JP2013162702A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路に故障が発生した場合でも、電源から負荷に継続して電圧を供給することが可能な電源装置を提供する。
【解決手段】電源装置１００は、昇圧回路１１と、常閉型のバイパスリレー２０と、ＣＰＵ１３と、切替回路１４とを備える。切替回路１４の第１スイッチ１５は、ＣＰＵ１３からの切替信号によりＯＮし、第２スイッチ１６は、昇圧要求信号発生部４からの昇圧要求信号によりＯＮする。切替信号と昇圧要求信号の一方または双方が切替回路１４に入力されない場合は、バイパスリレー２０のコイルＸｂに通電されないので、接点ＹｂがＯＮとなって、直流電源１から接点Ｙｂを介して負荷２へ電圧が供給される。切替信号と昇圧要求信号が共に切替回路１４に入力されると、コイルＸｂに通電されて接点ＹｂがＯＦＦし、負荷２への電圧供給経路が、バイパスリレー２０側から昇圧回路１１側へ切り替わる。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流電源の電圧を昇圧して負荷に供給する電源装置に関する。

自動車に搭載される各種の機器や回路に直流電圧を供給するための電源装置として、従来から種々のものが知られている。例えば、後記の特許文献１〜４には、ＤＣ−ＤＣコンバータを備えた電源装置が記載されている。ＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチング素子、コイル、コンデンサなどから構成される昇圧回路を有しており、直流電源の電圧を高速でスイッチングすることにより、昇圧された直流電圧を出力する。

自動車には、信号待ちの時などにエンジンを自動的に一時停止し、発進時にエンジンを自動的に再始動する、いわゆるアイドリングストップ機能を備えたものがある。このような自動車においては、エンジンの再始動時にスタータモータに大電流が流れるため、バッテリ電圧が大きく低下して、機器や回路がリセットされるなど正常に動作しない状態が発生する。そこで、この電圧の低下を補償するために、バッテリ電圧を昇圧する必要がある。

特許文献１〜３の電源装置では、バッテリと負荷との間にＤＣ−ＤＣコンバータを設けるとともに、このＤＣ−ＤＣコンバータに対してバイパス経路を構成するバイパスリレーを設けている。そして、通常走行時は、バッテリからバイパスリレーを介して負荷へ直流電圧を供給し、エンジン再始動時には、バッテリからＤＣ−ＤＣコンバータを介して、昇圧された直流電圧を負荷へ供給する。これにより、エンジン再始動時の電源電圧の低下が補償され、負荷である機器や回路を正常に動作させることができる。

特許文献４の電源装置は、電気自動車に搭載されるものであり、モータの高速回転時に、モータで発生する逆起電力によるバッテリ電圧の低下を補償するために、バッテリとインバータとの間にＤＣ−ＤＣコンバータを設けている。また、このＤＣ−ＤＣコンバータに対してバイパス経路を構成するバイパスリレーを設けている。そして、フィードバック手段からの指令に基づいて、バッテリの直流電圧をバイパスリレーを介して負荷へ供給するか、ＤＣ−ＤＣコンバータを介して負荷へ供給するかを切り替える。

図１７は、ＤＣ−ＤＣコンバータを備えた従来の電源装置の一例を示している。電源装置３００は、バッテリ１と負荷２との間に設けられ、ＤＣ−ＤＣコンバータ３とバイパスリレー２０とから構成される。負荷２は、例えば車両用のオーディオ機器や車内灯などである。ＤＣ−ＤＣコンバータ３は、メインリレー１０、昇圧回路１１、入力インタフェース１２、ＣＰＵ１３、およびトランジスタＱを備えている。メインリレー１０は、コイルＸａと接点Ｙａとを有している。接点Ｙａは、常時は開いた状態にある。バイパスリレー２０は、コイルＸｂと接点Ｙｂとを有している。接点Ｙｂは、常時は閉じた状態にある。ＣＰＵ１３には、入力インタフェース１２を介して、イグニッションスイッチＳＷからのイグニッション信号と、昇圧要求信号発生部４からの昇圧要求信号が入力される。昇圧要求信号発生部４は、例えばアイドリングストップ用のＥＣＵ（Electronic Control Unit；電子制御ユニット）である。

車両の走行中は、イグニッションスイッチＳＷがＯＮ（閉じた状態）となって、ＣＰＵ１３にＨ（High）レベルのイグニッション信号が入力されている。この信号を受けて、ＣＰＵ１３はトランジスタＱをＯＦＦに制御する。このため、バイパスリレー２０のコイルＸｂに通電が行われず、バイパスリレー２０の接点ＹｂはＯＮ（閉じた状態）となっている。したがって、バッテリ１からバイパスリレー２０の接点Ｙｂを介して、負荷２に直流電圧が供給される。一方、ＣＰＵ１３には、昇圧要求信号発生部４から昇圧要求信号が入力されないので、ＣＰＵ１３はメインリレー１０を駆動せず、メインリレー１０の接点ＹａはＯＦＦ（開いた状態）となっている。また、ＣＰＵ１３は昇圧回路１１も駆動しないので、ＤＣ−ＤＣコンバータ３は昇圧動作を行わない。

車両が停止してアイドリングストップ状態となった後、エンジンが再始動すると、ＣＰＵ１３に、昇圧要求信号発生部４からＬ（Low）レベルの昇圧要求信号が入力される。この信号を受けて、ＣＰＵ１３はトランジスタＱをＯＮにするとともに、メインリレー１０のコイルＸａに通電を行い、更に昇圧回路１１を駆動する。トランジスタＱがＯＮとなることで、バイパスリレー２０のコイルＸｂにバッテリ１から通電が行われるため、バイパスリレー２０の接点ＹｂはＯＦＦとなる。一方、メインリレー１０のコイルＸａにバッテリ１から通電が行われる結果、メインリレー１０の接点ＹａはＯＮとなる。したがって、バッテリ１から接点Ｙａおよび昇圧回路１１を介して、負荷２に昇圧された直流電圧が供給される。

ところで、リレーの接点には、常開型の接点と常閉型の接点とがある。常開型の接点は、コイルに通電されないときは開いていて、コイルに通電されると閉じる接点である。常閉型の接点は、これとは逆に、コイルに通電されないときは閉じていて、コイルに通電されると開く接点である。図１７の電源装置３００においては、バイパスリレー２０の接点Ｙｂは、常閉型の接点となっている。この理由は、負荷２がオーディオ機器や車内灯などの場合、車両が停車状態にあってイグニッション信号のないときでも、負荷２を駆動できるようにしておく必要があるためである。

しかるに、バイパスリレー２０の接点Ｙｂを常閉型の接点とした場合は、ＣＰＵ１３やトランジスタＱの故障により、トランジスタＱがＯＮ状態になると、バイパスリレー２０のコイルＸｂへ通電がされ、接点Ｙｂが開いてしまう。このため、バッテリ１から負荷２に電圧が供給されなくなり、負荷２を駆動できなくなるという問題がある。

特開２００５−１１２２５０号公報 特開２０１０−１８３７５５号公報 特開２０１１−１６２０６５号公報 特開２００５−１６０２８４号公報

本発明の課題は、回路に故障が発生した場合でも、電源から負荷に継続して電圧を供給することが可能な電源装置を提供することにある。

本発明に係る電源装置は、直流電源と負荷との間に設けられ、直流電源の電圧を昇圧して負荷へ供給する昇圧回路と、直流電源と負荷との間に設けられ、昇圧回路に対してバイパス経路を構成するバイパス素子と、外部から入力される第１信号および第２信号に基づいて、昇圧回路の動作を制御するとともに切替信号を出力する制御部と、切替信号および第２信号に基づいて、バイパス素子の状態を切り替える切替回路とを備えている。切替回路は、切替信号および第２信号の一方または双方が入力されない場合は、直流電源からバイパス素子を介して負荷へ電圧が供給されるように、バイパス素子の状態を切り替え、切替信号および第２信号が共に入力された場合は、直流電源から昇圧回路を介して負荷へ電圧が供給されるように、バイパス素子の状態を切り替える。

このような構成によると、切替信号と第２信号の双方が切替回路に入力された場合のみ、切替回路が、負荷への電圧供給経路をバイパス素子側から昇圧回路側に切り替える。このため、バイパス素子を通して負荷へ電圧が供給されている状態で、回路が故障して、誤動作により切替信号と第２信号の一方が切替回路に入力されても、他方が入力されない限り、切替回路はバイパス素子の状態を切り替えない。これにより、バイパス素子を動作状態に維持して、直流電源から負荷への電圧供給を継続することができる。

本発明において、バイパス素子を、コイルと接点とを有する常閉型のバイパスリレーで構成し、切替回路を、バイパスリレーのコイルと直列に接続された第１スイッチと、当該第１スイッチと直列に接続された第２スイッチとを含む構成としてもよい。この場合、切替信号に基づいて第１スイッチがＯＮし、かつ、第２信号に基づいて第２スイッチがＯＮすることにより、第１および第２スイッチを介してバイパスリレーのコイルに通電が行われ、接点が開く。

本発明において、バイパス素子を、コイルと接点とを有する常閉型のバイパスリレーで構成し、切替回路を、バイパスリレーのコイルと直列に接続された第３スイッチと、当該第３スイッチのＯＮ・ＯＦＦを制御する第４スイッチとを含む構成としてもよい。この場合、第２信号に基づいて第４スイッチがＯＮまたはＯＦＦし、かつ、制御部から切替信号が出力されることにより、第３スイッチがＯＮして、この第３スイッチを介してバイパスリレーのコイルに通電が行われ、接点が開く。

本発明において、第２信号に基づいて動作する常開型のメインリレーを更に設け、昇圧回路と直列にメインリレーの接点を接続し、昇圧回路およびメインリレーの接点に対して、バイパスリレーの接点を並列に接続してもよい。

本発明において、バイパスリレーのコイルの一端を、切替回路を介して、昇圧回路の出力側に接続してもよい。

本発明において、第１信号は、車両のイグニッションスイッチの操作に基づいて生成されるイグニッション信号であり、第２信号は、車両がアイドリングストップ状態となった後、エンジンが再始動する際に生成される昇圧要求信号であってもよい。

本発明によれば、回路に故障が発生した場合でも、電源から負荷に継続して電圧を供給することが可能な電源装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る電源装置の回路図である。 第１実施形態の電源装置が状態＃１にあるときの回路図である。 第１実施形態の電源装置が状態＃２にあるときの回路図である。 第１実施形態の電源装置が状態＃３にあるときの回路図である。 第１実施形態の電源装置が状態＃４にあるときの回路図である。 第１実施形態の電源装置が状態＃５にあるときの回路図である。 第１実施形態の電源装置の動作を示したタイムチャートである。 第１実施形態の制御ロジックを示した表である。 本発明の第２実施形態に係る電源装置の回路図である。 第２実施形態の電源装置が状態＃１にあるときの回路図である。 第２実施形態の電源装置が状態＃２にあるときの回路図である。 第２実施形態の電源装置が状態＃３にあるときの回路図である。 第２実施形態の電源装置が状態＃４にあるときの回路図である。 第２実施形態の電源装置が状態＃５にあるときの回路図である。 第２実施形態の電源装置の動作を示したタイムチャートである。 第２実施形態の制御ロジックを示した表である。 従来の電源装置の回路図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一部分または対応部分には同一符号を付してある。

最初に、本発明の第１実施形態に係る電源装置の構成を、図１を参照しながら説明する。電源装置１００は、バッテリ１と負荷２との間に設けられ、バイパスリレー２０とＤＣ−ＤＣコンバータ３０とから構成される。本実施形態では、バッテリ１は、自動車に搭載される直流電源であり、負荷２は、車両用のオーディオ機器や車内灯などである。

バイパスリレー２０は、常閉型のリレーであって、コイルＸｂおよび接点Ｙｂを有している。コイルＸｂの一端はバッテリ１の正極に接続され、他端はＤＣ−ＤＣコンバータ３０に接続されている。接点Ｙｂの一端はバッテリ１の正極に接続され、他端は負荷２に接続されている。バッテリ１の負極は接地されている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、メインリレー１０、昇圧回路１１、入力インタフェース１２、ＣＰＵ１３、および切替回路１４を備えている。切替回路１４は、第１スイッチ１５と、第２スイッチ１６とからなる。これらのスイッチ１５、１６は、例えばトランジスタやＦＥＴから構成されている。第１スイッチ１５は、バイパスリレー２０のコイルＸｂと直列に接続され、第１スイッチ１５と直列に第２スイッチ１６が接続されている。第２スイッチ１６の一端は、グランドに接地されている。

昇圧回路１１は、ＯＮ・ＯＦＦ動作を行うスイッチング素子Ｕ、昇圧用のコイルＬ、整流用のダイオードＤ１、および平滑用のコンデンサＣから構成される公知の回路である。スイッチング素子Ｕは、例えばＭＯＳ−ＦＥＴからなり、ＣＰＵ１３から出力される制御信号によりスイッチング動作を行う。スイッチング素子ＵのＯＮ・ＯＦＦによりコイルＬで発生した高電圧は、ダイオードＤ１で整流され、コンデンサＣで平滑されて、昇圧された直流電圧として負荷２へ供給される。

メインリレー１０は、常開型のリレーであって、コイルＸａと接点Ｙａとを有している。コイルＸａの一端はバッテリ１の正極に接続され、他端はＣＰＵ１３に接続されている。接点Ｙａの一端はバッテリ１の正極に接続され、他端は昇圧回路１１のコイルＬの一端に接続されている。コイルＬの他端は、ダイオードＤ１を介して、負荷２に接続されている。

したがって、図１においては、バッテリ１と負荷２との間に、昇圧回路１１とメインリレー１０の接点Ｙａとが直列に接続され、昇圧回路１１とメインリレー１０の接点Ｙａに対して、バイパスリレー２０の接点Ｙｂが並列に接続された構成となっている。

バッテリ１とＤＣ−ＤＣコンバータ３０との間には、イグニッションスイッチＳＷが設けられている。イグニッションスイッチＳＷの一端は、バッテリ１の正極に接続されている。イグニッションスイッチＳＷの他端は、ダイオードＤ２を介して入力インタフェース１２に接続されている。

昇圧要求信号発生部４は、本実施形態ではアイドリングストップ用のＥＣＵである。この昇圧要求信号発生部４には、図示しないブレーキスイッチや車速センサなどから、ブレーキ信号や車速信号が入力される。昇圧要求信号発生部４に備わる出力トランジスタＱ２は、それらの信号に応じてＯＮ・ＯＦＦ動作を行う。昇圧要求信号発生部４の出力は、ダイオードＤ３を介して入力インタフェース１２に与えられるとともに、ダイオードＤ４および抵抗Ｒ１を介してトランジスタＱ１のベースに与えられる。トランジスタＱ１のコレクタは、第２スイッチ１６に接続されている。トランジスタＱ１のエミッタには、バッテリ１から直流電圧Ｂが供給される。トランジスタＱ１のベース・エミッタ間には、抵抗Ｒ２が接続されている。

入力インタフェース１２は、ＣＰＵ１３の入力側に設けられており、イグニッションスイッチＳＷから入力されるイグニッション信号（第１信号）、および昇圧要求信号発生部４から入力される昇圧要求信号（第２信号）をＣＰＵ１３へ与える。ＣＰＵ１３は、これらの信号に基づいて、メインリレー１０、昇圧回路１１、および第１スイッチ１５を制御する。

以上において、バイパスリレー２０は本発明における「バイパス素子」の一例であり、ＣＰＵ１３は本発明における「制御部」の一例である。

次に、上述した構成からなる電源装置１００の動作につき、図２〜図６を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、イグニッションスイッチＳＷ、メインリレー１０の接点Ｙａ、バイパスリレー２０の接点Ｙｂ、第１スイッチ１５、および第２スイッチ１６に関し、接点の閉じた状態を「ＯＮ」と表記し、接点の開いた状態を「ＯＦＦ」と表記する。

車両が停止しているときは、電源装置１００は図２に示した状態＃１にある。すなわち、イグニッションスイッチＳＷはＯＦＦであり、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０にイグニッション信号は入力されない。また、昇圧要求信号発生部４の出力トランジスタＱ２もＯＦＦであるので、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０に昇圧要求信号は入力されない。

この状態下では、ＣＰＵ１３は、メインリレー１０、昇圧回路１１、および第１スイッチ１５のいずれも駆動しない。このため、メインリレー１０の接点ＹａはＯＦＦであり、昇圧回路１１は非昇圧状態であり、第１スイッチ１５はＯＦＦである。また、昇圧要求信号発生部４の出力トランジスタＱ２がＯＦＦのため、トランジスタＱ１もＯＦＦであり、第２スイッチ１６に駆動信号が与えられないので、第２スイッチ１６はＯＦＦである。したがって、バイパスリレー２０のコイルＸｂに通電は行われないので、バイパスリレー２０の接点ＹｂはＯＮとなっている。この結果、図２に太矢印で示したように、バッテリ１からバイパスリレー２０の接点Ｙｂを介して負荷２へ至る電流経路が形成され、バッテリ１の電圧が、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０を経由せずに直接負荷２へ供給される。

車両が走行中のときは、電源装置１００は図３に示した状態＃２にある。すなわち、イグニッションスイッチＳＷがＯＮとなって、バッテリ１からイグニッションスイッチＳＷを介して、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０にＨレベルのイグニッション信号が入力される。このイグニッション信号は、ダイオードＤ２および入力インタフェース１２を介して、ＣＰＵ１３へ与えられる。一方、昇圧要求信号発生部４の出力トランジスタＱ２はＯＦＦであるので、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０に昇圧要求信号は入力されない。

この状態下では、イグニッションスイッチＳＷからのイグニッション信号が、入力インタフェース１２を介してＣＰＵ１３へ入力されても、ＣＰＵ１３は、メインリレー１０、昇圧回路１１、および第１スイッチ１５のいずれも駆動しない。このため、メインリレー１０の接点ＹａはＯＦＦであり、昇圧回路１１は非昇圧状態であり、第１スイッチ１５はＯＦＦである。すなわち、図３の状態＃２は、イグニッションスイッチＳＷがＯＮしている点を除いて、図２の状態＃１と同じ状態にある。

また、車両が信号待ちなどでアイドリングストップ状態となった場合も、アイドリングストップが解除されるまでは、図３の状態＃２が維持される。

車両がアイドリングストップ状態となった後、アイドリングストップが解除されてエンジンが再始動すると、電源装置１００は、一時的に図４の状態＃３となった後、図５の状態＃４に遷移する。まず、図４について説明する。アイドリングストップ後にエンジンが再始動すると、昇圧要求信号発生部４の出力トランジスタＱ２がＯＮとなり、昇圧要求信号発生部４からＬ（Low）レベルの昇圧要求信号が出力される。この昇圧要求信号は、ダイオードＤ３および入力インタフェース１２を介して、ＣＰＵ１３へ与えられるとともに、ダイオードＤ４および抵抗Ｒ１を介して、トランジスタＱ１のベースに与えられる。一方、イグニッションスイッチＳＷは、引き続きＯＮとなっている。

トランジスタＱ１は、昇圧要求信号によってベースが低電位となるので、ＯＮになる。このため、昇圧要求信号がトランジスタＱ１でＨレベルに反転されて第２スイッチ１６に与えられ、第２スイッチ１６がＯＮする。一方、ＣＰＵ１３は、昇圧要求信号に応答して、当該信号の入力からＣＰＵ１３において信号入力が確定するまでの時間（以下「入力確定時間」という。）より若干長い時間だけ遅れて、第１スイッチ１５に切替信号を出力する。したがって、第１スイッチ１５は即時にＯＮとはならない。このため、バイパスリレー２０のコイルＸｂに通電は行われず、接点ＹｂはＯＮのままで、図４の太矢印で示す電流経路が維持される。

また、ＣＰＵ１３は、昇圧要求信号に応答して、入力確定時間だけ遅れてメインリレー１０を駆動する。その結果、バッテリ１からメインリレー１０のコイルＸａに通電が行われ、接点ＹａがＯＮとなる。なお、この時点では、ＣＰＵ１３は昇圧回路１１を駆動しないので、昇圧回路１１は非昇圧状態を維持している。

上記のように、図４の状態＃３では、一時的に、バイパスリレー２０の接点Ｙｂと、メインリレー１０の接点Ｙａとが共にＯＮとなる。その結果、バッテリ１から接点Ｙｂを介して負荷２へ至る電流経路（実線矢印）と、バッテリ１から接点Ｙａ、コイルＬおよびダイオードＤ１を介して負荷２へ至る電流経路（破線矢印）とが形成される。

その後、ＣＰＵ１３から出力される切替信号により、第１スイッチ１５が駆動されてＯＮすると、電源装置１００は図５の状態＃４となる。この状態では、第１スイッチ１５と第２スイッチ１６とが共にＯＮであるので、バッテリ１からバイパスリレー２０のコイルＸｂに通電が行われ、バイパスリレー２０の接点ＹｂはＯＦＦとなる。また、ＣＰＵ１３は、第１スイッチ１５をＯＮにすると同時に、昇圧回路１１のスイッチング素子Ｕを駆動するので、昇圧回路１１が動作して昇圧状態となる。この結果、図５に太矢印で示したように、バッテリ１からＤＣ−ＤＣコンバータ３０を経由して負荷２へ至る電流経路が形成され、バッテリ１の電圧が昇圧回路１１で昇圧されて、負荷２へ供給される。これにより、エンジン再始動時のバッテリ１の電圧低下が補償される。

エンジンが再始動した後、車両が通常の走行状態になると、電源装置１００は、一時的に図６の状態＃５を経て、図３の状態＃２に遷移する。通常の走行状態になると、昇圧要求信号発生部４の出力トランジスタＱ２がＯＦＦとなり、昇圧要求信号発生部４から昇圧要求信号が出力されなくなる。このため、図６に示すように、トランジスタＱ１がＯＦＦとなって、第２スイッチ１６がＯＦＦする。これにより、バイパスリレー２０のコイルＸｂに通電が行われなくなるので、バイパスリレー２０の接点ＹｂがＯＮとなる。また、ＣＰＵ１３は、昇圧要求信号がなくなったことに応答して、メインリレー１０と昇圧回路１１と第１スイッチ１５の駆動を停止する。この場合、ＣＰＵ１３は、入力確定時間だけ遅れて昇圧回路１１を非昇圧状態にする。また、ＣＰＵ１３は、入力確定時間よりも若干長い時間だけ遅れて、メインリレー１０のコイルＸａへの通電を停止するとともに、第１スイッチ１５への切替信号の出力を停止する。このため、メインリレー１０の接点Ｙａおよび第１スイッチ１５は即時にＯＦＦとはならない。

したがって、図６の状態＃５では、一時的に、バイパスリレー２０の接点Ｙｂと、メインリレー１０の接点Ｙａとが共にＯＮとなる。その結果、バッテリ１から接点Ｙｂを介して負荷２へ至る電流経路（実線矢印）と、バッテリ１から接点Ｙａ、コイルＬおよびダイオードＤ１を介して負荷２へ至る電流経路（破線矢印）とが形成される。

その後、メインリレー１０の接点Ｙａおよび第１スイッチ１５がＯＦＦすると、図３の状態＃２となり、バッテリ１の電圧が、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０を経由せずに、バイパスリレー２０の接点Ｙｂを介して直接負荷２へ供給される。

そして、車両が停止すると、イグニッションスイッチＳＷがＯＦＦとなり、電源装置１００は図２の状態＃１に遷移する。

このようにして、車両の状態に応じて、電源装置１００は状態＃１〜＃５を遷移する。

図７は、以上説明した電源装置１００の動作をタイムチャートで表したものである。

時刻ｔ１までは車両は停止状態にある。このとき、イグニッションスイッチＳＷからのイグニッション信号は無く、昇圧要求信号発生部４からの昇圧要求信号は無く、昇圧回路１１は非昇圧状態となっている。また、ＣＰＵ１３からの切替信号は無く、メインリレー１０の接点Ｙａ、第１スイッチ１５、および第２スイッチ１６はいずれもＯＦＦとなっており、バイパスリレー２０の接点ＹｂはＯＮとなっている（状態＃１；図２）。

時刻ｔ１でイグニッションスイッチＳＷがＯＮになり、車両が走行を開始すると、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０にイグニッション信号が入力される。しかし、メインリレー１０、第１スイッチ１５、第２スイッチ１６、バイパスリレー２０の状態に変化はなく、昇圧回路１１も非昇圧状態を維持する（状態＃２；図３）。この状態は、車両がアイドリングストップ状態となっても維持される。

時刻ｔ２でアイドリングストップが解除され、エンジンが再始動すると、昇圧要求信号発生部４から昇圧要求信号が出力される。この信号によって、トランジスタＱ１がＯＮとなり、第２スイッチ１６もＯＮとなる。それから前述の入力確定時間τ１だけ遅れて、時刻ｔ３でメインリレー１０の接点ＹａがＯＮとなる（状態＃３；図４）。

そして、時刻ｔ４になると、ＣＰＵ１３から切替信号が出力されて、第１スイッチ１５がＯＮとなり、第１スイッチ１５と第２スイッチ１６が共にＯＮとなる結果、バッテリ１からバイパスリレー２０のコイルＸｂに通電が行われて、接点ＹｂがＯＦＦとなる。また、昇圧回路１１がＣＰＵ１３により駆動され、昇圧状態となる。これにより、バッテリ１からＤＣ−ＤＣコンバータ３０を経由して負荷２へ電圧が供給される（状態＃４；図５）。したがって、図７で一点鎖線（Ａ部）で示すように、エンジン再始動により１２〔Ｖ〕以下に低下したバッテリ１の電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０で昇圧され、１２〔Ｖ〕以上の元のレベルまで回復する。

時刻ｔ５で車両が通常の走行状態になると、昇圧要求信号発生部４からの昇圧要求信号がなくなり、トランジスタＱ１がＯＦＦとなって、第２スイッチ１６もＯＦＦとなる。これにより、バイパスリレー２０のコイルＸｂへの通電が断たれ、接点ＹｂがＯＮとなる。その後、入力確定時間τ２が経過して時刻ｔ６になると、昇圧回路１１が非昇圧状態となる（状態＃５；図６）。

時刻ｔ７になると、ＣＰＵ１３からの切替信号がなくなり、第１スイッチ１５がＯＦＦするとともに、メインリレー１０の接点ＹａがＯＦＦとなる。これにより、バッテリ１からバイパスリレー２０の接点Ｙｂを介して、負荷２へ電圧が供給される（状態＃２；図３）。

時刻ｔ８で車両が停止すると、イグニッション信号がなくなるが、メインリレー１０、第１スイッチ１５、第２スイッチ１６、バイパスリレー２０の状態に変化はなく、昇圧回路１１も非昇圧状態を維持する（状態＃１；図２）。

図８は、以上説明した動作における制御ロジックを、テーブルにまとめたものである。

上述した第１実施形態によれば、切替回路１４に、ＣＰＵ１３からの切替信号と、昇圧要求信号発生部４からの昇圧要求信号とが共に入力された場合にのみ、第１スイッチ１５と第２スイッチ１６が共にＯＮとなって、バイパスリレー２０のコイルＸｂに通電が行われ、接点ＹｂがＯＦＦとなる。このため、回路の故障や素子自身の故障により、第１スイッチ１５と第２スイッチ１６のいずれかが誤動作でＯＮとなっても、他方がＯＦＦである限り、バイパスリレー２０のコイルＸｂに通電は行われず、接点ＹｂはＯＦＦしない。これにより、バッテリ１から負荷２への電圧供給が断たれるという事態を回避することができ、負荷２への通電を継続することができる。

また、本実施形態では、第１スイッチ１５は、イグニッション信号および昇圧要求信号に基づいてＣＰＵ１３が出力する切替信号によりＯＮ・ＯＦＦし、第２スイッチ１６は、ＣＰＵ１３を介さずに、昇圧要求信号によりＯＮ・ＯＦＦするようになっている。このため、ＣＰＵ１３が故障して、第１スイッチ１５が誤動作によりＯＮになっても、第２スイッチ１６はＯＦＦ状態を維持する。したがって、ＣＰＵ１３の故障の影響を受けずに、バッテリ１から負荷２へ電圧を供給することができる。

次に、本発明の第２実施形態を図９〜図１６により説明する。まず、第２実施形態の電源装置２００の構成につき、図９を参照しながら説明する。

図９においては、図１の切替回路１４に代えて、切替回路１７が設けられている。切替回路１７は、バイパスリレー２０のコイルＸｂと直列に接続された第３スイッチ１８と、この第３スイッチ１８のＯＮ・ＯＦＦを制御するトランジスタＱ３とを有している。第３スイッチ１８は、トランジスタやＦＥＴから構成されている。トランジスタＱ３は、本発明における第４スイッチに相当する。第４スイッチとして、ＦＥＴを用いてもよい。

第３スイッチ１８の一端は、バイパスリレー２０の接点Ｙｂを介してバッテリ１の正極に接続されているとともに、昇圧回路１１の出力側に接続されている。第３スイッチ１８の他端は、バイパスリレー２０のコイルＸｂの一端に接続されている。コイルＸｂの他端は、グランドに接地されている。

トランジスタＱ３のコレクタは、抵抗Ｒ３を介してＣＰＵ１３の出力に接続されているとともに、第３スイッチ１８の入力に接続されている。トランジスタＱ３のベースは、抵抗Ｒ５およびダイオードＤ４を介して、昇圧要求信号発生部４に接続されているとともに、抵抗Ｒ５および抵抗Ｒ４を介して、直流電源Ｂに接続されている。トランジスタＱ３のエミッタは、グランドに接地されている。トランジスタＱ３のベース・エミッタ間には抵抗Ｒ６が接続されている。

その他の構成については、図１と同じであるので、図１と同一部分に同一符号を付して、説明は省略する。

次に、電源装置２００の動作につき、図１０〜図１４を参照しながら説明する。なお、以下の説明でも、イグニッションスイッチＳＷ、メインリレー１０の接点Ｙａ、バイパスリレー２０の接点Ｙｂ、および第３スイッチ１８に関し、接点の閉じた状態を「ＯＮ」と表記し、接点の開いた状態を「ＯＦＦ」と表記する。

車両が停止しているときは、電源装置２００は図１０に示した状態＃１にある。すなわち、イグニッションスイッチＳＷはＯＦＦであり、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０にイグニッション信号は入力されない。また、昇圧要求信号発生部４の出力トランジスタＱ２もＯＦＦであるので、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０に昇圧要求信号は入力されない。

この状態下では、ＣＰＵ１３は、メインリレー１０、昇圧回路１１、および第３スイッチ１８のいずれも駆動しない。このため、メインリレー１０の接点ＹａはＯＦＦであり、昇圧回路１１は非昇圧状態であり、第３スイッチ１８はＯＦＦである。また、昇圧要求信号発生部４の出力トランジスタＱ２がＯＦＦのため、トランジスタＱ３は、ベースが高電位となってＯＮしている。第３スイッチ１８がＯＦＦであるので、バイパスリレー２０のコイルＸｂに通電は行われず、バイパスリレー２０の接点ＹｂはＯＮとなっている。この結果、図１０に太矢印で示したように、バッテリ１からバイパスリレー２０の接点Ｙｂを介して負荷２へ至る電流経路が形成され、バッテリ１の電圧が、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０を経由せずに直接負荷２へ供給される。

車両が走行中のときは、電源装置２００は図１１に示した状態＃２にある。すなわち、イグニッションスイッチＳＷがＯＮとなって、バッテリ１からイグニッションスイッチＳＷを介して、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０にＨレベルのイグニッション信号が入力される。このイグニッション信号は、ダイオードＤ２および入力インタフェース１２を介して、ＣＰＵ１３へ与えられる。一方、昇圧要求信号発生部４の出力トランジスタＱ２はＯＦＦであるので、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０に昇圧要求信号は入力されない。

この状態下では、イグニッションスイッチＳＷからのイグニッション信号が、入力インタフェース１２を介してＣＰＵ１３へ入力されても、ＣＰＵ１３は、メインリレー１０、昇圧回路１１、および第３スイッチ１８のいずれも駆動しない。このため、メインリレー１０の接点ＹａはＯＦＦであり、昇圧回路１１は非昇圧状態であり、第３スイッチ１８はＯＦＦである。すなわち、図１１の状態＃２は、イグニッションスイッチＳＷがＯＮしている点を除いて、図１０の状態＃１と同じ状態にある。

また、車両が信号待ちなどでアイドリングストップ状態となった場合も、アイドリングストップが解除されるまでは、図１１の状態＃２が維持される。

車両がアイドリングストップ状態となった後、アイドリングストップが解除されてエンジンが再始動すると、電源装置２００は、一時的に図１２の状態＃３となった後、図１３の状態＃４に遷移する。まず、図１２について説明する。アイドリングストップ後にエンジンが再始動すると、昇圧要求信号発生部４の出力トランジスタＱ２がＯＮとなり、昇圧要求信号発生部４からＬ（Low）レベルの昇圧要求信号が出力される。この昇圧要求信号は、ダイオードＤ３および入力インタフェース１２を介して、ＣＰＵ１３へ与えられるとともに、ダイオードＤ４および抵抗Ｒ５を介して、トランジスタＱ３のベースに与えられる。一方、イグニッションスイッチＳＷは、引き続きＯＮとなっている。

トランジスタＱ３は、昇圧要求信号によってベースが低電位となるので、ＯＦＦになる。一方、ＣＰＵ１３は、昇圧要求信号に応答して、当該信号の入力からＣＰＵ１３において信号入力が確定するまでの時間（入力確定時間）より若干長い時間だけ遅れて、第３スイッチ１８に切替信号を出力する。したがって、第３スイッチ１８は即時にＯＮとはならない。このため、バイパスリレー２０のコイルＸｂに通電は行われず、接点ＹｂはＯＮのままで、図１２の太矢印で示す電流経路が維持される。

また、ＣＰＵ１３は、昇圧要求信号に応答して、入力確定時間だけ遅れてメインリレー１０を駆動する。その結果、バッテリ１からメインリレー１０のコイルＸａに通電が行われ、接点ＹａがＯＮとなる。なお、この時点では、ＣＰＵ１３は昇圧回路１１を駆動しないので、昇圧回路１１は非昇圧状態を維持している。

上記のように、図１２の状態＃３では、一時的に、バイパスリレー２０の接点Ｙｂと、メインリレー１０の接点Ｙａとが共にＯＮとなる。その結果、バッテリ１から接点Ｙｂを介して負荷２へ至る電流経路（実線矢印）と、バッテリ１から接点Ｙａ、コイルＬおよびダイオードＤ１を介して負荷２へ至る電流経路（破線矢印）とが形成される。

その後、ＣＰＵ１３から出力される切替信号により、第３スイッチ１８が駆動されてＯＮすると、電源装置２００は図１３の状態＃４となる。この状態では、バッテリ１からメインリレー１０の接点Ｙａ、昇圧回路１１、および第３スイッチ１８を通して、バイパスリレー２０のコイルＸｂに通電が行われ、バイパスリレー２０の接点ＹｂはＯＦＦとなる。また、ＣＰＵ１３は、第３スイッチ１８をＯＮにすると同時に、昇圧回路１１のスイッチング素子Ｕを駆動するので、昇圧回路１１が動作して昇圧状態となる。この結果、図１３に太矢印で示したように、バッテリ１からＤＣ−ＤＣコンバータ３０を経由して負荷２へ至る電流経路が形成され、バッテリ１の電圧が昇圧回路１１で昇圧されて、負荷２へ供給される。これにより、エンジン再始動時のバッテリ１の電圧低下が補償される。

エンジンが再始動した後、車両が通常の走行状態になると、電源装置２００は、一時的に図１４の状態＃５を経て、図１１の状態＃２に遷移する。通常の走行状態になると、昇圧要求信号発生部４の出力トランジスタＱ２がＯＦＦとなり、昇圧要求信号発生部４から昇圧要求信号が出力されなくなる。このため、図１４に示すように、トランジスタＱ３がＯＮとなって、ＣＰＵ１３からの切替信号が第３スイッチ１８に入力されなくなるので、第３スイッチ１８がＯＦＦする。これにより、バイパスリレー２０のコイルＸｂに通電が行われなくなるので、バイパスリレー２０の接点ＹｂがＯＮとなる。また、ＣＰＵ１３は、昇圧要求信号がなくなったことに応答して、メインリレー１０と昇圧回路１１の駆動を停止する。この場合、ＣＰＵ１３は、入力確定時間だけ遅れて昇圧回路１１を非昇圧状態にする。また、ＣＰＵ１３は、入力確定時間よりも若干長い時間だけ遅れて、メインリレー１０のコイルＸａへの通電を停止する。このため、メインリレー１０の接点Ｙａは即時にＯＦＦとはならない。

したがって、図１４の状態＃５では、一時的に、バイパスリレー２０の接点Ｙｂと、メインリレー１０の接点Ｙａとが共にＯＮとなる。その結果、バッテリ１から接点Ｙｂを介して負荷２へ至る電流経路（実線矢印）と、バッテリ１から接点Ｙａ、コイルＬおよびダイオードＤ１を介して負荷２へ至る電流経路（破線矢印）とが形成される。

その後、メインリレー１０の接点ＹａがＯＦＦになると、図１１の状態＃２となり、バッテリ１の電圧が、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０を経由せずに、バイパスリレー２０の接点Ｙｂを介して直接負荷２へ供給される。

そして、車両が停止すると、イグニッションスイッチＳＷがＯＦＦとなり、電源装置２００は図１０の状態＃１に遷移する。

このようにして、車両の状態に応じて、電源装置２００は状態＃１〜＃５を遷移する。

図１５は、以上説明した電源装置２００の動作をタイムチャートで表したものである。

時刻ｔ１までは車両は停止状態にある。このとき、イグニッションスイッチＳＷからのイグニッション信号は無く、昇圧要求信号発生部４からの昇圧要求信号は無く、昇圧回路１１は非昇圧状態となっている。また、ＣＰＵ１３からの切替信号は無く、メインリレー１０の接点Ｙａ、および第３スイッチ１８はいずれもＯＦＦとなっており、トランジスタＱ３（第４スイッチ）はＯＮとなっており、バイパスリレー２０の接点ＹｂはＯＮとなっている（状態＃１；図１０）。

時刻ｔ１でイグニッションスイッチＳＷがＯＮになり、車両が走行を開始すると、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０にイグニッション信号が入力される。しかし、メインリレー１０、第３スイッチ１８、トランジスタＱ３、バイパスリレー２０の状態に変化はなく、昇圧回路１１も非昇圧状態を維持する（状態＃２；図１１）。この状態は、車両がアイドリングストップ状態となっても維持される。

時刻ｔ２でアイドリングストップが解除され、エンジンが再始動すると、昇圧要求信号発生部４から昇圧要求信号が出力される。この信号によって、トランジスタＱ３がＯＦＦとなる。それから入力確定時間τ１だけ遅れて、時刻ｔ３でメインリレー１０の接点ＹａがＯＮとなる（状態＃３；図１２）。

そして、時刻ｔ４になると、ＣＰＵ１３から切替信号が出力されて、第３スイッチ１８がＯＮとなり、バッテリ１からバイパスリレー２０のコイルＸｂに通電が行われて、接点ＹｂがＯＦＦとなる。また、昇圧回路１１がＣＰＵ１３により駆動され、昇圧状態となる。これにより、バッテリ１からＤＣ−ＤＣコンバータ３０を経由して負荷２へ電圧が供給される（状態＃４；図１３）。したがって、図１５で一点鎖線（Ａ部）で示すように、エンジン再始動により１２〔Ｖ〕以下に低下したバッテリ１の電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０で昇圧され、１２〔Ｖ〕以上の元のレベルまで回復する。

時刻ｔ５で車両が通常の走行状態になると、昇圧要求信号発生部４からの昇圧要求信号がなくなり、トランジスタＱ３がＯＮする結果、第３スイッチ１８がＯＦＦとなる。これにより、バイパスリレー２０のコイルＸｂへの通電が断たれ、接点ＹｂがＯＮとなる。その後、入力確定時間τ２が経過して時刻ｔ６になると、昇圧回路１１が非昇圧状態となり、ＣＰＵ１３からの切替信号も停止する（状態＃５；図１４）。

時刻ｔ７になると、メインリレー１０の接点ＹａがＯＦＦとなり、バッテリ１からバイパスリレー２０の接点Ｙｂを介して、負荷２へ電圧が供給される（状態＃２；図１１）。

時刻ｔ８で車両が停止すると、イグニッション信号がなくなるが、メインリレー１０、第３スイッチ１８、トランジスタＱ３、およびバイパスリレー２０の状態に変化はなく、昇圧回路１１も非昇圧状態を維持する（状態＃１；図１０）。

図１６は、以上説明した動作における制御ロジックを、テーブルにまとめたものである。

上述した第２実施形態によれば、切替回路１７に、ＣＰＵ１３からの切替信号と、昇圧要求信号発生部４からの昇圧要求信号とが共に入力された場合にのみ、第３スイッチ１８がＯＮとなって、バイパスリレー２０のコイルＸｂに通電が行われ、接点ＹｂがＯＦＦとなる。このため、回路の故障により、例えばＣＰＵ１３から誤って切替信号が出力されても、昇圧要求信号発生部４から昇圧要求信号が出力されない限り、第３スイッチ１８はＯＮしない。したがって、バイパスリレー２０のコイルＸｂに通電は行われず、接点ＹｂはＯＦＦしない。また、昇圧要求信号発生部４から誤って昇圧要求信号が出力されても、ＣＰＵ１３から切替信号が出力されない限り、第３スイッチ１８はＯＮしない。したがって、バイパスリレー２０のコイルＸｂに通電は行われず、接点ＹｂはＯＦＦしない。以上により、バッテリ１から負荷２への電圧供給が断たれるという事態を回避することができ、負荷２への通電を継続することができる。

また、本実施形態では、バイパスリレー２０のコイルＸｂの一端が、第３スイッチ１８を介して、昇圧回路１１の出力側に接続されている。このため、第３スイッチ１８がＯＮした場合に、昇圧回路１１で昇圧された電圧が、第３スイッチ１８を介してコイルＸｂに印加される。これにより、コイルＸｂに十分な電流が流れ、バイパスリレー２０の接点Ｙｂが確実にＯＦＦして、負荷２への電圧供給経路を昇圧回路１１側へ切り替えることができる。

本発明では、上述した以外にも種々の実施形態を採用することができる。例えば、第１実施形態（図１）において、バイパスリレー２０のコイルＸｂへの通電経路を、第２実施形態（図９）のように構成してもよい。具体的には、コイルＸｂの一端を、切替回路１４を介して昇圧回路１１の出力側に接続するとともに、コイルＸｂの他端をグランドに接地してもよい。

また、図９においては、ＣＰＵ１３から切替信号が出力され、かつ、第４スイッチであるトランジスタＱ３がＯＦＦであるときに、第３スイッチ１８がＯＮする回路構成とした。これに代えて、ＣＰＵ１３から切替信号が出力され、かつ、第４スイッチであるトランジスタがＯＮであるときに、第３スイッチ１８がＯＮする回路構成を採用してもよい。この場合は、例えば、抵抗Ｒ３と第３スイッチ１８との間に、コレクタが抵抗Ｒ３に接続され、エミッタが第３スイッチ１８に接続されたトランジスタ（図示省略）を設ければよい。

また、上記各実施形態では、バイパス素子としてバイパスリレー２０を用いたが、リレーに代えて、大電流開閉用の半導体スイッチング素子を用いてもよい。同様に、昇圧回路１１をバッテリ１に対して接断する素子として、メインリレー１０の代わりに、半導体スイッチング素子を用いることも可能である。

また、上記各実施形態では、車両に搭載される負荷に直流電圧を供給する電源装置を例に挙げたが、本発明は、これ以外の用途にも適用することができる。

さらに、上記各実施形態では、エンジン再始動時のバッテリ電圧の低下を補償する例を挙げたが、特許文献４のように、電気自動車のモータの高速回転時の逆起電力によるバッテリ電圧の低下を補償する場合にも、本発明は適用が可能である。

１ バッテリ（直流電源）
２ 負荷
４ 昇圧要求信号発生部
１０ メインリレー
１１ 昇圧回路
１３ ＣＰＵ（制御部）
１４ 切替回路
１５ 第１スイッチ
１６ 第２スイッチ
１７ 切替回路
１８ 第３スイッチ
２０ バイパスリレー（バイパス素子）
３０ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１００、２００ 電源装置
Ｑ３ トランジスタ（第４スイッチ）
ＳＷ イグニッションスイッチ
Ｘａ メインリレーのコイル
Ｙａ メインリレーの接点
Ｘｂ バイパスリレーのコイル
Ｙｂ バイパスリレーの接点

Claims (6)

1. 直流電源と負荷との間に設けられ、前記直流電源の電圧を昇圧して前記負荷へ供給する昇圧回路と、
   前記直流電源と前記負荷との間に設けられ、前記昇圧回路に対してバイパス経路を構成するバイパス素子と、
   外部から入力される第１信号および第２信号に基づいて、前記昇圧回路の動作を制御するとともに切替信号を出力する制御部と、
   前記切替信号および前記第２信号に基づいて、前記バイパス素子の状態を切り替える切替回路と、
   を備え、
   前記切替回路は、
   前記切替信号および前記第２信号の一方または双方が入力されない場合は、前記直流電源から前記バイパス素子を介して前記負荷へ電圧が供給されるように、当該バイパス素子の状態を切り替え、
   前記切替信号および前記第２信号が共に入力された場合は、前記直流電源から前記昇圧回路を介して前記負荷へ電圧が供給されるように、前記バイパス素子の状態を切り替えることを特徴とする電源装置。
2. 請求項１に記載の電源装置において、
   前記バイパス素子は、コイルと接点とを有する常閉型のバイパスリレーであり、
   前記切替回路は、前記バイパスリレーのコイルと直列に接続された第１スイッチと、当該第１スイッチと直列に接続された第２スイッチとを含み、
   前記切替信号に基づいて前記第１スイッチがＯＮし、かつ、前記第２信号に基づいて前記第２スイッチがＯＮすることにより、前記第１および第２スイッチを介して前記バイパスリレーのコイルに通電が行われ、前記接点が開くことを特徴とする電源装置。
3. 請求項１に記載の電源装置において、
   前記バイパス素子は、コイルと接点とを有する常閉型のバイパスリレーであり、
   前記切替回路は、前記バイパスリレーのコイルと直列に接続された第３スイッチと、当該第３スイッチのＯＮ・ＯＦＦを制御する第４スイッチとを含み、
   前記第２信号に基づいて前記第４スイッチがＯＮまたはＯＦＦし、かつ、前記制御部から前記切替信号が出力されることにより、前記第３スイッチがＯＮして、当該第３スイッチを介して前記バイパスリレーのコイルに通電が行われ、前記接点が開くことを特徴とする電源装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の電源装置において、
   前記第２信号に基づいて動作する常開型のメインリレーを更に備え、
   前記昇圧回路と直列に前記メインリレーの接点が接続されており、
   前記昇圧回路および前記メインリレーの接点に対して、前記バイパスリレーの接点が並列に接続されていることを特徴とする電源装置。
5. 請求項２または請求項３に記載の電源装置において、
   前記バイパスリレーの前記コイルの一端が、前記切替回路を介して、前記昇圧回路の出力側に接続されていることを特徴とする電源装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電源装置において、
   前記第１信号は、車両のイグニッションスイッチの操作に基づいて生成されるイグニッション信号であり、
   前記第２信号は、車両がアイドリングストップ状態となった後、エンジンが再始動する際に生成される昇圧要求信号であることを特徴とする電源装置。

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