JP2017043342A - 電源制御装置およびヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラウンアウト時であってもＢＢＣを用いることなく車両に搭載された電子機器のオン状態を維持する電源制御装置を提供する。
【解決手段】この電源制御装置は、車両に搭載される電子機器を構成し、電圧の供給対象に対する電圧供給の制御を行う。電源制御装置は、電源と供給対象との間に介在し、電源の電圧を、電源の電圧からブラウンアウトによる電圧の降下量を減じた電圧値よりも低い電圧に降圧する降圧回路と、降圧回路と供給対象との間に介在し、降圧回路の出力電圧を、供給対象の定格電圧を超えない電圧に昇圧する昇圧回路と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載された電子機器に供給する電圧を制御する電源制御装置、および電源制御装置が設けられたヘッドアップディスプレイ装置に関する。

燃費の向上や環境への配慮からアイドルストップを行う車両が増加傾向にある。

ところで、近年、車両には、運転者に走行時のさまざまな情報を伝達するために例えばディスプレイ等の電子機器が搭載されている。一般に、このような電子機器にはバッテリから出力される電圧を降圧した電圧が入力されている。そして、例えばアイドルストップの状態から復帰してエンジンが始動されると、各種電子機器への電力供給が同時に開始されるため、突入電流による電圧降下（いわゆるブラウンアウト）が発生する虞がある。

例えばディスプレイの場合、ブラウンアウトが発生すると画面がオフ状態になったり輝度が低下したりする場合があり、不快感を覚える運転者が存在するという問題があった。

特許文献１には、電源電圧の低下に対して不必要にディスプレイ系の電源が遮断されることを防止することのできる電源制御装置が開示されている。この電源制御装置はバッテリの残量が低下している場合に適用できるものであり、具体的には、スタータ駆動時のバッテリ電圧低下値に基づき、ディスプレイ系の電源遮断の要否が判断され、エンジン始動が困難であるときのみ、ディスプレイ系の電源が遮断するものである。

特開２００６−２０５７９５号公報

しかしながら、上記したように、特許文献１記載の電源制御装置は、バッテリの残量が低下している場合に適用できるものであってアイドルストップ状態から復帰時のブラウンアウトに適用できるものではない。また、この電源制御装置をブラウンアウト時に適用できたとしても、バッテリ電圧低下値が閾値を下回る場合にはディスプレイの電源がオフされることを回避することはできない。

ところで、ブラウンアウトへの対応として、車両側にＢＢＣ（Backup Boost Converter）を追加し、車両に搭載される電子機器に十分な電源電圧を供給できるようにした制御装置も知られている。しかしながら、電圧の高いバッテリに直接接続されつつ電圧を調節しなければならないので、ＢＢＣにおける電圧の入力レンジは比較的大きく設定されなければならない。すなわち、ＢＢＣの回路規模が大きくなってしまう虞がある。つまり、車両側に設けられる電源装置の小型化の要請に反する虞がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、ブラウンアウト時であってもＢＢＣを用いることなく車両に搭載された電子機器のオン状態を維持する電源制御装置を提供することを目的とする。

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、本発明は、車両に搭載される電子機器（１００）を構成し、電圧の供給対象（１１，２０，３１，４１，４２，５０）に対する電圧供給の制御を行う電源制御装置であって、電源と供給対象との間に介在し、電源の電圧を、電源の電圧からブラウンアウトによる電圧の降下量を減じた電圧値よりも低い電圧に降圧する降圧回路（６１）と、降圧回路と前記供給対象との間に介在し、降圧回路の出力電圧を、供給対象の定格電圧を超えない電圧に昇圧する昇圧回路（６７）と、を備えることを特徴としている。

これによれば、電源の電圧は降圧回路で降圧された後に、昇圧回路によって供給対象が必要とする電圧まで昇圧される。降圧回路による降圧は、ブラウンアウトの結果低下した電圧値よりも低い電圧まで行われるので、万一ブラウンアウトが発生した場合でも、降圧回路に入力される電圧は降圧後の電圧よりも高くなる。すなわち、降圧回路は出力電圧を安定して確保することができる。そして、昇圧回路は、ブラウンアウト発生時においても安定して確保される降圧回路の出力電圧を入力として昇圧動作を行うので、昇圧回路の出力電圧を安定して確保することができる。したがって、ブラウンアウト時であってもＢＢＣを用いることなく車両に搭載された電子機器のオン状態を維持することができる。

第１実施形態にかかるヘッドアップディスプレイ装置の概略構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。

（第１実施形態）
最初に、図１を参照して、本実施形態に係る電源制御装置の概略構成について説明する。

本実施形態における電源制御装置は車両に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置に含まれる電源回路である。この電源制御装置は、電子機器としてのヘッドアップディスプレイ装置（以降、ＨＵＤと示す）を構成し、発光ダイオード（以降、ＬＥＤと示す）の駆動を制御する光源ドライバへの電圧供給を制御している。すなわち、特許請求の範囲に記載の供給対象が本実施形態における光源ドライバに相当する。ＬＥＤは集光レンズ、拡散板、および液晶パネルを介して、例えばコンバイナや風防といった投影部材に映像を投影する光源である。ＨＵＤはＬＥＤ、光源ドライバ、および、電源制御装置を含む一体のモジュールとして車両に搭載されるものであり、ＨＵＤへの電源供給は車両に搭載されたバッテリにより行われる。

図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１００（以降、ＨＵＤ１００と示す）は、発光ダイオード１０（以降、ＬＥＤ１０と示す）と、ＴＦＴ液晶２０と、モータ３０と、を備えている。また、ＨＵＤ１００は、ＬＥＤ１０の動作を制御するＬＥＤドライバ１１、モータ３０の駆動を制御するモータドライバ３１を備えている。

発光ダイオード１０（ＬＥＤ１０）は、一般的に知られた発光ダイオードを採用することができる。ＬＥＤ１０はヘッドアップディスプレイ装置に含まれる投影部材に映像を投影するための光源であり、いわゆるバックライトに相当する。ＬＥＤ１０から放射された光は図示しない集光レンズ、拡散板、および後述するＴＦＴ液晶２０を経て所定の映像とされた後、単一あるいは複数のミラーを介して投影部材に投影される。なお、ＬＥＤ１０はその種類を問わず、無機発光ダイオード、有機発光ダイオード、発光ポリマーなどを採用することができる。

ＬＥＤドライバ１１は、後述するＣＰＵ４０の命令に基づいてＬＥＤ１０に流す電流の大きさを制御する回路である。電流の大きさは電界トランジスタ（ＦＥＴ）のドレイン電流の大きさとして制御される。ドレイン電流はゲート電圧の大きさを調整することによって制御される。ＬＥＤドライバ１１はゲート電圧を所定の電圧に設定してＬＥＤを適切な光量で発光させている。ＬＥＤドライバは特許請求の範囲に記載の光源ドライバに相当する。

ＴＦＴ液晶２０は、薄膜トランジスタにより液晶分子に印加する電圧を制御して分子の配向を変化させる装置であり、一般的に知られた液晶パネルを採用することができる。バックライトとしての発光ダイオード１０の光はＴＦＴ液晶２０を通過することにより所定の映像となる。

モータ３０は、ＴＦＴ液晶２０を経由したＬＥＤ１０の光を反射して投影部材に導光するミラーの向く方向を制御している。モータ３０はロータ、ステータおよび回転軸を有する一般的に知られたモータを採用することができる。ミラーは回転軸に固定され、回転軸の回転に伴ってＬＥＤ１０からの光の反射方向を可変にされている。

モータドライバ３１は、後述するＣＰＵ４０の命令に基づいてモータにおける回転軸の回転方向、回転速度を制御している。モータドライバ３１は、例えば２つのＦＥＴが直列で接続されてインバータにより構成されている。モータドライバ３１はＦＥＴに流れる電流を制御するとともに、２つのＦＥＴのいずれをオンするか否かを制御することによって回転軸の回転方向を制御している。モータドライバ３１は、ＬＥＤドライバ１１と同様に、特許請求の範囲に記載の供給対象に相当する。

さらに、ＨＵＤ１００は、ＬＥＤドライバ１１、ＴＦＴ液晶２０、モータドライバ３１に駆動信号を出力して制御する制御部としてのＣＰＵ４０を備えている。

ＣＰＵ４０にはＲＯＭ４１およびメモリ４２がアドレスバス、コントロールバスおよびデータバスを介して接続されている。ＲＯＭ４１は、例えばＣＰＵ４０が実行するプログラム等の固定データを格納する。メモリ４２は、例えばＣＰＵ４０が演算した結果等を一時的に格納する。

加えて、ＨＵＤ１００は、ＨＵＤ１００以外の電子機器とデータの通信を行うためのネットワークに接続可能になっている。ＣＰＵ４０は、データ通信を制御する通信ドライバ５０に接続されている。ここで、ネットワークとは例えばＣＡＮ（登録商標）であり、ＣＡＮは車載機器にも利用可能なネットワークの規格と関連機器である。

通信ドライバ５０は、ＣＰＵ４０が外部ＥＣＵに出力する信号の変調や、外部ＥＣＵからＣＰＵ４０へ入力される信号の復調および入力信号の誤り検出を行うとともに、ＣＰＵ４０および外部ＥＣＵとを繋ぐデータバスの通信リソースのチェックを行う。通信ドライバ５０は、ＬＥＤドライバ１１およびモータドライバ３１と同様に、特許請求の範囲に記載の供給対象に相当する。

ＣＰＵ４０は、命令のフェッチ、デコードおよびエグゼキュートを行う一般的に知られた集積回路である。ＲＯＭ４１に格納されたプログラムに基づいてＨＵＤとして適切な命令を実行する。命令はＬＥＤドライバ１１、モータドライバ３１に出力されて、それぞれＬＥＤ１０の発光およびモータ３０の駆動が制御される。また、ＣＰＵ４０はＴＦＴ液晶２０に対して、所望の映像を生成するための命令を出力する。さらに、ＣＰＵ４０は、外部ＥＣＵとの間で信号の送受信を行う場合において、通信ドライバ５０に対して変調および復調を制御するための命令を出力する。

上記した各要素は、車両に搭載されたバッテリにより電源が供給されている。ＨＵＤ１００は、バッテリから供給される電圧を各要素に適合した電圧に調整する電源制御装置６０を備えている。なお、本実施形態においては、出力電圧が１２Ｖのバッテリを想定して説明する。

この電源制御装置６０は、バッテリの出力電圧である１２Ｖが、逆流防止のダイオード７０を介して、入力端子ＢＡＴＴに入力されている。なお、電源制御装置６０およびその他の電圧の供給対象への電圧の入力は、バッテリとの間にイグニッションスイッチやメインリレーを介することが普通であるが、図１ではこれらスイッチおよびリレーを省略している。具体的な電源投入シーケンスとしては、まずイグニッションスイッチがオンされる。これによりイグニッションスイッチを介してバッテリと接続された供給対象に電圧が供給される。この通電によりメインリレーがオンされてメインリレーを介してバッテリと接続された供給対象に電圧が供給される。いずれの場合もバッテリの出力電圧が入力されるものであり、図１においては、イグニッションスイッチを介して電圧が入力されるか、あるいはメインリレーを介して電圧が入力されるかに関わらず、バッテリからの入力電圧、すなわちバッテリの出力電圧１２Ｖを＋Ｂと記載している。

電源制御装置６０は、図１に示すように、入力端子ＢＡＴＴに接続され、バッテリから供給される電圧を、電圧の供給対象としての各要素に適合した電圧に調整している。本実施形態における電源制御装置６０は、バッテリの出力電圧１２Ｖを入力電圧として、一般的なＩＣの動作電圧である３．３Ｖ、２．５Ｖ、１．８Ｖ、１．５Ｖ、１．２Ｖ、および１．０５Ｖを生成するとともに、ＬＥＤドライバ１１やモータドライバ３１、通信ドライバ５０などのドライバの駆動電圧としての５．０Ｖを生成して出力している。

なお、３．３Ｖは、一般的なＩＣの動作電圧であると同時に、アイドルストップからの復帰時、あるいは、運転者が手動でエンジンを始動した際のブラウンアウト時において電源制御装置６０に入力される電圧よりも低い値である。

電源制御装置６０は、入力端子ＢＡＴＴに接続され、入力される１２Ｖを３．３Ｖまで降圧する第１降圧回路６１と、第１降圧回路６１の出力である３．３Ｖを入力として、２．５Ｖ、１．８Ｖ、１．５Ｖ、１．２Ｖ、１．０５Ｖまでそれぞれ降圧する第２降圧回路６２、第３降圧回路６３、第４降圧回路６４、第５降圧回路６５、第６降圧回路６６と、を有している。

さらに、電源制御装置６０は、第１降圧回路６１の出力である３．３Ｖを入力として、５．０Ｖまで昇圧する昇圧回路６７を有している。すなわち、昇圧回路６７は、バッテリに対して第１降圧回路６１と直列に接続され、１２Ｖから３．３Ｖへの降圧を経て５．０Ｖを生成する。なお、特許請求の範囲に記載の降圧回路とは、第１〜第６降圧回路のすべてを含むが、本実施形態においては、特に昇圧回路６７が接続された第１降圧回路６１に相当する。

なお、第１〜第６降圧回路６１〜６６には、一般的に知られる降圧コンバータを採用することができる。降圧コンバータとしては例えば、スイッチングレギュレータやスイッチングレギュレータがある。また、昇圧回路６７には、一般的に知られる昇圧コンバータを採用することができる。昇圧コンバータとしては例えば、チャージポンプや昇圧チョッパ回路などがある。図１では、これら降圧コンバータおよび昇圧コンバータの具体的な回路構成の図示を省略し、ブロックとして図示している。

生成された５．０Ｖ、３．３Ｖ、２．５Ｖ、１．８Ｖ、１．５Ｖ、１．２Ｖ、および１．０５Ｖは、電圧の供給対象に直接入力されるか、あるいはＣＰＵ４０を介して供給対象に入力されるようになっている。本実施形態では、昇圧回路６７の出力である５Ｖがスイッチ６８を介して供給される経路（図１にＳＷ５Ｖと示す）と、スイッチを介することなく供給される経路（図１に単に５Ｖと示す）と、が存在する。どちらの経路でも供給対象に入力される電圧は５Ｖであり、バッテリの出力電圧１２Ｖが第１降圧回路６１で一旦３．３Ｖに降圧された後に、昇圧回路６７で昇圧されることで得られる。

本実施形態においては、図１に示すように、ＬＥＤドライバ１１、モータドライバ３１および通信ドライバ５０に５Ｖが入力されている。ＴＦＴ液晶２０には３．３Ｖが入力されている。ＲＯＭ４１には３．３Ｖあるいは１．８Ｖが入力されている。メモリ４２には３．３Ｖ、１．８Ｖ、１．５Ｖのいずれかの電圧が入力されている。モータ３０およびＬＥＤ１０にはバッテリから直接＋Ｂ（＝１２Ｖ）が入力されて駆動する。各電圧は、それぞれの供給対象に対して適切な入力電圧であり、定格電圧を超えない。

次に、本実施形態における電源制御装置６０を採用することによる作用効果について説明する。

この電源制御装置６０は、バッテリの出力電圧を、電源（すなわち、バッテリ）の電圧からブラウンアウトによる電圧の降下量を減じた電圧値よりも低い電圧に降圧する第１降圧回路６１を備えている。

このため、ブラウンアウト発生時でも、第１降圧回路６１の入力電圧は出力電圧より低くなることはない。これにより、第１降圧回路６１は、ブラウンアウト発生時でも安定して所定の電圧を出力することができる。

そして、昇圧回路６７は、安定して降圧された上記降圧回路６１の出力電圧を入力として、ＬＥＤドライバ１１、モータドライバ３１、通信ドライバ５０に供給が必要な所定の電圧まで昇圧する。ここで、昇圧回路６７に入力される電圧はブラウンアウトの発生に依存しないから、昇圧回路６７により昇圧された出力電圧をブラウンアウトの発生に依らず安定して得ることができる。

具体的な数値で詳しく説明する。

国際規格ＩＳＯ７６３７−２における電源電圧変動試験要求（Ｐｕｌｓｅ４）によれば、アイドルストップからの復帰時において、エンジンのスタータモータ回路の起動によって発生する電源電圧の降下量は、電源電圧の初期値が１２Ｖである場合に最大で７Ｖと規定されている。本実施形態における第１降圧回路６１は、バッテリの電圧１２Ｖを３．３Ｖまで降圧するものであり、バッテリの出力電圧に国際規格ＩＳＯ７６３７−２に規定する最大の電圧降下が発生しても、第１降圧回路６１の入力電圧は３．３Ｖを下回ることはない。このため、第１降圧回路６１は、ブラウンアウト発生時であっても、安定して３．３Ｖの出力を維持することができる。そして、昇圧回路６７は安定して３．３Ｖを入力電圧として確保できるから、安定した出力電圧５．０Ｖを出力することができる。

上記したように、本実施形態における電源制御装置６０を採用すれば、ブラウンアウトの発生時であっても、ＬＥＤドライバ１１、モータドライバ３１、通信ドライバ５０に安定して５．０Ｖを供給することができる。したがって、ブラウンアウト時であってもＢＢＣを用いることなく車両に搭載された電子機器のオン状態を維持することができる。

なお、バッテリと電源制御装置６０の間には、整流のためのダイオード７０が挿入されている。ダイオード７０により略１．０Ｖの電圧降下が発生する場合があるが、このような電圧ドロップが生じた場合は、１２Ｖからの降下量は７Ｖ＋１Ｖ＝８Ｖであり、第１降圧回路６１の入力電圧は最小で略４．０Ｖとなる。このような条件でも第１降圧回路６１の入力電圧は３．３Ｖを下回ることはないので、車両に搭載された電子機器のオン状態を安定して維持することができる。

また、５．０Ｖを入力電圧とする供給対象に電圧を供給する場合、従来のように１２Ｖから直接５．０Ｖに降圧する構成では、短絡等による過電流からＣＰＵ４０等を保護する保護回路として１２Ｖ以上の耐性を有する回路が必要である。これに対して、本実施形態では、５．０Ｖの昇圧する前段で３．３Ｖに降圧されているため、過電流に対する保護回路の規模を従来の構成よりも小さくあるいは簡素な回路構成にすることができる。

なお、上記例では、アイドルストップからの復帰時における例について説明したが、運転者が手動でエンジンを手動する際の電源電圧の降下についても保証する。

国際規格ＩＳＯ１６７５０−２における電源電圧変動試験要求によれば、エンジン始動時において、エンジンのスタータモータ回路の起動によって発生する電源電圧の降下量は、電源電圧の初期値が１２Ｖである場合に最大で７．５Ｖと規定されている。本実施形態における第１降圧回路６１は、バッテリの電圧１２Ｖを３．３Ｖまで降圧するものであり、バッテリの出力電圧に国際規格ＩＳＯ１６７５０−２に規定する最大の電圧降下が発生しても、第１降圧回路６１の入力電圧は３．３Ｖを下回ることはない。このため、第１降圧回路６１は、手動でのエンジン始動時における電圧降下であっても、安定して３．３Ｖの出力を維持することができる。そして、昇圧回路６７は安定して３．３Ｖを入力電圧として確保できるから、安定した出力電圧５．０Ｖを出力することができる。

なお、手動でのエンジン始動においても、ダイオード７０により略１．０Ｖの電圧降下が発生することがあるが、この場合でも、最大の電圧降下量は７．５Ｖ＋１Ｖ＝８．５Ｖであり、第１降圧回路６１の入力電圧は最小で略３．５Ｖとなる。このような条件でも第１降圧回路６１の入力電圧は３．３Ｖを下回ることはないので、車両に搭載された電子機器のオン状態を安定して維持することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

上記した実施形態では、昇圧回路６７の接続元として第１降圧回路６１を用いる例を示したが、第１降圧回路６１よりも低い電圧に降圧した後に供給対象に必要な所定電圧まで昇圧する構成としても良い。具体的には、昇圧回路６７の接続元として第２〜第６降圧回路６２〜６６を選択することもできる。

また、上記した実施形態では、図１に示すように、ＣＰＵ４０がＴＦＴ液晶２０の制御を行う例を示したが、映像制御用に別途ＧＰＵを有するような構成のＨＵＤであっても電源制御装置６０を採用することができる。ＧＰＵを有するＨＵＤでは、ＧＰＵにＴＦＴ液晶２０、ＲＯＭ４１およびメモリ４２が接続される。ＧＰＵはＣＰＵ４０と協業してＴＦＴ液晶２０を駆動する。

また、上記した実施形態では、バッテリの出力電圧を１２Ｖとし、１２Ｖから生成される電圧を５．０Ｖ、３．３Ｖ、２．５Ｖ、１．８Ｖ、１．５Ｖ、１．２Ｖ、および１．０５Ｖとしたが、具体的な電圧値は一例であって、この例に限定されるものではない。

なお、上記した実施形態では、車両に搭載される電子機器としてヘッドアップディスプレイ装置を例示したが、本発明は、電子機器として、カーナビゲーションシステムにおけるディスプレイや、インストルメントパネルに設けられたメータ等の表示装置に適用することができる。さらにいえば、表示装置に限定するものではなく、バッテリから入力電圧を供給されるすべての電子機器について適用することができるが、とくに、表示装置に適用することによって、画面がオフ状態になったり輝度が低下したりして不快感を覚える運転者が存在するという問題を解決することができる。

１０…ＬＥＤ（光源），１１…ＬＥＤドライバ（光源ドライバ），２０…ＴＦＴ液晶，３０…モータ，３１…モータドライバ，４０…ＣＰＵ，５０…通信ドライバ，６０…電源制御装置，６１…第１降圧回路，６７…昇圧回路，１００…ヘッドアップディスプレイ装置

Claims (8)

1. 車両に搭載される電子機器（１００）を構成し、電圧の供給対象（１１，２０，３１，４１，４２，５０）に対する電圧供給の制御を行う電源制御装置であって、
   電源と前記供給対象との間に介在し、前記電源の電圧を、前記電源の電圧からブラウンアウトによる電圧の降下量を減じた電圧値よりも低い電圧に降圧する降圧回路（６１）と、
   前記降圧回路と前記供給対象との間に介在し、前記降圧回路の出力電圧を、前記供給対象の定格電圧を超えない電圧に昇圧する昇圧回路（６７）と、を備える、電源制御装置。
2. 前記電源の電圧は１２Ｖであり、
   前記降圧回路は、前記電源の電圧を３．３Ｖまで降圧し、
   前記昇圧回路は、前記降圧回路の出力電圧である３．３Ｖを５．０Ｖまで昇圧する、請求項１に記載の電源制御装置。
3. 前記電子機器はヘッドアップディスプレイ装置であり、前記供給対象は前記ヘッドアップディスプレイ装置において投影部材に映像を投影するための光源１０の動作を制御する光源ドライバ１１である、請求項１または請求項２に記載の電源制御装置。
4. 前記光源はＬＥＤである、請求項３に記載の電源制御装置。
5. 前記電子機器はヘッドアップディスプレイ装置であり、前記供給対象は前記ヘッドアップディスプレイ装置と外部との信号の送受信を制御する通信ドライバ５０である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源制御装置。
6. 前記電子機器はヘッドアップディスプレイ装置であり、前記供給対象は前記ヘッドアップディスプレイ装置において投影部材に光源の光を導光するためのモータ３０の駆動を制御するモータドライバ３１である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電源制御装置。
7. 前記電子機器は、アイドルストップ車両に搭載される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電源制御装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の電源制御装置と、光源と、前記光源の動作を制御する前記供給対象としての光源ドライバと、を備える、ヘッドアップディスプレイ装置。

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