JP5786285B2 - 車両用電源装置を備えるメータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリを備える車両に搭載される車載機器に電力を供給する車両用電源装置およびそれを備える車載機器に関する。

特許文献１には、２４Ｖのバッテリから１２Ｖ出力と、２４Ｖ出力とを供給する電源回路が開示されている。この電源回路は、１２Ｖの電力を供給するためのＤＣ−ＤＣ変換回路を備えている。さらに、このＤＣ−ＤＣ変換回路は、ＩＧスイッチのオン位置の電位が有効であるときにＤＣ−ＤＣ変換回路が作動するように設計されている。このため、電源回路が供給する１２Ｖ出力は、ＩＧスイッチがオン位置のときにだけ供給される。

特開２００７−１１８６５６号公報

従来技術の構成では、常時１２Ｖの電力を必要とする車載機器に給電できないという問題点があった。

また、従来技術の構成では、２４Ｖの電力を供給する常時２４Ｖの電源回路が設けられている。しかし、１２Ｖ用に設計された車載機器には給電できない。

さらに、常時２４Ｖの電源からマイクロコンピュータなどの電子機器に給電する場合、２４Ｖから５Ｖへの降圧電源回路が必要となる。しかし、２４Ｖから５Ｖへの降圧のために電源回路の消費電力、および発熱が増加し、さらに電源回路の体格が大きくなるという問題点があった。

さらに別の観点では、２４Ｖ用に設計された車載機器は、消費電力の増加に対応するために、車載機器が大型化するという問題点があった。例えば、電気回路に用いられる負荷抵抗は、定格電力の小さい表面実装型素子（ＳＭＤ）に代えて、定格電力の大きいスルーホール実装型素子（ＴＨＤ）を用いなければならない場合があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＩＧスイッチに連動して断続されるバッテリ電圧よりも低い電圧の電源と、常時供給されるバッテリ電圧よりも低い電圧の電源とを提供できる車両用電源装置を提供することである。

本発明の他の目的は、上記目的に加えて、消費電力が少ない車両用電源装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、小型の回路部品を使用して構成することができ、かつ消費電力が少ない車載機器を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、車両への搭載性に優れた車載機器を提供することである。

本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明は、バッテリ（１）を備える車両に搭載されるメータ装置（３）に、常時供給される常時電源（＋Ｂ１２）と、車両の電源スイッチに連動して供給される連動電源（ＩＧ１２）とを供給する車両用電源装置を備えるメータ装置（３）において、バッテリから常時給電される常時給電部（３ａ）としての常時給電端子（３ａ）と、車両の電源スイッチ（２）の状態を示す信号が入力される電源スイッチ入力部（３ｂ）としての電源スイッチ端子（３ｂ）と、常時給電部（３ａ）から給電され、バッテリの電圧（２４Ｖ）より低い調整電圧（１２Ｖ）を出力する電源回路（３２）と、スイッチ素子（ＴＲ）を含み、調整電圧を定格電圧として設計されている負荷回路（３７、３８、３９）と、電源回路の出力線を分岐し、分岐されたひとつの分岐線から常時電源（＋Ｂ１２）を供給する分岐部（３３）と、分岐部により分岐された他の分岐線に接続され、電源スイッチ入力部に入力される電源スイッチの状態だけに応じて、他の分岐線の通電を断続し、電源スイッチがオン状態のときに調整電圧の連動電源（ＩＧ１２）を負荷回路に供給し、電源スイッチがオフ状態のときに遮断されるスイッチ回路（３６）と、常時電源から給電され、調整電圧より低い電圧であり制御回路に給電されるための定格電圧を出力する低電圧電源回路（３４）と、低電圧電源回路から給電される制御回路を構成する低電圧の低電圧負荷回路であって、制御回路によってスイッチ素子を駆動する低電圧負荷回路（３５）とを備えることを特徴とする。この構成によると、バッテリの電圧より低い電圧の常時電源と、バッテリの電圧より低い電圧の連動電源との両方を供給することができる。この発明によると、バッテリの電圧より低い電圧で設計された負荷回路を有する車載機器を、高い電圧のバッテリに接続することができる。この構成によると、低電圧電源回路における発熱を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、電源回路（３２）は、スイッチング型電圧レギュレータ回路であることを特徴とする。この構成によると、常時電源と連動電源との両方を電源回路から供給しても、電源回路への発熱を抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、電源回路（３２）は、常時給電部（３ａ）と電源スイッチ入力部（３ｂ）との両方から給電されることを特徴とする。この構成によると、電源回路は、常時給電部と電源スイッチ入力部といずれかから供給される電源によって作動することができる。

請求項４に記載の発明は、負荷回路は、連動電源から給電される複数の発光ダイオード駆動回路（３７、３８）を備え、それぞれの発光ダイオード駆動回路（３７、３８）は、発光ダイオードと、負荷抵抗と、スイッチ素子とを含み、負荷抵抗は、表面実装型素子であることを特徴とする。この発明によると、比較的小型の表面実装型素子を使用することができる。

請求項５に記載の発明は、電源回路（３２）を構成する回路部品、スイッチ回路（３６）を構成する回路部品、および分岐部（３３）が配置された回路基板をさらに備え、分岐部は回路部品のパッケージの外の回路基板上に配置されていることを特徴とする。この構成によると、一般的に入手可能な電気部品を使用して、常時電源と連動電源との両方を供給することができる。

なお、特許請求の範囲および上記手段の項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

本発明の第１実施形態にかかる車両用電源装置を示すブロック図である。 第１比較例の車両用電源装置を示すブロック図である。 第２比較例の車両用電源装置を示すブロック図である。

（第１実施形態）
図１は、本発明を適用した車両用電源装置を備える車載機器のブロック構成図である。車両には、バッテリ１が搭載されている。バッテリ１の定格電圧は、車両用バッテリとしては比較的高い２４Ｖである。周知のヒューズなどをバッテリ１と直列に配置することができる。車両には、電源スイッチとしてのイグニッションスイッチ２（以下、ＩＧスイッチ２と呼ぶ）が設けられている。ＩＧスイッチ２は、車両の走行用エンジンを運転状態におくときにオン状態に操作され、走行用エンジンを停止状態におくときにオフ状態に操作される。ＩＧスイッチ２は、キースイッチとも呼ばれることがある。

車載機器３は、車両の走行速度などを表示するためのメータ装置である。車載機器３には、複数の端子３ａ、３ｂ、３ｃが設けられている。これらの端子３ａ、３ｂ、３ｃは、車両側の電源回路と接続される。

常時給電端子３ａは、バッテリ１に常時接続されている。この結果、常時給電端子３ａは、バッテリ１から常時給電される常時給電部を提供する。常時給電端子３ａに供給される電源は、ＩＧスイッチ２のオンオフ状態にかかわりなく常時供給される。この電源は、２４Ｖの常時電源＋Ｂ２４と呼ばれる。

電源スイッチ端子３ｂは、ＩＧスイッチ２を介してバッテリ１に接続されている。ＩＧスイッチ２がオン位置にあるときに、バッテリ１から電源スイッチ端子３ｂへ２４Ｖの電圧が供給される。ＩＧスイッチ２がオフ位置にあるときには、バッテリ１と電源スイッチ端子３ｂとの間は遮断され、電圧は供給されない。電源スイッチ端子３ｂは、ＩＧスイッチ２の状態を示す信号が入力される電源スイッチ入力部を提供する。電源スイッチ端子３ｂには、ＩＧスイッチ２のオンオフ状態に連動して断続された電源が供給される。この電源は、２４Ｖの連動電源ＩＧ２４と呼ばれる。ＩＧスイッチ２は、リレー回路によって提供されてもよい。

車載機器３に設けられた複数の制御端子３ｃは、手動スイッチＳＷなどを含む検出回路に接続され、検出回路により検出された状態を車載機器３に入力する。

車載機器３は、車両用電源装置を内蔵している。車両用電源装置は、ＩＧスイッチ２の状態にかかわらず、バッテリ１の電圧よりも低い電圧が常時供給される常時電源＋Ｂ１２と、バッテリ１の電圧よりも低い電圧がＩＧスイッチ２に連動して断続されて供給される連動電源ＩＧ１２とを供給する。車両用電源装置は、ダイオード３１ａ、３１ｂ、電源回路３２、分岐部３３、電源回路３４、スイッチ回路３６、およびそれらを接続する配線を含む。

車載機器３は、車両用電源装置を構成する回路部品が実装された回路基板を有している。回路基板上には、電源回路３２を構成する回路部品と、スイッチ回路３６を構成する回路部品と、分岐部３３を構成する配線パターンとが配置されている。電源回路３２を構成する回路部品は、ひとつまたは複数のパッケージに収容されている。例えば、スイッチング型電圧レギュレータ回路の専用ＩＣとしてのパッケージと、周辺部品としてのパッケージとを含む。同様に、スイッチ回路３６を構成する回路部品も、パッケージ化されている。分岐部３３は回路部品のパッケージの外の回路基板上に配置されている。これにより、一般的に入手可能な回路部品を使用して２系統の電源としての常時電源＋Ｂ１２と連動電源ＩＧ１２とが供給される。

ダイオード３１ａ、３１ｂは、端子３ａ、３ｂから電源回路３２への給電のみを許容する逆接続対策用のダイオードである。常時給電端子３ａと、電源スイッチ端子３ｂとの両方が、電源回路３２に接続されている。この結果、両方の端子３ａ、３ｂから電源回路３２に給電される。

電源回路３２は、少なくとも常時給電端子３ａに接続され、給電される。電源回路３２は、端子３ａ、３ｂから供給される２４Ｖの電圧を、１２Ｖに降圧して出力する降圧型の電圧レギュレータ回路である。電源回路３２は、バッテリの電圧である２４Ｖより低い１２Ｖの調整電圧を出力する。電源回路３２は、ＩＧスイッチ２のオンオフ状態にかかわらず、常時電源＋Ｂ２４が供給される間中、継続して１２Ｖの調整電圧を出力する。電源回路３２は、スイッチング型の電圧レギュレータ回路である。スイッチング型の電圧レギュレータ回路は、入力電流をスイッチング素子によってオンオフし、そのオンオフをパルス変調することによって電力を制御する。よって、電源回路３２は、シリーズ型の電圧レギュレータ回路に比べて少ない発熱量で、高効率の電圧調整を実現する。シリーズ型の電圧レギュレータ回路は、負荷と直列に接続されたトランジスタ等の電圧制御素子により電力を接続する。

電源回路３２の出力は、分岐部３３に接続されている。分岐部３３は、電源回路３２の出力線を分岐する。分岐部３３は、分岐されたひとつの分岐線から常時電源＋Ｂ１２を供給する。常時電源＋Ｂ１２には、ＩＧスイッチ２のオンオフ状態にかかわらず、バッテリ１の電圧、すなわち常時電源＋Ｂ２４が供給される間中、継続して１２Ｖの調整電圧が供給される。電源回路３２は、車載機器３に内蔵されているから、常時電源＋Ｂ１２は、車載機器３内において供給され、車載機器３自身に給電する。車両は、バッテリ１の電圧に依存する常時電源＋Ｂ２４を有しているから、車載機器３内の常時電源＋Ｂ１２は、仮想の常時電源とも呼ぶことができる。

電源回路３４は、常時電源＋Ｂ１２に接続され、常時電源＋Ｂ１２から給電される。電源回路３４は、１２Ｖの調整電圧より低い５Ｖの電圧を出力する低電圧電源回路である。電源回路３４は、制御回路を構成する低電圧の負荷回路３５に給電する。負荷回路３５には、マイクロコンピュータを構成するためのＭＰＵあるいはＩＣが含まれる。

スイッチ回路３６は、分岐部３３により分岐された他の分岐線に接続され、他の分岐線の通電を断続する。スイッチ回路３６の制御入力端子は、電源スイッチ端子３ｂに接続されている。スイッチ回路３６は、電源スイッチ端子３ｂに入力されるＩＧスイッチ２の状態に応じて、他の分岐線を断続し、バッテリ１の電圧よりも低い電圧の連動電源ＩＧ１２を供給する。連動電源ＩＧ１２には、ＩＧスイッチ２のオンオフ状態に連動して１２Ｖの調整電圧が供給される。スイッチ回路３６は、ＩＧスイッチ２がオン状態のときに通電を許容し、ＩＧスイッチ２がオフ状態のときに通電を遮断する。よって、連動電源ＩＧ１２は、ＩＧスイッチ２がオン状態のときに調整電圧を供給し、ＩＧスイッチ２がオフ状態のときに遮断される。スイッチ回路３６は、車載機器３に内蔵されているから、連動電源ＩＧ１２は、車載機器３内において供給され、車載機器３自身に給電する。車両は、バッテリ１の電圧に依存する連動電源ＩＧ２４を有しているから、車載機器３内の連動電源ＩＧ１２は、仮想の連動電源とも呼ぶことができる。

連動電源ＩＧ１２は、負荷回路３７、３８、３９に供給される。負荷回路３７、３８、３９は、低電圧の負荷回路３５の定格電圧である５Ｖより高いが、バッテリ１の定格電圧である２４Ｖより低い、１２Ｖの調整電圧を定格電圧として設計されている。負荷回路３７、３８、３９には、発光ダイオード駆動回路３７、３８と、ブザー等の他の負荷回路３９とが含まれている。

発光ダイオード駆動回路３７は、発光ダイオードＬＥＤと、負荷抵抗ＲＬと、スイッチ素子としての手動スイッチＳＷとの直列回路である。発光ダイオード駆動回路３８は、発光ダイオードＬＥＤと、負荷抵抗ＲＬと、スイッチ素子としてのトランジスタＴＲとの直列回路である。トランジスタＴＲは、負荷回路３５に含まれる制御回路によって駆動することができる。負荷抵抗ＲＬは、すべて回路基板上の配線パターン上に実装された表面実装型素子ＳＭＤである。負荷抵抗ＲＬの定格電力は、発光ダイオードＬＥＤに供給すべき電流と、負荷抵抗ＲＬにかかる電圧とに応じて設定されている。負荷抵抗ＲＬの定格電力は、およそ０．５Ｗとすることができる。

車載機器３が図示されるように車両側の電源回路に接続されると、常時給電端子３ａにバッテリ１の電圧が供給される。電源回路３２は、１２Ｖの電圧を電源回路３４に供給する。電源回路３４は、５Ｖの電圧を負荷回路３５に供給する。この結果、ＩＧスイッチ２がオフ状態にあるときも、オン状態にあるときも、負荷回路３５に給電される。負荷回路３５は、常時供給される電源によって、その機能を継続的に発揮する。例えば、負荷回路３５に含まれるメモリ回路の記録を保持したり、タイマー回路の計時を継続する。

ＩＧスイッチ２がオフ状態にあるとき、スイッチ回路３６は遮断状態となる。よって、連動電源ＩＧ１２は供給されない。

ＩＧスイッチ２がオン状態にあるとき、スイッチ回路３６は導通状態となる。よって、分岐部３３で分岐された１２Ｖの電圧が、連動電源ＩＧ１２として負荷回路３７、３８、３９に供給される。例えば、負荷回路３７、３８は、連動電源ＩＧ１２が供給される期間中だけ、手動スイッチＳＷまたはトランジスタＴＲの状態に応じて発光ダイオードＬＥＤを点灯させる。

ＩＧスイッチ２がオフ状態のときに、手動スイッチＳＷまたはトランジスタＴＲは、オン状態となる場合がある。しかし、発光ダイオード駆動回路３７、３８には連動電源ＩＧ１２から給電されるため、ＩＧスイッチ２がオフ状態のときに、手動スイッチＳＷまたはトランジスタＴＲがオン状態になっても、発光ダイオードＬＥＤが点灯してしまうことが回避される。

車載機器３は、その内部にバッテリ１の電圧より低い電圧で機能するように設計され、かつＩＧスイッチ２に連動して断続される連動電源ＩＧ１２を必要とする負荷回路３７、３８、３９を有する。さらに、車載機器３は、車載機器３内において常時電源＋Ｂ１２と連動電源ＩＧ１２とを供給できる車両用電源装置３２、３３、３６を内蔵している。このため、車両に搭載されたバッテリ１が高電圧であっても、他の車載機器と同じように車両側の電源回路に接続するだけで、所期の機能を発揮することができる。しかも、バッテリ１の電圧より低い電圧の連動電源ＩＧ１２を供給できるため、負荷回路３７、３８、３９の負荷抵抗ＲＬなどに比較的定格電力の小さい回路部品を使用することができる。この結果、これら負荷回路の体格を小さくすることができる。さらに、電源回路３２は、スイッチング型の電圧レギュレータ回路を採用している。このため、電源回路３２は、高い効率で電圧を降圧しながら、少ない発熱で、常時電源＋Ｂ１２と連動電源ＩＧ１２との両方を供給することができる。さらに、低電圧の電源回路３４は、電源回路３２によってバッテリ１の２４Ｖの電圧が１２Ｖに降圧された後に、１２Ｖを５Ｖに降圧する。このため、低電圧の電源回路３４における発熱を抑制することができる。

次に、図２に図示された第１比較例および図３に図示された第２比較例を参照しながら、この実施例の有利な効果を説明する。これら比較例においては、上述の実施形態または先行する比較例の構成要素と同一または類似の構成要素に同一の参照符号を付した。よって、それら同一または類似の構成要素については先行する説明を参照することができる。以下では、相違点を中心に説明する。

図２の第１比較例は、車載機器１０３を採用する場合を示している。電源回路１３２は、シリーズ型の電圧レギュレータ回路である。この車載機器１０３では、電源回路１３２での発熱が大きくなり、放熱のためのヒートシンクなどを搭載する必要がある。また、負荷回路３７、３８、３９に常時電源＋Ｂ１２が供給される。このため、ＩＧスイッチ２がオフ状態のときにも発光ダイオードＬＥＤなどの負荷が駆動されるおそれがある。これに対して、実施形態によると、負荷回路３７、３８、３９に連動電源ＩＧ１２を供給できるとともに、電源回路３２での発熱を抑制することができる。

図３の第３比較例は、２４Ｖの電圧で機能するように設計された負荷回路２３７、２３８、２３９を搭載した車載機器２０３を採用する場合を示している。負荷回路２３７、２３８、２３９へは、電源スイッチ端子３ｂに供給される連動電源ＩＧ２４が供給される。負荷回路２３７、２３８、２３９を構成する回路部品は、連動電源ＩＧ２４の下で印加される電圧に耐えるように選定されている。例えば、発光ダイオード駆動回路２３７、２３８の負荷抵抗ＲＬは、上述の発光ダイオード駆動回路３７、３８の負荷抵抗ＲＬと比べて、高い定格電力をもつ。このため、スルーホール実装型素子ＴＨＤが用いられる。スルーホール実装型素子ＴＨＤは、表面実装型素子ＳＭＤに比べて体格が大きい、また回路基板にスルーホールを要するなど実装面の大型化も招く。例えば、発光ダイオード駆動回路２３７、２３８の負荷抵抗ＲＬの定格電力は、２．０Ｗである。この構成によると電源回路２３２の発熱を抑制することができるが、負荷回路２３７、２３８、２３９を構成する回路部品、回路基板などの大型化を招く。このため、負荷回路の数、例えば発光ダイオードＬＥＤの数を少なくする必要が生じたり、車載機器２０３の体格を大型化する必要が生じたりするという問題点がある。これに対し、実施形態によると、比較的低い電圧で機能する負荷回路３７、３８、３９を使用することができるため、小型の回路部品を使用することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

１ バッテリ
２ ＩＧスイッチ
３ 車載機器
３１ａ ダイオード
３１ｂ ダイオード
３２ スイッチング型の電源回路
３３ 分岐部
３４ 電源回路
３５ 負荷回路
３６ スイッチ回路
３７ 発光ダイオード駆動回路
３８ 発光ダイオード駆動回路
３９ 負荷回路

Claims (5)

1. バッテリ（１）を備える車両に搭載されるメータ装置（３）に、常時供給される常時電源（＋Ｂ１２）と、前記車両の電源スイッチに連動して供給される連動電源（ＩＧ１２）とを供給する車両用電源装置を備えるメータ装置（３）において、
   前記バッテリから常時給電される常時給電部（３ａ）としての常時給電端子（３ａ）と、
   前記車両の電源スイッチ（２）の状態を示す信号が入力される電源スイッチ入力部（３ｂ）としての電源スイッチ端子（３ｂ）と、
   前記常時給電部（３ａ）から給電され、前記バッテリの電圧（２４Ｖ）より低い調整電圧（１２Ｖ）を出力する電源回路（３２）と、
   スイッチ素子（ＴＲ）を含み、前記調整電圧を定格電圧として設計されている負荷回路（３７、３８、３９）と、
   前記電源回路の出力線を分岐し、分岐されたひとつの分岐線から前記常時電源（＋Ｂ１２）を供給する分岐部（３３）と、
   前記分岐部により分岐された他の分岐線に接続され、前記電源スイッチ入力部に入力される前記電源スイッチの状態だけに応じて、前記他の分岐線の通電を断続し、前記電源スイッチがオン状態のときに前記調整電圧の前記連動電源（ＩＧ１２）を前記負荷回路に供給し、前記電源スイッチがオフ状態のときに遮断されるスイッチ回路（３６）と、
   前記常時電源から給電され、前記調整電圧より低い電圧であり制御回路に給電されるための定格電圧を出力する低電圧電源回路（３４）と、
   前記低電圧電源回路から給電される前記制御回路を構成する低電圧の低電圧負荷回路であって、前記制御回路によって前記スイッチ素子を駆動する低電圧負荷回路（３５）とを備えることを特徴とするメータ装置。
2. 前記電源回路（３２）は、スイッチング型電圧レギュレータ回路であることを特徴とする請求項１に記載のメータ装置。
3. 前記電源回路（３２）は、前記常時給電部（３ａ）と前記電源スイッチ入力部（３ｂ）との両方から給電されることを特徴とする請求項１または２に記載のメータ装置。
4. 前記負荷回路は、前記連動電源から給電される複数の発光ダイオード駆動回路（３７、３８）を備え、
   それぞれの前記発光ダイオード駆動回路（３７、３８）は、
   発光ダイオードと、負荷抵抗と、前記スイッチ素子とを含み、
   前記負荷抵抗は、表面実装型素子であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のメータ装置。
5. 前記電源回路（３２）を構成する回路部品、前記スイッチ回路（３６）を構成する回路部品、および前記分岐部（３３）が配置された回路基板をさらに備え、
   前記分岐部は前記回路部品のパッケージの外の前記回路基板上に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のメータ装置。

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