JP2019115103A

JP2019115103A - 車載コンプレッサ制御基板用電源装置

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Publication number: JP2019115103A
Application number: JP2017244974A
Authority: JP
Inventors: 東元張; dong yuan Zhang
Original assignee: Sanden Holdings Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2019-07-11
Also published as: WO2019123912A1

Abstract

【課題】部品点数の削減と効率の改善を図ることができ、ノイズ問題も改善することができる車載コンプレッサ制御基板用電源装置を提供する。【解決手段】一次側コイル１８と二次側コイル２２を有する絶縁トランス１７と、一次側コイルに接続されたコンデンサ２８を有するセピック回路を備える。一次側コイルに車載バッテリＢＡＴＴが接続され、一次側コイルに接続された低電圧側電源端子３３と、二次側コイルに接続された高電圧側電源端子１３、１４と、一次側コイルに接続されたスイッチング素子２９と、電源用コントローラ３１を備える。電源用コントローラは、低電圧側電源端子の電圧に基づき、それが設定値となるようにスイッチング素子を制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載されたコンプレッサを制御する制御基板の電源を生成するための電源装置に関するものである。

従来より車載コンプレッサの制御基板に使用される電源装置としては、所謂フライバック（Ｆｌｙｂａｃｋ）回路を用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。図３に係る従来の車載コンプレッサの制御基板用の電源装置１００の電気回路図を示す。従来の電源装置１００はフライバック回路を基本構成としたＤＣ−ＤＣコンバータであり、図中の１０１は絶縁トランスで、この絶縁トランス１０１の一次側コイル１０２の巻き始め端がＬＶフィルタ１０３を介して入力端子１０４に接続され、この入力端子１０４が車両のバッテリ（１２Ｖ）に接続される。

また、一次側コイル１０２の巻き終わり端には図示しないスイッチング素子が接続され、このスイッチング素子はこれも図示しない電源用コントローラにより制御される。入力端子１０４にはＬＶフィルタ１０３を介して更にレギュレータ（ＬＤＯ：ロードロップアウトレギュレータ）１０６が接続され、このレギュレータ１０６の出力に低電圧側電源端子１０７が接続されている。

絶縁トランス１０１の二次側コイル１０８の巻き終わり端には第一の高電圧側電源端子１０９が接続されており、二次側コイル１０８の所定位置にはレギュレータ（ＬＤＯ：ロードロップアウトレギュレータ）１１１が接続され、このレギュレータ１１１の出力に第二の高電圧側電源端子１１２が接続されている。

前記低電圧側電源端子１０７には例えば直流５Ｖ（ＬＶ５Ｖ）が生成され、この低電圧側電源端子１０７にはＬＩＮ、ＣＡＮ等の車両ネットワークとの通信を行うための車載通信装置が接続される。また、第一の高電圧側電源端子１０９には例えば直流１５Ｖ（ＨＶ１５Ｖ）が生成され、この第一の高電圧側電源端子１０９には車載コンプレッサを駆動するインバータのゲートドライバが接続される。更に、第二の高電圧側電源端子１１２には例えば直流５Ｖ（ＨＶ５Ｖ）が生成され、この第二の高電圧側電源端子１１２には車載コンプレッサの運転を制御するコンプレッサ用コントローラが接続されることになる。

前記電源用コントローラにはフォトカプラ１１３を介して第一の高電圧側電源端子１０９の電圧がフィードバック入力される。上記絶縁トランス１０１、レギュレータ１１１、フォトカプラ１１３等によりフライバック回路が構成され、電源用コントローラは第一の高電圧側電源端子１０９の電圧に基づき、当該第一の高電圧側電源端子１０９の電圧が設定値（直流１５Ｖ）となるように前述したスイッチング素子を制御するものであった。

特開２０１３−１７３７８号公報

しかしながら、従来のフライバックコンバータ構成の電源装置では、複数のレギュレータやフォトカプラを使用しなければならないため、部品点数が多くなり、その分寸法も大きくなる。また、多数のレギュレータを使用することは効率の悪化に繋がると共に、放熱も大きくなるため熱設計が複雑化する。また、絶縁トランスの漏れ磁束と周辺部品の寄生容量による共振が発生するため、これがＥＭＩのノイズ問題となる欠点があった。

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、部品点数の削減と効率の改善を図ることができ、ノイズ問題も改善することができる車載コンプレッサ制御基板用電源装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の電源装置は、一次側コイルと二次側コイルを有する絶縁トランスと、この絶縁トランスの一次側コイルに接続されたコンデンサを有するセピック（ＳＥＰＩＣ）回路を備え、車載コンプレッサを制御する制御基板の電源を生成するものであって、絶縁トランスの一次側コイルに車載バッテリが接続されており、絶縁トランスの一次側コイルに接続された低電圧側電源端子と、絶縁トランスの二次側コイルに接続された高電圧側電源端子と、絶縁トランスの一次側コイルに接続されたスイッチング素子と、電源用コントローラを備え、この電源用コントローラは、低電圧側電源端子の電圧に基づき、当該低電圧側電源端子の電圧が設定値となるようにスイッチング素子を制御することを特徴とする。

請求項２の発明の車載コンプレッサ制御基板用電源装置は、上記発明において高電圧側電源端子は、第一の高電圧側電源端子と、この第一の高電圧側電源端子より低い電圧を出力するための第二の高電圧側電源端子から成り、第一の高電圧側電源端子には、コンプレッサを駆動するインバータのゲートドライバが接続され、第二の高電圧側電源端子には、コンプレッサの運転を制御するコンプレッサ用コントローラが接続され、低電圧側電源端子には、車載通信装置が接続されることを特徴とする。

請求項３の発明の車載コンプレッサ制御基板用電源装置は、上記発明において絶縁トランスの一次側コイルは、巻き始め端が車載バッテリに接続された第一の一次側コイルと、巻き終わり端が接地された第二の一次側コイルを有し、第一の一次側コイルの巻き終わり端にスイッチング素子が接続され、第一の一次側コイルの巻き終わり端と第二の一次側コイルの巻き始め端の間にコンデンサが接続され、第二の一次側コイルの巻き始め端に低電圧側電源端子が接続されると共に、絶縁トランスの二次側コイルは、巻き終わり端に第一の高電圧側電源端子が接続され、巻き始め端に第二の高電圧側電源端子が接続された第一の二次側コイルと、この第一の二次側コイルの巻き始め端と接地間に接続された第二の二次側コイルを有することを特徴とする。

本発明の車載コンプレッサ制御基板用電源装置によれば、一次側コイルと二次側コイルを有する絶縁トランスと、この絶縁トランスの一次側コイルに接続されたコンデンサを有するセピック回路を備えており、絶縁トランスの一次側コイルに車載バッテリが接続され、絶縁トランスの一次側コイルに接続された低電圧側電源端子と、絶縁トランスの二次側コイルに接続された高電圧側電源端子と、絶縁トランスの一次側コイルに接続されたスイッチング素子と、電源用コントローラを備え、この電源用コントローラが、低電圧側電源端子の電圧に基づき、当該低電圧側電源端子の電圧が設定値となるようにスイッチング素子を制御するようにしたので、低電圧側電源端子の電圧を安定化するために従来必要であったレギュレータや高電圧側電源端子の電圧を設定値に維持するために従来必要であったフォトカプラなどが不要となり、部品点数を削減してコンパクト化とコストの削減を図ることができるようになる。

また、レギュレータによる効率悪化も改善することができるようになると共に、発熱の問題も低減することができるようになるので、熱設計も容易となる。特に、セピック回路化により、従来の如き共振が無くなるため、スイッチング波形も改善され、ＥＭＩのノイズ問題も改善することができるようになるものである。

本発明を適用する一実施例の車載コンプレッサの概略断面図である。本発明の一実施例の車載コンプレッサ制御基板用電源装置の回路図である。従来の車載コンプレッサ制御基板用電源装置の回路図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。図１は図示しない車両用の車室内を空調するための車両用空気調和装置の冷媒回路の一部を構成する車載コンプレッサ１の概略構成を示している。実施例の車載コンプレッサ１は、密閉容器２内に例えばロータリ方式の圧縮機構３と、この圧縮機構３を回転駆動するためのモータ４が収納された構成とされている。そして、このモータ４が回転することで、圧縮機構３が冷媒回路から冷媒を吸引し、圧縮して再び冷媒回路に吐出するものである。

車載コンプレッサ１の密閉容器２内は、隔壁６により圧縮機構３とモータ４が収納された圧縮室７と、制御基板８が収納された電装室９とに区画されている。この制御基板８は車載コンプレッサ１を制御するための基板であり、制御基板８には、当該制御基板８用の本発明の電源装置１１と、モータ４を駆動するインバータ１２と、このインバータ１２を構成するブリッジ構成の６個のスイッチング素子のゲートを駆動するゲートドライバ１３と、車載コンプレッサ１の運転を制御するマイクロプロセッサから成るコンプレッサ用コントローラ１４と、ＬＩＮ、ＣＡＮ等の車両ネットワークとの通信を行うための車載通信装置１６が設けられている。

電源装置１１は、制御基板８に設けられた上記ゲートドライバ１３に供給する例えば直流１５Ｖの第一の高電圧側電源（ＨＶ１５Ｖ）と、コンプレッサ用コントローラ１４に供給する第一の高電圧側電源より低い例えば直流５Ｖの電圧の第二の高電圧側電源（ＨＶ５Ｖ）と、車載通信装置１６に供給する例えば直流５Ｖの低電圧側電源（ＬＶ５Ｖ）を生成するものであり、詳細な回路構成は図２に示されている。

即ち、図２に示す本発明の電源装置１１は、セピック（ＳＥＰＩＣ：ＳｉｎｇｌｅＥｎｄｅｄＰｒｉｍａｒｙＩｎｄｕｃｔａｎｃｅＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）回路を基本構成としたＤＣ−ＤＣコンバータであり、図２中の１７は絶縁トランスである。この絶縁トランス１７の一次側コイル１８は、巻き始め端１９Ａと巻き終わり端１９Ｂを有する第一の一次側コイル１９と、同じく巻き始め端２１Ａと巻き終わり端２１Ｂを有する第二の一次側コイル２１を有し、絶縁トランス１７の二次側コイル２２は、巻き始め端２３Ａと巻き終わり端２３Ｂを有する第一の二次側コイル２３と、同じく巻き始め端２４Ａと巻き終わり端２４Ｂを有する第二の二次側コイル２４を有する。

そして、第一の一次側コイル１９の巻き始め端１９ＡがＬＶフィルタ２６を介して入力端子２７に接続され、この入力端子２７に車載バッテリＢＡＴＴ（１２Ｖ）に接続される。第二の一次側コイル２１の巻き終わり端２１Ｂは接地（ＧＮＤ１）され、第二の一次側コイル２１の巻き始め端２１Ａと第一の一次側コイル１９の巻き終わり端１９Ｂの間にコンデンサ２８が接続されている。

第一の一次側コイル１９の巻き終わり端１９Ｂには更に実施例ではＭＯＳＦＥＴから成るスイッチング素子２９のドレイン端子が接続され、スイッチング素子２９のソース端子は接地（ＧＮＤ１）されている。図中３１はマイクロプロセッサから成る電源用コントローラであり、この電源用コントローラ３１には車載バッテリＢＡＴＴからＬＶフィルタ２６を介して給電される。電源用コントローラ３１の出力はスイッチング素子２９のゲートに接続され、スイッチング素子２９はこの電源用コントローラ３１によりスイッチングが制御される。

第二の一次側コイル２１の巻き始め端２１Ａは更に、ダイオード３２を介して低電圧側電源端子３３に接続されており、この低電圧側電源端子３３の電圧は電源用コントローラ３１の入力にフィードバック（入力）される。そして、低電圧側電源端子３３には前述した車載通信装置１６が接続される。

一方、第一の二次側コイル２３の巻き終わり端２３Ｂはダイオード３４を介して第一の高電圧側電源端子３６（高電圧側電源端子）に接続され、この第一の高電圧側電源端子３６には前述したゲートドライバ１３が接続される。第一の二次側コイル２３の巻き始め端２３Ａはダイオード３７とレギュレータ（ＬＤＯ：ロードロップアウトレギュレータ）３８を介して第二の高電圧側電源端子３９（高電圧側電源端子）に接続され、この第二の高電圧側電源端子３９には前述したコンプレッサ用コントローラ１４が接続される。また、第二の二次側コイル２４の巻き終わり端２４Ｂは第一の二次側コイル２３の巻き始め端２３Ａに接続され、第二の二次側コイル２４の巻き始め端２４Ａは接地（ＧＮＤ２）されている。

そして、電源用コントローラ３１は、低電圧側電源端子３３の電圧が設定値である実施例では直流５Ｖ（ＬＶ５Ｖ）となるようにスイッチング素子２９をスイッチング制御する。係るスイッチング制御により、第一の高電圧側電源端子３６には直流１５Ｖ（ＨＶ１５Ｖ）が生成され、第二の高電圧側電源端子３９には直流５Ｖ（ＨＶ５Ｖ）が生成されるように絶縁トランス１７の巻線比は設定されており、これにより、ゲートドライバ１３には直流１５Ｖ（ＨＶ５Ｖ）が供給され、コンプレッサ用コントローラ１４には直流５Ｖ（ＨＶ５Ｖ）が供給され、車載通信装置１６には直流５Ｖ（ＬＶ５Ｖ）が供給されることになる。

以上のように本発明の電源装置１１は、一次側コイル１８と二次側コイル２２を有する絶縁トランス１７と、この絶縁トランス１７の一次側コイル１８に接続されたコンデンサ２８を有するセピック回路を備えており、絶縁トランス１７の一次側コイル１８に車載バッテリＢＡＴＴが接続され、絶縁トランス１７の一次側コイル１８に接続された低電圧側電源端子３３と、絶縁トランス１７の二次側コイル２２に接続された高電圧側電源端子（第一、第二の高電圧側電源端子１３、１４）と、絶縁トランス１７の一次側コイル１８に接続されたスイッチング素子２９と、電源用コントローラ３１を備えている。

そして、電源用コントローラ３１が、低電圧側電源端子３３の電圧に基づき、当該低電圧側電源端子３３の電圧が設定値である直流５Ｖ（ＬＶ５Ｖ）となるようにスイッチング素子２９を制御するようにしているので、低電圧側電源端子３３の電圧を安定化するために従来必要であったレギュレータや高電圧側電源端子の電圧を設定値に維持するために従来必要であったフォトカプラなどが不要となり、部品点数を削減してコンパクト化とコストの削減を図ることができるようになる。

また、図３に示した従来の電源装置に比して、レギュレータの数も半分になるため、レギュレータ３８による効率悪化も改善することができるようになると共に、発熱の問題も低減することができるようになるので、熱設計も容易となる。特に、セピック回路化により、図３に示した従来の電源装置で発生する共振が無くなるため、スイッチング素子２９のドレイン端子−ソース端子間に現れるスイッチング波形も改善される。これにより、ＥＭＩのノイズ問題も改善することができるようになる。

尚、実施例に示した各数値はそれに限られるものでは無く、対象とする車載コンプレッサに応じて種々変更可能である。

１コンプレッサ
４モータ
８制御基板
１１電源装置
１２インバータ
１３ゲートドライバ
１４コンプレッサ用コントローラ
１６車載通信装置
１７絶縁トランス
１８一次側コイル
１９第一の一次側コイル
２１第二の一次側コイル
２２二次側コイル
２３第一の二次側コイル
２４第二の二次側コイル
２８コンデンサ
２９スイッチング素子
３１電源用コントローラ
３３低電圧側電源端子
３６第一の高電圧側電源端子（高電圧側電源端子）
３８レギュレータ
３９第二の高電圧側電源端子（高電圧側電源端子）
ＢＡＴＴ車載バッテリ

Claims

一次側コイルと二次側コイルを有する絶縁トランスと、該絶縁トランスの一次側コイルに接続されたコンデンサを有するセピック（ＳＥＰＩＣ）回路を備え、車載コンプレッサを制御する制御基板の電源を生成するための電源装置であって、
前記絶縁トランスの一次側コイルに車載バッテリが接続されており、
前記絶縁トランスの一次側コイルに接続された低電圧側電源端子と、
前記絶縁トランスの二次側コイルに接続された高電圧側電源端子と、
前記絶縁トランスの一次側コイルに接続されたスイッチング素子と、
電源用コントローラを備え、
該電源用コントローラは、前記低電圧側電源端子の電圧に基づき、当該低電圧側電源端子の電圧が設定値となるように前記スイッチング素子を制御することを特徴とする車載コンプレッサ制御基板用電源装置。
前記高電圧側電源端子は、第一の高電圧側電源端子と、該第一の高電圧側電源端子より低い電圧を出力するための第二の高電圧側電源端子から成り、
前記第一の高電圧側電源端子には、前記コンプレッサを駆動するインバータのゲートドライバが接続され、前記第二の高電圧側電源端子には、前記コンプレッサの運転を制御するコンプレッサ用コントローラが接続され、前記低電圧側電源端子には、車載通信装置が接続されることを特徴とする請求項１に記載の車載コンプレッサ制御基板用電源装置。
前記絶縁トランスの一次側コイルは、巻き始め端が前記車載バッテリに接続された第一の一次側コイルと、巻き終わり端が接地された第二の一次側コイルを有し、前記第一の一次側コイルの巻き終わり端に前記スイッチング素子が接続され、前記第一の一次側コイルの巻き終わり端と前記第二の一次側コイルの巻き始め端の間に前記コンデンサが接続され、前記第二の一次側コイルの巻き始め端に前記低電圧側電源端子が接続されると共に、
前記絶縁トランスの二次側コイルは、巻き終わり端に前記第一の高電圧側電源端子が接続され、巻き始め端に前記第二の高電圧側電源端子が接続された第一の二次側コイルと、該第一の二次側コイルの巻き始め端と接地間に接続された第二の二次側コイルを有することを特徴とする請求項２に記載の車載コンプレッサ制御基板用電源装置。