JP2017055590A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各電源出力端子に個別に最大供給電力を供給可能な電源容量を設けることなく、各負荷の最大消費電力を供給することのできる電源装置を提供する。
【解決手段】複数のＤＣ−ＤＣコンバータＡｍ，Ｂｎと、定常から一時的な電力低下が許容される負荷Ｌａへの第１の電源出力端子ＯＵＴａと、一時的に定常よりも大電力を要する負荷Ｌｂへの第２の電源出力端子ＯＵＴｂと、所定コンバータを両端子に切替え接続するスイッチ回路ＳＷ０とを備え、各コンバータの最大出力合計は両端子の最大出力合計よりも小さく、両端子への要求出力がともに定常負荷範囲にあればスイッチ回路の所定コンバータを第１の電源出力端子に接続し、第２の電源出力端子への要求出力が端子のコンバータの最大出力の合計を超えると、所定コンバータを第２の電源出力端子に接続する切替え制御部ＰＳと、各端子に対して接続されたコンバータ数の相数で駆動制御する駆動制御部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数相で駆動されるＤＣ−ＤＣコンバータを備えた電源装置に関する。

ＤＣ−ＤＣコンバータの出力容量を増大させるために、入出力間を並列に接続した複数のＤＣ−ＤＣコンバータを多相駆動することが行われる。例えば特許文献１には、３つのＤＣ−ＤＣコンバータを２π／３ずつ位相をずらして駆動する構成が記載されている。

特開２０１３−１７２５６６号公報

車両の電源装置のように、各種車載機器への電力供給を行うのに複数の電源出力端子が設けられる電源装置がある。これら車載機器の消費電力は経時的に変化し得るため、各電源出力端子からの最大供給電力は、それぞれに接続された負荷の最大消費電力以上である必要がある。しかし、電源出力端子ごとに、負荷の最大消費電力に対応できるように多相駆動構成などで容量を増大させたＤＣ−ＤＣコンバータを用意したのでは、電源装置を構築するコストが増大してしまう。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、複数の電源出力端子のそれぞれに個別に最大供給電力を供給可能な電源容量を設けることなく、各負荷の最大消費電力を供給することのできる低コストの電源装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、本開示における第１の発明は、電源装置であって、複数のＤＣ−ＤＣコンバータと、被供給電力が定常負荷範囲にある状態から一時的に定常負荷範囲を下回ることが許容される第１の負荷が接続される第１の電源出力端子と、一時的に定常負荷範囲よりも大きな電力を要する第２の負荷が接続される第２の電源出力端子と、前記複数のＤＣ−ＤＣコンバータに含まれる一部の所定のＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子を、前記第１の電源出力端子と前記第２の電源出力端子とのいずれか一方に接続するよう接続状態の切替えが可能なスイッチ回路と、を備え、前記複数のＤＣ−ＤＣコンバータのうちの前記所定のＤＣ−ＤＣコンバータ以外のＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子は、ＤＣ−ＤＣコンバータごとに定められるように前記第１の電源出力端子と前記第２の電源出力端子とのいずれか一方に接続されており、前記複数のＤＣ−ＤＣコンバータのそれぞれの最大出力の合計は、前記第１の電源出力端子および前記第２の電源出力端子のそれぞれの最大出力の合計よりも小さく、前記第１の電源出力端子および前記第２の電源出力端子のそれぞれに対する要求出力の情報が入力される切替え制御部であって、前記要求出力の情報に基づき、前記第１の電源出力端子に対する要求出力が前記第１の負荷の定常負荷範囲にあり、かつ、前記第２の電源出力端子に対する要求出力が前記第２の負荷の定常負荷範囲にある第１の場合には、前記スイッチ回路の接続状態を前記所定のＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子を前記第１の電源出力端子に接続する第１の状態とし、前記第１の場合から前記第２の電源出力端子に対する要求出力が前記第２の電源出力端子に接続されているＤＣ−ＤＣコンバータの最大出力の合計を超える第２の場合への変化が生じると、前記スイッチ回路の接続状態を前記第１の状態から前記所定のＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子を前記第２の電源出力端子に接続する第２の状態とするように、前記スイッチ回路の接続状態を制御する切替え制御部と、前記第１の電源出力端子および前記第２の電源出力端子のそれぞれに対して、前記切替え制御部によって制御された前記スイッチ回路の接続状態により接続されたＤＣ−ＤＣコンバータを、接続されたＤＣ−ＤＣコンバータ数に等しい相数で駆動制御する駆動制御部と、をさらに備えている。

この第１の発明による電源装置では、複数のＤＣ−ＤＣコンバータが第１の電源出力端子および第２の電源出力端子のそれぞれに振り分けられ、各ＤＣ−ＤＣコンバータが割り当てられた電源出力端子に対して１相分の出力を分担する。そして、複数のＤＣ−ＤＣコンバータに含まれる所定のＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子が、第１の電源出力端子と第２の電源出力端子との間で切替え接続されることにより、第１の電源出力端子と第２の電源出力端子との間で、相単位での電源容量の融通が行われる。所定のＤＣ−ＤＣコンバータとこれ以外のＤＣ−ＤＣコンバータとの組合せは、第１の電源出力端子および第２の電源出力端子のそれぞれにおける必要な出力電力の変化に合せて、適宜変更することが可能である。

所定のＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子は、第１の電源出力端子に対する要求出力が第１の負荷の定常負荷範囲にあり、かつ、第２の電源出力端子に対する要求出力が第２の負荷の定常負荷範囲にある第１の場合には、スイッチ回路の接続状態が第１の状態となることにより、第１の電源出力端子に接続される。当該第１の場合から、第２の電源出力端子に対する要求出力が第２の電源出力端子に接続されているＤＣ−ＤＣコンバータの最大出力の合計を超える第２の場合への変化が生じると、スイッチ回路の接続状態が第１の状態から第２の状態へと切り替わることにより、所定のＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子は第２の電源出力端子に接続される。第１の負荷の被供給電力が定常負荷範囲にある状態から一時的に定常負荷範囲を下回ることは許容され、かつ、第２の負荷が定常負荷範囲よりも大きい電力を要するのは一時的であることから、このように所定のＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子を第１の電源出力端子から切り離して第２の電源出力端子に接続することが可能となる。

複数のＤＣ−ＤＣコンバータのそれぞれの最大出力の合計は、両電源出力端子のそれぞれの最大出力の合計よりも小さく、第２の電源出力端子の最大出力は第１の電源出力端子から所定のＤＣ−ＤＣコンバータが切り替え接続されることにより充足される。このように、本電源装置では、少なくとも第２の電源出力端子に専用に最大電力を供給可能な電源容量を設けずに済むので、回路規模が抑制される。以上により、複数の電源出力端子のそれぞれに個別に最大電力を供給可能な電源容量を設けることなく、各負荷の最大消費電力を供給することのできる低コストの電源装置を提供することができる。

また、本開示における第２の発明は、第１の発明における電源装置であって、前記第１の負荷はリチウムイオン電池であり、前記第２の負荷は電動パワーステアリング装置であり、前記第２の電源出力端子に対する要求出力の情報は、前記電動パワーステアリング装置への駐車時における据切操作と走行中における急な操舵とのいずれか一方である場合に、前記第２の電源出力端子に対する要求出力が前記第２の電源出力端子に接続されているＤＣ−ＤＣコンバータの最大出力の合計を超えることを示す。

この第２の発明による電源装置では、ドライバによる駐車時における据切操作または走行中における急な操舵があっても、電動パワーステアリング装置に十分な電力が供給される。したがって、電動パワーステアリング装置の機能が阻害されることがなく、違和感のない操作が保証される。

本発明の電源装置によれば、複数の電源出力端子のそれぞれに個別に最大電力を供給可能な電源容量を設けることなく、各負荷の最大消費電力を供給することのできる低コストの電源装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る電源装置の構成を示す回路ブロック図 本発明の一実施形態に係る電源装置のクロック信号の波形を示し、（ａ）は４相のクロック信号の波形図、（ｂ）は３相のクロック信号の波形図 本発明の一実施形態に係る電源装置の出力電力の時間変化を示し、（ａ）は第１の電源出力端子からの出力電圧の時間変化を示すグラフ、（ｂ）は第２の電源出力端子からの出力電圧の時間変化を示すグラフ 本発明の一実施形態に係る電源装置の動作手順を説明するフローチャート 本発明の一実施形態の変形例に係る電源装置の構成を示す回路ブロック図

［概要］
本発明の電源装置は、複数のＤＣ−ＤＣコンバータが第１の電源出力端子および第２の電源出力端子のそれぞれに振り分けられるように接続され、第２の電源出力端子の最大出力が、第１の電源出力端子に接続されていた所定のＤＣ−ＤＣコンバータが切り替え接続されることにより充足される構成である。第１の電源出力端子には、被供給電力が定常負荷範囲にある状態から一時的に定常負荷範囲を下回ることが許容される負荷が接続され、第２の電源出力端子には、一時的に定常負荷範囲よりも大きな電力を要する負荷が接続される。所定のＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子は、第１の電源出力端子および第２の電源出力端子に対する要求出力がともに定常負荷範囲にある第１の場合には、第１の電源出力端子に接続される。当該第１の場合から、第２の電源出力端子に対する要求出力が第２の電源出力端子に接続されているＤＣ−ＤＣコンバータの最大出力の合計を超える第２の場合への変化が生じると、所定のＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子は第２の電源出力端子に接続される。本電源装置では、少なくとも第２の電源出力端子に専用に最大電力を供給可能な電源容量を設けずに済むので、回路規模が抑制される。

以下、本発明が提供する電源装置の一実施形態について、図面を参照しながら順に説明する。

［電源システムの構成例］
図１に本実施形態に係る電源システムの構成を示す。当該電源システムは例えば車両に搭載され、直流電源１および電源装置２を備えている。

＜直流電源＞
直流電源１は、メインバッテリＯＢとオルタネータＧとを備えている。メインバッテリＯＢとオルタネータＧとは電源ラインＬに並列に接続されている。メインバッテリＯＢは例えば鉛蓄電池からなる。車両電源のオン状態において、オルタネータＧからの発電出力が、電源ラインＬを介してメインバッテリＯＢに入力される。イグニションオンの状態において、メインバッテリＯＢの容量と、オルタネータＧからの発電出力とにより、電源ラインＬには直流の電源電圧Ｖｓが出力される。

＜電源装置＞
電源装置２は、第１電源回路部Ｕａ、第２電源回路部Ｕｂ、相数制御部（切替え制御部）ＰＳ、および、スイッチＳＷ０を備えている。

第１電源回路部Ｕａおよび第２電源回路部Ｕｂは、それぞれ定常負荷時の電力を出力する電源回路構成をなす。ここでは、第１電源回路部ＵａはサブバッテリＬａを負荷（第１の負荷）とし、第２電源回路部Ｕｂは電動パワーステアリング装置Ｌｂを負荷（第２の負荷）とする。サブバッテリＬａは、例えばリチウムイオン電池からなる。

第１電源回路部Ｕａは、ｍ個（ｍは２以上の整数）のＤＣ−ＤＣコンバータＡ１〜Ａｍ、第１クロック分配器Ｄ１、スイッチＳＷａ１、スイッチＳＷａ２、および、電源出力端子ＯＵＴａを備えている。第２電源回路部Ｕｂは、ｎ個（ｎは２以上の整数）のＤＣ−ＤＣコンバータＢ１〜Ｂｎ、第２クロック分配器Ｄ２、および、電源出力端子ＯＵＴｂを備えている。電源出力端子ＯＵＴａにはサブバッテリＬａが接続され、電源出力端子ＯＵＴｂには電動パワーステアリング装置Ｌｂが接続される。電源装置２に備えられるこれら全てのＤＣ−ＤＣコンバータＡ１〜Ａｍ、Ｂ１〜Ｂｎのそれぞれの最大出力の合計は、電源出力端子ＯＵＴａおよび電源出力端子ＯＵＴｂのそれぞれの最大出力の合計よりも小さい。

ＤＣ−ＤＣコンバータＡ１〜Ａｍのそれぞれ、および、ＤＣ−ＤＣコンバータＢ１〜Ｂｎのそれぞれは、チョッパ方式などの通流率による昇降圧比の制御が可能なスイッチングコンバータで構成されている。ＤＣ−ＤＣコンバータＡ１〜Ａｍのそれぞれ、および、ＤＣ−ＤＣコンバータＢ１〜Ｂｎのそれぞれの電源入力端子ＩＮは、電源ラインＬに接続されている。

第１電源回路部Ｕａにおいて、ｍ−１個のＤＣ−ＤＣコンバータＡ１〜Ａｍ−１のそれぞれの出力端子Ｏは、電源出力端子ＯＵＴａに接続されている。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータＡ１〜Ａｍ−１は、電源ラインＬと電源出力端子ＯＵＴａとの間に並列に接続されている。第２電源回路部Ｕｂにおいて、全てのＤＣ−ＤＣコンバータＢ１〜Ｂｎのそれぞれの出力端子Ｏは、電源出力端子ＯＵＴｂに接続されている。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータＢ１〜Ｂｎは、電源ラインＬと電源出力端子ＯＵＴｂとの間に並列に接続されている。このように、ＤＣ−ＤＣコンバータＡｍ以外のＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子Ｏは、ＤＣ−ＤＣコンバータごとに定められるように、電源出力端子ＯＵＴａと電源出力端子ＯＵＴｂとのいずれか一方に接続されている。

ＤＣ−ＤＣコンバータＡ１〜Ａｍ−１のそれぞれの位相制御端子ＣＫは、第１クロック分配器Ｄ１の対応するクロック信号（後述）の出力端子に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータＢ１〜Ｂｎのそれぞれの位相制御端子ＣＫは、第２クロック分配器Ｄ２の対応するクロック信号（後述）の出力端子に接続されている。

ＤＣ−ＤＣコンバータＡｍは、電源出力端子ＯＵＴａに対する要求出力ｑａがサブバッテリＬａの定常負荷範囲にあり、かつ、電源出力端子ＯＵＴｂに対する要求出力ｑｂが電動パワーステアリング装置Ｌｂの定常負荷範囲にある場合（第１の場合）に、ＤＣ−ＤＣコンバータＡｍの出力端子Ｏが電源出力端子ＯＵＴａに接続されることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータＡ１〜Ａｍ−１と並列に組み合わされる。また、ＤＣ−ＤＣコンバータＡｍは、上記第１の場合から、電源出力端子ＯＵＴｂに対する要求出力ｑｂが定常負荷範囲を超える所定の重負荷範囲となる場合（第２の場合）への変化が生じると、ＤＣ−ＤＣコンバータＡｍの出力端子Ｏが電源出力端子ＯＵＴｂに切替え接続されることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータＢ１〜Ｂｎと並列に組み合わされる。

このように、電源装置２においては、ＤＣ−ＤＣコンバータＡｍの出力端子Ｏが、電源出力端子ＯＵＴａと電源出力端子ＯＵＴｂとの間で切替え接続されることにより、電源出力端子ＯＵＴａと電源出力端子ＯＵＴｂとの間で、相単位での電源容量の融通が可能である。電源出力端子ＯＵＴａと電源出力端子ＯＵＴｂとの間で切替え接続されるＤＣ−ＤＣコンバータを、上記例のようにＤＣ−ＤＣコンバータＡｍという１つの所定のコンバータに限らず、電源装置２が備える全ＤＣ−ＤＣコンバータのうちの一部の所定のＤＣ−ＤＣコンバータとすることができる。

スイッチＳＷ０は、ＤＣ−ＤＣコンバータＡｍの出力端子Ｏに接続された第１スイッチ端子と、電源出力端子ＯＵＴｂに接続された第２スイッチ端子とを備えている。スイッチＳＷ０は、当該第１スイッチ端子と当該第２スイッチ端子との間の導通状態（オン状態）と遮断状態（オフ状態）とを切り替える。スイッチＳＷａ１は、ＤＣ−ＤＣコンバータＡｍの位相制御端子ＣＫに接続された第１スイッチ端子と、第１クロック分配器Ｄ１のクロック信号Ｘｍの出力端子に接続された第２スイッチ端子と、第２クロック分配器Ｄ２のクロック信号Ｙｎ＋１の出力端子に接続された第３スイッチ端子とを備えている。スイッチＳＷａ１は、当該第１スイッチ端子を、当該第２スイッチ端子に接続するか、当該第３スイッチ端子に接続するかを切り替えるセレクタである。スイッチＳＷａ２は、ＤＣ−ＤＣコンバータＡｍの出力端子Ｏに接続された第１スイッチ端子と、電源出力端子ＯＵＴａに接続された第２スイッチ端子とを備えている。スイッチＳＷａ２は、当該第１スイッチ端子と当該第２スイッチ端子との間の導通状態（オン状態）と遮断状態（オフ状態）とを切り替える。

このように、スイッチＳＷ０とスイッチＳＷａ２とは、ＤＣ−ＤＣコンバータＡｍの出力端子Ｏを電源出力端子ＯＵＴａと電源出力端子ＯＵＴｂとのいずれか一方に接続するよう接続状態の切替えが可能なスイッチ回路を構成する。以下では、ＤＣ−ＤＣコンバータＡｍの出力端子Ｏを電源出力端子ＯＵＴａに接続するスイッチ回路の接続状態を第１の状態とし、ＤＣ−ＤＣコンバータＡｍの出力端子Ｏを電源出力端子ＯＵＴｂに接続するスイッチ回路の接続状態を第２の状態とする。

スイッチＳＷａ１は、当該スイッチ回路の接続状態にしたがって、ＤＣ−ＤＣコンバータＡｍの位相制御端子ＣＫを、第１の状態では第１クロック分配器Ｄ１のクロック信号Ｘｍの出力端子に接続し、第２の状態では第２のクロック分配器Ｄ２のクロック信号Ｙｎ＋１の出力端子に接続する。スイッチＳＷ０とスイッチＳＷａ２とは例えばリレー素子やスイッチング素子で構成され、スイッチＳＷａ１は例えばマルチプレクサで構成される。図１において、ＤＣ−ＤＣコンバータＡｍの出力端子Ｏと電源出力端子ＯＵＴａとが接続された状態（第１の状態）、および、ＤＣ−ＤＣコンバータＡｍの位相制御端子ＣＫと第１クロック分配器Ｄ１のクロック信号Ｘｍの出力端子とが接続された状態を、スイッチＳＷ０とスイッチＳＷａ１とスイッチＳＷａ２とのそれぞれに表記した実線の可動切片記号で示す。また、図１において、ＤＣ−ＤＣコンバータＡｍの出力端子Ｏと電源出力端子ＯＵＴｂとが接続された状態（第２の状態）、および、ＤＣ−ＤＣコンバータＡｍの位相制御端子ＣＫと第２クロック分配器Ｄ２のクロック信号Ｙｎ＋１の出力端子とが接続された状態を、スイッチＳＷ０とスイッチＳＷａ１とスイッチＳＷａ２とのそれぞれに表記した破線の可動切片記号で示す。

第１クロック分配器Ｄ１は、第１クロック分配器Ｄ１に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータの駆動位相を制御する駆動位相制御部をなしている。スイッチ回路が第１の状態にある場合は、第１クロック分配器Ｄ１は、互いに２π／ｍずつ位相がずれたｍ相分のクロック信号Ｘ１〜Ｘｍを生成して、クロック信号Ｘｈ（ｈは１≦ｈ≦ｍの整数）を第ｈ相となるＤＣ−ＤＣコンバータＡｈに入力する。スイッチ回路が第２の状態にある場合は、第１クロック分配器Ｄ１は、互いに２π／（ｍ−１）ずつ位相がずれたｍ−１相分のクロック信号Ｘ１〜Ｘｍ−１を生成して、クロック信号Ｘｉ（ｉは１≦ｉ≦ｍ−１の整数）を第ｉ相となるＤＣ−ＤＣコンバータＡｉに入力する。第１の状態では第２クロック分配器Ｄ２のクロック信号Ｙｎ＋１の出力端子は使用されない。第２の状態では、第１クロック分配器Ｄ１のクロック信号Ｘｍの出力端子は使用されない。

第２クロック分配器Ｄ２は、第２クロック分配器Ｄ２に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータの駆動位相を制御する駆動位相制御部をなしている。第２クロック分配器Ｄ２にＤＣ−ＤＣコンバータＢ１〜Ｂｎのみが接続される場合（すなわち、スイッチ回路が第１の状態にある場合）においては、第２クロック分配器Ｄ２は、互いに２π／ｎずつ位相がずれたｎ相分のクロック信号Ｙ１〜Ｙｎを生成して、クロック信号Ｙｊ（ｊは１≦ｊ≦ｎの整数）を第ｊ相となるＤＣ−ＤＣコンバータＢｊに入力する。第２クロック分配器Ｄ２にＤＣ−ＤＣコンバータＢ１〜ＢｎおよびＤＣ−ＤＣコンバータＡｍが接続される場合（すなわち、スイッチ回路が第２の状態にある場合）においては、第２クロック分配器Ｄ２は、互いに２π／（ｎ＋１）ずつ位相がずれたｎ＋１相分のクロック信号Ｙ１〜Ｙｎ＋１を生成して、クロック信号Ｙｋ（ｋは１≦ｋ≦ｎの整数）を第ｋ相となるＤＣ−ＤＣコンバータＢｋに入力するとともに、クロック信号Ｙｎ＋１をＤＣ−ＤＣコンバータＡｍに入力する。

図２に、第１クロック分配器Ｄ１および第２クロック分配器Ｄ２によって生成される、互いに位相がずれたクロック信号の波形例を示す。図２（ａ）は、互いに２π／４ずつ位相がずれるように生成された４相分のクロック信号φ１〜φ４の波形を示す。図２（ｂ）は、互いに２π／３ずつ位相がずれるように生成された３相分のクロック信号φ１〜φ３の波形を示す。ｍ＝４の場合に、例えば、図２（ａ）のクロック信号φ１〜φ４はクロック信号Ｘｈに、図２（ｂ）のクロック信号φ１〜φ３はクロック信号Ｘｉに、それぞれ相当する。ｎ＝３の場合に、例えば、図２（ｂ）のクロック信号φ１〜φ３はクロック信号Ｙｊに、図２（ａ）のクロック信号φ１〜φ４はクロック信号Ｙｋに、それぞれ相当する。

ここで、図２（ａ）と図２（ｂ）との間で、スイッチング周波数およびデューティ比が等しい。デューティ比は、一般に各ＤＣ−ＤＣコンバータ内で個別に調整され、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータが同期整流式の場合に同期整流の所望のスイッチングタイミングにより決定される。また、デューティ比は、例えば、各ＤＣ−ＤＣコンバータの通流比を表す。図２（ａ）と図２（ｂ）との間で必ずしもスイッチング周波数は等しくなくてもよい。また、デューティ比は、例えば、電源出力端子ＯＵＴａおよび電源出力端子ＯＵＴｂからの出力電圧を可変に制御する場合には、出力電圧に従って変化させられる。また、第１クロック分配器Ｄ１が生成するクロック信号のスイッチング周波数およびデューティ比と、第２クロック分配器Ｄ２が生成するクロック信号のスイッチング周波数およびデューティ比とは、それぞれ個別に定められる。図１の電源装置２において、ＤＣ−ＤＣコンバータＡｍは、第１クロック分配器Ｄ１と第２クロック分配器Ｄ２とのそれぞれの駆動位相による駆動が可能な構成を有している。

第１クロック分配器Ｄ１および第２クロック分配器Ｄ２は、例えば、位相分割数が制御可能な発振ＩＣにより構成される。

相数制御部ＰＳは、電源装置２の外部から取得した、サブバッテリＬ１の要求出力ｑａを示す要求出力情報（要求出力の情報）ＱＡ、および、電動パワーステアリング装置Ｌ２の要求出力ｑｂを示す要求出力情報（要求出力の情報）ＱＢに応じて、第１クロック分配器Ｄ１および第２クロック分配器Ｄ２のそれぞれの駆動相数を決定する。そして、相数制御部ＰＳは、決定した駆動相数に基づき、スイッチ回路およびスイッチＳＷａ１の接続状態を指示する制御信号ｉｎｔによって、スイッチ回路の接続状態を第１の状態とするか第２の状態とするかを制御するとともに、スイッチ回路の接続状態に応じたスイッチＳＷａ１の接続状態を制御する。さらに、相数制御部ＰＳは、決定した駆動相数に基づき、第１クロック分配器Ｄ１および第２クロック分配器Ｄ２のそれぞれの駆動相数を、制御信号ｐｈによって制御する。

要求出力ｑａは、サブバッテリＬａの図示しない充電制御部により算出され、要求出力情報ＱＡとされて相数制御部ＰＳに入力される。要求出力ｑｂは、電動パワーステアリング装置Ｌｂの図示しない制御部により算出され、要求出力情報ＱＢとされて相数制御部ＰＳに入力される。

図３に、負荷への出力電力の時間変化の一例を示す。図３（ａ）は電源出力端子ＯＵＴａからの出力電力Ｐａの時間変化を示し、図３（ｂ）は電源出力端子ＯＵＴｂからの出力電力Ｐｂの時間変化を示す。

時刻ｔ１まではサブバッテリＬ１の要求出力ｑａおよび電動パワーステアリング装置Ｌ２の要求出力ｑｂがともに定常負荷範囲の状態にある（第１の場合）。サブバッテリＬ１の定常負荷範囲は、例えば、第１電源回路部Ｕａにおいて、ｍ−１相分のＤＣ−ＤＣコンバータＡ１〜Ａｍ−１のそれぞれが供給可能な最大電力の合計よりも大きく、ｍ相分のＤＣ−ＤＣコンバータＡ１〜Ａｍのそれぞれが供給可能な最大電力の合計以下の電力の範囲で表される。電動パワーステアリング装置Ｌ２の定常負荷範囲は、例えば、第２電源回路部Ｕｂにおいて、ｎ相分のＤＣ−ＤＣコンバータＢ１〜Ｂｎのそれぞれが供給可能な最大電力の合計以下の電力の範囲で表される。

出力電力Ｐａ（図３（ａ）中の時刻ｔ１以前における実線）は要求出力ｑａに、出力電力Ｐｂ（図３（ｂ）中の時刻ｔ１以前における実線）は値ｑｂ１で表される要求出力ｑｂに、それぞれほぼ一致する。このとき、要求出力ｑａは、電源出力端子ＯＵＴａへのｍ相分のＤＣ−ＤＣコンバータＡ１〜Ａｍの合成出力により賄える電力である。すなわち、要求出力ｑａは、ｍ相分のＤＣ−ＤＣコンバータＡ１〜Ａｍのそれぞれの最大出力の合計である最大合計出力Ｐｍａ（図３（ａ）中の時刻ｔ１以前における破線）以下である。また、値ｑｂ１で表される要求出力ｑｂは、電源出力端子ＯＵＴｂへのｎ相分のＤＣ−ＤＣコンバータＢ１〜Ｂｎの合成出力により賄える電力である。すなわち、値ｑｂ１で表される要求出力ｑｂは、ｎ相分のＤＣ−ＤＣコンバータＢ１〜Ｂｎのそれぞれの最大出力の合計である最大合計出力Ｐｍｂ（図３（ｂ）中の時刻ｔ１以前における破線）以下である。このとき、相数制御部ＰＳは、要求出力ｑａおよび要求出力ｑｂに応じて、スイッチ回路の接続状態を第１の状態に制御するとともに、第１クロック分配器Ｄ１を駆動相数ｍで、第２クロック分配器Ｄ２を駆動相数ｎで、それぞれ動作させる。

次に、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の期間において、例えば電動パワーステアリング装置Ｌ２が、ドライバにより一時的に行われる駐車時の据切操作や走行中の急な操舵などによって、要求出力ｑｂを値ｑｂ２に増加させたとする。このとき、値ｑｂ２は、ｎ相分のＤＣ−ＤＣコンバータＢ１〜Ｂｎの最大合計出力Ｐｍｂよりも大きく、ＤＣ−ＤＣコンバータＢ１〜ＢｎおよびＤＣ−ＤＣコンバータＡｍからなるｎ＋１相分のＤＣ−ＤＣコンバータの最大合計出力Ｐｍｂ（図３（ｂ）中の時刻ｔ１〜時刻ｔ２における破線）以下であるとする。すなわち、値ｑｂ２の要求出力ｑｂは、定常負荷状態よりも大きな電力を要するものであり、ｎ相分のＤＣ−ＤＣコンバータによる出力電力では不足するが、ｎ＋１相分のＤＣ−ＤＣコンバータによる出力電力により賄うことができる、重負荷範囲にある（第２の場合）。また、サブバッテリＬ１には常時一定の充電動作が行われる必要はなく、定常負荷範囲の要求出力ｑａがなされていても、被供給電力が定常負荷範囲にある状態から一時的に定常負荷範囲を下回ることは許容される。このとき、相数制御部ＰＳは、要求出力ｑａおよび要求出力ｑｂに応じて、スイッチ回路の接続状態を第２の状態に制御するとともに、第１クロック分配器Ｄ１を駆動相数ｍ−１で、第２クロック分配器Ｄ２を駆動相数ｎ＋１で、それぞれ動作させる。

時刻ｔ２以降は、時刻ｔ１までと同様に、要求出力ｑａおよび要求出力ｑｂが定常負荷範囲の状態となる（第１の場合）。相数制御部ＰＳは、要求出力ｑａおよび要求出力ｑｂに応じて、スイッチ回路の接続状態を第１の状態に制御するとともに、第１クロック分配器Ｄ１を駆動相数ｍで、第２クロック分配器Ｄ２を駆動相数ｎで、それぞれ動作させる。

相数制御部ＰＳは、例えば、電源装置２が備えるコンピュータにより構成される。

[電源装置が実行する制御の処理手順]
次に、図４のフローチャートを参照して、上記構成の電源装置２の相数制御部ＰＳが実行する制御の処理手順を説明する。当該フローは、電源装置２が備えるコンピュータのプロセッサが当該コンピュータの記憶媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。なお、当該フローでは、サブバッテリＬ１が充電量不足に陥る事態は生じず、要求出力ｑａに基づく、スイッチ回路の第１状態から第２状態への移行を阻止する制御処理、および、第２状態から第１状態へ強制移行する制御処理は行われないものとする。

電源装置２には、イグニションオンにより電源投入がなされる。ステップＳ１０１において、相数制御部ＰＳは、制御信号ｉｎｔによってスイッチ回路を、サブバッテリＬ１および電動ステアリング装置Ｌ２がともに定常負荷状態にある場合（第１の場合）に対応した第１の状態に制御する。このとき同時に、スイッチＳＷａ１が、制御信号ｉｎｔによって第１の状態に応じた接続状態に制御される。また、相数制御部ＰＳは、スイッチ回路を第１の状態に制御したことに伴い、制御信号ｐｈによって、第１クロック分配器Ｄ１を駆動相数ｍで、第２クロック分配器Ｄ１を駆動相数ｎで、それぞれ動作させる。

続くステップＳ１０２において、相数制御部ＰＳは、取得した要求出力情報ＱＢから、要求出力ｑｂが電源出力端子ＯＵＴｂに接続されたＤＣ−ＤＣコンバータの最大電力の合計を超える重負荷範囲にあるか否かを判定する。ステップＳ１０２において、要求出力ｑｂが当該重負荷範囲にある（第２の場合）と判定された場合にはステップＳ１０３へ進み。要求出力ｑｂが当該重負荷範囲にない（すなわち定常負荷範囲にある）と判定された場合にはステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０３において、相数制御部ＰＳは、制御信号ｉｎｔによってスイッチ回路を、電動ステアリング装置Ｌ２の重負荷状態に対応した第２の状態に制御する。このとき同時に、スイッチＳＷａ１が、制御信号ｉｎｔによって第２の状態に応じた接続状態に制御される。また、相数制御部ＰＳは、スイッチ回路を第２の状態に制御したことに伴い、制御信号ｐｈによって、第１クロック分配器Ｄ１を駆動相数ｍ−１で、第２クロック分配器Ｄ２を駆動相数ｎ＋１で、それぞれ動作させる。ステップＳ１０３の次はステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０４では、相数制御部ＰＳは、イグニションオフの指示があるか否かを判定する。ステップＳ１０４においてイグニションオフの指示があれば当該フローは終了し、ステップＳ１０４においてイグニションオフの指示がなければステップＳ１０２に戻る。

ステップＳ１０５では、相数制御部ＰＳは、スイッチ回路が第１の状態にあるか否かを判定する。ステップＳ１０５において、スイッチ回路が第１の状態にあると判定された場合にはステップＳ１０４に進み、スイッチ回路が第１の状態にないと判定された場合にはステップＳ１０１に進む。

［実施の形態の効果］
本実施形態に係る電源装置２によれば、複数のＤＣ−ＤＣコンバータＡ１〜Ａｍ、Ｂ１〜Ｂｎが電源出力端子ＯＵＴａおよび電源出力端子ＯＵＴｂのそれぞれに振り分けられ、各ＤＣ−ＤＣコンバータが割り当てられた電源出力端子に対して１相分の出力を分担する。そして、複数のＤＣ−ＤＣコンバータＡ１〜Ａｍ、Ｂ１〜Ｂｎに含まれる所定のＤＣ−ＤＣコンバータであるＤＣ−ＤＣコンバータＡｍの出力端子Ｏが、電源出力端子ＯＵＴａと電源出力端子ＯＵＴｂとの間で切替え接続されることにより、電源出力端子ＯＵＴａと電源出力端子ＯＵＴｂとの間で、相単位での電源容量の融通が行われる。ＤＣ−ＤＣコンバータＡｍとこれ以外のＤＣ−ＤＣコンバータとの組合せは、電源出力端子ＯＵＴａおよび電源出力端子ＯＵＴｂのそれぞれにおける必要な出力電力の変化に合せて、適宜変更することが可能である。

ＤＣ−ＤＣコンバータＡｍの出力端子Ｏは、電源出力端子ＯＵＴａに対する要求出力ｑａおよび電源出力端子ＯＵＴｂに対する要求出力ｑｂがともに定常負荷範囲にある第１の場合は電源出力端子ＯＵＴａに接続される。当該第１の場合から、電源出力端子ＯＵＴｂに対する要求出力ｑｂが電源出力端子ＯＵＴｂに接続されているＤＣ−ＤＣコンバータＢ１〜Ｂｎのそれぞれの最大出力の合計を超える第２の場合への変化が生じると、ＤＣ−ＤＣコンバータＡｍの出力端子は電源出力端子ＯＵＴｂに接続される。電源出力端子ＯＵＴａに接続された第１の負荷の被供給電力が定常負荷範囲にある状態から一時的に定常負荷範囲を下回ることは許容され、かつ、電源出力端子ＯＵＴｂに接続された第２の負荷が定常負荷範囲よりも大きい電力を要するのは一時的であることから、このようにＤＣ−ＤＣコンバータＡｍの出力端子Ｏを電源出力端子ＯＵＴａから切り離して電源出力端子ＯＵＴｂに接続することが可能となる。

複数のＤＣ−ＤＣコンバータＡ１〜Ａｍ、Ｂ１〜Ｂｎのそれぞれの最大出力の合計は、両電源出力端子ＯＵＴａ、ＯＵＴｂのそれぞれの最大出力の合計よりも小さく、電源出力端子ＯＵＴｂの最大出力は電源出力端子ＯＵＴａからＤＣ−ＤＣコンバータＡｍが切り替え接続されることにより充足される。このように、電源装置２では、少なくとも電源出力端子ＯＵＴｂに専用に最大電力を供給可能な電源容量を設けずに済むので、回路規模が抑制される。以上により、複数の電源出力端子のそれぞれに個別に最大電力を供給可能な電源容量を設けることなく、各負荷の最大消費電力を供給することのできる低コストの電源装置を提供することができる。

また、本実施形態に係る電源装置２によれば、ドライバによる駐車時における据切操作または走行中における急な操舵があっても、電動パワーステアリング装置Ｌｂに十分な電力が供給される。したがって、電動パワーステアリング装置Ｌｂの機能が阻害されることがなく、違和感のない操作が保証される。

［変形例］
図５に、本実施形態の変形例に係る電源システムの構成を示す。当該電源システムは、図１の電源システムの電源装置２を電源装置１２に置き換えたものである。電源出力端子ＯＵＴａには第１の負荷ＬＡが接続され、電源出力端子ＯＵＴｂには第２の負荷ＬＢが接続される。電源装置１２は、２つの電源出力端子のいずれに対する要求出力が所定の重負荷範囲となっても、供給電力を定常負荷に対応した電力よりも減少させることが可能な他方の電源出力端子との間で、ＤＣ−ＤＣコンバータの組み替えが可能な構成である。

電源装置１２は、図１の電源装置２において、第１電源回路部Ｕａが第１電源回路部ＵＡに、第２電源回路部Ｕｂが第２電源回路部ＵＢに、それぞれ変更された構成となっている。第１電源回路部ＵＡは、第１電源回路部Ｕａにおいて第１クロック分配器Ｄ１が第１クロック分配器Ｄ１０に変更された構成である。第２電源回路部ＵＢは、第２電源回路部Ｕｂにおいて第２クロック分配器Ｄ２が第２クロック分配器Ｄ２０に変更され、さらにスイッチＳＷｂ１およびスイッチＳＷｂ２が追加された構成である。以下に、これらの変更および追加の詳細と、付随する接続関係の変更とについて説明する。

第１電源回路部ＵＡの第１クロック分配器Ｄ１０には、第１クロック分配器Ｄ１の機能にさらにクロック信号Ｘｍ＋１を生成して出力する機能が付加されている。第１クロック分配器Ｄ１０は、第１クロック分配器Ｄ１で取り得る駆動位相に加えて、第ｍ＋１相の駆動位相を取り得る。すなわち、第１クロック分配器Ｄ１０は、駆動相数を、ｍ−１、ｍ、および、ｍ＋１の３通りに可変である。また、第２電源回路部Ｕｂの第２クロック分配器Ｄ２は、第２クロック分配器Ｄ２で取り得る駆動位相に加えて、第ｎ−１相の駆動位相を取り得る。すなわち、第２クロック分配器Ｄ２０は、駆動相数を、ｎ−１、ｎ、および、ｎ＋１の３通りに可変である。

スイッチＳＷｂ１は、ＤＣ−ＤＣコンバータＢｎの位相制御端子ＣＫに接続された第１スイッチ端子と、第２クロック分配器Ｄ２０のクロック信号Ｙｎの出力端子に接続された第２スイッチ端子と、第１クロック分配器Ｄ１０のクロック信号Ｘｍ＋１の出力端子に接続された第３スイッチ端子とを備えている。スイッチＳＷｂ１は、当該第１スイッチ端子を、当該第２スイッチ端子に接続するか当該第３スイッチ端子に接続するかを切り替えるセレクタである。スイッチＳＷｂ２は、ＤＣ−ＤＣコンバータＢｎの出力端子Ｏに接続された第１スイッチ端子と、電源出力端子ＯＵＴｂに接続された第２スイッチ端子とを備えている。スイッチＳＷｂ２は、当該第１スイッチ端子と当該第２スイッチ端子との間の導通状態（オン状態）と遮断状態（オフ状態）とを切り替える。また、この場合に、スイッチＳＷ０は、ＤＣ−ＤＣコンバータＡｍの出力端子Ｏに接続された第１スイッチ端子と、ＤＣ−ＤＣコンバータＢｎの出力端子Ｏに接続されるように接続状態が変更された第２スイッチ端子との間の導通状態（オン状態）と遮断状態（オフ状態）とを切り替える。

このようにして、電源装置１２では、電源装置２で説明した重負荷状態となった電源回路部へのＤＣ−ＤＣコンバータの切り替え接続が、第１電源回路部ＵＡと第２電源回路部ＵＢとのいずれが重負荷状態となった場合にも可能である。また、一方の電源回路部が重負荷状態となる場合に、切替え接続されるＤＣ−ＤＣコンバータが切り離されるほうの電源回路部に接続された負荷が、動作を停止する場合があってもよい。また、第１電源回路部ＵＡと第２電源回路部ＵＢとに限らず、電源回路部は３つ以上備えられていてもよく、切替え接続されるＤＣ−ＤＣコンバータは、任意の複数の電源回路部の間で切替え接続されてもよい。

本発明は、車両に搭載される電源装置など、複数の負荷に電力を供給する電源装置に有用である。

１ 直流電源
２、１２ 電源装置
Ａ１〜Ａｍ、Ｂ１〜Ｂｎ ＤＣ−ＤＣコンバータ
ＣＫ 位相制御端子
Ｄ１、Ｄ１０ 第１クロック分配器
Ｄ２、Ｄ２０ 第２クロック分配器
Ｇ オルタネータ
ＩＮ 電源入力端子
Ｌ 電源ライン
ＬＡ 第１の負荷
ＬＢ 第２の負荷
Ｏ 出力端子
ＯＵＴａ、ＯＵＴｂ 電源出力端子
ＯＢ メインバッテリ
Ｐａ、Ｐｂ 出力電力
Ｐｍａ、Ｐｍｂ 最大合計出力
ＰＳ 相数制御部
ＱＡ、ＱＢ 要求出力情報
ｑａ、ｑｂ 要求出力
ｑｂ１、ｑｂ２ 値
ｔ１、ｔ２ 時刻
ＳＷ０、ＳＷａ１、ＳＷａ２、ＳＷｂ１、ＳＷｂ２ スイッチ
Ｕａ、ＵＡ 第１電源回路部
Ｕｂ、ＵＢ 第２電源回路部
Ｘ１〜Ｘｍ＋１、Ｙ１〜Ｙｎ＋１、φ１〜φ４ クロック信号
Ｖｓ 電源電圧

Claims (2)

1. 複数のＤＣ−ＤＣコンバータと、
   被供給電力が定常負荷範囲にある状態から一時的に定常負荷範囲を下回ることが許容される第１の負荷が接続される第１の電源出力端子と、
   一時的に定常負荷範囲よりも大きな電力を要する第２の負荷が接続される第２の電源出力端子と、
   前記複数のＤＣ−ＤＣコンバータに含まれる一部の所定のＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子を、前記第１の電源出力端子と前記第２の電源出力端子とのいずれか一方に接続するよう接続状態の切替えが可能なスイッチ回路と、
   を備え、
   前記複数のＤＣ−ＤＣコンバータのうちの前記所定のＤＣ−ＤＣコンバータ以外のＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子は、ＤＣ−ＤＣコンバータごとに定められるように前記第１の電源出力端子と前記第２の電源出力端子とのいずれか一方に接続されており、
   前記複数のＤＣ−ＤＣコンバータのそれぞれの最大出力の合計は、前記第１の電源出力端子および前記第２の電源出力端子のそれぞれの最大出力の合計よりも小さく、
   前記第１の電源出力端子および前記第２の電源出力端子のそれぞれに対する要求出力の情報が入力される切替え制御部であって、前記要求出力の情報に基づき、前記第１の電源出力端子に対する要求出力が前記第１の負荷の定常負荷範囲にあり、かつ、前記第２の電源出力端子に対する要求出力が前記第２の負荷の定常負荷範囲にある第１の場合には、前記スイッチ回路の接続状態を前記所定のＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子を前記第１の電源出力端子に接続する第１の状態とし、前記第１の場合から前記第２の電源出力端子に対する要求出力が前記第２の電源出力端子に接続されているＤＣ−ＤＣコンバータの最大出力の合計を超える第２の場合への変化が生じると、前記スイッチ回路の接続状態を前記第１の状態から前記所定のＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子を前記第２の電源出力端子に接続する第２の状態とするように、前記スイッチ回路の接続状態を制御する切替え制御部と、
   前記第１の電源出力端子および前記第２の電源出力端子のそれぞれに対して、前記切替え制御部によって制御された前記スイッチ回路の接続状態により接続されたＤＣ−ＤＣコンバータを、接続されたＤＣ−ＤＣコンバータ数に等しい相数で駆動制御する駆動制御部と、
   をさらに備えている、電源装置。
2. 前記第１の負荷はリチウムイオン電池であり、
   前記第２の負荷は電動パワーステアリング装置であり、
   前記第２の電源出力端子に対する要求出力の情報は、前記電動パワーステアリング装置への駐車時における据切操作と走行中における急な操舵とのいずれか一方である場合に、前記第２の電源出力端子に対する要求出力が前記第２の電源出力端子に接続されているＤＣ−ＤＣコンバータの最大出力の合計を超えることを示す、
   請求項１に記載の電源装置。

Images