JP2011239631A - Power circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バッテリの電圧を一定に保って負荷に出力する電源回路に関する。 The present invention relates to a power supply circuit that keeps a battery voltage constant and outputs it to a load.
近年、燃料消費量の節減と排ガスの低減を目的として、アイドルストップ車が実用化されている。アイドルストップ車は、信号待ち等で車両の停止動作を検知するとエンジンを自動的に停止し、その後車両の発進動作を検知するとエンジンを自動的に再始動するようにした車両である。 In recent years, idle stop vehicles have been put into practical use for the purpose of reducing fuel consumption and reducing exhaust gas. An idle stop vehicle is a vehicle that automatically stops the engine when it detects a stop operation of the vehicle, such as waiting for a signal, and then automatically restarts the engine when it detects a start operation of the vehicle.
このような車両では、エンジン再始動時において、エンジン始動用のスタータモータに大電流が流れることから、バッテリの電圧が一時的に低下する。また、これに伴って、バッテリに接続されるスタータモータ以外の電装部品などの負荷に供給される電圧も一時的に低下する。そのため、負荷によっては、供給される電圧が動作に必要な電圧の範囲から外れてしまい、一時的に正常に動作しないおそれがある。例えば、カーナビゲーションやオーディオにおいてはリセットが行われたり、オーディオにおいては音飛びが発生したり、運転者の意図せぬ動作が行われるおそれがある。そこで、このような車両では、バッテリの電圧が一時的に低下した場合であっても負荷への必要な電圧の供給を維持することができるように、補助の電源回路を備えるようにしている。 In such a vehicle, when the engine is restarted, a large current flows through the starter motor for starting the engine, so that the battery voltage temporarily decreases. Along with this, the voltage supplied to a load such as an electrical component other than the starter motor connected to the battery also temporarily decreases. Therefore, depending on the load, the supplied voltage may be out of the range of the voltage necessary for the operation, and may not operate normally temporarily. For example, reset may be performed in car navigation or audio, sound skipping may occur in audio, or an operation unintended by the driver may be performed. Therefore, in such a vehicle, an auxiliary power supply circuit is provided so that the supply of a necessary voltage to the load can be maintained even when the voltage of the battery temporarily decreases.
図2は、既存の電源回路を示す図である。
図2に示す電源回路20は、バッテリ21と、昇圧回路22とを備える。
昇圧回路22は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FIELD Effect Transistor)23と、バッテリ21とMOSFET23との間に設けられるインダクタ24と、インダクタ24と負荷25との間に設けられる整流用のダイオード26と、MOSFET23のオン、オフを制御する制御信号S1を出力する制御回路27と、制御回路27に電力を供給する内部電源28と、制御信号S1に基づいてMOSFET23を駆動するドライブ回路29(第1ドライブ回路)と、MOSFET23を駆動するための電力をドライブ回路29に供給する内部電源30と、入力段に設けられるコンデンサ31と、出力段に設けられるコンデンサ32とを備えている。なお、内部電源30は、昇圧回路22の出力段から得られる電力に基づいて内部電源28に電力を供給し、内部電源28は、内部電源30から得られる電力に基づいて制御回路27に電力を供給する。
FIG. 2 is a diagram showing an existing power supply circuit.
The
The
このように、既存の電源回路としては、例えば、昇圧回路22を備え、その昇圧回路22内のMOSFET23をオン、オフさせることによりバッテリ21の電圧を昇圧して負荷25への出力電圧を制御するようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。また、バッテリ21の電圧が約12Vの場合、昇圧回路22の出力電力をMOSFET23を駆動するための電力としてそのまま利用することができる。
Thus, as an existing power supply circuit, for example, the
しかしながら、図2に示す電源回路20は、整流素子としてダイオード26を使用しているため、そのダイオード26における電圧降下が大きく損失が大きい。
そこで、図3に示すように、ダイオード26の代わりに、MOSFET33を備え、バッテリ21が一時的に低下しているとき、MOSFET23及びMOSFET33を交互にオンさせるとともに、一時的に低下していたバッテリ21の電圧が元の電圧に戻った後の通常時、MOSFET23を常時オフ、MOSFET33を常時オンさせることが考えられる。これにより、整流素子における電圧降下を小さくすることができ、損失を低減させることができる。なお、制御回路27は、MOSFET33のオン、オフを制御する制御信号S2を出力し、ドライブ回路34は、制御信号S2に基づいてMOSFET33を駆動する。
However, since the
Therefore, as shown in FIG. 3, instead of the
しかしながら、図3に示す電源回路20において、昇圧回路22の出力段の電力を利用して、制御回路27やMOSFET23だけでなく、MOSFET33を駆動するための電力も生成しようとする場合では、MOSFET33を駆動するための電力をドライブ回路34に供給する内部電源35の基準電位を、MOSFET23とMOSFET33との接続点の電位と同じにする必要があり、トランスを用いて内部電源35を構成するなど内部電源35が複雑な構成になり、回路規模やコストが増大してしまうという問題がある。
However, in the
そこで、本発明は、損失を低減するとともに、回路規模やコストの増大を抑えることが可能な電源回路を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a power supply circuit capable of reducing loss and suppressing increase in circuit scale and cost.
本発明の電源回路は、バッテリと、前記バッテリの電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路の動作を制御する制御手段とを備え、前記昇圧回路は、メインMOSFETと、前記メインMOSFETを駆動する第1ドライブ回路と、前記昇圧回路の出力段から得られる電力に基づいて、前記メインMOSFETを駆動するための電力を前記第1ドライブ回路に供給する内部電源と、前記バッテリと前記メインMOSFETとの間に設けられるインダクタと、前記インダクタと負荷との間に設けられる整流用MOSFETと、前記整流用MOSFETを駆動する第2ドライブ回路と、前記メインMOSFETと前記整流用MOSFETとの接続点と、前記第2ドライブ回路との間に設けられるブートストラップコンデンサと、前記内部電源から前記ブートストラップコンデンサへの電流経路に設けられるダイオードとを備え、前記制御手段は、前記バッテリの電圧が一時的に低下しているとき、前記メインMOSFET及び前記整流用MOSFETを交互にオンさせることにより、前記負荷への出力電圧を一定に保つように制御し、一時的に低下していた前記バッテリの電圧が元の電圧に戻った後、前記メインMOSFETをオフ、前記整流用MOSFETをオンさせるとともに、定期的に前記メインMOSFETをオン、前記整流用MOSFETをオフさせることにより前記電流経路に電流を流して前記ブートストラップコンデンサを充電させる。 The power supply circuit according to the present invention includes a battery, a booster circuit that boosts the voltage of the battery, and a control unit that controls the operation of the booster circuit, and the booster circuit drives the main MOSFET and the main MOSFET. A first drive circuit; an internal power supply for supplying power for driving the main MOSFET to the first drive circuit based on power obtained from an output stage of the booster circuit; and the battery and the main MOSFET. An inductor provided therebetween, a rectifying MOSFET provided between the inductor and a load, a second drive circuit for driving the rectifying MOSFET, a connection point between the main MOSFET and the rectifying MOSFET, A bootstrap capacitor provided between the second drive circuit and the internal power supply; A diode provided in a current path to the bootstrap capacitor, and the control means alternately turns on the main MOSFET and the rectifying MOSFET when the voltage of the battery is temporarily reduced. The output voltage to the load is controlled to be constant, and after the battery voltage that has been temporarily reduced returns to the original voltage, the main MOSFET is turned off and the rectifying MOSFET is turned on. By periodically turning on the main MOSFET and turning off the rectifying MOSFET, a current is passed through the current path to charge the bootstrap capacitor.
これにより、通常時、メインMOSFETと整流用MOSFETとの接続点の電位を基準電位とするブートストラップコンデンサに整流用MOSFETを駆動するための電力を充電することができるため、昇圧回路の出力段から得られる電力を利用してトランスなどを用いることなく整流用MOSFETを駆動するための電力を生成することができ、回路規模やコストの増大を抑えることができる。また、整流用のダイオードの代わりに整流用MOSFETを使用しているため、損失を低減することができる。 As a result, the power for driving the rectifying MOSFET can be charged to the bootstrap capacitor having the potential at the connection point between the main MOSFET and the rectifying MOSFET as a reference potential in the normal state. Electric power for driving the rectifying MOSFET can be generated without using a transformer or the like by using the obtained electric power, and an increase in circuit scale and cost can be suppressed. Further, since the rectifying MOSFET is used instead of the rectifying diode, loss can be reduced.
また、前記制御手段は、一時的に低下していた前記バッテリの電圧が元の電圧に戻った後、前記バッテリの電圧が一時的に低下しているときに前記メインMOSFET及び前記整流用MOSFETを交互にオンさせる制御信号の周波数よりも低い周波数の制御信号で、かつ、前記バッテリの電圧が一時的に低下しているときに前記メインMOSFET及び前記整流用MOSFETを交互にオンさせる制御信号のデューティよりも小さいデューティの制御信号により、前記メインMOSFET及び前記整流用MOSFETを交互にオンさせるように構成してもよい。 In addition, the control means may be configured to switch the main MOSFET and the rectifying MOSFET when the battery voltage temporarily decreases after the battery voltage that has been temporarily decreased returns to the original voltage. Control signal duty that is lower than the frequency of the control signal that is alternately turned on, and that alternately turns on the main MOSFET and the rectifying MOSFET when the battery voltage is temporarily reduced The main MOSFET and the rectifying MOSFET may be alternately turned on by a control signal having a smaller duty.
また、前記制御手段は、一時的に低下していた前記バッテリの電圧が元の電圧に戻った後、前記メインMOSFETをオフ、前記整流用MOSFETをオンさせるとともに、前記ブートストラップコンデンサの電圧が所定電圧以下になると、前記メインMOSFET及び前記整流用MOSFETを交互にオンさせるように構成してもよい。 The control means turns off the main MOSFET and turns on the rectifying MOSFET after the voltage of the battery, which has been temporarily reduced, returns to the original voltage, and the voltage of the bootstrap capacitor is predetermined. When the voltage is lower than the voltage, the main MOSFET and the rectifying MOSFET may be alternately turned on.
本発明は、バッテリの電圧を一定に保って負荷に出力する電源回路において、損失を低減するとともに、回路規模やコストの増大を抑えることができる。 The present invention can reduce loss and suppress an increase in circuit scale and cost in a power supply circuit that outputs a load while keeping the battery voltage constant.
図1は、本発明の実施形態の電源回路を示す図である。なお、図2や図3に示す構成と同じ構成には同じ符号を付している。
図1に示す電源回路1の特徴とする点は、MOSFET33(整流用MOSFET)を駆動するための電力をドライブ回路34(第2ドライブ回路)に供給する内部電源として、MOSFET23(メインMOSFET)とMOSFET33との接続点の電位を基準電位とするブートストラップコンデンサ2を設けるとともに、内部電源30からブートストラップコンデンサ2への電流経路に抵抗3及びダイオード4を設けている点である。すなわち、ブートストラップコンデンサ2は、MOSFET23、33の接続点とドライブ回路34との間に設けられる。また、ダイオード4のアノードは、抵抗3を介して内部電源30に接続され、ダイオード4のカソードは、ドライブ回路34とブートストラップコンデンサ2との間との接続点に接続されている。なお、抵抗3を省略して電源回路1を構成してもよい。
FIG. 1 is a diagram showing a power supply circuit according to an embodiment of the present invention. The same components as those shown in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals.
A feature of the
また、図1に示す電源回路1のその他の特徴とする点は、制御回路5(制御手段)において、バッテリ21が一時的に低下しているとき、MOSFET23、33を交互にオンさせることにより負荷25に出力される電圧を一定に保ち、一時的に低下していたバッテリ21の電圧が元の電圧に戻った後の通常時、MOSFET23をオフ、MOSFET33をオンさせるとともに、定期的にMOSFET23をオン、MOSFET33をオフさせることにより内部電源30からブートストラップコンデンサ2への電流経路に電流を流してブートストラップコンデンサ2を充電させる点である。なお、制御回路5は、ソフトウェア又はハードウェアによって実現される。ソフトウェアによって実現される場合、制御回路5はCPUやメモリを含み、CPUがメモリに格納されている制御プログラムを読み出し実行することによって実現される。
Further, another characteristic feature of the
例えば、制御回路5は、通常時、バッテリ21が一時的に低下しているときの制御信号S1、S2の周波数(数十〜数百kHz)よりも低い周波数(数kHz以下)の制御信号S1、S2で、かつ、バッテリ21が一時的に低下しているときの制御信号S1、S2のデューティよりも小さいデューティの制御信号S1、S2により、MOSFET23、33を交互にオンさせる。MOSFET23がオン、MOSFET33がオフすると、内部電源30、抵抗3、ダイオード4、ブートストラップコンデンサ2、MOSFET23の経路に電流が流れ、ブートストラップコンデンサ2が充電される。このとき、ブートストラップコンデンサ2には、次にMOSFET33がオンするために必要な電力が充電される必要がある。そのため、ブートストラップコンデンサ2の静電容量値、抵抗3の抵抗値、通常時の制御信号S1、S2の周波数、及び通常時の制御信号S1、S2のデューティは、通常時の昇圧回路22の出力電圧が入力電圧に対してできるだけ高くならないようにしつつ、通常時のMOSFET23の1回のオン期間において、次にMOSFET33をオンさせるために必要な電力がブートストラップコンデンサ2に充電されるような値に設定されているものとする。
For example, the control circuit 5 normally controls the control signal S1 having a frequency (several kHz or less) lower than the frequency (several tens to several hundreds kHz) of the control signals S1 and S2 when the
このように、本実施形態の電源回路1は、MOSFET33を駆動するための電力をドライブ回路34に供給する内部電源として、MOSFET23、33の接続点の電位を基準電位とするブートストラップコンデンサ2を設け、通常時、制御信号S1、S2により、定期的にMOSFET23をオン、MOSFET33をオフさせている。これにより、通常時、MOSFET23とMOSFET33との接続点の電位を基準電位とするブートストラップコンデンサ2にMOSFET33を駆動するための電力を充電することができるため、昇圧回路22の出力段から得られる電力を利用してトランスなどを用いることなくMOSFET33を駆動するための電力を生成することができ、回路規模やコストの増大を抑えることができる。また、整流用のダイオードの代わりにMOSFET33を使用しているため、損失を低減することができる。
As described above, the
なお、上記制御回路5は、バッテリ21が一時的に低下しているとき、MOSFET23、33を交互にオンさせることにより負荷25に出力される電圧を一定に保ち、通常時、MOSFET23をオフ、MOSFET33をオンさせるとともに、ブートストラップコンデンサ2の電圧が所定電圧以下になると、MOSFET23、33を交互にオンさせるように構成してもよい。このように構成する場合、制御回路5は、通常時、ブートストラップコンデンサ2の電圧を常時検出する。また、上記所定電圧、ブートストラップコンデンサ2の静電容量値、抵抗3の抵抗値、通常時の制御信号S1、S2の周波数、及び通常時の制御信号S1、S2のデューティは、通常時の昇圧回路22の出力電圧が入力電圧に対してできるだけ高くならないようにしつつ、通常時のMOSFET23の1回のオン期間において、次にMOSFET33をオンさせるために必要な電力がブートストラップコンデンサ2に充電されるような値に設定されているものとする。
The control circuit 5 keeps the voltage output to the
また、上記実施形態では、制御回路5を昇圧回路22内に備える構成であるが、制御回路5を昇圧回路22の外部に備えるように構成してもよい。
In the above embodiment, the control circuit 5 is provided in the
1、20 電源回路
2 ブートストラップコンデンサ
3 抵抗
4、26 ダイオード
5、27 制御回路
21 バッテリ
22 昇圧回路
23、33 MOSFET
24 インダクタ
25 負荷
28、30、35 内部電源
29、34 ドライブ回路
31、32 コンデンサ
DESCRIPTION OF
24
Claims (3)
前記バッテリの電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧回路の動作を制御する制御手段と、
を備え、
前記昇圧回路は、
メインMOSFETと、
前記メインMOSFETを駆動する第1ドライブ回路と、
前記昇圧回路の出力段から得られる電力に基づいて、前記メインMOSFETを駆動するための電力を前記第1ドライブ回路に供給する内部電源と、
前記バッテリと前記メインMOSFETとの間に設けられるインダクタと、
前記インダクタと負荷との間に設けられる整流用MOSFETと、
前記整流用MOSFETを駆動する第2ドライブ回路と、
前記メインMOSFETと前記整流用MOSFETとの接続点と、前記第2ドライブ回路との間に設けられるブートストラップコンデンサと、
前記内部電源から前記ブートストラップコンデンサへの電流経路に設けられるダイオードと、
を備え、
前記制御手段は、
前記バッテリの電圧が一時的に低下しているとき、前記メインMOSFET及び前記整流用MOSFETを交互にオンさせることにより、前記負荷への出力電圧を一定に保つように制御し、
一時的に低下していた前記バッテリの電圧が元の電圧に戻った後、前記メインMOSFETをオフ、前記整流用MOSFETをオンさせるとともに、定期的に前記メインMOSFETをオン、前記整流用MOSFETをオフさせることにより前記電流経路に電流を流して前記ブートストラップコンデンサを充電させる
ことを特徴とする電源回路。 Battery,
A booster circuit for boosting the voltage of the battery;
Control means for controlling the operation of the booster circuit;
With
The booster circuit includes:
A main MOSFET,
A first drive circuit for driving the main MOSFET;
An internal power supply for supplying power for driving the main MOSFET to the first drive circuit based on power obtained from the output stage of the booster circuit;
An inductor provided between the battery and the main MOSFET;
A rectifying MOSFET provided between the inductor and a load;
A second drive circuit for driving the rectifying MOSFET;
A bootstrap capacitor provided between a connection point between the main MOSFET and the rectifying MOSFET and the second drive circuit;
A diode provided in a current path from the internal power supply to the bootstrap capacitor;
With
The control means includes
When the voltage of the battery is temporarily reduced, the main MOSFET and the rectifying MOSFET are alternately turned on to control the output voltage to the load to be kept constant,
After the voltage of the battery, which has been temporarily reduced, returns to the original voltage, the main MOSFET is turned off, the rectifying MOSFET is turned on, the main MOSFET is turned on periodically, and the rectifying MOSFET is turned off. To cause the current to flow in the current path to charge the bootstrap capacitor.
前記制御手段は、一時的に低下していた前記バッテリの電圧が元の電圧に戻った後、前記バッテリの電圧が一時的に低下しているときに前記メインMOSFET及び前記整流用MOSFETを交互にオンさせる制御信号の周波数よりも低い周波数の制御信号で、かつ、前記バッテリの電圧が一時的に低下しているときに前記メインMOSFET及び前記整流用MOSFETを交互にオンさせる制御信号のデューティよりも小さいデューティの制御信号により、前記メインMOSFET及び前記整流用MOSFETを交互にオンさせる
ことを特徴とする電源回路。 The power supply circuit according to claim 1,
The control means alternates between the main MOSFET and the rectifying MOSFET when the voltage of the battery temporarily decreases after the voltage of the battery that has been temporarily decreased returns to the original voltage. A control signal having a frequency lower than the frequency of the control signal to be turned on, and the duty of the control signal for alternately turning on the main MOSFET and the rectifying MOSFET when the battery voltage is temporarily reduced A power supply circuit, wherein the main MOSFET and the rectifying MOSFET are alternately turned on by a control signal having a small duty.
前記制御手段は、一時的に低下していた前記バッテリの電圧が元の電圧に戻った後、前記メインMOSFETをオフ、前記整流用MOSFETをオンさせるとともに、前記ブートストラップコンデンサの電圧が所定電圧以下になると、前記メインMOSFET及び前記整流用MOSFETを交互にオンさせる
ことを特徴とする電源回路。 The power supply circuit according to claim 1,
The control means turns off the main MOSFET and turns on the rectifying MOSFET after the voltage of the battery that has been temporarily reduced returns to the original voltage, and the voltage of the bootstrap capacitor is equal to or lower than a predetermined voltage. Then, the main MOSFET and the rectifying MOSFET are alternately turned on.
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