JP2018085810A - Auxiliary power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両等に搭載されるバッテリーの電圧を昇圧する機能を有する補助電源装置に関する。 The present invention relates to an auxiliary power supply apparatus having a function of boosting a voltage of a battery mounted on a vehicle or the like.
車両等に搭載されるバッテリーは、エンジンクランキング時(始動時)において、電圧が低下しやすいため、車載電子機器が減電により動作保証できなくなるおそれがある。そこで、バッテリー電圧を昇圧する昇圧回路を備えた補助電源装置を用いることにより、安定してエンジンを始動可能とする技術が提案されている(例えば、特許文献1)。 Since the voltage of a battery mounted on a vehicle or the like tends to decrease during engine cranking (starting), there is a possibility that the operation of the on-vehicle electronic device cannot be guaranteed due to power reduction. In view of this, a technique has been proposed in which an engine can be started stably by using an auxiliary power supply device including a booster circuit that boosts the battery voltage (for example, Patent Document 1).
バッテリーは、経年劣化や低温環境下での使用によっても出力が低下する。その場合、エンジンクランキング時のバッテリー電圧は非常に低くなる。しかし、極端に低いバッテリー電圧(例えば5V未満)を常に昇圧できるように補助電源装置を構成すると、昇圧回路への入力電流が大きくなり、昇圧回路の温度上昇を招く。その結果、昇圧回路およびバッテリーへの負担が大きくなり、昇圧回路およびバッテリーの劣化の進行が早まるおそれがある。 The output of a battery also decreases due to deterioration over time or use in a low temperature environment. In that case, the battery voltage during engine cranking is very low. However, if the auxiliary power supply device is configured so that an extremely low battery voltage (for example, less than 5 V) can be boosted at all times, the input current to the booster circuit increases and the temperature of the booster circuit increases. As a result, the load on the booster circuit and the battery is increased, and there is a possibility that the deterioration of the booster circuit and the battery is accelerated.
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、バッテリー電圧を昇圧することにより、バッテリー電圧が低い状態下でエンジンを安定して始動させることができ、かつ、昇圧回路およびバッテリーへの負担が少ない補助電源装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve the above problem, and by boosting the battery voltage, the engine can be stably started under a low battery voltage, and the booster circuit and the battery It is an object of the present invention to provide an auxiliary power supply device that has a low burden on the user.
本発明に係る補助電源装置は、上記課題を解決するためになされたものであり、バッテリーからの入力電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路の昇圧動作を制御する昇圧制御部と、を備える補助電源装置であって、前記バッテリーからの入力電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、前記昇圧制御部は、前記電圧検出部が検出した前記入力電圧の上昇時に、当該入力電圧が第1電圧より高くなったときに前記昇圧動作を開始させ、前記電圧検出部が検出した前記入力電圧の降下時に、当該入力電圧が第2電圧より低くなったときに前記昇圧動作を停止させ、前記第2電圧は前記第1電圧よりも低いことを特徴とする。 An auxiliary power supply apparatus according to the present invention is made to solve the above-described problem, and includes a booster circuit that boosts an input voltage from a battery, and a boost control unit that controls a boost operation of the booster circuit. The auxiliary power supply device further includes a voltage detection unit that detects an input voltage from the battery, and the boosting control unit detects that the input voltage is a first voltage when the input voltage detected by the voltage detection unit is increased. The step-up operation is started when the voltage becomes higher, and the step-up operation is stopped when the input voltage becomes lower than the second voltage when the input voltage detected by the voltage detection unit drops. The voltage is lower than the first voltage.
上記補助電源装置では、前記昇圧制御部は、前記バッテリーに接続されるエンジンの始動時のみ、前記昇圧回路を動作させることが好ましい。 In the auxiliary power supply device, it is preferable that the boost control unit operates the boost circuit only when an engine connected to the battery is started.
上記補助電源装置では、例えば、前記第1電圧は5Vであり、前記第2電圧は3.5Vである。 In the auxiliary power device, for example, the first voltage is 5V and the second voltage is 3.5V.
本発明によれば、バッテリー電圧を昇圧することにより、バッテリー電圧が低い状態下でエンジンを安定して始動させることができ、かつ、昇圧回路およびバッテリーへの負担が少ない補助電源装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an auxiliary power supply apparatus that can stably start an engine under a low battery voltage by boosting the battery voltage and that places less burden on the booster circuit and the battery. Can do.
以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る補助電源装置1の構成を示すブロック図である。補助電源装置1は、外部との接続端子として、3つの入力端子+B_IN,ACC_IN,START_IN、3つの出力端子+B_OUT,ACC_OUT,START_OUT、およびアース用端子GNDを備えている。補助電源装置1の入力端子+B_IN,ACC_IN,START_INは、車両等に搭載されるバッテリーの出力端子に接続される。補助電源装置1の出力端子+B_OUT,ACC_OUT,START_OUTは、エンジンや電装機器等の負荷に接続される。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an auxiliary
入力端子+B_INには、バッテリーから常時電源用の電力が入力され、当該電力は出力端子+B_OUTから出力される。入力端子ACC_INには、バッテリーからアクセサリー電源用の電力が入力され、当該電力は出力端子ACC_OUTから出力される。入力端子START_INには、バッテリーからエンジン起動用の電力が入力され、当該電力は出力端子START_OUTから出力される。なお、3つの入力端子+B_IN,ACC_IN,START_INは同一のバッテリーに接続されるため、それらの入力端子への入力電圧は互いに等しい。そのため、以下では、入力端子+B_IN,ACC_IN,START_INに入力される当該バッテリーからの各入力電圧を、バッテリー電圧と称することもある。 The input terminal + B_IN is constantly supplied with power for power from the battery, and the power is output from the output terminal + B_OUT. The power for accessory power supply is input from the battery to the input terminal ACC_IN, and the power is output from the output terminal ACC_OUT. The power for starting the engine is input from the battery to the input terminal START_IN, and the power is output from the output terminal START_OUT. Since the three input terminals + B_IN, ACC_IN, and START_IN are connected to the same battery, the input voltages to these input terminals are equal to each other. Therefore, hereinafter, each input voltage from the battery input to the input terminals + B_IN, ACC_IN, and START_IN may be referred to as a battery voltage.
また、補助電源装置1は、筐体内に保護回路2、ACC電圧検出部3、昇圧回路4、昇圧制御部5およびSTART電圧検出部6を備えている。保護回路2は、昇圧回路、及び昇圧制御部を過電圧、過電流、逆接等から保護する回路である。本実施形態では、保護回路2は、入力端子ACC_INからのバッテリー電圧が所定値になったことをACC電圧検出部3が検出した場合に動作するように構成されている。保護回路2は、本発明に必須の構成ではなく、必要に応じて設けられるものとする。なお、ACC電圧検出部3は、後述するSTART電圧検出部6と同様のヒステリシスコンパレータで構成することができる。
Further, the auxiliary
昇圧回路4は、入力電圧を昇圧する機能を有する回路である。昇圧回路4の具体的な回路構成は特に限定されず、チョッパ回路等の公知の回路構成を採用することができる。昇圧回路4は、入力端子が保護回路2を介して入力端子+B_INに接続されており、入力端子+B_INからのバッテリー電圧を所定の電圧に昇圧する。また、昇圧回路4の出力端子は、出力端子+B_OUT,ACC_OUT,START_OUTに接続されており、昇圧回路4によって昇圧された電力は、出力端子+B_OUT,ACC_OUT,START_OUTから出力可能となっている。
The
なお、出力端子ACC_OUT,START_OUTは、スイッチSWを介して昇圧回路4と接続されており、スイッチSWがONの場合のみ、昇圧された電力が出力端子ACC_OUT,START_OUTから出力される。スイッチSWは、バイポーラトランジスタ等で構成することができ、後述するSTART電圧検出部6からの出力信号がハイレベルの場合に導通する。
The output terminals ACC_OUT and START_OUT are connected to the
昇圧制御部5は、昇圧回路4の昇圧動作を制御する機能を有しており、本実施形態では集積回路で構成される。昇圧制御部5は、昇圧回路4の出力を検知してフィードバック制御することができる。これにより、入力端子+B_INからのバッテリー電圧の変動にかかわらず、昇圧回路4は昇圧動作中の出力電圧を所望の電圧(例えば12V)に維持することができる。
The step-up
START電圧検出部6は、入力端子START_INからのバッテリー電圧を検出する回路であり、特許請求の範囲に記載の電圧検出部に相当する。昇圧制御部5は、START電圧検出部6が検出したバッテリー電圧の値に応じて、昇圧回路4の昇圧動作の開始および停止を制御する。具体的には、昇圧制御部5は、バッテリー電圧の上昇時に、当該バッテリー電圧が第1電圧より高くなったときに前記昇圧動作を開始させ、バッテリー電圧の降下時に、当該バッテリー電圧が第2電圧より低くなったときに前記昇圧動作を停止させ、第2電圧は第1電圧よりも低いことを特徴としている。第1電圧および第2電圧の値は、特に限定されないが、本実施形態では、第1電圧は5Vであり、第2電圧は3.5Vである。
The START voltage detector 6 is a circuit that detects the battery voltage from the input terminal START_IN, and corresponds to the voltage detector described in the claims. The
図2に示すように、本実施形態では、START電圧検出部6は、オペアンプAMPおよび3つの抵抗R1〜R3を有するヒステリシスコンパレータとして構成されている。オペアンプAMPの非反転入力端子は、抵抗R1を介して入力端子START_INに接続されており、抵抗R1とオペアンプAMPの非反転入力端子との接続点は、抵抗R2を介して接地されている。また、オペアンプAMPの出力端子は、昇圧制御部5に接続されているとともに、抵抗R3を介してオペアンプAMPの非反転入力端子に接続されている。オペアンプAMPの反転入力端子は一定のリファレンス電圧VREFが入力される。オペアンプAMPの出力端子から出力される比較信号は、START電圧検出部6の出力信号として昇圧制御部5およびスイッチSWに入力される。
As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the START voltage detection unit 6 is configured as a hysteresis comparator having an operational amplifier AMP and three resistors R1 to R3. The non-inverting input terminal of the operational amplifier AMP is connected to the input terminal START_IN via the resistor R1, and the connection point between the resistor R1 and the non-inverting input terminal of the operational amplifier AMP is grounded via the resistor R2. The output terminal of the operational amplifier AMP is connected to the
このような回路構成により、START電圧検出部6は、入力電圧の上昇時に5Vを超えたときに、出力信号をローレベルからハイレベルに切り換え、入力電圧の降下時に出力信号をハイレベルからローレベル切り換える。昇圧制御部5は、START電圧検出部6からの入力信号がハイレベルの場合に、昇圧回路4が昇圧動作を開始するように制御する。同時に、図1に示すスイッチSWが導通するため、昇圧回路4によって昇圧された電力が出力端子+B_OUT,ACC_OUT,START_OUTから出力される。
With such a circuit configuration, the START voltage detector 6 switches the output signal from the low level to the high level when the input voltage exceeds 5 V when the input voltage increases, and changes the output signal from the high level to the low level when the input voltage decreases. Switch. The step-up
なお、START電圧検出部6の出力信号の極性が上述のものと逆になるように、ヒステリシスコンパレータを構成してもよい。この場合、昇圧制御部5は、START電圧検出部6からの出力信号がローレベルの場合に、昇圧回路4が昇圧動作を行うように制御する。
Note that the hysteresis comparator may be configured so that the polarity of the output signal of the START voltage detector 6 is opposite to that described above. In this case, the
また、図1に示すように、入力端子+B_IN,ACC_IN,START_INは、逆流防止用ダイオードを介して、出力端子+B_OUT,ACC_OUT,START_OUTとそれぞれバイパス接続されている。これにより、昇圧回路4が昇圧動作を行っていない場合であっても、入力端子+B_IN,ACC_IN,START_INに入力された各電力はそれぞれ、出力端子+B_OUT,ACC_OUT,START_OUTからそのまま出力される。
As shown in FIG. 1, the input terminals + B_IN, ACC_IN, and START_IN are bypass-connected to the output terminals + B_OUT, ACC_OUT, and START_OUT, respectively, via backflow prevention diodes. As a result, even when the
これにより、昇圧回路4の出力電圧は、バッテリー(入力端子START_IN)からの入力電圧に応じて、図3のように変化する。すなわち、入力電圧が0Vから5Vに達するまでは、昇圧回路4は昇圧動作を行わないため、出力電圧は入力電圧と等しい。その後、入力電圧が5Vに達すると、昇圧回路4は昇圧動作を開始して、出力電圧が12Vとなる。さらに入力電圧が上昇して12Vを超えた場合、出力電圧は入力電圧と等しくなる。また、昇圧回路4による昇圧動作が一旦開始されると、その後、入力電圧が5V以下になっても、START電圧検出部6のヒステリシス特性により、昇圧回路4は昇圧動作を継続し、出力電圧は12Vのまま維持される。その後、入力電圧が3.5V未満に低下すると、昇圧回路4は昇圧動作を停止し、出力電圧は入力電圧と等しくなる。
As a result, the output voltage of the
図4は、図1に示す補助電源装置1の入力端子+B_IN,ACC_IN,START_INへの入力電圧および出力端子+B_OUT,ACC_OUT,START_OUTからの出力電圧の各波形の一例を示す図である。補助電源装置1およびバッテリーが搭載された車両が駆動していないときは、常時電源用の入力端子+B_INにのみバッテリー電圧が入力される。また、昇圧回路4は昇圧動作を行っていないため、入力端子+B_INに入力されたバッテリー電圧(以下、+B電圧とする)は、そのままバイパス経路を介して出力端子+B_OUTから出力される。なお、本実施形態では、バッテリーの定格出力電圧は12Vであるが、車両の周囲環境温度が低いため、当初のバッテリー電圧は6Vに低下しているものとする。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of waveforms of the input voltage to the input terminal + B_IN, ACC_IN, and START_IN and the output voltage from the output terminal + B_OUT, ACC_OUT, and START_OUT of the auxiliary
その後、ユーザが車両の駆動を開始すると、時間t0において入力端子ACC_INにバッテリー電圧(以下、ACC電圧とする)が入力され、時間t1において入力端子START_INにバッテリー電圧(以下、START電圧とする)が入力される。なお、実際のバッテリー電圧の立上がり及び立下りの傾きは垂直ではないが、説明の便宜上、ACC電圧の立上がり及び立下りの波形を垂直に示している。 Thereafter, when the user starts driving the vehicle, a battery voltage (hereinafter referred to as ACC voltage) is input to the input terminal ACC_IN at time t0, and a battery voltage (hereinafter referred to as START voltage) is input to the input terminal START_IN at time t1. Entered. Although the actual rise and fall slopes of the battery voltage are not vertical, for convenience of explanation, the rise and fall waveforms of the ACC voltage are shown vertically.
時間t0では、昇圧回路4は昇圧動作を行っていないため、ACC電圧は、そのままバイパス経路を介して出力端子ACC_OUTから出力される。
At time t0, since the
その後、時間t1において、START電圧が立上がり始めるが、昇圧回路4は昇圧動作を行っていないため、START電圧は、そのままバイパス経路を介して出力端子START_OUTから出力される。
Thereafter, at time t1, the START voltage starts to rise, but since the
その後、時間t2において、START電圧が3.5V(第2電圧)より高くなる。しかしその時点においても、START電圧検出部6は、ヒステリシス特性により、昇圧制御部5への出力信号をローレベルのまま維持するため、昇圧回路4は昇圧動作を開始しない。
Thereafter, at time t2, the START voltage becomes higher than 3.5 V (second voltage). However, even at that time, because the START voltage detector 6 maintains the output signal to the
その後、時間において、START電圧が5V(第1電圧)より高くなると、START電圧検出部6は、昇圧制御部5への出力信号をハイレベルに切り換える。これにより、昇圧回路4は昇圧動作を開始し、その結果、昇圧回路4の出力電圧は12Vになる。また、図1に示すスイッチSWも導通するため、全ての出力端子+B_OUT,ACC_OUT,START_OUTから12Vの電圧が出力される。これにより、バッテリー電圧が低い状態であっても、エンジンの始動に必要な電圧を供給することができる。
Thereafter, when the START voltage becomes higher than 5 V (first voltage) in time, the START voltage detection unit 6 switches the output signal to the
また、エンジンクランキング時は、バッテリー電圧は不安定になるので、+B電圧、ACC電圧およびSTART電圧の波形は、降下と上昇を繰り返す。このため、バッテリー電圧は一時的に5V未満の非常に低い電圧になることがある。これに対し、本実施形態では、時間t4において、START電圧が5V未満に低下しても、START電圧検出部6は、ヒステリシス特性により、昇圧制御部5への出力信号をハイレベルのまま維持する。そのため、昇圧回路4は昇圧動作を継続し、昇圧回路4の出力電圧は12Vのまま維持される。よって、エンジンを安定的に始動させることができる。
Further, since the battery voltage becomes unstable during engine cranking, the waveforms of the + B voltage, the ACC voltage, and the START voltage are repeatedly decreased and increased. For this reason, the battery voltage may temporarily be a very low voltage of less than 5V. On the other hand, in this embodiment, even if the START voltage drops below 5 V at time t4, the START voltage detection unit 6 maintains the output signal to the
その後、エンジンの始動が完了すると、START電圧が立下がる。時間t5においてSTART電圧が3.5Vよりも低くなると、START電圧検出部6は昇圧制御部5への出力信号をローレベルに切り換える。これにより、昇圧回路4は昇圧動作を停止し、+B電圧、ACC電圧およびSTART電圧は、そのままバイパス経路を介して出力端子+B_OUT,ACC_OUT,START_OUTからそれぞれ出力される。よって、昇圧制御部5は、エンジンの始動時のみ(本実施形態では、t3〜t5の期間)昇圧回路4を動作させることができる。
Thereafter, when the start of the engine is completed, the START voltage falls. When the START voltage becomes lower than 3.5 V at time t5, the START voltage detection unit 6 switches the output signal to the
その後、エンジン回転によりオルタネータが発電を開始し、その電力がバッテリーに供給されることにより、バッテリー電圧は上昇し、時間t6において12Vに達して安定する。その後、ユーザが車両の駆動を停止させると、時間t7において、ACC電圧が立下り、+B電圧のみが出力端子+Bから出力される。 Thereafter, the alternator starts generating power by rotating the engine, and the electric power is supplied to the battery. As a result, the battery voltage rises and reaches 12V and stabilizes at time t6. Thereafter, when the user stops driving the vehicle, at time t7, the ACC voltage falls and only the + B voltage is output from the output terminal + B.
このように、本実施形態に係る補助電源装置1では、エンジンクランキング時において、一旦START電圧が5V以上になって昇圧回路4が昇圧動作を開始すれば、その後START電圧が5V未満に低下しても、3.5Vよりも低くならない限り、昇圧回路4は昇圧動作を継続する。よって、バッテリーの経年劣化や低温環境下での使用によって、バッテリー電圧が低い状態であっても(例えば、5V以上12V未満)、エンジンを安定して始動させることができる。
As described above, in the auxiliary
また、極端に低いバッテリー電圧(例えば、5V未満)を常に昇圧可能に補助電源装置を構成すると、昇圧回路への入力電流が大きくなり、昇圧回路およびバッテリーの劣化の進行が早まるおそれがある。これに対し、本実施形態に係る補助電源装置1では、昇圧回路4が昇圧動作を行っていない状態では、START電圧が3.5V以上に上昇しても、5Vに達しない限り、昇圧回路4は昇圧動作を開始しない。そのため、エンジン駆動前のバッテリー電圧が極端に低い場合は、エンジンを始動させない。これにより、昇圧回路4およびバッテリーの負担を軽減することができる。
In addition, if the auxiliary power supply device is configured such that an extremely low battery voltage (for example, less than 5V) can be boosted at all times, the input current to the booster circuit may increase, and the booster circuit and the battery may deteriorate more rapidly. On the other hand, in the auxiliary
以上のように、本実施形態に係る補助電源装置1によって、バッテリー電圧が低い状態下でエンジンを安定して始動させることができ、かつ、昇圧回路4およびバッテリーへの負担を少なくすることができる。
As described above, the auxiliary
なお、本実施形態では、昇圧回路4の昇圧動作の開始/停止の基準となる第1電圧および第2電圧が、それぞれ5Vおよび3.5Vに設定されていたが、これに限定されない。第1電圧および第2電圧は、エンジンの始動に必要な電圧、バッテリー電圧の温度や経年劣化に対する特性、昇圧回路の昇圧能力などに応じて、適宜変更することができる。
In the present embodiment, the first voltage and the second voltage that are the reference for starting / stopping the boosting operation of the
また、本実施形態では、昇圧制御部5は、バッテリー電圧のうちSTART電圧の変化に基づいて、昇圧回路4の昇圧動作の開始/停止を制御していたが、本発明はこれに限定されず、昇圧動作の開始/停止の基準となるバッテリー電圧は、ACC電圧または+B電圧であってもよい。しかし、本実施形態のように、昇圧動作の開始/停止の基準となるバッテリー電圧をSTART電圧とすることにより、昇圧制御部5は、昇圧回路4がエンジンの始動時のみ昇圧動作を行うように制御する。これにより、昇圧回路4の昇圧動作を必要最小限にとどめることができる。
In the present embodiment, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
本発明に係る補助電源装置は、車輪を有する車両に限らず、エンジンで駆動する車輪を有さない機器にも適用することができる。 The auxiliary power supply according to the present invention can be applied not only to a vehicle having wheels, but also to a device that does not have wheels driven by an engine.
1 補助電源装置
2 保護回路
3 ACC電圧検出部
4 昇圧回路
5 昇圧制御部
6 START電圧検出部(電圧検出部)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記昇圧回路の昇圧動作を制御する昇圧制御部と、
を備える補助電源装置であって、
前記バッテリーからの入力電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、
前記昇圧制御部は、
前記電圧検出部が検出した前記入力電圧の上昇時に、当該入力電圧が第1電圧より高くなったときに前記昇圧動作を開始させ、
前記電圧検出部が検出した前記入力電圧の降下時に、当該入力電圧が第2電圧より低くなったときに前記昇圧動作を停止させ、
前記第2電圧は前記第1電圧よりも低いことを特徴とする補助電源装置。 A booster circuit that boosts the input voltage from the battery;
A step-up control unit for controlling the step-up operation of the step-up circuit;
An auxiliary power supply device comprising:
A voltage detection unit for detecting an input voltage from the battery;
The boost control unit includes:
When the input voltage detected by the voltage detector rises, the boost operation is started when the input voltage becomes higher than the first voltage,
When the input voltage detected by the voltage detection unit drops, the boost operation is stopped when the input voltage becomes lower than the second voltage,
The auxiliary power supply device, wherein the second voltage is lower than the first voltage.
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