JP2015104298A - 車載用電圧変換装置、および車載装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧変換動作の停止時に入力コンデンサの放電を急速に行う。
【解決手段】電圧変換回路による電圧変換動作中はメインスイッチング回路をスイッチング動作させると共に、補助スイッチング回路を第１のスイッチング周波数でスイッチング動作させる。電圧変換動作の停止を指示する停止指示信号を受信した場合には、補助スイッチング回路を第１のスイッチング周波数よりも周波数の高い第２のスイッチング周波数でスイッチング動作させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力電圧を電圧変換して直流の出力電圧を生成する車載用電圧変換装置、および車載用電圧変換装置を搭載した車載装置に関する。

近年、自動車にはＣＡＮ（Control Area Network）に代表される車内ＬＡＮ（Local Area Network）が搭載されるようになり、自動車の各機能はＥＣＵ（Electric Control Unit）と呼ばれる車載側制御部によって電子制御されている。ハイブリッド車などに搭載される車載用電圧変換装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ）もこの車内ＬＡＮに接続され、入出力電圧や入出力電流、内部温度などの状態がＥＣＵにより詳細に監視されている。

特開平１１−３０８８５７号公報

ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、入力コンデンサを介して入力電源から入力電圧を供給する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータが動作停止してから入力電源との接続を切断すると、入力コンデンサの両端子間のインピーダンスが高い状態で放置されるため、放電に長時間を要する。そのため、入力電源が切断されたにもかかわらず、ＤＣ／ＤＣコンバータ側は動作可能状態となったままとなり、誤動作の原因ともなる。また、機器の保守のとき等に、入力電源を切断しても内部に高電圧が残ることとなり安全上の問題となるおそれもある。

特許文献１には、入力電源の切断時に入力コンデンサを強制放電させる手段を有する電源装置の技術が開示されている。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、負荷側にスイッチを用いているため、大電流回路においてはパワ―部品が必要となりコストアップとなってしまう。特許文献１に記載の電源装置では、入力コンデンサの電荷を急速に放電することができるが、継続的に動作させるため出力電圧が上昇する可能性がある。

本発明の目的は、電圧変換動作の停止時に入力コンデンサの放電を急速に行うことができるようにした車載用電圧変換装置、および車載装置を提供することにある。

本発明の第１の観点に係る車載用電圧変換装置は、入力コンデンサを介して第１の電源に接続された入力部と、第２の電源に接続された出力部と、メインスイッチング回路を含み、第１の電源からの入力電圧を電圧変換して直流の出力電圧を生成し、第２の電源に出力電圧を供給する電圧変換回路と、メインスイッチング回路のスイッチング動作を制御する制御部と、補助スイッチング回路を含み、入力部と電圧変換回路との間に接続され、制御部に電力を供給する補助電源回路とを備えたものである。また、制御部が、電圧変換回路による電圧変換動作中はメインスイッチング回路をスイッチング動作させると共に、補助スイッチング回路を第１のスイッチング周波数でスイッチング動作させ、電圧変換動作の停止を指示する停止指示信号を受信した場合には、補助スイッチング回路を第１のスイッチング周波数よりも周波数の高い第２のスイッチング周波数でスイッチング動作させるようにしたものである。

本発明の第１の観点に係る車載装置は、第１の電源と、入力コンデンサと、車載用電圧変換装置と、第２の電源とを含み、車載用電圧変換装置を、上記本発明の第１の観点に係る車載用電圧変換装置で構成したものである。

本発明の第１の観点に係る車載用電圧変換装置または車載装置では、電圧変換動作の停止を指示する停止指示信号を受信した場合に、補助スイッチング回路が第１のスイッチング周波数よりも周波数の高い第２のスイッチング周波数でスイッチング動作する。

本発明の第１の観点に係る車載用電圧変換装置または車載装置において、制御部は、停止指示信号を受信した場合には、直ちにメインスイッチング回路のスイッチング動作を停止させるようにしてもよい。
この場合、制御部は、直ちに補助スイッチング回路を第２のスイッチング周波数でスイッチング動作させるようにしてもよい。

本発明の第１の観点に係る車載用電圧変換装置または車載装置において、制御部は、停止指示信号を受信した場合には、所定期間経った後、メインスイッチング回路のスイッチング動作を停止させるようにしてもよい。
この場合、制御部は、直ちに補助スイッチング回路を第２のスイッチング周波数でスイッチング動作させるようにしてもよい。
または、制御部は、所定期間経った後、補助スイッチング回路を第２のスイッチング周波数でスイッチング動作させるようにしてもよい。

本発明の第１の観点に係る車載用電圧変換装置または車載装置において、入力部における電圧値を検出する入力電圧監視部をさらに備え、制御部は、停止指示信号を受信した場合において、入力電圧監視部で検出される電圧値が所定の目標値に達するまで、補助スイッチング回路をスイッチング動作させるようにしてもよい。

本発明の第２の観点に係る車載用電圧変換装置は、入力コンデンサを介して第１の電源に接続された入力部と、第２の電源に接続された出力部と、メインスイッチング回路を含み、第１の電源からの入力電圧を電圧変換して直流の出力電圧を生成し、第２の電源に出力電圧を供給する電圧変換回路と、メインスイッチング回路のスイッチング動作を制御する制御部と、入力部と電圧変換回路との間に接続され、制御部に電力を供給する補助電源回路と、スイッチ回路を含み、補助電源回路に接続された定電流回路とを備えたものである。また、制御部が、電圧変換回路による電圧変換動作中は定電流回路のスイッチ回路をオフ状態とし、電圧変換動作の停止を指示する停止指示信号を受信した場合には、スイッチ回路をオン状態にするようにしたものである。

本発明の第２の観点に係る車載装置は、第１の電源と、入力コンデンサと、車載用電圧変換装置と、第２の電源とを含み、車載用電圧変換装置を、上記本発明の第２の観点に係る車載用電圧変換装置で構成したものである。

本発明の第２の観点に係る車載用電圧変換装置または車載装置では、電圧変換回路による電圧変換動作中は、補助電源回路に接続された定電流回路のスイッチ回路をオフ状態とする。電圧変換動作の停止を指示する停止指示信号を受信した場合には、定電流回路のスイッチ回路をオン状態にする。

本発明の第２の観点に係る車載用電圧変換装置または車載装置において、定電流回路は、放電抵抗素子を含んでいてもよい。

本発明の第１の観点に係る車載用電圧変換装置または車載装置によれば、電圧変換動作の停止を指示する停止指示信号を受信した場合に、補助スイッチング回路が第１のスイッチング周波数よりも周波数の高い第２のスイッチング周波数でスイッチング動作するようにしたので、電圧変換動作の停止時に入力コンデンサの放電を急速に行うことができる。

本発明の第２の観点に係る車載用電圧変換装置または車載装置によれば、電圧変換動作の停止を指示する停止指示信号を受信した場合には、補助電源回路に接続された定電流回路のスイッチ回路をオン状態にするようにしたので、電圧変換動作の停止時に入力コンデンサの放電を急速に行うことができる。

本発明の第１の実施の形態に係る電圧変換装置の一構成例を示す回路図である。 図１に示した電圧変換装置における補助電源回路の一構成例を示す回路図である。 第１の実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の第１の例を示すタイミングチャートである。 第１の実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の第２の例を示すタイミングチャートである。 図３および図４に示した制御動作に対する比較例を示すタイミングチャートである。 第１の実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の一例を示す流れ図である。 第２の実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の一例を示す流れ図である。 第２の実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の第１の例を示すタイミングチャートである。 第２の実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の第２の例を示すタイミングチャートである。 第３の実施の形態に係る電圧変換装置の一構成例を示す回路図である。 第３の実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の一例を示す流れ図である。 第３の実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の一例を示すタイミングチャートである。 図１２に示した制御動作に対する比較例を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
１．１ 構成
１．１．１ 電圧変換装置全体の構成例
１．１．２ 補助電源回路の構成例
１．２ 動作
１．２．１ 電圧変換時の動作
１．２．２ 電圧変換動作停止時の動作（入力コンデンサの放電動作）
１．３ 効果
２．第２の実施の形態
３．第３の実施の形態
４．その他の実施の形態

＜１．第１の実施の形態＞
［１．１ 構成］
（１．１．１ 電圧変換装置全体の構成例）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電圧変換装置１の一構成例を示している。

電圧変換装置１は、入力部としての入力端子Ｔ１，Ｔ２と、メインスイッチング回路１０と、トランス２０と、整流回路３０と、平滑回路４０と、出力部としての出力端子Ｔ３，Ｔ４と、端子Ｔ５とを備えている。この電圧変換装置１はまた、制御ＩＣ（Integrated Circuit）５３と、ドライブ回路５５と、マイコン（マイクロコントローラ）６４と、補助電源回路８０とを備えている。

この電圧変換装置１は、例えば車載用に用いられ、高圧バッテリＢＨから入力された直流の入力電圧Ｖｉｎを電圧変換する（降圧する）ことにより、直流の出力電圧Ｖｏを生成するようになっている。この出力電圧Ｖｏは、出力端子Ｔ３を介して低圧バッテリＢＬへ供給されるようになっている。なお、高圧バッテリＢＨは、１００Ｖから５００Ｖ程度の電圧を蓄電するバッテリであり、低圧バッテリＢＬは、１２Ｖから１５Ｖ程度の電圧を蓄電するバッテリである。高圧バッテリＢＨは、入力スイッチ（コンダクタスイッチ）１０３および入力コンデンサＣｉｎを介して入力端子Ｔ１，Ｔ２に接続されている。低圧バッテリＢＬ側には、負荷１０１が接続されている。また、この電圧変換装置１には、端子Ｔ５を介して車載側制御部であるＥＣＵ１００が接続されている。また、出力端子Ｔ３と負荷１０１および低圧バッテリＢＬとの間には、ＩＧ（イグニッション）スイッチ１０２の一端が接続されている。ＩＧスイッチ１０２の他端は端子Ｔ５に接続されている。入力スイッチ１０３の一端は高圧バッテリＢＨの高圧側に接続されている。入力スイッチ１０３の他端は入力コンデンサＣｉｎの一端と入力端子Ｔ１とに接続されている。入力コンデンサＣｉｎの他端は、高圧バッテリＢＨの低圧側と入力端子Ｔ２とに接続されている。

ＩＧスイッチ１０２による電源オン／オフ信号は、ＥＣＵ１００に送信されるようになっている。ＥＣＵ１００は、ＩＧスイッチ１０２の電源オン／オフ信号に基づいて、入力スイッチ１０３のオン／オフ制御を行うようになっている。入力スイッチ１０３をオン／オフすることにより、高圧バッテリＢＨを電圧変換装置１に対して接続／切断することができるようになっている。ＥＣＵ１００は、端子Ｔ５を介して電圧変換装置１の動作を制御するための制御信号Ｓ０を電圧変換装置１に送信するようになっている。制御信号Ｓ０には、ＩＧスイッチ１０２の電源オン／オフ信号に基づいて、電圧変換装置１における電圧変換動作の開始（電源オン）を指示する開始動作指示信号や、電圧変換動作の停止（電源オフ）を指示する停止指示信号等が含まれる。

メインスイッチング回路１０、トランス２０、整流回路３０、および平滑回路４０は、本発明における「電圧変換回路」の一具体例に対応する。制御ＩＣ５３およびマイコン６４は、本発明における「制御部」の一具体例に対応する。マイコン６４は、本発明における「入力電圧監視部」の一具体例に対応する。高圧バッテリＢＨは、本発明における「第１の電源」の一具体例に対応し、低圧バッテリＢＬは、本発明における「第２の電源」の一具体例に対応する。

入力コンデンサＣｉｎは、高圧バッテリＢＨから入力端子Ｔ１、Ｔ２間に入力される直流の入力電圧Ｖｉｎを平滑化するためのものである。

メインスイッチング回路１０は、入力電圧Ｖｉｎを交流電圧に変換するフルブリッジ型のスイッチング回路である。このメインスイッチング回路１０は、スイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４を有している。

スイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４は、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの素子が使用可能である。この例では、スイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４は、全てＮチャネルのＭＯＳ−ＦＥＴにより構成されている。スイッチング素子ＳＷ１１のゲートにはＳＷ制御信号Ｓ１１が供給され、ソースがスイッチング素子ＳＷ１２のドレインに接続され、ドレインが１次側高圧ラインに接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ１２のゲートにはＳＷ制御信号Ｓ１２が供給され、ソースが１次側低圧ラインに接続され、ドレインがスイッチング素子ＳＷ１１のソースに接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ１３のゲートにはＳＷ制御信号Ｓ１３が供給され、ソースがスイッチング素子ＳＷ１４のドレインに接続され、ドレインが１次側高圧ラインに接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ１４のゲートにはＳＷ制御信号Ｓ１４が供給され、ソースが１次側低圧ラインに接続され、ドレインがスイッチング素子ＳＷ１３のソースに接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ１１のソースおよびスイッチング素子ＳＷ１２のドレインは、後述するトランス２０の１次側巻線２１の一端に接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ１３のソースおよびスイッチング素子ＳＷ１４のドレインは、この１次側巻線２１の他端に接続されている。

この構成により、メインスイッチング回路１０では、ドライブ回路５５から供給されるＳＷ制御信号Ｓ１１〜Ｓ１４に応じてスイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４をオン／オフ制御することにより、入力電圧Ｖｉｎを交流電圧に変換するようになっている。

トランス２０は、１次側と２次側とを直流的に絶縁するとともに交流的に接続するものであり、１次側巻線２１および２次側巻線２２Ａ，２２Ｂを含んで構成された３巻線型のトランスである。また、２次側巻線２２Ａ，２２Ｂの一端はそれぞれセンタタップで互いに接続され、さらに２次側高圧ラインに接続されている。２次側巻線２２Ａの他端は、整流回路３０におけるダイオード３１のカソードに接続されている。２次側巻線２２Ｂの他端は、整流回路３０におけるダイオード３２のカソードに接続されている。このトランス２０は、メインスイッチング回路１０によって変換された交流電圧を降圧または昇圧（この例では、降圧）し、一対の２次側巻線２２Ａ，２２Ｂの他端から、互いに１８０度位相が異なる交流電圧を出力するようになっている。なお、この場合の降圧または昇圧の度合いは、１次側巻線２１と２次側巻線２２Ａ，２２Ｂとの巻数比によって定まる。１次側巻線２１の巻数はＮｐであり、２次側巻線２２Ａ，２２Ｂの巻数はそれぞれＮｓである。これらの巻数比Ｎｐ：Ｎｓは、例えば１０：１に設定される。

この構成により、トランス２０は、１次側巻線２１の両端間に供給された交流電圧をＮｓ／Ｎｐ倍に降圧し、２次側巻線２２Ａ，２２Ｂから出力するようになっている。

整流回路３０は、一対の整流素子（ダイオード３１，３２）から構成され、トランス２０から供給される交流電圧を整流する回路である。ダイオード３１のカソードは、２次側巻線２２Ａの他端に接続され、ダイオード３２のカソードは、２次側巻線２２Ｂの他端に接続されている。また、これらダイオード３１，３２のアノード同士は互いに２次側低圧ラインに接続されている。

平滑回路４０は、チョークコイルＬｃｈと出力平滑コンデンサＣｏｕｔとを有している。チョークコイルＬｃｈは、２次側高圧ライン上に挿入配置されている。チョークコイルＬｃｈの一端はトランス２０のセンタタップに接続され、その他端は平滑コンデンサＣｏｕｔの一端および出力端子Ｔ３に接続されている。平滑コンデンサＣｏｕｔの他端は２次側低圧ラインに接続され、出力端子Ｔ４を介して接地されている。平滑回路４０はこのような構成により、整流回路３０によって整流され、トランス２０のセンタタップから出力される信号を平滑化して直流の出力電圧Ｖｏを生成するようになっている。

補助電源回路８０は、制御ＩＣ５３およびマイコン６４等の制御系の各回路部に電力を供給するものである。補助電源回路８０は、補助スイッチング回路８１を含んでいる。補助電源回路８０は、入力端子Ｔ１とメインスイッチング回路１０との間の１次側高圧ラインに接続され、入力電圧Ｖｉｎおよび入力電流Ｉｉｎが供給されて動作するようになっている。

制御ＩＣ５３およびドライブ回路５５は、メインスイッチング回路１０のスイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４を制御するためのＳＷ制御信号Ｓ１１〜Ｓ１４を生成するものである。制御ＩＣ５３は、マイコン６４からの制御信号Ｓ１に基づいて、出力電圧Ｖｏが所定の電圧を保つように、ドライブ回路５５を制御するものである。ドライブ回路５５は、制御ＩＣ５３からの指示に基づいてＳＷ制御信号Ｓ１１〜Ｓ１４を生成して、スイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４に対して供給するものである。

マイコン６４は、入力端子Ｔ１とメインスイッチング回路１０との間の１次側高圧ラインに接続され、電圧変換装置１の入力値として入力電圧Ｖｉｎの電圧値を検出するようになっている。マイコン６４はまた、出力端子Ｔ３と平滑回路４０との間の２次側高圧ラインに接続され、電圧変換装置１の出力値として出力電流Ｉｏの電流値および出力電圧Ｖｏの電圧値を検出するようになっている。

マイコン６４は、ＥＣＵ１００からの制御信号Ｓ０に基づいて、制御ＩＣ５３の動作を制御する制御信号Ｓ１を制御ＩＣ５３に出力するようになっている。制御信号Ｓ１には、メインスイッチング回路１０のスイッチング動作の開始を指示する開始動作指示信号や、メインスイッチング回路１０のスイッチング動作の停止を指示する停止指示信号等が含まれる。

マイコン６４はまた、ＥＣＵ１００からの制御信号Ｓ０に基づいて、補助スイッチング回路８１の動作を制御する制御信号Ｓ２を補助電源回路８０に出力するようになっている。制御信号Ｓ２には、補助スイッチング回路８１のスイッチング動作の開始を指示する開始動作指示信号や、補助スイッチング回路８１のスイッチング動作の停止を指示する停止指示信号等が含まれる。制御信号Ｓ２にはまた、補助スイッチング回路８１の動作周波数（スイッチング周波数）を指示する動作周波数設定信号が含まれる。

例えば、マイコン６４は、電圧変換装置１における電圧変換動作中はメインスイッチング回路１０をスイッチング動作させると共に、後述する図３等に示すように、補助スイッチング回路８１を第１のスイッチング周波数ｆ１でスイッチング動作させる制御を行うようになっている。マイコン６４はまた、ＥＣＵ１００から制御信号Ｓ０として電圧変換動作の停止を指示する停止指示信号を受信した場合には、後述する図３等に示すように、補助スイッチング回路８１を第１のスイッチング周波数ｆ１よりも周波数の高い第２のスイッチング周波数ｆ２でスイッチング動作させる制御を行うようになっている。

（１．１．２ 補助電源回路８０の構成例）
図２は、図１に示した電圧変換装置１における補助電源回路８０の一構成例を示している。

補助電源回路８０は、例えば図２に示したように、補助スイッチング回路８１と、トランス２００と、ダイオードＤ１１と、コンデンサＣ１１と、レギュレータ８２と、コンデンサＣ１２とを備えたフライバックコンバータで構成することができる。

補助スイッチング回路８１は、ＭＯＳ−ＦＥＴにより構成されている。トランス２００は、極性が反対となるように構成された１次側巻線２０１および２次側巻線２０２を含んでいる。１次側巻線２０１の一端は入力電圧Ｖｉｎが供給される１次側高圧ラインに接続され、他端は補助スイッチング回路８１のドレインに接続されている。補助スイッチング回路８１のソースは１次側低圧ラインに接続されている。補助スイッチング回路８１のゲートには、マイコン６４からの制御信号Ｓ２によって周波数設定されたＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号が入力されるようになっている。

２次側巻線２０２の一端は、ダイオードＤ１１のアノードに接続されている。ダイオードＤ１１のカソードは、コンデンサＣ１１の一端とレギュレータ８２とに接続されている。レギュレータ８２は、ダイオードＤ１１のカソードおよびコンデンサＣ１１の一端とコンデンサＣ１２の一端との間に配置されている。２次側巻線２０２の他端は、コンデンサＣ１１，Ｃ１２の他端に接続され、さらに補助電源電圧Ｖｃｃの出力ラインに接続されている。

レギュレータ８２は、出力する補助電源電圧Ｖｃｃを安定化するためのものである。ダイオードＤ１１、コンデンサＣ１１、およびコンデンサＣ１２は、電圧の整流および平滑化のためのものである。これらによって、例えば５Ｖの安定した補助電源電圧Ｖｃｃが生成され、制御ＩＣ５３およびマイコン６４等の制御系の各回路部に供給される。

［１．２ 動作］
（１．２．１ 電圧変換時の動作）
図１において、ＥＣＵ１００は、ＩＧスイッチ１０２がオンされると、入力スイッチ１０３をオンし、高圧バッテリＢＨを電圧変換装置１に対して接続する。ＥＣＵ１００はまた、制御信号Ｓ０として、電圧変換装置１における電圧変換動作の開始（電源オン）を指示する開始動作指示信号をマイコン６４に出力する。制御ＩＣ５３は、マイコン６４からの制御信号Ｓ１に基づいて、ドライブ回路５５を制御する。ドライブ回路５５は、制御ＩＣ５３からの指示に基づいてＳＷ制御信号Ｓ１１〜Ｓ１４を生成する。

メインスイッチング回路１０は、ＳＷ制御信号Ｓ１１〜Ｓ１４に基づいてスイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４をスイッチングすることにより、高圧バッテリＢＨから供給された直流の入力電圧Ｖｉｎを交流電圧に変換し、トランス２０の１次側巻線２１の両端間に供給する。そしてトランス２０は、この交流電圧をＮｓ／Ｎｐ倍に変圧（降圧）し、２次側巻線２２Ａ，２２Ｂから、変圧された交流電圧を出力する。整流回路３０は、この交流電圧を整流する。平滑回路４０は、この整流された信号を平滑化して直流の出力電圧Ｖｏを生成し、出力端子Ｔ３に接続された低圧バッテリＢＬに給電する。また、出力電流Ｉｏおよび出力電圧Ｖｏが負荷１０１へと供給される。

より具体的には、メインスイッチング回路１０では、ドライブ回路５５から供給されるＳＷ制御信号Ｓ１１〜Ｓ１４に応じて、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１４がオン状態でスイッチング素子ＳＷ１２，ＳＷ１３がオフ状態の期間と、スイッチング素子ＳＷ１２，ＳＷ１３がオン状態でスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１４がオフ状態の期間とが交互に切り換えられる。このようなスイッチング動作により、メインスイッチング回路１０では、入力電圧Ｖｉｎに基づいて交流のパルス電圧が生成され、トランス２０の１次側巻線２１へ供給される。

（１．２．２ 電圧変換動作停止時の動作（入力コンデンサＣｉｎの放電動作））
図３〜図６を参照して、電圧変換動作停止時の動作を説明する。図３は、本実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の第１の例を示している。図４は、本実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の第２の例を示している。図５は、図３および図４に示した制御動作に対する比較例を示している。図６は、本実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の流れの一例を示している。

図３〜図５において、（Ａ）はＩＧスイッチ１０２による電源オン／オフ信号を示している。（Ｂ）はメインスイッチング回路１０の駆動波形を示している。（Ｃ）は補助スイッチング回路８１の駆動波形を示している。（Ｄ）は入力電圧Ｖｉｎを示している。

マイコン６４は、電圧変換装置１における電圧変換動作中（電源オン時）は、図３〜図５の（Ｂ）に示すようにメインスイッチング回路１０を駆動周波数ｆｍでスイッチング動作させるよう指示する信号を、制御信号Ｓ１として制御ＩＣ５３に出力する。マイコン６４はまた、電圧変換動作中は、図３〜図５の（Ｃ）に示すように補助スイッチング回路８１を第１のスイッチング周波数ｆ１でスイッチング動作させるよう指示する信号を、制御信号Ｓ２として補助スイッチング回路８１に出力する。

図１において、ＥＣＵ１００は、ＩＧスイッチ１０２がオフされると、入力スイッチ１０３をオフし、高圧バッテリＢＨを電圧変換装置１に対して切断する。ＥＣＵ１００はまた、制御信号Ｓ０として、電圧変換装置１における電圧変換動作の停止（電源オフ）を指示する停止指示信号をマイコン６４に出力する。

マイコン６４は、停止指示信号を受信した場合には、図６に示す流れに従って、入力コンデンサＣｉｎの放電動作を行うことで、入力コンデンサＣｉｎに蓄えられたエネルギを消費させる。マイコン６４は、入力電圧Ｖｉｎの電圧値を監視し、停止指示信号を受信した場合において、検出される電圧値が規定値（所定の目標値）に達するまで（図６のステップＳ２１；Ｎ）、入力コンデンサＣｉｎを放電させるための動作を行う。

マイコン６４は、停止指示信号を受信した場合には、図３〜図５の（Ｂ）に示すように直ちにメインスイッチング回路１０のスイッチング動作を停止させるよう指示する信号を、制御信号Ｓ１として制御ＩＣ５３に出力する。マイコン６４はまた、停止指示信号を受信した場合において、入力電圧Ｖｉｎの電圧値が所定の目標値に達していない場合（図６のステップＳ２１；Ｙ）には、直ちに補助スイッチング回路８１を入力コンデンサＣｉｎを放電させたるためにスイッチング動作させるよう指示する信号を、制御信号Ｓ２として補助スイッチング回路８１に出力する。この場合、マイコン６４は、入力コンデンサＣｉｎを放電させるのに適した補助スイッチング回路８１の動作周波数を設定し、その周波数設定信号を、制御信号Ｓ２として補助スイッチング回路８１に出力する（図６のステップＳ２２，Ｓ２３）。

より具体的には、マイコン６４は、図３および図４の（Ｃ）に示すように、補助スイッチング回路８１を、電圧変換動作中の動作周波数（第１のスイッチング周波数ｆ１）よりも周波数の高い第２のスイッチング周波数ｆ２でスイッチング動作させる制御を行う。マイコン６４は、入力電圧Ｖｉｎの電圧値を監視し、検出される電圧値が所定の目標値に達するまで、補助スイッチング回路８１を第２のスイッチング周波数ｆ２でスイッチング動作させる。

ここで、図３は、補助スイッチング回路８１に関して、電圧変換動作停止時の動作周波数（第２のスイッチング周波数ｆ２）を、電圧変換動作中の動作周波数（第１のスイッチング周波数ｆ１）に対して２倍（ｆ２＝２ｆ１）に設定した場合の例を示している。図４は、３倍（ｆ２＝３ｆ１）に設定した場合の例を示している。また、図５は、比較例として、補助スイッチング回路８１に関して、電圧変換動作停止時の動作周波数を、電圧変換動作中の動作周波数と同じに設定した場合の例を示している。

図５の比較例では、電源オフしてから入力電圧Ｖｉｎが所定の目標値に達するまで（入力コンデンサＣｉｎが放電し終わるまで）に、時間ｔ１を要している。これに対して、図３の第１の例では、時間ｔ１よりも短い時間ｔ２で入力コンデンサＣｉｎを放電させることができる。さらに図４の第２の例では、電圧変換動作停止時の動作周波数をより高くしたことで、時間ｔ２よりもさらに短い時間ｔ３で入力コンデンサＣｉｎを放電させることができる。

［１．３ 効果］
以上のように、本実施の形態によれば、電圧変換装置１において、電圧変換動作の停止を指示する停止指示信号を受信した場合に、補助スイッチング回路８１を電圧変換動作中の動作周波数よりも高い第２のスイッチング周波数ｆ２でスイッチング動作させるようにしたので、電圧変換動作の停止時に入力コンデンサＣｉｎの放電を急速に、安定かつ効率的に行うことができる。

＜２．第２の実施の形態＞
本実施の形態における電圧変換装置１の基本構成は、上記第１の実施の形態（図１、図２）と略同様であってもよい。上記第１の実施の形態に対して、本実施の形態は、電圧変換動作停止時の動作（入力コンデンサＣｉｎの放電動作）が部分的に異なっている。

図７〜図９を参照して、本実施の形態における電圧変換動作停止時の動作を説明する。図７は、本実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の流れの一例を示している。図８は、本実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の第１の例を示している。図９は、本実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の第２の例を示している。

図８および図９において、（Ａ）はＩＧスイッチ１０２による電源オン／オフ信号を示している。（Ｂ）はメインスイッチング回路１０の駆動波形を示している。（Ｃ）は補助スイッチング回路８１の駆動波形を示している。（Ｄ）は入力電圧Ｖｉｎを示している。

上記第１の実施の形態では、停止指示信号を受信した場合には、図３〜図５の（Ｂ）に示すように直ちにメインスイッチング回路１０のスイッチング動作を停止させる制御を行う。これに対して、本実施の形態では、図８および図９の（Ｂ）に示すように電圧変換動作停止時においても、タイマ制御により、所定期間（Ｔｍ）、メインスイッチング回路１０のスイッチング動作を継続させる制御を行う（図７のステップＳ２１Ａ）。

マイコン６４は、停止指示信号を受信した場合において、入力電圧Ｖｉｎの電圧値が所定の目標値に達していない場合（図７のステップＳ２１；Ｙ）には、図８および図９の（Ｂ）に示すように、所定期間経った後、メインスイッチング回路１０のスイッチング動作を停止させるよう指示する信号を、制御信号Ｓ１として制御ＩＣ５３に出力する。マイコン６４はまた、上記第１の実施の形態と同様に、入力コンデンサＣｉｎを放電させるのに適した補助スイッチング回路８１の動作周波数を設定し、その周波数設定信号を、制御信号Ｓ２として補助スイッチング回路８１に出力する（図７のステップＳ２２，Ｓ２３）。その後、マイコン６４は、入力電圧Ｖｉｎの電圧値が規定値(所定の目標値)に達するまで入力コンデンサＣｉｎを放電させるための動作を行う（図７のステップＳ２４；Ｙ）。

ここで、図８は、マイコン６４が、電圧変換動作中（電源オン時）および所定期間Ｔｍの間は、補助スイッチング回路８１を第１のスイッチング周波数ｆ１でスイッチング動作させるよう指示する信号を、制御信号Ｓ２として補助スイッチング回路８１に出力した場合の動作例を示している。図８の例では、停止指示信号を受信して所定期間経った後に、補助スイッチング回路８１を、電圧変換動作中の動作周波数（第１のスイッチング周波数ｆ１）よりも周波数の高い第２のスイッチング周波数ｆ２でスイッチング動作させる制御を行っている。この図８の第１の動作例では、停止指示信号を受信した場合にも所定期間、メインスイッチング回路のスイッチング動作を継続させるので、上記第１の実施の形態よりもさらに短い時間ｔ４で入力コンデンサＣｉｎを放電させることができる。

図９の第２の動作例では、停止指示信号を受信後、直ちに補助スイッチング回路８１を、第２のスイッチング周波数ｆ２でスイッチング動作させる制御を行っている。これにより、図８の動作例による放電時間ｔ４よりもさらに短い時間で入力コンデンサＣｉｎを放電させることができる。

＜３．第３の実施の形態＞
図１０は、本発明の第３の実施の形態に係る電圧変換装置１Ａの一構成例を示している。本実施の形態に係る電圧変換装置１Ａは、図１に示した電圧変換装置１に対して構成要素として、定電流回路８５をさらに備えている。

定電流回路８５は、定電流スイッチ回路８６と放電抵抗素子Ｒ１０とを有している。放電抵抗素子Ｒ１０の一端は、補助電源回路８０に接続されている。放電抵抗素子Ｒ１０の他端は、定電流スイッチ回路８６に接続されている。

本実施の形態では、マイコン６４は、ＥＣＵ１００からの制御信号Ｓ０に基づいて、定電流スイッチ回路８６の動作を制御する制御信号Ｓ３を定電流スイッチ回路８６に出力するようになっている。マイコン６４は、電圧変換動作中は定電流回路８５の定電流スイッチ回路８６をオフ状態とし、電圧変換動作の停止を指示する停止指示信号を受信した場合には、定電流スイッチ回路８６をオン状態にするよう定電流スイッチ回路８６を制御するようになっている。

図１１〜図１３を参照して、本実施の形態における電圧変換動作停止時の動作を説明する。図１１は、本実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の流れの一例を示している。図１２は、本実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の一例を示している。図１３は、図１２に示した制御動作に対する比較例を示している。

図１２および図１３において、（Ａ）はＩＧスイッチ１０２による電源オン／オフ信号を示している。（Ｂ）はメインスイッチング回路１０の駆動波形を示している。（Ｃ）は定電流回路８５の放電抵抗素子Ｒ１０に流れる電流Ｉｒの波形を示している。（Ｄ）は入力電圧Ｖｉｎを示している。

マイコン６４は、停止指示信号を受信した場合には、図１１に示す流れに従って、入力コンデンサＣｉｎの放電動作を行うことで、入力コンデンサＣｉｎに蓄えられたエネルギを消費させる。マイコン６４は、入力電圧Ｖｉｎの電圧値を監視し、停止指示信号を受信した場合において、検出される電圧値が規定値（所定の目標値）に達するまで（図１１のステップＳ３１；Ｎ）、入力コンデンサＣｉｎを放電させるための動作を行う。

マイコン６４は、停止指示信号を受信した場合には、図１２および図１３の（Ｂ）に示すように直ちにメインスイッチング回路１０のスイッチング動作を停止させるよう指示する信号を、制御信号Ｓ１として制御ＩＣ５３に出力する。マイコン６４はまた、停止指示信号を受信した場合において、入力電圧Ｖｉｎの電圧値が所定の目標値に達していない場合（図１１のステップＳ３１；Ｙ）には、入力コンデンサＣｉｎを放電させるのに適した状態となるように、定電流回路８５の定電流設定を行い、その設定信号を、制御信号Ｓ３として定電流回路８５に出力する（図１１のステップＳ３２，Ｓ３３）。

より具体的には、マイコン６４は、電圧変換動作の停止を指示する停止指示信号を受信した場合には、定電流スイッチ回路８６をオフ状態からオン状態にするよう指示する信号を、制御信号Ｓ３として定電流スイッチ回路８６に出力する。これにより、図１２の（Ｃ）に示すように、定電流回路８５の放電抵抗素子Ｒ１０に電流Ｉｒが流れることで、入力コンデンサＣｉｎに蓄えられたエネルギが消費され、入力コンデンサＣｉｎを放電させることができる。なお、通常の電圧変換動作中は、定電流スイッチ回路８６はオフ状態となっているため、放電抵抗素子Ｒ１０に電流Ｉｒは流れず、放電抵抗素子Ｒ１０を設けたことによる損失は生じない。

ここで、図１３の比較例は、定電流スイッチ回路８６を設けなかった場合の例を示している。図１３の比較例では、電圧変換動作中と電圧変換動作の停止中とで、放電抵抗素子Ｒ１０に同じ電流Ｉｒが流れる。よって放電抵抗素子Ｒ１０を流れる電流Ｉｒ分の損失が常に発生する。図１３の比較例では、電源オフしてから入力電圧Ｖｉｎが所定の目標値に達するまで（入力コンデンサＣｉｎが放電し終わるまで）に、時間ｔ１を要している。これに対して、図１２の動作例では、時間ｔ１よりも短い時間ｔ５で入力コンデンサＣｉｎを放電させることができる。

なお、本実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作を、上記第１の実施の形態、または上記第２の実施の形態における制御動作と組み合わせて適用するようにしてもよい。

＜４．その他の実施の形態＞
本発明による技術は、上記各実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。

例えば、上記の各実施の形態では、入力電圧Ｖｉｎを降圧して出力電圧Ｖｏを生成するようにしたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、入力電圧Ｖｉｎを昇圧して出力電圧Ｖｏを生成してもよい。

本技術は、出力電圧Ｖｏが直流電圧であり、その直流電圧レベルを変化させることができる、全ての電源装置に適用可能である。

１，１Ａ…電圧変換装置、１０…メインスイッチング回路、２０…トランス、２１…１次側巻線、２２Ａ，２２Ｂ…２次側巻線、３０…整流回路、３１，３２…ダイオード、４０…平滑回路、５３…制御ＩＣ、５５…ドライブ回路、６４…マイコン、８０…補助電源回路、８１…補助スイッチング回路、８２…レギュレータ、８５…定電流回路、８６…定電流スイッチ回路、１００…ＥＣＵ、１０１…負荷、１０２…ＩＧスイッチ、１０３…入力スイッチ、２００…トランス、２０１…１次側巻線、２０２…２次側巻線、ＢＨ…高圧バッテリ、ＢＬ…低圧バッテリ、Ｃｉｎ…入力コンデンサ、Ｃｏｕｔ…出力平滑コンデンサ、Ｃ１１，Ｃ１２…コンデンサ、Ｄ１１…ダイオード、ｆ１…第１のスイッチング周波数、ｆ２…第２のスイッチング周波数、ｆｍ…メインスイッチング回路の駆動周波数、Ｉｒ…電流、Ｉｉｎ…入力電流、Ｉｏ…出力電流、Ｌｃｈ…チョークコイル、Ｒ１０…放電抵抗素子、ＳＷ１１〜ＳＷ１４…スイッチング素子、Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３（，Ｓ４，Ｓ５）…制御信号、Ｓ１１〜Ｓ１４…ＳＷ制御信号、Ｔｍ…所定期間（タイマ時間）、Ｔ１，Ｔ２…入力端子、Ｔ３，Ｔ４…出力端子、Ｔ５…端子、Ｖｃｃ…補助電源電圧、Ｖｉｎ…入力電圧、Ｖｏ…出力電圧。

Claims (10)

1. 入力コンデンサを介して第１の電源に接続された入力部と、
   第２の電源に接続された出力部と、
   メインスイッチング回路を含み、前記第１の電源からの入力電圧を電圧変換して直流の出力電圧を生成し、前記第２の電源に前記出力電圧を供給する電圧変換回路と、
   前記メインスイッチング回路のスイッチング動作を制御する制御部と、
   補助スイッチング回路を含み、前記入力部と前記電圧変換回路との間に接続され、前記制御部に電力を供給する補助電源回路と
   を備え、
   前記制御部は、前記電圧変換回路による電圧変換動作中は前記メインスイッチング回路をスイッチング動作させると共に、前記補助スイッチング回路を第１のスイッチング周波数でスイッチング動作させ、電圧変換動作の停止を指示する停止指示信号を受信した場合には、前記補助スイッチング回路を前記第１のスイッチング周波数よりも周波数の高い第２のスイッチング周波数でスイッチング動作させる
   車載用電圧変換装置。
2. 前記制御部は、前記停止指示信号を受信した場合には、直ちに前記メインスイッチング回路のスイッチング動作を停止させる
   請求項１に記載の車載用電圧変換装置。
3. 前記制御部は、前記停止指示信号を受信した場合には、所定期間経った後、前記メインスイッチング回路のスイッチング動作を停止させる
   請求項１に記載の車載用電圧変換装置。
4. 前記制御部は、前記停止指示信号を受信した場合には、直ちに前記補助スイッチング回路を前記第２のスイッチング周波数でスイッチング動作させる
   請求項２または３に記載の車載用電圧変換装置。
5. 前記制御部は、前記停止指示信号を受信した場合には、前記所定期間経った後、前記補助スイッチング回路を前記第２のスイッチング周波数でスイッチング動作させる
   請求項３に記載の車載用電圧変換装置。
6. 前記入力部における電圧値を検出する入力電圧監視部をさらに備え、
   前記制御部は、前記停止指示信号を受信した場合において、前記入力電圧監視部で検出される電圧値が所定の目標値に達するまで、前記補助スイッチング回路をスイッチング動作させる
   請求項１ないし５のいずれか１つに記載の車載用電圧変換装置。
7. 入力コンデンサを介して第１の電源に接続された入力部と、
   第２の電源に接続された出力部と、
   メインスイッチング回路を含み、前記第１の電源からの入力電圧を電圧変換して直流の出力電圧を生成し、前記第２の電源に前記出力電圧を供給する電圧変換回路と、
   前記メインスイッチング回路のスイッチング動作を制御する制御部と、
   前記入力部と前記電圧変換回路との間に接続され、前記制御部に電力を供給する補助電源回路と、
   スイッチ回路を含み、前記補助電源回路に接続された定電流回路と
   を備え、
   前記制御部は、前記電圧変換回路による電圧変換動作中は前記定電流回路の前記スイッチ回路をオフ状態とし、電圧変換動作の停止を指示する停止指示信号を受信した場合には、前記スイッチ回路をオン状態にする
   車載用電圧変換装置。
8. 前記定電流回路は、放電抵抗素子を含む
   請求項７に記載の車載用電圧変換装置。
9. 第１の電源と、入力コンデンサと、車載用電圧変換装置と、第２の電源とを含み、
   前記車載用電圧変換装置は、
   前記入力コンデンサを介して前記第１の電源に接続された入力部と、
   前記第２の電源に接続された出力部と、
   メインスイッチング回路を含み、前記第１の電源からの入力電圧を電圧変換して直流の出力電圧を生成し、前記第２の電源に前記出力電圧を供給する電圧変換回路と、
   前記メインスイッチング回路のスイッチング動作を制御する制御部と、
   補助スイッチング回路を含み、前記入力部と前記電圧変換回路との間に接続され、前記制御部に電力を供給する補助電源回路と
   を備え、
   前記制御部は、前記電圧変換回路による電圧変換動作中は前記メインスイッチング回路をスイッチング動作させると共に、前記補助スイッチング回路を第１のスイッチング周波数でスイッチング動作させ、電圧変換動作の停止を指示する停止指示信号を受信した場合には、前記補助スイッチング回路を前記第１のスイッチング周波数よりも周波数の高い第２のスイッチング周波数でスイッチング動作させる
   車載装置。
10. 第１の電源と、入力コンデンサと、車載用電圧変換装置と、第２の電源とを含み、
    前記車載用電圧変換装置は、
    前記入力コンデンサを介して前記第１の電源に接続された入力部と、
    前記第２の電源に接続された出力部と、
    メインスイッチング回路を含み、前記第１の電源からの入力電圧を電圧変換して直流の出力電圧を生成し、前記第２の電源に前記出力電圧を供給する電圧変換回路と、
    前記メインスイッチング回路のスイッチング動作を制御する制御部と、
    前記入力部と前記電圧変換回路との間に接続され、前記制御部に電力を供給する補助電源回路と、
    スイッチ回路を含み、前記補助電源回路に接続された定電流回路と
    を備え、
    前記制御部は、前記電圧変換回路による電圧変換動作中は前記定電流回路の前記スイッチ回路をオフ状態とし、電圧変換動作の停止を指示する停止指示信号を受信した場合には、前記スイッチ回路をオン状態にする
    車載装置。

Images