JP2011244534A - 電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライブ回路が故障して昇圧回路内の整流用のＭＯＳＦＥＴをオンさせることができなくなった場合であっても整流用のＭＯＳＦＥＴに悪影響が及ぶことを抑えることが可能な電源回路を提供することを目的とする。
【解決手段】バッテリ５の電圧が一時的に低下しているとき、昇圧回路２のＭＯＳＦＥＴ８、１０を交互にオン、オフさせるとともに、昇圧回路３のＭＯＳＦＥＴ８、１０を交互にオン、オフさせ、バッテリ５の電圧が元の電圧に戻った後、昇圧回路２、３にそれぞれ流れる電流がアンバランスになると、昇圧回路２又は昇圧回路３のドライブ回路１２が故障したものと判断して昇圧回路２、３に接続される複数の負荷７−１、７−２のうち、予め決められている負荷への電力供給を停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリの電圧を一定に保って負荷に出力する電源回路に関する。

近年、燃料消費量の節減と排ガスの低減を目的として、アイドルストップ車が実用化されている。アイドルストップ車は、信号待ち等で車両の停止動作を検知するとエンジンを自動的に停止し、その後車両の発進動作を検知するとエンジンを自動的に再始動するようにした車両である。

このような車両では、エンジン再始動時において、エンジン始動用のスタータモータに大電流が流れることから、バッテリの電圧が一時的に低下する。また、これに伴って、バッテリに接続されるスタータモータ以外の電装部品などの負荷に供給される電圧も一時的に低下する。そのため、負荷によっては、供給される電圧が動作に必要な電圧の範囲から外れてしまい、一時的に正常に動作しないおそれがある。例えば、カーナビゲーションやオーディオにおいてはリセットが行われたり、オーディオにおいては音飛びが発生したり、運転者の意図せぬ動作が行われるおそれがある。そこで、このような車両では、バッテリの電圧が一時的に低下した場合であっても負荷への必要な電圧の供給を維持することができるように、補助の電源回路を備えるようにしている。

補助の電源回路としては、例えば、昇圧回路を備え、その昇圧回路内のスイッチング素子をオン、オフさせることによりバッテリの電圧を昇圧して負荷への出力電圧を制御するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このような電源回路は、一時的に低下していたバッテリの電圧が元の電圧に戻った後の通常時、昇圧回路内の整流用のダイオードに常時電流が流れることになるため、そのダイオードでの損失による効率の低下やダイオードの温度上昇が問題となる。

そこで、電源回路として、整流用のダイオードの代わりにＭＯＳＦＥＴを設け、通常時には、その整流用のＭＯＳＦＥＴを常時オンさせることにより効率の低下や素子温度上昇を抑えるようにしたものがある。この電源回路では、整流用のＭＯＳＦＥＴを駆動するドライブ回路が故障して整流用のＭＯＳＦＥＴをオンさせることができなくなった場合でも、整流用のＭＯＳＦＥＴのボディダイオード（寄生ダイオード）を通じて電流が流れるため、負荷への電力供給を継続させることができる。

特開２００５−２３７１４９号公報

しかしながら、上述のように、整流用のＭＯＳＦＥＴを駆動するドライブ回路が故障して整流用のＭＯＳＦＥＴをオンさせることができなくなった場合、整流用のＭＯＳＦＥＴのボディダイオードには常時電流が流れることになり、整流用のＭＯＳＦＥＴの温度が上昇してしまう。この場合、昇圧回路内の制御回路によりボディダイオードを流れる電流を止めることはできないため、整流用のＭＯＳＦＥＴの温度上昇を抑えることはできず、自己保護ができない。従って、その温度上昇により素子破損等の悪影響を整流用のＭＯＳＦＥＴに及ぼすおそれがある。

本発明は、ドライブ回路が故障して昇圧回路内の整流用のＭＯＳＦＥＴをオンさせることができなくなった場合であっても整流用のＭＯＳＦＥＴに悪影響が及ぶことを抑えることが可能な電源回路を提供することを目的とする。

本発明の電源回路は、バッテリと、互いに並列接続され、前記バッテリの電圧を昇圧する第１及び第２昇圧回路と、前記第１及び第２昇圧回路のそれぞれの動作を制御する制御手段とを備え、前記第１及び第２昇圧回路は、それぞれ、スイッチング素子と、前記バッテリと前記スイッチング素子との間に設けられるインダクタと、前記インダクタと複数の負荷との間に設けられる整流用ＭＯＳＦＥＴと、前記整流用ＭＯＳＦＥＴを駆動するドライブ回路とを備え、前記制御手段は、前記バッテリの電圧が一時的に低下しているとき、前記第１昇圧回路のスイッチング素子及び整流用ＭＯＳＦＥＴを交互にオン、オフさせるとともに、前記第２昇圧回路のスイッチング素子及び整流用ＭＯＳＦＥＴを交互にオン、オフさせることにより、前記負荷への出力電圧を一定に保つように制御し、一時的に低下していた前記バッテリの電圧が元の電圧に戻った後、前記第１及び第２昇圧回路にそれぞれ流れる電流がアンバランスになると、前記第１若しくは第２昇圧回路のドライブ回路から前記整流用ＭＯＳＦＥＴを駆動させるための駆動信号が出力されなくなると、又は、前記整流用ＭＯＳＦＥＴの温度が所定温度以上になると、前記第１又は第２昇圧回路のドライブ回路が故障したものと判断して前記複数の負荷のうち、予め決められている負荷への電力供給を停止する。

これにより、第１及び第２昇圧回路にそれぞれ流れる電流を小さくさせることができるため、ドライブ回路が故障した昇圧回路の整流用ＭＯＳＦＥＴの温度上昇を抑えることができる。そのため、ドライブ回路が故障して整流用ＭＯＳＦＥＴをオンさせることができなくなった場合であっても整流用ＭＯＳＦＥＴに悪影響が及ぶことを抑えることができる。

また、前記制御手段は、前記第１又は第２昇圧回路のドライブ回路が故障したものと判断した後、前記第１及び第２昇圧回路の各整流用ＭＯＳＦＥＴの温度が所定温度に保たれるように、前記ドライブ回路が故障している昇圧回路を間欠的に昇圧動作させるように構成してもよい。

これにより、ドライブ回路が故障して整流用ＭＯＳＦＥＴをオンさせることができなくなった場合であっても、電源回路が交換されるまで、整流用ＭＯＳＦＥＴに悪影響が及ばないようにしつつバッテリから負荷へ電力を継続して供給することができる。

本発明は、バッテリの電圧を一定に保って負荷に出力する電源回路において、ドライブ回路が故障して昇圧回路内の整流用のＭＯＳＦＥＴをオンさせることができなくなった場合であっても整流用のＭＯＳＦＥＴに悪影響が及ぶことを抑えることができる。

本発明の実施形態の電源回路を示す図である。 制御回路の動作を示すフローチャートである。

図１は、本発明の実施形態の電源回路を示す図である。
図１に示す電源回路１は、互いに並列接続される昇圧回路２、３を備える。昇圧回路２、３は、それぞれ、コンデンサ４を介してバッテリ５に接続されているとともに、コンデンサ６を介して複数の負荷７−１、７−２に接続され、バッテリ５から得られる電力を１／２ずつ分担して複数の負荷７−１、７−２にそれぞれ供給する。本実施形態の電源回路１は、例えば、アイドルストップ車のエンジン始動用のスタータモータに電力を供給するバッテリ５の電圧を、一定に保って負荷７−１、７−２としてのカーナビゲーションやオーディオなどの電装部品（入力電圧の一時的な低下に伴って一時的に正常動作しなくなるような電装部品）に出力するものとして使用される。また、負荷７−１は、アイドルストップ車の走行中、電力供給を停止することができない負荷（例えば、アイドルストップ車において、走る、曲がる、止まるに関係する負荷）とし、負荷７−２は、アイドルストップ車の走行中、電力供給を停止してもよい負荷（例えば、カーナビゲーションやオーディオなど）とする。

昇圧回路２、３は、それぞれ、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ＦＩＥＬＤ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）８（スイッチング素子）と、バッテリ５とＭＯＳＦＥＴ８との間に設けられるインダクタ９と、インダクタ９と負荷７−１、７−２との間に設けられる整流用のＭＯＳＦＥＴ１０（整流用ＭＯＳＦＥＴ）と、ＭＯＳＦＥＴ８を駆動させるドライブ回路１１と、ＭＯＳＦＥＴ１０を駆動させるドライブ回路１２と、ＭＯＳＦＥＴ１０の近傍に設けられるサーミスタ１３（温度検出手段）と、サーミスタ１３により検出される電圧に基づいて求められる温度が所定温度以上であるとき、ドライブ回路１２が故障していることを検出する検出回路１４と、バッテリ５とインダクタ９との間に設けられるヒューズ１５と、ヒューズ１５とインダクタ９との間に設けられるシャント抵抗１６（電流検出手段）とを備えている。

また、電源回路１は、昇圧回路２、３と負荷７−２との間に設けられるリレー１７と、リレー１７のオン、オフを制御する上位ＥＣＵ１８と、表示部１９とを備えている。
また、昇圧回路２は、制御回路２０を備えている。なお、制御回路２０は、ソフトウェア又はハードウェアによって実現される。ソフトウェアによって実現される場合、制御回路２０はＣＰＵやメモリを含み、ＣＰＵがメモリに格納されている制御プログラムを読み出し実行することによって実現される。また、特許請求の範囲における制御手段は、例えば、リレー１７、上位ＥＣＵ１８、及び、制御回路２０により構成されるものとする。

図２は、制御回路２０の動作を示すフローチャートである。
まず、制御回路２０は、ユーザによりイグニッションキー等が押された場合、又は、アイドルストップの状態からエンジンが始動する場合、エンジン始動用のスタータモータが駆動することで、バッテリ５の電圧（例えば、１２Ｖ）が一時的に低下しているとき、昇圧回路２、３のそれぞれのＭＯＳＦＥＴ８をドライブ回路１１を介してオン、オフさせることにより、バッテリ５の電圧（コンデンサ４にかかる電圧）を昇圧させて負荷７にかかる電圧（コンデンサ６にかかる電圧）を一定に保つ（Ｓ１）。このとき、制御回路２０は、例えば、昇圧回路２のＭＯＳＦＥＴ８と昇圧回路３のＭＯＳＦＥＴ８とを１８０度位相をずらして（周期の１／２だけタイミングをずらして）オン、オフさせる。これにより、昇圧回路２、３の各ＭＯＳＦＥＴ８のスイッチングにより発生するリップル電流が互いに相殺され、電源回路１全体のリップル電流を低減することができる。なお、制御回路２０は、ＭＯＳＦＥＴ８とＭＯＳＦＥＴ１０とが同時にオンしないようにＭＯＳＦＥＴ１０をドライブ回路１２を介してオン、オフさせるものとする。

次に、制御回路２０は、一時的に低下していたバッテリ５の電圧が元の電圧に戻った後の通常時、昇圧回路２、３のそれぞれのＭＯＳＦＥＴ８を常時オフさせるとともに、昇圧回路２、３のそれぞれのＭＯＳＦＥＴ１０を常時オンさせる（Ｓ２）。すると、バッテリ５からヒューズ１５、シャント抵抗１６、インダクタ９、及びＭＯＳＦＥＴ１０を介して負荷７−１、７−２に電流が流れ、負荷７−１、７−２に電力が供給される。

次に、制御回路２０は、昇圧回路２又は昇圧回路３のドライブ回路１２が故障したか否かを判断する（Ｓ３）。例えば、制御回路２０は、シャント抵抗１６にかかる電圧に基づいて求められる電流に基づいて、昇圧回路２、３にそれぞれ流れる電流がアンバランスになったと判断することにより、昇圧回路２又は昇圧回路３のドライブ回路１２が故障したと判断することができる。また、例えば、制御回路２０は、検出回路１４の検出結果により、昇圧回路２又は昇圧回路３のドライブ回路１２が故障したと判断する。

昇圧回路２又は昇圧回路３のドライブ回路１２が故障した判断すると（Ｓ３がＹｅｓ）、制御回路２０は、ドライブ回路１２が故障した旨を上位ＥＣＵ１８に通信により通知する（Ｓ４）。上位ＥＣＵ１８は、ドライブ回路１２が故障した旨が通知されると、リレー１７をオフさせて、負荷７−２への電力供給を停止させる。また、上位ＥＣＵ１８は、ドライブ回路１２が故障した旨が通知されると、電源回路１を交換する必要がある旨のメッセージを表示部１９に表示させてもよい。

次に、制御回路２０は、ドライブ回路１２が故障していない昇圧回路のサーミスタ１３により検出される電圧に基づいて温度を求める（Ｓ５）。ドライブ回路１２が故障しＭＯＳＦＥＴ１０を常時オンさせることができなくなると、ドライブ回路１２が故障していない昇圧回路に電流が集中しＭＯＳＦＥＴ１０の温度が上昇する。

次に、制御回路２０は、ドライブ回路１２が故障していない昇圧回路のサーミスタ１３により検出される電圧に基づいて求めた温度が所定温度以上になったか否かを判断する（Ｓ６）。

ドライブ回路１２が故障していない昇圧回路のサーミスタ１３により検出される電圧に基づいて求めた温度が所定温度以上になったと判断した場合（Ｓ６がＹｅｓ）、制御回路２０は、ドライブ回路１２が故障している昇圧回路のＭＯＳＦＥＴ８を小さいデューティの制御信号によりオン、オフさせる（Ｓ７）。これにより、ドライブ回路１２が故障している昇圧回路からバッテリ５の電圧よりも少し高い電圧が出力されるため、ドライブ回路１２が故障している昇圧回路に流れる電流が増加し、ドライブ回路１２が故障していない昇圧回路に流れる電流が減少する。そのため、ドライブ回路１２が故障していない昇圧回路のＭＯＳＦＥＴ１０の温度が低下していき、ドライブ回路１２が故障している昇圧回路のＭＯＳＦＥＴ１０の温度が上昇していく。

次に、制御回路２０は、ドライブ回路１２が故障している昇圧回路のサーミスタ１３により検出される電圧に基づいて温度を求め（Ｓ８）、その温度が所定温度以上になったか否かを判断する（Ｓ９）。なお、Ｓ６、Ｓ９における各所定温度は、ＭＯＳＦＥＴ１０が破損されるなどＭＯＳＦＥＴ１０に悪影響が及ぶおそれがあるときのＭＯＳＦＥＴ１０の温度よりも低い温度とする。

ドライブ回路１２が故障している昇圧回路のサーミスタ１３により検出される電圧に基づいて求めた温度が所定温度以上になったと判断した場合（Ｓ９がＹｅｓ）、制御回路２０は、ドライブ回路１２が故障している昇圧回路のＭＯＳＦＥＴ８を常時オフさせた後（Ｓ１０）、Ｓ５に戻る。これにより、再び、ドライブ回路１２が故障していない昇圧回路に電流が集中しＭＯＳＦＥＴ１０の温度が上昇する。

なお、制御回路２０は、Ｓ８、Ｓ９の処理を行う代わりに、ドライブ回路１２が故障している昇圧回路の昇圧動作を開始させた後（Ｓ７）、所定時間（ドライブ回路１２が故障している昇圧回路が昇圧動作を開始してからＭＯＳＦＥＴ１０の温度が所定温度になるまでにかかる時間）が経過したと判断すると、ドライブ回路１２が故障している昇圧回路の昇圧動作を停止させて（Ｓ１０）、Ｓ５に戻るように構成してもよい。

このように、本実施形態の電源回路１では、通常時、昇圧回路２又は昇圧回路３のドライブ回路１２が故障すると、ドライブ回路１２が故障した旨を上位ＥＣＵ１８に通知して、リレー１７をオフさせて、支障のない負荷７−２への電力供給を停止させている。これにより、負荷が軽減され、昇圧回路２、３にそれぞれ流れる電流を小さくさせることができるため、ドライブ回路が故障した昇圧回路のＭＯＳＦＥＴ１０の温度上昇を抑えることができる。そのため、ドライブ回路が故障して昇圧回路のＭＯＳＦＥＴ１０をオンさせることができなくなった場合であってもＭＯＳＦＥＴ１０に悪影響が及ぶことを抑えることができる。

また、本実施形態の電源回路１では、通常時、昇圧回路２又は昇圧回路３のドライブ回路１２が故障して昇圧回路２、３にそれぞれ流れる電流を小さくした後、昇圧回路２、３の各ＭＯＳＦＥＴ１０の温度が、ＭＯＳＦＥＴ１０に悪影響が及ばない所定温度に保たれるように、ドライブ回路１２が故障している昇圧回路を間欠的に昇圧動作させている。これにより、ドライブ回路が故障して昇圧回路のＭＯＳＦＥＴ１０をオンさせることができなくなった場合であっても、電源回路１が交換されるまで、ＭＯＳＦＥＴ１０に悪影響が及ばないようにしつつバッテリ５から負荷７−１へ電力を継続して供給することができる。

なお、上記実施形態では、制御回路２０を昇圧回路２内に備える構成であるが、制御回路２０を昇圧回路３内や昇圧回路２、３の外部に備えるように構成してもよい。
また、上記実施形態において、検出回路１４は、通常時、ＭＯＳＦＥＴ１０を常時オンさせる駆動信号がドライブ回路１２から出力されなくなったとき、ドライブ回路１２が故障していることを検出するように構成してもよい。このように構成する場合、制御回路２０は、検出回路１４の検出結果により、昇圧回路２又は昇圧回路３のドライブ回路１２が故障したと判断することができる。また、このように構成する場合、サーミスタ１３を省略することができる。

また、上記実施形態において、制御回路２０は、ドライブ回路１２が故障した旨を上位ＥＣＵ１８に通知した後（Ｓ４）、ドライブ回路１２が故障していない昇圧回路に流れる電流が、ドライブ回路１２が故障していない場合に昇圧回路２、３に流れる２相分の電流の１／２（ドライブ回路１２が故障していない場合に昇圧回路に流れる１相分の電流の最大値）以上であると判断したとき、Ｓ５以降の処理を行うように構成してもよい。また、このように構成する場合、制御回路２０は、ドライブ回路１２が故障していない昇圧回路に流れる電流が、ドライブ回路１２が故障していない場合に昇圧回路２、３に流れる２相分の電流の１／２よりも小さいと判断したとき、Ｓ５以降の処理を行わずに、ドライブ回路１２が故障していない昇圧回路を使用して、切断されていない負荷７−１へ電力を継続して供給するように構成してもよい。

１ 電源回路
２、３ 昇圧回路
４、６ コンデンサ
５ バッテリ
７−１、７−２ 負荷
８、１０ ＭＯＳＦＥＴ
９ インダクタ
１１、１２ ドライブ回路
１３ サーミスタ
１４ 検出回路
１５ ヒューズ
１６ シャント抵抗
１７ リレー
１８ 上位ＥＣＵ
１９ 表示部
２０ 制御回路

Claims (2)

1. バッテリと、
   互いに並列接続され、前記バッテリの電圧を昇圧する第１及び第２昇圧回路と、
   前記第１及び第２昇圧回路のそれぞれの動作を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記第１及び第２昇圧回路は、それぞれ、
   スイッチング素子と、
   前記バッテリと前記スイッチング素子との間に設けられるインダクタと、
   前記インダクタと複数の負荷との間に設けられる整流用ＭＯＳＦＥＴと、
   前記整流用ＭＯＳＦＥＴを駆動するドライブ回路と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記バッテリの電圧が一時的に低下しているとき、前記第１昇圧回路のスイッチング素子及び整流用ＭＯＳＦＥＴを交互にオン、オフさせるとともに、前記第２昇圧回路のスイッチング素子及び整流用ＭＯＳＦＥＴを交互にオン、オフさせることにより、前記複数の負荷への出力電圧を一定に保つように制御し、
   一時的に低下していた前記バッテリの電圧が元の電圧に戻った後、前記第１及び第２昇圧回路にそれぞれ流れる電流がアンバランスになると、前記第１若しくは第２昇圧回路のドライブ回路から前記整流用ＭＯＳＦＥＴを駆動させるための駆動信号が出力されなくなると、又は、前記整流用ＭＯＳＦＥＴの温度が所定温度以上になると、前記第１又は第２昇圧回路のドライブ回路が故障したものと判断して前記複数の負荷のうち、予め決められている負荷への電力供給を停止する
   ことを特徴とする電源回路。
2. 請求項１に記載の電源回路であって、
   前記制御手段は、前記第１又は第２昇圧回路のドライブ回路が故障したものと判断した後、前記第１及び第２昇圧回路の各整流用ＭＯＳＦＥＴの温度が所定温度に保たれるように、前記ドライブ回路が故障している昇圧回路を間欠的に昇圧動作させる
   ことを特徴とする電源回路。

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