JP2023011407A

JP2023011407A - 電源装置

Info

Publication number: JP2023011407A
Application number: JP2021115242A
Authority: JP
Inventors: 秀彰益井; Hideaki Masui
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2021-07-12
Filing date: 2021-07-12
Publication date: 2023-01-24
Also published as: EP4120535A1; CN115622221A; US20230011061A1

Abstract

【課題】部品点数を削減して、小型化を図った電源装置を提供する。【解決手段】ＤＣ／ＤＣコンバータ４１が、半導体スイッチＳ１を有し、半導体スイッチＳ１をオンオフすることにより入力電圧を変換する。半導体スイッチＳ２が、主電源２とＤＣ／ＤＣコンバータ４１の入力との間に接続される。半導体スイッチＳ３が、半導体スイッチＳ２とＤＣ／ＤＣコンバータ４１の入力との接続点と、バックアップ電源３との間に接続される。制御部４２は、通常時は半導体スイッチＳ２及び半導体スイッチＳ３をオンし、主電源２に異常が発生したとき半導体スイッチＳ２をオフすると共に半導体スイッチＳ３をオンする。【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置に関する。

自動車バッテリの小型化、耐久回数改善、寿命、瞬間的な負荷電流供給の要求により、大容量の電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ：electric double-layer capacitor）を自動車に搭載することが提案されている（特許文献１）。上記ＥＤＬＣは、バックアップ電源に用いられたり、通常のバッテリと同様に、電動モータ、セルモータの駆動源、回生エネルギーの回収に用いられたりする。

上述したＥＤＬＣをバックアップ電源として用いられた一例として、図２に示す電源装置が考えられている。同図に示すように、電源装置１００は、バッテリ２１を有する主電源２と、ＥＤＬＣ３１を有するバックアップ電源３と、のそれぞれに対応してＤＣ／ＤＣコンバータ４０１、４０２が設けられている。また、主電源２とバックアップ電源３との間にスイッチＳ１０が設けられている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４０１、４０２は、チョークコイルＬ１と、平滑コンデンサＣ１と、平滑コンデンサＣ１に並列接続されたスイッチＳ１１と、チョークコイルＬ１と入力との間に接続されたスイッチＳ１２と、を有している。

通常動作時は、スイッチＳ１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０１のスイッチＳ１２をオンして、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０２のスイッチＳ１２をオフする。また、主電源２に対応して設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ４０１を動作させて、主電源２から負荷５に電源を供給する。また、バックアップ電源３に対応して設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ４０２の動作は停止する。スイッチＳ１０がオンされているため、主電源２からバックアップ電源３へ電源供給が行われ、バックアップ電源３が充電される。

一方、主電源２に異常が発生すると、スイッチＳ１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０１のスイッチＳ１２をオフ、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０２のスイッチＳ１２をオンする。また、バックアップ電源３に対応して設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ４０２を動作させて、バックアップ電源３から負荷５に電源を供給する。また、主電源２に対応して設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ４０１の動作は停止する。スイッチＳ１０がオフされているため、主電源２からバックアップ電源３への電源供給が遮断される。

特開２０２１－２３０９３号公報

上述した図２に示す比較例では、主電源２、バックアップ電源３毎にＤＣ／ＤＣコンバータ４０１、４０２を設ける必要があるため、部品点数が増加する。このため、バックアップ要求が増加すると部品の増加、電流容量増加による機能サイズが大型化する、という問題があった。

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、部品点数を削減して、小型化を図った電源装置を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る電源装置は、下記［１］を特徴としている。
［１］
第１スイッチを有し、前記第１スイッチをオンオフすることにより入力電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
主電源と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力との間に接続された第２スイッチと、
前記第２スイッチと前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力との接続点と、バックアップ電源との間に接続された第３スイッチと、を備えた、
電源装置であること。

本発明によれば、部品点数を削減して、小型化を図った電源装置を提供することができる。

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、本発明は電源装置を組み込んだ電源システムの一実施形態を示すブロック図である。図２は、比較例における電源システムの一例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。

本発明の電源装置を組み込んだ電源システム１は、自動車に搭載される。電源システム１は、図１に示すように、主電源２と、バックアップ電源３と、主電源２又はバックアップ電源３から供給される電源電圧である入力電圧を昇圧（変換）する電源装置４と、電源装置４からの電源が供給される負荷５と、を備えている。

主電源２は、バッテリ２１を有する。通常時は主電源２から負荷５やバックアップ電源３に電源供給が行われる。バックアップ電源３は、直列接続された複数の電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ：electric double-layer capacitor）３１を有している。主電源２に異常が発生したときはバックアップ電源３から負荷５に電源供給が行われる。

電源装置４は、ＤＣ（Direct Current）／ＤＣコンバータ４１と、第２スイッチとしての半導体スイッチＳ２と、第３スイッチとしての半導体スイッチＳ３と、制御部４２と、を有している。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、主電源２やバックアップ電源３から供給される電源電圧（入力電圧）を昇圧して負荷５に供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、入力と出力との間に接続されたチョークコイルＬ１と、チョークコイルＬ１の出力側及びグランド間に設けられた平滑コンデンサＣ１と、チョークコイルＬ１の入力側及びグランド間に設けられた第１スイッチとしての半導体スイッチＳ１と、を有している。

本実施形態の半導体スイッチＳ１は、ＮチャンネルのＦＥＴ（Field effect transistor）から構成され、ドレインがチョークコイルＬ１の入力側に接続され、ソースがグランドに接続されている。半導体スイッチＳ１は、オンオフすることにより入力電圧を変換する。詳しく説明すると、半導体スイッチＳ１をオンすると、チョークコイルＬ１に磁気エネルギーが蓄積され、半導体スイッチＳ１をオフすると、入力エネルギー及びチョークコイルＬ１に蓄えられた磁気エネルギーが出力側に供給されることになり、入力電圧よりも高い出力電圧を出力することができる。

半導体スイッチＳ２は、主電源２とＤＣ／ＤＣコンバータ４１の入力との間に接続されている。詳しく説明すると、半導体スイッチＳ２は、ＮチャンネルのＦＥＴから構成され、ドレインが主電源２に接続され、ソースがチョークコイルＬ１に接続されている。

半導体スイッチＳ３は、半導体スイッチＳ２とＤＣ／ＤＣコンバータ４１の入力との接続点と、バックアップ電源３との間に接続されている。詳しく説明すると、半導体スイッチＳ３は、ＮチャンネルのＦＥＴから構成され、ドレインがバックアップ電源３に接続され、ソースがチョークコイルＬ１に接続されている。

制御部４２は、半導体スイッチＳ１～Ｓ３のゲートに接続され、半導体スイッチＳ１～Ｓ３のオンオフを制御する。制御部４２は、例えば、マイクロコンピュータと、ＰＷＭ制御部と、を有している。マイクロコンピュータは、プログラムを格納するメモリと、プログラムに従って動作するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、を有している。ＰＷＭ制御部は、負荷５への出力電流を検出し、検出した出力電流が基準値となるようなデューティのＰＷＭ信号を出力する。

次に、上述した構成の電源システム１の動作について説明する。通常時は、制御部４２は、半導体スイッチＳ２及びＳ３をオンする。これにより、主電源２からの電源電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ４１の入力電圧として供給される。また、主電源２によってバックアップ電源３が充電される。また、制御部４２は、ＰＷＭ制御部からのＰＷＭ信号を半導体スイッチＳ１のゲートに入力して、出力電流が基準値となるように、主電源２の電源電圧を変換する。

これに対して、主電源２に異常が発生すると、制御部４２は、半導体スイッチＳ２をオフして、半導体スイッチＳ３をオンする。これにより、主電源２からＤＣ／ＤＣコンバータ４１またはバックアップ電源３への電源供給が遮断される。また、制御部４２は、ＰＷＭ制御部からのＰＷＭ信号を半導体スイッチＳ１のゲートに入力して、出力電流が基準値となるように、バックアップ電源３の電源電圧を変換する。

上述した実施形態によれば、通常時はＤＣ／ＤＣコンバータ４１が主電源２を変換し、主電源２の異常時はＤＣ／ＤＣコンバータ４１がバックアップ電源３を変換する。これにより、主電源２及びバックアップ電源３でＤＣ／ＤＣコンバータ４１を共用することができ、部品点数を削減して、小型化を図ることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

上述した実施形態では、バックアップ電源３がＥＤＬＣ３１から構成されていたが、これに限ったものではない。バックアップ電源３１は、バッテリから構成されていてもよい。

また、上述した実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１としては、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いていたが、これに限ったものではない。ＤＣ／ＤＣコンバータ４１としては、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いてもよい。

ここで、上述した本発明に係る電源装置の実施形態の特徴をそれぞれ以下［１］～［３］に簡潔に纏めて列記する。
［１］
第１スイッチ（Ｓ１）を有し、前記第１スイッチ（Ｓ１）をオンオフすることにより入力電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ（４１）と、
主電源（２）と前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４１）の入力との間に接続された第２スイッチ（Ｓ２）と、
前記第２スイッチ（Ｓ２）と前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４１）の入力との接続点と、バックアップ電源（３）との間に接続された第３スイッチ（Ｓ３）と、を備えた、
電源装置（４）。

上記［１］の構成によれば、通常時はＤＣ／ＤＣコンバータ（４１）が主電源（２）を変換し、主電源（２）の異常時はＤＣ／ＤＣコンバータ（４１）がバックアップ電源（３）を変換する。これにより、主電源（２）及びバックアップ電源（３）でＤＣ／ＤＣコンバータ（４１）を共用することができ、部品点数を削減して、小型化を図ることができる。

［２］
［１］に記載の電源装置（４）であって、
前記主電源（２）は、バッテリ（２１）を有し、
前記バックアップ電源（３）は、電気二重層キャパシタ（３１）を有する、
電源装置（４）。

上記［２］の構成によれば、バッテリ（２１）及び電気二重層キャパシタ（３１）でＤＣ／ＤＣコンバータ（４１）を共用することができる。

［３］
［１］又は［２］に記載の電源装置（４）であって、
通常時は前記第２スイッチ（Ｓ２）及び前記第３スイッチ（Ｓ３）をオンし、前記主電源に異常が発生したとき前記第２スイッチ（Ｓ２）をオフすると共に前記第３スイッチ（Ｓ３）をオンする制御部（４２）を備えた、
電源装置（４）。

上記［３］の構成によれば、制御部（４２）が、通常時はＤＣ／ＤＣコンバータ（４１）が主電源（２）を変換し、主電源（２）の異常時はＤＣ／ＤＣコンバータ（４１）がバックアップ電源（３）を変換するように、第２スイッチ（Ｓ２）及び第３スイッチ（Ｓ３）を制御することができる。

２主電源
３バックアップ電源
４電源装置
２１バッテリ
３１電気二重層キャパシタ
４１ＤＣ／ＤＣコンバータ
４２制御部
Ｓ１半導体スイッチ（第１スイッチ）
Ｓ２半導体スイッチ（第２スイッチ）
Ｓ３半導体スイッチ（第３スイッチ）

Claims

第１スイッチを有し、前記第１スイッチをオンオフすることにより入力電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
主電源と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力との間に接続された第２スイッチと、
前記第２スイッチと前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力との接続点と、バックアップ電源との間に接続された第３スイッチと、を備えた、
電源装置。
請求項１に記載の電源装置であって、
前記主電源は、バッテリを有し、
前記バックアップ電源は、電気二重層キャパシタを有する、
電源装置。
請求項１又は２に記載の電源装置であって、
通常時は前記第２スイッチ及び前記第３スイッチをオンし、前記主電源に異常が発生したとき前記第２スイッチをオフすると共に前記第３スイッチをオンする制御部を備えた、
電源装置。