JP2018164319A - Power conversion equipment - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power conversion equipment such as an on-vehicle step-down converter which is configured at low cost to detect an output voltage of a power converter with a small error.SOLUTION: To solve this problem, a power conversion equipment comprises a voltage-dividing resistor which is connected between an output terminal of a power converter and a reference GND and formed by serially connecting at least three or more odd numbers of resistors, and a voltage sensor circuit composed of two buffers and a differential amplifier. Each of voltages at both ends of a central resistor of the voltage-dividing resistor is input to the differential amplifier through the corresponding buffer. Output of the power converter is controlled on the basis of output of the differential amplifier.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は,パワーエレクトロ分野において使用される電圧変換装置に関するもので、特に、車載用降圧コンバータなどの電力変換器の出力電圧を制御するための出力電圧検出手段を備えた電圧変換装置に関するものである。   The present invention relates to a voltage converter used in the field of power electro, and more particularly to a voltage converter provided with an output voltage detection means for controlling the output voltage of a power converter such as an in-vehicle step-down converter. is there.

車載用の降圧コンバータなどの電力変換器を備えた電力変換装置おいては、出力値を与えられた目標値と一致させるため、出力値と目標値の差、すなわち誤差を検出して、目標値まで増幅、減衰させるため、エラーアンプの入力段にてリファレンス電圧とPWMコントローラなどを用いて、電力変換器をフィードバック制御する手法が行われている。
このような制御を実行するには電源側の電圧値を検出する必要があり、直列に接続された複数の抵抗を電源の正極端子側に接続して正極側分圧回路とし、また、直列に接続された複数の抵抗を電源の負極端子側に接続して負極側分圧回路とし、正極側分圧回路と負極側分圧回路によって分圧された分圧値に基づいて電源の正極と負極との間の電圧値を演算することが特許文献1に提案されている。
In power converters equipped with power converters such as in-vehicle step-down converters, in order to match the output value with the given target value, the difference between the output value and the target value, that is, the error is detected and the target value is detected. In order to amplify and attenuate the power converter, a method of performing feedback control of the power converter using a reference voltage and a PWM controller at the input stage of the error amplifier has been performed.
In order to execute such control, it is necessary to detect the voltage value on the power supply side, and a plurality of resistors connected in series are connected to the positive electrode terminal side of the power supply to form a positive voltage divider circuit. Connects a plurality of connected resistors to the negative terminal side of the power source to form a negative side voltage dividing circuit, and based on the divided voltage value divided by the positive side voltage dividing circuit and the negative side voltage dividing circuit, the positive and negative electrodes of the power source Patent Document 1 proposes to calculate a voltage value between the two.

この特許文献1に提案されている電圧検出装置は、複数の抵抗を直列に接続して直流電源の正極端子側に接続される正極側分圧回路部と、複数の抵抗を直列に接続して直流電源の負極端子側に接続される負極側分圧回路部と、この正極側分圧回路部および負極側分圧回路部によって分圧された分圧値に基づいて、直流電源の正極と負極との間の電圧値を演算する演算回路部と、前記正極側分圧回路部を構成する複数の抵抗のうちの隣り合う2つの抵抗の接続点と、前記負極側分圧回路部を構成する複数の抵抗のうちの隣り合う2つの抵抗の接続点との間に接続されるコンデンサとを備えた構成となっている。   The voltage detection device proposed in Patent Document 1 includes a plurality of resistors connected in series and a positive voltage divider circuit unit connected to the positive electrode terminal side of the DC power supply, and a plurality of resistors connected in series. The positive and negative electrodes of the DC power source are connected to the negative terminal side of the DC power source based on the divided voltage values divided by the positive side voltage dividing circuit unit and the negative side voltage dividing circuit unit. An arithmetic circuit unit for calculating a voltage value between the two, a connection point between two adjacent resistors among the plurality of resistors constituting the positive voltage divider circuit unit, and the negative voltage divider circuit unit The capacitor includes a capacitor connected between the connection points of two adjacent resistors among the plurality of resistors.

ここで、特許文献1に提案されている電圧検出方法では、観測対象である高電圧の正負端子をある基準グランドに対して抵抗分圧した後の電圧をセンシングする手法を採用しており、このような構成を採用した場合には、筐体内で固定抵抗器を介して主回路側の基準電位となるGNDと電圧検出装置を搭載した方の回路の基準電位グランドが接続されるため、当該電力変換装置の出力電流が筐体内の意図しない回路経路を流れることによって回路が悪影響を受ける、いわゆる自家中毒問題を発生することになる。   Here, the voltage detection method proposed in Patent Document 1 employs a method of sensing the voltage after resistance-dividing the high-voltage positive and negative terminals to be observed with respect to a reference ground. When such a configuration is adopted, since the GND serving as the reference potential on the main circuit side and the reference potential ground of the circuit on which the voltage detection device is mounted are connected via a fixed resistor in the casing, the power When the output current of the conversion device flows through an unintended circuit path in the casing, a so-called self-poisoning problem occurs in which the circuit is adversely affected.

特開2011−64559号公報JP 2011-64559 A

従来の電力変換装置において、電源側の電圧値を検出するために、特許文献1のような構成を採用した場合には、筐体内で固定抵抗器を介して主回路側の基準電位となるGNDと電圧検出装置を搭載した方の回路の基準電位グランドが接続されるため、当該電力変換装置の出力電流が筐体内の意図しない回路経路を流れる可能性があり、場合によっては、主回路動作に伴う制御回路誤動作や、最悪の場合に製品の発火・発煙に至る可能性がある。このため、この電力変換装置における電圧センサ回路に求められる所望の特性(入出力応答性、リーク電流低減、ダイナミックレンジ)およびセンサ誤差を減らし、かつ、より安価な手法による電圧検出方法の確立が課題であった。
この発明は、前記課題を解決し、車載用降圧コンバータなどの電力変換装置において、安価な構成で、電力変換器の出力電圧を小さな誤差で検出するように構成した電力変換装
置を提供することを目的とするものである。
In a conventional power conversion device, when a configuration such as Patent Document 1 is used to detect a voltage value on the power supply side, GND that becomes a reference potential on the main circuit side via a fixed resistor in the housing Is connected to the reference potential ground of the circuit on which the voltage detection device is mounted, the output current of the power conversion device may flow through an unintended circuit path in the housing. This may cause malfunction of the control circuit and, in the worst case, fire or smoke of the product. For this reason, it is necessary to reduce the desired characteristics (input / output responsiveness, leakage current reduction, dynamic range) and sensor error required for the voltage sensor circuit in this power converter, and to establish a voltage detection method using a cheaper method. Met.
This invention solves the said subject and provides the power converter device comprised so that the output voltage of a power converter might be detected with a small error by a cheap structure in power converter devices, such as a step-down converter for vehicles. It is the purpose.

この発明は、係る課題を解決するためになされたもので、電力変換装置において、少なくとも3つ以上直列接続された奇数個の分圧抵抗、2つのバッファおよび差動アンプから構成される電圧センサ回路を備え、前記分圧抵抗らが前記電力変換装置の出力端子および基準GNDに並列接続されてあり、そのうち真中の抵抗の両端電圧を、それぞれのバッファを介して前記差動アンプで観測するシャント型の電圧検出手法を用いて、前記差動アンプ出力に基づいて電力変換制御を行うように構成している。   The present invention has been made to solve such a problem, and in a power conversion device, a voltage sensor circuit comprising an odd number of voltage dividing resistors, two buffers, and a differential amplifier connected in series at least three or more. A shunt type in which the voltage dividing resistors and the like are connected in parallel to the output terminal of the power converter and the reference GND, and the voltage between both ends of the middle resistor is observed by the differential amplifier via each buffer. Using this voltage detection method, power conversion control is performed based on the differential amplifier output.

この発明によれば、安価な構成で観測対象とする電圧のオフセット誤差軽減、高精度な電圧センシングを実現できるので、前記電力変換装置の制御性が向上する。   According to the present invention, since the offset error of the voltage to be observed can be reduced and the voltage sensing with high accuracy can be realized with an inexpensive configuration, the controllability of the power converter is improved.

この発明の基本的な構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the basic composition of this invention. この発明の実施の形態1を示す構成図である。It is a block diagram which shows Embodiment 1 of this invention. 実施の形態1における降圧コンバータの出力電圧および降圧コンバータと負荷間の一巡抵抗を表す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram illustrating an output voltage of a step-down converter and a circuit resistance between the step-down converter and a load in the first embodiment. この発明の実施の形態1に保護部品を適用した構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure which applied the protection component to Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2を示す構成図である。It is a block diagram which shows Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3を示す構成図である。It is a block diagram which shows Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3の置き換えを示す構成図である。It is a block diagram which shows replacement of Embodiment 3 of this invention.

この発明の電力変換装置として、高圧バッテリーと低圧バッテリー間に接続されて、高圧バッテリーの電力を降圧して低圧バッテリーに電力を供給する車載用の降圧コンバータを例に取り上げて、以下説明をする。   As an example of the power conversion device of the present invention, an in-vehicle step-down converter that is connected between a high-voltage battery and a low-voltage battery and steps down the power of the high-voltage battery and supplies the low-voltage battery will be described as an example.

図1は、この発明の基本的な構成を示す図である。なお、図中同一符号は、各々同一部分または相当部分を示す。
図に示すように、車載用の降圧コンバータ1において、少なくとも3つ以上の奇数個の抵抗が直列接続された分圧抵抗2、2つのバッファ3および差動アンプ4から構成される電圧センサ回路を備え、分圧抵抗2が車載用の降圧コンバータ1の出力端子5と基準GND6の間に接続されて、分圧抵抗2の複数の抵抗のうちの中央部の抵抗の両端電圧を、それぞれのバッファ3を介して差動アンプ4で観測するシャント型の電圧検出手法を行い、差動アンプ4の出力に基づいて制御部7が電力変換部8を制御し、車載用降圧コンバータとしての制御が行われ、負荷への電力供給が行われるように構成されている。制御部7は、制御用コントローラICやマイクロコントローラ等によって構成されている。また、電力変換部8は、MOSFETやIGBT、あるいはSiC、GaNなどのワイドギャップ半導体などのスイッチ素子から構成されている。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of the present invention. In addition, the same code | symbol in a figure shows the same part or an equivalent part respectively.
As shown in the figure, in the in-vehicle step-down converter 1, a voltage sensor circuit comprising a voltage dividing resistor 2, two buffers 3, and a differential amplifier 4 in which at least three or more odd-numbered resistors are connected in series. The voltage dividing resistor 2 is connected between the output terminal 5 of the step-down converter 1 for vehicle mounting and the reference GND 6, and the voltages across the resistors in the center of the plurality of resistors of the voltage dividing resistor 2 are respectively buffered. 3, a shunt-type voltage detection method observed by the differential amplifier 4 is performed, the control unit 7 controls the power conversion unit 8 based on the output of the differential amplifier 4, and the control as an in-vehicle step-down converter is performed. The power is supplied to the load. The control unit 7 includes a control controller IC, a microcontroller, and the like. The power conversion unit 8 includes a switching element such as a MOSFET, IGBT, or wide gap semiconductor such as SiC or GaN.

さらに、車載用の降圧コンバータ1における制御系GND9が、負荷の基準電位(例えば鉛バッテリーのマイナス端子)にハーネス接続される。
一方、降圧コンバータ1の筐体が、降圧コンバータ1の出力端子5のマイナス側と同電位であり、かつ、前記筐体と前記負荷のマイナス端子側とが前記ハーネスとは別の金属体(例えば、車のボディーアース)10を介して接続される。すなわち、バッファおよび差動アンプの基準GNDが、負荷の基準電位に第1の部材で接続され、電力変換装置の筐体が、前記出力端子のマイナス側と同電位でありかつ負荷のマイナス端子側に第2の部材で接続されていることになる。
Further, the control system GND9 in the in-vehicle step-down converter 1 is harness-connected to a reference potential of the load (for example, a negative terminal of a lead battery).
On the other hand, the casing of the step-down converter 1 is at the same potential as the negative side of the output terminal 5 of the step-down converter 1, and the casing and the negative terminal side of the load are different metal bodies (for example, , The vehicle body earth) 10. That is, the reference GND of the buffer and the differential amplifier is connected to the reference potential of the load by the first member, and the casing of the power converter is at the same potential as the negative side of the output terminal and the negative terminal side of the load Are connected by the second member.

ここで、車載用の降圧コンバータ1としては、車両側に搭載された高圧バッテリー(リチウムインバッテリー)から低圧側の鉛バッテリーを充電するための電力変換装置であり、降圧コンバータ1を駆動するための制御用電源は、負荷である低圧用鉛バッテリーから直接あるいは昇圧あるいは降圧されて電力供給される。
この構成は、仮に筐体電位と制御系GNDが筐体内部で接続された場合、降圧コンバータ1の出力電流経路とセンシングラインのGNDが共通化されることで電力変換器内のスイッチング動作に伴うスイッチングノイズが他の制御信号ラインの重畳してしまうため、自製品動作に起因して誤動作する、いわゆる自家中毒の症状となる。
Here, the in-vehicle step-down converter 1 is a power conversion device for charging a low-voltage side lead battery from a high-voltage battery (lithium-in battery) mounted on the vehicle side, and drives the step-down converter 1. The control power supply is supplied with power directly or boosted or lowered from a low-voltage lead battery as a load.
In this configuration, if the casing potential and the control system GND are connected inside the casing, the output current path of the step-down converter 1 and the GND of the sensing line are shared, thereby accompanying the switching operation in the power converter. Since switching noise is superimposed on other control signal lines, it becomes a symptom of so-called self-poisoning that malfunctions due to the operation of the product itself.

あるいは、降圧コンバータ1の筐体電位と鉛バッテリーのマイナス電気的接続が断線した場合に、瞬間的に製品内部の制御系GNDを通じて降圧コンバータ1から出力される大電流が流れる恐れがある。この際、出力電流が筐体内の意図しない回路経路を流れることを防ぐため、降圧コンバータ1の筐体外で制御系GNDと筐体電位を接地させる。   Alternatively, when the casing potential of the step-down converter 1 and the negative electrical connection between the lead battery are disconnected, a large current output from the step-down converter 1 may flow instantaneously through the control system GND inside the product. At this time, in order to prevent the output current from flowing through an unintended circuit path in the casing, the control system GND and the casing potential are grounded outside the casing of the step-down converter 1.

実施の形態1
以下、この発明が適用された実施の形態1の構成について、図面に基づいて説明する。
図2はこの発明の実施の形態1を示す図である。
車載用の降圧コンバータ1おいて、所望の電圧まで増幅、減衰させるため、エラーアンプの入力段にてリファレンス電圧とPWMコントローラなどを用いて、コンバータ制御する手法が取られる。また、回路部分の一部、あるいは全部は、降圧コンバータ1に設けられた制御用コントローラICやマイクロコントローラなどの制御部7の機能として含まれる。
Embodiment 1
Hereinafter, the configuration of the first embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a diagram showing Embodiment 1 of the present invention.
In the in-vehicle step-down converter 1, in order to amplify and attenuate to a desired voltage, a method of performing converter control using a reference voltage and a PWM controller or the like at the input stage of the error amplifier is taken. A part or all of the circuit portion is included as a function of the control unit 7 such as a control controller IC or a microcontroller provided in the step-down converter 1.

電圧センサ回路は、分圧抵抗2、2つのバッファ3と差動アンプ4から構成される。ここでのバッファ3は、片電源オペアンプを想定している。   The voltage sensor circuit includes a voltage dividing resistor 2, two buffers 3, and a differential amplifier 4. The buffer 3 here is assumed to be a single power supply operational amplifier.

ここで、分圧抵抗2は、観測対象電圧を電流効果によるシャント型で検出するため、少なくとも3つ以上の抵抗から構成される。
また、分圧抵抗2は、前記車載用降圧コンバータ1の出力端子5と基準GND6との間に接続されて、出力端子5と基準GND6に対して並列接続されていて、そのうち中央部の抵抗の両端電圧を、それぞれのバッファ3を介して前記差動アンプ4で観測するシャント型の電圧検出手法を用い、前記差動アンプ4出力に基づきコンバータ制御がなされる。
Here, the voltage dividing resistor 2 is composed of at least three resistors in order to detect a voltage to be observed in a shunt type based on a current effect.
The voltage dividing resistor 2 is connected between the output terminal 5 of the in-vehicle step-down converter 1 and the reference GND 6, and is connected in parallel to the output terminal 5 and the reference GND 6. Converter control is performed based on the output of the differential amplifier 4 using a shunt-type voltage detection method in which the voltage across the buffer 3 is observed by the differential amplifier 4 via the respective buffers 3.

通常であれば、観測対象である高電圧の正負端子をある基準グランドに対して抵抗分圧した後の電圧検出する方法がとられるが、ここでは制御系GNDが負荷の基準電位、例えば鉛バッテリーのマイナス端子にハーネス接続し、前記車載用降圧コンバータにおける制御系GNDが負荷の基準電位(例えば鉛バッテリーのマイナス端子)にハーネス接続し、一方、前記車載用降圧コンバータの筐体が前記車載用降圧コンバータの出力端子マイナス側と同電位となっており、かつ、前記筐体と前記負荷のマイナス端子側とが前記ハーネスとは別の金属体(例えば、車のボディーアース)を介して接続する構成としている。
また、制御系GNDと筐体電位間の寄生抵抗成分による電圧オフセット誤差を低減できる。
Normally, a method of detecting a voltage after resistance-dividing a high-voltage positive and negative terminal to be observed with respect to a reference ground is used. Here, the control system GND is a reference potential of a load, for example, a lead battery. And a control system GND in the in-vehicle step-down converter is connected to a reference potential of a load (for example, a negative terminal of a lead battery) while a housing of the in-vehicle step-down converter is connected to the in-vehicle step-down converter. Configuration having the same potential as the output terminal minus side of the converter, and the casing and the minus terminal side of the load are connected via a metal body (for example, car body ground) different from the harness It is said.
In addition, a voltage offset error due to a parasitic resistance component between the control system GND and the casing potential can be reduced.

電圧センサ回路の電圧観測の範囲は、分圧抵抗2で設定されることになるが、例えば、車載用の降圧コンバータ1の出力最大電圧をVoutとし、降圧コンバータ1の出力のリターン電流とフレームGND(以下、RFGと呼ぶ)による電圧降下分をVとすると、観測電圧範囲は、Voutから−Vとなる。 The voltage observation range of the voltage sensor circuit is set by the voltage dividing resistor 2. For example, the output maximum voltage of the in-vehicle step-down converter 1 is Vout, and the return current of the output of the step-down converter 1 and the frame When the voltage drop due to GND (hereinafter referred to as R FG ) is V N , the observation voltage range is −V N from V out .

ここで、Vの符号がマイナスなのは、低圧バッテリーのマイナス端子を基準としたと
きに、降圧コンバータ1へのリターン電流と筐体あるいは車両シャーシグランドの寄生抵抗による電圧降下が生じるため、本来の観測電位に対し電位である制御系GNDより、負バイアスとなることを示している。
つまり、観測側の電圧センサ回路は、制御系GNDでバッファ3および差動アンプ4にてセンシングする。
一方、低圧バッテリーのマイナス端子を基準とすると、制御系GNDは、筐体電位は車載用降圧コンバータの出力電流に依存して筐体電位により電圧降下するから、制御系GNDよりも低くなる。
Here, reference numeral minus Nanoha of V N, when relative to the negative terminal of the low-pressure battery, the voltage drop due to the parasitic resistance of the return current and the housing or the vehicle chassis ground to buck converter 1 occurs, the original observation It shows that a negative bias is applied from the control system GND which is a potential with respect to the potential.
That is, the voltage sensor circuit on the observation side performs sensing with the buffer 3 and the differential amplifier 4 in the control system GND.
On the other hand, when the negative terminal of the low voltage battery is used as a reference, the control system GND is lower than the control system GND because the casing potential drops depending on the casing potential depending on the output current of the in-vehicle step-down converter.

また、ここで差動アンプ4は、オフセットを除去し、車載用降圧コンバータを駆動するために所望の電圧範囲に収まるよう電圧レベルを増幅/減衰させるためのものである。
図2中の差動アンプ4は、オペアンプ1石と抵抗から構成されるものを例として示したが、この構成に限定したものではなく、計装アンプや複数のオペアンを用いて実現しても良い。
The differential amplifier 4 is for amplifying / attenuating the voltage level so as to be within a desired voltage range in order to remove the offset and drive the in-vehicle step-down converter.
The differential amplifier 4 in FIG. 2 is shown as an example composed of one operational amplifier and a resistor. However, the differential amplifier 4 is not limited to this configuration, and may be realized by using an instrumentation amplifier and a plurality of operations. good.

続いて、前記分圧抵抗2(R1、R2、R3)の決定条件について説明する。
車載用の降圧コンバータ1の出力電圧Voutと前記車載用降圧コンバータと負荷間の一巡抵抗RFG11を図3に概念的に表現する。図中では、一巡抵抗RFG11を基準電位側に配置しているが、出力端子側にも本来寄生抵抗が存在する。ただし、各定数を決める上では基準電位側に配置して検討した方が、次述する条件では厳しい条件となる。
Next, conditions for determining the voltage dividing resistor 2 (R1, R2, R3) will be described.
The output voltage Vout of the in-vehicle step-down converter 1 and the circuit resistance R FG 11 between the in-vehicle step-down converter and the load are conceptually represented in FIG. In the drawing, the circuit resistance R FG 11 is arranged on the reference potential side, but parasitic resistance inherently exists on the output terminal side. However, when determining each constant, it is more difficult to place it on the reference potential side under the following conditions.

前記一巡抵抗RFG11での出力電流による電圧降下Vの電位差をR1、R2、R3の分圧抵抗2でバランスさせる際、制御系GND基準で上下いずれのバッファ入力端電圧V12、V13が制御系GND基準に対して0V以上である必要があり、回路動作が成立するためには下記の条件式が成立する必要がある。

Figure 2018164319
Figure 2018164319
When balancing the potential difference of the voltage drop V N due to the output current at the circuit resistance R FG 11 with the voltage dividing resistor 2 of R1, R2 and R3, either the upper or lower buffer input voltage V 1 12, V on the basis of the control system GND. 2 13 should be greater than or equal 0V to the control system GND reference, since the circuit operation is satisfied, it is necessary to the following conditional expression is satisfied.
Figure 2018164319
Figure 2018164319

この式(1)より次の式(3)を導くことができる。

Figure 2018164319
From this equation (1), the following equation (3) can be derived.
Figure 2018164319

ここで、Voutは、車載用の降圧コンバータ1が出力可能な電圧下限値として、最小Vout時となる値Vout_minのときに、当該車載用降圧コンバータが最大出力電流を出力した際に生じる電圧降下(最大値)にて前記関係式を満足する分圧抵抗R1、R2、R3を選定する。 Here, V out is generated when the in-vehicle step-down converter outputs a maximum output current as a voltage lower limit value that can be output by the in-vehicle step-down converter 1 at a value V out_min that is the minimum V out. Voltage-dividing resistors R1, R2, and R3 that satisfy the above relational expression in terms of voltage drop (maximum value) are selected.

また、Vに関しては、当該車載用降圧コンバータが最大出力電流Ioutを出力した際に生じる電圧降下(最大値)にて前記関係式を満足する分圧抵抗R1、R2、R3の定数を選定する。負荷間の一巡抵抗(フレーム抵抗)RFGとするとVは、次式(4)で表すことができる。

Figure 2018164319
As for V N , constants of voltage dividing resistors R1, R2, and R3 that satisfy the above relational expression are selected by a voltage drop (maximum value) generated when the on-vehicle step-down converter outputs the maximum output current Iout. To do. V N can be expressed by the following equation (4) when the round resistance (frame resistance) R FG between the loads is assumed.
Figure 2018164319

車載用に適用される当該車載用降圧コンバータの最大出力電流値および製品の接地条件から一巡抵抗(フレーム抵抗)RFGは、0.1mΩから30mΩの範囲を想定して分圧抵抗R1、R2、R3を決定してやれば良い。
なお、前記RFG抵抗値は物性値の抵抗率で決り、総じて前記車載用コンバータと負荷の配置相対距離に置き換えて差支えないから、30cmから3mの範囲で適応される。
From the maximum output current value of the in-vehicle step-down converter applied to the vehicle and the grounding condition of the product, the circuit resistance (frame resistance) R FG is assumed to be in the range of 0.1 mΩ to 30 mΩ, and the voltage dividing resistors R1, R2, What is necessary is just to determine R3.
Incidentally, the R FG resistance is determined by the resistivity of the physical property values, because no problem in general replaced by the arrangement relative distance of the vehicle converter and the load, is adapted in the range of 30cm to 3m.

また、分圧抵抗R1、R2、R3および所望の出力電圧Vout、出力電流による電圧降下分V、前記差動アンプ利得をGとすると、電圧センサ回路の出力V0は、次のように表される。

Figure 2018164319
Further, the voltage dividing resistors R1, R2, R3 and the desired output voltage V out, a voltage drop V N by the output current, when the differential amplifier gain G, the output V0 of the voltage sensor circuit, the table as follows: Is done.
Figure 2018164319

負荷である鉛バッテリーに当該車載用降圧コンバータ出力端子が接続されている場合、当該コンバータの出力インピーダンスによって、リーク電流が生じる。これは当該構成の場合に、主回路側に設けられた整流ダイオード等の要因の他、前記分圧抵抗R1、R2、R3の直列合成抵抗値で生じる。したがって、これらの合成抵抗値下限値は所望のリーク電流値以下に決める。
また、前記バッファ3での入力端子寄生容量(数1pFから数100pF)により当該分圧抵抗値を大きくし過ぎると帯域制限が生じる。よって、当該電圧センサとしての応答性を加味すると前記分圧抵抗らの合成抵抗値が、10kΩから100kΩの範囲が適当である。
When the in-vehicle step-down converter output terminal is connected to a lead battery as a load, a leak current is generated due to the output impedance of the converter. In the case of this configuration, this occurs due to a series combined resistance value of the voltage dividing resistors R1, R2, and R3 in addition to factors such as a rectifier diode provided on the main circuit side. Accordingly, the lower limit value of the combined resistance value is determined to be equal to or less than a desired leakage current value.
Further, if the voltage dividing resistance value is excessively increased due to the input terminal parasitic capacitance (several 1 pF to several 100 pF) in the buffer 3, band limitation occurs. Therefore, considering the responsiveness as the voltage sensor, the combined resistance value of the voltage dividing resistors and the like is suitably in the range of 10 kΩ to 100 kΩ.

前述の通り、車載用の降圧コンバータにおいて出力電圧を制御するため、前記コンバータの負荷端子に直接接続されたセンシング用ハーネスを用いる。あるいは、シングルエンドで車載用降圧コンバータの出力電圧を測定していたが、基準電位がずれてオフセット誤差が生じるという問題があったが、
この実施の形態1によれば、車載用の降圧コンバータにおいて、オフセット誤差対策として一般的に用いられる電圧センシングハーネスが不要となり、かつ、安価な方法で観測対象とする電圧のオフセット誤差軽減、高精度な電圧センシングを実現できるので、前記車載用降圧コンバータの制御性が向上できる。
As described above, in order to control the output voltage in the in-vehicle step-down converter, the sensing harness directly connected to the load terminal of the converter is used. Or, the output voltage of the in-vehicle step-down converter was measured with a single end, but there was a problem that the reference potential shifted and an offset error occurred.
According to the first embodiment, a voltage sensing harness generally used as an offset error countermeasure is not required in an in-vehicle step-down converter, and the offset error of a voltage to be observed can be reduced by a low-cost method, with high accuracy. Therefore, controllability of the in-vehicle step-down converter can be improved.

また、前記車載用降圧コンバータにおける前記バッファ、差動アンプらの基準電位(制御系GND)が負荷の基準電位(例えば鉛バッテリーのマイナス端子)にハーネス接続されることで、制御系GNDハーネスと車載用降圧コンバータの基準電位が筐体内で電気的絶縁されて、一方、前記車載用降圧コンバータの筐体が前記車載用降圧コンバータの出力端子マイナス側と同電位であって、前記筐体と前記負荷のマイナス端子側とが前記ハーネスとは別の金属体(例えば、車のボディーアース)を介して接続されることで、前記車載用降圧コンバータの筐体内で回路構成上、前記車載用降圧コンバータの制御系と主回路系の基準電位を高インピーダンスでアイソレーションを確保できる。   Further, the reference potential (control system GND) of the buffer and differential amplifier in the in-vehicle step-down converter is harness-connected to the reference potential of the load (for example, the negative terminal of the lead battery), so that the control system GND harness and the in-vehicle The reference potential of the step-down converter for the vehicle is electrically insulated in the casing, while the casing of the in-vehicle step-down converter has the same potential as the negative side of the output terminal of the in-vehicle step-down converter, and the casing and the load Is connected to the negative terminal side via a metal body different from the harness (for example, car body ground), so that the circuit configuration of the in-vehicle step-down converter can be reduced. Isolation can be ensured with a high impedance between the reference potential of the control system and the main circuit system.

これにより、当該車載用降圧コンバータの出力電流が筐体内の意図しない回路経路を流れることを防止できる。また、主回路動作に伴う制御回路誤動作を軽減、あるいは誤動作による製品の発火・発煙を防止することができる。
また、車載用降圧コンバータの負荷に対し、リターン電流専用にハーネスが不要であり、安価な方法で出力電圧の監視が可能となる。
かつ、当該車載用降圧コンバータから出力された大電流のリターン経路の寄生抵抗成分が低い車両シャーシGNDを使用することで電圧降下を軽減できるので、前記車載用降圧コンバータが電圧降下分だけ大きな電圧を出力する必要がない。そのため、前記車載用降圧コンバータの正常な出力範囲と過電圧検知範囲のマージンを確保できる。
Thereby, it is possible to prevent the output current of the in-vehicle step-down converter from flowing through an unintended circuit path in the housing. Further, it is possible to reduce malfunction of the control circuit accompanying the main circuit operation, or to prevent the product from being ignited or smoked due to the malfunction.
In addition, a dedicated harness for return current is not required for the load of the in-vehicle step-down converter, and the output voltage can be monitored by an inexpensive method.
In addition, since the voltage drop can be reduced by using the vehicle chassis GND having a low parasitic resistance component in the return path of the large current output from the on-vehicle step-down converter, the on-board step-down converter can increase the voltage by the voltage drop. There is no need to output. Therefore, a margin between the normal output range and the overvoltage detection range of the in-vehicle step-down converter can be ensured.

また、当該電圧センサ回路に求められる入出力応答性を実現ができ、かつ、当該電圧センサ回路の電圧監視範囲を適正な範囲で確保でき、当該車載用降圧コンバータのレギュレーション性能を向上できる。   In addition, the input / output response required for the voltage sensor circuit can be realized, the voltage monitoring range of the voltage sensor circuit can be ensured in an appropriate range, and the regulation performance of the in-vehicle step-down converter can be improved.

この発明によれば当該回路定数を適切な範囲に設定できるので、当該電圧センサ回路の入出力応答性を損なうことなく、当該車載用降圧コンバータの出力電圧を監視でき、電力変換を実現できる。
また、前述のような車載用降圧コンバータが動作停止している際、負荷である鉛バッテリーからの漏洩電流を低減できる。
According to the present invention, since the circuit constant can be set in an appropriate range, the output voltage of the in-vehicle step-down converter can be monitored and power conversion can be realized without impairing the input / output response of the voltage sensor circuit.
Further, when the on-vehicle step-down converter as described above is stopped, leakage current from the lead battery as a load can be reduced.

また、図4のように前記バッファ3の入力前段にダイオード、あるいはバリスタ等のESD、サージ保護部品を配置しても構わない。この際の保護素子のアース電位は、バッファ素子と同じ電位である制御系GNDに接続する。   Further, as shown in FIG. 4, an ESD or surge protection component such as a diode or a varistor may be arranged before the input of the buffer 3. At this time, the ground potential of the protection element is connected to the control system GND which is the same potential as the buffer element.

このように前記バッファ3の入力前段にダイオード、あるいはバリスタ等のESD、サージ保護部品を配置することで、過大なサージ、あるいは静電気が当該電圧センサ回路の入力端に生じたとしても前記サージ保護部品によって、所定の電圧にクランプしてくれるので、当該電圧センサ回路を保護される。よって、当該電圧センサ回路部の耐サージ性を向上できる。   In this way, by arranging ESD or surge protection components such as diodes or varistors before the input of the buffer 3, even if excessive surge or static electricity occurs at the input end of the voltage sensor circuit, the surge protection components Therefore, the voltage sensor circuit is protected by clamping to a predetermined voltage. Therefore, the surge resistance of the voltage sensor circuit portion can be improved.

実施の形態2
図5は、この発明の実施の形態2を示す図である。
実施の形態1では、前記電圧センサ回路の構成をバッファ3および差動アンプ4としたが、これに替えて、この実施の形態2では、図5に示す通り、絶縁アンプを適用したものである。これにより、部品点数を削減できるので回路規模を小さくできる。
Embodiment 2
FIG. 5 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
In the first embodiment, the configuration of the voltage sensor circuit is the buffer 3 and the differential amplifier 4, but instead, in this second embodiment, an insulation amplifier is applied as shown in FIG. . Thereby, since the number of parts can be reduced, the circuit scale can be reduced.

実施の形態3
図6は、この発明の実施の形態3を示す図である。
実施の形態1では、前記電圧センサ回路の構成をバッファ3および差動アンプ4としたが、これに替えて、この実施の形態3では、図6に示す通り、電圧センサ回路16として、オペアンプから構成される計装アンプを適用したものである。これにより、部品点数を削減できるので回路規模を小さくできる。
この実施の形態3において、更に、図7のように、電圧センサ回路17として、オペアンプを2個以上からなる計装アンプとしても同様の効果を発揮できる。これによっても、同様に部品点数を削減できるので回路規模を小さくできる。
Embodiment 3
FIG. 6 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.
In the first embodiment, the configuration of the voltage sensor circuit is the buffer 3 and the differential amplifier 4, but instead of this, in the third embodiment, as shown in FIG. The instrumentation amplifier that is configured is applied. Thereby, since the number of parts can be reduced, the circuit scale can be reduced.
In the third embodiment, as shown in FIG. 7, the same effect can also be achieved as an instrumentation amplifier including two or more operational amplifiers as the voltage sensor circuit 17. Also by this, the number of parts can be reduced similarly, so that the circuit scale can be reduced.

なお、前記実施の形態1、実施の形態2および実施の形態3については、説明を簡単にするため、車載用コンバータを例に挙げて説明したが、車載用充電機、AC/DCコンバータ、およびインバータなどの電力変換装置における電圧センサ回路に適用しても同様の効果を発揮できる。   The first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment have been described by taking an in-vehicle converter as an example for the sake of simplicity, but an in-vehicle charger, an AC / DC converter, and The same effect can be exhibited even when applied to a voltage sensor circuit in a power converter such as an inverter.

また、この発明では説明を簡単にするため、例えば分圧抵抗2等を構成する抵抗等は最低員数から構成する定数にて説明しているが、分圧抵抗R1、R2、R3として、各々所望の定数を実現するように、複数個の抵抗を直列あるいは並列に様々組合せて接続して実現しても良い。   In the present invention, for the sake of simplicity, for example, the resistors constituting the voltage dividing resistor 2 and the like are described as constants composed of the minimum number of members. However, the voltage dividing resistors R1, R2, and R3 are each desired. In order to realize the constant, a plurality of resistors may be connected in various combinations in series or in parallel.

なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組合せ、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。   It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.

1 車載用降圧コンバータ、2 分圧抵抗、3 バッファ、4 差動アンプ、
5 出力端子、6 基準GND、7 制御部、8 電力変換部、9 制御系GND、
10 金属体、11 一巡抵抗RFG、12 バッファ入力端電圧V
13 バッファ入力端電圧V、14 保護部品、15 絶縁アンプ、
16、17 電圧センサ
1 Automotive buck converter, 2 voltage divider resistor, 3 buffer, 4 differential amplifier,
5 Output terminal, 6 Reference GND, 7 Control unit, 8 Power conversion unit, 9 Control system GND,
10 Metal body, 11 Circuit resistance R FG , 12 Buffer input terminal voltage V 1 ,
13 Buffer input terminal voltage V 2 , 14 Protection component, 15 Insulation amplifier,
16, 17 Voltage sensor

Claims (9)

電力変換器と、前記電力変換器の出力端子と前記電力変換器の基準GNDの間に接続され、装置において、少なくとも3つ以上の奇数個の抵抗を直列接続した分圧抵抗、2つのバッファおよび差動アンプから構成される電圧センサ回路を備え、前記分圧抵抗の中央の抵抗の両端電圧を、それぞれ前記バッファを介して前記差動アンプに入力し、前記差動アンプの出力に基づいて前記電力変換器の電力変換制御が行われるようにしたことを特徴とする電力変換装置。   A power converter, a voltage dividing resistor connected between an output terminal of the power converter and a reference GND of the power converter, and having at least three odd-numbered resistors connected in series in the device; two buffers; A voltage sensor circuit comprising a differential amplifier, and the voltage across the resistor in the middle of the voltage dividing resistor is input to the differential amplifier via the buffer, and the voltage based on the output of the differential amplifier. A power conversion device characterized in that power conversion control of a power converter is performed. 前記バッファおよび前記差動アンプの基準GNDが、負荷の基準電位に第1の部材で接続され、前記電力変換装置の筐体が、前記出力端子のマイナス側と同電位でありかつ前記負荷のマイナス端子側に第2の部材で接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。   The reference GND of the buffer and the differential amplifier is connected to the reference potential of the load by a first member, and the casing of the power converter is at the same potential as the minus side of the output terminal and the minus of the load The power converter according to claim 1, wherein the power converter is connected to the terminal side by a second member. 前記出力端子から前記負荷の間の電流経路の一巡抵抗が0.1mΩから30mΩの範囲であることを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。   The power converter according to claim 2, wherein a circuit resistance of a current path from the output terminal to the load is in a range of 0.1 mΩ to 30 mΩ. 前記電力変換装置と前記負荷の相対距離が30cmから3mの範囲に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。   The power converter according to claim 2, wherein a relative distance between the power converter and the load is in a range of 30 cm to 3 m. 前記分圧抵抗の抵抗定数が、前記電力変換器の出力電流の上限と検出すべき最小電圧値に基づいて決定されることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。   The power conversion device according to claim 1, wherein a resistance constant of the voltage dividing resistor is determined based on an upper limit of an output current of the power converter and a minimum voltage value to be detected. 前記分圧抵抗の合成抵抗値が、10kΩから100kΩの範囲であることを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置。   6. The power converter according to claim 5, wherein a combined resistance value of the voltage dividing resistor is in a range of 10 kΩ to 100 kΩ. 前記バッファの入力前段にサージ保護のための保護用素子が設けられていることを特徴とする特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。   The power converter according to claim 1, wherein a protection element for surge protection is provided before the input of the buffer. 前記電圧センサ回路のバッファおよび差動アンプに替えて、絶縁アンプを用いたことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。   The power converter according to claim 1, wherein an insulation amplifier is used instead of the buffer and the differential amplifier of the voltage sensor circuit. 前記電圧センサ回路のバッファおよび差動アンプに替えて、ゲイン抵抗およびオペアンプ2個以上から構成される計装アンプを用いたことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。   The power conversion apparatus according to claim 1, wherein an instrumentation amplifier including a gain resistor and two or more operational amplifiers is used instead of the buffer and the differential amplifier of the voltage sensor circuit.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110957950A (en) * 2019-11-25 2020-04-03 珠海凯邦电机制造有限公司 Electric control system of direct current motor, direct current motor and electrical equipment

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5300917A (en) * 1993-01-15 1994-04-05 Maue H Winston Junction box having integrally formed shunt
JPH08195225A (en) * 1995-01-19 1996-07-30 Kyocera Corp Battery charger
JP2010124618A (en) * 2008-11-20 2010-06-03 Toshiba Corp Power supply circuit
JP2014180084A (en) * 2013-03-13 2014-09-25 Aisin Seiki Co Ltd Synchronous rectification switching power supply

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5300917A (en) * 1993-01-15 1994-04-05 Maue H Winston Junction box having integrally formed shunt
JPH08195225A (en) * 1995-01-19 1996-07-30 Kyocera Corp Battery charger
JP2010124618A (en) * 2008-11-20 2010-06-03 Toshiba Corp Power supply circuit
JP2014180084A (en) * 2013-03-13 2014-09-25 Aisin Seiki Co Ltd Synchronous rectification switching power supply

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110957950A (en) * 2019-11-25 2020-04-03 珠海凯邦电机制造有限公司 Electric control system of direct current motor, direct current motor and electrical equipment

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