JP2013017378A

JP2013017378A - コンプレッサ・ハウジング用プリント回路基板

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Publication number: JP2013017378A
Application number: JP2012140434A
Authority: JP
Inventors: Sarda Pierre; サルダピエール; Ageris Bruno; アジェリスブリュノ; Lescaut Hubert; レスコーユベール
Original assignee: Valeo Japan Co Ltd
Current assignee: Valeo Japan Co Ltd
Priority date: 2011-06-24
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2013-01-24
Anticipated expiration: 2032-06-22
Also published as: FR2977120B1; EP2538514B1; CN102843853B; FR2977120A1; US9515481B2; CN102843853A; JP6054648B2; EP2538514A1; US20130021826A1

Abstract

【課題】光結合素子を用いずに電力節電のためのモード切換を行うスイッチングモード電源回路を提供する。
【解決手段】接地電極が第１電圧源１４上に配置された第１電子部品２２を有する第１部分２０と、接地電極が第２電圧源１６上に配置された第２電子部品２６を有する第２部分２４と、第１部分２０と第２部分２４の間に挿入され、ポテンシャル障壁を形成する第３部分２８と、第１部分２０と第２部分２４を接続するスイッチモード電源回路３２とを備え、第２部分はスイッチモード電源回路３２を介して第１電圧源１４により電力供給がなされる少なくとも１つの電子部品３０を備えているプリント回路基板１２において、電子部品３０における電力消費量の低下を検出する検出手段３４と、電子部品３０における電力消費量の所定の低下が検出されたときに、スイッチモード電源回路を切り換える切り換え手段とを更に備えることを特徴とするプリント回路基板１２。
【選択図】図２

Description

本発明は、コンプレッサ・ハウジングに用いられるプリント回路基板に関する。
より具体的に、本発明は、自動車の空気調節装置において用いられる電動式コンプレッサの技術分野に関する。

このようなコンプレッサは、コンプレッサのハウジングに配置されるプリント回路基板内に組み込まれたマイクロプロセッサを用いて制御される。
このプリント回路基板は、通常、次の３つの部分を備えている。
‐接地電極が第１電圧源上に配置された第１電子部品を有する第１部分、
‐接地電極が第２電圧源上に配置された第２電子部品を有する第２部分、及び
−第1及び第２部分の間に挿入され、ポテンシャル障壁を形成する第３部分。

この基板においては、マイクロプロセッサが、第２部分に組み込まれ、第１部分及び第２部分を接続するスイッチモード電源回路を介して、第１電圧源により電力供給がなされるようになっている。

電力を節約するために、コンプレッサが停止したときには、スイッチモード電源回路を切り換える必要がある。
スイッチモード電源回路を切り換える指令は、マイクロプロセッサにより、絶縁部品を用いてポテンシャル障壁を通して信号を送信することによって与えられる。通常、使用される絶縁部品は、光結合素子である。

しかしながら、光結合素子の使用には、いくつかの問題がある。
まず、自動車への利用における光結合素子の使用は、自動車セクターのために適していないこの部品の信頼性の問題から、容易ではない。更に、部品の追加は、体積及び重量の追加を伴ってしまう。
更に、光結合素子は、高価であり、耐用年数も限られている。

本発明は、このような状況を改善することを目的としている。
したがって、本発明の目的は、絶縁部品の使用を避けることである。

まず、本発明は、
‐接地電極が第１電圧源上に配置された第１電子部品を有する第１部分と、
‐接地電極が第２電圧源上に配置された第２電子部品を有する第２部分と、
‐第1及び第２部分の間に挿入され、ポテンシャル障壁を形成する第３部分と、‐第１部分と第２部分を接続するスイッチモード電源回路とを備え、
‐前記第２部分は、スイッチモード電源回路を介して、前記第１電圧源により電力供給がなされる少なくとも１つの電子部品を備えているプリント回路基板において、
電子部品における電力消費量の低下を検出する検出手段と、前記電子部品の電力消費量の所定の低下が検出されたときにスイッチモード電源回路を切り換える切り換え手段とを更に備えていることを特徴としている。

例えば、第１電圧源は、第２電圧源の電圧よりも小さな低電圧を供給する。特定の実施例では、第１電圧源は低電圧であり、第２電圧源は高電圧である。本出願においては、低電圧は、６０Ｖより小さな電圧を意味し、高電圧は、６０Ｖより大きな電圧を意味する。

したがって、本発明によれば、電子部品における電力消費量の低下を検出することにより、スイッチモード電源回路を切り換える指令を、第２部分から第１部分に向けて、絶縁部品を通すことなく、送ることができる。

スイッチモード電源回路は、１次コイル、及び少なくとも１つの２次コイルを有する変圧器を備えており、１次コイルは、第１部分に接続され、２次コイルは、第２部分に接続されていると有利である。

変圧器は、その入力（変圧器の１次コイル）と、その単一又は複数の出力（変圧器の２次コイル）の間にガルバニック絶縁要素を備えている。

望ましくは、検出手段は、前記電子部品における電力消費量の所定の低下の関数である所定の電流閾値を下回る、変圧器の１次コイルを流れる電流の低下を検出する。

電流閾値は、低電圧での電力供給がなされる電子部品の停止時における電力消費量の関数である。

望ましくは、検出手段は、比較器を備えている。比較器は、１次コイルを流れる電流を、電流閾値と比較する。この比較は、特に、１次コイルを流れる電流のイメージ電圧を用いて行われる。

電子部品は、第２部品中の少なくとも１つの部品を介して、装置の電源を制御するマイクロプロセッサであると有利である。
望ましい実施形態によれば、装置は、コンプレッサのモータである。

所定の低下は、電子部品のアイドリングに対応していると有利である。
基板は、基板がスイッチオンのときに、切り換え手段の作動を禁止する手段を備えているのが望ましい。

又、本発明は、
‐接地電極が第１電圧源上に配置された第１電子部品を有する第１部分と、
‐接地電極が第２電圧源上に配置された第２電子部品を有する第２部分と、
‐第1及び第２部分の間に挿入され、ポテンシャル障壁を形成する第３部分と、‐第１部分と第２部分を接続するスイッチモード電源回路とを備え、
‐前記第２部分は、スイッチモード電源回路を介して前記第１電圧源により電力供給がなされる少なくとも１つの電子部品を備えている
プリント回路基板を制御する方法において、
‐部品の電力消費量の低下を検出するステップと、
‐前記部品の電力消費量の所定の低下が検出されたときに、電源を切り換えるステップと
を備えている方法にも関する。

所定の低下は、部品のアイドリングに対応し、切り換えるステップの前に、
‐部品が、電源を切り換える指令を受け取るステップと、
‐部品をアイドリングするステップと
を更に備えていると有利である。

又、本発明は、本発明によるプリント回路基板を備えるコンプレッサのハウジングにも関する。

本発明の他の特徴、詳細及び利点は、図面を参照して行う以下の詳細な説明を読むことにより、更に明らかになると思う。

自動車用コンプレッサの構造を示す図である。本発明の一実施形態による図１のコンプレッサのプリント回路基板の詳細な構造を示す図である。本発明の一実施形態による基板のスイッチモード電源回路の一例の構造を示す図である。スイッチモード電源回路の作動を示すグラフである。本発明の一実施形態による基板の検出手段の一例の構造を示す図である。本発明による制御方法の工程を示すフローチャートである。本発明による方法の適用の一例を示すグラフである。

図１は、本発明が適用可能な自動車用空気調節装置のコンプレッサ２を示す。
このコンプレッサ２は、第１ハウジング４と第２ハウジング６を備えている。

第１ハウジング４は、電気駆動装置を有する圧縮機構８を備えている。
又、第１ハウジング４は、圧縮機構８を駆動するための電気モータ１０を備えている。

第２ハウジング６は、通常、アルミニウムから形成され、圧縮機構８を制御するためのＰＣＢと称されるプリント回路基板１２を備えている。このＰＣＢは、電気モータ１０に対する電力供給及び制御を行うインバータを構成している。

ＰＣＢ１２は、それぞれ低電圧電源１４及び高電圧電源１６により、低電圧及び高電圧での電力供給がなされ得るものである。

低電圧とは、６０Ｖより低い電圧、典型的には１２Ｖと等しい電圧を意味し、高電圧とは、６０Ｖより高い電圧、典型的には、３０５Ｖと等しい電圧を意味する。低電圧は、車両の保護された回路網で利用可能な電圧に相当する一方、高電圧は、車両の動きを駆動する役割を負う電気モータに対しても電力供給する電源から得られるものである。

図２は、本発明の望ましい実施形態による基板１２の詳細な構造を示す。
基板１２は、３つの独立した部分を備えている。

基板１２の第１部分２０は、低電圧電源１４により低電圧での電力供給がなされ得る第１電子部品２２を支持している。

基板１２の第２部分２４は、高電圧電源１６により高電圧での電力供給がなされ得る第２電子部品２６を支持している。

第３部分２８は、第１部分２０と第２部分２４の間に挿入されており、２つの部分２０、２５間のポテンシャル障壁を形成している。この第３部分２８は、電気回路を備えておらず、望ましくは、４．５ｍｍの最小幅を有している。

又、第２部分２４は、スイッチモード電源回路３２を介して、電源２５により低電圧での電力供給がなされるマイクロプロセッサ３０を備えている。

一変形例においては、マイクロプロセッサ３０は、電源１４により低電圧での電力供給がなされる少なくとも１つの電子部品と置き換えられる。

マイクロプロセッサ３０は、例えばコンプレッサ２のモータ１０に接続された配電盤等、高電圧での電力供給がなされる第２の部品２６を介して、コンプレッサ２のモータ１０の電源を制御可能なものである。

スイッチモード電源回路３２は、基板１２の３つの部分２０、２８、２４を跨ぐように配置され、入力が低電圧電源１４に、出力がマイクロプロセッサ３０に接続されている。

又、第１部分２０は、マイクロプロセッサ３０の電力消費量の低下が検出されたときにスイッチモード電源回路３２を切り換えるために、マイクロプロセッサ３０の電力消費量の低下を検出する手段３４を備えている。

図３は、本発明の望ましい実施形態によるスイッチモード電源回路３２の構造を示す。

この望ましい実施形態においては、スイッチモード電源回路３２は、フライバック・コンバータである。フライバックコンバータは、互いに接続された第１のインダク４２と第２のインダクタ４４を有する変圧器４０を備えている。

値Ｌ１を有し、Ｎ１に等しい巻き数を有する第１のインダクタ４２は、変圧器４０の１次コイルを構成し、基板１２の第１部分２０に接続されている。

値Ｌ２を有し、Ｎ２に等しい巻き数を有する第２のインダクタ４４は、変圧器４０の２次コイルを構成し、基板１２の第２部分２４に接続されている。

ガルバニック絶縁要素４６が、１次コイル４２と２次コイル４４を分離している。

１次コイル４２は、例えばＭＯＳＦＥＴトランジスタを備えるスイッチ４８を介して、低電圧電源１４により電力供給がなされる。

２次コイル４４は、ダイオード５０に接続されており、ダイオード５０は、キャパシタ５２に対して接続されている。キャパシタ５２は、マイクロプロセッサ３０を含む負荷５２と並列に接続されている。

スイッチモード電源回路３２の作動を、図４の曲線６０、６２、６４、６６を参照して詳細に説明する。図４の曲線６０、６２、６４、６６は、それぞれ、時間の関数としての、１次電流Ｉ₄₂、２次電流Ｉ₄₄、１次電圧Ｖ₄₂、及び負荷電圧Ｖ₅₄の変化を示している。

スイッチモード電源回路３２は、スイッチング期間Ｔにわたって、α＝ｔ_ON／Ｔに等しい負荷サイクルにしたがって、作動する。ここで、ｔ_ONは、スイッチ４８が作動する期間を表している。

負荷電圧Ｖ₅₄は、一定であり、Ｖ₀＝（Ｎ２／Ｎ１）（α／（１−α））Ｅ_DCに等しい。ここで、Ｅ_DCは、低電圧電源１４により供給される電圧、αは、電源回路の負荷サイクル、Ｎ１は、１次コイル４２の巻き数、Ｎ２は、２次コイル４４の巻き数である。

オン状態において、０からｔ_ONに至る時間ｔの間、スイッチ４８は閉じている。変圧器４０の１次コイル４２は、電源１４に直接接続されており、１次コイルの電圧Ｖ₄₂は、電源１４により生成された電圧Ｅ_DCと等しくなっている。その結果、変圧器４０内の磁束が増大する。よって、１次コイル４２の電流Ｉ₄₂は、関係Ｉ₄₂=（Ｅ_DC／Ｌ１）ｔにしたがって増大する。ここで、ｔは時間、Ｅ_DCは、低電圧電源１５により供給される電圧、Ｌ１は、１次コイル４２のインダクタンス値である。

オン状態の最後に、Ｉ₄₂は、その最大値Ｉ_P＝（Ｅ_DC／Ｌ１）ｔ_ONに達する。ここで、ｔ_ONは、スイッチ４８が作動している時間、Ｅ_DCは、低電圧電源により供給される電圧、Ｌ１は、１次コイル４２のインダクタンス値である。

更に、Ｉ_Pは、２次コイルに接続された部品の電力Ｐの関数であり、関係

に従うものである。ここで、Ｆ_dは、コンバータのスイッチング周波数である。したがって、電力Ｐから時間ｔ_ONを決定することも可能である。

図示しない一実施形態においては、変圧器は、２つの２次コイルを備えている。電力Ｐは、本実施形態では、第２部分のアースに接続された２次コイルと結合された第１部分のアースに接続された２次コイルにより得られ、マイクロプロセッサに電力供給する。

図３に戻ると、オン状態において、２次コイル４４の端子電圧は低であり、よって、２次コイルの電流Ｉ₄₄が零となるように、ダイオード５０がブロックされる。負荷５４により要求されるエネルギーを供給するのは、キャパシタ５２である。

オン状態の最後、時間ｔ_ONにおいて、スイッチ４８が開き、１次コイル電流Ｉ₄₂が、流れ続けることが妨げられる。変圧器４０に蓄積されたエネルギーの保存は、変圧器４０の２次コイル電流Ｉ₄₄の発生を引き起こし、その初期値は、Ｉ_P×Ｎ１／Ｎ２に等しい。電流Ｉ₄₄は、関係Ｉ₄₄＝Ｉ_P×Ｎ１／Ｎ２−（Ｖ₀／Ｌ２）（ｔ−ｔ_ON）に等しい。Ｉ₄₄は、ｔ＝ｔ₂において零になる。

ｔ_ONとｔ₂の間、１次コイルの電圧Ｖ₄₂は、関係Ｖ₄₂＝−（Ｎ１／Ｎ２）Ｖ₀により与えられ、ｔ₂とＴの間では零となる。

したがって、期間中、スイッチモード電源回路は、３つの異なるモードで作動する：０からｔ_ONに至る時間の間の第１モードＭ１と、ｔ_ONからｔ₂に至る時間の間の第２モードＭ２と、ｔ₂からＴに至る時間の間の第３モードＭ３とである。

図５は、マイクロプロセッサ３０における電力消費量の低下を検出する検出手段３４の構造を詳細に示す。この電力消費量の低下は、１次コイル４２の最大電流Ｉ_Pの低下を伴う２次コイル４４における電力の低下に起因するものである。

検出手段３４は、望ましくはヒステリシスを有する比較器７０を備えている。
比較器７０は、誤差増幅器７１を備えている。誤差増幅器７１は、反転入力７２において、１次コイルの最大電流Ｉ_Pを示す信号を受け取り、非反転入力７２において、予め決められた電流閾値Ｉ_Sを示す信号を受け取る。この閾値は、直列に接続された抵抗Ｒ１及びＲ２を有する回路７６を用いて定められる。閾値Ｉ_Sは、マイクロプロセッサ３０の電力消費量の所定の低下に一致するように選択される。例えば、電力消費量の所定の低下は、マイクロプロセッサ３０のアイドリングに対応している。

又、検出手段３４は、始動段階の間、比較器７０の作動を禁止する手段７８を備えている。禁止手段７８は、望ましくは、始動段階全体を通じて比較器７０の出力８０を常にロー状態とするために、誤差増幅器７１の非反転入力７４のポテンシャルを引き上げるＲＣ回路を備えている。よって、始動段階の間、電源１４が切り換えられる恐れはない。

図６のフローチャート及び図７のグラフには、電源を制御する方法の作動を詳細に示す。

ステップ９０において、コンプレッサ２が作動する。
ステップ９２において、マイクロプロセッサ３０は、例えば車両のＣＡＮバスから、コンプレッサ２の電源を停止させる指令を受け取る。その後、マイクロプロセッサ３０は、コンプレッサ２の停止を指示し、ステップ９４の間、アイドリングモードに入る。

これは、マイクロプロセッサ３０における電力消費量の低下を引き起こし、変圧器の２次コイルの電力の低下、ひいては１次コイル４２のピーク間電流Ｉ_Pの低下に帰結する。

ステップ９６において、検出手段３４は、電流Ｉ_Pを閾値Ｉ_Sと比較する。電流Ｉ_Pの値がＩ_Sよりも低くなると、ステップ９８において、低電圧電源１４が切り換えられる。

当然に、他の実施形態が考えられる。
本発明による基板を、スイッチモード電源がフライバック・コンバータである例をあげて、説明してきた。しかしながら、本発明による基板は、他の種類のスイッチモード電源を含むこともできるものである。

２コンプレッサ
４第１ハウジング
６第２ハウジング
８圧縮機構
１０電気モータ
１２プリント回路基板
１４第１電源（低電圧電源）
１６第２電源（高電圧電源）
２０第１部分
２２第１電子部品
２４第２部分
２６第２電子部品
２８第３部分
３０マイクロプロセッサ
３２スイッチモード電源回路
３４検出手段
７０比較器
７１誤差増幅器
７８禁止手段

Claims

接地電極が第１電圧源（１４）上に配置された第１電子部品（２２）を有する第１部分（２０）と、
接地電極が第２電圧源（１６）上に配置された第２電子部品（２６）を有する第２部分（２４）と、
前記第１部分（２０）と前記第２部分（２４）の間に挿入され、ポテンシャル障壁を形成する第３部分（２８）と、
前記第１部分（２０）と前記第２部分（２４）を接続するスイッチモード電源回路（３２）とを備え、
前記第２部分は、前記スイッチモード電源回路（３２）を介して、前記第１電圧源（１４）により電力供給がなされる少なくとも１つの電子部品（３０）を備えているプリント回路基板（１２）において、
前記電子部品（３０）における電力消費量の低下を検出する検出手段（３４）と、
前記電子部品（３０）における電力消費量の所定の低下が検出されたときに、前記スイッチモード電源回路を切り換える切り換え手段と
を備えることを特徴とするプリント回路基板（１２）。
前記スイッチモード電源回路（３２）は、１次コイル（４２）及び少なくとも１つの２次コイル（４４）を有する変圧器（４０）を備え、前記１次コイル（４２）は、前記第１部分（２０）に接続され、前記２次コイル（４２）は、前記第２部分（２４）に接続されている請求項１に記載のプリント回路基板。
前記検出手段（３４）は、前記変圧器（４０）の前記１次コイル（４２）を流れる電流（Ｉ_P）が、前記電子部品（３０）における電力消費量の所定の低下の関数である所定の電流閾値（Ｉ_S）を下回ったことを検出可能である請求項２に記載のプリント回路基板。
前記検出手段（３４）は、比較器（７０）を備えている請求項３に記載のプリント回路基板。
前記電子部品は、前記第２電子部品の内の少なくとも１つの電子部品を介して、装置の電源を制御するマイクロプロセッサ（３０）である請求項１〜４のいずれか１項に記載のプリント回路基板。
前記装置は、コンプレッサ（２）のモータ（１０）である請求項５に記載のプリント回路基板。
前記所定の低下は、前記電子部品（３０）のアイドリングに対応する請求項１〜６のいずれか１項に記載のプリント回路基板。
前記プリント回路基板（１２）がスイッチオンであるとき、前記切り換え手段の作動を禁止する手段（７８）を備えた請求項１〜７のいずれか１項に記載のプリント回路基板。
接地電極が第１電圧源（１４）上に配置された第１電子部品（２２）を有する第１部分（２０）と、
接地電極が第２電圧源（１６）上に配置された第２電子部品（２６）を有する第２部分（２４）と、
前記第１部分（２０）と前記第２部分（２４）の間に挿入され、ポテンシャル障壁を形成する第３部分（２８）と、
前記第１部分（２０）と前記第２部分（２４）を接続するスイッチモード電源回路（３２）とを備え、
前記第２部分は、前記スイッチモード電源回路（３２）を介して前記第１電圧源（１４）により電力供給がなされる少なくとも１つの電子部品（３０）を備えているプリント回路基板（１２）を制御する方法において、
前記電子部品（３０）における電力消費量の低下を検出するステップ（９６）と、
前記電子部品（３０）における電力消費量の所定の低下が検出されたときに、前記電源（１４）を切り換えるステップ（９８）
とを有する方法。
前記所定の低下は、前記電子部品（３０）のアイドリングに対応し、前記方法は、更に、前記切り換えるステップの前に、
前記電子部品（３０）が、電源を切り換える指令を受け入れるステップ（９２）と、
前記電子部品（３０）をアイドリングするステップ（９４）
とを有する請求項９に記載の方法。
請求項１〜８のいずれか１項に記載のプリント回路基板（１２）を備えるコンプレッサのハウジング。