JP2013239012A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部電源の電圧が最も出力電圧の大きいシリーズ電源回路の最低入力電圧まで低下しても複数の電圧を確実に出力できる電源装置を提供する。
【解決手段】最も出力電圧の大きいシリーズ電源回路１２、１３とシリーズ電源回路１４はバッテリＢに接続される。シリーズ電源回路１４の最低入力電圧はシリーズ電源回路１２、１３より小さい。そのため、バッテリＢの電圧がシリーズ電源回路１２、１３の最低入力電圧まで低下しても電圧を出力できる。シリーズ電源回路１５はスイッチング電源回路１１に接続される。シリーズ電源回路１５の最低入力電圧はシリーズ電源回路１２、１３より小さい。そのため、バッテリＢの電圧がシリーズ電源回路１２、１３の最低入力電圧まで低下しスイッチング電源回路１１に電圧降下があっても電圧を出力できる。従って、バッテリＢの電圧がシリーズ電源回路１２、１３の最低入力電圧まで低下しても複数の電圧を確実に出力できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力電圧を降圧して出力するスイッチング電源回路及び複数のシリーズ電源回路を備え、外部電源の出力電圧を複数の電圧に降圧して出力する電源装置に関する。

従来、入力電圧を降圧して出力するスイッチング電源回路及び複数のシリーズ電源回路を備え、外部電源の出力電圧を複数の電圧に降圧して出力する電源装置として、例えば特許文献１に開示されている電源装置がある。

この電源装置は、外部電源の出力電圧を、２種類の電圧に降圧して出力する装置である。電源装置は、スイッチング電源回路と、２つのシリーズ電源回路とを備えている。

スイッチング電源回路は、外部電源の出力電圧を６Ｖに降圧して出力する回路である。スイッチング電源回路の入力端子は、外部電源の出力端子に接続されている。第１のシリーズ電源回路は、スイッチング電源回路の出力電圧６Ｖを、Ｉ／Ｏポートの動作電圧である５Ｖに降圧して出力する回路である。第２のシリーズ電源回路は、スイッチング電源回路の出力電圧６Ｖを、コアの動作電圧である１．２Ｖに降圧して出力する回路である。第１のシリーズ電源回路及び第２のシリーズ電源回路の入力端子は、スイッチング電源回路の出力端子に接続されている。また、第１のシリーズ電源回路の出力端子はＩ／Ｏポートに、第２のシリーズ電源回路の出力端子はコアにそれぞれ接続されている。

これにより、外部電源の出力電圧を、５Ｖ及び１．２Ｖに降圧してＩ／Ｏ及びコアに供給することができる。

特開２００８−２８９２５４号公報

ところで、シリーズ電源回路は、入力電圧が最低入力電圧まで低下しても、出力すべき電圧を出力することができる。ここで、最低入力電圧は、出力すべき電圧を出力するために必要とされる入力電圧の最低値である。最低入力電圧は、シリーズ電源回路に電圧降下があるため出力すべき電圧より高く、出力すべき電圧が小さいほど小さくなる。

前述した電源装置において、外部電源の出力電圧が最も出力電圧の大きい第１のシリーズ電源回路の最低入力電圧まで低下すると、スイッチング電源回路は、第１のシリーズ電源回路の最低入力電圧を出力できなくなる。これは、スイッチング電源回路に電圧降下があるためである。そのため、外部電源の出力電圧が第１のシリーズ電源回路の最低入力電圧であるにも関わらず、第１のシリーズ電源回路は、５Ｖを出力できなくなってしまうという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、外部電源の出力電圧が最も出力電圧の大きいシリーズ電源回路の最低入力電圧まで低下しても、出力すべき複数の電圧を確実に出力することができる電源装置を提供することを目的とする。

本発明は、入力電圧を降圧して出力するスイッチング電源回路及び複数のシリーズ電源回路を備え、外部電源の出力電圧を複数の電圧に降圧して出力する電源装置において、スイッチング電源回路は、外部電源に接続され、外部電源の出力電圧を降圧して出力し、複数のシリーズ電源回路のうち、少なくとも最も出力電圧の大きいシリーズ電源回路は、外部電源に接続され、外部電源の出力電圧を降圧して出力し、複数のシリーズ電源回路のうち、外部電源に接続されるシリーズ電源回路以外のシリーズ電源回路は、スイッチング電源回路に接続され、スイッチング電源回路の出力電圧を降圧して出力することを特徴とする。

この構成によれば、最も出力電圧の大きいシリーズ電源回路は、外部電源に接続されている。そのため、外部電源の出力電圧が最も出力電圧の大きいシリーズ電源回路の最低入力電圧まで低下しても、最も出力電圧の大きいシリーズ電源回路は、出力すべき電圧を出力することができる。最も出力電圧の大きいシリーズ電源回路以外のシリーズ電源回路の最低入力電圧は、最も出力電圧の大きいシリーズ電源回路の最低入力電圧より低い。そのため、外部電源に接続されている場合、外部電源の出力電圧が最も出力電圧の大きいシリーズ電源回路の最低入力電圧まで低下しても、出力するべき電圧を出力することができる。また、スイッチング電源回路に接続されている場合、外部電源の出力電圧が最も出力電圧の大きいシリーズ電源回路の最低入力電圧まで低下し、スイッチング電源回路に電圧降下があっても、出力すべき電圧を出力することができる。従って、外部電源の出力電圧が最も出力電圧の大きいシリーズ電源回路の最低入力電圧まで低下しても、電源装置は、出力すべき複数の電圧を確実に出力することができる。

本実施形態における電源装置の回路図である。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電源装置を、アイドリングストップ機能を備えた車両において、車両のブレーキを制御するブレーキ制御装置に用いられる電源装置に適用した例を示す。

まず、図１を参照して本実施形態の電源装置の構成について説明する。

図１に示す電源装置１は、バッテリＢ（外部電源）の出力電圧を、ブレーキ制御装置が必要とする複数の動作電圧に降圧して出力する装置である。具体的には、バッテリＢの出力電圧１２Ｖを、ブレーキ制御装置が必要とする５Ｖ、３．３Ｖ及び１．２Ｖに降圧して出力する。電源装置１は、平滑回路１０と、スイッチング電源回路１１と、シリーズ電源回路１２〜１５（複数のシリーズ電源回路）とを備えている。

ここで、電源装置１が搭載される車両は、エンジンのアイドリング中に所定の自動停止条件が成立するとエンジンを自動停止させ、その後所定の再始動条件が成立すると、バッテリＢからスタータ（図略）に電力を供給してエンジンを再始動させる、いわゆるアイドリングストップ機能を備えている。そのため、バッテリＢの出力電圧が、エンジンの再始動時に６Ｖまで低下する可能性がある。そして、エンジンの再始動が完了すると徐々に上昇して定格出力電圧の１２Ｖに回復する。従って、電源装置１は、バッテリＢの出力電圧が６Ｖまで低下しても、ブレーキ制御装置が必要とする５Ｖ、３．３Ｖ及び１．２Ｖを確実に出力しなければならない。

平滑回路１０は、バッテリＢの出力電圧を平滑化する回路である。平滑回路１０は、ダイオード１００と、コイル１０１と、コンデンサ１０２とを備えている。

ダイオード１００は、バッテリＢへの電流の逆流を防止するための素子である。バッテリＢは、負極端子が接地されている。ダイオード１００のアノードは、バッテリＢの正極端子に接続されている。

コイル１０１及びコンデンサ１０２は、ローパスフィルタを構成するための素子である。コイル１０１の一端はダイオード１００のカソードに、他端はスイッチング電源回路１１及びシリーズ電源回路１２〜１４にそれぞれ接続されている。コンデンサ１０２の一端はコイル１０１の他端に接続され、他端は接地されている。

スイッチング電源回路１１は、平滑回路１０を介してバッテリＢに接続され、平滑回路１０によって平滑化されたバッテリＢの出力電圧を降圧して出力する回路である。ここで、スイッチング電源回路１１の出力電圧は、後述するバッテリＢに接続されるシリーズ電源回路１２〜１４の出力電圧５Ｖ及び３．３Ｖより低い２．５Ｖに設定されている。スイッチング電源回路１１は、ＦＥＴ１１０と、コイル１１１と、コンデンサ１１２とダイオード１１３と、制御回路１１４とを備えている。

ＦＥＴ１１０は、スイッチングすることで、コイル１１１にエネルギーを蓄積、又は、コイル１１１に蓄積されたエネルギーを放出させる素子である。ＦＥＴ１１０のソースはコイル１０１の他端に、ドレインはコイル１１１にそれぞれ接続されている。また、ゲートは制御回路１１４に接続されている。

コイル１１１は、電流が流れることでエネルギーを蓄積、又は、蓄積されたエネルギーを放出するとともに、電圧を誘起する素子である。コイル１１１の一端はＦＥＴ１１０のドレインに、他端はシリーズ電源１５にそれぞれ接続されている。

コンデンサ１１２は、コイル１１１の他端の電圧を平滑化する素子である。コンデンサ１１２の一端はコイル１１１の他端に接続され、他端は接地されている。

ダイオード１１３は、ＦＥＴ１１０がオフし、コイル１１１に蓄積されたエネルギーが放出されるときに発生する電流を流すための素子である。ダイオード１１３のカソードはコイル１１１の一端に接続され、アノードは接地されている。

制御回路１１４は、スイッチング電源回路１１の出力電圧であるコンデンサ１１２によって平滑化されたコイル１１１の他端の電圧が２．５Ｖになるように、ＦＥＴ１１０のスイッチングを制御する回路である。制御回路１１４は、コイル１１１の他端とＦＥＴ１１０のゲートにそれぞれ接続されている。

シリーズ電源回路１２（最も出力電圧の大きいシリーズ電源回路）は、平滑回路１０を介してバッテリＢに接続され、平滑回路１０によって平滑化されたバッテリＢの出力電圧を、ブレーキ制御装置が必要とする複数の動作電圧の１つである５Ｖに降圧して出力する回路である。具体的には、出力電圧５Ｖ、最大出力電流０．１Ａの回路である。シリーズ電源回路１２は、ＦＥＴ１２０と、制御回路１２１とを備えている。

ＦＥＴ１２０は、平滑回路１０によって平滑化されたバッテリＢの出力電圧を、５Ｖに降圧する素子である。ＦＥＴ１２０のソースはコイル１０１の他端に、ドレインはブレーキ制御装置の動作電圧５Ｖの回路（図略）にそれぞれ接続されている。

制御回路１２１は、シリーズ電源回路１２の出力電圧であるＦＥＴ１２０のドレイン電圧が５Ｖになるように、ＦＥＴ１２０のゲート電圧を制御する回路である。制御回路１２１は、ＦＥＴ１２０のドレインとゲートにそれぞれ接続されている。

シリーズ電源回路１３（最も出力電圧の大きいシリーズ電源回路）は、平滑回路１０を介してバッテリＢに接続され、平滑回路１０によって平滑化されたバッテリＢの出力電圧を、ブレーキ制御装置が必要とする複数の動作電圧の１つである５Ｖに降圧して出力する回路である。具体的には、出力電圧５Ｖ、最大出力電流０．０５Ａの回路である。シリーズ電源回路１３は、ＦＥＴ１３０と、制御回路１３１とを備えている。

ＦＥＴ１３０は、平滑回路１０によって平滑化されたバッテリＢの出力電圧を、５Ｖに降圧する素子である。ＦＥＴ１３０のソースはコイル１０１の他端に、ドレインはブレーキ制御装置の動作電圧５Ｖの回路（図略）にそれぞれ接続されている。

制御回路１３１は、シリーズ電源回路１３の出力電圧であるＦＥＴ１３０のドレイン電圧が５Ｖになるように、ＦＥＴ１３０のゲート電圧を制御する回路である。制御回路１３１は、ＦＥＴ１３０のドレインとゲートにそれぞれ接続されている。

シリーズ電源回路１４は、平滑回路１０を介してバッテリＢに接続され、平滑回路１０によって平滑化されたバッテリＢの出力電圧を、ブレーキ制御装置が必要とする複数の動作電圧の１つである３．３Ｖに降圧して出力する回路である。具体的には、出力電圧３．３Ｖ、最大出力電流０．０５Ａの回路である。シリーズ電源回路１４は、ＦＥＴ１４０と、制御回路１４１とを備えている。

ＦＥＴ１４０は、平滑回路１０によって平滑化されたバッテリＢの出力電圧を、３．３Ｖに降圧する素子である。ＦＥＴ１４０のソースはコイル１０１の他端に、ドレインはブレーキ制御装置の動作電圧３．３Ｖの回路（図略）にそれぞれ接続されている。

制御回路１４１は、シリーズ電源回路１４の出力電圧であるＦＥＴ１４０のドレイン電圧が３．３Ｖになるように、ＦＥＴ１４０のゲート電圧を制御する回路である。制御回路１４１は、ＦＥＴ１４０のドレインとゲートにそれぞれ接続されている。

シリーズ電源回路１５（最も最大出力電流の大きいシリーズ電源回路）は、スイッチング電源回路１１に接続され、スイッチング電源回路１１の出力する２．５Ｖを、ブレーキ制御装置が必要とする複数の動作電圧の１つである１．２Ｖに降圧して出力する回路である。具体的には、出力電圧１．２Ｖ、最大出力電流０．３Ａの回路である。シリーズ電源回路１５は、ＦＥＴ１５０と、制御回路１５１とを備えている。

ＦＥＴ１５０は、スイッチング電源回路１１の出力する２．５Ｖを、１．２Ｖに降圧する素子である。ＦＥＴ１５０のソースはコイル１１１の他端に、ドレインはブレーキ制御装置の動作電圧１．２Ｖの回路（図略）にそれぞれ接続されている。

制御回路１５１は、シリーズ電源回路１５の出力電圧である、ＦＥＴ１５０のドレイン電圧が１．２Ｖになるように、ＦＥＴ１５０のゲート電圧を制御する回路である。制御回路１５１は、ＦＥＴ１５０のドレインとゲートにそれぞれ接続されている。

ここで、ＦＥＴ１１０、１２０、１３０、１４０、１５０及び制御回路１１４、１２１、１３１、１４１、１５１は、電源ＩＣとして一体的に構成されている。

つまり、電源装置１は、複数のシリーズ電源回路１２〜１５のうち、最も出力電圧の大きいシリーズ電源回路１２、１３と、その次に出力電圧の大きいシリーズ電源回路１４が、平滑回路１０を介してバッテリＢに接続され、平滑回路１０によって平滑化されたバッテリＢの出力電圧を降圧して出力する。そして、複数のシリーズ電源回路１２〜１５のうち、最も出力電圧が大きいシリーズ電源回路１２、１３以外で、最も最大出力電流の大きいシリーズ電源回路１５が、スイッチング電源回路１１に接続され、スイッチング電源回路１１の出力電圧を降圧して出力する。

次に、図１を参照して電源装置の動作について説明する。

図１に示す平滑回路１０は、バッテリＢの出力電圧を平滑化する。具体的には、ダイオード１００が、バッテリＢへの電流の逆流を防止する。そして、コイル１０１及びコンデンサ１０２によって構成されるローパスフィルタが、バッテリＢの出力電圧を平滑化する。

シリーズ電源回路１２、１３は、平滑回路１０によって平滑化されたバッテリＢの出力電圧を５Ｖに降圧して出力する。具体的には、ＦＥＴ１２０、１３０のドレイン電圧が５Ｖになるように、制御回路１２１、１３１が、ＦＥＴ１２０、１３０のゲート電圧をそれぞれ制御する。また、シリーズ電源回路１４は、平滑回路１０によって平滑化されたバッテリＢの出力電圧を３．３Ｖに降圧して出力する。具体的には、ＦＥＴ１４０のドレイン電圧が３．３Ｖになるように、制御回路１４１が、ＦＥＴ１４０のゲート電圧を制御する。

スイッチング電源回路１１は、平滑回路１０によって平滑化されたバッテリＢの出力電圧を２．５Ｖに降圧して出力する。具体的には、コンデンサ１１２によって平滑化されたコイル１１１の他端の電圧が２．５Ｖになるように、ＦＥＴ１１０のスイッチングを制御する。

シリーズ電源回路１５は、スイッチング電源回路１１の出力する２．５Ｖを１．２Ｖに降圧して出力する。具体的には、ＦＥＴ１５０のドレイン電圧が１．２Ｖになるように、制御回路１５１が、ＦＥＴ１５０のゲート電圧を制御する。

これにより、電源装置１は、ブレーキ制御装置が必要とする５Ｖ、３．３Ｖ及び１．２Ｖの動作電圧を出力することができる。

ところで、シリーズ電源回路１２〜１５は、入力電圧が最低入力電圧まで低下しても、出力すべき電圧を出力することができる。ここで、最低入力電圧は、出力すべき電圧を出力するために必要とされる入力電圧の最低値である。最低入力電圧は、シリーズ電源回路に電圧降下があるため出力すべき電圧より高く、出力すべき電圧が小さいほど小さくなる。

電源装置１において、最も出力電圧の大きいシリーズ電源回路１２、１３は、平滑回路１０を介してバッテリＢに接続されている。そのため、バッテリＢの出力電圧がシリーズ電源回路１２、１３の最低入力電圧まで低下しても、シリーズ電源１２、１３は、出力すべき電圧を出力することができる。

シリーズ電源回路１４、１５の最低入力電圧は、シリーズ電源回路１２、１３の最低入力電圧より低い。そのため、平滑回路１０を介してバッテリＢに接続されているシリーズ電源回路１４は、バッテリＢの出力電圧がシリーズ電源回路１２、１３の最低入力電圧まで低下しても、出力すべき電圧を出力することができる。また、スイッチング電源回路１１に接続されているシリーズ電源回路１５は、バッテリＢの出力電圧がシリーズ電源回路１２、１３の最低入力電圧まで低下し、スイッチング電源回路１１に電圧降下があっても、出力すべき１．２Ｖの電圧を出力することができる。従って、バッテリＢの出力電圧が、最も出力電圧の大きいシリーズ電源回路１２、１３の最低入力電圧まで低下しても、電源装置１は、出力すべき複数の電圧を確実に出力することができる。

前述したように、電源装置１が搭載される車両は、アイドリングストップ機能を備えている。そのため、バッテリＢの出力電圧が、エンジンの再始動時に６Ｖまで低下する可能性がある。ここで、バッテリＢの最低電圧６Ｖは、最も出力電圧が大きい５Ｖを出力するシリーズ電源回路１２、１３の最低入力電圧よりわずかに大きい。そのため、バッテリＢの出力電圧が６Ｖまで低下しても、電源装置１は、出力すべき複数の電圧５Ｖ、３．３Ｖ、１．２Ｖを確実に出力することができる。

次に、効果について説明する。

本実施形態によれば、前述したように、バッテリＢの出力電圧が、最も出力電圧の大きいシリーズ電源回路１２、１３の最低入力電圧まで低下しても、電源装置１は、出力すべき複数の電圧を確実に出力することができる。

シリーズ電源回路の消費電力は、入出力電圧の電圧差と出力電流の積によって決まる。本実施形態によれば、複数のシリーズ電源回路１２〜１５のうち、最も出力電圧が大きいシリーズ電源回路１２、１３以外で、最も最大出力電流の大きいシリーズ電源回路１５が、スイッチング電源１１に接続されている。そのため、スイッチング電源回路１１によって、最も最大出力電流の大きいシリーズ電源回路１５の入力電圧を抑えることができる。そのため、最も最大出力電流の大きいシリーズ電源回路１５の入出力電圧の電圧差を抑えることができる。従って、シリーズ電源回路の消費電力を効率よく抑えることができる。

本実施形態によれば、スイッチング電源回路１１の出力電圧が、バッテリＢに接続されるシリーズ電源回路１２〜１４の出力電圧より低く設定されている。そのため、最も最大出力電流の大きいシリーズ電源回路１５の入出力電圧の電圧差を確実に抑えることができる。

本実施形態によれば、電源装置１は、アイドリングストップ機能を備えた車両に用いられ、バッテリＢの出力電圧を複数の電圧に降圧して出力する。そのため、バッテリＢの出力電圧の低下が頻繁に発生するアイドリングストップ機能を備えた車両において、バッテリＢの出力電圧が最も出力電圧の大きいシリーズ電源回路１２、１３の最低入力電圧まで低下しても、出力すべき複数の電圧を確実に出力することができる。

本実施形態によれば、電源装置１は、車両のブレーキを制御するブレーキ制御装置に用いられている。そのため、バッテリＢの出力電圧が最も出力電圧の大きいシリーズ電源回路１２、１３の最低入力電圧まで低下しても、出力すべき複数の電圧を確実にブレーキ制御装置に供給することができる。従って、車両の安全性を向上させることができる。

なお、本実施形態では、最も出力電圧の大きいシリーズ電源回路１２、１３と、その次に出力電圧の大きいシリーズ電源回路１４が、平滑回路１０を介してバッテリＢに接続されている例を挙げているが、これに限られるものではない。シリーズ電源回路１４は、スイッチング電源回路１１に接続されていてもよい。この場合、スイッチング電源回路１１の出力電圧をシリーズ電源回路１４の最低入力電圧以上に設定する必要がある。少なくとも、最も出力電圧の大きいシリーズ電源回路１２、１３が、バッテリＢに接続されていればよい。

１・・・電源装置、１０・・・平滑回路、１００・・・ダイオード、１０１・・・コイル、１０２・・・コンデンサ、１１・・・スイッチング電源回路、１１０・・・ＦＥＴ、１１１・・・コイル、１１２・・・コンデンサ、１１３・・・ダイオード、１２、１３・・・シリーズ電源回路（複数のシリーズ電源回路、最も出力電圧の大きいシリーズ電源回路）、１２０、１３０・・・ＦＥＴ、１２１、１３１・・・制御回路、１４・・・シリーズ電源回路（複数のシリーズ電源回路）、１４０・・・ＦＥＴ、１４１・・・制御回路、１５・・・シリーズ電源回路（複数のシリーズ電源回路、最も最大出力電流の大きいシリーズ電源回路）、１５０・・・ＦＥＴ、１５１・・・制御回路、Ｂ・・・バッテリ

Claims (5)

1. 入力電圧を降圧して出力するスイッチング電源回路（１１）及び複数のシリーズ電源回路（１２〜１５）を備え、外部電源（Ｂ）の出力電圧を複数の電圧に降圧して出力する電源装置（１）において、
   前記スイッチング電源回路は、前記外部電源に接続され、前記外部電源の出力電圧を降圧して出力し、
   複数の前記シリーズ電源回路のうち、少なくとも最も出力電圧の大きい前記シリーズ電源回路（１２、１３）は、前記外部電源に接続され、前記外部電源の出力電圧を降圧して出力し、
   複数の前記シリーズ電源回路のうち、前記外部電源に接続される前記シリーズ電源回路（１２〜１４）以外の前記シリーズ電源回路（１５）は、前記スイッチング電源回路に接続され、前記スイッチング電源回路の出力電圧を降圧して出力することを特徴とする電源装置。
2. 複数の前記シリーズ電源回路のうち、最も出力電圧が大きい前記シリーズ電源回路以外で、最も最大出力電流の大きい前記シリーズ電源回路（１５）は、前記スイッチング電源に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記スイッチング電源回路の出力電圧が、前記外部電源に接続される前記シリーズ電源回路の出力電圧より低く設定されていることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
4. エンジンのアイドリング中に所定の自動停止条件が成立すると前記エンジンを自動停止させ、その後所定の再始動条件が成立すると、バッテリ（Ｂ）からスタータに電力を供給して前記エンジンを再始動させるアイドリングストップ機能を備えた車両に用いられ、前記バッテリの出力電圧を複数の電圧に降下して出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源装置。
5. 車両のブレーキを制御するブレーキ制御装置に用いられることを特徴とする請求項４に記載の電源装置。

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