JP2012095379A - 電圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの仕様電圧にかかわらず技術面・コスト面での負担を軽減させることができる電圧制御装置を提供すること。
【解決手段】直流電源部２から負荷３に供給される電圧を制御する電圧制御装置１であって、直流電源部２からの入力電圧を降下、整流させた後、安定化させた所定の電圧を出力する電圧安定化部１１と、直流電源部２からの入力電圧が入力されるとともに、負荷３を駆動する駆動電圧を出力する駆動部１３と、電圧安定化部１１からの所定の電圧が入力されるとともに、駆動部１３から負荷３に向けて出力される駆動電圧が実質的に負荷３の仕様電圧となるように、駆動部１３をデューティ制御する制御部１２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流電源から負荷に供給される電圧を制御する電圧制御装置に関する。

直流電源（バッテリ等）から負荷（ソレノイド等）に供給される電圧は、ドライバ（トランジスタ等）によりＯＮ／ＯＦＦ制御することが可能である。直流電源の電圧（例えば、２４Ｖ）が負荷やドライバの使用可能な電圧（例えば、１２Ｖ）を超える場合、直流電源の電圧を負荷やドライバに印加すると耐圧不足で焼損のおそれがあることから、直流電源の電圧を降圧する降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ（例えば、特許文献１参照）が用いられる。ＤＣ−ＤＣコンバータは、一般的にドライバを制御する電子制御装置の外部に設けられるが（例えば、特許文献２参照）、電子制御装置の内部に設けることもある。

特開平１０−２４８２４２号公報 特開２００９−２８４６６８号公報

ところで、車両用のバッテリは国（国内、外国）、車種（大型、小型など）によって電圧（１２Ｖ、２４Ｖ）が異なる。そのため、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いない場合には、バッテリの仕様電圧に応じて負荷、ドライバ、及び電子制御装置の仕様（１２Ｖ仕様、２４Ｖ仕様）を選択する必要がある。また、２４Ｖ仕様のバッテリを用いて電圧１２Ｖ仕様の負荷、ドライバ、電子制御装置を用いる場合には、降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータを追加する必要がある。つまり、従来の電圧制御装置は、バッテリの仕様電圧の変更に柔軟に対応することができず、バッテリの仕様電圧に応じて設計しなければならないので、技術面・コスト面での負担が大きくなっていた。

本発明の主な課題は、バッテリの仕様電圧にかかわらず技術面・コスト面での負担を軽減させることができる電圧制御装置を提供することである。

本発明の一視点においては、直流電源部から負荷に供給される電圧を制御する電圧制御装置であって、前記直流電源部からの入力電圧を降下、整流させた後、安定化させた所定の電圧を出力する電圧安定化部と、前記直流電源部からの入力電圧が入力されるとともに、前記負荷を駆動する駆動電圧を出力する駆動部と、前記電圧安定化部からの前記所定の電圧が入力されるとともに、前記駆動部から前記負荷に向けて出力される前記駆動電圧が実質的に前記負荷の仕様電圧となるように、前記駆動部をデューティ制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明の前記電圧制御装置において、前記制御部は、前記負荷の作動を検出する負荷作動検出部からの検出信号が入力されるとともに、前記検出信号がＯＮ状態を示したときにデューティ比を切り替えて、前記駆動電圧が実質的に前記負荷の仕様電圧よりも低い作動維持電圧となるように、前記駆動部をデューティ制御することが好ましい。

本発明の前記電圧制御装置において、前記電圧安定化部の出力電圧は、前記制御部の仕様電圧に対応し、かつ、前記直流電源部の仕様電圧以下であり、前記駆動部の仕様電圧は、前記直流電源部の仕様電圧以上であり、かつ、前記負荷の仕様電圧以下であることが好ましい。

本発明の前記電圧制御装置において、前記負荷と並列に電気的に接続されるとともに、異常電圧から前記負荷を保護する保護回路部を備えることが好ましい。

本発明の前記電圧制御装置において、前記制御部は、予め前記直流電源部の仕様電圧に対応するように設定された所定のプログラムを実行することで動作することが好ましい。

本発明の前記電圧制御装置において、前記制御部は、前記直流電源部の出力電圧を検出する電圧検出部からの電圧検出信号が入力されるとともに、前記電圧検出信号に応じてデューティ比を選択又は変更するように設定された所定のプログラムを実行することで動作することが好ましい。

本発明の前記電圧制御装置において、前記制御部は、前記電圧検出信号に応じて、前記直流電源部の出力電圧が下降するにしたがい連続的又は段階的にデューティ比を高くし、前記直流電源部の出力電圧が上昇するにしたがい連続的又は段階的にデューティ比を低くするように制御することが好ましい。

本発明によれば、直流電源部の仕様電圧が変わったとしても、負荷、電圧安定化部、制御部、及び駆動部の仕様電圧を変更する必要がなく、直流電源部の仕様電圧の変更に柔軟に対応することができ、技術面・コスト面での負担を軽減させることができる。

本発明の実施例１に係る電圧制御装置を含むシステムの構成を模式的に示したブロック図である。 本発明の実施例１に係る電圧制御装置を含むシステムの一例を模式的に示した回路図である。 本発明の実施例１に係る電圧制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施例１に係る電圧制御装置における１２Ｖ仕様の直流電源部の場合のデューティ制御する際の切換えを説明するための模式図である。 本発明の実施例１に係る電圧制御装置における２４Ｖ仕様の直流電源部の場合のデューティ制御する際の切換えを説明するための模式図である。 本発明の実施例１に係る電圧制御装置を含むシステムの構成を模式的に示したブロック図である。 本発明の実施例１に係る電圧制御装置を含むシステムの一例を模式的に示した回路図である。

本発明の実施形態に係る電圧制御装置では、直流電源部（図１の２）から負荷（図１の３）に供給される電圧を制御する電圧制御装置（図１の１）であって、前記直流電源部からの入力電圧を降下、整流させた後、安定化させた所定の電圧を出力する電圧安定化部（図１の１１）と、前記直流電源部からの入力電圧が入力されるとともに、前記負荷を駆動する駆動電圧を出力する駆動部（図１の１３）と、前記電圧安定化部からの前記所定の電圧が入力されるとともに、前記駆動部から前記負荷に向けて出力される前記駆動電圧が実質的に前記負荷の仕様電圧となるように、前記駆動部をデューティ制御する制御部（図１の１２）と、を備える。

なお、本出願において図面参照符号を付している場合は、それらは、専ら理解を助けるためのものであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。

本発明の実施例１に係る電源制御装置について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施例１に係る電圧制御装置を含むシステムの構成を模式的に示したブロック図である。図２は、本発明の実施例１に係る電圧制御装置を含むシステムの一例を模式的に示した回路図である。

電圧制御装置１は、直流電源部２から負荷３に供給される電圧を制御する電子制御装置である。電圧制御装置１は、直流電源部２と負荷３との間に設けられた駆動部１３をデューティ制御（ある期間に占めるＯＮ時間の割合を制御）することにより負荷３に供給される電圧を制御する。電圧制御装置１は、例えば、自動変速機（油圧回路におけるソレノイドバルブ）を制御する電子制御装置とすることができる。電圧制御装置１には、負荷３の作動を検出する負荷作動検出部４からの検出信号が入力される。電圧制御装置１は、主な構成部として、電圧安定化部１１と、制御部１２と、駆動部１３と、保護回路部１４と、を有する

ここで、直流電源部２は、直流電圧を出力する部分（装置）である。直流電源部２の仕様電圧は、負荷３及び制御部１２の仕様電圧（例えば、１２Ｖ）以上であり、電圧安定化部１１の出力電圧（例えば、１２Ｖ）以上であり、かつ、駆動部１３の仕様電圧（例えば、２４Ｖ）以下である。直流電源部２には、一次電池、二次電池、燃料電池、生物電池等の化学電池、太陽電池、熱電池、原子力電池等の物理電池を用いることができ、例えば、２４Ｖ仕様又は１２Ｖ仕様の二次電池を用いることができる。直流電源部２の正極は、電圧制御装置１における入力端子（電圧安定化部１１の入力端子、駆動部１３の入力端子）と電気的に接続されている。直流電源部２の負極は、電圧制御装置１におけるグランド端子（電圧安定化部１１のグランド端子、制御部１２のグランド端子、保護回路部１４のグランド端子）と電気的に接続されており、負荷３のグランド端子と電気的に接続（図１のように電圧制御装置１を介して電気的に接続可）されている。

負荷３は、電力を消費する部分（素子、回路、装置）である。負荷３の仕様電圧は、駆動部１３の仕様電圧以下である。負荷３には、インダクタ、抵抗等を用いることができ、例えば、自動変速機の油圧回路におけるソレノイドバルブ（インダクタ）を用いることができる。負荷３は、一端が電圧制御装置１における出力端子（駆動部１３の出力端子）と電気的に接続され、他端が直流電源部２の負極と電気的に接続（図のように電圧制御装置１を介して電気的に接続でも可）されている。負荷３は、保護回路部１４と並列に接続されている。負荷３の作動は、負荷作動検出部４によって直接又は間接的に検出される。

負荷作動検出部４は、負荷３の作動を直接又は間接的に検出する部分である。負荷作動検出部４の検出信号は、制御部１２に向けて出力される。負荷作動検出部４には、例えば、負荷３が自動変速機の油圧回路におけるソレノイドバルブ（インダクタ）である場合、ソレノイドバルブのロッドのストロークを検出するストロークセンサ、ソレノイドバルブの作動によって油圧回路における油路の油圧の変化を検出する油圧スイッチ等を用いることができる。また、負荷作動検出部４には、自動変速機の入力軸回転数センサ及び出力軸回転数センサを用いることができ、この場合には、制御部１２にて入力軸回転数と出力軸回転数との回転比を演算し、制御部１２にて当該回転比が変化したか否かを判定することにより負荷３の作動を検出することができる。

電圧安定化部１１は、直流電源部２からの入力電圧を降下（降圧）、整流させた後、制御部１２の仕様電圧に安定化させた電圧を出力する部分（素子、回路、装置）である。電圧安定化部１１は、直流電源部２の正極からの電圧が入力される入力端子を有し、入力された電圧を制御部１２の仕様電圧に安定化させて制御部１２に向けて出力する出力端子を有し、入力電圧と出力電圧の差を直流電源部２の負極に帰還するグランド端子を有する。電圧安定化部１１には、例えば、三端子レギュレータを用いることができる（図２参照）。電圧安定化部１１の出力電圧は、制御部１２の仕様電圧（例えば１２Ｖ）に対応し、直流電源部２の仕様電圧（例えば、２４Ｖ）以下に設定されている。

制御部１２は、負荷３の作動を制御するコンピュータである。制御部１２は、所定のプログラムを実行することで動作する。なお、所定のプログラムは、直流電源部２の仕様電圧に対応するように設定される。制御部１２は、電圧安定化部１１によって安定化された電圧（例えば、１２Ｖ）が入力される入力端子を有し、駆動部１３をデューティ制御する制御信号を出力する出力端子を有し、直流電源部２の負極に電気的に接続されるグランド端子を有する。制御部１２は、負荷作動検出部４からの検出信号が入力される信号入力端子を有する。制御部１２は、例えば、負荷３が自動変速機の油圧回路におけるソレノイドバルブ（インダクタ）である場合、変速線マップを記憶している。制御部１２は、変速線マップに基づいて、車両の状態（車速、アクセル開度等）に応じて、負荷３の作動が必要になると、負荷３に係る作動開示指示を出す。制御部１２は、負荷３に係る作動開示指示を出すと、駆動部１３から負荷３に向けて出力される駆動電圧が実質的に負荷３の仕様電圧（例えば、１２Ｖ）となるように、駆動部１３のデューティ制御を開始する。制御部１２は、駆動部１３のデューティ制御を開始した後、負荷作動検出部４からの検出信号がＯＮ状態（負荷３が作動状態）を示したときに、デューティ比を切り替えて、駆動部１３から負荷３に向けて出力される駆動電圧が実質的に負荷３の作動維持電圧（例えば、９．６Ｖ）となるように、駆動部１３をデューティ制御する。制御部１２は、負荷３を制御しているときに、変速線マップに基づいて、車両の状態（車速、アクセル開度等）に応じて、負荷３の作動が不要になると、負荷３に係る作動終了指示を出す。制御部１２は、負荷３に係る作動終了指示を出すと、負荷３がＯＦＦとなるように制御する。制御部１２の仕様電圧は、電圧安定化部１１の仕様電圧（出力電圧；１２Ｖ）に対応する。

駆動部１３は、制御部１２のデューティ制御に応じて負荷３を駆動する部分である。駆動部１３は、直流電源部２の正極からの電圧が入力される入力端子を有し、制御部１２の出力端子からの制御信号が入力される信号端子を有し、入力された電圧を制御信号に応じてデューティ制御して出力する出力端子を有する。駆動部１３の仕様電圧は、直流電源部２の仕様電圧以上であり、負荷３の仕様電圧以下である。駆動部１３は、入力端子と出力端子との間においてｎｐｎ型トランジスタとダイオードとが並列に接続されたものを用いることができる（図２参照）。

保護回路部１４は、異常電圧から負荷３を保護する回路部である。保護回路部１４は、駆動部１３の出力端子と直流電源部２の負極との間において負荷３と並列に電気的に接続されている。保護回路部１４には、例えば、ツェナーダイオードとショットキーバリアダイオードとが直列に接続されたものを用いることができる（図２参照）。

次に、本発明の実施例１に係る電源制御装置の動作について図面を用いて説明する。図３は、本発明の実施例１に係る電圧制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。図４は、本発明の実施例１に係る電圧制御装置における１２Ｖ仕様の直流電源部の場合のデューティ制御する際の切換えを説明するための模式図である。図５は、本発明の実施例１に係る電圧制御装置における２４Ｖ仕様の直流電源部の場合のデューティ制御する際の切換えを説明するための模式図である。

なお、ここでは、図１における、負荷３を１２Ｖ仕様、電圧安定化部１１を１２Ｖ出力、制御部１２を１２Ｖ仕様、駆動部１３を２４Ｖ仕様とする。

まず、制御部１２は、負荷３に係る作動開示指示を出しているか否かを判断する（ステップＡ１）。作動開示指示を出していない場合（ステップＡ１のＮＯ）、ステップＡ１に戻る。

作動開示指示を出している場合（ステップＡ１のＹＥＳ）、制御部１２は、駆動部１３から出力される電圧が実質的に負荷３の仕様電圧（１２Ｖ）となるように、駆動部１３をデューティ制御する（ステップＡ２）。なお、ステップＡ２では、例えば、直流電源部２が１２Ｖ仕様の場合、デューティ比を１００％とし（図４の上段参照）、直流電源部２が２４Ｖ仕様の場合、デューティ比を５０％として（図５の上段参照）、駆動部１３の出力電圧を実質的に１２Ｖ（デューティ比１００％の場合は１２Ｖ）とする。

ステップＡ２の後、制御部１２は、負荷作動検出部４からの検出信号により負荷３の作動を検出できるか否かを判断する（ステップＡ３）。負荷３の作動を検出できない場合（ステップＡ３のＮＯ）、ステップＡ２に戻る。

負荷３の作動を検出できた場合（ステップＡ３のＹＥＳ）、制御部１２は、駆動部１３のデューティ比を切り替えて、駆動部１３から出力される電圧が実質的に負荷３の作動維持電圧となるように、駆動部１３をデューティ制御する（ステップＡ４）。なお、ステップＡ４では、例えば、直流電源部２が１２Ｖ仕様の場合、デューティ比を１００％から８０％に切り替え（図４参照）、直流電源部２が２４Ｖ仕様の場合、デューティ比を５０％から４０％に切り替え（図５参照）、駆動部１３の出力電圧を実質的に９．６Ｖ（作動維持電圧）とする。

ステップＡ４の後、制御部１２は、負荷３に係る作動終了指示を出しているか否かを判断する（ステップＡ５）。作動終了指示を出していない場合（ステップＡ５のＮＯ）、ステップＡ４に戻る。

作動終了指示を出している場合（ステップＡ５のＹＥＳ）、制御部１２は、負荷３がＯＦＦ（デューティ比０％）となるように制御し（ステップＡ６）、その後、終了する。

実施例１によれば、直流電源部２の仕様電圧が変わったとしても、負荷３、電圧安定化部１１、制御部１２、及び駆動部１３の仕様電圧を変更する必要がなく、制御部１２における所定のプログラムを直流電源部２の仕様電圧に対応させるだけで、直流電源部２の仕様電圧の変更に柔軟に対応することができ、技術面・コスト面での負担を軽減させることができる。

本発明の実施例２に係る電源制御装置について図面を用いて説明する。図６は、本発明の実施例２に係る電圧制御装置を含むシステムの構成を模式的に示したブロック図である。図７は、本発明の実施例２に係る電圧制御装置を含むシステムの一例を模式的に示した回路図である。

実施例２では、実施例１の変形例であり、直流電源部２の出力電圧（直流電源部２の両極間の電圧）を検出する電圧検出部５を追加し、電圧検出部５からの電圧検出信号を用いて制御部１２にてデューティ制御を行うようにしたものである。その他の構成は、実施例１と同様である。

制御部１２は、直流電源部２の仕様電圧を認識するために電圧検出部５からの検出信号を利用し、当該検出信号に基づいてデューティ比を選択又は変更できるように、所定のプログラムを設定する。制御部１２は、例えば、電圧検出部５からの検出信号により直流電源部２の仕様電圧が２４Ｖと認識した場合、負荷３が１２Ｖ仕様であれば、負荷３の作動開始時（図３のステップＡ２に相当）のデューティ比を５０％とし、負荷３の作動維持時（図３のステップＡ４に相当）のデューティ比を４０％とする。また、電圧検出部５からの検出信号により直流電源部２の仕様電圧が１２Ｖと認識した場合、負荷３が１２Ｖ仕様であれば、負荷３の作動開始時（図３のステップＡ２に相当）のデューティ比を１００％とし、負荷３の作動維持時（図３のステップＡ４に相当）のデューティ比を８０％とする。

また、制御部１２は、電圧検出信号（直流電源部２の出力電圧の状態）に応じて、直流電源部２の出力電圧が下降するにしたがい連続的又は段階的にデューティ比を高くし、直流電源部２の出力電圧が上昇するにしたがい連続的又は段階的にデューティ比を低くするように制御することができる。

実施例２によれば、直流電源部２の仕様電圧が変わったとしても、負荷３、電圧安定化部１１、制御部１２、及び駆動部１３の仕様電圧を変更する必要がなく、制御部１２における所定のプログラムも変更する必要がないので、直流電源部２の仕様電圧の変更に柔軟に対応することができ、実施例１よりも、技術面・コスト面での負担を軽減させることができる。また、実施例２によれば、直流電源部２の放電又は充電の状態に応じてデューティ制御することができるので、負荷３を的確に作動させることができる。

なお、本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。

１ 電圧制御装置
２ 直流電源部
３ 負荷
４ 負荷作動検出部
５ 電圧検出部
１１ 電圧安定化部
１２ 制御部
１３ 駆動部
１４ 保護回路部

Claims (7)

1. 直流電源部から負荷に供給される電圧を制御する電圧制御装置であって、
   前記直流電源部からの入力電圧を降下、整流させた後、安定化させた所定の電圧を出力する電圧安定化部と、
   前記直流電源部からの入力電圧が入力されるとともに、前記負荷を駆動する駆動電圧を出力する駆動部と、
   前記電圧安定化部からの前記所定の電圧が入力されるとともに、前記駆動部から前記負荷に向けて出力される前記駆動電圧が実質的に前記負荷の仕様電圧となるように、前記駆動部をデューティ制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする電圧制御装置。
2. 前記制御部は、前記負荷の作動を検出する負荷作動検出部からの検出信号が入力されるとともに、前記検出信号がＯＮ状態を示したときにデューティ比を切り替えて、前記駆動電圧が実質的に前記負荷の仕様電圧よりも低い作動維持電圧となるように、前記駆動部をデューティ制御することを特徴とする請求項１記載の電圧制御装置。
3. 前記電圧安定化部の出力電圧は、前記制御部の仕様電圧に対応し、かつ、前記直流電源部の仕様電圧以下であり、
   前記駆動部の仕様電圧は、前記直流電源部の仕様電圧以上であり、かつ、前記負荷の仕様電圧以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の電圧制御装置。
4. 前記負荷と並列に電気的に接続されるとともに、異常電圧から前記負荷を保護する保護回路部を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の電圧制御装置。
5. 前記制御部は、予め前記直流電源部の仕様電圧に対応するように設定された所定のプログラムを実行することで動作することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の電圧制御装置。
6. 前記制御部は、前記直流電源部の出力電圧を検出する電圧検出部からの電圧検出信号が入力されるとともに、前記電圧検出信号に応じてデューティ比を選択又は変更するように設定された所定のプログラムを実行することで動作することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の電圧制御装置。
7. 前記制御部は、前記電圧検出信号に応じて、前記直流電源部の出力電圧が下降するにしたがい連続的又は段階的にデューティ比を高くし、前記直流電源部の出力電圧が上昇するにしたがい連続的又は段階的にデューティ比を低くするように制御することを特徴とする請求項６記載の電圧制御装置。

Images