JPH08275511A - 昇圧装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電源を遮断したときにパルス幅変調制御出力
のデューティを漸減させることで、コンデンサの端子電
圧降下を抑制し、バックアップコンデンサの容量削減を
図る。 【構成】 バックアップコンデンサＣｂを介して電源を
供給されるＣＰＵ２３が、トランジスタＱｓをパルス幅
変調制御して平滑回路６ｏの端子電圧を定値制御すると
ともに、バッテリ電源４からの通電が断たれたときに、
パルス幅変調制御出力のデューティを漸減し、チョーク
コイルＬに残留する電磁エネルギをバックアップコンデ
ンサＣｂ，Ｃｃの充電に有効活用する。これにより、バ
ックアップコンデンサＣｂ，Ｃｃを小容量化し、装置構
成のコンパクトと製造コストの削減を図ることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電源を遮断したときに
パルス幅変調制御出力のデューティを漸減させること
で、コンデンサの端子電圧降下を抑制し、バックアップ
コンデンサの容量削減を図るようにした昇圧装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】車両衝突時に乗員保護を図るエアバッグ
装置は、運転席側と助手席側の両方にエアバッグを装備
するものが増えており、両席側とも車両が衝撃を受けた
ときに接点を閉じる一対の衝撃センサによりスクウイブ
と呼ばれる起爆素子に所定の電流すなわち着火電流を通
電して起爆させ、ガス圧力等によりエアバッグを瞬時に
展開させる構成とされている。

【０００３】図３に示す従来の起爆素子着火装置１は、
運転席側と助手席側にそれぞれ組み込まれたエアバッグ
（図示せず）を起爆展開させるための２個の起爆素子２
ｄ、２ａを有する。起爆素子２ｄ、２ａは、診断指令又
は着火指令を受けて導通するトランジスタＱｄ,Ｑａに
より接地されており、各起爆素子２ｄ,２ａと対応する
トランジスタＱｄ,Ｑａ及び回り込み防止用ダイオード
Ｄｄ,Ｄａの直列回路が衝撃感知センサ３に並列接続さ
れ、さらにダイオードＤｂを介してバッテリ電源４に接
続されている。５は３端子レギュレータであり、昇圧コ
ンバータ６を介してバッテリ電源４に接続してあり、定
電圧源を必要とするＣＰＵ７や負荷回路２０に５Ｖ一定
の出力電圧を供給する。ＣＰＵ７は、車両が衝撃を受け
たときにエアバッグを展開させるべき衝突であるかどう
かの判断を下したり、昇圧コンバータ６をパルス幅変調
制御したりする機能を担っており、イグニッションキー
を切断したときに起爆素子着火装置１各部の診断データ
やアラームデータ等を含む保存データを保存するための
不揮発性メモリ８が接続してある。Ｃｂは、３端子レギ
ュレータ５の直前に接続したバックアップコンデンサで
あり、ダイオードＤｃを介して昇圧コンバータ６により
充電され、電源遮断時にＣＰＵ７をバックアップする働
きをする。なお、昇圧コンバータ６とＣＰＵ７及びバッ
クアップコンデンサＣｂは、ここでは昇圧装置９を構成
している。また、昇圧コンバータ６からは、３端子レギ
ュレータ５やバックアップコンデンサＣｂ以外に、ダイ
オードＤｂと衝撃感知センサ３との間にダイオードＤを
介して昇圧出力を供給するようにしてあり、ダイオード
Ｄを介する昇圧出力とダイオードＤｂを介するバッテリ
電源Ｄｂの出力をもってもう一つのバックアップコンデ
ンサＣｃを充電し、このバックアップコンデンサＣｃに
衝突発生時に起爆素子２ｄ，２ａへの着火電流をバック
アップする働きを担わせてある。

【０００４】ところで、定格１２Ｖ出力のバッテリ電源
４が負荷状態に応じて５Ｖ程度まで降圧することがある
ことを考慮し、昇圧コンバータ６には、図４に示したよ
うに、１２Ｖを越える入力電圧には同電圧を出力する一
方、１２Ｖ以下の入力電圧に対しては１２Ｖ一定の電圧
を出力する入出力特性をもたせてある。具体的には、整
流ダイオードＤｉと平滑コンデンサＣｉからなる整流平
滑回路６ｉと整流ダイオードＤｏと平滑コンデンサＣｏ
からなる整流平滑回路６ｏとをチョークコイルＬを挟ん
で対置し、チョークコイルＬと整流ダイオードＤｏの間
をＰＷＭ制御スイッチング素子であるトランジスタＱｓ
と抵抗Ｒｓを介して接地し、平滑コンデンサＣｏの端子
電圧すなわち昇圧出力が一定電圧を保つよう、ＣＰＵ７
に平滑コンデンサＣｏの端子電圧を監視させ、トランジ
スタＱｓをパルス幅変調（ＰＷＭ）制御させる構成とし
てある。この場合、トランジスタＱｓのオン期間中にチ
ョークコイルＬに蓄積された電磁エネルギは、トランジ
スタＱｓのオフ期間中に整流ダイオードＤｏを介して平
滑コンデンサＣｏを充電するため、ＣＰＵ７がトランジ
スタＱｓのオンオフの期間比すなわちデューティを可変
制御することにより、前記の入出力特性が実現される。

【０００５】なお、トランジスタＱｓをバルス幅変調制
御するＣＰＵ７は、例えばパルス幅変調制御用ＩＣ(図
示せず)を構成する図４に示すアナログ回路の機能をソ
フトウェアに置き換えて実現するものであり、本例の場
合、衝突判定や診断等と並行してパルス幅変調制御を実
行する。図４に示したバルス幅変調制御用アナログ回路
は、平滑コンデンサＣｏの端子電圧を分圧して基準電圧
と比較するコンパレータ８や、コンパレータ８の誤差出
力とＰＷＭ発振器９の発振出力が、アンドゲート回路１
０の論理積出力としてセット入力端子に供給されるフリ
ップフロップ回路１１等から構成され、フリップフロッ
プ回路１１のセット出力がゲート抵抗Ｒｇを介してトラ
ンジスタＱｓに印加される。フリップフロップ回路１１
は、ＰＷＭ発振器９の反転出力により定期的にリセット
されるが、平滑コンデンサＣｏの端子電圧と基準電圧と
の大小関係に応じたタイミングでセットされるため、こ
のセットタイミングに応じてＰＷＭパルス幅が可変され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の昇圧装置９
は、バッテリ電源に接続されたイグニッションキーを切
断して起爆素子着火装置１への給電を断ったときに、Ｃ
ＰＵ７も直ちにデューティ比を零に落としてトランジス
タＱｓをオフしていた。このため、トランジスタＱｓは
イグニッションキーの切断と同時に非導通となってしま
い、チョークコイルＬによる平滑コンデンサＣｏへの充
電も直ちに停止していた。一方、ＣＰＵ７には、電源遮
断後に各種保存データを不揮発性メモリ８に書き込む作
業が残されており、バックアップコンデンサＣｂの端子
電圧が最低動作電圧を保証する限られたバックアップ期
間のなかで、保存データの書き込みを完了させる必要が
あった。しかしながら、イグニッションキーの切断と同
時にバックアップコンデンサＣｂの出力電圧は指数級数
的に低下し始めるため、所要のバックアップ期間に亙っ
てＣＰＵ７をしかるべく動作させるためには、バックア
ップコンデンサＣｂにある程度の容量を確保しておく必
要があった。かくして、従来の昇圧装置９は、容量の大
きなバックアップコンデンサＣｂが不可欠であり、装置
構成のコンパクト化や製造コストの削減が容易ではなか
った。

【０００８】さらにまた、従来の起爆素子着火装置１
は、衝突発生とともにバッテリ電源４と昇圧コンバータ
６及びダイオージＤとを結ぶワイヤハーネスが切断され
てしまった場合に、衝撃感知センサ（図示せず）の出力
から衝突発生を判定したＣＰＵ７は、トランジスタＱ
ａ，Ｑｄを導通させて起爆素子２ｄ，２ａを着火させる
よう働くが、そのさいも衝突発生の感知と同時にスイッ
チング素子Ｑｓに対するＰＷＭ変調出力のデューティを
零に切り替えてしまっていたために、昇圧コンバータ６
から平滑コンデンサＣｏへの充電が見込めず、バックア
ップコンデンサＣｂもバックアップコンデンサＣｃもと
もに放電一方の状態に陥るため、やはりある程度大きな
容量のバックアップコンデンサＣｂ，Ｃｃを用いて着火
電流を保証するしかなく、こうした点も装置構成のコン
パクト化或いは製造コスト削減等への妨げとなってい
た。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決したものであり、整流平滑回路をチョークコイルを介
してバッテリ電源に接続するとともに、該チョークコイ
ルと前記整流平滑回路との間にシャント接続したスイッ
チング素子のオンオフに伴い前記バッテリ電源の出力電
圧を昇圧する昇圧コンバータと、該昇圧コンバータの昇
圧出力により充電されるバックアップコンデンサと、該
バックアップコンデンサを介して電源を供給され、前記
スイッチング素子をパルス幅変調制御して前記整流平滑
回路の出力電圧を定値制御するとともに、前記バッテリ
電源による前記昇圧コンバータへの通電が断たれたとき
に、前記パルス幅変調制御出力のデューティを漸減し、
前記チョークコイルに電磁エネルギが残留する期間に亙
って前記バックアップコンデンサの充電を継続的に行う
ＣＰＵとを具備することを特徴とする。

【００１０】また、本発明は、ＣＰＵに、バッテリ電源
による昇圧コンバータへの通電が断たれたときに、予め
指定されたバックアップ期間のなかで保存データを書き
込む不揮発性メモリが接続してあること、また昇圧コン
バータが、バッテリ電源の定格出力電圧を越える入力電
圧には該入力電圧と同電圧を出力する一方、定格出力電
圧に満たない入力電圧に対してはほぼ定格出力電圧に保
たれた一定電圧を出力する入出力特性を有すること等を
特徴とするものである。

【００１１】

【作用】本発明によれば、バックアップコンデンサを介
して電源を供給されるＣＰＵが、スイッチング素子をパ
ルス幅変調制御して平滑コンデンサの端子電圧を定値制
御するとともに、昇圧コンバータへのバッテリ電源から
の通電が断たれたときに、パルス幅変調制御出力のデュ
ーティを漸減し、チョークコイルに電磁エネルギが残留
する期間に亙ってバックアップコンデンサの充電を継続
的に行うことにより、小容量のバックアップコンデンサ
により所要のバックアップ期間に亙ってＣＰＵをバック
アップする。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図１，２を
参照して説明する。図１は、本発明の昇圧装置を適用し
た起爆素子着火装置の一実施例を示す回路構成図、図２
は、イグニッションキー切断時の図１に示した回路各部
の信号波形図である。

【００１３】図１に示す起爆素子着火装置２１に用いた
昇圧装置２２は、昇圧コンバータ６自体は従来と同じ構
成のものを用いているが、電源遮断時のＰＷＭスイッチ
ング素子であるトランジスタＱｓに対するＣＰＵ２３の
ＰＷＭ制御信号の与え方を従来とは異ならしめてある。
すなわち、従来はイグニッションキーを切断した時点で
ＰＷＭ制御信号のデューティを零に切り替えていたのに
対し、電源遮断後もデューティを漸減させつつＰＷＭ制
御信号を出力し続けるよう、ＣＰＵ２３の動作プログラ
ムを改良してある。

【００１４】ＣＰＵ２３は、イグニッションキーがオフ
に切り替えられたことを、昇圧コンバータ６直前の電圧
検出点（図示せず）から検出し、電源遮断を検出すると
同時にバックアップモードに切り替わる。バックアップ
モードでは、電源遮断直前までの診断データやアラーム
データ等の保存データを不揮発性メモリ８に書き込む
が、バックアップコンデンサＣｂを動作電源とする点は
従来と変わらない。しかしながら、図２（Ｂ）に示した
点線に沿ってパルス幅制御信号のデューティを一挙に零
に落とす従来型の制御によるのではなく、チョークコイ
ルＬに蓄えられた電磁エネルギが有効利用できるうち
は、図２（Ｂ）に実線で示したように、トランジスタＱ
ｓのデューティを徐々に低下させる制御を実施する。す
なわち、平滑コンデンサＣｏへの充電を継続することに
より、バックアップコンデンサＣｂの有効出力期間を延
長するよう動作する。

【００１５】従って、バックアップコンデンサＣｂ或い
はＣｃを放電させる一方であった従来の昇圧装置９と異
なり、昇圧装置２２の場合は、放電の進行を充電を並行
させることで出来得るかぎり阻止することができ、従来
と比較したときに、例えばバックアップコンデンサＣｂ
の放電波形には図２（Ｃ）に実線と点線で示す顕著な差
異が見られる。従って、同じバックアップ期間を保証す
ることを想定したときに、バックアップコンデンサＣｂ
或いはＣｃの容量は従来よりも小さなものとすることが
できる。その結果、バックアップコンデンサＣｂ，Ｃｃ
等の小容量化に伴い、装置全体の構成をコンパクト化
し、かつ製造コストの切り下げも可能となる。

【００１６】さらにまた、従来と同じ容量のバックアッ
プコンデンサＣｂ，Ｃｃを用いた場合でも、電源遮断時
の電流供給余力に差があるため、例えば実際に衝突が発
生して起爆素子２ｄ，２ａに着火電流を通電するにして
も、定格に定められた着火エネルギを十分与えることの
できる着火電流を十分な時間に亙って通電でき、従って
起爆素子２ｄ，２ａを確実に着火することが可能であ
る。

【００１７】また、上記構成になる昇圧装置２２は、バ
ッテリ電源４による昇圧コンバータ６への通電が断たれ
たときに、診断データやアラームデータ等の保存データ
を、ＣＰＵ２３が予め指定されたバックアップ期間を利
用して不揮発性メモリ８に書き込むが、バックアップコ
ンデンサＣｂによるバックアップ期間に余裕が生じたこ
とで、不揮発性メモリ８に対する書き漏れ等を生ずるこ
となく、安全かつ確実にデータ保存が可能である。

【００１８】さらにまた、昇圧コンバータ６に、バッテ
リ電源４の定格出力電圧を越える入力電圧には該入力電
圧と同電圧を出力する一方、定格出力電圧に満たない入
力電圧に対してはほぼ定格出力電圧に保たれた一定電圧
を出力する入出力特性をもたせたので、バッテリ電源４
の出力電圧が変動してもＣＰＵ２３に対して常に所定の
最低電圧を保証することができ、バッテリ電源４が負荷
状態に応じて出力電圧が変動しやすい車載用であること
を考慮しても、単純に３端子レギュレータによる降圧出
力を給電する場合よりは、遥かに安定してＣＰＵ２３を
駆動することができ、エアバッグ装置やＡＢＳ装置等の
車載制御装置を確実に動作させることができる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
バックアップコンデンサを介して電源を供給されるＣＰ
Ｕが、スイッチング素子をパルス幅変調制御して整流平
滑回路の出力電圧を定値制御するとともに、昇圧コンバ
ータへのバッテリ電源からの通電が断たれたときに、パ
ルス幅変調制御出力のデューティを漸減し、チョークコ
イルに電磁エネルギが残留する期間に亙ってバックアッ
プコンデンサの充電を継続的に行う構成としたから、電
源を遮断したときにバックアップコンデンサを放電させ
る一方であった従来の昇圧装置と異なり、放電の進行を
充電を並行させることで出来得るかぎり阻止することが
でき、従って同じバックアップ期間を保証することを想
定したときに、バックアップコンデンサの容量を従来よ
りも小さなものとすることができ、バックアップコンデ
ンサの小容量化に伴い、装置全体のコンパクト化及び製
造コストの切り下げが可能であり、さらにまた従来と同
じ容量のバックアップコンデンサを用いた場合でも、電
源遮断時の電流供給余力に差があるため、緊急事態の発
生とともにバックアップコンデンサだけに頼る対応処置
が要求されても、所期の目標を余裕をもって達成できる
等の効果を奏する。

【００２０】また、本発明は、バッテリ電源による昇圧
コンバータへの通電が断たれたときに、ＣＰＵが予め指
定されたバックアップ期間を利用して保存データを不揮
発性メモリに書き込むが、バックアップコンデンサによ
るバックアップ期間に余裕が生じたことで、不揮発性メ
モリに対する書き漏れ等を生ずることなく、安全かつ確
実なデータ保存が可能である等の効果を奏する。

【００２１】さらにまた、昇圧コンバータに、バッテリ
電源の定格出力電圧を越える入力電圧には該入力電圧と
同電圧を出力する一方、定格出力電圧に満たない入力電
圧に対してはほぼ定格出力電圧に保たれた一定電圧を出
力する入出力特性をもたせたので、バッテリ電源の出力
電圧が変動してもＣＰＵに対して常に所定の最低電圧を
保証することができ、バッテリ電源として負荷状態に応
じて出力電圧が変動しやすい車載用を搭載した場合で
も、単純に３端子レギュレータによる降圧出力を給電す
る場合よりは、遥かに安定してＣＰＵを駆動することが
でき、エアバッグ装置やＡＢＳ装置等の車載制御装置を
確実に動作させることができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の昇圧装置を適用した起爆素子着火装置
の一実施例を示す回路構成図である。

【図２】イグニッションキー切断時の図１に示した回路
各部の信号波形図である。

【図３】従来の昇圧装置を適用した起爆素子着火装置の
一例を示す回路構成図である。

【図４】図３に示した昇圧コンバータの入出力特性を示
す図である。

【図５】図３に示したＣＰＵのパルス幅変調制御機能を
等価的に実現するアナログ回路の構成を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

６ 昇圧コンバータ ６ｏ 整流平滑回路 ８ 不揮発性メモリ ２１ 起爆素子着火装置 ２２ 昇圧装置 ２３ ＣＰＵ Ｌ チョークコイル Ｑｓ スイッチング素子(トランジスタ) Ｃｂ，Ｃｃ バックアップコンデンサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 整流平滑回路をチョークコイルを介して
   バッテリ電源に接続するとともに、該チョークコイルと
   前記整流平滑回路との間にシャント接続したスイッチン
   グ素子のオンオフに伴い前記バッテリ電源の出力電圧を
   昇圧する昇圧コンバータと、該昇圧コンバータの昇圧出
   力により充電されるバックアップコンデンサと、該バッ
   クアップコンデンサを介して電源を供給され、前記スイ
   ッチング素子をパルス幅変調制御して前記整流平滑回路
   の出力電圧を定値制御するとともに、前記バッテリ電源
   による前記昇圧コンバータへの通電が断たれたときに、
   前記パルス幅変調制御出力のデューティを漸減し、前記
   チョークコイルに電磁エネルギが残留する期間に亙って
   前記バックアップコンデンサの充電を継続的に行うＣＰ
   Ｕとを具備することを特徴とする昇圧装置。
2. 【請求項２】 前記ＣＰＵは、前記バッテリ電源による
   前記昇圧コンバータへの通電が断たれたときに、予め指
   定されたバックアップ期間のなかで保存データを書き込
   む不揮発性メモリが接続してあることを特徴とする請求
   項１記載の昇圧装置。
3. 【請求項３】 前記昇圧コンバータは、前記バッテリ電
   源の定格出力電圧を越える入力電圧には該入力電圧と同
   電圧を出力する一方、前記定格出力電圧に満たない入力
   電圧に対してはほぼ該定格出力電圧に保たれた一定電圧
   を出力する入出力特性を有することを特徴とする請求項
   １記載の昇圧装置。