JP6539100B2 - Power supply control device for vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、電源から負荷に電力を供給する電線の温度に基づいた電線上の半導体スイッチング素子のオンオフにより負荷に対する電力供給及びその遮断を行う車両用電源制御装置に関する。 The present invention relates to a power supply control device for a vehicle that supplies power to a load and shuts off the load by turning on and off the semiconductor switching element on the wire based on the temperature of the wire that supplies power from the power supply to the load.
車両においては従来から、電源から負荷に対する電力供給を半導体スイッチング素子のオンオフにより制御することが行われている。中には、半導体スイッチング素子として、通過電流検出機能や過電流に対する自己保護機能等を付加したインテリジェントパワーデバイス(IPD)を用いるものもある。 In a vehicle, conventionally, power supply from a power source to a load is controlled by turning on and off a semiconductor switching element. Among them, there are those using an intelligent power device (IPD) to which a passing current detection function or a self-protection function against an overcurrent is added as a semiconductor switching element.
IPDを半導体スイッチング素子として用いれば、例えば、通過電流検出機能により検出した通過電流を用いて電源と負荷とを接続する電線の温度を推定させ、その温度が所定の上限温度以上になったら、電線保護のために半導体スイッチング素子をオフさせて負荷への電力供給を遮断させる、という運用も可能になる(例えば、特許文献1)。 If the IPD is used as a semiconductor switching element, for example, the temperature of the wire connecting the power supply and the load is estimated using the passing current detected by the passing current detection function, and when the temperature reaches a predetermined upper limit temperature It is also possible to operate to turn off the semiconductor switching element to cut off the power supply to the load for protection (for example, Patent Document 1).
また、例えば1つのIPDの通電能力では負荷を駆動するのに十分な電流を負荷に供給できない場合に、同じ規格のIPDを複数並列接続して電源と負荷との間に介設することも提案されている。この提案では、各IPDを経由する配線パターンの配線抵抗を一致させることで、各IPDに流れる電流の大きさを同じにし、特定のIPDに集中して電流が流れるのを防止するようにしている(例えば、特許文献2)。 Also, for example, when it is not possible to supply a load with sufficient current to drive a load with one IPD, it is also proposed that a plurality of IPDs of the same standard be connected in parallel and interposed between the power supply and the load. It is done. In this proposal, by matching the wiring resistances of the wiring patterns passing through each IPD, the magnitude of the current flowing in each IPD is made the same, and the current is prevented from flowing in a specific IPD. (For example, patent document 2).
しかし、基板上の配線パターンのレイアウトに制約があることを考えると、各配線パターンの配線抵抗を一致させることは実際には困難である。このため、同じ規格のIPDを複数並列接続して電源と負荷との間に介設しても、各IPDを電流が均等に流れるようにすることは難しい。 However, in view of the restriction on the layout of the wiring patterns on the substrate, it is practically difficult to match the wiring resistances of the wiring patterns. Therefore, even if a plurality of IPDs of the same standard are connected in parallel and interposed between the power supply and the load, it is difficult to make the current flow evenly through each IPD.
また、例えば車両の左右のヘッドライトのように同じ条件で駆動させる必要のある複数の負荷にも、各負荷に対応する配線の抵抗を互いに一致させて、IPDにより同じ条件で電力を供給することが考えられる。しかし、この場合も配線の路線長や線種、配策レイアウトを統一して配線抵抗を一致させることは実際には困難で、各IPDを流れる電流がばらついて各負荷の出力がばらつく可能性がある。 In addition, even for a plurality of loads that need to be driven under the same conditions, such as the headlights of the left and right of the vehicle, for example, the resistances of the wiring corresponding to each load are made to match each other to supply power under the same conditions by the IPD. Is considered. However, in this case as well, it is actually difficult to make the wiring resistance consistent by unifying the wiring route length, the wiring type, and the layout of the wiring, and the current flowing through each IPD may vary and the output of each load may vary. is there.
さらに、IPDの半導体スイッチング素子のオン抵抗や内部回路の回路抵抗には、個体間のばらつきが存在する。このようなIPDの個体間のばらつきも、各IPDを経て負荷に供給される電力にばらつきが生じる原因となる場合がある。 Furthermore, there are inter-individual variations in the on resistance of the semiconductor switching element of the IPD and the circuit resistance of the internal circuit. Such variations among individuals of IPDs may also cause variations in power supplied to a load via each IPD.
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、半導体スイッチング素子をそれぞれ設けた複数の電線を車両の電源に並列に接続して負荷に対する電力供給経路として用いるのに当たり、各半導体スイッチング素子に個体間のばらつきがあったり各電線の配線抵抗に相違があっても、各電線を介して電源から負荷に供給される電力を一致させることができる車両用電源制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to connect a plurality of electric wires provided with semiconductor switching elements in parallel with a power supply of a vehicle and use them as a power supply path for a load. To provide a power supply control device for a vehicle capable of matching the power supplied from the power supply to the load through each wire even if the switching elements have variation among individuals or the wiring resistance of each wire is different. It is in.
前記目的を達成するために、請求項1に記載した本発明の車両用電源制御装置は、
車両の電源に並列接続した複数の電線にそれぞれ設けた半導体スイッチング素子のオフにより、前記電源から前記各電線を介して負荷に供給する電力を遮断する車両用電源制御装置において、
前記電源の電圧を検出する電源電圧検出部と、
前記各半導体スイッチング素子をそれぞれ流れる通過電流を測定する電流測定部と、
前記電流測定部の測定電流と前記電源電圧検出部の検出電圧とから、前記各電線により前記負荷に供給される電力の各実供給電力値をそれぞれ算出する電線電力算出部と、
前記検出電圧及び前記負荷の抵抗から求まる前記各半導体スイッチング素子の基準となる通過電流に基づいて決定された、前記電線から前記負荷への単位時間当たりの目標供給電力の設計値に、前記各電線から前記負荷への各実供給電力値を一致させるための、前記各電線毎の前記各半導体スイッチング素子のPWM制御のデューティー比をそれぞれ決定するデューティー比決定部と、
前記各半導体スイッチング素子を該各半導体スイッチング素子に対応して前記デューティー比決定部が決定したデューティー比でそれぞれPWM制御するPWM制御部と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a vehicle power control apparatus of the present invention described in claim 1 is:
By turning off the semiconductor switching element provided in each of a plurality of wires connected in parallel to the power supply of the vehicle, Te power controller odor vehicle to cut off power supplied to the load via the respective wires from the power supply,
A power supply voltage detection unit that detects a voltage of the power supply;
A current measuring unit for measuring a passing current through pre Symbol of the semiconductor switching devices, respectively,
And wire power calculating section for calculating the detected voltage Toka et of the the measured current of the current measuring unit supply voltage detection unit, before Symbol each actual supply electric power value of the power supplied to the load by the electric wires respectively,
Each of the electric wires has a design value of a target supplied power per unit time from the electric wire to the load, which is determined based on a passing current serving as a reference of each of the semiconductor switching elements determined from the detected voltage and the resistance of the load. and the duty ratio determining unit for determining said to match each actual supply electric power value to the load, the duty ratio of the PWM control before Symbol the semiconductor switching devices of each wire respectively from,
A PWM control unit that performs PWM control of each of the semiconductor switching elements according to the duty ratio determined by the duty ratio determination unit corresponding to each of the semiconductor switching elements;
And the like.
請求項1に記載した本発明の車両用電源制御装置によれば、電流測定部で測定した各半導体スイッチング素子の通過電流と、電源電圧検出部で検出した電源の電圧とから、各半導体スイッチング素子の基準となる通過電流が求まる。そして、求まった基準の通過電流に基づいて、各電線から負荷に供給される電力の各実供給電力値が各電線毎に算出される。さらに、算出された各電線毎の負荷に対する供給電力を、電源電圧検出部の検出電圧及び負荷の抵抗に基づいて決定された電線から負荷への単位時間当たりの目標供給電力の設計値に一致させるための、各電線毎の半導体スイッチング素子のPWM制御におけるデューティー比が決定される。 According to the vehicle power supply control device of the present invention according to claim 1, passing current and voltage Toka et of the detected power supply voltage detection unit of the semiconductor switching elements measured by the current measuring unit, each of the semiconductor switching A passing current to be a reference of the element is determined. Then, based on the current passing through Motoma' criteria each actual supply electric power value of the power supplied to the al load or each conductive line is calculated for each wire. Further, the power supplied to the load of each electric wire issued calculated, the target design value of power supplied per unit time from the electric wire, which is determined based on the resistance of the sensing voltage and load of the power supply voltage detecting unit to the load one The duty ratio in the PWM control of the semiconductor switching element for each wire is determined for the purpose of matching.
そして、目標供給電力の設計値が、電流測定部で測定した半導体スイッチング素子の通過電流と電源電圧検出部で検出した電源の電圧とから算出した負荷への実供給電力値よりも低い電線については、負荷への実供給電力値をそれよりも低い目標の供給電力に一致させるためのPWM制御におけるデューティー比が、オンデューティーを減らす内容となる。 The design value of the target supply electric power for lower wires than the actual supply electric power value to the loads calculated from the passing current and the voltage of the power detected by the power supply voltage detection unit of the semiconductor switching elements measured by the current measuring unit In this case, the duty ratio in PWM control for matching the actual supply power value to the load to the target supply power lower than that decreases the on-duty.
反対に、目標供給電力の設計値が、電流測定部で測定した半導体スイッチング素子の通過電流と電源電圧検出部で検出した電源の電圧とから算出した負荷への実供給電力値よりも高い電線については、負荷への実供給電力値をそれよりも高い目標の供給電力に一致させるためのPWM制御におけるデューティー比が、オンデューティーを増やす内容となる。 Conversely, the design value of the target supply electrical power is higher than the actual supply electric power value to the loads calculated from the passing current and the voltage of the power detected by the power supply voltage detection unit of the semiconductor switching elements measured by the current measuring unit wire The duty ratio in the PWM control to make the actual supply power value to the load match the target supply power higher than that is the content that increases the on-duty.
そのいずれにしても、各半導体スイッチング素子の通過電流の測定値と電源電圧検出部で検出した電源の電圧とから算出した各電線による負荷への供給電力が、電源電圧検出部で検出した電源の電圧と負荷の抵抗とに基づいて決定された目標供給電力の設計値に一致するデューティー比で半導体スイッチング素子をPWM制御することで、その後に算出される各電線による負荷への供給電力が一致するようになる。 Anyway the supply power to the load by the wire calculated from the voltage measurement and the power supply voltage detected by power detection section of the current passing through the semiconductor switching element is detected by supply voltage detecting unit By performing PWM control of the semiconductor switching element at a duty ratio that matches the design value of the target supply power determined based on the voltage of the power supply and the resistance of the load, the supply power to the load by each wire calculated thereafter can be obtained. Become a match.
よって、半導体スイッチング素子をそれぞれ設けた複数の電線を車両の電源に並列に接続して負荷に対する電力供給経路として用いるのに当たり、各半導体スイッチング素子に個体間のばらつきがあったり各電線の配線抵抗に相違があっても、各電線を介して電源から負荷に供給される電力を一致させることができる。 Therefore, when a plurality of electric wires provided with semiconductor switching elements are connected in parallel to the power supply of the vehicle and used as a power supply path for the load, there is a variation among the individual semiconductor switching elements, or the wiring resistance of each electric wire Even if there is a difference, it is possible to match the power supplied from the power source to the load via each wire.
本発明によれば、半導体スイッチング素子をそれぞれ設けた複数の電線を車両の電源に並列に接続して負荷に対する電力供給経路として用いるのに当たり、各半導体スイッチング素子に個体間のばらつきがあったり各電線の配線抵抗に相違があっても、各電線を介して電源から負荷に供給される電力を一致させることができる。 According to the present invention, when a plurality of electric wires provided with the semiconductor switching elements are connected in parallel to the power supply of the vehicle and used as a power supply path for the load, there is individual variation among the semiconductor switching elements. Even if there is a difference in the wiring resistance, the power supplied from the power supply to the load can be made to match through the respective electric wires.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施形態に係る電源制御装置の原理的な構成を示す回路図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a basic configuration of a power supply control device according to an embodiment of the present invention.
本実施形態の電源制御装置1(請求項中の車両用電源制御装置に相当)は、不図示の車両に搭載された電源Bから負荷3に対する、配線抵抗が同様又は異なる2つの電線51,52の並列回路5を介した電力供給をオンオフさせる、各電線51,52上に設けたインテリジェントパワーデバイス(IPD)131,132の動作を、制御部11により制御するものである。なお、負荷3は、本実施形態では、例えばヘッドライト等の電装品であるものとする。
The power supply control device 1 of the present embodiment (corresponding to the power supply control device for vehicles in the claims) has two
各インテリジェントパワーデバイス(IPD)131,132は、半導体スイッチング素子aと電流測定部bとをそれぞれ内蔵している。半導体スイッチング素子aは、入力スイッチSWのオンオフ操作に応じて制御部11が各IPD131,132に出力する駆動信号DR1,DR2によりそれぞれオンオフされる。電流測定部bは、オン時の半導体スイッチング素子aを経て対応する電線51,52を流れる通過電流を測定する。
Each intelligent power device (IPD) 131, 132 incorporates a semiconductor switching element a and a current measuring unit b. The semiconductor switching element a is turned on and off by drive signals DR1 and DR2 output from the
なお、各IPD131,132の半導体スイッチング素子aは、電流測定部bが測定する通過電流が、過電流保護のためにその電線51,52に設定された遮断電流まで上昇すると、制御部11の制御によりオフされる。
The semiconductor switching elements a of the
制御部11は、プログラムの実行により各種処理を実現するマイクロコンピュータやカスタムIC等によって構成される。そして、制御部11は、電源電圧入力端子BATT、入力端子IN、出力端子OUT1,OUT2、検出電流入力端子SI1,SI2を有している。
The
電源電圧入力端子BATTは、電源Bの電圧をモニタするための端子で、電源電圧入力端子BATTには、電源電圧を分圧抵抗R1,R2で分圧した電圧値VBが入力される。入力端子INは、入力スイッチSWのオンオフ状態をモニタするための端子で、入力スイッチSWのオンオフ状態に応じたスイッチ信号Sが入力される。 The power supply voltage input terminal BATT is a terminal for monitoring the voltage of the power supply B, and a voltage value VB obtained by dividing the power supply voltage by the voltage dividing resistors R1 and R2 is input to the power supply voltage input terminal BATT. The input terminal IN is a terminal for monitoring the on / off state of the input switch SW, and receives the switch signal S according to the on / off state of the input switch SW.
出力端子OUT1,OUT2は、原則的に、入力端子INのスイッチ信号Sがオン状態のときに、対応するIPD131,132の半導体スイッチング素子aをDC駆動又はPWM駆動によりオンさせるための駆動信号DR1,DR2をそれぞれ出力する。検出電流入力端子SI1,SI2には、対応するIPD131,132の電流測定部bで測定した通過電流の値を示す電流検出信号I1,I2がそれぞれ入力される。
In principle, when the switch signal S at the input terminal IN is in the on state, the output terminals OUT1 and OUT2 are drive signals DR1 and DR1 for turning on the semiconductor switching elements a of the
制御部11は、出力端子OUT1,OUT2から出力する駆動信号DR1,DR2により、対応するIPD131,132の半導体スイッチング素子aをDC駆動又はPWM駆動でオンさせる。
The
また、制御部11は、検出電流入力端子SI1,SI2に入力される各IPD131,132の電流測定部bからの電流検出信号I1,I2が示す各電線51,52の通過電流がその電線51,52に対して予め定められた遮断電流まで上昇すると、制御部11は、駆動信号DR1,DR2の出力を強制終了して、対応するIPD131,132の半導体スイッチング素子aを強制的にオフさせる。
In addition, the
ところで、IPD131,132の半導体スイッチング素子aのオン抵抗や内部回路の回路抵抗には、個体間のばらつきが存在する。そのため、同じ条件で半導体スイッチング素子aをオンさせたIPD131,132の個体間でも、電流測定部bが測定する各電線51,52の通過電流にばらつきが生じる場合がある。
By the way, in the ON resistance of the semiconductor switching element a of the
また、電線51,52の相互間にも、路線長や線種、配策レイアウトの不一致から配線抵抗のばらつきが存在することがある。このような配線抵抗のばらつきが存在すると、仮に、IPD131,132の半導体スイッチング素子aのオン抵抗や内部回路の回路抵抗に個体間のばらつきが存在しなくても、電流測定部bが測定する各電線51,52の通過電流にばらつきが生じる場合がある。
In addition, due to the mismatch between the wire length, the wire type, and the layout of the wiring between the
各電線51,52の通過電流にこのようなばらつきがあると、制御部11がIPD131,132の半導体スイッチング素子aを同じデューティー比のPWM制御でオンオフさせても、各電線51,52が負荷3に供給する電力にばらつきが生じる。
If the passing currents of the
すると、負荷3に対する供給電力が大きい電線51,52ほど、電線51,52の温度が遮断温度まで上昇してIPD131,132が遮断されやすくなり、負荷3に対する供給電力が小さく負荷3への電力供給を続ける電線51,52のIPD131,132に、電流が集中して流れて異常発熱や耐性劣化が起きてしまう可能性がある。
Then, the temperature of the
そこで、制御部11は、電源電圧入力端子BATTに入力される電圧値VBから電源Bの電圧を算出し、これと、検出電流入力端子SI1,SI2に入力される各IPD131,132の電流測定部bからの電流検出信号I1,I2とにより、各電線51,52により負荷3に供給される電力を算出する。
Therefore, the
そして、各電線51,52の算出した供給電力が一致するように、出力端子OUT1,OUT2から対応する各IPD131,132に出力する半導体スイッチング素子aの駆動信号DR1,DR2のデューティー比を調整する制御を行う。
Then, control is performed to adjust the duty ratio of the drive signals DR1 and DR2 of the semiconductor switching element a output from the output terminals OUT1 and OUT2 to the
即ち、制御部11は、各IPD131,132の電流測定部bでそれぞれ検出される通過電流と電源Bの電圧とから算出した負荷3へので供給電力と、予め設定した供給電力の基準値である設計値との比較に基づいて、対応するIPD131,132の半導体スイッチング素子aのデューティー比をそれぞれ調整する制御を行う。
That is, the
図2は、制御部11の内部で実行される処理を模式的に示すブロック図である。制御部11は、不図示のメモリに格納されたプログラムを実行することで、電源電圧検出部111、入力判定制御部112、PWM_DUTY比制御部113a,113b、電流検出部114a,114b、DUTY比検出部115a,115b、電力データ算出部116a,116b、及び、DUTY比補正値算出部117a,117bの各機能を実現する。
FIG. 2 is a block diagram schematically showing a process performed inside the
電源電圧検出部111は、電源電圧入力端子BATTに入力される電圧値VBと分圧抵抗R1,R2の分圧比とから、電源Bの端子電圧(以下、「電源電圧」という。)を検出し、検出した電源電圧の値を示す電源電圧データ信号を出力する。入力判定制御部112は、入力端子INに入力されるスイッチ信号Sに基づいて、入力スイッチSWのオンオフ状態を判定し、入力スイッチSWのオン状態においてSW入力信号を出力する。
The power supply
各PWM_DUTY比制御部113a,113b(請求項中のPWM制御部に相当)は、各電線51,52のIPD131,132にそれぞれ対応して設けられている。各PWM_DUTY比制御部113a,113bは、入力判定制御部112からのSW入力信号が入力されている間、出力端子OUT1,OUT2に駆動信号DR1,DR2を出力する。
The PWM_DUTY
各駆動信号DR1,DR2のデューティー比(本実施形態ではオンデューティー期間の割合)は、DC駆動の場合は100%、PWM駆動の場合は100%未満に設定される。このデューティー比は、入力スイッチSWのオン直後は、負荷3の駆動内容に応じた初期値とされ、その後は、DUTY比補正値算出部117a,117bが算出する後述のデューティー比補正値に補正される。
The duty ratio of each of the drive signals DR1 and DR2 (the ratio of the on-duty period in the present embodiment) is set to 100% in the case of DC drive and less than 100% in the case of PWM drive. The duty ratio is set to an initial value according to the drive content of the
各電流検出部114a,114b及び各DUTY比検出部115a,115bは、検出電流入力端子SI1,SI2にそれぞれに入力される電流検出信号I1,I2から、対応するIPD131,132内の電流測定部bが検出する各電線51,52の通過電流及びそのデューティー比をそれぞれ検出し、検出結果を示す電流データ信号及びDUTY比信号をそれぞれ出力する。
The respective
図3は、各電流検出部114a,114b及び各DUTY比検出部115a,115bが各電線51,52の通過電流及びそのデューティー比を検出する際の手順を示すタイミングチャートである。図3の上段に示す入力判定制御部112からのSW入力信号S1がオフからオンに切り替わると、駆動信号DR1,DR2によりオンオフ駆動されたIPD132,132を介して負荷3に電源Bからの電力が供給される。
FIG. 3 is a timing chart showing a procedure when each of the
そして、図3の中段に示すように、IPD131,132の電流測定部bが測定した各電線51,52の通過電流に応じた電流検出信号I1,I2が、検出電流入力端子SI1,SI2に入力される。電流検出部114a,114b及びDUTY比検出部115a,115bは、図3の下段に示すサンプルタイミングで検出電流入力端子SI1,SI2の電流検出信号I1,I2をサンプリングする。
Then, as shown in the middle part of FIG. 3, the current detection signals I1 and I2 corresponding to the passing currents of the
各電流検出部114a,114bは、電流検出信号I1,I2の立ち上がりから立ち下がりまでのレベルが0でない連続区間(オン区間)の各サンプリング値の平均値を、各電線51,52の通過電流として検出する。各DUTY比検出部115a,115bは、電流検出信号I1,I2の立ち上がりと立ち下がりのタイミングから、電流検出信号I1,I2における各電線51,52の通過電流のオン区間及びオフ区間を特定し、特定したオン区間及びオフ区間から、各電線51,52の通過電流のオンオフ周期乃至デューティー比を検出する。
The
なお、各DUTY比検出部115a,115bは、PWM_DUTY比制御部113a,113bが設定した駆動信号DR1,DR2のデューティー比を、各電線51,52の通過電流のオンオフのデューティー比として検出してもよい。
Each of the
図2に示す電力データ算出部116a,116bは、電源電圧検出部111からの電源電圧データ信号と、電流検出部114a,114b及びDUTY比検出部115a,115bからの電流データ信号及びDUTY比信号とから、対応する各電線51,52を介して単位時間当たりに負荷3に供給された実際の電力値(実供給電力値=実効値)をそれぞれ算出する。
Power
具体的には、各電力データ算出部116a,116b(請求項中の電線電力算出部に相当)は、電流データ信号及びDUTY比信号が示す対応する各電線51,52の通過電流及びそのデューティー比を乗じて電流時間積を求め、これに、電源電圧データ信号が示す電源電圧を乗じて、各電線51,52の負荷3に対する単位時間当たりの実供給電力値をそれぞれ算出する。そして、各電力データ算出部116a,116bは、算出した実供給電力値を示す電力データ信号をそれぞれ出力する。
Specifically, each of the power
各DUTY比補正値算出部117a,117bは、駆動信号DR1,DR2のデューティー比補正値(PWM制御のデューティー比の補正値)を算出し、算出した補正値を示す補正DUTY比信号を出力する。
The respective duty ratio correction
駆動信号DR1,DR2のデューティー比補正値は、各電力データ算出部116a,116bからの電力データ信号が示す各電線51,52の負荷3に対する単位時間当たりの実供給電力値を、上述した負荷3に対応する単位時間当たりの供給電力の目標電力値(設計値)と一致させるためのものである。
The duty ratio correction values of the drive signals DR1 and DR2 represent the actual supplied power per unit time to the
なお、設計値は、電源電圧検出部111が検出する電源Bの電源電圧に応じて決定される。例えば、負荷3が車両のバルブ(定格電圧12V、消費電力60W)であり、各PWM/DC制御及び遮断判定部113a,113bが対応するIPD131,132の半導体スイッチング素子aをDC駆動しているものとする。この場合、各電線51,52には2.5Aの電流が流れる。
The design value is determined according to the power supply voltage of the power supply B detected by the power supply
この状態で、例えば、電源電圧検出部111が検出した電源Bの電源電圧が13.5Vであったとすると、各電線51,52を流れる電流は、2.5A×(13.5V/12V)^0.5=2.65Aとなる。
In this state, for example, assuming that the power supply voltage of the power supply B detected by the power supply
そこで、電源Bの電源電圧が13.5Vであるときの設計値は、そのときに各電線51,52を流れる電流を乗じた、13.5V×2.65A=35.8Wとなる。なお、設計値は、電源電圧検出部111が電源Bの電源電圧を検出する都度この計算式を用いて算出しても良く、電源電圧検出部111が電源Bの電源電圧を検出する都度、制御部11の内蔵メモリ(図示せず)に電源Bの電源電圧と対応付けて記憶したテーブルから読み出しても良い。
Therefore, the design value when the power supply voltage of the power supply B is 13.5 V is 13.5 V × 2.65 A = 35.8 W multiplied by the current flowing through each of the
そして、各DUTY比補正値算出部117a,117bは、各電力データ算出部116a,116bからの電力データ信号が示す各電線51,52の負荷3に対する単位時間当たりの実供給電力値が、上述した設計値よりも高い場合に、電力データ信号が示す実供給電力値を設計値に一致させるための、駆動信号DR1,DR2のデューティー比を算出する。
Then, each duty ratio correction
例えば、電流検出部114aが、IPD131の電流測定部bが測定した電線51の通過電流を3.0Aであると検出し、これに基づいて、電力データ算出部116aが、電線51の負荷3に対する単位時間当たりの実供給電力値を13.5V×3.0A=40.5Wと算出したものとする。
For example, the
また、電流検出部114bは、IPD132の電流測定部bが測定した電線52の通過電流を2.5Aであると検出し、これに基づいて、電力データ算出部116bが、電線52の負荷3に対する単位時間当たりの実供給電力値を13.5V×2.5A=35.8Wと算出したものとする。
Further, the
この場合、電力データ算出部116aが算出した電線51の負荷3に対する単位時間当たりの実供給電力値は設計値よりも高く、電力データ算出部116bが算出した電線52の負荷3に対する単位時間当たりの実供給電力値は設計値と等しい。
In this case, the actual supplied power value per unit time for
そこで、DUTY比補正値算出部117aは、電力データ算出部116aからの電力データ信号が示す電線51の負荷3に対する単位時間当たりの実供給電力値を上述した設計値と一致させるように、駆動信号DR1のデューティー比補正値を算出し、算出した補正値を示す補正DUTY比信号を出力する。
Therefore, the duty ratio correction
具体的には、電力データ算出部116aが算出する電線51の負荷3に対する単位時間当たりの実供給電力値が、現在の40.5Wから設計値である35.8Wに下がるように、駆動信号DR1のデューティー比補正値を算出する。
Specifically, the drive signal DR1 is calculated so that the actual supplied power value per unit time for the
この場合のデューティー比補正値は、電力データ算出部116aが算出する現在の実供給電力値(40.5W)で、目標とする設計値(35.8W)を除することで(35.8/40.5)、算出することができる(デューティー比補正値=88.4%)。
In this case, the duty ratio correction value is obtained by dividing the target design value (35.8 W) by the current actual supplied power value (40.5 W) calculated by the power
そして、PWM_DUTY比制御部113aは、出力端子OUT1に駆動信号DR1を出力している間にDUTY比補正値算出部117aからの補正DUTY比信号が入力されると、出力端子OUT1に出力する駆動信号DR1のデューティー比を、補正DUTY比信号が示す駆動信号DR1のデューティー比補正値に補正する。したがって、IPD131の半導体スイッチング素子aの動作状態はDC駆動からデューティー比=88.4%のPWM駆動に変わる。
The PWM_DUTY
一方、DUTY比補正値算出部117bは、電力データ算出部116bが算出した電線52の負荷3に対する単位時間当たりの実供給電力値が設計値と等しいので、駆動信号DR1のデューティー比補正値を100%(補正なし)と算出し、算出した補正値を示す補正DUTY比信号を出力する。このため、IPD132の半導体スイッチング素子aはDC駆動を続ける。
On the other hand, since the actual supplied power value per unit time for
以上に、PWM_DUTY比制御部113a,113bが対応するIPD131,132の半導体スイッチング素子aをDC駆動している場合の例を説明した。
The example in the case where the PWM_DUTY
次に、PWM_DUTY比制御部113a,113bが対応するIPD131,132の半導体スイッチング素子aをPWM駆動している場合の例を説明する。
Next, an example in which the PWM_DUTY
例えば、各PWM_DUTY比制御部113a,113bが対応するIPD131,132の半導体スイッチング素子aを50%デューティー比のPWM駆動しているものとする。この場合、電源電圧検出部111が検出した電源Bの電源電圧が13.5Vであったとすると、IPD131,132の半導体スイッチング素子aのオン区間において、各電線51,52を、2.5A×(13.5V/12V)^0.5=2.65Aの電流が流れる。
For example, it is assumed that the respective semiconductor switching elements a of the
したがって、電源Bの電源電圧が13.5Vであるときの、50%デューティー比のPWM駆動時における設計値は、DC駆動時の設計値(13.5V×2.65A=35.8W)の50%の17.9Wとなる。 Therefore, when the power supply voltage of the power supply B is 13.5 V, the design value at the time of PWM drive of 50% duty ratio is 50 of the design value (13.5 V × 2.65 A = 35.8 W) at the time of DC drive. It becomes 17.9 W of%.
この状態で、例えば、電流検出部114aが、半導体スイッチング素子aのオン区間においてIPD131の電流測定部bが測定した電線51の通過電流を3.0Aであると検出し、これに基づいて、電力データ算出部116aが、電線51の負荷3に対する単位時間当たりの実供給電力値を13.5V×3.0A×50%=20.25Wと算出したものとする。
In this state, for example, the
また、電流検出部114bは、半導体スイッチング素子aのオン区間においてIPD132の電流測定部bが測定した電線52の通過電流を2.5Aであると検出し、これに基づいて、電力データ算出部116bが、電線52の負荷3に対する単位時間当たりの実供給電力値を13.5V×2.5A×50%=17.9Wと算出したものとする。
Further, the
この場合も、DUTY比補正値算出部117aは、電力データ算出部116aが算出した電線51の負荷3に対する単位時間当たりの実供給電力値は設計値よりも高いので、実供給電力値が現在の20.25Wから設計値である17.9Wに下がるように、駆動信号DR1のデューティー比補正値(17.9/20.25=88.4%)を算出する。
Also in this case, since the duty ratio correction
一方、DUTY比補正値算出部117bは、電力データ算出部116bが算出した電線52の負荷3に対する単位時間当たりの実供給電力値が設計値と等しいので、駆動信号DR1のデューティー比補正値を100%(補正なし)と算出し、算出した補正値を示す補正DUTY比信号を出力する。このため、IPD132の半導体スイッチング素子aは50%デューティー比のPWM駆動を続ける。
On the other hand, since the actual supplied power value per unit time for
なお、IPD131,132の半導体スイッチング素子aをPWM駆動する際の駆動信号DR1,DR2の周波数は、例えば100Hzとすることができる。
The frequency of the drive signals DR1 and DR2 at the time of PWM driving the semiconductor switching elements a of the
以上の説明からも明らかなように、本実施形態の電源制御装置1では、請求項中のデューティー比決定部が、制御部11のPWM_DUTY比制御部113a,113bとDUTY比補正値算出部117a,117bとによって構成されている。
As apparent from the above description, in the power supply control device 1 of this embodiment, the duty ratio determination unit in the claims includes the PWM_DUTY
次に、上述した構成の電源制御装置1において行われる動作(作用)について、制御部11が行う処理に関する動作を抜粋して、図4のフローチャートを参照して説明する。電源制御装置1においては、一定の周期毎に図4のフローチャートに示す動作が繰り返し行われる。
Next, regarding the operation (action) performed in the power supply control device 1 having the above-described configuration, the operation related to the process performed by the
まず、スイッチ信号Sの信号レベルから、入力スイッチSWがオンであるか否かを確認する(ステップS1)。入力スイッチSWがオンでない場合は(ステップS1でNO)、IPD131,132の半導体スイッチング素子aの駆動により負荷3に対する電力供給を制御する機能を停止させる(ステップS3)。そして、PWM_DUTY比制御部113a,113bによる駆動信号DR1,DR2の出力を停止してIPD131,132をオフさせた後(ステップS5)、一連の動作を終了する。
First, from the signal level of the switch signal S, it is confirmed whether the input switch SW is on (step S1). If the input switch SW is not on (NO in step S1), the function of controlling the power supply to the
一方、入力スイッチSWがオンである場合は(ステップS1でYES)、電源電圧入力端子BATTに電圧値VBが入力されたか否かを確認する(ステップS7)。入力されていない場合は(ステップS7でNO)、後述するステップS25に進み、入力された場合は(ステップS7でYES)、入力された電圧値VBから電源電圧検出部111により電源Bの電源電圧(0〜20V)を検出する(ステップS9)。検出した電源電圧は、電源電圧データ信号によって電力データ算出部116a,116bに通知する。
On the other hand, when the input switch SW is on (YES in step S1), it is checked whether the voltage value VB is input to the power supply voltage input terminal BATT (step S7). If it is not input (NO in step S7), the process proceeds to step S25 described later, and if it is input (YES in step S7), the power supply voltage of power supply B is determined by power supply
続いて、電流検出部114a,114bが電流検出信号I1,I2のオン区間を検出したか(電流値は検出できたか)否かを確認する(ステップS11)。電流検出信号I1,I2のオン区間を検出していない場合は(ステップS11でNO)、ステップS25に進む。また、検出した場合は(ステップS11でYES)、電流検出部114a,114bにより各電線51,52の通過電流を検出し、対応する電流データ信号を生成する(ステップS13)。
Subsequently, it is checked whether or not the
続いて、DUTY比検出部115が電流検出信号Iのデューティー比を検出したか(DUTY比は検出できたか)否かを確認する(ステップS15)。電流検出信号I1,I2のデューティー比を検出していない場合は(ステップS15でNO)、ステップS25に進む。また、検出した場合は(ステップS15でYES)、各電線51,52を介して単位時間当たりに負荷3に供給された実供給電力値を示す電力データを電力データ算出部116a,116bにより算出する(ステップS17)。
Subsequently, it is checked whether the duty ratio detection unit 115 detects the duty ratio of the current detection signal I (whether the duty ratio has been detected) (step S15). When the duty ratio of the current detection signals I1 and I2 is not detected (NO in step S15), the process proceeds to step S25. If detected (YES in step S15), the
そして、算出した電力データ(負荷3の実供給電力値)の示す各電線51,52を介して単位時間当たりに負荷3に供給された実供給電力値が設計値よりも大きいか否かを確認する(ステップS19)。設計値よりも大きくない場合は(ステップS19でNO)、実供給電力値が設計値と等しいものとして、ステップS25に進む。
Then, it is confirmed whether or not the actual supplied power value supplied to the
また、設計値よりも大きい場合は(ステップS19でYES)、該当する電線51,52の負荷3に対する単位時間当たりの実供給電力値を設計値と一致させるための、対応するIPD131,132の半導体スイッチング素子aに出力する駆動信号DR1,DR2のデューティー比の補正値を、対応するDUTY比補正値算出部117a,117bにおいて算出する(ステップS21)。
In addition, when it is larger than the design value (YES in step S19), the corresponding semiconductor of
そして、実供給電力値が設計値よりも大きい電線51,52に設けたIPD131,132の半導体スイッチング素子aの、DC駆動又はPWM駆動におけるデューティー比を、対応するDUTY比補正値算出部117a,117bが算出した補正値で補正し、補正後のデューティー比でPWM_DUTY比制御部113a,113bが対応するIPD131,132の半導体スイッチング素子aをDC駆動又はPWM駆動させた後(ステップS23)、一連の動作を終了する。
The duty ratio in the DC drive or PWM drive of the semiconductor switching element a of the
ステップS25では、電線51,52を介して負荷3に、これまでと同じく設計値と等しい電力が単位時間当たりに供給されるように、電線51,52のIPD131,132をこれまでと同じデューティー比で駆動させる。ここでは電線51,52のIPD131,132がこれまでDC駆動されていたものとして、各PWM_DUTY比制御部113a,113bからIPD131,132の半導体スイッチング素子aに、半導体スイッチング素子aをDC駆動するための駆動信号DR1,R2を出力する。その後、一連の動作を終了する。
In step S25, the
上述した動作を行う本実施形態の電源制御装置1では、電源Bに並列接続した電線51,52にそれぞれ設けたIPD131,132の半導体スイッチング素子aのオフにより、電源Bから各電線51,52を介して負荷3に供給する電力を遮断するのに当たり、各電線51,52上の半導体スイッチング素子aをそれぞれ流れる通過電流をIPD131,132の電流測定部bで測定する。そして、電源電圧入力端子BATTに入力される電圧値VBと測定電流とから、各電線51,52により負荷3に供給される電力を電力データ算出部116a,116bで算出する。
In the power supply control device 1 of the present embodiment that performs the above-described operation, when the semiconductor switching elements a of the
また、各電線51,52が負荷3に供給する電力を一致させるための、電線51,52上のIPD131,132の半導体スイッチング素子aの駆動をPWM制御する際のデューティー比の補正値を、DUTY比補正値算出部117a,117bで算出する。そして、算出した補正値で補正したデューティー比で、PWM_DUTY比制御部113a,113bが対応するIPD131,132の半導体スイッチング素子aの駆動をPWM制御する。
In addition, the duty ratio correction value at the time of performing PWM control of the driving of the semiconductor switching element a of the
このため、補正後のデューティー比でIPD131,132の半導体スイッチング素子aをPWM制御することで、半導体スイッチング素子aのオン抵抗や内部回路の回路抵抗にIPD131,132の個体間でばらつきがあったり、電線51,52の路線長や線種、配策レイアウトの不統一で電線51,52の配線抵抗にばらつきがあっても、各電線51,52を介して負荷3に供給される電力を一致させることができる。
Therefore, by performing PWM control on the semiconductor switching elements a of the
なお、上述した実施形態では、負荷3に電源Bの電力を供給する並列回路5が、IPD131,132をそれぞれ介設した2つの電線51,52で構成されている場合について説明した。しかし、IPDをそれぞれ介設した3つ以上の電線によって並列回路を構成した場合にも、本発明は適用可能である。
In the embodiment described above, the
また、各電線の実供給電力値が異なる場合に、上述した実施形態では、各電線の実供給電力値を設計値に一致させるものとした。しかし、例えば、各電線の実供給電力値のうち低い方の電力値や高い方の電力値に他方の電線の実供給電力値を一致させたり、電線が3つ以上ある場合に、中間の電力値に他の電線の実供給電力値を一致させても良い。 In addition, when the actual supplied power value of each wire is different, in the above-described embodiment, the actual supplied power value of each wire is made to match the design value. However, for example, when the actual supply power value of the other wire is made equal to the lower power value or the higher power value of the actual supply power values of each wire, or when there are three or more wires, intermediate power The values may be matched with the actual power supply values of other wires.
さらに、上述した実施形態ではIPD131,132を用いたが、パワー半導体スイッチ等、IPD131,132以外の半導体スイッチング素子を用いて負荷3に対する電力供給を制御する場合にも、本発明は適用可能である。
Furthermore, although IPD 131,132 was used in embodiment mentioned above, this invention is applicable also when controlling electric power supply to the
また、上述した実施形態では、並列回路5の各電線51,52により共通の負荷3に電源Bの電力を供給する場合について説明したが、本発明は、電源に並列接続した複数の電線により個別の負荷にそれぞれ電力を供給する場合にも適用可能である。
In the embodiment described above, the case where the power of the power supply B is supplied to the
本発明は、車両の電源に並列接続した複数の電線にそれぞれ設けた半導体スイッチング素子のオフにより、電源から各電線を介して負荷に供給する電力を遮断する際に用いて極めて有用である。 The present invention is extremely useful when the power supplied to the load from the power supply to the load is cut off by turning off the semiconductor switching elements respectively provided to the plurality of wires connected in parallel to the power supply of the vehicle.
1 電源制御装置(車両用電源制御装置)
3 負荷
5 並列回路
11 制御部
51,52 電線
111 電源電圧検出部
112 入力判定制御部
113a,113b PWM_DUTY比制御部(デューティー比決定部、PWM制御部)
114a,114b 電流検出部
115a,115b DUTY比検出部
116a,116b 電力データ算出部(電線電力算出部)
117a,117b DUTY比補正値算出部(デューティー比決定部)
131,132 インテリジェントパワーデバイス(IPD)
a 半導体スイッチング素子
b 電流測定部
B 電源
BATT 電源電圧入力端子
DR1,DR2 駆動信号
I1,I2 電流検出信号
IN 入力端子
OUT1,OUT2 出力端子
S スイッチ信号
S1 SW入力信号
SI1,SI2 検出電流入力端子
SW 入力スイッチ
1 Power supply control device (vehicle power supply control device)
DESCRIPTION OF
114a, 114b
117a, 117b Duty ratio correction value calculation unit (duty ratio determination unit)
131, 132 Intelligent Power Device (IPD)
a Semiconductor switching element b Current measurement unit B Power supply BATT Supply voltage input terminal DR1, DR2 Drive signal I1, I2 Current detection signal IN input terminal OUT1, OUT2 output terminal S switch signal S1 SW input signal SI1, SI2 detected current input terminal SW input switch
Claims (1)
前記電源の電圧を検出する電源電圧検出部と、
前記各半導体スイッチング素子をそれぞれ流れる通過電流を測定する電流測定部と、
前記電流測定部の測定電流と前記電源電圧検出部の検出電圧とから、前記各電線により前記負荷に供給される電力の各実供給電力値をそれぞれ算出する電線電力算出部と、
前記検出電圧及び前記負荷の抵抗から求まる前記各半導体スイッチング素子の基準となる通過電流に基づいて決定された、前記電線から前記負荷への単位時間当たりの目標供給電力の設計値に、前記各電線から前記負荷への各実供給電力値を一致させるための、前記各電線毎の前記各半導体スイッチング素子のPWM制御のデューティー比をそれぞれ決定するデューティー比決定部と、
前記各半導体スイッチング素子を該各半導体スイッチング素子に対応して前記デューティー比決定部が決定したデューティー比でそれぞれPWM制御するPWM制御部と、
を備えることを特徴とする車両用電源制御装置。 By turning off the semiconductor switching element provided in each of a plurality of wires connected in parallel to the power supply of the vehicle, Te power controller odor vehicle to cut off power supplied to the load via the respective wires from the power supply,
A power supply voltage detection unit that detects a voltage of the power supply;
A current measuring unit for measuring a passing current through pre Symbol of the semiconductor switching devices, respectively,
And wire power calculating section for calculating the detected voltage Toka et of the the measured current of the current measuring unit supply voltage detection unit, before Symbol each actual supply electric power value of the power supplied to the load by the electric wires respectively,
Each of the electric wires has a design value of a target supplied power per unit time from the electric wire to the load, which is determined based on a passing current serving as a reference of each of the semiconductor switching elements determined from the detected voltage and the resistance of the load. and the duty ratio determining unit for determining said to match each actual supply electric power value to the load, the duty ratio of the PWM control before Symbol the semiconductor switching devices of each wire respectively from,
A PWM control unit that performs PWM control of each of the semiconductor switching elements according to the duty ratio determined by the duty ratio determination unit corresponding to each of the semiconductor switching elements;
A power supply control device for a vehicle, comprising:
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