JP2021087324A - 可変出力電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望される電源電圧を出力可能とする汎用性の高い可変出力電源装置を提供する。【解決手段】可変出力電源装置５００は、要求電圧に関する情報に基づいて要求電圧を生成、出力可能に構成されてなる要求電圧生成部５３０と、被電源供給装置６００が必要とする電源電圧である要求電圧に関する情報を外部に通信可能に構成されて被電源供給装置６００に設置される受電通信制御部５４０と通信し要求電圧に関する情報を取得し、その取得された要求電圧に関する情報に基づいて要求電圧生成部５３０における電圧生成動作を制御する電源装置主制御部５１０と、を備える。可変出力電源装置５００は、要求電圧の異なる複数の被電源供給装置６００に電源供給可能となっている。【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置に係り、特に、所要電圧の異なる種々の被電源供給装置に対する電源供給を可能として汎用性、拡張性の向上等を図ったものに関する。

電子装置に必要とされる電源電圧は、電子装置の機能等によって様々である。
一方、電圧の種類としては、一般的に直流電圧が多い。
電子装置に電源電圧を供給する電源装置の構成としては、例えば、バッテリ電圧をＤＣ−ＤＣ変換回路を用いて所望の電源電圧に変換し、出力する構成が良く知れられている（例えば、特許文献１等参照）。

特開２０１８−１５７７０４号公報

しかしながら、上述のような従来の電源装置の場合、所望される電源電圧毎に、その電圧専用のＤＣ−ＤＣ回路を設ける構成となるため、所望電圧の異なる他の装置の電源装置として流用することができず、汎用性に欠けるという問題がある。
出力電圧が所望される電圧と異なる電源装置を流用するためには、電源供給を受ける被電源供給装置内に、例えば、電圧変換回路を設けて所望の電圧を得る方法が考えられるが、電源変換回路が雑音発生源となり、被電源供給装置の電子回路の誤動作を招くという畏れがある。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、所望される電源電圧を出力可能とする汎用性の高い可変出力電源装置を提供するものである。

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る可変出力電源装置は、
被電源供給装置が必要とする電源電圧を供給可能に構成されてなる可変出力電源装置であって、
前記被電源供給装置が必要とする電源電圧である要求電圧に関する情報を外部に通信可能に構成されて前記被電源供給装置に設置される受電通信制御部と、
前記要求電圧に関する情報に基づいて前記要求電圧を生成、出力可能に構成されてなる要求電圧生成部と、
前記受電通信制御部と通信し前記要求電圧に関する情報を取得し、当該取得された前記要求電圧に関する情報に基づいて前記要求電圧生成部における電圧生成動作を制御する電源装置主制御部を具備してなるものである、

本発明によれば、被電源供給装置が必要とする電圧に関する情報を被電源供給装置から取得し、その電圧を生成、出力するよう構成したので、要求電圧の異なる種々の被電源供給装置に対する電源供給が可能となり、汎用性、拡張性の高い電源装置を提供することができるという効果を奏するものである。

本発明の実施の形態における可変出力電源装置の構成例を示す構成図である。 本発明の実施の形態における可変出力電源装置を構成する要求電圧生成部の構成例を示す構成図である。 本発明の実施の形態における可変出力電源装置の接続コネクタの各接続ピンと主要な接続線との対応を模式的に示す模式図である。 本発明の実施の形態における可変出力電源装置の動作を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態における可変出力電源装置が３出力を可能とする場合のコネクタの配置を模式的に示す模式図である。 本発明の実施の形態における可変出力電源装置が３出力を可能とする場合の可変出力電源装置と各被電源供給装置との接続状態及び各々の基本構成例を示す構成図である。 本発明の実施の形態における可変出力電源装置のコネクタを車内に設ける場合の車室内の配置例を模式的に示す模式図である。 本発明の実施の形態における可変出力電源装置のコネクタをエンジンルーム内に設ける場合の例を説明するためのエンジンルームの模式図である。 本発明の実施の形態における可変出力電源装置を構成する要求電圧生成部の他の構成例を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図９を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における可変出力電源装置の構成例について、図１を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態における可変出力電源装置（図１においては「ＰＳＣ」と表記）５００は、電源装置主制御部（図１においては「ＰＳＣ−ＣＯＮ」と表記し、以下、「ＰＳＣ主制御部」と称する）５１０と、通信用基幹電圧生成部（図１においては「ＣＶ−ＧＥＮ」と表記）５２０と、要求電圧生成部（図１においては「ＲＶ−ＧＥＮ」と表記）５３０と、受電通信制御部（図１においては「ＰＲ−ＣＯＭ」と表記）５４０とに大別されて構成されるものとなっている。
かかる構成において、特に、受電通信制御部５４０は、可変出力電源装置５００により電源供給を受ける被電源供給装置６００内に設置されるものとなっている。

被電源供給装置６００は、本発明の実施の形態における可変出力電源装置５００による電源供給を必要とするものであれば、特定の機能を有するものに限定されるものではない。
本発明の実施の形態において、可変出力電源装置５００は、自動車両において用いられる場合を想定しており、このような場合に、被電源供給装置６００は、例えば、各種のアクチュエータの駆動制御装置やグロープラグの駆動制御装置等を例として挙げることができる。

かかる被電源供給装置６００は、基本的に、少なくとも受電装置主制御部（図１においては「ＰＲ−ＣＯＮ」と表記）６１０と、要求電圧受電部（図１においては「ＲＶ−ＲＣＶ」と表記）６２０とを有して構成されたものとなっている。
受電装置主制御部６１０は、被電源供給装置６００の全体の動作制御を行うものである。かかる受電装置主制御部６１０は、例えば、公知・周知の構成を有してなるマイクロコンピュータを中心に、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子（図示せず）を備えると共に、入出力インターフェイス回路（図示せず）を主たる構成要素として構成されてなるものである。

要求電圧受電部６２０は、可変出力電源装置５００により要求電圧ＶＲの供給を受けて動作する被電源供給装置６００の主要な回路である。
具体的には、例えば、被電源供給装置６００がアクチュエータ駆動制御装置の場合、要求電圧受電部６２０はアクチュエータの通電回路などである。換言すれば、要求電圧受電部６２０は、受電装置主制御部６１０による駆動制御において負荷となるものである。

次に、上述した可変出力電源装置５００の構成についてより具体的に説明する。
まず、本発明の実施の形態における可変出力電源装置５００は、概括すれば、被電源供給装置６００に設けられた受電通信制御部５４０を用いて被電源供給装置６００が必要とする要求電圧に関する情報を取得し、その要求電圧を生成して被電源供給装置６００へ供給可能に構成されたものである（詳細は後述）。

まず、ＰＳＣ主制御部５１０は、可変出力電源装置５００全体の動作制御を実行可能に構成されたものである。
かかるＰＳＣ主制御部５１０は、例えば、公知・周知の構成を有してなるマイクロコンピュータを中心に、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子（図示せず）を備えると共に、入出力インターフェイス回路（図示せず）を主たる構成要素として構成されてなるものである。
本発明の実施の形態において、ＰＳＣ主制御部５１０は、後述する通信用基幹電圧生成部５２０や要求電圧生成部５３０の動作制御が実行可能に構成されている。

通信用基幹電圧生成部５２０は、後述するようにＰＳＣ主制御部５１０と受電通信制御部５４０とが通信動作を開始するために必要となる電源電圧である通信用基幹電圧ＶCを生成、出力するよう構成されてなるものである。

要求電圧生成部５３０は、後述するようにＰＳＣ主制御部５１０と受電通信制御部５４０との通信により得られた被電源供給装置６００の要求電圧に関する情報を基に、要求電圧ＶＲを生成、出力するよう構成されてなるものである。

一方、受電通信制御部５４０は、ＰＳＣ主制御部５１０との通信を行い被電源供給装置６００の要求電圧に関する情報をＰＳＣ主制御部５１０へ送るよう構成されて、可変出力電源装置５００と被電源供給装置６００とのインターフェイスを図るものとなっている。
この受電通信制御部５４０とＰＳＣ主制御部５１０との通信は、可変出力電源装置５００を自動車両において用いる場合には、例えば、ＣＡＮ(Controller Area Network)やＬＩＮ(Local Interconnect Network)に基づくものとするのが好適である。

受電通信制御部５４０は、被電源供給装置６００の要求電圧とは関係なく、通信用基幹電圧生成部５２０から通信用基幹電圧ＶCの供給を受けることで動作可能に構成されている。なお、通信用基幹電圧ＶCは、自動車両において用いる場合には、例えば、１２Ｖ程度が好適である。

なお、可変出力電源装置５００と被電源供給装置６００間は、少なくとも、通信用基幹電圧ＶCの供給のための基幹電圧供給線１、双方のグランドを接続するグランド線２、通信信号を送受するための信号線３及び要求電圧ＶＲの供給のための要求電圧供給線４を設ける必要がある。
また、本発明の実施の形態における可変出力電源装置５００への電源供給は、イグニッションスイッチ１１（電源スイッチ）がオンされることでバッテリ１２（電源）により電源電圧が供給されるものとなっている。

図２には、要求電圧生成部５３０の構成例が示されており、以下、同図を参照しつつ、この構成例について説明する。
この構成例において、要求電圧生成部５３０は、出力する電源電圧の数に対応して設けられたＤＣ−ＡＣ変換回路（図２においては「ＤＣ−ＡＣ」と表記）１１０−１〜１１０−ｎと、各ＤＣ−ＡＣ変換回路１１０−１〜１１０−ｎの後段にそれぞれ設けられた波形整形回路（図２においては「Ｗ−ＳＨ」と表記）１２０−１〜１２０−ｎとを具備して構成された降圧回路となっている。

ＤＣ−ＡＣ変換回路１１０−１〜１１０−ｎは、従来から良く知られている構成のもので、回路内に設けられるスイッチング素子（図示せず）のオン・オフ動作におけるデューティ比を制御することで出力電圧の実効値を所望の値とすることができるよう構成されたものである。
本発明の実施の形態においては、ＰＳＣ主制御部５１０により、ＤＣ−ＡＣ変換回路１１０−１〜１１０−ｎのデューティ比が制御されるものとなっている。

波形整形回路１２０−１〜１２０−ｎも従来から良く知られた構成のもので、ＤＣ−ＡＣ変換回路１１０−１〜１１０−ｎの出力波形を整形して出力電圧の実効値を所望の目標電圧とするためのものである。
なお、図２において示されたＤＣ−ＡＣ変換回路１１０−１〜１１０−ｎの出力波形の電圧値１２〔Ｖ〕は、あくまでも一例である。

次に、図３には、可変出力電源装置５００と被電源供給装置６００との接続に用いられるコネクタの構成例が示されており、以下、同図を参照しつつ説明する。
可変出力電源装置５００と被電源供給装置６００との間には、先に述べたように少なくとも、基幹電圧供給線１、グランド線２、信号線３及び要求電圧供給線４の４種類の配線が必要となる。

図３は、これら４種類の配線と送電側コネクタ２０の接続例を模式的に示したものである。
送電側コネクタ２０は、第１乃至第４のピンエリア２１−１〜２１−４と、予備の第５のピンエリア２１−５が設けられたものとなっている。
第１乃至第５のピンエリア２１−１〜２１−５には、接続される配線に応じて単数又は複数の接続ピン（図示せず）が配設されている。

この例においては、第１のピンエリア２１−１には基幹電圧供給線１が、第２のピンエリア２１−２にはグランド線２が、第３のピンエリア２１−３には信号線３が、第４のピンエリア２１−４には要求電圧供給線４が、それぞれ接続されるものとなっている。また、点線で示された第５のピンエリア２１−５は予備として設けられている。
なお、図３に示された第１乃至第５のピンエリア２１−１〜２１−５の配置は、あくまでも一例であり、この配置例に限定される必要はなく、任意に設定し得るものである。

次に、可変出力電源装置５００の動作について図４に示されたフローチャートを参照しつつ説明する。
先ず、イグニッションスイッチ１１（電源スイッチ）がオンとされて可変出力電源装置５００にバッテリ電圧（電源）が印加されることで、ＰＳＣ主制御部５１０が動作開始状態となる（図４のステップＳ１００参照）。
次いで、通信用基幹電圧生成部５２０が始動し（図４のステップＳ１１０参照）、通信用基幹電圧ＶCが生成され、被電源供給装置６００の受電通信制御部５４０への通信用基幹電圧ＶCの供給が開始されるここととなる（図４のステップＳ１２０参照）。

通信用基幹電圧ＶCの供給により受電通信制御部５４０が動作状態となると、受電通信制御部５４０とＰＳＣ主制御部５１０とが相互に通信可能な状態（装置間通信確立）となる（図４のステップＳ１３０参照）。
次いで、受電通信制御部５４０からＰＳＣ主制御部５１０に対して受電情報が送信される（図３のステップＳ１４０参照）。

ここで、受電情報は、被電源供給装置６００が必要とする電源電圧、すなわち要求電圧に関する情報である。
具体的に、本発明の実施の形態における受電情報は、要求電圧受電部６２０が必要とする要求電圧ＶＲの電圧値や被電源供給装置６００の予め定められた識別番号、その他、可変出力電源装置５００により被電源供給装置６００へ電源供給を行う際に必要な諸情報である。

これに対して、ＰＳＣ主制御部５１０においては受信処理が実行される（図４のステップＳ１５０参照）。
すなわち、ＰＳＣ主制御部５１０においては、受電通信制御部５４０から送信された受電情報が解読されて、被電源供給装置６００の識別がなされると共に、要求電圧生成部５３０に対して、生成、出力すべき要求電圧ＶＲの電圧値が指示されて、要求電圧生成部５３０対する駆動制御が行われることとなる（図４のステップＳ１６０参照）。

要求電圧生成部５３０においては、ＰＳＣ主制御部５１０から指示された電圧値の要求電圧ＶＲの生成、出力がおこなわれ、要求電圧ＶＲが被電源供給装置６００へ供給されることとなる（図４のステップＳ１７０参照）。
その結果、要求電圧受電部６２０の動作が開始されることとなる（図４のステップＳ１８０参照）。
なお、ＰＳＣ主制御部５１０による要求電圧生成部５３０に対する上述の電圧値の指示は、より具体的には、例えば、要求電圧生成部５３０が先に図２に示された構成例のように変換出力電圧の実効値をデューティ比制御可能なＤＣ−ＡＣ変換回路１１０−１〜１１０−ｎを用いる構成の場合、ＤＣ−ＡＣ変換回路１１０−１〜１１０−ｎに対するデューティ比制御となる。

上述の実施例においては、１台の被電源供給装置に対して電源供給を行う場合の構成例について説明したが、次に、複数の被電源供給装置に対する電源供給を可能とした場合の構成例について図５及び図６を参照しつつ説明する。

図５には、３つの電源電圧を出力可能とする場合の可変出力電源装置５００Ａにおけるコネクタの配設例が示されており、以下、同図を参照しつつコネクタ配置について説明する。
可変出力電源装置５００Ａの筐体３０適宜な部位には、送電側第１乃至第３のコネクタ２０−１〜２０−３が適宜な間隔を隔てて設けられており（図５参照）、第１乃至第３の被電源供給装置６００−１〜６００−３（図６参照）への電源供給を可能としている。

すなわち、第１の被電源供給装置６００−１には受電側第１のコネクタ２０Ａ−１が、第２の被電源供給装置６００−２には受電側第２のコネクタ２０Ａ−２が、第３の被電源供給装置６００−３には受電側第３のコネクタ２０Ａ−３が、それぞれ設けられるものとなっている（図６参照）。
なお、送電側第１乃至第３のコネクタ２０−１〜２０−３と受電側第１乃至第３のコネクタ２０Ａ−１〜２０Ａ−３は、いずれも先に説明したコネクタ２０と同一構成を有するものである。

なお、送電側第１乃至第３のコネクタ２０−１〜２０−３と受電側第１乃至第３のコネクタ２０Ａ−１〜２０Ａ−３は、それぞれ接続ケーブル２２−１〜２２−３で相互に接続されるものとなっている。
また、接続ケーブル２２−１〜２２−３は、図示は省略してあるが、一方の端部には送電側第１乃至第３のコネクタ２０−１〜２０−３と勘合するコネクタが、他方の端部には受電側第１乃至第３のコネクタ２０Ａ−１〜２０Ａ−３と嵌合するコネクタが、それぞれ設けられている。このような構成は、一般的に良く知られたものであり、本発明特有のものではないので、ここでの詳細な説明は省略することとする。

一台の可変出力電源装置５００Ａにより３つの電源電圧を出力可能とする場合、可変出力電源装置５００Ａは、通信用基幹電圧生成部５２０と、ＰＳＣ主制御部５１０と、第１乃至第３の要求電圧生成部（図６においては、それぞれ「ＲＶ−ＧＥＮ（１）」、「ＲＶ−ＧＥＮ（２）」、「ＲＶ−ＧＥＮ（３）」と表記）５３０−１〜５３０−３と、第１乃至第３の被電源供給装置６００−１〜６００−３に設けられた受電通信制御部５４０−１〜５４０−３とから構成されたものとなる。

なお、第１乃至第３の要求電圧生成部５３０−１〜５３０−３は、先に説明した要求電圧生成部５３０と同一の構成を有するものであり、また、受電通信制御部５４０−１〜５４０−３は、先に説明した受電通信制御部５４０と同一の構成を有するものである。

第１乃至第３の被電源供給装置６００−１〜６００−３は、いずれも、その基本的構成は、先に説明した被電源供給装置６００に相当するものである。
すなわち、第１の被電源供給装置６００−１は、受電装置主制御部（図６においては「ＰＲ−ＣＯＮ（１）」と表記）６１０−１及び要求電圧受電部（図６においては「ＲＶ−ＲＣＶ（１）」と表記）６２０−１を、第２の被電源供給装置６００−２は、受電装置主制御部（図６においては「ＰＲ−ＣＯＮ（２）」と表記）６１０−２及び要求電圧受電部（図６においては「ＲＶ−ＲＣＶ（２）」と表記）６２０−２を、第３の被電源供給装置６００−３は、受電装置主制御部（図６においては「ＰＲ−ＣＯＮ（３）」と表記）６１０−３及び要求電圧受電部（図６においては「ＲＶ−ＲＣＶ（３）」と表記）６２０−３を、それぞれ有して構成されている。

受電装置主制御部６１０−１〜６１０−３は、先に説明した受電装置主制御部６１０に対応し、要求電圧受電部６２０−１〜６２０−３は、先に説明した要求電圧受電部６２０に対応するものである。
なお、第１乃至第３の被電源供給装置６００−１〜６００−３は、それぞれの具体的な動作は異なるものであっても、同一のものであってもいずれでも良いものとする。

次に、複数の送電側コネクタ２０−１〜２０−ｎを筐体３０（図５参照）以外の場所に設ける場合の例について、図７及び図８を参照しつつ説明する。
図７は、車内のダッシュボード付近の模式図であるが、複数の送電側コネクタ２０Ａ−１〜２０Ａ−ｎを、例えば、助手席側のダッシュボードの適宜な部位に設けても良い。
このように、車内に複数の送電側コネクタ２０−１〜２０−ｎを設けることで、本発明に係る可変出力電源装置に対応した新たな各種の電子機器、電子装置を後発的に車内に設けることが可能となる。

なお、エンジンルーム（図８参照）に設ける場合、車内の場合に比して設置可能な空間が限定的であることが多いため、送電側コネクタ２０を複数設けることが困難なこともあり得るが、設置可能な範囲で新たな電子計測装置等を後発的に設けることが可能となる。

なお、上述した本発明の実施の形態においては、要求電圧生成部５３０を降圧回路に構成した場合の構成例を示したが、必ずしも降圧回路に限定される必要はなく、次述する他の構成例のような構成としても好適である。
すなわち、図９には、要求電圧生成部５３０の他の構成例を示す構成図が示されており、以下、同図を参照しつつ、この構成例について説明する。
なお、図２に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明する。
この構成例は、ＤＣ−ＡＣ変換回路１１０−１〜１１０−ｎの前段に、ＤＣ−ＤＣ昇圧回路１３０を設け、このＤＣ−ＤＣ昇圧回路１３０を用いて電源電圧を所望の直流電圧に昇圧し、その昇圧電圧をＤＣ−ＡＣ変換回路１１０−１〜１１０−ｎに入力するように構成した回路である。
このような構成を採ることで昇圧と降圧を可能とした回路を提供することができ、出力電圧の調整範囲の自由度を高くすることが可能となる。

所望される電源電圧が各々異なる複数の電子装置に対する電源装置に適用できる。

１１０…ＤＣ−ＡＣ変換回路
１２０…波形整形回路
５００…可変出力電源装置
５１０…電源装置主制御部
５２０…通信用基幹電圧生成部
５３０…要求電圧生成部
５４０…受電通信制御部
６００…被電源供給装置
６１０…受電装置主制御部
６２０…要求電圧受電部

Claims (4)

1. 被電源供給装置が必要とする電源電圧を供給可能に構成されてなる可変出力電源装置であって、
   前記被電源供給装置が必要とする電源電圧である要求電圧に関する情報を外部に通信可能に構成されて前記被電源供給装置に設置される受電通信制御部と、
   前記要求電圧に関する情報に基づいて前記要求電圧を生成、出力可能に構成されてなる要求電圧生成部と、
   前記受電通信制御部と通信し前記要求電圧に関する情報を取得し、当該取得された前記要求電圧に関する情報に基づいて前記要求電圧生成部における電圧生成動作を制御する電源装置主制御部を具備してなることを特徴とする可変出力電源装置。
2. 前記要求電圧生成部は、デューティ比制御により出力電圧の実効値を可変可能に構成されてなるＤＣ−ＡＣ変換回路を具備してなり、
   前記電源装置主制御部は、前記ＤＣ−ＡＣ変換回路におけるデューティ比制御を実行可能に構成されてなることを特徴とする請求項１記載の可変出力電源装置。
3. 前記要求電圧生成部は、前記ＤＣ−ＡＣ変換回路の前段にＤＣ−ＤＣ昇圧回路が設けられ、前記ＤＣ−ＡＣ変換回路は、前記ＤＣ−ＤＣ昇圧回路の出力電圧を入力電圧とすることを特徴とする請求項２記載の可変出力電源装置。
4. 前記受電通信制御部の動作に必要な電源電圧を生成、出力する通信用基幹電圧生成部が設けられ、
   前記受電通信制御部は、前記通信用基幹電圧生成部から電源供給を受けて動作可能とされ、前記電源装置主制御部と通信可能となるよう構成されてなることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の可変出力電源装置。

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