JP7358500B2 - 電源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電源装置に関する。
従来、冬季等の気温が低い時にバッテリ電圧が一時的に低下する、いわゆるコールドクランク時であっても負荷の入力電圧を一定に維持するために昇圧回路を配置する技術が知られている。この技術の一例として、負荷毎に昇圧回路を配置する場合がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８－１０１５９０号公報
しかしながら、従来の技術では、負荷の数が増えるほど昇圧回路の数も増えるため、回路規模が大きくなってしまうおそれがあった。また、例えば、記憶媒体に書込むための情報をメモリに一時的に保持する負荷の場合、従来技術では、電源が瞬断した場合に昇圧回路が機能せず電力供給が途絶えるおそれがあった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回路規模を抑えつつ、バッテリ電圧低下時にも安定して電力を供給することができる電源装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電源装置は、昇圧回路と、逆流防止用ダイオードと、電解コンデンサとを備える。前記昇圧回路は、入力側には電源が接続され、出力側には第１の負荷および第２の負荷が並列して接続される。前記逆流防止用ダイオードは、前記昇圧回路および前記第１の負荷の間に接続される。前記電解コンデンサは、前記逆流防止用ダイオードおよび前記第１の負荷の間に接続される。
本発明によれば、回路規模を抑えつつ、バッテリ電圧低下時にも安定して電力を供給することができる。
図１は、第１の実施形態に係る電源装置を含む電源システムの構成例を示す図である。 図２は、第２の実施形態に係る電源装置を含む電源システムの構成例を示す図である。
以下、添付図面を参照して、本願の開示する電源装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態により本発明が限定されるものではない。
また、以下では、図１を用いて、第１の実施形態に係る電源装置について説明し、図２を用いて、第２の実施形態に係る電源装置について説明する。
まず、図１を用いて、第１の実施形態に係る電源装置について説明する。図１は、実施形態に係る電源装置を含む電源システムの構成例を示す図である。図１に示す電源システムＳは、例えば、車両に搭載され、車両の各負荷へ電力を供給する。
図１に示すように、第１の実施形態に係る電源システムＳは、電源装置１と、電源１０と、バックアップ系負荷１００（第１の負荷の一例）と、非バックアップ系負荷２００（第２の負荷の一例）とを備える。
電源１０は、例えば、鉛バッテリである。電源１０は、電源装置１の入力側に接続され、電源装置１へ電力を供給する。
バックアップ系負荷１００は、メモリ保持が必要な負荷である。例えば、バックアップ系負荷１００は、各種車両制御を行うマイコンや、ナビゲーション装置等のマイコンであり、不図示の記憶媒体に書込むための情報をメモリに一時的に保持する負荷である。
非バックアップ系負荷２００は、メモリ保持を必要としない負荷である。例えば、非バックアップ系負荷２００は、車載カメラや、車両の照明（車内灯やヘッドライト）機器等である。
バックアップ系負荷１００および非バックアップ系負荷２００は、電源装置１に対して並列して接続される。
なお、図１では、バックアップ系負荷１００および非バックアップ系負荷２００はそれぞれ１つである場合を示しているが、それぞれ複数であってもよい。かかる場合、複数のバックアップ系負荷１００および複数の非バックアップ系負荷２００は、電源装置１に対してそれぞれ並列して接続される。
実施形態に係る電源装置１は、制御部２と、昇圧回路３と、降圧回路４，５と、電解コンデンサ６と、ダイオード７（逆流防止用ダイオード）とを備える。
制御部２は、後述する昇圧回路３のスイッチ素子３２のゲートに接続され、かかるゲートへ電圧を供給することで、スイッチ素子３２のオンおよびオフを制御する。
昇圧回路３は、制御部２の制御によって、電源１０から供給される電圧を昇圧する。昇圧回路３は、入力側には電源１０が接続され、出力側には降圧回路４，５を介してバックアップ系負荷１００および非バックアップ系負荷２００が並列して接続される。図１に示すように、昇圧回路３は、コイル３１と、スイッチ素子３２と、ダイオード３３と、電解コンデンサ３４とを備える。
コイル３１は、１次側が電源１０に接続され、２次側がスイッチ素子３２およびダイオード３３のアノードに接続される。
スイッチ素子３２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等のトランジスタである。スイッチ素子３２は、ゲートが制御部２に接続され、ドレインがコイル３１およびダイオード３３の間に接続され、ソースが接地される。
ダイオード３３は、逆流防止用であり、上述したようにアノードがコイル３１およびスイッチ素子３２のドレインに接続され、カソードが電解コンデンサ３４、ダイオード７のアノードおよび降圧回路５に接続される。電解コンデンサ３４は、ダイオード３３およびダイオード７の間に接続される。
ダイオード７は、逆流防止用であり、上述したように、アノードが昇圧回路３のダイオード３３および電解コンデンサ３４に接続され、カソードが降圧回路４および電解コンデンサ６に接続される。電解コンデンサ６は、ダイオード７および降圧回路４の間に接続される。
降圧回路４は、降圧型のＤＣＤＣコンバータであり、入力側がダイオード７のカソードおよび電解コンデンサ６に接続され、出力側がバックアップ系負荷１００に接続される。降圧回路４は、昇圧回路３から出力された直流の電圧を降圧してバックアップ系負荷１００に印加する。なお、降圧回路４は、第１の降圧回路である。
降圧回路５は、降圧型のＤＣＤＣコンバータであり、入力側がダイオード７および昇圧回路３の間に接続され、出力側が非バックアップ系負荷２００に接続される。降圧回路５は、昇圧回路３から出力された直流の電圧を降圧して非バックアップ系負荷２００に印加する。なお、降圧回路５は、第２の降圧回路である。
ここで、従来は、昇圧回路を負荷毎に設けていた。図１を例に挙げるとバックアップ系負荷１００よび非バックアップ系負荷２００それぞれに専用の昇圧回路を設けていた。このため、負荷の数が増えるに従い昇圧回路の数も増えるため、回路規模が大きくなるおそれがあった。
そこで、実施形態に係る電源装置１では、１つの昇圧回路３に対して複数の負荷（バックアップ系負荷１００および非バックアップ系負荷２００）を並列で接続する。つまり、実施形態に係る電源装置１では、１つの昇圧回路３を複数の負荷で共用する。
さらに、実施形態に係る電源装置１では、バックアップ系負荷１００が接続される降圧回路４に電解コンデンサ６を接続する。これにより、電源１０の瞬断時には電解コンデンサ６で蓄積した電力を降圧回路４を介してバックアップ系負荷１００に供給する。
ここで、図１を用いて、第１の実施形態に係る電源システムＳの動作について説明する。まず、正常時（クランキングおよび瞬断以外）には、電源１０から供給される電力を昇圧回路３および降圧回路４を介して変圧された電圧がバックアップ系負荷１００へ印加され、同時に、電源１０から供給される電力を昇圧回路３および降圧回路５を介して変圧された電圧が非バックアップ系負荷２００へ印加される。
これにより、電源１０から供給される電流がバックアップ系負荷１００および非バックアップ系負荷２００に流れる。また、このとき、電解コンデンサ６はチャージされる。なお、正常時は、昇圧回路３は動作しておらず、例えば、電源１０のクランキングにより出力側の電圧が所定値を下回った場合に制御部２の制御信号であるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号がゲートに印加されることでスイッチ素子３２がスイッチングし、出力側の電圧を所定値以上まで昇圧する。
また、図１に示すように、クランキング時には、電源１０から供給される電力を昇圧回路３および降圧回路４を介して変圧された電圧がバックアップ系負荷１００へ印加され、同時に、電源１０から供給される電力を昇圧回路３および降圧回路５を介して変圧された電圧が非バックアップ系負荷２００へ印加される。つまり、第１の実施形態に係る電源システムＳでは、正常時とクランキング時とで同じ電源経路となる。
さらに、クランキング時には、昇圧回路３は、制御部２の制御に従い、出力電圧を、降圧回路４および降圧回路５の入力電圧として要求される電圧値まで昇圧する。これにより、クランキングにより電源１０の電圧が一時的に低下したとしても昇圧回路３により昇圧することで、降圧回路４および降圧回路５の要求される入力電圧を満たすことができるため、それぞれの負荷に電力を供給することができる。
また、図１に示すように、電源１０の瞬断時には、電解コンデンサ６にチャージされた電力が降圧回路４を介してバックアップ系負荷１００に供給される。このとき、ダイオード７は、逆流防止弁として機能することで、電解コンデンサ６の電力が非バックアップ系負荷２００に流れてしまうことを防止できる。すなわち、電源１０の瞬断時であっても電解コンデンサ６から電力が供給されることで、バックアップ系負荷１００が動作できるため、瞬断によりシステム全体が停止する場合であってもメモリ保持された情報を記憶媒体に書き込むことができる。
なお、非バックアップ系負荷２００は、瞬断により電力供給が途絶えたとしても動作が停止するだけであって、バックアップ系負荷１００のように、メモリ情報の消失などといったエラーが生じることはない。
このように、第１の実施形態に係る電源装置１によれば、複数の負荷で昇圧回路３を共用することで、従来のように複数の負荷それぞれに昇圧回路を配置する場合に比べて回路規模を小さくできる。また、電解コンデンサ６を配置することで、電源１０の瞬断時でも、電解コンデンサ６からバックアップ系負荷１００へ安定して電力を供給することができる。
すなわち、第１の実施形態に係る電源装置１によれば、回路規模を抑えつつ、電源１０の電圧低下時（クランキング時および瞬断時）にも安定して負荷へ電力を供給することができる。
上述してきたように、第１の実施形態に係る電源装置１は、昇圧回路３と、逆流防止用ダイオード（ダイオード７）と、電解コンデンサ６とを備える。昇圧回路３は、入力側には電源１０が接続され、出力側には第１の負荷（バックアップ系負荷１００）および第２の負荷（非バックアップ系負荷２００）が並列して接続される。ダイオード７（逆流防止用ダイオード）は、昇圧回路３および第１の負荷の間に接続される。電解コンデンサ６は、逆流防止用ダイオード（ダイオード７）および第１の負荷の間に接続される。これにより、回路規模を抑えつつ、電源１０の電圧低下時にも安定して電力を供給することができる。
次に、図２を用いて、第２の実施形態に係る電源装置１について説明する。図２は、第２の実施形態に係る電源装置１を含む電源システムＳの構成例を示す図である。
図２に示すように、第２の実施形態に係る電源システムＳは、電源装置１と、電源１０と、バックアップ系負荷１００と、非バックアップ系負荷２００とを備える。第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、電源装置１の入力側には電源１０が接続され、出力側にはバックアップ系負荷１００および非バックアップ系負荷２００が並列に接続される。
電源装置１は、制御部２と、昇圧回路３と、降圧回路４，５と、電解コンデンサ６と、ダイオード７（第２の逆流防止用ダイオードの一例）と、ダイオード８（第１の逆流防止用ダイオードの一例）とを備える。
第２の実施形態に係る電源装置１は、第１の実施形態に係る電源装置１と比べて、ダイオード８をさらに備える点と、各回路の配置が異なる点とが相違するため、かかる相違点に絞って説明する。
具体的には、昇圧回路３は、入力側には電源１０が接続され、出力側には複数の負荷が並例して接続される。より具体的には、昇圧回路３の出力側には、ダイオード８を介して降圧回路４と、降圧回路５とが並列して接続される。
ダイオード８は、逆流防止用であり、アノードが昇圧回路３および降圧回路５の間に接続され、カソードが降圧回路４、ダイオード７および電解コンデンサ６の間に接続される。
ダイオード７は、アノードが電源１０および昇圧回路３の入力側の間に接続され、カソードが電解コンデンサ６、ダイオード８および降圧回路４の間に接続される。つまり、ダイオード７は、電源１０に対して昇圧回路３と並列して接続される。電解コンデンサ６は、一端がダイオード７、ダイオード８および降圧回路４の間に接続され、他端が接地される。
ここで、図２を用いて、第２の実施形態に係る電源システムＳの動作について説明する。まず、正常時には、電源１０から供給される電力を昇圧回路３および降圧回路４を介して変圧された電圧がバックアップ系負荷１００へ印加され、同時に、電源１０から供給される電力を昇圧回路３および降圧回路５を介して変圧された電圧が非バックアップ系負荷２００へ印加される。
これにより、電源１０から供給される電流がバックアップ系負荷１００および非バックアップ系負荷２００に流れる。また、このとき、電源１０の電力が、ダイオード７を介して電解コンデンサ６へ流れることで、電解コンデンサ６がチャージされる。なお、正常時は、昇圧回路３は動作しておらず、例えば、電源１０のクランキングにより出力側の電圧が所定値を下回った場合に制御部２の制御信号であるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号がゲートに印加されることでスイッチ素子３２がスイッチングし、出力側の電圧を所定値以上まで昇圧する。
また、図２に示すように、クランキング時には、電源１０から供給される電力を昇圧回路３および降圧回路４を介して変圧された電圧がバックアップ系負荷１００へ印加され、同時に、電源１０から供給される電力を昇圧回路３および降圧回路５を介して変圧された電圧が非バックアップ系負荷２００へ印加される。つまり、第２の実施形態に係る電源システムＳでは、正常時とクランキング時とで同じ電源経路となる。
さらに、クランキング時には、昇圧回路３は、制御部２の制御に従い、出力電圧を、降圧回路４および降圧回路５の入力電圧として要求される電圧値まで昇圧する。これにより、クランキングにより電源１０の電圧が一時的に低下したとしても昇圧回路３により昇圧することで、降圧回路４および降圧回路５の要求される入力電圧を満たすことができるため、それぞれの負荷に電力を供給することができる。
また、図２に示すように、電源１０の瞬断時には、電解コンデンサ６にチャージされた電力が降圧回路４を介してバックアップ系負荷１００に供給される。このとき、ダイオード８は、逆流防止弁として機能することで、電解コンデンサ６の電力が非バックアップ系負荷２００に流れてしまうことを防止できる。すなわち、電源１０の瞬断時であっても電解コンデンサ６から電力が供給されることで、バックアップ系負荷１００が動作できるため、瞬断によりシステム全体が停止する場合であってもメモリ保持された情報を記憶媒体に書き込むことができる。
なお、非バックアップ系負荷２００は、瞬断により電力供給が途絶えたとしても動作が停止するだけであって、バックアップ系負荷１００のように、メモリ情報の消失などといったエラーが生じることはない。
このように、第１の実施形態に係る電源装置１によれば、複数の負荷で昇圧回路３を共用することで、従来のように複数の負荷それぞれに昇圧回路を配置する場合に比べて回路規模を小さくできる。また、電解コンデンサ６を配置することで、電源１０の瞬断時でも、電解コンデンサ６からバックアップ系負荷１００へ安定して電力を供給することができる。
さらに、第２の実施形態に係る電源装置１は、第１の実施形態に係る電源装置１に比べて、電源１０の停止時におけるバックアップ系負荷１００への暗電流が小さくなる。具体的には、第１の実施形態に係る電源装置１は、電源１０からバックアップ系負荷１００までの経路上に２つのダイオード（ダイオード３３およびダイオード７）が存在する。一方で、第２の実施形態に係る電源装置１は、かかる経路上（ダイオード７→降圧回路４→バックアップ系負荷１００の経路上）には１つのダイオード７しか存在しない。
このため、第２の実施形態に係る電源装置１は、第１の実施形態に係る電源装置１に比べて、ダイオードに起因する電圧低下が小さくなることで、バックアップ系負荷１００に流れる暗電流を抑えることができる。これにより、バッテリ上がりを抑えることができる。
上述してきたように、第２の実施形態に係る電源装置１は、昇圧回路３と、第１の逆流防止用ダイオード（ダイオード８）と、第２の逆流防止用ダイオード（ダイオード７）と、電解コンデンサ６とを備える。昇圧回路３は、入力側には電源１０が接続され、出力側には第１の負荷（バックアップ系負荷１００）および第２の負荷（非バックアップ系負荷２００）が並列して接続される。第１の逆流防止用ダイオード（ダイオード８）は、昇圧回路３および第１の負荷の間に接続される。第２の逆流防止用ダイオードは（ダイオード７）は、電源１０および第１の負荷の間に接続され、電源１０に対して昇圧回路３と並例して接続される。電解コンデンサ６は、第２の逆流防止用ダイオード（ダイオード７）および第１の負荷の間に接続される。これにより、回路規模を抑えつつ、電源１０の電圧低下時にも安定して電力を供給することができる。さらに、第２の実施形態に係る電源装置１によれば、電源１０の停止時における暗電流を抑えることができる。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
１ 電源装置
２ 制御部
３ 昇圧回路
４、５ 降圧回路
６、３４ 電解コンデンサ
７、８、３３ ダイオード
１０ 電源
３１ コイル
３２ スイッチ素子
１００ バックアップ系負荷
２００ 非バックアップ系負荷
Ｓ 電源システム

Claims (4)

  1. 入力側には電源が接続され、出力側には第１の負荷および第２の負荷が並列して接続される昇圧回路と、
    前記昇圧回路および前記第１の負荷の間に接続される第１の逆流防止用ダイオードと、
    前記電源および前記第１の負荷の間に接続され、前記電源に対して前記昇圧回路と並例して接続される第２の逆流防止用ダイオードと、
    前記第２の逆流防止用ダイオードおよび前記第１の負荷の間に接続される電解コンデンサと
    を備えることを特徴とする電源装置。
  2. 前記電解コンデンサおよび前記第１の負荷の間に接続される第１の降圧回路と、
    前記昇圧回路および前記第２の負荷の間に接続される第２の降圧回路とをさらに備えること
    を特徴とする請求項１に記載の電源装置。
  3. 前記昇圧回路には、複数の前記第１の負荷が並列して接続されること
    を特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
  4. 前記昇圧回路には、複数の前記第２の負荷が並列して接続されること
    を特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載の電源装置。
JP2021557849A 2020-09-08 2020-09-08 電源装置 Active JP7358500B2 (ja)

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