JPH01248960A

JPH01248960A - 自動車用高電圧発生装置

Info

Publication number: JPH01248960A
Application number: JP7225688A
Authority: JP
Inventors: Masaki Mitsuyasu; 正記光安
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1988-03-26
Filing date: 1988-03-26
Publication date: 1989-10-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】発明の目的［産業上の利用分野］本発明は、車載電源から供給される１次電圧を変換し、
要求２次電圧を得るのに有効な自動車用高電圧発生装置
に関する。

［従来の技術］従来より、人力電源に所定の制約を受ける移動体搭載用
電源として、各種の装置が知られている。

このような技術として、例えば、誘導巻線出力検出部の
検出レベルに応じて電力変換効率を可変して電力変換出
力を一定値に維持し、車両の速度によらず一定の電力を
負荷に供給する「リニアモータの車上電源装置」　（特
開昭５９−１８８３０４号公報）等が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］しかし、上記従来技術では、車両速度の変化時には、誘
導巻線出力検出レベルに応じて電力変換効率を可変にし
ていた。従って、一定電力を負荷に供給するために変換
効率を低下させる場合もあり、変換効率を當時高く保持
することは極めて困難であった。このように、誘導巻線
出力等、入力端電圧が変動すると、変換効率を高水準に
維持したまま、出力側電圧である負荷供給電圧を要求電
圧に維持できないという問題点があった。

すなわち、車両機関始動時等、入力端電圧である車載電
源電圧降下時には２次側出力電圧を要求出力電圧まで昇
圧できず、一方、車両通常走行時等、車載電源電圧上昇
時には２次側出力電圧の過大な昇圧を招き、２次側各種
素子の信頼性・耐久性が低下するという問題もあった。

また、電力変換効率が変動し、昇圧に伴う発熱量も増減
変動するため、充分な放熱構造が必要になり、装置構成
の複雑化および大型化により、実装位置等の自由度が制
限され、車両搭載性も低下していた。

本発明は、車載電源電圧が変動しても悪影響を受けず、
変換効率良く要求２次電圧を好適に確保可１１ヒな自動
車用高電圧発生装置の提供を目的とする。

発明の構成［課題を解決するための手段］上記目的を達成するためになされた本発明は、１次巻線
に印加される直流入力電圧を変換し、２次巻線から直流
出力電圧を出力する電圧変換手段と、上記電圧変換手段の１次巻線に直流入力電圧を印加する
車載電源と、該車載電源から上記電圧変換手段の１次巻線に通電され
る１次側電流を、所定周期で断続する断続手段と、を具備し、直流入力電圧を昇圧して直流出力電圧を出力
する自動車用高電圧発生装置において、さらに、上記車
載電源の印加する直流入力電圧が、所定電圧未満である
か所定電圧以上であるかを判定する判定手段と、該判定手段°により直流入力電圧が、所定電圧未満であ
ると判定されると上記電圧変換手段の巻線比を大きい側
に、一方、所定電圧以上であると判定されると上記巻線
比を小さい側に変更する切換手段と、を備えたことを特撮とする自動車用高電圧発生装置を要
旨とするものである。

上記電圧変換手段とは、例えば、変圧器により実現でき
る。

上記断続手段とは、例えば、スイッチング・トランジス
タにより実現できる。ここで、該スイッチング令トラン
ジスタは、自動型であっても良く、また、他動型であっ
ても良い。

判定手段とは、例えば、車載電源電圧を所定電圧と比較
する比較器により実現できる。また、例えば、車両の機
関を始動させるスタータスイッチ信号に基づいて判定す
るよう構成しても良い。

切換手段とは、例えは、１次側巻線に配設された中間タ
ップ、該中間タップに接続されたスイッチング・トラン
ジスタ、上記１次側巻線の端部に接続されたスイッチン
グ・トランジスタおよび各スイ・ンチング・トランジス
タを駆動する駆動信号の伝達を判定結果に応じて切り換
えるスイッチにより実現できる。なお、上記中間タップ
を複数配設する構成であっても良い。

上記判定手段および切換手段は、例えは、各々独立した
ディスクリートな論理回路により実現できる。

［作用］本発明の自動車用高電圧発生装置は、車載電源から電圧
変換手段の１次巻線に通電される１次側電流を断続手段
が所定周期で断続する。すると、電圧変換手段圧は直流
入力電圧を昇圧して２次巻線から直流出力電圧を出力す
る。このとき、判定手段により直流入力電圧が、所定電
圧未満であると判定されると上記電圧変換手段の巻線比
を大きい側に、一方、所定電圧以上であると判定される
と上記巻線比を小さい側に、切換手段は変更するよう働
く。

すなわち、車載電源電圧が所定電圧未満に降下すると電
圧変換手段の巻線比を大きくして２次側出力電圧を補償
し、一方、所定電圧以上に上昇すると巻線比を小さくし
て変換効率を向上させると共に、２次側出力電圧の過大
な昇圧を抑制するのである。

従って、本発明の自動車用高電圧発生装置は、車載電源
電圧降下時には２次側出力電圧を充分確保可能に、一方
、車載電源電圧上昇時には高い効率で２次側出力電圧の
過昇圧防止可能に、各々変換するよう働く。

以上のように本発明の各構成要素が作用することにより
、本発明の技術的課題が解決される。

［実施例］次に本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。本発明の一実施例である高圧電源装置の回路構成
を第１図に示す。

同図に示すように、高圧電源装置１は、フォワード方式
スイッチング・レギュレータ２、切換回路３、スイッチ
ング・トランジスタ駆動回路４から構成され、車載バッ
テリ５からの直流入力電圧を昇圧し、高圧直流出力電圧
を負荷６に供給する。

フォワード方式スイッチング・レギュレータ２は、１次
側に接続された車載バッテリ５の電圧を人力して高電圧
に昇圧変換し、２次側に接続された負荷６に供給する変
圧器１２、変圧器１２の１次側コイル１３の終端部と車
載バッテリ５の接地側との間に介装されたスイッチング
・トランジスタ１４、変圧器１２の１次側コイル１３の
所定位置に配設された直接方式の中間タップ１５と車載
バッテリ５の接地側との間に介装されたスイッチング・
トランジスタ１６、変圧器１２の２次側コイル１７に接
続されたダイオード１Ｂ、１９、コイル２０、コンデン
サ２１、入力電圧である車載バッテリ５の電圧を検出す
るための分圧抵抗２２゜２３から構成されている。なお
、変圧器１２の１次側の終端部までは巻数ｎｐ、１次側
の中間タップ１５までは巻数ｎｐｃ、２次側の終端部ま
では巻数ｎｓである。従って、１次側コイル１３の終端
部まで使用する場合の巻線比Ｎｒは、小さな値ｎｓ／ｎ
ｐ、１次側コイル１３の中間タップ１５まで使用する場
合の巻線比Ｎｒは、大きな値ｎｓ／　ｎ　ｐ　ｃとなる
。

切換回路３は、車載バッテリ５の電圧を検出する分圧抵
抗２２．２３により分圧された電圧を、比較電圧と比較
してハイレベルおよびロウレベルの２値からなる比較信
号を出力する、演算増幅器であるコンパレータ３１、ス
イッチング◆トランジスタ１６とスイッチング・トラン
ジスタ駆動回路４との間に介装され、比較信号に応じて
スイッチング・トランジスタ１６の駆動電流を断続する
アナログスイッチ３２、スイッチング・トランジスタ１
４とスイッチング・トランジスタ駆動回路４との間に介
装され、コンパレータ３１からインバータ３３を介して
伝達される比較信号に応じてスイッチング・トランジス
タ１４の駆動電流を断続するアナログスイッチ３４、コ
ンパレータ３１の、所定のヒステリシスを有する比較電
圧を発生するための分圧抵抗３５．３６および抵抗３７
を備える。

スイッチング・トランジスタ駆動回路４は、２次側出力
電圧を検出する分圧抵抗４１．　４２、基準電圧を発生
するための分圧抵抗４３．　４４、−定周波数の矩形波
信号を出力する矩形波発振器４５、基準電圧と検出され
た２次側出力電圧との偏差に応じたデユーティ比制御信
号を矩形波信号から生成し、アナログスイッチ３２．３
４を介してスイッチング・トランジスタ１４．１６に出
力するパルス幅制御回路４６から構成されている。

負荷６は、高圧電源装置１のプラス側電圧とマイナス側
電圧との間に介装されたコンデンサ５１、プラス側電圧
に接続された充電用コイル５２、サイリスタ５３ａ、５
３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、ピエゾアクチュエータ５４ａ、
５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、マイナス側電圧に接続された
サイリスタ５５、放電用コイル５６、ダイオード５７ａ
、５７ｂ。

５７ｃ、５７ｄｆｉ−備えた機関の燃料噴射弁開閉アク
チュエータである。各サイリスタ５３ａ、５３ｂ、５３
ｃ、５３ｄ、５５は、各々ゲート５８ａ。

５８ｂ、５８ｃ、５８ｄ、５９を有し、電子側ｉ卸装置
６０から各サイリスタ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ
の何れか１つのゲート５８ａ、５８ｂ。

５８ｃ、５８ｄにトリガ信号が人力されるとそのサイリ
スタがターンオンし、対応するピエゾアクチュエータに
高電圧が印加されるので、燃料噴射弁は開弁する。一方
、電子制御装置６０からサイリスタ５５のゲート５９に
トリガ信号が人力されるとサイリスタ５５はターンオン
し、対応するピエゾアクチュエータが放電するので、燃
料噴射弁は閉弁する。

上記構成の高圧電′ａ装置１は、以下のように作動する
。すなわち、機関始動時等、車載バッテリ５の電圧が比
較電圧より低下しているときは、コンパレータ３１がハ
イレベルの比較信号を出力する。このため、アナログス
イッチ３２は導通状態に、一方、アナログスイッチ３４
は遮断状態に、各々切り換わる。このとき、変圧器１２
の１次側コイル１３は、中間タップ１５まで有効になり
、変圧器１２０巻線比Ｎｒは大きな値ｎ　ｓ／ｎｐ　ｃ
となる。従って、車載バッテリ５の電圧の低下時でも、
負荷６に対して、充分昇圧した２次側出力電圧を出力で
きる。一方、通常走行中等、機関通常運転時は、車載バ
ッテリ５の電圧が比較電圧より高いので、コンパレータ
３１はロウレベルの比較信号を出力する。このため、ア
ナログスイッチ３２は遮断状態に、一方、アナログスイ
ッチ３４は導通状態に、各々切り換わる。このとき、変
圧器１２の１次側コイル１３は、終端部まで有効になり
、変圧器１２の巻線比Ｎｒは小さな値ｎｓ／ｎｐになる
。従って、車載バッテリ５の定格電圧出力可能時には、
２次側出力電圧の過剰な昇圧を抑制すると共に、巻線比
Ｎｒを小さくして変換効率を向上させる。

なお本実施例において、変圧器１２が電圧変換手段に、
車載バッテリ５が車載電源に、スイッチング・トランジ
スタ１４．１６およびスイッチング・トランジスタ駆動
回路４が断続手段に、分圧抵抗２２．２３およびコンパ
レータ３１が判定手段に、アナログスイッチ３２．３４
が切換手段に、各々該当する。

以上説明したように本実施例によれば、機関始動時等に
車載バッテリ５の電圧が降下してもフォワード方式スイ
ッチング・レギュレータ２の２次側出力電圧を負荷駆動
に必要な要求出力電圧まで昇圧できる。

一方、通常走行時等の車載バラチリ電圧上昇時には、フ
ォワード方式スイ・ンチング・レギュレータ２の２次側
出力電圧の過大な昇圧を抑制するので、ダイオード１Ｂ
、１９、コイル２０、コンデンサ２１等、フォワード方
式スイッチング・レギュレータ２の２次側各素子の信頼
性・耐久性を充分補償できると共に、変換効率を高水準
に保持できる。

このように、車載バッテリ電圧が変動しても直流出力電
圧を負荷６の正常駆動可能な要求電圧に常時保持できる
。

また、フォワード方式スイッチング・レギュレータ２の
電力変換効率を低下させないため、消費電力を節約でき
ると共に、昇圧に伴う発熱量を低減できるため、冷却フ
ァン、ヒートシンク、冷却フィン等、放熱構造の簡略化
により、高圧電Ｒ装置１の小型軽量化および装置構成の
簡素化を実現できる。

従って、自動車に適用する場合、実装位置等の自由度が
向上し、車両搭載性も高まる。

さらに、切換回路３のコンパレータ３１の比較電圧が、
コンパレータ３１の出力信号反転に伴って、分圧抵抗３
５．３６から定まる電圧から抵抗３６．３７により決ま
る電圧に変化するヒステリシスを有するので、車載バラ
チリ電圧の変動に伴うチャタリングの発生を防止できる
。

また、スイッチング・トランジスタ駆動回路へて、フォ
ワード方式スイッチング◆レギュレータ２の２次側出力
電圧を検出し、スイッチング・トランジスタ１４．１６
のスイッチングパルスの幅すなわちデユーティ比をフィ
ードバック制御するので、負荷６の要求電力が変動した
ときでも、２次側出力電圧を要求出力電圧に保持できる
。

なお、本実施例では、分圧抵抗２２．　２３、コンパレ
ータ３１により、直流入力電圧である車載バッテリ電圧
の降下を判定してアナログスイッチ３２．３４を切り換
えるよう構成した。しかし、車載バッテリ電圧の降下は
、主として機関始動時に生じる。このため、例えば、第
２図に示すように、機関を始動させるスタータスイッチ
７４の出力するスタータ信号を切換回路７３に人力し、
スタータ信号ハイレベル（ＯＮ）時にはアナログスイッ
チ３２により中間タップ１５側に、一方、スタータ信号
ロウレベル（ＯＦＦ）時にはアナログスイッチ３４によ
り１次側コイル終端側に、各々切り換える構成とするこ
ともできる。このように構成した場合は、切換回路７３
の構成をより一層簡略化できる。

また、本実施例では負荷を燃料噴射弁開閉用ピエゾ素子
としたが、例えは、高応答性を要求されるインジェクタ
駆動アクチュエータ、燃料昇圧アクチュエータ等、各種
自動車用アクチュエータを負荷とした場合でも、同様の
効果を奏する。

以上本発明のいくつかの実施例について説明したが、本
発明はこのような実施例に同等限定されるものではなく
、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態
様で実施し得ることは勿論である。

発明の効果以上詳記したように本発明の自動車用高電圧発生装置は
、車載電源電圧が所定電圧未満に降下すると電圧変換手
段の巻線比を大きくして２次側出力電圧を補償し、一方
、所定電圧以上に上昇すると巻線比を小さくして２次側
出力電圧の過大な昇圧を抑制するよう構成されている。

このため、車載電源電圧降下時でも２次側出力電圧を要
求出力電圧まで昇圧でき、一方、車載電源電圧上昇時に
は２次側出力電圧の過大な昇圧を制限して２次側各種素
子の信頼性・耐久性を充分補償すると共に、変換効率を
高水準に保持し、車載電源電圧が変動しても負荷供給電
圧を要求電圧に當時維持できるという優れた効果を奏す
る。

また、電力変換効率が高く、消費電力は減少し、昇圧に
伴う発熱量も低減するため、放熱構造の簡素化により、
小型軽量化、かつ、簡単な装置構成で済むので、実装位
置等の自由度が拡大し、車両搭載性も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の回路図、第２図はその他の実
施例を示す回路図である。１　・・・　高圧電源装置２　・・・　フォワード方式％式％４　・・・　スイッチング・トランジスタ駆動回路５　
・・・　車載バッテリ１２　・・・　変圧器　　１３　・・・　１次側コイル
１５　・・・　中間タップ１４．１６　　・・・　スイッチング・トランジスタ２
２、　２３　　・・・　分圧抵抗３１　・・・　コンパレータ

Claims

【特許請求の範囲】１　１次巻線に印加される直流入力電圧を変換し、２次
巻線から直流出力電圧を出力する電圧変換手段と、上記電圧変換手段の１次巻線に直流入力電圧を印加する
車載電源と、該車載電源から上記電圧変換手段の１次巻線に通電され
る１次側電流を、所定周期で断続する断続手段と、を具備し、直流入力電圧を昇圧して直流出力電圧を出力
する自動車用高電圧発生装置において、さらに、上記車
載電源の印加する直流入力電圧が、所定電圧未満である
か所定電圧以上であるかを判定する判定手段と、該判定手段により直流入力電圧が、所定電圧未満である
と判定されると上記電圧変換手段の巻線比を大きい側に
、一方、所定電圧以上であると判定されると上記巻線比
を小さい側に変更する切換手段と、を備えたことを特徴とする自動車用高電圧発生装置。