JP2014017917A - Onboard power supply system and inrush current suppression method therein - Google Patents

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崇 竹内
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an onboard power supply system capable of suppressing inflow of an inrush current, which occurs at the time of activating a switching power supply, without the necessity of a dedicated inrush current prevention circuit.SOLUTION: Selector switch circuits 101 to 104 are set to a state for running by a vehicular ECU 500 and switching power supply ECU 400, and direct-current (DC) power from a vehicular high-voltage battery 511 is introduced into a PFC circuit 110. A DSP 300 performs a chopper action or DC-DC action so as to control a voltage across a smoothing capacitor 117 in an output unit of the PFC circuit 110 so that the voltage across the smoothing capacitor comes to a target voltage. When the voltage across the smoothing capacitor becomes substantially identical to the target voltage, the selector switch circuits 101 to 104 are set to a state for charging. Alternating-current (AC) power of an AC power supply 10 is introduced into the PFC circuit 110 and an insulated DC-DC circuit 120, whereby charging is begun.

Description

本発明は、車載用電源装置および該装置における突入電流抑制方法に関する。   The present invention relates to an in-vehicle power supply device and a method for suppressing inrush current in the device.

電気自動車（ＥＶ)、プラグインハイブリット（ＰＨＥＶ)などのＡＣ系統から充電する自動車において車載充電器は必要な電源である。
その場合、車載充電器の入力部には充電時に突入電流を防止するための突入防止回路が備え付けられている。通常、突入防止回路は、抵抗器、リレー、リレー駆動回路などによって構成されており、該リレー、該リレー駆動回路を制御する制御回路を必要とするものである。 An in-vehicle charger is a necessary power source in an automobile that is charged from an AC system such as an electric vehicle (EV) or a plug-in hybrid (PHEV).
In that case, an inrush prevention circuit for preventing an inrush current at the time of charging is provided at the input portion of the in-vehicle charger. Usually, the inrush prevention circuit is composed of a resistor, a relay, a relay drive circuit, and the like, and requires a control circuit for controlling the relay and the relay drive circuit.

また下記特許文献１には、外部充電モード時における充電制御システムの動作を制御する制御装置が備えられ、該制御装置は、充電前昇圧部と、電圧均衡条件決定部と、充電制御部とを備え、充電前昇圧部は、開閉装置を開放した状態で、充電電力変換装置が交流電圧を変換して電力線に出力する最高電圧よりも高い所定電圧に目標電圧を設定し、電圧均衡条件決定部は、充電前昇圧部によって電力線が所定電圧に設定された後、開閉装置を閉成し、さらに、目標電圧を徐々に低下させながら電流検出器による検出電流を監視することによって、充電電力変換装置の出力電圧が電力線上の電圧と同等となるときの目標電圧である均衡電圧を決定し、充電制御部は、均衡電圧以下に目標電圧を設定するとともに、蓄電機構（バッテリ）の充電指令に従って充電電力変換装置の動作を制御することによって蓄電機構（バッテリ）を充電する技術が開示されている。   Further, the following Patent Document 1 includes a control device that controls the operation of the charge control system in the external charge mode, and the control device includes a pre-charge boosting unit, a voltage balance condition determining unit, and a charge control unit. The pre-charging booster unit sets the target voltage to a predetermined voltage higher than the highest voltage that the charging power converter converts the AC voltage and outputs to the power line with the switchgear open, and the voltage balance condition determination unit After the power line is set to a predetermined voltage by the pre-charging booster, the switching device is closed, and further, the current detected by the current detector is monitored while gradually lowering the target voltage, whereby the charging power conversion device And determining a balanced voltage that is a target voltage when the output voltage of the power source is equal to the voltage on the power line. Technique for charging a power storage mechanism (a battery) is disclosed by controlling the operation of the charging power converter according to.

こうすることにより特許文献１では、予め充電前昇圧動作を行なうことによって、開閉装置の閉成時に外部電源からの突入電流が生じることを確実に防止するとともに、過電流を発生させることなく安定的に充電動作を開始させている。さらに、電力線の電圧を充電前昇圧動作時から徐々に低下させて、外部電源の出力電圧の過大な昇圧が不要となる電圧レベルとした状態で充電動作を実行させている。この結果、外部電源の出力電圧を正確に検知できなくても、充電時の効率を低下させずに過大電流の発生を確実に防止して充電制御している。   In this manner, in Patent Document 1, a pre-charge boosting operation is performed in advance, thereby reliably preventing an inrush current from an external power source when the switchgear is closed, and stable without causing an overcurrent. The charging operation is started. Further, the charging operation is performed in a state where the voltage of the power line is gradually decreased from the pre-charging step-up operation to a voltage level that does not require excessive boosting of the output voltage of the external power supply. As a result, even if the output voltage of the external power supply cannot be accurately detected, the charging control is performed by reliably preventing the occurrence of an excessive current without reducing the efficiency during charging.

特開２００９−０７１８９８号公報（図３、図５）JP 2009-071898 A (FIGS. 3 and 5)

上述のような状況から本発明には、車載用スイッチング電源装置における充電開始時において、突入電流の流入を防止することが望まれている。   From the situation as described above, it is desired in the present invention to prevent inrush current from flowing at the start of charging in the in-vehicle switching power supply device.

上記課題を解決するために、
請求項１記載の発明は、充電時にトランス１次側からトランス２次側に接続される第１のバッテリを充電するとともにトランス１次側からトランス３次側に接続される第２のバッテリを充電するように電力変換する絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータと、充電時に前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータにおける入力の力率改善動作および昇圧動作するための力率改善回路と、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータと前記力率改善回路との間に設けられる平滑コンデンサと、充電時に前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータから前記第１のバッテリに電力伝送可能であるとともに、走行時に前記第１のバッテリから前記力率改善回路への入力に電力伝送可能に設けられた切替スイッチ回路とを有する車載用スイッチング電源装置であって、充電開始前において、前記切替スイッチ回路を走行時における状態に設定し、前記力率改善回路を用いて前記平滑コンデンサの電圧を目標電圧まで昇圧させる昇圧動作を行う制御部を有する、ことを特徴とする。 To solve the above problem,
According to the first aspect of the present invention, the first battery connected from the transformer primary side to the transformer secondary side is charged during charging and the second battery connected from the transformer primary side to the transformer tertiary side is charged. An isolated DC / DC converter that performs power conversion, a power factor improving circuit for performing an input power factor improving operation and a boosting operation in the isolated DC / DC converter during charging, and the isolated DC / DC converter A smoothing capacitor provided between the power factor correction circuit and the isolated DC / DC converter can be used to transmit power to the first battery during charging, and the power factor can be improved from the first battery during traveling. A switching power supply for a vehicle having a changeover switch circuit provided so that power can be transmitted to an input to the circuit, and before the start of charging, Set the exchange switching circuit state during traveling, with a voltage control unit that performs boosting operation to boost to the target voltage of the smoothing capacitor with the power factor correction circuit, characterized in that.

また請求項２記載の発明は、上記において、前記制御部は、前記昇圧動作後において、前記平滑コンデンサの電圧と前記目標電圧とを比較する比較動作を行い、前記比較動作後において前記平滑コンデンサの電圧が前記目標電圧より低い場合は再び前記力率改善回路を用いて前記平滑コンデンサの電圧を前記目標電圧まで昇圧させ、前記比較動作後において前記平滑コンデンサの電圧が前記目標電圧より高い場合は前記絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータを用いて充電動作を行うことによって前記平滑コンデンサの電圧を降圧させ、前記比較動作後において前記平滑コンデンサの電圧が前記目標電圧と等しい場合は前記切替スイッチ回路を充電時における状態に設定する、ことを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the above configuration, the control unit performs a comparison operation for comparing the voltage of the smoothing capacitor with the target voltage after the boosting operation, and after the comparison operation, When the voltage is lower than the target voltage, the voltage of the smoothing capacitor is boosted again to the target voltage using the power factor correction circuit, and after the comparison operation, the voltage of the smoothing capacitor is higher than the target voltage. The voltage of the smoothing capacitor is stepped down by performing a charging operation using an insulated DC-DC converter, and when the voltage of the smoothing capacitor is equal to the target voltage after the comparison operation, the changeover switch circuit is in a state during charging. It is characterized by setting to.

また請求項３記載の発明は、上記において、前記平滑コンデンサは走行後に放電されていることを特徴とする。   The invention according to claim 3 is characterized in that, in the above, the smoothing capacitor is discharged after traveling.

本発明によれば、車載用スイッチング電源装置における充電開始時において、突入電流の流入を防止することができる。   According to the present invention, inrush current can be prevented from flowing when charging is started in the on-vehicle switching power supply device.

本発明の実施形態に係る車載用電源装置の構成を示す図（その１）である。It is a figure (the 1) which shows the structure of the vehicle-mounted power supply device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る車載用電源装置の構成を示す図（その２）である。It is FIG. (2) which shows the structure of the vehicle-mounted power supply device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る車載用電源装置の構成を示す図（その３）である。It is FIG. (3) which shows a structure of the vehicle-mounted power supply device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る車載用電源装置の構成を示す図（その４）である。It is FIG. (4) which shows the structure of the vehicle-mounted power supply device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る車載用電源装置で実行される突入電流抑制ための制御フローを示す図である。It is a figure which shows the control flow for the inrush current suppression performed with the vehicle-mounted power supply device which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る車載用電源装置の基本構成を示す図であり、本発明の実施形態に係る車載用電源装置は、充電時にトランス１３２の１次側からトランス１３２の２次側に接続される車両高圧バッテリ５１１（第１のバッテリ）を充電するとともにトランス１３２の１次側からトランス１３２の３次側に接続される車両低圧バッテリ１６０（第２のバッテリ）を充電するように電力変換する絶縁ＤＣ／ＤＣ回路１２０（絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ）を備える。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a diagram illustrating a basic configuration of an in-vehicle power supply device according to an embodiment of the present invention. The vehicle high voltage battery 511 (first battery) connected to the secondary side is charged and the vehicle low voltage battery 160 (second battery) connected from the primary side of the transformer 132 to the tertiary side of the transformer 132 is charged. Thus, an insulated DC / DC circuit 120 (insulated DC / DC converter) for power conversion is provided.

また充電時に、絶縁ＤＣ／ＤＣ回路１２０における入力の力率改善動作および昇圧動作するためにＰＦＣ回路（力率改善回路）１１０を備える。
また、絶縁ＤＣ／ＤＣ回路１２０とＰＦＣ回路１１０との間には、平滑コンデンサ１１１７が設けられる。 In addition, a PFC circuit (power factor correction circuit) 110 is provided for performing an input power factor correction operation and a boosting operation in the isolated DC / DC circuit 120 during charging.
Further, a smoothing capacitor 1117 is provided between the isolated DC / DC circuit 120 and the PFC circuit 110.

さらに、本発明の実施形態に係る車載用電源装置は、充電時に絶縁ＤＣ／ＤＣ回路１２０から車両高圧バッテリ５１１に電力伝送可能であるとともに、走行時に車両高圧バッテリ５１１からＰＦＣ回路１１０への入力に電力伝送可能であるようにするための切替スイッチ回路１０１〜１０４が設けられている。   Further, the in-vehicle power supply device according to the embodiment of the present invention can transmit power from the isolated DC / DC circuit 120 to the vehicle high voltage battery 511 at the time of charging, and can input to the PFC circuit 110 from the vehicle high voltage battery 511 at the time of traveling. Changeover switch circuits 101 to 104 are provided to enable power transmission.

また車載用電源装置は、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)３００、スイッチング電源用ＥＣＵ４００、および、車両用ＥＣＵ５００の各制御装置を備えている。
ＤＳＰ３００は、ＰＦＣ回路１１０の半導体スイッチング素子１１５のオン／オフ制御、絶縁ＤＣ／ＤＣ回路１２０の半導体スイッチング素子１２１〜１２４のオン／オフ制御、トランス１３２の３次巻線に誘起される交流を整流するダイオード１４３,１４４にそれぞれ接続された半導体スイッチング素子１４５,１４６のオン／オフ制御を第１のドライバ３２０，第２のドライバ３３０,第３のドライバ３４０及び第４のドライバ３５０を介してそれぞれ実施する。 The in-vehicle power supply device includes control devices of a DSP (Digital Signal Processor) 300, a switching power supply ECU 400, and a vehicle ECU 500.
The DSP 300 rectifies on / off control of the semiconductor switching element 115 of the PFC circuit 110, on / off control of the semiconductor switching elements 121 to 124 of the isolated DC / DC circuit 120, and AC induced in the tertiary winding of the transformer 132. ON / OFF control of the semiconductor switching elements 145 and 146 connected to the diodes 143 and 144, respectively, is performed via the first driver 320, the second driver 330, the third driver 340, and the fourth driver 350, respectively. To do.

スイッチング電源用ＥＣＵ４００は、切替スイッチ回路１０１ないし１０４に対して端子４０２〜４０６を介して指示を与えてそれぞれの接点位置を制御する。
車両用ＥＣＵ５００は、車両高圧バッテリ５１１に設けられたスイッチ５１２を端子５０２を介してオン／オフ制御し、また車両高圧バッテリ５１１に設けられたスイッチ５１３を端子５０３を介してオン／オフ制御し、車両高圧バッテリ５１１に設けられたスイッチ５１４を端子５０４を介してオン／オフ制御する。 The switching power supply ECU 400 gives instructions to the changeover switch circuits 101 to 104 via terminals 402 to 406 to control the contact positions.
The vehicle ECU 500 performs on / off control of a switch 512 provided in the vehicle high voltage battery 511 via a terminal 502, and performs on / off control of a switch 513 provided in the vehicle high voltage battery 511 via a terminal 503. A switch 514 provided in the vehicle high voltage battery 511 is on / off controlled via a terminal 504.

そして車両用ＥＣＵ５００とスイッチング電源用ＥＣＵ４００は端子５０１及び端子４０１を介して接続され、相互の制御状態を確認する。またスイッチング電源用ＥＣＵ４００とＤＳＰ３００は端子４０４及び端子３０８を介して接続され、相互に制御状態を確認する。   The vehicle ECU 500 and the switching power supply ECU 400 are connected via a terminal 501 and a terminal 401 to confirm the mutual control state. The switching power supply ECU 400 and the DSP 300 are connected via a terminal 404 and a terminal 308, and mutually check the control state.

ＰＦＣ回路１１０は、ダイオードブリッジ１１１と、コンデンサ１１２、リアクトル１１３、ダイオード１１４及び半導体スイッチング素子１１５より構成される昇圧回路とで構成されている。   The PFC circuit 110 includes a diode bridge 111 and a booster circuit including a capacitor 112, a reactor 113, a diode 114, and a semiconductor switching element 115.

そして、ダイオードブリッジ１１１を構成する、２つの直列接続されたダイオードのカソードおよびアノード間が並列接続されるとともに並列接続された２つの直列接続されたダイオードのカソードおよびアノード間にコンデンサ１１２が接続される。またダイオードブリッジ１１１を構成する、並列接続された２つの直列接続されたダイオードのカソードにリアクトル１１３の一端が接続される。リアクトル１１３の他端はダイオード１１４のアノードに接続される。さらに、リアクトル１１３の他端は、半導体スイッチング素子１１５のドレインに接続される。半導体スイッチング素子１１５のソースはグランドに接続される。半導体スイッチング素子１１５のソースと、並列接続された２つの直列接続されたダイオードのアノードとの間に電流検出用抵抗１１６が設けられる。   The cathode and anode of two series-connected diodes constituting the diode bridge 111 are connected in parallel and a capacitor 112 is connected between the cathode and anode of two series-connected diodes connected in parallel. . In addition, one end of the reactor 113 is connected to the cathodes of two diodes connected in parallel that constitute the diode bridge 111. The other end of the reactor 113 is connected to the anode of the diode 114. Further, the other end of the reactor 113 is connected to the drain of the semiconductor switching element 115. The source of the semiconductor switching element 115 is connected to the ground. A current detection resistor 116 is provided between the source of the semiconductor switching element 115 and the anodes of two series-connected diodes connected in parallel.

コンデンサ１１２の両端電圧を測定するために電圧検知器１０５が設けられ、検出されたコンデンサ１１２の両端電圧はＤＳＰ３００の端子３０１を経てＤＳＰ３００に入力される。コンデンサ１１２の両端間の電圧は車両高圧バッテリ５１１とほぼ同じ電位を呈するようにされる。また電流検出用抵抗１１６に流れる電流は電圧値に変換されてＤＳＰ３００の端子３０２を経てＤＳＰ３００に入力される。   A voltage detector 105 is provided to measure the voltage across the capacitor 112, and the detected voltage across the capacitor 112 is input to the DSP 300 via the terminal 301 of the DSP 300. The voltage between both ends of the capacitor 112 is set to have substantially the same potential as that of the vehicle high voltage battery 511. The current flowing through the current detection resistor 116 is converted into a voltage value and input to the DSP 300 via the terminal 302 of the DSP 300.

一方、ＰＦＣ回路１１０と後述する絶縁ＤＣ／ＤＣ回路１２０の間に接続された平滑コンデンサ１１７の両端間の電圧は、電圧検知器１０６により検知されＤＳＰ３００に設けられた端子３０４を経てＤＳＰ３００に入力される。なお、平滑コンデンサ１１７は、ダイオードブリッジ１１１における整流作用で直流にされた電圧を平滑する。   On the other hand, the voltage between both ends of the smoothing capacitor 117 connected between the PFC circuit 110 and an isolated DC / DC circuit 120 described later is detected by the voltage detector 106 and input to the DSP 300 via the terminal 304 provided in the DSP 300. The The smoothing capacitor 117 smoothes the voltage that has been turned into direct current by the rectifying action in the diode bridge 111.

絶縁ＤＣ／ＤＣ回路１２０は、平滑コンデンサ１１７の両端間の電圧を受けるＨブリッジ接続されたスイッチング回路１２１〜１２４を備えている。スイッチング回路１２１〜１２４は、例えばＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)で構成され、各半導体スイッチング素子のドレイン−ソース間にはソフトスイッチングを行わせるためのスナバコンデンサ１２５〜１２８が設けられる。   The insulated DC / DC circuit 120 includes switching circuits 121 to 124 that are H-bridge connected to receive a voltage across the smoothing capacitor 117. The switching circuits 121 to 124 are constituted by, for example, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), and snubber capacitors 125 to 128 for performing soft switching are provided between the drain and the source of each semiconductor switching element. .

そして半導体スイッチング素子１２１と半導体スイッチング素子１２２は直列に接続され、半導体スイッチング素子１２３と半導体スイッチング素子１２４は直列に接続される。ＩＧＢＴの各々のコレクタとエミッタ間では、ダイオードのカソードをコレクタに、ダイオードのアノードをエミッタに各接続するダイオードを逆並列接続する。   The semiconductor switching element 121 and the semiconductor switching element 122 are connected in series, and the semiconductor switching element 123 and the semiconductor switching element 124 are connected in series. Between each collector and emitter of the IGBT, the diode cathode is connected to the collector and the diode anode is connected in reverse parallel to the emitter.

直列接続された半導体スイッチング素子１２１のソースと半導体スイッチング素子１２２のドレイン間には電流検知手段(センサ)１０７が接続され、電流検知手段１０７を介してリアクトル１３１の一端が接続される。   A current detecting means (sensor) 107 is connected between the source of the semiconductor switching element 121 and the drain of the semiconductor switching element 122 connected in series, and one end of the reactor 131 is connected via the current detecting means 107.

リアクトル１３１の他端はトランス１３２の１次巻線の一端に接続され、トランス１３２の１次巻線の他端は、直列接続された半導体スイッチング素子１２３のソースと半導体スイッチング素子１２４のドレイン間に接続される。   The other end of the reactor 131 is connected to one end of the primary winding of the transformer 132, and the other end of the primary winding of the transformer 132 is between the source of the semiconductor switching element 123 and the drain of the semiconductor switching element 124 connected in series. Connected.

半導体スイッチング素子１２１と半導体スイッチング素子１２３のドレインは並列接続され平滑コンデンサ１１７のプラス（高圧）側に接続され、また半導体スイッチング素子１２２と半導体スイッチング素子１２４のソースは平滑コンデンサ１１７のマイナス（グランド）側に接続される。   The drains of the semiconductor switching element 121 and the semiconductor switching element 123 are connected in parallel and connected to the plus (high voltage) side of the smoothing capacitor 117, and the sources of the semiconductor switching element 122 and the semiconductor switching element 124 are the minus (ground) side of the smoothing capacitor 117. Connected to.

リアクトル１３１に流れる電流は電流検知手段１０７により検知されＤＳＰ３００に設けられた端子３０７を経てＤＳＰ３００に入力される。
トランス１３２の２次巻線の一端は、直列接続されたダイオード１３３のアノードとダイオード１３４のカソードとの間に接続され、トランス１３２の２次巻線の他端は、直列接続されたダイオード１３５のアノードとダイオード１３６のカソードの間に接続される。 The current flowing through the reactor 131 is detected by the current detection means 107 and input to the DSP 300 via a terminal 307 provided in the DSP 300.
One end of the secondary winding of the transformer 132 is connected between the anode of the diode 133 connected in series and the cathode of the diode 134, and the other end of the secondary winding of the transformer 132 is connected to the diode 135 connected in series. Connected between the anode and the cathode of the diode 136.

ダイオード１３３ないし１３６はダイオードブリッジを構成し、トランス１３２の２次巻線に誘起される交流を整流する。ダイオード１３３とダイオード１３５のカソードは並列接続され、リアクトル１３７の一端に接続される。またダイオード１３４とダイオード１３６のアノードは並列接続され、ボディアースに接続されるとともの切替スイッチ回路１０４の上側接点に接続される。切替スイッチ回路１０４の下側接点は、上記した電流検出抵抗１１６を経てグランドに接続される。   The diodes 133 to 136 constitute a diode bridge, and rectify the alternating current induced in the secondary winding of the transformer 132. The cathodes of the diode 133 and the diode 135 are connected in parallel and connected to one end of the reactor 137. The anodes of the diode 134 and the diode 136 are connected in parallel and connected to the body ground and to the upper contact of the changeover switch circuit 104. The lower contact of the changeover switch circuit 104 is connected to the ground via the current detection resistor 116 described above.

リアクトル１３７の他端は、電流検知手段(センサ)１０８を介して平滑コンデンサ１３８の一端(プラス側)に接続される。電流検知手段１０８により検知された電流は、ＤＳＰ３００に設けられた端子３１０を経てＤＳＰ３００に入力される。   The other end of the reactor 137 is connected to one end (plus side) of the smoothing capacitor 138 via a current detection means (sensor) 108. The current detected by the current detection means 108 is input to the DSP 300 via a terminal 310 provided in the DSP 300.

平滑コンデンサ１３８の一端(プラス側)は切替スイッチ回路１０１の下側接点に接続される。また平滑コンデンサ１３８は、直列接続されたダイオード１３３とダイオード１３４、および、直列接続されたダイオード１３５とダイオード１３６に並列接続される。そして平滑コンデンサ１３８の他端(マイナス側)はボディアースに接続される。なお、平滑コンデンサ１３８は、ダイオード１３３ないし１３６により構成されるダイオードブリッジにおける整流作用で直流にされた電圧を平滑する。   One end (plus side) of the smoothing capacitor 138 is connected to the lower contact of the changeover switch circuit 101. The smoothing capacitor 138 is connected in parallel to the diode 133 and the diode 134 connected in series, and the diode 135 and the diode 136 connected in series. The other end (minus side) of the smoothing capacitor 138 is connected to the body ground. Note that the smoothing capacitor 138 smoothes a voltage that has been turned into direct current by a rectifying action in a diode bridge constituted by the diodes 133 to 136.

切替スイッチ回路１０１の車両側の接点は並列に接続され、コンデンサ１３９の一端(プラス側)に接続される。また切替スイッチ回路１０４の車両側の接点は並列に接続され、コンデンサ１３９の他端(マイナス側)に接続される。   The contact point on the vehicle side of the changeover switch circuit 101 is connected in parallel and is connected to one end (plus side) of the capacitor 139. Further, the contact point on the vehicle side of the changeover switch circuit 104 is connected in parallel and connected to the other end (minus side) of the capacitor 139.

コンデンサ１３９の両端間の電圧を検知するために、電圧検知器１０９が設けられており、電圧検知器１０９で検知された電圧はＤＳＰ３００に設けられた端子３１２を経てＤＳＰ３００に入力される。   In order to detect the voltage between both ends of the capacitor 139, a voltage detector 109 is provided, and the voltage detected by the voltage detector 109 is input to the DSP 300 via a terminal 312 provided in the DSP 300.

コンデンサ１３９の一端(プラス側)は、ＤＣ入力フィルタ１４０を経て車両高圧バッテリ５１１側に設けられたスイッチ５１２を介して車両高圧バッテリ５１１の陽極に接続される。   One end (plus side) of the capacitor 139 is connected to the anode of the vehicle high voltage battery 511 via the DC input filter 140 and a switch 512 provided on the vehicle high voltage battery 511 side.

コンデンサ１３９の他端(マイナス側)は、ＤＣ入力フィルタ１４０を介して車両高圧バッテリ５１１側に設けられ、並列接続されたスイッチ５１３およびスイッチ５１４を経て車両高圧バッテリ５１１の陰極に接続される。   The other end (minus side) of the capacitor 139 is provided on the vehicle high voltage battery 511 side via the DC input filter 140, and is connected to the cathode of the vehicle high voltage battery 511 via the switch 513 and the switch 514 connected in parallel.

トランス１３２の３次巻線の補助巻線１４１の一端は、整流ダイオード１４３のアノードに接続され、ダイオード１４３のカソードは半導体スイッチング素子１４５のドレインに接続される。そして補助巻線１４１の他端は、グランドに接続される。   One end of the auxiliary winding 141 of the tertiary winding of the transformer 132 is connected to the anode of the rectifier diode 143, and the cathode of the diode 143 is connected to the drain of the semiconductor switching element 145. The other end of the auxiliary winding 141 is connected to the ground.

またトランス１３２の３次巻線の補助巻線１４２の一端は、グランドに接続されるとともに補助巻線１４２の他端は、整流ダイオード１４４のアノードに接続され、整流ダイオード１４４のカソードは半導体スイッチング素子１４６のドレインに接続される。   One end of the auxiliary winding 142 of the tertiary winding of the transformer 132 is connected to the ground, and the other end of the auxiliary winding 142 is connected to the anode of the rectifier diode 144. The cathode of the rectifier diode 144 is the semiconductor switching element. 146 connected to the drain.

半導体スイッチング素子１４５と半導体スイッチング素子１４６のソースは並列接続され、リアクトル１４８の一端とダイオード１４７のカソードに接続される。リアクトル１４８の他端は平滑コンデンサ１４９の一端(プラス側)に接続され、平滑コンデンサ１４９の他端(マイナス側)はグランドに接続される。   The sources of the semiconductor switching element 145 and the semiconductor switching element 146 are connected in parallel, and are connected to one end of the reactor 148 and the cathode of the diode 147. The other end of the reactor 148 is connected to one end (plus side) of the smoothing capacitor 149, and the other end (minus side) of the smoothing capacitor 149 is connected to the ground.

またリアクトル１４８の他端はリアクトル１５０の一端に接続され、リアクトル１５０の他端は出力コンデンサ１５１の一端(プラス側)に接続される。出力コンデンサ１５１の他端(マイナス側)はグランドに接続される。出力コンデンサ１５１は車両低圧バッテリ１６０の電力源となる。   The other end of reactor 148 is connected to one end of reactor 150, and the other end of reactor 150 is connected to one end (plus side) of output capacitor 151. The other end (minus side) of the output capacitor 151 is connected to the ground. The output capacitor 151 serves as a power source for the vehicle low voltage battery 160.

半導体スイッチング素子１４５と半導体スイッチング素子１４６のゲートは、第４のドライバ３５０により駆動され、第４のドライバ３５０はＤＳＰ３００に設けられた端子３０９を介してＤＳＰ３００により制御される。   The gates of the semiconductor switching element 145 and the semiconductor switching element 146 are driven by a fourth driver 350, and the fourth driver 350 is controlled by the DSP 300 via a terminal 309 provided in the DSP 300.

次に、本発明の実施形態に係る車載用電源装置が、車載用電源装置が停止している状態から充電開始時の突入電流を抑制する状態に至るまでの動作を図１ないし図３に示す車載用電源装置の動作シーケンスに即して説明する。   Next, the operation from the state in which the vehicle-mounted power supply device according to the embodiment of the present invention is stopped to the state in which the inrush current at the start of charging is suppressed is shown in FIGS. 1 to 3. The operation sequence of the in-vehicle power supply device will be described.

図１は、車載用電源装置が停止しているときの状態を示すものであり、また図２は、車載用電源装置が停止の状態から車両プリチャージ動作に移行したときの状態を示すものであり、また図３は、車載用電源装置の前段にあるＰＦＣ回路の出力部に置かれた平滑コンデンサの電圧が目標電圧に略一致し充電開始に移行したときの状態を示すものである。   FIG. 1 shows a state when the in-vehicle power supply device is stopped, and FIG. 2 shows a state when the in-vehicle power supply device shifts from a stopped state to a vehicle precharge operation. In addition, FIG. 3 shows a state when the voltage of the smoothing capacitor placed at the output portion of the PFC circuit in the front stage of the in-vehicle power supply apparatus substantially matches the target voltage and shifts to the start of charging.

図１において車載用電源装置が停止の状態に置かれている場合には、スイッチング電源用ＥＣＵ４００は、切替スイッチ回路１０１及び切替スイッチ回路１０４の各接点位置を図１に示すように‘開’状態に置き、また切替スイッチ回路１０２及び切替スイッチ回路１０３の接点位置を図１に示すように上側接点に接続する。   In FIG. 1, when the in-vehicle power supply device is in a stopped state, the switching power supply ECU 400 sets the contact positions of the changeover switch circuit 101 and the changeover switch circuit 104 to the “open” state as shown in FIG. 1. In addition, the contact positions of the changeover switch circuit 102 and the changeover switch circuit 103 are connected to the upper contact as shown in FIG.

また車両用ＥＣＵ５００の端子５０２〜５０４を介して車両高圧バッテリ５１１の接点５１２〜５１４はそれぞれ‘開’状態に置かれ、車両高圧バッテリ５１１の直流電流が車載用電源装置に供給されない状態に置かれる。   Further, the contacts 512 to 514 of the vehicle high voltage battery 511 are placed in an “open” state via the terminals 502 to 504 of the vehicle ECU 500, and the DC current of the vehicle high voltage battery 511 is placed in a state where it is not supplied to the in-vehicle power supply device. .

そして切替スイッチ回路１０１〜１０４及び車両高圧バッテリ５１１の接点５１２〜５１４の制御状態(接点位置)はＤＳＰ３００、スイッチング電源用ＥＣＵ４００および車両用ＥＣＵ５００間の上述したそれぞれの制御状態を確認するための端子を介してＤＳＰ３００、スイッチング電源用ＥＣＵ４００および車両用ＥＣＵ５００間で共有される。   The control states (contact points) of the contacts 512 to 514 of the changeover switch circuits 101 to 104 and the vehicle high-voltage battery 511 are terminals for confirming the above-described control states among the DSP 300, the switching power supply ECU 400 and the vehicle ECU 500. And shared among the DSP 300, the switching power supply ECU 400 and the vehicle ECU 500.

また図１において平滑コンデンサ１１７は走行後における状態と同じで平滑コンデンサ１１７のチャージ電圧は放電された状態にある。この状態にあるときに、切替スイッチ回路１０１の‘開’状態に置かれている下側接点を閉じ、また切替スイッチ回路１０４の‘開’状態に置かれている上側接点を閉じるとともに切替スイッチ回路１０２及び切替スイッチ回路１０３の接点位置を図１に示すような上側に接続する。   In FIG. 1, the smoothing capacitor 117 is in the same state as after running, and the charge voltage of the smoothing capacitor 117 is in a discharged state. In this state, the lower contact of the changeover switch circuit 101 in the “open” state is closed, and the upper contact of the changeover switch circuit 104 in the “open” state is closed and the changeover switch circuit. The contact positions of the switch 102 and the changeover switch circuit 103 are connected to the upper side as shown in FIG.

こうすることで、切替スイッチ回路１０１〜１０４は図示の走行時における状態に設定され、車両高圧バッテリ５１１からの直流電流がＰＦＣ回路１１０に導かれ、ＰＦＣ回路１１０と絶縁ＤＣ／ＤＣ回路１２０との間に設けられる平滑コンデンサ１１７に流れて電荷が蓄積されるようにする。   By doing so, the changeover switch circuits 101 to 104 are set to the state at the time of traveling shown in the figure, the direct current from the vehicle high voltage battery 511 is guided to the PFC circuit 110, and the PFC circuit 110 and the isolated DC / DC circuit 120 are connected. The charge flows through a smoothing capacitor 117 provided therebetween so that electric charges are accumulated.

車載用電源装置のＤＳＰ３００は、ＰＦＣ回路１１０に対してチョッパ動作を実施して昇圧し、ＰＦＣ回路１１０の出力部における平滑コンデンサ１１７の両端電圧を目標電圧になるように制御する。   The DSP 300 of the in-vehicle power supply device performs a chopper operation on the PFC circuit 110 to boost the voltage, and controls the voltage across the smoothing capacitor 117 at the output unit of the PFC circuit 110 to be a target voltage.

具体的には、ＰＦＣ回路１１０における、ダイオードブリッジ１１１と、コンデンサ１１２、リアクトル１１３、ダイオード１１４及び半導体スイッチング素子１１５より構成される昇圧回路とを用いて、平滑コンデンサ１１７の電圧を目標電圧まで昇圧させる昇圧動作を実施する。昇圧により平滑コンデンサ１１７の電圧が目標電圧になっているかどうかを平滑コンデンサ１１７の両端間電圧を電圧検知器１０６で検知して端子３０４を介してＤＳＰ３００に引き込み、予め設定した目標電圧に一致しているかを比較して調べる。これについては後述する。   Specifically, the voltage of the smoothing capacitor 117 is boosted to the target voltage using the diode bridge 111 in the PFC circuit 110 and the booster circuit including the capacitor 112, the reactor 113, the diode 114, and the semiconductor switching element 115. Perform boosting operation. The voltage across the smoothing capacitor 117 is detected by the voltage detector 106 to determine whether or not the voltage of the smoothing capacitor 117 has reached the target voltage due to boosting, and is pulled into the DSP 300 via the terminal 304 and matches the preset target voltage. Compare and check. This will be described later.

なお切替スイッチ回路１０２及び切替スイッチ回路１０３の接点位置が図示のように上側接点に接続されているため、ＡＣ電源１０の交流電力はＰＦＣ回路１１０のダイオードブリッジ１１１に未供給の状態に置かれる。   Since the contact positions of the changeover switch circuit 102 and the changeover switch circuit 103 are connected to the upper contact as shown in the figure, the AC power of the AC power supply 10 is not supplied to the diode bridge 111 of the PFC circuit 110.

またＰＦＣ回路１１０を昇圧動作させる際にＤＳＰ３００は、半導体スイッチング素子１１５のゲートを第１のドライバ３２０により駆動し、昇圧した電圧をダイオード１１４を介して平滑コンデンサ１１７に導く。そして平滑コンデンサ１１７の両端間の電圧は、ＤＳＰ３００がダイオードブリッジ１１１およびリアクトル１１３、ダイオード１１４を含む昇圧回路を制御することにより車両高圧バッテリ５１１より高いほぼ一定の電圧、例えば４００Ｖに設定される。   Further, when the PFC circuit 110 is boosted, the DSP 300 drives the gate of the semiconductor switching element 115 by the first driver 320 and guides the boosted voltage to the smoothing capacitor 117 via the diode 114. The voltage across the smoothing capacitor 117 is set to a substantially constant voltage, for example, 400 V, higher than that of the vehicle high-voltage battery 511 by the DSP 300 controlling the booster circuit including the diode bridge 111, the reactor 113, and the diode 114.

図２は、車載用電源装置が停止の状態から車両プリチャージ動作に移行したときの状態を示すもので、車両プリチャージ電流IPRIは図示の太線に沿って車両高圧バッテリ５１１の陽極から車載用電源装置の入力側を経て陰極に還流するように流れる。すなわち、車両プリチャージ電流IPRIは車両高圧バッテリ５１１に設けられたスイッチ５１２を経てＤＣ入力フィルタ１４０を、さらに切替スイッチ回路１０１の上側接点を経て車載用電源装置の入力側に設けられている、切替スイッチ回路１０２の上側接点及び切替スイッチ回路１０３の上側接点を経てダイオードブリッジ１１１における各直列ダイオード接続のアノードとカソードの結合点に流れる。そして昇圧回路を構成するリアクトル１１３、ダイオード１１４を経て平滑コンデンサ１１７に流れる。これにより平滑コンデンサ１１７の充電が開始される。 FIG. 2 shows a state when the in-vehicle power supply device shifts from the stopped state to the vehicle precharge operation, and the vehicle precharge current I PRI is in-vehicle from the anode of the vehicle high-voltage battery 511 along the bold line shown in the figure. It flows so as to return to the cathode through the input side of the power supply device. That is, the vehicle precharge current I PRI is provided on the input side of the in-vehicle power supply device via the switch 512 provided in the vehicle high voltage battery 511 and the DC input filter 140 via the upper contact of the changeover switch circuit 101. The current flows through the upper contact of the changeover switch circuit 102 and the upper contact of the changeover switch circuit 103 to the junction of the anode and cathode of each series diode connection in the diode bridge 111. Then, it flows to the smoothing capacitor 117 through the reactor 113 and the diode 114 constituting the booster circuit. Thereby, charging of the smoothing capacitor 117 is started.

次に、車両プリチャージ電流IPRIは、電流検出抵抗１１６を通過し、切替スイッチ回路１０４の下側接点を経てＤＣ入力フィルタ１４０に流れ、さらに車両高圧バッテリ５１１に設けられたスイッチ５１３と突入電流を防止する抵抗５１５とを流れて車両高圧バッテリ５１１の陰極に還流する。なお車両高圧バッテリ５１１に設けられたスイッチ５１３に直列接続された突入電流を防止する抵抗５１５は、車両用ＥＣＵ５００の制御により動作されるモータインバータ(図示せず)への電力供給時の突入電流防止のために使用されるものを兼用することができる。 Next, the vehicle precharge current I PRI passes through the current detection resistor 116, flows to the DC input filter 140 through the lower contact of the changeover switch circuit 104, and further enters the inrush current with the switch 513 provided in the vehicle high voltage battery 511. And flows back to the cathode of the vehicle high voltage battery 511. A resistor 515 for preventing an inrush current connected in series to a switch 513 provided in the vehicle high-voltage battery 511 prevents an inrush current when power is supplied to a motor inverter (not shown) operated under the control of the vehicle ECU 500. It can be used for both.

これにより平滑コンデンサ１１７の両端間の電圧１１８は車両高圧バッテリ５１１の電圧ＶHVにほぼ等しい電圧に向かって充電されていくことになる。そして平滑コンデンサ１１７の両端間の電圧１１８もしくは車両プリチャージ電流IPRIが規定値に達したらプリチャージ動作を終了する。このとき平滑コンデンサ１１７の両端間の電圧１１８は車両高圧バッテリ５１１の電圧ＶHV相当になる。 As a result, the voltage 118 across the smoothing capacitor 117 is charged toward a voltage substantially equal to the voltage V HV of the vehicle high voltage battery 511. When the voltage 118 across the smoothing capacitor 117 or the vehicle precharge current I PRI reaches a specified value, the precharge operation is terminated. At this time, the voltage 118 across the smoothing capacitor 117 is equivalent to the voltage V HV of the vehicle high voltage battery 511.

なお、車両高圧バッテリ５１１に設けられたスイッチ５１３は車両高圧バッテリ５１１に設けられたスイッチ５１４とトレードオフの関係にあり、この動作シーケンスでは、スイッチ５１４の接点は閉じられることはない。またこの動作シーケンスではＤＳＰ３００は制御に直接関与しない。   Note that the switch 513 provided in the vehicle high-voltage battery 511 is in a trade-off relationship with the switch 514 provided in the vehicle high-voltage battery 511, and the contact of the switch 514 is not closed in this operation sequence. In this operation sequence, the DSP 300 is not directly involved in the control.

一方、スイッチング電源用ＥＣＵ４００は切替スイッチ回路１０１ないし１０４に対して動作制御を行って接点を必要な位置に設定する。さらに車両低圧バッテリ１６０への充電動作に係る説明もこの動作シーケンスでは直接関係しないので詳しい説明を省くが、車両走行時の車両高圧バッテリ５１１から車両低圧バッテリ１６０への充電動作において、ＤＳＰ３００が第４のドライバ３５０を介して半導体スイッチング素子１４５，１４６を制御して、車両低圧バッテリ１６０への充電電圧が適切な値になるようにする。   On the other hand, the switching power supply ECU 400 controls the operation of the changeover switch circuits 101 to 104 to set the contacts at necessary positions. Further, since the description related to the charging operation to the vehicle low voltage battery 160 is not directly related to this operation sequence, a detailed description thereof will be omitted. However, in the charging operation from the vehicle high voltage battery 511 to the vehicle low voltage battery 160 during vehicle travel, the DSP 300 performs the fourth operation. The semiconductor switching elements 145 and 146 are controlled via the driver 350 so that the charging voltage to the vehicle low voltage battery 160 becomes an appropriate value.

図３は、本発明の実施形態に係る車載用電源装置の構成を示す図（その３）であって、車載用電源装置の前段にあるＰＦＣ回路の出力部における平滑コンデンサ１１７の電圧１１８が目標電圧に略一致した後に充電開始に移行するために切替スイッチ回路を充電時の状態に設定する場合のものである。   FIG. 3 is a diagram (part 3) illustrating the configuration of the in-vehicle power supply device according to the embodiment of the present invention, in which the voltage 118 of the smoothing capacitor 117 at the output portion of the PFC circuit in the front stage of the in-vehicle power supply device is a target. This is a case where the changeover switch circuit is set to the state at the time of charging in order to shift to the start of charging after substantially matching the voltage.

図３においては、車載用電源装置の前段にあるＰＦＣ回路１１０の出力部における平滑コンデンサ１１７の電圧１１８が目標電圧に略一致したものになると、ＡＣ電源１０からの交流電力（ＡＣ）をＡＣ入力フィルタ２０を介して車載用電源装置の入力側に導いて車載用電源装置の充電を開始する。   In FIG. 3, when the voltage 118 of the smoothing capacitor 117 at the output portion of the PFC circuit 110 at the front stage of the in-vehicle power supply apparatus becomes substantially equal to the target voltage, the AC power (AC) from the AC power supply 10 is AC input. It leads to the input side of the in-vehicle power supply device through the filter 20 and starts charging the in-vehicle power supply device.

すなわち、ＰＦＣ回路１１０の出力部における平滑コンデンサ１１７の電圧１１８が目標電圧に略一致した状態になると、スイッチング電源用ＥＣＵ４００により図２に示したＰＦＣ回路１１０の前段に置かれた切替スイッチ回路１０２，１０３および車両高圧バッテリ５１１側に置かれた切替スイッチ回路１０１，１０４の接点位置が図示の如くすべて切り替えられ、ＡＣ電源１０の交流電力に基づく充電が行えるようにする。   That is, when the voltage 118 of the smoothing capacitor 117 at the output portion of the PFC circuit 110 substantially matches the target voltage, the changeover switch circuit 102 placed before the PFC circuit 110 shown in FIG. The contact positions of the changeover switch circuits 101 and 104 placed on the side of the vehicle 103 and the vehicle high voltage battery 511 are all switched as shown in the figure so that charging based on the AC power of the AC power supply 10 can be performed.

その結果、切替スイッチ回路１０２では下側接点位置に切り替えられ、切替スイッチ回路１０３では下側接点位置に切り替えられ、入力されたＡＣ電源１０の交流電力は、ＰＦＣ回路１１０におけるダイオードブリッジ１１１により整流され、整流により得られたＤＣに変換された電圧が平滑コンデンサ１１７に蓄えられるとともに絶縁ＤＣ／ＤＣ回路１２０の入力段に設けられているＨブリッジ接続されたスイッチング回路１２１〜１２４に印加される。   As a result, the changeover switch circuit 102 switches to the lower contact position, the changeover switch circuit 103 switches to the lower contact position, and the input AC power of the AC power supply 10 is rectified by the diode bridge 111 in the PFC circuit 110. The voltage converted into DC obtained by rectification is stored in the smoothing capacitor 117 and applied to the H-bridge connected switching circuits 121 to 124 provided in the input stage of the isolated DC / DC circuit 120.

絶縁ＤＣ／ＤＣ回路１２０では当業者に良く知られているようにＤＣをＡＣに変換してトランス１３２の１次巻線を介してトランス巻線比に応じてトランス１３２の２次巻線にＡＣを誘起する。   In the isolated DC / DC circuit 120, as is well known to those skilled in the art, DC is converted to AC, and the secondary winding of the transformer 132 is converted to AC via the primary winding of the transformer 132 according to the transformer winding ratio. Induces.

２次巻線に誘起されたＡＣは、ダイオード１３３〜１３６により構成されたダイオードブリッジを介してＤＣに整流する。整流により得られたＤＣに変換された電圧はリアクトル１３７を介して平滑コンデンサ１３８に蓄積される。   The AC induced in the secondary winding is rectified to DC through a diode bridge formed by the diodes 133 to 136. The voltage converted into DC obtained by rectification is accumulated in the smoothing capacitor 138 through the reactor 137.

それと同時に、切替スイッチ回路１０１では下側接点が、また切替スイッチ回路１０４では上側接点がそれぞれ閉じられているので、整流により得られたＤＣに変換された電圧がコンデンサ１３９にも蓄積される。   At the same time, since the lower contact is closed in the changeover switch circuit 101 and the upper contact is closed in the changeover switch circuit 104, the voltage converted into DC obtained by rectification is also accumulated in the capacitor 139.

コンデンサ１３９に蓄積されたＤＣに変換された電圧はＤＣ入力フィルタ１４０、車両高圧バッテリ５１１のスイッチ５１２，５１４を介して車両高圧バッテリ５１１の充電に利用される。なお、この動作シーケンスでは、スイッチ５１３の接点は閉じられない。   The voltage converted into DC stored in the capacitor 139 is used for charging the vehicle high voltage battery 511 via the DC input filter 140 and the switches 512 and 514 of the vehicle high voltage battery 511. In this operation sequence, the contact of the switch 513 is not closed.

上記においてＤＣからＡＣに変換する場合には、ＤＳＰ３００は、Ｈブリッジ接続されたスイッチング回路１２１〜１２４のそれぞれペアリングしたゲートを第２のドライバ３３０および第３のドライバ３４０を介してＰＷＭ制御し、スイッチング回路１２１〜１２４のドレイン−ソース間に接続されたスナバコンデンサ１２５〜１２８によってソフトスイッチングを実行する。より具体的には、第２のドライバ３３０は半導体スイッチング素子１２１と半導体スイッチング素子１２４のゲートを駆動し、また第３のドライバ３４０は半導体スイッチング素子１２２と半導体スイッチング素子１２３のゲートを駆動する。その際、ＤＳＰ３００によりＰＷＭ制御されるとともに、スナバコンデンサ１２５，１２８、並びにスナバコンデンサ１２６，１２７との協働によってソフトスイッチングが行われる。   In the case of conversion from DC to AC in the above, the DSP 300 performs PWM control on the paired gates of the switching circuits 121 to 124 connected in the H-bridge via the second driver 330 and the third driver 340, Soft switching is performed by the snubber capacitors 125 to 128 connected between the drain and source of the switching circuits 121 to 124. More specifically, the second driver 330 drives the gates of the semiconductor switching element 121 and the semiconductor switching element 124, and the third driver 340 drives the gates of the semiconductor switching element 122 and the semiconductor switching element 123. At this time, PWM control is performed by the DSP 300 and soft switching is performed in cooperation with the snubber capacitors 125 and 128 and the snubber capacitors 126 and 127.

トランス１３２の１次巻線に流れる電流は電流検知手段１０７により検知されＤＳＰ３００に設けられた端子３０７を経てＤＳＰ３００に入力される。ＤＳＰ３００は検知された電流検知手段１０７の値に基づいてＨブリッジ接続されたスイッチング回路１２１〜１２４のそれぞれペアリングしたゲートを第２のドライバ３３０および第３のドライバ３４０を介してＰＷＭ制御する。   The current flowing through the primary winding of the transformer 132 is detected by the current detection means 107 and input to the DSP 300 via the terminal 307 provided in the DSP 300. The DSP 300 performs PWM control on the paired gates of the switching circuits 121 to 124 connected in an H-bridge based on the detected value of the current detection unit 107 via the second driver 330 and the third driver 340.

図４は、本発明の実施形態に係る車載用電源装置の構成を示す図（その４）であって、車載用電源装置の前段にあるＰＦＣ回路の構成としてブリッジレスＰＦＣ回路を用いるようにしたものである。それ以外の構成は図１の構成と変わりがない。   FIG. 4 is a diagram (part 4) showing the configuration of the in-vehicle power supply device according to the embodiment of the present invention, and a bridgeless PFC circuit is used as the configuration of the PFC circuit in the preceding stage of the in-vehicle power supply device. Is. The other configuration is the same as the configuration of FIG.

図４においてブリッジレスＰＦＣ回路１１０は、リアクトル２０５、ダイオード２１２及びスイッチング素子２１４からなる第１の昇圧チョッパと、リアクトル２０６、ダイオード２１３及びスイッチング素子２１５からなる第２の昇圧チョッパとで構成され、ダイオード２１２及びダイオード２１３の各カソードは並列に接続され、該並列の接続点とグランドとの間に平滑コンデンサ１１７が接続される。   In FIG. 4, the bridgeless PFC circuit 110 includes a first boost chopper composed of a reactor 205, a diode 212, and a switching element 214, and a second boost chopper composed of a reactor 206, a diode 213, and a switching element 215. The cathodes of 212 and the diode 213 are connected in parallel, and a smoothing capacitor 117 is connected between the parallel connection point and the ground.

また第１の昇圧チョッパにおいては、コイル２０５の一端が切替スイッチ回路１０２の固定接点に接続され、コイル２０５の他端がダイオード２１２のアノードに接続されるとともにスイッチング素子２１４のドレインに接続される。そしてスイッチング素子２１４のソースはグランドに接続され、またスイッチング素子２１４のゲートはＤＳＰ３００により制御される第１のドライバ３２０に接続され、ＤＳＰ３００によりチョッパ制御される。   In the first step-up chopper, one end of the coil 205 is connected to the fixed contact of the changeover switch circuit 102, and the other end of the coil 205 is connected to the anode of the diode 212 and to the drain of the switching element 214. The source of the switching element 214 is connected to the ground, and the gate of the switching element 214 is connected to the first driver 320 controlled by the DSP 300 and is chopper controlled by the DSP 300.

また第２の昇圧チョッパにおいては、コイル２０６の一端が切替スイッチ回路１０３の固定接点に接続され、コイル２０６の他端がダイオード２１３のアノードに接続されるとともにスイッチング素子２１５のドレインに接続される。そしてスイッチング素子２１５のソースはグランドに接続され、またスイッチング素子２１５のゲートはＤＳＰ３００により制御される第１のドライバ３２０に接続され、ＤＳＰ３００によりチョッパ制御される。   In the second step-up chopper, one end of the coil 206 is connected to the fixed contact of the changeover switch circuit 103, and the other end of the coil 206 is connected to the anode of the diode 213 and to the drain of the switching element 215. The source of the switching element 215 is connected to the ground, and the gate of the switching element 215 is connected to the first driver 320 controlled by the DSP 300 and is chopper controlled by the DSP 300.

またコイル２０５とダイオード２１２のアノード間に電流検知手段(センサ)２０７が接続され、電流検知手段２０７で検知された電流値がＤＳＰ３００の端子４０１を経てＤＳＰ３００に入力される。   A current detection means (sensor) 207 is connected between the coil 205 and the anode of the diode 212, and the current value detected by the current detection means 207 is input to the DSP 300 via the terminal 401 of the DSP 300.

同じくコイル２０６とダイオード２１３のアノード間に電流検知手段(センサ)２０８が接続され、電流検知手段２０８で検知された電流値がＤＳＰ３００の端子４０２を経てＤＳＰ３００に入力される。   Similarly, a current detection means (sensor) 208 is connected between the coil 206 and the anode of the diode 213, and the current value detected by the current detection means 208 is input to the DSP 300 via the terminal 402 of the DSP 300.

また平滑コンデンサ１１７の両端間には電圧検知器１０６が接続され、電圧検知器１０６で検知された電圧値がＤＳＰ３００の端子３０４を経てＤＳＰ３００に入力される。
上記において電流検知手段２０７はコイル２０５とダイオード２１２のアノード間に接続される例について記載したが、コイル２０５と切替スイッチ回路１０２の固定接点の間に接続されるように構成し、そこで電流を検知してＤＳＰ３００に与えてもよい。また上記において電流検知手段２０８はコイル２０６とダイオード２１３のアノード間に接続される例について記載したが、コイル２０６と切替スイッチ回路１０３の固定接点の間に接続されるように構成し、そこで電流を検知してＤＳＰ３００に与えてもよい。 A voltage detector 106 is connected between both ends of the smoothing capacitor 117, and a voltage value detected by the voltage detector 106 is input to the DSP 300 through the terminal 304 of the DSP 300.
In the above description, the example in which the current detection unit 207 is connected between the coil 205 and the anode of the diode 212 has been described. However, the current detection unit 207 is configured to be connected between the coil 205 and the fixed contact of the changeover switch circuit 102 and detects the current there. Then, you may give to DSP300. In the above description, the current detection unit 208 is connected between the coil 206 and the anode of the diode 213. However, the current detection unit 208 is configured to be connected between the coil 206 and the fixed contact of the changeover switch circuit 103. You may detect and give to DSP300.

ＤＳＰ３００は、上述した電流検知手段２０７，２０８により検知される、各入力された電流値、電圧検知器１０６により検知された電圧値を基に所定の演算を実行することで所定の制御信号を生成してスイッチング素子２１４，２１５のゲート、および、Ｈブリッジ接続されたスイッチング回路１２１〜１２４のゲートを第２のドライバ３３０及び第３のドライバ３４０を介してスイッチング制御する。   The DSP 300 generates a predetermined control signal by executing a predetermined calculation based on each input current value and the voltage value detected by the voltage detector 106 detected by the current detection means 207 and 208 described above. Then, the switching of the gates of the switching elements 214 and 215 and the gates of the switching circuits 121 to 124 connected in the H-bridge are controlled via the second driver 330 and the third driver 340.

図４に記載した構成の動作シーケンス以外の動作シーケンスは、上記した図２及び図３にて説明した動作シーケンスと同じなのでその説明を省略することにする。
図５は、本発明の実施形態に係る車載用電源装置で実行される突入電流抑制ための制御フローを示す図である。図５の制御フローにおいて、車載用電源装置内に設けられているＤＳＰ３００が、力率改善回路（ＰＦＣ回路）１１０を用いて平滑コンデンサ１１７の電圧を目標電圧まで上昇させる昇圧動作を実施する（ステップ２０１）。なお、図５ではステップを‘Ｓ’と略記している。 Since the operation sequence other than the operation sequence having the configuration described in FIG. 4 is the same as the operation sequence described with reference to FIGS. 2 and 3, the description thereof will be omitted.
FIG. 5 is a diagram illustrating a control flow for suppressing inrush current, which is executed by the in-vehicle power supply device according to the embodiment of the present invention. In the control flow of FIG. 5, the DSP 300 provided in the in-vehicle power supply device performs a boosting operation for raising the voltage of the smoothing capacitor 117 to the target voltage using the power factor correction circuit (PFC circuit) 110 (step) 201). In FIG. 5, step is abbreviated as “S”.

次いでステップ２０２において、平滑コンデンサ１１７の電圧が目標電圧より低いか、高いか、略一致かのいずれであるかを、ＤＳＰ３００による比較動作にて判定する。つまり平滑コンデンサ１１７の電圧が、電圧検知器１０６により検知され端子３０４を経てＤＳＰ３００に入力され、ＤＳＰ３００にて予め設定されている目標電圧、例えば４００Ｖ、と比較して、低いか、高いか、略一致のいずれであるかが判定される。   Next, at step 202, whether the voltage of the smoothing capacitor 117 is lower, higher, or substantially equal to the target voltage is determined by the comparison operation by the DSP 300. In other words, the voltage of the smoothing capacitor 117 is detected by the voltage detector 106 and input to the DSP 300 via the terminal 304, and is lower or higher than the target voltage preset in the DSP 300, for example, 400V. It is determined which of the matches.

平滑コンデンサ１１７の電圧が目標電圧より低い場合には、力率改善回路１１０による昇圧動作が実行される（ステップ２０３）。その後、ステップ２０２に戻され、再び平滑コンデンサ１１７の電圧が目標電圧より低いか、高いか、略一致かのいずれであるかが判定される。   When the voltage of the smoothing capacitor 117 is lower than the target voltage, the boosting operation by the power factor correction circuit 110 is executed (step 203). Thereafter, the process returns to step 202, and it is determined again whether the voltage of the smoothing capacitor 117 is lower, higher, or substantially coincident with the target voltage.

平滑コンデンサ１１７の電圧が目標電圧より高い場合には、充電動作を行って、平滑コンデンサ１１７の電圧を降下させる処理を実行する（ステップ２０４）。その後で、ステップ２０２に戻され、再び平滑コンデンサ１１７の電圧が目標電圧より低いか、高いか、略一致かのいずれであるかが判定される。   If the voltage of the smoothing capacitor 117 is higher than the target voltage, a charging operation is performed to execute a process for lowering the voltage of the smoothing capacitor 117 (step 204). Thereafter, the process returns to step 202, and it is determined again whether the voltage of the smoothing capacitor 117 is lower, higher, or substantially coincident with the target voltage.

ここで平滑コンデンサ１１７の電圧が目標電圧より高い場合における充電動作について補足すると、切替スイッチ回路１０１〜１０４の接点位置は走行時の状態に設定されているので、ＤＳＰ３００が絶縁ＤＣ／ＤＣ回路１２０における半導体素子１２１〜１２４のゲートを適宜のタイミングでスイッチング制御してトランス１３２の３次巻線を介する車両低圧バッテリ１６０の充電動作を実施することで、ＰＦＣ回路１１０の出力部における平滑コンデンサ１１７の両端電圧を降圧させる。   Here, to supplement the charging operation in the case where the voltage of the smoothing capacitor 117 is higher than the target voltage, the contact positions of the changeover switch circuits 101 to 104 are set to the traveling state, so that the DSP 300 is connected to the isolated DC / DC circuit 120. By switching the gates of the semiconductor elements 121 to 124 at an appropriate timing and charging the vehicle low-voltage battery 160 via the tertiary winding of the transformer 132, both ends of the smoothing capacitor 117 at the output portion of the PFC circuit 110 are implemented. Step down the voltage.

平滑コンデンサ１１７の電圧が目標電圧と略一致する場合には、ステップ２０５に移行して、ステップ２０５において切替スイッチ回路１０１〜１０４を充電時における状態に設定し、ＡＣ電源１０からの交流電力をＰＦＣ回路１１０、絶縁ＤＣ／ＤＣ回路１２０に導いて充電を開始することで充電開始時における突入電流を抑制(防止)できるようにして制御フローを終了する。切替スイッチ回路の充電時におけるスイッチ位置の設定は、図３に示した動作シーケンスのものとなることは云うまでもない。   When the voltage of the smoothing capacitor 117 substantially matches the target voltage, the process proceeds to step 205 where the changeover switch circuits 101 to 104 are set to the state at the time of charging, and the AC power from the AC power source 10 is changed to PFC. The control flow is terminated by leading to the circuit 110 and the insulated DC / DC circuit 120 to start charging so that the inrush current at the start of charging can be suppressed (prevented). Needless to say, the setting of the switch position during charging of the change-over switch circuit is the operation sequence shown in FIG.

以上における記載を纏めると、本発明の実施形態に係るＤＳＰ３００は、昇圧動作後において、平滑コンデンサ１１７の電圧と目標電圧とを比較する比較動作を行い、この比較動作後において平滑コンデンサ１１７の電圧が目標電圧より低い場合は、再び力率改善回路１１０を用いて平滑コンデンサ１１７の電圧を目標電圧まで昇圧させる。一方、上記比較動作後において平滑コンデンサ１１７の電圧が目標電圧より高い場合は、絶縁ＤＣ／ＤＣ回路１２０を用いて充電動作を行うことによって、平滑コンデンサ１１７の電圧を降圧させる。さらに、上記比較動作後において平滑コンデンサ１１７の電圧が目標電圧と等しい場合は、切替スイッチ回路１０１〜１０４を充電時における状態に設定する。   To summarize the above description, the DSP 300 according to the embodiment of the present invention performs a comparison operation for comparing the voltage of the smoothing capacitor 117 with the target voltage after the boosting operation, and the voltage of the smoothing capacitor 117 is changed after the comparison operation. When the voltage is lower than the target voltage, the voltage of the smoothing capacitor 117 is boosted to the target voltage again using the power factor correction circuit 110. On the other hand, when the voltage of the smoothing capacitor 117 is higher than the target voltage after the comparison operation, the voltage of the smoothing capacitor 117 is lowered by performing a charging operation using the insulated DC / DC circuit 120. Further, when the voltage of the smoothing capacitor 117 is equal to the target voltage after the comparison operation, the changeover switch circuits 101 to 104 are set to the state at the time of charging.

最後に、車載電源装置の実使用にあたっては、平滑コンデンサ１１７にチャージが残留した状態で誤って充電開始状態に設定すると、平滑コンデンサ１１７に突入電流が流れ込む惧れがあるが、平滑コンデンサ１１７が充電開始前に放電されていれば、制御の上のトラブルを未然に回避することができるので、平滑コンデンサ１１７は走行後に放電されている状態にすることが望ましい。   Finally, in actual use of the in-vehicle power supply device, if the charge is left in the smoothing capacitor 117 and the charging start state is erroneously set, an inrush current may flow into the smoothing capacitor 117, but the smoothing capacitor 117 is charged. If it is discharged before starting, troubles in control can be avoided in advance, so it is desirable that the smoothing capacitor 117 is discharged after traveling.

１０ ＡＣ電源
２０ ＡＣ入力フィルタ
１０１〜１０４ 切替スイッチ回路
１１０ ＰＦＣ回路(昇圧回路)
１１７ 平滑コンデンサ
１２０ 絶縁ＤＣ／ＤＣ回路(コンバータ)
３００ ＤＳＰ(デジタルシグナルプロセッサ)
３２０ 第１のドライバ
３３０ 第２のドライバ
３４０ 第３のドライバ
４００ スイッチング電源用ＥＣＵ
５００ 車両用ＥＣＵ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 AC power supply 20 AC input filter 101-104 Changeover switch circuit 110 PFC circuit (boost circuit)
117 Smoothing capacitor 120 Insulated DC / DC circuit (converter)
300 DSP (Digital Signal Processor)
320 1st driver 330 2nd driver 340 3rd driver 400 ECU for switching power supplies
500 ECU for vehicle

Claims (4)

充電時にトランス１次側からトランス２次側に接続される第１のバッテリを充電するとともにトランス１次側からトランス３次側に接続される第２のバッテリを充電するように電力変換する絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータと、
充電時に前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータにおける入力の力率改善動作および昇圧動作するための力率改善回路と、
前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータと前記力率改善回路との間に設けられる平滑コンデンサと、
充電時に前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータから前記第１のバッテリに電力伝送可能であるとともに、走行時に前記第１のバッテリから前記力率改善回路への入力に電力伝送可能に設けられた切替スイッチ回路とを有する車載用スイッチング電源装置であって、
充電開始前において、前記切替スイッチ回路を走行時における状態に設定し、前記力率改善回路を用いて前記平滑コンデンサの電圧を目標電圧まで昇圧させる昇圧動作を行う制御部を有することを特徴とする車載用電源装置。 Insulation type for power conversion so that the first battery connected from the transformer primary side to the transformer secondary side during charging is charged and the second battery connected from the transformer primary side to the transformer tertiary side is charged. A DC / DC converter;
A power factor correction circuit for performing an input power factor correction operation and a boosting operation in the isolated DC / DC converter during charging;
A smoothing capacitor provided between the insulated DC / DC converter and the power factor correction circuit;
A changeover switch circuit capable of transmitting power from the isolated DC / DC converter to the first battery during charging and capable of transmitting power from the first battery to the input to the power factor correction circuit during traveling. An in-vehicle switching power supply device comprising:
Before starting charging, the switching switch circuit is set to a state at the time of traveling, and has a control unit that performs a boosting operation for boosting the voltage of the smoothing capacitor to a target voltage using the power factor correction circuit. In-vehicle power supply. 前記制御部は、前記昇圧動作後において、前記平滑コンデンサの電圧と前記目標電圧とを比較する比較動作を行い、前記比較動作後において前記平滑コンデンサの電圧が前記目標電圧より低い場合は再び前記力率改善回路を用いて前記平滑コンデンサの電圧を前記目標電圧まで昇圧させ、前記比較動作後において前記平滑コンデンサの電圧が前記目標電圧より高い場合は前記絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータを用いて充電動作を行うことによって前記平滑コンデンサの電圧を降圧させ、前記比較動作後において前記平滑コンデンサの電圧が前記目標電圧と等しい場合は前記切替スイッチ回路を充電時における状態に設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の車載用電源装置。 The control unit performs a comparison operation for comparing the voltage of the smoothing capacitor with the target voltage after the boosting operation. When the voltage of the smoothing capacitor is lower than the target voltage after the comparison operation, the control unit again performs the force. The voltage of the smoothing capacitor is boosted to the target voltage using a rate improvement circuit, and after the comparison operation, when the voltage of the smoothing capacitor is higher than the target voltage, a charging operation is performed using the isolated DC / DC converter. The voltage of the smoothing capacitor is stepped down thereby, and when the voltage of the smoothing capacitor is equal to the target voltage after the comparison operation, the changeover switch circuit is set to a state at the time of charging.
The in-vehicle power supply device according to claim 1. 前記平滑コンデンサは走行後に放電されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車載用電源装置。   The in-vehicle power supply device according to claim 1, wherein the smoothing capacitor is discharged after traveling. 充電時にトランス１次側からトランス２次側に接続される第１のバッテリを充電するとともにトランス１次側からトランス３次側に接続される第２のバッテリを充電するように電力変換する絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータと、充電時に前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータにおける入力の力率改善動作および昇圧動作するための力率改善回路と、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータと前記力率改善回路との間に設けられる平滑コンデンサと、充電時に前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータから前記第１のバッテリに電力伝送可能であるとともに、走行時に前記第１のバッテリから前記力率改善回路への入力に電力伝送可能に設けられた切替スイッチ回路とを有する車載用スイッチング電源装置であって、該車載用スイッチング電源装置は、前記切替スイッチ回路を走行時における状態に設定し、前記力率改善回路を用いて前記平滑コンデンサの電圧を目標電圧まで昇圧させる昇圧動作を行う制御部を有し、該制御部は、
前記切替スイッチ回路を走行時における状態に設定する過程、
該走行時における状態設定の後、前記力率改善回路を用いて前記平滑コンデンサの電圧を目標電圧まで上昇させる昇圧動作を実施する過程、
該昇圧動作を実施したのち、前記平滑コンデンサの電圧が目標電圧より低いか、高いか、略一致かのいずれであるかを判定する過程、
該判定で前記平滑コンデンサの電圧が目標電圧より低い場合には、前記力率改善回路による昇圧動作を実行し、該実行後に前記平滑コンデンサの電圧が目標電圧より低いか、高いか、略一致かのいずれであるかを再判定する過程、
前記平滑コンデンサの電圧が目標電圧より高い場合には、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを用いて充電動作を行って、前記平滑コンデンサの電圧を降下させ、該降下の後、前記平滑コンデンサの電圧が目標電圧より低いか、高いか、略一致かのいずれであるかを再び判定する過程、
前記平滑コンデンサの電圧が目標電圧と略一致する場合には、前記切替スイッチ回路を充電時における状態に設定する過程、
を含む車載用電源装置の突入電流抑制方法。 Insulation type for power conversion so that the first battery connected from the transformer primary side to the transformer secondary side during charging is charged and the second battery connected from the transformer primary side to the transformer tertiary side is charged. A DC / DC converter, a power factor correction circuit for performing an input power factor correction operation and a boosting operation in the isolated DC / DC converter during charging, and between the isolated DC / DC converter and the power factor correction circuit A smoothing capacitor provided in the battery, and power transmission from the isolated DC / DC converter to the first battery during charging and power transmission from the first battery to the input to the power factor correction circuit during traveling An in-vehicle switching power supply device having a change-over switch circuit provided in the in-vehicle switching power supply, Set state during running of the circuit, a control unit for performing a boosting operation to boost the voltage of the smoothing capacitor to the target voltage with the power factor correction circuit, said control unit,
The process of setting the changeover switch circuit to a state at the time of traveling,
A step of performing a boosting operation for raising the voltage of the smoothing capacitor to a target voltage using the power factor correction circuit after setting the state during the running;
A step of determining whether the voltage of the smoothing capacitor is lower, higher, or substantially equal to the target voltage after performing the boosting operation;
If the voltage of the smoothing capacitor is lower than the target voltage in the determination, a step-up operation by the power factor correction circuit is executed, and after the execution, whether the voltage of the smoothing capacitor is lower, higher, or substantially equal to the target voltage The process of re-determining whether
When the voltage of the smoothing capacitor is higher than the target voltage, a charging operation is performed using the isolated DC / DC converter, and the voltage of the smoothing capacitor is lowered after the drop. The process of re-determining whether the voltage is lower, higher or substantially equal to the target voltage,
When the voltage of the smoothing capacitor substantially matches the target voltage, the process of setting the changeover switch circuit to the state at the time of charging,
An inrush current suppressing method for an in-vehicle power supply device including:
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