JP3705490B2

JP3705490B2 - 負荷駆動装置

Info

Publication number: JP3705490B2
Application number: JP2002036904A
Authority: JP
Inventors: 康弘玉井; 哲也長谷川
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2022-02-14
Also published as: US20030151369A1; DE10302136A1; DE10302136B4; US6914385B2; JP2003244948A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等を含む種々の車両に搭載可能な負荷駆動装置に関し、より詳細には、近年開発が進められている高電圧電源部を搭載した車両における種々のランプを駆動するための負荷駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１４ボルト（以下、“ボルト”または“Ｖ”と称す）のオルタネータおよび充放電可能な１２Ｖバッテリを有する定格直流１２Ｖ〜１４Ｖ出力の電源部を搭載した自動車（即ち、所謂１４Ｖ車）は、従来の車両として一般的に知られている。この１４Ｖ車において、電源部から電力供給を受け、ヘッドランプ、ルームランプ、等、種々のランプを駆動する負荷駆動装置は、一般に各ランプに対して直流１２Ｖ〜１４Ｖの電力を直接供給して当該ランプを点灯させている。
【０００３】
近年、４２Ｖモータ／ジェネレータおよび充放電可能な３６Ｖバッテリを有する定格直流３６Ｖ〜４２Ｖ出力の電源部を搭載した、燃費に有利な、高電圧自動車（即ち、所謂４２Ｖ車）の開発が進んでいる。この４２Ｖ車において前述した１４Ｖ車用の種々のランプを駆動するために現在検討されている負荷駆動装置では、各ランプに接続される直流３６Ｖ〜４２Ｖの電力供給線に例えばＮＰＮ型のスイッチングパワートランジスタのコレクタ端子およびエミッタ端子が直列接続され、そして当該スイッチングパワートランジスタのベース端子に例えば矩形波等のパルス電圧が印加されて、スイッチングパワートランジスタのエミッタ端子からランプに供給される電力のＰＷＭ制御（即ち、パルス幅変調制御）が行われる。
【０００４】
ところで、車両における種々のランプには、例えば、ルームランプ、マップランプ、フットランプ、等を含む車両内照明用ランプ等のように、直接、車両ユーザにより交換可能なランプがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した負荷駆動装置を備えた４２Ｖ車において、車両内照明用ランプの電源スイッチをＯＮ状態としながら車両内照明用ランプを交換する実験を行ったところ、スイッチングパワートランジスタのエミッタ端子に生じている３６Ｖ〜４２Ｖという高い直流電圧成分を含むパルス電圧およびそれに伴う大電流によって、新しいランプのフィラメントがランプ取付け直後に溶断されるといったランプ破損現象が時折確認された。このランプ破損現象については、フィラメントの溶断が起因して車両内照明用ランプのガラス球が割れるといった可能性も考慮されるべきであり、前述の負荷駆動装置には解決せねばならない課題がある。
【０００６】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高電圧電源部を搭載した車両における種々のランプをそれぞれ適宜駆動し、車両内照明用ランプ等の安全な取付けを可能にする負荷駆動装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明の負荷駆動装置は、請求項１に記載したように、車両の電源部から出力された高直流電圧をパルス電圧に変換し、当該パルス電圧を第１ランプに印加するパルス変換器と、前記高直流電圧をその電圧値よりも低い低直流電圧に変換し、当該低直流電圧を第２ランプに印加する直流電圧変換器と、を備え、前記第２ランプは、前記パルス電圧を印加されるように前記パルス変換器に電気的に接続されると破損するランプであることを特徴としている。
【０００８】
ここで、請求項１における第２ランプには、ランプ取付け時に高直流電圧から変換されたパルス電圧が印加されると破損するランプである。一方、請求項１における第１ランプには第２ランプ以外のランプが含まれる。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、パルス変換器により高直流電圧から変換されたパルス電圧が印加される第１ランプとは異なり、第２ランプには、直流電圧変換器によって高直流電圧から変換された低直流電圧が印加されるため、直流電圧変換器が当該低直流電圧を出力している状態であっても第２ランプを破損させることなく安全に取付けることができる。
【００１０】
また、本発明の負荷駆動装置は、請求項２に記載したように、前記高直流電圧を出力する前記電源部の定格出力電圧値は低くとも３６ボルトであり、前記低直流電圧の電圧値は高くとも２８ボルトであることを特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、定格出力電圧値が低くとも３６ボルトの電源部を搭載した例えば４２Ｖ車に本発明の負荷駆動装置を搭載すれば、第２ランプに相当するランプの破損防止に効果的である。また、請求項２に記載の発明によれば、低直流電圧の電圧値が高くとも２８ボルトである。それ故、例えば低直流電圧が２８ボルトの場合は、第２ランプとして、例えばバス、トラック、等の所謂２８Ｖ車で用いられる汎用のランプを用いることができ、例えば低直流電圧が１４ボルトの場合は、第２ランプとして、例えば汎用の１４Ｖ車用ランプを用いることができる。従って、４２車用カスタムランプを用いた場合と比較して、より安価な汎用ランプを第２ランプとして用いることができる。
【００１２】
また、本発明の負荷駆動装置は、請求項３に記載したように、前記第２ランプが車両内照明用ランプであることを特徴としている。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、例えば車両外照明用ランプであるヘッドランプ等と比較して消費電力の少ない車両内照明用ランプを第２ランプとして用いれば、許容出力電力量の小さい安価な直流電圧変換器を使うことができる。また、直接、車両ユーザにより交換可能な車両内照明用ランプに直流電圧変換器から低直流電圧を印加するので安全である。
【００１４】
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の実施の形態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。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る好適な実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明の負荷駆動装置の構成を示すブロック回路図であり、特に、前述した現在開発が進められている高電圧自動車（即ち、所謂４２Ｖ車）に本発明を適用した場合を例として示している。
【００１６】
図１に示されるように、４２Ｖ車の電源部１０は充放電可能な３６Ｖバッテリ１２と４２Ｖモータ／ジェネレータ１４とを備えており、電源部１０の定格出力電圧値は直流３６Ｖ〜４２Ｖである。モータ／ジェネレータ１４は、バッテリ１２から電力供給を受けて車両の動力の一部として働くモータ機能と、エンジン（不図示）の回転により４２Ｖの電力を発電するジェネレータ機能とを兼ね備えている。本発明の負荷駆動装置１は、高電圧電力線１６により電源部１０と電気的に接続されており、該高電圧電力線１６を介して電源部１０から３６Ｖ〜４２Ｖといった高直流電圧の電力供給を受けている。通常、高電圧電力線１６は電源部１０から少なくともＪ／Ｂ（即ち、ＪｕｎｃｔｉｏｎＢｌｏｃｋ）を経由して様々な負荷駆動装置へ導かれるが、図１では当該Ｊ／Ｂの図示を省略している。
【００１７】
負荷駆動装置１は、電源部１０から出力された高直流電圧をパルス電圧に変換可能なパルス変換器２を備えている。パルス変換器２はスイッチングパワートランジスタ３およびパルス幅変調器４を有している。本実施形態では、スイッチングパワートランジスタ３の一例として図１に示されるようにＮＰＮ型のバイポーラトランジスタを用いたが、その他、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタ、ＭＯＳ型トランジスタ、等を適宜用いてもよい。
【００１８】
スイッチングパワートランジスタ３のコレクタ端子およびエミッタ端子は、高電圧電力線１６に直列接続されている。スイッチングパワートランジスタ３のエミッタ端子は第１ランプＬ１と電気的に接続され、ベース端子はパルス幅変調器４と電気的に接続されている。パルス幅変調器４は、スイッチングパワートランジスタ３のベース端子に印加するパルス電圧のパルスデューティー比を変化させて、スイッチングパワートランジスタ３のエミッタ端子から第１ランプＬ１に印加される電圧（即ち、第１ランプＬ１に供給される電力）をＰＷＭ制御（即ち、パルス幅変調制御）する。
【００１９】
具体的に、パルス幅変調器４から、例えば、矩形波、三角波、ノコギリ波、等のパルス電圧、または直流電圧がスイッチングパワートランジスタ３のベース端子に印加されると、スイッチングパワートランジスタ３がＯＮ状態となり、エミッタ端子から第１ランプＬ１に電力が供給され、第１ランプＬ１が点灯する。スイッチングパワートランジスタ３のベース端子にパルス幅変調器４からパルス電圧が印加されると、スイッチングパワートランジスタ３のエミッタ端子には無負荷状態で略３６Ｖ〜４２Ｖの電圧成分を含むパルス電圧が生じる。パルス幅変調器４からスイッチングパワートランジスタ３のベース端子に直流電圧を印加した場合と比較して、パルス電圧の場合、第１ランプＬ１に供給される電力量は低くなり、第１ランプＬ１の明るさは暗くなる。このパルス幅変調器４は制御回路（不図示）により第１ランプＬ１の仕様に応じて制御されている。
【００２０】
更に、負荷駆動装置１は、電源部１０から出力された高直流電圧を高くとも２８Ｖといった低直流電圧に変換する直流電圧変換器として、ＤＣ／ＤＣコンバータ（直流−直流コンバータ）５を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、第２ランプＬ２と電気的に接続されており、低直流電圧を該ランプＬ２に印加する。
【００２１】
低直流電圧が例えば２８Ｖに設定されている場合は、第２ランプＬ２として、例えばバス、トラック、等の所謂２８Ｖ車で用いられる汎用のランプを用いることができ、例えば低直流電圧が１４ボルトに設定されている場合は、第２ランプＬ２として、例えば汎用の１４Ｖ車用ランプを用いることができる。従って、４２車用カスタムランプを用いた場合と比較して、より安価な汎用ランプを第２ランプＬ２として用いることができる。勿論、低直流電圧を５Ｖ等、より低い電圧値に設定してもよい。
【００２２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５の例としては、半導体素子、電磁変換素子、出力電圧平滑化素子、等により構成された公知のスイッチングレギュレータ、半導体素子等により構成された公知のシリーズレギュレータ、等が挙げられる。一般に、スイッチングレギュレータの方がシリーズレギュレータよりも変換効率は高いが、コスト的にみるとスイッチングレギュレータの方がシリーズレギュレータよりも高価であるため、電圧変換比率や第２ランプＬ２の消費電力等も考慮してＤＣ／ＤＣコンバータ５は選定されるべきである。
【００２３】
尚、ＤＣ／ＤＣコンバータ５と第２ランプＬ２との間には、第２ランプＬ２を点灯または消灯するためのスイッチ回路６が設けられている。スイッチ回路６は、パワートランジスタ７、切換器８および機械的スイッチ９を有している。本実施形態では、パワートランジスタ７の一例として図１に示されるようにＮＰＮ型のバイポーラトランジスタを用いたが、その他、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタ、ＭＯＳ型トランジスタ、等を適宜用いてもよい。パワートランジスタ７のコレクタ端子およびエミッタ端子は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５と第２ランプＬ２とを電気的に接続する電力供給線に直列接続されており、パワートランジスタ７のベース端子は切換器８に接続されている。切換器８には機械的スイッチ９が接続されており、機械的スイッチ９がＯＮまたはＯＦＦ操作されることにより切換器８がＯＮ（Ｈｉ）またはＯＦＦ（Ｌｏ）電圧をパワートランジスタ７のベース端子に印加して、それにより第２ランプＬ２が点灯または消灯する。
【００２４】
尚、上述のようにスイッチ回路６をＤＣ／ＤＣコンバータ５と第２ランプＬ２との間に設けなくてもよく、設けない代わりに制御回路（不図示）を設けて、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の制御、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の入力制御、等を行えばスイッチ回路６と同等な機能を満たすことができる。また、スイッチ回路６は、例えば機械的スイッチ９のみにより構成されていてもよい。
【００２５】
尚、本発明の負荷駆動装置１を理解し易くするために一つの第１ランプＬ１および一つの第２ランプＬ２を駆動するための回路を示すだけにして図１を簡略化している。図１において符号Ｅ１により指し示される箇所は、更に複数のランプが適宜駆動されるように負荷駆動装置１がそれぞれのランプに対して前述した第１ランプＬ１や第２ランプＬ２を駆動するための回路を備えていることを意味している。
【００２６】
さて、第１ランプＬ１または第２ランプＬ２として取り扱われるランプは、負荷駆動装置１により適宜駆動されるように、選定されるべきである。特に、前述した実験結果のように、スイッチングパワートランジスタ３がＯＮ状態でありながら第１ランプＬ１として取付けられた際に破損する可能性の有るランプは、ＤＣ／ＤＣコンバータ５から低直流電圧を印加され電力を供給される第２ランプＬ２として取り扱われるべきである。一方、そのような第２ランプＬ２に該当しないランプは、第１ランプＬ１として取り扱えばよい。
【００２７】
このように、パルス変換器２により高直流電圧から変換されたパルス電圧が印加される第１ランプＬ１とは異なり、第２ランプＬ２には、ＤＣ／ＤＣコンバータ５によって高直流電圧から変換された低直流電圧が印加されるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ５が当該低直流電圧を出力している状態であっても第２ランプＬ２を破損させることなく安全に取付けることができる。
【００２８】
第２ランプＬ２に該当しないランプをＤＣ／ＤＣコンバータ５よりも安価なパルス変換器２によって駆動される第１ランプＬ１として取り扱えば、コスト面で有利であり、好ましい。特に、第２ランプＬ２に該当せず、大電力を要求されるようなランプは、積極的に第１ランプＬ１として取り扱うべきである。従って、パルス変換器２によって電力を供給される第１ランプＬ１としては、例えば車両外照明用ランプであるヘッドランプ等のように消費電力が大きいランプを用いるとコスト的に有利である。
【００２９】
尚、４２Ｖ車の全てのランプに対してＤＣ／ＤＣコンバータ５のような直流電圧変換器をそれぞれ設けると非常にコストが掛かるだけでなく、重量も大きくなるため、有利とは言えない。例え、４２Ｖ車の全てのランプに電力を供給できる一つの直流電圧変換器を設けたとしても全てのランプを駆動するために求められる電力量は極めて膨大であり、そのような膨大な電力供給能力を持つ直流電圧変換器は非常に高価で、サイズ、重量、発熱、等にも課題があるため、有利とは言えない。即ち、要求される許容出力電力量が大きくなればなる程、高価な直流電圧変換器が必要になる。
【００３０】
一方、車両外照明用ランプと比較して消費電力の少ない、例えば、ルームランプ、マップランプ、フットランプ、等を含む車両内照明用ランプを第２ランプＬ２として用いれば、許容出力電力量の小さい安価な直流電圧変換器を使うことができる。また、直接、車両ユーザにより交換可能な車両内照明用ランプに直流電圧変換器から低直流電圧を印加すれば安全である。尚、図１において符号Ｅ２により示されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電力を他の幾つかの車両内照明用ランプそれぞれに対して供給してもよい。この場合、当該ＤＣ／ＤＣコンバータ５とそれぞれの車両内照明用ランプとの間にスイッチ回路６を設けてもよい。また、本発明の負荷駆動装置１は、定格出力電圧値が低くとも直流３６Ｖである電源部を搭載した車両に効果的であることは言うまでもない。
【００３１】
尚、本発明は、前述した各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、前述した実施形態における各構成要素の形状，形態，数，配置個所，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。
【００３２】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の負荷駆動装置によれば、パルス変換器により高直流電圧から変換されたパルス電圧が印加される第１ランプとは異なり、第２ランプには、直流電圧変換器によって高直流電圧から変換された低直流電圧が印加されるため、直流電圧変換器が当該低直流電圧を出力している状態であっても第２ランプを破損させることなく安全に取付けることができる。また、本発明の負荷駆動装置によれば、高直流電圧から変換されたパルス電圧がランプ取付け時に印加されると破損するランプが第２ランプとして取り扱われ、そして破損しないランプが第１ランプとして取り扱われることにより、種々のランプをそれぞれ適宜駆動することができる。
【００３３】
また、本発明の負荷駆動装置によれば、定格出力電圧値が低くとも３６Ｖの電源部を搭載した例えば４２Ｖ車に本発明の負荷駆動装置を搭載すれば、第２ランプに相当するランプの破損防止に効果的である。また、低直流電圧の電圧値が高くとも２８Ｖであるため、例えば低直流電圧が２８Ｖの場合は、第２ランプとして、例えばバス、トラック、等の所謂２８Ｖ車で用いられる汎用のランプを用いることができ、例えば低直流電圧が１４Ｖの場合は、第２ランプとして、例えば汎用の１４Ｖ車用ランプを用いることができる。従って、４２車用カスタムランプを用いた場合と比較して、より安価な汎用ランプを第２ランプとして用いることができる。
【００３４】
また、本発明の負荷駆動装置によれば、例えば車両外照明用ランプであるヘッドランプ等と比較して消費電力の少ない車両内照明用ランプを第２ランプとして用いれば、許容出力電力量の小さい安価な直流電圧変換器を使うことができる。また、直接、車両ユーザにより交換可能な車両内照明用ランプに直流電圧変換器から低直流電圧を印加するので安全である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の負荷駆動装置の構成を示すブロック回路図である。
【符号の説明】
１負荷駆動装置
２パルス変換器
５ＤＣ／ＤＣコンバータ（直流電圧変換器）
１０電源部
Ｌ１第１ランプ
Ｌ２第２ランプ

Claims

車両の電源部から出力された高直流電圧をパルス電圧に変換し、当該パルス電圧を第１ランプに印加するパルス変換器と、
前記高直流電圧をその電圧値よりも低い低直流電圧に変換し、当該低直流電圧を第２ランプに印加する直流電圧変換器と、
を備え、
前記第２ランプは、前記パルス電圧を印加されるように前記パルス変換器に電気的に接続されると破損するランプであることを特徴とする負荷駆動装置。
前記高直流電圧を出力する前記電源部の定格出力電圧値は低くとも３６ボルトであり、前記低直流電圧の電圧値は高くとも２８ボルトであることを特徴とする請求項１に記載した負荷駆動装置。
前記第２ランプが車両内照明用ランプであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載した負荷駆動装置。