JP2019140767A - 電源電力伝送システム - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の電源電圧を必要とする負荷に対し電源装置から電力を供給する場合に、これらを接続する電線の本数削減を可能にすると共に、電圧の変換に伴う電力損失の増大を抑制すること。【解決手段】複数の電源電圧を周期的に交互に切り替えて、１系統の出力電圧Ｖｏｕｔ１として上流側から下流側に送出する。下流側では、入力された電圧Ｖｏｕｔ１から複数の電圧をそれぞれ分離して負荷側に供給する。下流側で電圧Ｖｏｕｔ１をモニタして切替のタイミングを決める。下流側では電圧の系統毎にコンデンサ２７、２８を設けて蓄電し、上流からの電力供給が途絶えている間も電圧を維持する。下流側のＣＰＵ２６等が必要とする低い電圧は、下流側の電圧レギュレータ２５等で生成する。低圧の負荷３２が消費する電力を生成する際の損失を低減できる。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば車両上において直流電源電力を伝送するために利用可能な電源電力伝送システムに関する。
車両上の様々な電装品は、例えば５［Ｖ］、１２［Ｖ］のように互いに電圧が異なる複数種類の直流電源を必要とする場合が多い。したがって、通常は電源電圧毎に独立した電線を用いて、電源側と負荷側の電装品との間を接続している。
一方、例えば特許文献１に示された電力分配システムにおいては、電源が出力する４２［Ｖ］の電圧を、中間コネクタの箇所に配置したコンバータで１２［Ｖ］の電圧に変換し、更に下流側のＥＣＵ（電子制御ユニット）内に設けたレギュレータで１２［Ｖ］から５［Ｖ］の電圧に変換している。
また、特許文献２の電源システムは、システム全体の効率向上を図るために、モード選択を可能とし、複数の直流電源を直列に接続することを可能にしている。
特開２００３−４８４９６号公報 特開２０１５−４７０１２号公報
しかしながら、電源から負荷に対して電圧が異なる複数系統の電力を供給する場合には、電圧毎に独立した電線を用いて電源電力を伝送することになるので、ワイヤハーネスを構成する電線の本数を減らすことができず、重量も削減できない。また、ワイヤハーネスの部品コスト低減、配索作業の省力化なども難しい。
また、特許文献１のようにコンバータやレギュレータを利用して電圧を変換する場合には、１つの電圧から複数種類の電圧を生成できるので、電源と負荷の間を接続する電線の本数を減らすことが可能である。しかし、例えば１０〜１６［Ｖ］程度の広い範囲の入力電圧をレギュレータを利用して５［Ｖ］などの出力電圧に変換する場合には、レギュレータにおける電力の損失が大幅に増大したり、レギュレータ自体やそれに付随する回路部品が大型化するという問題がある。また、比較的損失の少ないＤＣ／ＤＣコンバータは部品数が多く高価なので、多数のＤＣ／ＤＣコンバータを負荷毎にそれぞれ用意するようなシステムは採用できない。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数種類の電源電圧を必要とする負荷に対して電源装置から電力を供給する場合に、これらを接続する電線の本数削減を可能にすると共に、電圧の変換に伴う電力損失の増大を抑制することが可能な電源電力伝送システムを提供することにある。
前述した目的を達成するために、本発明に係る電源電力伝送システムは、下記（１）〜（５）を特徴としている。
（１） 互いに異なる電源電圧を必要とする複数の負荷を制御する下流側制御モジュールと、
前記下流側制御モジュールに所定の電源電力を供給する上流側モジュールドライバと、
前記上流側モジュールドライバと前記下流側制御モジュールとを接続する電源接続線と、
を含み、
前記上流側モジュールドライバは、互いに異なる電源電圧を送出可能な複数の電力源と、当該複数の電力源から出力される電源電圧を順番に又は交互に周期的に選択して前記電源接続線に送出する電圧切替制御部と、を備え、
前記下流側制御モジュールは、前記電源接続線で伝送された電源電力の中から、複数の前記電源電圧の成分の少なくとも１つを抽出する電圧抽出制御部と、前記電圧抽出制御部が抽出した電圧を含む複数の前記電源電圧を複数の前記負荷それぞれに対して出力する複数の電圧出力部と、を備える、
ことを特徴とする電源電力伝送システム。
上記（１）の構成の電源電力伝送システムによれば、複数の電源電圧を周期的に切り替えて前記記上流側モジュールドライバが前記電源接続線に送出するので、電圧毎に独立した電源接続線を用意する必要がない。つまり、単一の電源接続線だけで前記上流側モジュールドライバから前記下流側制御モジュールに電源電力を伝送できる。また、前記下流側制御モジュール側では共通の電源接続線に現れる複数の電圧の中から必要な電圧を抽出するだけでよいので、レギュレータなどを用いて特別な降圧処理を行う必要がなく、電力の損失を大幅に低減できる。
（２） 前記電圧切替制御部は、複数の前記電源電圧を一定の周期で、順番に又は交互に周期的に選択し、前記電源接続線に送出する、
ことを特徴とする上記（１）に記載の電源電力伝送システム。
上記（２）の構成の電源電力伝送システムによれば、複数の電源電圧が一定の周期で、前記電源接続線に繰り返し現れるので、前記下流側制御モジュール側の各部において、必要な電圧の供給が停止する時間が長くなるのを避けることができる。そのため、前記下流側制御モジュールは安定した電圧を出力できる。
（３） 前記電圧抽出制御部は、前記電源接続線から前記下流側制御モジュールに入力される電源電力の電圧をモニタして各タイミングの電圧の違いを識別し、複数の前記電源電圧の少なくとも１つの成分を抽出する、
ことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の電源電力伝送システム。
上記（３）の構成の電源電力伝送システムによれば、タイミングを合わせるために前記上流側モジュールドライバと前記下流側制御モジュールとの間で通信しなくても、前記下流側制御モジュールは必要な電圧を抽出できる。
（４） 複数の前記電圧出力部それぞれは、前記電圧抽出制御部が抽出した各電源電圧の電力を受け入れて蓄電する蓄電部を有する、
ことを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の電源電力伝送システム。
上記（４）の構成の電源電力伝送システムによれば、前記蓄電部の働きにより、上流側からの所望の電圧の供給が途絶えているタイミングにおいても、必要な電源電圧を下流側の負荷に供給できる。また、出力する電圧を平滑し安定化することができる。
（５） 複数の前記電圧出力部の少なくとも１つは、前記電源接続線に所定以上の電圧が現れている時に、高電圧の入力又は出力を阻止するスイッチング素子を備える、
ことを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の電源電力伝送システム。
上記（５）の構成の電源電力伝送システムによれば、比較的低い電圧を扱う電圧出力部に対して前記電源接続線から過大な電圧が供給されるのを阻止できる。また、レギュレータなどを用いて入力電圧を降圧する場合には、レギュレータにおける損失が増大するのを抑制できる。
本発明の電源電力伝送システムによれば、複数種類の電源電圧を必要とする負荷に対して電源装置から電力を供給する場合に、これらを接続する電線の本数削減を可能にすると共に、電圧の変換に伴う電力損失の増大を抑制できる。
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
図１は、電源電力伝送システムの構成例−１を示すブロック図である。 図２は、図１のシステムの動作例を示すタイムチャートである。 図３は、電源電力伝送システムの構成例−２を示すブロック図である。
本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。
＜電源電力伝送システムの構成＞
電源電力伝送システムの構成例−１を図１に示す。図１に示した電源電力伝送システムは、自動車などの車両に搭載され、車載バッテリなどの主電源５０から、車両に搭載された様々な負荷等に直流の電源電力を供給するために利用される。具体的な負荷としては、１２［Ｖ］の電圧を必要とする補機のモータ、ランプ、ヒータや、５［Ｖ］の安定した電圧を必要とするセンサ類や電子回路などが想定される。
図１に示した電源電力伝送システムは、モジュールドライバ１０と下流側制御ユニット２０とを備えている。また、モジュールドライバ１０と下流側制御ユニット２０との間は１本の電源接続線３０で接続されている。モジュールドライバ１０は主電源５０に近い位置に配置され、下流側制御ユニット２０は負荷に近い位置に配置される。
また、電源接続線３０は、例えば多数の電線の一部分としてワイヤハーネスに組み込まれた状態で車両上に配置される。また、下流側制御ユニット２０は、例えばワイヤハーネスの下流側に接続された１つのコネクタのハウジング内に組み込んだ状態で、制御機能付きコネクタとして構成することが想定される。勿論、他の形態で構成してもよい。
図１に示した電源電力伝送システムにおいては、負荷が１２［Ｖ］および５［Ｖ］の２種類の電源電圧を必要とするので、一般的な構成であれば、電源接続線３０の代わりに電圧毎に独立した複数の電線が必要になる。図１の電源電力伝送システムは、単一の電源接続線３０だけで接続できるように特別な構成を有している。これにより、ワイヤハーネスを構成する電線の本数を削減できる。
また、例えば一般的な電圧レギュレータ、あるいは抵抗器を用いて１２［Ｖ］の入力電圧から５［Ｖ］に降圧した出力電圧を生成する場合には、特に入力電圧の変動範囲が広い場合に、電圧レギュレータにおける電力損失の増大が顕著になる。そこで、図１の電源電力伝送システムは、電圧変換に伴う電力損失を抑制するための特別な構成も有している。また、下流側制御ユニット２０が出力する５［Ｖ］の電源電圧は、下流側制御ユニット２０内部の電子回路の電源としても利用される。
＜モジュールドライバ１０の構成および動作の概要＞
図１に示したモジュールドライバ１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１、ＣＰＵ（マイクロコンピュータ）１２、スイッチングデバイス１３、１４、ダイオードＤ１、Ｄ２、およびコネクタ１８を含んでいる。
ダイオードＤ１およびＤ２は電流の逆流による誤動作を防止するために設けてある。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、直流電圧の変換を実施して５［Ｖ］の安定した直流電圧を出力することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の入力には、主電源５０から供給される１２［Ｖ］の電源電圧（＋Ｂ）が、電源接続線５１、入力端子１０ａ、電源ライン１５、およびダイオードＤ１を経由して印加される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１が生成した５［Ｖ］の電圧は、電源ライン１９に供給される。
ＣＰＵ１２は、予め組み込まれているプログラムを実行し、モジュールドライバ１０を制御するために必要な動作を行う。具体的には、スイッチングデバイス１３、１４を制御するために必要な制御信号ＳＧ１、ＳＧ２を出力する。後述するように、制御信号ＳＧ１、ＳＧ２は周期的に変化する二値信号である。なお、ＣＰＵ１２の動作は比較的単純であるので、専用のハードウェア（信号発生回路）を代わりに利用しても良い。
スイッチングデバイス１３、１４は、ＭＯＳ型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり、電力のスイッチングを行うために利用される。スイッチングデバイス１３は、電源ライン１５と、電源ライン１７との間に接続されている。また、スイッチングデバイス１４は、電源ライン１９と電源ライン１７との間に接続されている。スイッチングデバイス１３の制御入力（ゲート端子）には、制御ライン１６を介して制御信号ＳＧ１が印加される。スイッチングデバイス１４の制御入力には、制御ライン１６Ｂを介して制御信号ＳＧ２が印加される。
スイッチングデバイス１３は、制御信号ＳＧ１に従って周期的にオンオフを繰り返し、オン状態の時に電源ライン１５の電圧（１２［Ｖ］）を電源ライン１７に出力する。また、スイッチングデバイス１４は、制御信号ＳＧ２に従って周期的にオンオフを繰り返し、オン状態の時に電源ライン１９の電圧（５［Ｖ］）を電源ライン１７に出力する。
２つの制御信号ＳＧ１、ＳＧ２は互いに逆相の信号である。そのため、電源ライン１７上には、１２［Ｖ］の電圧と５［Ｖ］の電圧とが交互に周期的に現れる。このような出力電圧Ｖｏｕｔ１が、コネクタ１８の出力端子１０ｂから電源接続線３０に送出される。
＜下流側制御ユニット２０の構成および動作の概要＞
図１に示した下流側制御ユニット２０は、スイッチングトランジスタ２３、制御回路２４、コンデンサ２７、２８、ダイオードＤ３、Ｄ４、および出力電圧Ｖｏｕｔ２、Ｖｏｕｔ３の出力部を含んでいる。また、下流側制御ユニット２０は、制御回路２４および小型の電圧レギュレータ２５を内蔵したＣＰＵ２６を備えている。
ダイオードＤ３およびＤ４は、電流の逆流による誤動作を防止するために設けてある。ＣＰＵ２６は、これに組み込まれているプログラムを実行することにより、下流側制御ユニット２０を制御するための動作を行う。具体的には、ＣＰＵ２６内の制御回路２４が、アナログ電圧モニタ端子２４ｂを用いて電源ライン２１の電圧を監視（モニタ）し、検出した電圧に同期して制御信号ＳＧ３を生成する。電源入力端子２４ａには、電圧レギュレータ２５が出力する安定した直流電圧（５［Ｖ］）が印加される。
電圧レギュレータ２５は、電源ライン２２に現れる電圧（ほぼ直流の１２［Ｖ］）に基づいて直流の５［Ｖ］の電圧を生成する。
スイッチングトランジスタ２３は、ＣＰＵ２６の制御回路２４が出力する制御信号ＳＧ３に従ってオンオフを繰り返し、制御信号ＳＧ３が低レベル（Ｌ）の時には電源ライン２１の電圧をダイオードＤ４を介して入力し電源ライン２９に出力する。制御信号ＳＧ３が高レベル（Ｈ）の時には、スイッチングトランジスタ２３がオフになり、電源ライン２９に電力は供給されない。
モジュールドライバ１０から電源接続線３０を経由して供給される１系統の電力は、入力端子２０ａを介して電源ライン２１に供給される。電源ライン２１に現れる電力は、ダイオードＤ３を介して電源ライン２２に供給され、更にダイオードＤ４およびスイッチングトランジスタ２３を介して電源ライン２９に供給される。
コンデンサ２７および２８は、それぞれ電解コンデンサとして構成され、十分に大きい蓄電性能を有している。コンデンサ２７は、上流の電源ライン２１から電源ライン２２に供給される直流電力を蓄電し、定常状態でほぼ１２［Ｖ］の直流電圧を出力電圧Ｖｏｕｔ２として出力する。
実際には、電源ライン２１上に５［Ｖ］と１２［Ｖ］の電圧が交互に周期的に現れるので、電源ライン２１に１２［Ｖ］の電圧が現れている時に、ダイオードＤ３を介してコンデンサ２７が充電され、その電力が蓄電される。
コンデンサ２８は、上流の電源ライン２１から電源ライン２９に供給される直流電力を蓄電し、定常状態でほぼ５［Ｖ］の直流電圧を出力電圧Ｖｏｕｔ３として出力する。実際には、電源ライン２１上に５［Ｖ］と１２［Ｖ］の電圧が交互に現れるが、電源ライン２１に５［Ｖ］の電圧が現れている時のみ、制御信号ＳＧ３が低レベル（Ｌ）になってスイッチングトランジスタ２３がオンし、ダイオードＤ４、スイッチングトランジスタ２３、および電源ライン２９を介してコンデンサ２８が充電され、その電力が蓄電される。
したがって、図１に示すように、下流側制御ユニット２０は、図示しない複数の負荷に５［Ｖ］および１２［Ｖ］のいずれかの電源電圧を供給することができる。なお、グランド（又はアース）については、ワイヤハーネス等に含まれるアースラインを用いて接続してもよいし、車体が金属の場合にはボディアースを利用して接続してもよい。
＜システムの動作例＞
図１に示した電源電力伝送システムの動作例を図２に示す。
図２に示した例では、ＣＰＵ１２が出力する制御信号ＳＧ１およびＳＧ２は、一定の周期Ｔ０で同じ変化を繰り返す二値信号である。また、制御信号ＳＧ１の電圧が高レベルＨになる区間の長さＴ１と低レベルＬになる区間の長さＴ２は同一になっている。また、制御信号ＳＧ１の電圧が高レベルＨの時には制御信号ＳＧ２が低レベルＬになり、制御信号ＳＧ１の電圧が低レベルＬの時には制御信号ＳＧ２が高レベルＨになる。
図１に示したモジュールドライバ１０においては、制御信号ＳＧ１が高レベルＨになるとスイッチングデバイス１３がオンになるので、この時には電源ライン１５の電圧（１２［Ｖ］）が出力電圧Ｖｏｕｔ１に現れる。つまり、Ｔ１の区間で１２［Ｖ］の電圧が電源ライン１７および電源接続線３０に供給される。
また、制御信号ＳＧ２が高レベルＨになるとスイッチングデバイス１４がオンになるので、この時には電源ライン１９の電圧（５［Ｖ］）が出力電圧Ｖｏｕｔ１に現れる。つまり、Ｔ２の区間で５［Ｖ］の電圧が電源ライン１７および電源接続線３０に供給される。
一方、下流側制御ユニット２０においては、ＣＰＵ２６が電源ライン２１の入力電圧、（Ｖｏｕｔ１と同じ）をモニタしている。そして、出力電圧Ｖｏｕｔ１の電圧の変化に同期して、制御信号ＳＧ３が生成される。つまり、図２に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔ１が１２［Ｖ］の時には制御信号ＳＧ３が高レベルＨになり、出力電圧Ｖｏｕｔ１が５［Ｖ］の時には制御信号ＳＧ３が低レベルＬになる。
例えば、電源ライン２１に１２［Ｖ］の電圧が現れている時に、コンデンサ２７の端子間電圧が１２［Ｖ］よりも低下すると、ダイオードＤ３が導通し、電源接続線３０の電力が電源ライン２１、ダイオードＤ３を経由して電源ライン２２に供給される。これにより、コンデンサ２７が充電され、出力電圧Ｖｏｕｔ２は規定の電圧（この場合は１２［Ｖ］）に維持される。
また、電源ライン２１に５［Ｖ］の電圧が現れている時には、コンデンサ２７の端子間電圧が低下しても電源ライン２１から電力が供給されないので、負荷等に流れる電流に応じてコンデンサ２７は少しずつ放電し、その時定数に応じて出力電圧Ｖｏｕｔ２は少し低下する。そして、区間Ｔ２の時間が経過して再び電源ライン２１に１２［Ｖ］の電圧が現れると、コンデンサ２７が充電され出力電圧Ｖｏｕｔ２が１２［Ｖ］に回復する。
また、電源ライン２１に５［Ｖ］の電圧が現れている時には、制御信号ＳＧ３が低レベルＬになってスイッチングトランジスタ２３がオンになるので、電源ライン２１からダイオードＤ４、スイッチングトランジスタ２３、電源ライン２９を介して電流が流れ、コンデンサ２８が充電される。つまり、Ｔ２の各区間では、出力電圧Ｖｏｕｔ１に現れる５［Ｖ］の電圧成分により、出力電圧Ｖｏｕｔ３が５［Ｖ］に維持される。
一方、電源ライン２１に１２［Ｖ］の電圧が現れている時には、制御信号ＳＧ３が高レベルＨになってスイッチングトランジスタ２３がオフになるので、電源ライン２９の入力が遮断されて、コンデンサ２８の充電は停止する。そのため、Ｔ１の区間では、負荷等に流れる電流に応じてコンデンサ２８は少しずつ放電し、その時定数に応じて出力電圧Ｖｏｕｔ３は少し低下する。そして、区間Ｔ１の時間が経過して再び電源ライン２１に５［Ｖ］の電圧が現れると、コンデンサ２８が充電され出力電圧Ｖｏｕｔ３が５［Ｖ］に回復する。
上記のように、電源接続線３０で伝送する電力の電圧（Ｖｏｕｔ１）として、５［Ｖ］と１２［Ｖ］とを交互に切り替えているので、各系統の出力電圧Ｖｏｕｔ２、Ｖｏｕｔ３には多少の電圧変動が発生する。したがって、下流側制御ユニット２０の出力に接続する各負荷の大きさや、これらが必要とする定格電圧やその許容範囲を考慮して、負荷の誤動作が生じないように、あるいは精度が低下しないように調整することが想定される。つまり、各コンデンサ２７、２８の容量を調整したり、周期Ｔ０を調整したり、区間Ｔ１／Ｔ２の比率を必要に応じて変更することになる。
＜初期状態の動作＞
図１に示した電源電力伝送システムにおいては、下流側制御ユニット２０内のＣＰＵ２６が必要とする電源電力（５［Ｖ］）を、電源ライン２２の電圧１２［Ｖ］に基づいて電圧レギュレータ２５が生成している。しかし、初期状態でコンデンサ２７が放電状態であると、電源ライン２２の電圧は０［Ｖ］に近い状態になり、ＣＰＵ２６は動作しない。
そこで、ＣＰＵ２６が動作しない状態において、制御出力端子２４ｃが高レベルＨになるように、予めこの回路を設計しておく。これにより、５［Ｖ］よりも高い電圧が、電源ライン２１から電源ライン２９に供給されるのを阻止できる。
また、ＣＰＵ２６が停止している状態であっても、電源接続線３０から下流側制御ユニット２０に電力が供給されてある程度の時間が経過すれば、コンデンサ２７が充電されて電源ライン２２の電圧が１２［Ｖ］程度まで上昇するので、電圧レギュレータ２５が５［Ｖ］の電圧を出力し、ＣＰＵ２６が動作を開始する。したがって、スイッチングトランジスタ２３をオンしてコンデンサ２８を充電し、電源ライン２９の出力電圧Ｖｏｕｔ３を５［Ｖ］にすることができる。
＜図１の構成の利点＞
図１に示した電源電力伝送システムにおいては、複数の電源電圧を必要とする負荷を下流側制御ユニット２０の出力側に接続する場合であっても、モジュールドライバ１０が複数の電圧（５［Ｖ］、１２［Ｖ］）を交互に周期的に切り替えて電源接続線３０に送出するので、単一の電源接続線３０だけでモジュールドライバ１０と下流側制御ユニット２０とを接続できる。そのため、電源接続線３０を含むワイヤハーネスを構成する電線の本数を削減できる。
また、図１に示した電源電力伝送システムにおいては、ＣＰＵ２６が必要とする５［Ｖ］の電圧を生成する電圧レギュレータ２５において電力の損失が発生するが、それ以外の５［Ｖ］系の負荷が消費する電源電力については、下流側制御ユニット２０内での電圧変換が不要であるため損失を大幅に削減できる。したがって、電圧レギュレータ２５の小型化が可能である。
＜変形例＞
電源電力伝送システムの構成例−２を図３に示す。図３に示した電源電力伝送システムは、図１の構成の変形例であり、モジュールドライバ１０Ｂおよび下流側制御ユニット２０Ｂの構成が図１の構成とは少し異なっている。これらの変更された箇所について以下に説明する。
図３に示した電源電力伝送システムは、モジュールドライバ１０Ｂおよび下流側制御ユニット２０Ｂを含んでいる。このモジュールドライバ１０Ｂにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ｂは、６［Ｖ］の電圧を出力する。つまり、５［Ｖ］系の負荷等が必要とする電圧（５［Ｖ］）の代わりに、それよりも少し高い電圧を出力する。
また、モジュールドライバ１０Ｂは、スイッチングデバイス１３、１４の代わりにＩＰＤ(Intelligent Power Device)１３Ｂおよび１４Ｂを採用している。ＩＰＤ１３Ｂは電源ライン１５と電源ライン１７との間に接続してあり、ＩＰＤ１４Ｂは電源ライン１９Ｂと電源ライン１７との間に接続してある。また、ＩＰＤ１３Ｂの制御入力には制御信号ＳＧ１が印加され、ＩＰＤ１４Ｂの制御入力には制御信号ＳＧ２が印加される。
したがって、モジュールドライバ１０Ｂのコネクタ１８から電源接続線３０に出力される出力電圧Ｖｏｕｔ１Ｂには、２種類の電圧１２［Ｖ］、６［Ｖ］が交互に周期的に現れる。なお、出力電圧Ｖｏｕｔ１Ｂの波形は、図２のＶｏｕｔ１とほぼ同じである。
一方、下流側制御ユニット２０Ｂにおいては、５［Ｖ］系の負荷等が必要とする５［Ｖ］の電源電圧を生成するために、電圧レギュレータ２５Ｂを備えている。この電圧レギュレータ２５Ｂは、図１における電圧レギュレータ２５よりもさらに小型化されており、６［Ｖ］程度の入力電圧から５［Ｖ］の出力電圧を生成する機能を有している。また、一般的なレギュレータと異なり、制御入力端子２５Ｂａも有している。この制御入力端子２５Ｂａは、電圧レギュレータ２５Ｂの動作のオンオフを切り替えるために利用される。
また、電圧レギュレータ２５Ｂの制御入力端子２５Ｂａに印加するイネーブル制御信号ＳＧｅｎを生成するために、スイッチングトランジスタ２３Ｂおよび抵抗器Ｒ３を設けてある。スイッチングトランジスタ２３Ｂの制御入力（ベース端子）には、ＣＰＵ２６Ｂが出力する制御信号ＳＧ３Ｂが印加される。スイッチングトランジスタ２３Ｂのコレクタ端子は、抵抗器Ｒ３を介して電源ライン２２と接続されている。スイッチングトランジスタ２３Ｂのエミッタ端子は接地されている。スイッチングトランジスタ２３Ｂのオンオフにより、イネーブル制御信号ＳＧｅｎが生成される。
ＣＰＵ２６Ｂの動作はＣＰＵ２６とほぼ同じである。図３の例では、電源ライン２１の電圧が、抵抗器Ｒ１、Ｒ２で分圧されてＣＰＵ２６Ｂのアナログ電圧モニタ端子２４ｂに印加される。ＣＰＵ２６Ｂは、アナログ電圧モニタ端子２４ｂに印加される電圧に同期するように制御信号ＳＧ３Ｂを生成する。また、ＣＰＵ２６Ｂの電源入力端子２４ａは、電源ライン２９と接続されている。
電圧レギュレータ２５Ｂの動作状態は、イネーブル制御信号ＳＧｅｎの状態に従い、定常状態では電源ライン２１に１２［Ｖ］の電圧が現れている時にはオフになり、６［Ｖ］の電圧が現れている時にはオンになる。したがって、電源接続線３０から供給される出力電圧Ｖｏｕｔ１Ｂが６［Ｖ］の区間（図２のＴ２に相当）でのみ、電圧レギュレータ２５Ｂの出力する電圧５［Ｖ］により、コンデンサ２８が充電される。
また、電源接続線３０から供給される出力電圧Ｖｏｕｔ１Ｂが１２［Ｖ］の区間（図２のＴ１に相当）においては、電圧レギュレータ２５Ｂがオフになるので、電圧レギュレータ２５Ｂからコンデンサ２８に電力が供給されることはない。
出力電圧Ｖｏｕｔ１Ｂが１２［Ｖ］の区間で電圧レギュレータ２５Ｂがオフになるのは、余分な電力損失の増大を避けるためである。つまり、出力電圧Ｖｏｕｔ１Ｂが６［Ｖ］の区間でのみ電圧レギュレータ２５Ｂをオンにすることで、電圧レギュレータ２５Ｂにおける入出力の電位差が小さくなり（１［Ｖ］）、電圧変換に伴う電力損失が大幅に削減される。
なお、初期状態の場合には、コンデンサ２８が放電状態であると、電源ライン２９の電圧が０［Ｖ］程度になり、ＣＰＵ２６Ｂは動作しない。そこで、このような初期状態ではイネーブル制御信号ＳＧｅｎが電圧レギュレータ２５Ｂを常にオンにするように予め設計しておく。これにより、初期状態の場合に限り、電圧レギュレータ２５Ｂはどの区間においても、出力電圧Ｖｏｕｔ１Ｂから５［Ｖ］の出力電圧を生成し、コンデンサ２８を充電することができる。
初期状態で、電源ライン２９の電圧が上昇すると、ＣＰＵ２６Ｂが成り行きで動作を開始する。これにより、制御信号ＳＧ３Ｂにより通常のイネーブル制御信号ＳＧｅｎが生成されるので、電圧レギュレータ２５Ｂは、出力電圧Ｖｏｕｔ１Ｂが１２［Ｖ］の区間で動作を停止する間欠駆動に入る。
つまり、初期状態では常に電圧レギュレータ２５Ｂが動作するので、１２［Ｖ］の電圧を５［Ｖ］に降圧する際に大きな電力損失が発生する。しかし、初期状態は短時間であり、定常状態になれば電力損失は小さくなるので、５［Ｖ］系の負荷に比較的大きな電力を供給する際に、電圧レギュレータ２５Ｂ上で大きな電力損失が発生することはない。また、電力損失が大きくなるのはごく短時間だけなので、電圧レギュレータ２５Ｂを小型化できる。
図３に示した構成の電源電力伝送システムにおいては、５［Ｖ］系の負荷に供給する出力電圧Ｖｏｕｔ３Ｂを生成するために、電圧レギュレータ２５Ｂを用いているので、負荷やＣＰＵ２６Ｂの故障などに対する保護機能を設けることができる。すなわち、異常に大きい負荷電流や発熱などに対して回路を自動的に遮断することができる。
なお、上述の各出力電圧Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２、Ｖｏｕｔ３の電圧値や、制御周期（Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２）などの仕様については必要に応じて変更できる。また、各コンデンサ２７、２８の容量や回路の時定数についても同様である。
ここで、上述した本発明の実施形態に係る電源電力伝送システムの特徴をそれぞれ以下［１］〜［５］に簡潔に纏めて列記する。
［１］ 互いに異なる電源電圧を必要とする複数の負荷を制御する下流側制御モジュール（下流側制御ユニット２０）と、
前記下流側制御モジュールに所定の電源電力を供給する上流側モジュールドライバ（モジュールドライバ１０）と、
前記上流側モジュールドライバと前記下流側制御モジュールとを接続する電源接続線（３０）と、
を含み、
前記上流側モジュールドライバは、互いに異なる電源電圧を送出可能な複数の電力源（電源ライン１５、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１）と、当該複数の電力源から出力される電源電圧を順番に又は交互に周期的に選択して前記電源接続線に送出する電圧切替制御部（スイッチングデバイス１３、１４）と、を備え、
前記下流側制御モジュールは、前記電源接続線で伝送された電源電力の中から、複数の前記電源電圧の成分の少なくとも１つを抽出する電圧抽出制御部（スイッチングトランジスタ２３）と、前記電圧抽出制御部が抽出した電圧を含む複数の前記電源電圧を複数の前記負荷それぞれに対して出力する複数の電圧出力部（Ｖｏｕｔ２、Ｖｏｕｔ３の出力部）と、を備える、
ことを特徴とする電源電力伝送システム。
［２］ 前記電圧切替制御部は、複数の前記電源電圧を一定の周期（Ｔ０）で、順番に又は交互に周期的に選択し、前記電源接続線に送出する（図２の出力電圧Ｖｏｕｔ１参照）、
ことを特徴とする上記［１］に記載の電源電力伝送システム。
［３］ 前記電圧抽出制御部（ＣＰＵ２６）は、前記電源接続線から前記下流側制御モジュールに入力される電源電力の電圧をモニタして各タイミングの電圧の違いを識別し、複数の前記電源電圧の少なくとも１つの成分を抽出する（図２の制御信号ＳＧ３、出力電圧Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ３参照）、
ことを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の電源電力伝送システム。
［４］ 複数の前記電圧出力部それぞれは、前記電圧抽出制御部が抽出した各電源電圧の電力を受け入れて蓄電する蓄電部（コンデンサ２７、２８）を有する、
ことを特徴とする上記［１］乃至［３］のいずれかに記載の電源電力伝送システム。
［５］ 複数の前記電圧出力部の少なくとも１つは、前記電源接続線に所定以上の電圧が現れている時に、高電圧の入力又は出力を阻止するスイッチング素子（スイッチングトランジスタ２３、２３Ｂ）を備える、
ことを特徴とする上記［１］乃至［４］のいずれかに記載の電源電力伝送システム。
１０，１０Ｂ モジュールドライバ
１０ａ，２０ａ 入力端子
１０ｂ 出力端子
１１，１１Ｂ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２，２６，２６Ｂ ＣＰＵ
１３，１４ スイッチングデバイス
１３Ｂ，１４Ｂ ＩＰＤ
１５，１７，１９ 電源ライン
１６，１６Ｂ 制御ライン
１８ コネクタ
２０，２０Ｂ 下流側制御ユニット
２１，２２，２９ 電源ライン
２３，２３Ｂ スイッチングトランジスタ
２４ 制御回路
２５，２５Ｂ 電圧レギュレータ
２５Ｂａ 制御入力端子
２５Ｂｂ 電源入力端子
２４ａ 電源入力端子
２４ｂ アナログ電圧モニタ端子
２４ｃ 制御出力端子
２７，２８ コンデンサ
３０，５１ 電源接続線
５０ 主電源
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ ダイオード
Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ１Ｂ，Ｖｏｕｔ２，Ｖｏｕｔ３，Ｖｏｕｔ３Ｂ 出力電圧
ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３，ＳＧ３Ｂ 制御信号
ＳＧｅｎ イネーブル制御信号
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ 抵抗器

Claims (5)

  1. 互いに異なる電源電圧を必要とする複数の負荷を制御する下流側制御モジュールと、
    前記下流側制御モジュールに所定の電源電力を供給する上流側モジュールドライバと、
    前記上流側モジュールドライバと前記下流側制御モジュールとを接続する電源接続線と、
    を含み、
    前記上流側モジュールドライバは、互いに異なる電源電圧を送出可能な複数の電力源と、当該複数の電力源から出力される電源電圧を順番に又は交互に周期的に選択して前記電源接続線に送出する電圧切替制御部と、を備え、
    前記下流側制御モジュールは、前記電源接続線で伝送された電源電力の中から、複数の前記電源電圧の成分の少なくとも１つを抽出する電圧抽出制御部と、前記電圧抽出制御部が抽出した電圧を含む複数の前記電源電圧を複数の前記負荷それぞれに対して出力する複数の電圧出力部と、を備える、
    ことを特徴とする電源電力伝送システム。
  2. 前記電圧切替制御部は、複数の前記電源電圧を一定の周期で、順番に又は交互に周期的に選択し、前記電源接続線に送出する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の電源電力伝送システム。
  3. 前記電圧抽出制御部は、前記電源接続線から前記下流側制御モジュールに入力される電源電力の電圧をモニタして各タイミングの電圧の違いを識別し、複数の前記電源電圧の少なくとも１つの成分を抽出する、
    ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電源電力伝送システム。
  4. 複数の前記電圧出力部それぞれは、前記電圧抽出制御部が抽出した各電源電圧の電力を受け入れて蓄電する蓄電部を有する、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電源電力伝送システム。
  5. 複数の前記電圧出力部の少なくとも１つは、前記電源接続線に所定以上の電圧が現れている時に、高電圧の入力又は出力を阻止するスイッチング素子を備える、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電源電力伝送システム。
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