS−FET144とは共に第1定電圧回路3の出力電圧Vmの2倍電圧で駆動できる。従って、上下のMOS−FET142、144の駆動電圧は電源電圧VBに依存することなく均一化できるので、MOS−FET142とMOS−FET144とで構成されるスイッチング動作のバランスを取ることができ、安定したブリッジ整流回路14の制御が可能となる。
Since the upper arm MOS-
以上説明したように、実施の形態1に係る車載機器の電源装置によれば、第1定電圧回路3に昇降圧回路を採用したことにより、電子機器の最低動作電圧を下回る電源電圧時にも電子制御回路6を確実に動作させることができる。
As described above, according to the power supply apparatus for an in-vehicle device according to the first embodiment, by adopting the step-up / down circuit for the first
また、MOS−FET142、144で構成されるブリッジ整流回路14において、第1定電圧回路3の出力電圧Vmを基準にしたチャージポンプ電圧が得られるので、MOS−FET142、144のゲート駆動を最適化でき、制御性に優れたブリッジ整流回路14を得ることができる。
Further, in the
さらに、複数の基準電圧を切り換えることにより、高精度で過渡応答性に優れた車載機器の電源装置を得ることができる。 Furthermore, by switching a plurality of reference voltages, it is possible to obtain a power supply device for an in-vehicle device having high accuracy and excellent transient response.
1 車輌電源
2 メインスイッチ
3 第1定電圧回路
4 第2定電圧回路
5 メインスイッチ起動信号
6 電子制御装置
7 電源保持信号
8 ゲート素子
9 メインスイッチ駆動回路
10、11 基準電圧
12 基準電圧切り換え回路
13 リセット回路
14 ブリッジ整流回路
15 発電電動機の電機子巻線
16 第1チャージポンプ回路
17 第2チャージポンプ回路
31 スイッチ
32 転流ダイオード
33 コイル
34 スイッチ
35 逆流阻止ダイオード
36 コンデンサ
37 電圧検出回路
38 誤差増幅器
39 第1電圧制御回路
41 スイッチ
42 コンデンサ
43 電圧検出回路
44 誤差増幅器
45 第2電圧制御回路
141、143 プリドライバ回路
142、144 MOS−FET
VB 電源記号
Vm 第1定電圧回路3の出力電圧を示す電源記号
Vs 第2定電圧回路4の出力電圧を示す電源記号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
VB Power supply symbol Vm Power supply symbol indicating the output voltage of the first
Claims (6)
上記ブリッジ整流回路に上記車載用発電電動機を制御する制御信号を供給する電子制御装置と、を含む車載機器の電源となる車載機器の電源装置であって、
上記車載機器の電源装置は、
車輌に搭載される車輌電源に接続されるメインスイッチと、
上記メインスイッチを介して上記車輌電源からの電圧が供給される第1定電圧回路と、
上記第1定電圧回路からの出力電圧が供給される第2定電圧回路と、
を備え、
上記第1定電圧回路を昇降圧に回路構成すると共に、上記第2定電圧回路を降圧に回路構成し、上記メインスイッチと上記第1定電圧回路、及び上記第2定電圧回路を直列接続することを特徴とする車載機器の電源装置。 A bridge rectifier circuit connected to the vehicle generator motor;
An electronic control device for supplying a control signal for controlling the in-vehicle generator-motor to the bridge rectifier circuit, and a power device for the in-vehicle device serving as a power source for the in-vehicle device,
The power supply for the above-mentioned in-vehicle device is
A main switch connected to the vehicle power supply installed in the vehicle;
A first constant voltage circuit to which a voltage from the vehicle power supply is supplied via the main switch;
A second constant voltage circuit to which an output voltage from the first constant voltage circuit is supplied;
With
The first constant voltage circuit is configured as a step-up / step-down circuit, the second constant voltage circuit is configured as a step-down circuit, and the main switch, the first constant voltage circuit, and the second constant voltage circuit are connected in series. A power supply device for an in-vehicle device.
上記第1チャージポンプ回路は上記車輌電源の電圧に上記第2チャージポンプ回路の出力電圧を加算した電圧を出力し、
上記第2チャージポンプ回路は上記第1定電圧回路の出力電圧の2倍値が出力されることを特徴とする請求項1〜請求項5の何れか一項に記載の車載機器の電源装置。 Comprising first and second charge pump circuits for outputting different voltages for driving the bridge rectifier circuit;
The first charge pump circuit outputs a voltage obtained by adding the output voltage of the second charge pump circuit to the voltage of the vehicle power supply,
6. The on-vehicle apparatus power supply device according to claim 1, wherein the second charge pump circuit outputs a double value of an output voltage of the first constant voltage circuit. 7.
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