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

車載用電圧変換装置、および車載装置 Download PDF

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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。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019106785A (ja) * 2017-12-12 2019-06-27 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
US11258291B2 (en) * 2018-02-14 2022-02-22 Lg Energy Solution, Ltd. Power supply circuit for energy transfer between battery and smoothing capacitor, battery management system and battery pack

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09233830A (ja) * 1996-02-26 1997-09-05 Toyota Motor Corp インバータ装置
JP2010148234A (ja) * 2008-12-18 2010-07-01 Seiko Epson Corp 残留電荷放電回路および電源用半導体装置
JP2010213500A (ja) * 2009-03-11 2010-09-24 Omron Corp 電力制御装置および方法、並びにプログラム
JP2012060820A (ja) * 2010-09-10 2012-03-22 Omron Automotive Electronics Co Ltd Dcdcコンバータ
JP2012231580A (ja) * 2011-04-25 2012-11-22 Toyota Motor Corp 電源システム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09233830A (ja) * 1996-02-26 1997-09-05 Toyota Motor Corp インバータ装置
JP2010148234A (ja) * 2008-12-18 2010-07-01 Seiko Epson Corp 残留電荷放電回路および電源用半導体装置
JP2010213500A (ja) * 2009-03-11 2010-09-24 Omron Corp 電力制御装置および方法、並びにプログラム
JP2012060820A (ja) * 2010-09-10 2012-03-22 Omron Automotive Electronics Co Ltd Dcdcコンバータ
JP2012231580A (ja) * 2011-04-25 2012-11-22 Toyota Motor Corp 電源システム

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019106785A (ja) * 2017-12-12 2019-06-27 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
US11258291B2 (en) * 2018-02-14 2022-02-22 Lg Energy Solution, Ltd. Power supply circuit for energy transfer between battery and smoothing capacitor, battery management system and battery pack

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