JP6266323B2 - 車載用電圧変換装置、および車載装置 - Google Patents

Description

本発明は、入力電圧を電圧変換して直流の出力電圧を生成する車載用電圧変換装置、および車載用電圧変換装置を搭載した車載装置に関する。

近年、自動車にはＣＡＮ（Control Area Network）に代表される車内ＬＡＮ（Local Area Network）が搭載されるようになり、自動車の各機能はＥＣＵ（Electric Control Unit）と呼ばれる車載側制御部によって電子制御されている。ハイブリッド車などに搭載される車載用電圧変換装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ）もこの車内ＬＡＮに接続され、入出力電圧や入出力電流、内部温度などの状態がＥＣＵにより詳細に監視されている。

特開平１１−３０８８５７号公報

ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、入力コンデンサを介して入力電源から入力電圧を供給する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータが動作停止してから入力電源との接続を切断すると、入力コンデンサの両端子間のインピーダンスが高い状態で放置されるため、放電に長時間を要する。そのため、入力電源が切断されたにもかかわらず、ＤＣ／ＤＣコンバータ側は動作可能状態となったままとなり、誤動作の原因ともなる。また、機器の保守のとき等に、入力電源を切断しても内部に高電圧が残ることとなり安全上の問題となるおそれもある。

特許文献１には、入力電源の切断時に入力コンデンサを強制放電させる手段を有する電源装置の技術が開示されている。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、負荷側にスイッチを用いているため、大電流回路においてはパワ―部品が必要となりコストアップとなってしまう。特許文献１に記載の電源装置では、入力コンデンサの電荷を急速に放電することができるが、継続的に動作させるため出力電圧が上昇する可能性がある。

本発明の目的は、電圧変換動作の停止時に入力コンデンサの放電を急速に行うことができるようにした車載用電圧変換装置、および車載装置を提供することにある。

本発明による車載用電圧変換装置は、入力スイッチと入力コンデンサとを介して第１の電源に接続された入力部と、第２の電源に接続された出力部と、メインスイッチング回路を含み、入力スイッチがオンされることにより入力部を介して供給された第１の電源からの入力電圧を電圧変換して直流の出力電圧を生成し、第２の電源に出力電圧を供給する電圧変換回路と、メインスイッチング回路のスイッチング動作を制御する制御部とを備えたものである。入力スイッチは、車載側制御部によって制御されるものであり、前記車載側制御部は、前記入力スイッチをオフする場合には、前記電圧変換回路による電圧変換動作の停止を指示する停止指示信号を出力する。また、入力コンデンサの両端が第１の電源に接続されると共に、入力コンデンサの両端が入力部に接続され、入力スイッチは入力コンデンサと第１の電源との間に設けられ、制御部が、電圧変換回路による電圧変換動作中は電圧変換のためにメインスイッチング回路をスイッチング動作させ、入力スイッチがオフされると共に電圧変換回路による電圧変換動作の停止を指示する停止指示信号を受信した場合には、メインスイッチング回路を、入力部における電圧値を低下させるためにスイッチング動作させるようにしたものである。停止指示信号を受信した場合には、メインスイッチング回路を、入力電圧監視部で検出される電圧値が所定の目標値に達するまで、入力部における電圧値を低下させるために、電圧値が所定の目標値に達する前に、出力値監視部で検出される検出値が所定の出力値を超えた場合には、メインスイッチング回路のスイッチング動作を一旦停止させ、出力値監視部で検出される検出値が所定の基準値に達した後、再度、メインスイッチング回路のスイッチング動作を開始させることによって間欠的にスイッチング動作させる。

本発明による車載装置は、車載側制御部と、第１の電源と、入力スイッチと、入力コンデンサと、車載用電圧変換装置と、第２の電源とを含み、車載用電圧変換装置を、上記本発明による車載用電圧変換装置で構成したものである。

本発明による車載用電圧変換装置、または車載装置では、メインスイッチング回路が、電圧変換回路による電圧変換動作中は電圧変換のためにスイッチング動作する。入力スイッチがオフされると共に電圧変換回路による電圧変換動作の停止を指示する停止指示信号を受信した場合には、入力部における電圧値を低下させるためにスイッチング動作する。

本発明の車載用電圧変換装置または車載装置によれば入力スイッチがオフされると共に電圧変換回路による電圧変換動作の停止を指示する停止指示信号を受信した場合には、メインスイッチング回路を、入力部における電圧値を低下させるためにスイッチング動作させるようにしたので、電圧変換動作の停止時に入力コンデンサの放電を急速に行うことができる。

本発明の第１の実施の形態に係る電圧変換装置の一構成例を示す回路図である。 図１に示した電圧変換装置における補助電源回路の一構成例を示す回路図である。 第１の実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の第１の例を示すタイミングチャートである。 第１の実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の第２の例を示すタイミングチャートである。 図３および図４に示した制御動作に対する比較例を示すタイミングチャートである。 第１の実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の一例を示す流れ図である。 第２の実施の形態に係る電圧変換装置の一構成例を示す回路図である。 第２の実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の一例を示す流れ図である。 第２の実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の第１の例を示すタイミングチャートである。 第２の実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の第２の例を示すタイミングチャートである。 図９および図１０に示した制御動作に対する比較例を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
１．１ 構成
１．１．１ 電圧変換装置全体の構成例
１．１．２ 補助電源回路の構成例
１．２ 動作
１．２．１ 電圧変換時の動作
１．２．２ 電圧変換動作停止時の動作（入力コンデンサの放電動作）
１．３ 効果
２．第２の実施の形態
３．その他の実施の形態

＜１．第１の実施の形態＞
［１．１ 構成］
（１．１．１ 電圧変換装置全体の構成例）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電圧変換装置１の一構成例を示している。

電圧変換装置１は、入力部としての入力端子Ｔ１，Ｔ２と、メインスイッチング回路１０と、トランス２０と、整流回路３０と、平滑回路４０と、出力部としての出力端子Ｔ３，Ｔ４と、端子Ｔ５とを備えている。この電圧変換装置１はまた、制御ＩＣ（Integrated Circuit）５３と、ドライブ回路５５と、マイコン（マイクロコントローラ）６４と、補助電源回路８０とを備えている。

この電圧変換装置１は、例えば車載用に用いられ、高圧バッテリＢＨから入力された直流の入力電圧Ｖｉｎを電圧変換する（降圧する）ことにより、直流の出力電圧Ｖｏを生成するようになっている。この出力電圧Ｖｏは、出力端子Ｔ３を介して低圧バッテリＢＬへ供給されるようになっている。なお、高圧バッテリＢＨは、１００Ｖから５００Ｖ程度の電圧を蓄電するバッテリであり、低圧バッテリＢＬは、１２Ｖから１５Ｖ程度の電圧を蓄電するバッテリである。高圧バッテリＢＨは、入力スイッチ（コンダクタスイッチ）１０３および入力コンデンサＣｉｎを介して入力端子Ｔ１，Ｔ２に接続されている。低圧バッテリＢＬ側には、負荷１０１が接続されている。また、この電圧変換装置１には、端子Ｔ５を介して車載側制御部であるＥＣＵ１００が接続されている。また、出力端子Ｔ３と負荷１０１および低圧バッテリＢＬとの間には、ＩＧ（イグニッション）スイッチ１０２の一端が接続されている。ＩＧスイッチ１０２の他端は端子Ｔ５に接続されている。入力スイッチ１０３の一端は高圧バッテリＢＨの高圧側に接続されている。入力スイッチ１０３の他端は入力コンデンサＣｉｎの一端と入力端子Ｔ１とに接続されている。入力コンデンサＣｉｎの他端は、高圧バッテリＢＨの低圧側と入力端子Ｔ２とに接続されている。

ＩＧスイッチ１０２による電源オン／オフ信号は、ＥＣＵ１００に送信されるようになっている。ＥＣＵ１００は、ＩＧスイッチ１０２の電源オン／オフ信号に基づいて、入力スイッチ１０３のオン／オフ制御を行うようになっている。入力スイッチ１０３をオン／オフすることにより、高圧バッテリＢＨを電圧変換装置１に対して接続／切断することができるようになっている。ＥＣＵ１００は、端子Ｔ５を介して電圧変換装置１の動作を制御するための制御信号Ｓ０を電圧変換装置１に送信するようになっている。制御信号Ｓ０には、ＩＧスイッチ１０２の電源オン／オフ信号に基づいて、電圧変換装置１における電圧変換動作の開始（電源オン）を指示する開始動作指示信号や、電圧変換動作の停止（電源オフ）を指示する停止指示信号等が含まれる。

メインスイッチング回路１０、トランス２０、整流回路３０、および平滑回路４０は、本発明における「電圧変換回路」の一具体例に対応する。制御ＩＣ５３およびマイコン６４は、本発明における「制御部」の一具体例に対応する。マイコン６４は、本発明における「入力電圧監視部」の一具体例に対応する。高圧バッテリＢＨは、本発明における「第１の電源」の一具体例に対応し、低圧バッテリＢＬは、本発明における「第２の電源」の一具体例に対応する。

入力コンデンサＣｉｎは、高圧バッテリＢＨから入力端子Ｔ１、Ｔ２間に入力される直流の入力電圧Ｖｉｎを平滑化するためのものである。

メインスイッチング回路１０は、入力電圧Ｖｉｎを交流電圧に変換するフルブリッジ型のスイッチング回路である。このメインスイッチング回路１０は、スイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４を有している。

スイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４は、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの素子が使用可能である。この例では、スイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４は、全てＮチャネルのＭＯＳ−ＦＥＴにより構成されている。スイッチング素子ＳＷ１１のゲートにはＳＷ制御信号Ｓ１１が供給され、ソースがスイッチング素子ＳＷ１２のドレインに接続され、ドレインが１次側高圧ラインに接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ１２のゲートにはＳＷ制御信号Ｓ１２が供給され、ソースが１次側低圧ラインに接続され、ドレインがスイッチング素子ＳＷ１１のソースに接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ１３のゲートにはＳＷ制御信号Ｓ１３が供給され、ソースがスイッチング素子ＳＷ１４のドレインに接続され、ドレインが１次側高圧ラインに接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ１４のゲートにはＳＷ制御信号Ｓ１４が供給され、ソースが１次側低圧ラインに接続され、ドレインがスイッチング素子ＳＷ１３のソースに接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ１１のソースおよびスイッチング素子ＳＷ１２のドレインは、後述するトランス２０の１次側巻線２１の一端に接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ１３のソースおよびスイッチング素子ＳＷ１４のドレインは、この１次側巻線２１の他端に接続されている。

この構成により、メインスイッチング回路１０では、ドライブ回路５５から供給されるＳＷ制御信号Ｓ１１〜Ｓ１４に応じてスイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４をオン／オフ制御することにより、入力電圧Ｖｉｎを交流電圧に変換するようになっている。

トランス２０は、１次側と２次側とを直流的に絶縁するとともに交流的に接続するものであり、１次側巻線２１および２次側巻線２２Ａ，２２Ｂを含んで構成された３巻線型のトランスである。また、２次側巻線２２Ａ，２２Ｂの一端はそれぞれセンタタップで互いに接続され、さらに２次側高圧ラインに接続されている。２次側巻線２２Ａの他端は、整流回路３０におけるダイオード３１のカソードに接続されている。２次側巻線２２Ｂの他端は、整流回路３０におけるダイオード３２のカソードに接続されている。このトランス２０は、メインスイッチング回路１０によって変換された交流電圧を降圧または昇圧（この例では、降圧）し、一対の２次側巻線２２Ａ，２２Ｂの他端から、互いに１８０度位相が異なる交流電圧を出力するようになっている。なお、この場合の降圧または昇圧の度合いは、１次側巻線２１と２次側巻線２２Ａ，２２Ｂとの巻数比によって定まる。１次側巻線２１の巻数はＮｐであり、２次側巻線２２Ａ，２２Ｂの巻数はそれぞれＮｓである。これらの巻数比Ｎｐ：Ｎｓは、例えば１０：１に設定される。

この構成により、トランス２０は、１次側巻線２１の両端間に供給された交流電圧をＮｓ／Ｎｐ倍に降圧し、２次側巻線２２Ａ，２２Ｂから出力するようになっている。

整流回路３０は、一対の整流素子（ダイオード３１，３２）から構成され、トランス２０から供給される交流電圧を整流する回路である。ダイオード３１のカソードは、２次側巻線２２Ａの他端に接続され、ダイオード３２のカソードは、２次側巻線２２Ｂの他端に接続されている。また、これらダイオード３１，３２のアノード同士は互いに２次側低圧ラインに接続されている。

平滑回路４０は、チョークコイルＬｃｈと出力平滑コンデンサＣｏｕｔとを有している。チョークコイルＬｃｈは、２次側高圧ライン上に挿入配置されている。チョークコイルＬｃｈの一端はトランス２０のセンタタップに接続され、その他端は平滑コンデンサＣｏｕｔの一端および出力端子Ｔ３に接続されている。平滑コンデンサＣｏｕｔの他端は２次側低圧ラインに接続され、出力端子Ｔ４を介して接地されている。平滑回路４０はこのような構成により、整流回路３０によって整流され、トランス２０のセンタタップから出力される信号を平滑化して直流の出力電圧Ｖｏを生成するようになっている。

補助電源回路８０は、制御ＩＣ５３およびマイコン６４等の制御系の各回路部に電力を供給するものである。補助電源回路８０は、補助スイッチング回路８１を含んでいる。補助電源回路８０は、入力端子Ｔ１とメインスイッチング回路１０との間の１次側高圧ラインに接続され、入力電圧Ｖｉｎおよび入力電流Ｉｉｎが供給されて動作するようになっている。

制御ＩＣ５３およびドライブ回路５５は、メインスイッチング回路１０のスイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４を制御するためのＳＷ制御信号Ｓ１１〜Ｓ１４を生成するものである。制御ＩＣ５３は、マイコン６４からの制御信号Ｓ１に基づいて、出力電圧Ｖｏが所定の電圧を保つように、ドライブ回路５５を制御するものである。ドライブ回路５５は、制御ＩＣ５３からの指示に基づいてＳＷ制御信号Ｓ１１〜Ｓ１４を生成して、スイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４に対して供給するものである。

マイコン６４は、入力端子Ｔ１とメインスイッチング回路１０との間の１次側高圧ラインに接続され、電圧変換装置１の入力値として入力電圧Ｖｉｎの電圧値を検出するようになっている。マイコン６４はまた、出力端子Ｔ３と平滑回路４０との間の２次側高圧ラインに接続され、電圧変換装置１の出力値として出力電流Ｉｏの電流値および出力電圧Ｖｏの電圧値を検出するようになっている。

マイコン６４は、ＥＣＵ１００からの制御信号Ｓ０に基づいて、制御ＩＣ５３の動作を制御する制御信号Ｓ１を制御ＩＣ５３に出力するようになっている。制御信号Ｓ１には、メインスイッチング回路１０のスイッチング動作の開始を指示する開始動作指示信号や、メインスイッチング回路１０のスイッチング動作の停止を指示する停止指示信号等が含まれる。

マイコン６４はまた、ＥＣＵ１００からの制御信号Ｓ０に基づいて、補助スイッチング回路８１の動作を制御する制御信号Ｓ２を補助電源回路８０に出力するようになっている。制御信号Ｓ２には、補助スイッチング回路８１のスイッチング動作の開始を指示する開始動作指示信号や、補助スイッチング回路８１のスイッチング動作の停止を指示する停止指示信号等が含まれる。制御信号Ｓ２にはまた、補助スイッチング回路８１の動作周波数（スイッチング周波数）を指示する動作周波数設定信号が含まれる。

例えば、マイコン６４は、電圧変換装置１における電圧変換動作中は電圧変換のためにメインスイッチング回路１０をスイッチング動作させると共に、後述する図３等に示すように、補助スイッチング回路８１を第１のスイッチング周波数ｆ１でスイッチング動作させる制御を行うようになっている。マイコン６４はまた、ＥＣＵ１００から制御信号Ｓ０として電圧変換動作の停止を指示する停止指示信号を受信した場合には、後述する図３等に示すように、メインスイッチング回路１０を、入力電圧Ｖｉｎの電圧値を低下させるためにスイッチング動作させる制御を行うようになっている。

（１．１．２ 補助電源回路８０の構成例）
図２は、図１に示した電圧変換装置１における補助電源回路８０の一構成例を示している。

補助電源回路８０は、例えば図２に示したように、補助スイッチング回路８１と、トランス２００と、ダイオードＤ１１と、コンデンサＣ１１と、レギュレータ８２と、コンデンサＣ１２とを備えたフライバックコンバータで構成することができる。

補助スイッチング回路８１は、ＭＯＳ−ＦＥＴにより構成されている。トランス２００は、極性が反対となるように構成された１次側巻線２０１および２次側巻線２０２を含んでいる。１次側巻線２０１の一端は入力電圧Ｖｉｎが供給される１次側高圧ラインに接続され、他端は補助スイッチング回路８１のドレインに接続されている。補助スイッチング回路８１のソースは１次側低圧ラインに接続されている。補助スイッチング回路８１のゲートには、マイコン６４からの制御信号Ｓ２によって周波数設定されたＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号が入力されるようになっている。

２次側巻線２０２の一端は、ダイオードＤ１１のアノードに接続されている。ダイオードＤ１１のカソードは、コンデンサＣ１１の一端とレギュレータ８２とに接続されている。レギュレータ８２は、ダイオードＤ１１のカソードおよびコンデンサＣ１１の一端とコンデンサＣ１２の一端との間に配置されている。２次側巻線２０２の他端は、コンデンサＣ１１，Ｃ１２の他端に接続され、さらに補助電源電圧Ｖｃｃの出力ラインに接続されている。

レギュレータ８２は、出力する補助電源電圧Ｖｃｃを安定化するためのものである。ダイオードＤ１１、コンデンサＣ１１、およびコンデンサＣ１２は、電圧の整流および平滑化のためのものである。これらによって、例えば５Ｖの安定した補助電源電圧Ｖｃｃが生成され、制御ＩＣ５３およびマイコン６４等の制御系の各回路部に供給される。

［１．２ 動作］
（１．２．１ 電圧変換時の動作）
図１において、ＥＣＵ１００は、ＩＧスイッチ１０２がオンされると、入力スイッチ１０３をオンし、高圧バッテリＢＨを電圧変換装置１に対して接続する。ＥＣＵ１００はまた、制御信号Ｓ０として、電圧変換装置１における電圧変換動作の開始（電源オン）を指示する開始動作指示信号をマイコン６４に出力する。制御ＩＣ５３は、マイコン６４からの制御信号Ｓ１に基づいて、ドライブ回路５５を制御する。ドライブ回路５５は、制御ＩＣ５３からの指示に基づいてＳＷ制御信号Ｓ１１〜Ｓ１４を生成する。

メインスイッチング回路１０は、ＳＷ制御信号Ｓ１１〜Ｓ１４に基づいてスイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４をスイッチングすることにより、高圧バッテリＢＨから供給された直流の入力電圧Ｖｉｎを交流電圧に変換し、トランス２０の１次側巻線２１の両端間に供給する。そしてトランス２０は、この交流電圧をＮｓ／Ｎｐ倍に変圧（降圧）し、２次側巻線２２Ａ，２２Ｂから、変圧された交流電圧を出力する。整流回路３０は、この交流電圧を整流する。平滑回路４０は、この整流された信号を平滑化して直流の出力電圧Ｖｏを生成し、出力端子Ｔ３に接続された低圧バッテリＢＬに給電する。また、出力電流Ｉｏおよび出力電圧Ｖｏが負荷１０１へと供給される。

より具体的には、メインスイッチング回路１０では、ドライブ回路５５から供給されるＳＷ制御信号Ｓ１１〜Ｓ１４に応じて、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１４がオン状態でスイッチング素子ＳＷ１２，ＳＷ１３がオフ状態の期間と、スイッチング素子ＳＷ１２，ＳＷ１３がオン状態でスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１４がオフ状態の期間とが交互に切り換えられる。このようなスイッチング動作により、メインスイッチング回路１０では、入力電圧Ｖｉｎに基づいて交流のパルス電圧が生成され、トランス２０の１次側巻線２１へ供給される。

（１．２．２ 電圧変換動作停止時の動作（入力コンデンサＣｉｎの放電動作））
図３〜図６を参照して、電圧変換動作停止時の動作を説明する。図３は、本実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の第１の例を示している。図４は、本実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の第２の例を示している。図５は、図３および図４に示した制御動作に対する比較例を示している。図６は、本実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の流れの一例を示している。

図３〜図５において、（Ａ）はＩＧスイッチ１０２による電源オン／オフ信号を示している。（Ｂ）はメインスイッチング回路１０の駆動波形を示している。（Ｃ）は補助スイッチング回路８１の駆動波形を示している。（Ｄ）は入力電圧Ｖｉｎを示している。

マイコン６４は、電圧変換装置１における電圧変換動作中（電源オン時）は、図３〜図５の（Ｂ）に示すように、電圧変換のためにメインスイッチング回路１０を駆動周波数ｆｍでスイッチング動作させるよう指示する信号を、制御信号Ｓ１として制御ＩＣ５３に出力する。マイコン６４はまた、電圧変換動作中は、図３〜図５の（Ｃ）に示すように補助スイッチング回路８１を第１のスイッチング周波数ｆ１でスイッチング動作させるよう指示する信号を、制御信号Ｓ２として補助スイッチング回路８１に出力する。

図１において、ＥＣＵ１００は、ＩＧスイッチ１０２がオフされると、入力スイッチ１０３をオフし、高圧バッテリＢＨを電圧変換装置１に対して切断する。ＥＣＵ１００はまた、制御信号Ｓ０として、電圧変換装置１における電圧変換動作の停止（電源オフ）を指示する停止指示信号をマイコン６４に出力する。

マイコン６４は、停止指示信号を受信した場合には、図６に示す流れに従って、入力コンデンサＣｉｎの放電動作を行うことで、入力コンデンサＣｉｎに蓄えられたエネルギを消費させる。マイコン６４は、入力電圧Ｖｉｎの電圧値を監視し、停止指示信号を受信した場合において、検出される電圧値が規定値（所定の目標値）に達するまで（図６のステップＳ２１；Ｎ）、入力コンデンサＣｉｎを放電させるための動作を行う。

マイコン６４は、停止指示信号を受信した場合において、入力電圧Ｖｉｎの電圧値が所定の目標値に達していない場合（図６のステップＳ２１；Ｙ）には、図３および図４の（Ｂ）に示すように、所定期間（Ｔｍ）経った後、メインスイッチング回路１０のスイッチング動作を停止させるよう指示する信号を、制御信号Ｓ１として制御ＩＣ５３に出力する。これにより、本実施の形態では、図３および図４の（Ｂ）に示すように電圧変換動作停止時においても、入力電圧Ｖｉｎの電圧値を低下させるために、タイマ制御により、所定期間（Ｔｍ）、メインスイッチング回路１０のスイッチング動作を継続させる制御を行う（図６のステップＳ２１Ａ）。

マイコン６４はまた、入力コンデンサＣｉｎを放電させるのに適した補助スイッチング回路８１の動作周波数を設定し、その周波数設定信号を、制御信号Ｓ２として補助スイッチング回路８１に出力する（図６のステップＳ２２，Ｓ２３）。その後、マイコン６４は、入力電圧Ｖｉｎの電圧値が規定値（所定の目標値）に達するまで入力コンデンサＣｉｎを放電させるための動作を行う（図６のステップＳ２４；Ｙ）。

ここで、図３は、補助スイッチング回路８１に関して、電圧変換動作停止時の動作周波数を、電圧変換動作中の動作周波数と同じに設定した場合の例を示している。図４は、補助スイッチング回路８１を、所定期間Ｔｍ経過後に、電圧変換動作中の動作周波数（第１のスイッチング周波数ｆ１）よりも周波数の高い第２のスイッチング周波数ｆ２でスイッチング動作させる制御を行った例を示している。図４では、補助スイッチング回路８１に関して、所定期間Ｔｍ経過後の動作周波数（第２のスイッチング周波数ｆ２）を、電圧変換動作中の動作周波数（第１のスイッチング周波数ｆ１）に対して２倍（ｆ２＝２ｆ１）に設定した場合の例を示している。なお、電圧変換動作停止時の所定期間Ｔｍの間も、第２のスイッチング周波数ｆ２でスイッチング動作させるようにしてもよい。また、第２のスイッチング周波数ｆ２の設定値は３倍や４倍等であってもよい。マイコン６４は、入力電圧Ｖｉｎの電圧値を監視し、検出される電圧値が所定の目標値に達するまで、補助スイッチング回路８１をスイッチング動作させる。

図５の比較例は、マイコン６４が、停止指示信号を受信した場合に、直ちにメインスイッチング回路１０のスイッチング動作を停止させるよう指示する信号を、制御信号Ｓ１として制御ＩＣ５３に出力した例を示している。

図５の比較例では、電源オフしてから入力電圧Ｖｉｎが所定の目標値に達するまで（入力コンデンサＣｉｎが放電し終わるまで）に、時間ｔ１を要している。これに対して、図３の第１の例では、電源オフしてから所定期間Ｔｍの間、メインスイッチング回路１０をスイッチング動作させていることで、時間ｔ１よりも短い時間ｔ１１で入力コンデンサＣｉｎを放電させることができる。さらに図４の第２の例では、所定期間Ｔｍ経過後に補助スイッチング回路８１の動作周波数を高くしたことで、時間ｔ１１よりもさらに短い時間ｔ４で入力コンデンサＣｉｎを放電させることができる。

［１．３ 効果］
以上のように、本実施の形態によれば、電圧変換装置１において、電圧変換動作の停止を指示する停止指示信号を受信した場合に、メインスイッチング回路１０を、入力電圧Ｖｉｎの電圧値を低下させるためにスイッチング動作させるようにしたので、電圧変換動作の停止時に入力コンデンサＣｉｎの放電を急速に、安定かつ効率的に行うことができる。

＜２．第２の実施の形態＞
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る電圧変換装置１Ａの一構成例を示している。上記第１の実施の形態に対して、本実施の形態は、電圧変換動作停止時の動作（入力コンデンサＣｉｎの放電動作）が異なっている。本実施の形態に係る電圧変換装置１Ａは、図１に示した電圧変換装置１に対して構成要素として、出力過電圧保護回路９１と、出力過電流制限回路９２とをさらに備えている。

上記第１の実施の形態では、図３および図４の（Ｂ）に示すように電圧変換動作停止時においても、タイマ制御により、所定期間（Ｔｍ）、メインスイッチング回路のスイッチング動作を継続させる制御を行う。これに対して、本実施の形態では、後述の図９および図１０の（Ｂ）に示すように電圧変換動作停止時に、出力電圧Ｖｏおよび出力電流Ｉｏの少なくとも一方を監視しながら、メインスイッチング回路１０を間欠的にスイッチング動作させる制御を行う。

出力過電圧保護回路９１は、電圧変換動作停止時における出力電圧Ｖｏの電圧値が上がりすぎることを防止するためのものである。マイコン６４は、出力過電圧保護回路９１の動作を制御する制御信号Ｓ４を出力過電圧保護回路９１に出力するようになっている。マイコン６４は、例えば、電圧変換動作停止時において過電圧であるとみなす所定の出力電圧値を示す設定信号を制御信号Ｓ４として出力する。所定の出力電圧値は例えば、後述の図９および図１０に示すように、低圧バッテリＢＬのバッテリ電圧ＶＢに対して＋ΔＶの電圧である。

出力過電流制限回路９２は、電圧変換動作停止時における出力電流Ｉｏの電流値が上がりすぎることを防止するためのものである。マイコン６４は、出力過電流制限回路９２の動作を制御する制御信号Ｓ５を出力過電流制限回路９２に出力するようになっている。マイコン６４は、例えば、電圧変換動作停止時において過電流であるとみなす所定の出力電流値（＋ΔＩ）を示す設定信号を制御信号Ｓ５として出力する。

マイコン６４は、停止指示信号を受信した場合において、出力値として出力電圧Ｖｏの電圧値および出力電流Ｉｏの電流値を検出し、その検出値が所定の出力値を超えないように、メインスイッチング回路１０を間欠的にスイッチング動作させる制御を行うようになっている。マイコン６４は、停止指示信号を受信した場合において、出力電圧Ｖｏまたは出力電流Ｉｏに関する検出値が所定の出力値を超えた場合には、メインスイッチング回路１０のスイッチング動作を一旦停止させ、検出値が所定の基準値に達した後、再度、メインスイッチング回路１０のスイッチング動作を開始させるようになっている。ここでいう所定の基準値とは、後述の図９および図１０に示すように、出力電圧Ｖｏに関しては例えば低圧バッテリＢＬのバッテリ電圧ＶＢである。

図８〜図１１を参照して、本実施の形態における電圧変換動作停止時の動作を説明する。図８は、本実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の流れの一例を示している。図９は、本実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の第１の例を示している。図１０は、本実施の形態における電圧変換動作停止時の制御動作の第２の例を示している。図１１は、図９および図１０に示した制御動作に対する比較例を示している。

図９および図１１において、（Ａ）はＩＧスイッチ１０２による電源オン／オフ信号を示している。（Ｂ）はメインスイッチング回路１０の駆動波形を示している。（Ｃ）は出力電圧Ｖｏを示している。（Ｄ）は入力電圧Ｖｉｎを示している。

図１０において、（Ａ）はＩＧスイッチ１０２による電源オン／オフ信号を示している。（Ｂ）はメインスイッチング回路１０の駆動波形を示している。（Ｃ）は出力電圧Ｖｏ、（Ｄ）は出力電流Ｉｏを示している。（Ｅ）は入力電圧Ｖｉｎを示している。

マイコン６４は、停止指示信号を受信した場合には、図８に示す流れに従って、入力コンデンサＣｉｎの放電動作を行うことで、入力コンデンサＣｉｎに蓄えられたエネルギを消費させる。マイコン６４は、入力電圧Ｖｉｎの電圧値を監視し、停止指示信号を受信した場合において、検出される電圧値が規定値（所定の目標値）に達するまで（図８のステップＳ３１；Ｎ）、入力コンデンサＣｉｎを放電させるための動作を行う。

マイコン６４は、停止指示信号を受信した場合には、図９〜図１１の（Ｂ）に示すように直ちにメインスイッチング回路１０のスイッチング動作を停止させるよう指示する信号を、制御信号Ｓ１として制御ＩＣ５３に出力する。マイコン６４はまた、停止指示信号を受信した場合において、入力電圧Ｖｉｎの電圧値が所定の目標値に達していない場合（図８のステップＳ３１；Ｙ）には、入力コンデンサＣｉｎを放電させるのに適した状態となるように、出力過電圧保護回路９１および出力過電流制限回路９２の設定を行い（図８ののステップＳ３２）、入力電圧Ｖｉｎの電圧値を低下させるために、メインスイッチング回路１０をスイッチング動作させるよう指示する動作信号を、制御信号Ｓ２として出力する（図１１のステップＳ３３）。

マイコン６４は、出力値として出力電圧Ｖｏの電圧値および出力電流Ｉｏの電流値を検出し、その検出値が所定の出力値を超えていない場合（図８のＳ３４；Ｎ）には、ステップＳ３１に戻る。その検出値が所定の出力値を超えた場合（図８のＳ３４；Ｙ）には、出力過電圧保護回路９１または出力過電流制限回路９２によって、メインスイッチング回路１０のスイッチング動作が停止（図８のステップＳ３５）した後、ステップＳ３１に戻る。

ここで、図９は、電圧変換動作停止時において、出力電圧Ｖｏが過電圧となる所定の出力電圧値（ＶＢ＋ΔＶ）によって制限された結果、メインスイッチング回路１０が間欠的にスイッチング動作している場合の例を示している。図１０は、電圧変換動作停止時において、出力電圧Ｖｏは過電圧となる所定の出力電圧値（ＶＢ＋ΔＶ）に達していないが、出力電流Ｉｏが過電流となる所定の出力電流値（＋ΔＩ）によって制限された結果、メインスイッチング回路１０が間欠的にスイッチング動作している場合の例を示している。

図１１の比較例は、電圧変換動作停止時にメインスイッチング回路１０のスイッチング動作を完全に停止させた場合の例を示している。図９および図１０の動作例では、電圧変換動作停止時にメインスイッチング回路１０を間欠的にスイッチング動作していることで、図１１の比較例に比べて短い時間ｔ５，ｔ６で入力コンデンサＣｉｎを放電させることができる。

本実施の形態によれば、電圧変換動作停止時に、出力電圧Ｖｏまたは出力電流Ｉｏを監視しながら、メインスイッチング回路１０を間欠的にスイッチング動作させるようにしたので、入力コンデンサＣｉｎの容量が大きい場合でも、短時間で入力コンデンサＣｉｎの放電を行うことができ、かつ、出力側の低圧バッテリＢＬへの負担を最小限に抑えることができる。

＜３．その他の実施の形態＞
本発明による技術は、上記各実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。

例えば、上記の各実施の形態では、入力電圧Ｖｉｎを降圧して出力電圧Ｖｏを生成するようにしたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、入力電圧Ｖｉｎを昇圧して出力電圧Ｖｏを生成してもよい。

本技術は、出力電圧Ｖｏが直流電圧であり、その直流電圧レベルを変化させることができる、全ての電源装置に適用可能である。

１，１Ａ…電圧変換装置、１０…メインスイッチング回路、２０…トランス、２１…１次側巻線、２２Ａ，２２Ｂ…２次側巻線、３０…整流回路、３１，３２…ダイオード、４０…平滑回路、５３…制御ＩＣ、５５…ドライブ回路、６４…マイコン、８０…補助電源回路、８１…補助スイッチング回路、８２…レギュレータ、９１…出力過電圧保護回路、９２…出力過電流制限回路、１００…ＥＣＵ、１０１…負荷、１０２…ＩＧスイッチ、１０３…入力スイッチ、２００…トランス、２０１…１次側巻線、２０２…２次側巻線、ＢＨ…高圧バッテリ、ＢＬ…低圧バッテリ、Ｃｉｎ…入力コンデンサ、Ｃｏｕｔ…出力平滑コンデンサ、Ｃ１１，Ｃ１２…コンデンサ、Ｄ１１…ダイオード、ｆ１…第１のスイッチング周波数、ｆ２…第２のスイッチング周波数、ｆｍ…メインスイッチング回路の駆動周波数、Ｉｉｎ…入力電流、Ｉｏ…出力電流、Ｌｃｈ…チョークコイル、ＳＷ１１〜ＳＷ１４…スイッチング素子、Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５…制御信号、Ｓ１１〜Ｓ１４…ＳＷ制御信号、Ｔｍ…所定期間（タイマ時間）、Ｔ１，Ｔ２…入力端子、Ｔ３，Ｔ４…出力端子、Ｔ５…端子、Ｖｃｃ…補助電源電圧、Ｖｉｎ…入力電圧、Ｖｏ…出力電圧、ＶＢ…バッテリ電圧。

Claims (2)

1. 入力スイッチと入力コンデンサとを介して第１の電源に接続された入力部と、
   第２の電源に接続された出力部と、
   メインスイッチング回路を含み、前記入力スイッチがオンされることにより前記入力部を介して供給された前記第１の電源からの入力電圧を電圧変換して直流の出力電圧を生成し、前記第２の電源に前記出力電圧を供給する電圧変換回路と、
   前記メインスイッチング回路のスイッチング動作を制御する制御部と、
   前記入力部における電圧値を検出する入力電圧監視部と、
   前記出力部における電圧値または電流値を検出する出力値監視部と
   を備え、
   前記入力スイッチは、車載側制御部によって制御されるものであり、
   前記車載側制御部は、前記入力スイッチをオフする場合には、前記電圧変換回路による電圧変換動作の停止を指示する停止指示信号を出力し、
   前記入力コンデンサの両端が前記第１の電源に接続されると共に、前記入力コンデンサの両端が前記入力部に接続され、
   前記入力スイッチは前記入力コンデンサと前記第１の電源との間に設けられ、
   前記制御部は、前記電圧変換回路による電圧変換動作中は電圧変換のために前記メインスイッチング回路をスイッチング動作させ、前記停止指示信号を受信した場合には、前記メインスイッチング回路を、前記入力電圧監視部で検出される電圧値が所定の目標値に達するまで、前記入力部における電圧値を低下させるために、前記電圧値が前記所定の目標値に達する前に、前記出力値監視部で検出される検出値が所定の出力値を超えた場合には、前記メインスイッチング回路のスイッチング動作を一旦停止させ、前記出力値監視部で検出される検出値が所定の基準値に達した後、再度、前記メインスイッチング回路のスイッチング動作を開始させることによって間欠的にスイッチング動作させる
   車載用電圧変換装置。
2. 車載側制御部と、第１の電源と、入力スイッチと、入力コンデンサと、車載用電圧変換装置と、第２の電源とを含み、
   前記車載用電圧変換装置は、
   前記入力スイッチと前記入力コンデンサとを介して前記第１の電源に接続された入力部と、
   前記第２の電源に接続された出力部と、
   メインスイッチング回路を含み、前記入力スイッチがオンされることにより前記入力部を介して供給された前記第１の電源からの入力電圧を電圧変換して直流の出力電圧を生成し、前記第２の電源に前記出力電圧を供給する電圧変換回路と、
   前記メインスイッチング回路のスイッチング動作を制御する制御部と、
   前記入力部における電圧値を検出する入力電圧監視部と、
   前記出力部における電圧値または電流値を検出する出力値監視部と
   を備え、
   前記入力スイッチは、前記車載側制御部によって制御されるものであり、
   前記車載側制御部は、前記入力スイッチをオフする場合には、前記電圧変換回路による電圧変換動作の停止を指示する停止指示信号を出力し、
   前記入力コンデンサの両端が前記第１の電源に接続されると共に、前記入力コンデンサの両端が前記入力部に接続され、
   前記入力スイッチは前記入力コンデンサと前記第１の電源との間に設けられ、
   前記制御部は、前記電圧変換回路による電圧変換動作中は電圧変換のために前記メインスイッチング回路をスイッチング動作させ、前記停止指示信号を受信した場合には、前記メインスイッチング回路を、前記入力電圧監視部で検出される電圧値が所定の目標値に達するまで、前記入力部における電圧値を低下させるために、前記電圧値が前記所定の目標値に達する前に、前記出力値監視部で検出される検出値が所定の出力値を超えた場合には、前記メインスイッチング回路のスイッチング動作を一旦停止させ、前記出力値監視部で検出される検出値が所定の基準値に達した後、再度、前記メインスイッチング回路のスイッチング動作を開始させることによって間欠的にスイッチング動作させる
   車載装置。

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