JP2010119257A - Power supply device and vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電気負荷に電力を供給するための電源装置および車両に関し、特に、単一の主電源の電圧を変換した複数の副電源系を出力する電源装置および車両において、各副電源系に接続される電気負荷に安定して電力を供給するための構成に関する。 The present invention relates to a power supply apparatus and a vehicle for supplying electric power to an electric load, and more particularly to a power supply apparatus and a vehicle that output a plurality of sub power supply systems converted from a single main power supply voltage. The present invention relates to a configuration for stably supplying electric power to a connected electric load.
最近、環境に配慮した自動車として、電動モータの駆動力により走行するハイブリッド自動車(Hybrid Vehicle)および電気自動車(Electric Vehicle)が注目されている。これらの電動車両には、駆動源である電動モータに電力を供給するための電源装置が搭載されている。 Recently, attention has been focused on hybrid vehicles and electric vehicles that are driven by the driving force of an electric motor as environmentally friendly vehicles. These electric vehicles are equipped with a power supply device for supplying electric power to an electric motor as a drive source.
たとえば特開平9−200902号公報(特許文献1)には、駆動用モータに給電するための主電源の他に、定格電圧の異なる電気負荷に給電するため、主電源の電圧を変換した複数の副電源系を有する電気自動車用電源装置が開示されている。これによれば、主電源としては高電圧(約100V〜約300V)のバッテリが用いられており、該複数の副電源系は、主電源の電圧をそれぞれ種々の定格電圧に対応した電圧に変換する電圧コンバータにより構成されている。 For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-200902 (Patent Document 1), in addition to a main power supply for supplying power to a drive motor, a plurality of power supplies converted to a voltage of the main power supply are supplied to supply electric loads having different rated voltages. An electric vehicle power supply device having a sub power supply system is disclosed. According to this, a high-voltage (about 100 V to about 300 V) battery is used as the main power supply, and the plurality of sub power supply systems convert the voltage of the main power supply into voltages corresponding to various rated voltages, respectively. It is comprised by the voltage converter which carries out.
また、特開平7−250470号公報(特許文献2)には、単一の一次側入力電圧に対して複数の二次側出力電圧を出力する電源回路が開示される。これによれば、電源回路は、交流または直流の電源を入力する一次側入力と、所定電圧を出力する複数の二次側出力とからなるAC−DCまたはDC−DCコンバータからなる。 Japanese Patent Laid-Open No. 7-250470 (Patent Document 2) discloses a power supply circuit that outputs a plurality of secondary side output voltages with respect to a single primary side input voltage. According to this, the power supply circuit includes an AC-DC or DC-DC converter including a primary side input for inputting an AC or DC power source and a plurality of secondary side outputs for outputting a predetermined voltage.
以上のような単一の主電源の電圧を変換した複数の副電源系を出力する電源装置においては、各副電源系に接続される電気負荷を安定して動作させるため、複数の副電源系の出力の高安定性が望まれている。たとえば特開平4−255466号公報(特許文献3)によれば、1次側の直流電源からトランスを介してスナバ回路を含む2次側のメイン出力回路と、チョッパー回路を含むサブ出力回路とに出力するように構成された複数出力のスイッチング電源において、2次側のメイン出力回路の出力を検知してこれを1次側のスイッチングトランジスタの制御回路にフィードバックさせることによりメイン出力回路の出力を安定させるのとは別個に、サブ出力回路がチョッパー回路を用いたチョッパー方式により安定な電圧を出力するように制御されている。
しかしながら、上述した特許文献1−3に記載の電源装置においては、複数の副電源系は、起動および遮断等のタイミングは連動しているものの、その他の面では互いに関係を持つことなく動作している。そのため、一部の副電源系においては、接続される電気負荷の消費電力の急激な増加に起因して、出力電圧が低下するという問題が生じていた。この出力電圧の低下は、特に、灯火電装品や制御装置等と比較して相対的に消費電力が大きい動力系電装品(パワーステアリング等)に接続される副電源系で起こり易いことから、出力電圧の低下によって一部の操作走行性能が損なわれてしまう可能性がある。 However, in the power supply device described in Patent Documents 1-3 described above, the plurality of sub power supply systems operate without being related to each other in other aspects, although timings such as activation and shut-off are interlocked. Yes. For this reason, in some sub power supply systems, there has been a problem that the output voltage decreases due to a rapid increase in power consumption of the connected electrical load. This drop in output voltage is particularly likely to occur in sub-power supply systems connected to power system electrical components (power steering, etc.) that consume relatively much power compared to lighting equipment and control devices. There is a possibility that a part of the operation traveling performance is impaired due to the voltage drop.
また、特開平4−255466号公報(特許文献3)には、スイッチング電源の1次側が整流平滑スイッチング回路を有する構成が開示されているが、上記スイッチング回路内のスイッチングトランジスタが故障した場合には、1次側の直流電源からの給電が遮断されるために、各副電源系に接続される電気負荷の動作が停止されてしまう問題がある。このような場合、車両の走行性能に関与する一部の電気負荷の動作を最低限保証することにより、車両を安全な場所に退避させるためのフェイルセーフ走行を確保する必要がある。 Japanese Patent Laid-Open No. 4-255466 (Patent Document 3) discloses a configuration in which the primary side of the switching power supply has a rectifying and smoothing switching circuit. However, when a switching transistor in the switching circuit fails, Since the power supply from the primary side DC power supply is cut off, there is a problem that the operation of the electric load connected to each sub power supply system is stopped. In such a case, it is necessary to ensure fail-safe traveling for evacuating the vehicle to a safe place by guaranteeing the operation of a part of the electric load related to the traveling performance of the vehicle.
しかしながら、上記特許文献1−3に記載される電源装置は、これらの課題に対する解決手段については十分な開示がなされていない。 However, the power supply device described in Patent Documents 1-3 has not been sufficiently disclosed as means for solving these problems.
それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、単一の主電源の電圧を変換した複数の副電源系を出力する電源装置および車両において、各副電源系に接続される電気負荷に電力を安定的に供給することである。 Therefore, the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a power supply apparatus and a vehicle for outputting a plurality of sub power supply systems obtained by converting the voltage of a single main power supply. It is to stably supply power to an electric load connected to the power supply system.
この発明のある局面に従えば、電源装置は、スイッチング素子のスイッチング動作により、電源からの電源電圧を降圧して第1の電圧を第1電源線に出力するスイッチング電源回路と、第1電源線に接続され、第1の電圧を受けて駆動する電気負荷と、第1電源線からの第1の電圧を第2の電圧に降圧して第2電源線に出力する降圧機能を有する電圧変換回路と、第2電源線に接続され、第2の電圧を受けて充電される蓄電部とを備える。電圧変換回路は、蓄電部から第2電源線に供給される第2の電圧を昇圧して第1電源線に供給する昇圧機能をさらに有する。 According to an aspect of the present invention, a power supply device includes a switching power supply circuit that steps down a power supply voltage from a power supply and outputs a first voltage to a first power supply line by a switching operation of a switching element, and a first power supply line And a voltage conversion circuit having a step-down function for stepping down the first voltage from the first power supply line to the second voltage and outputting the voltage to the second power supply line And a power storage unit connected to the second power supply line and charged by receiving the second voltage. The voltage conversion circuit further has a boosting function of boosting the second voltage supplied from the power storage unit to the second power supply line and supplying the boosted voltage to the first power supply line.
好ましくは、電圧変換回路は、スイッチング電源回路の降圧機能が損なわれたときには、蓄電部からの第2の電圧を昇圧して第1電源線に供給する。 Preferably, when the step-down function of the switching power supply circuit is impaired, the voltage conversion circuit boosts the second voltage from the power storage unit and supplies the second voltage to the first power supply line.
より好ましくは、電源装置は、第1電源線の電圧が所定の閾値電圧以下となる期間が所定期間以上継続したときに、スイッチング電源回路の降圧機能が損なわれたことを検出する電圧低下検出手段と、スイッチング電源回路の降圧機能が損なわれたことが検出されたときには、スイッチング動作を停止するとともに、電圧変換回路に昇圧指令を出力する制御手段とをさらに備える。 More preferably, the power supply device detects that the step-down function of the switching power supply circuit is impaired when the period during which the voltage of the first power supply line is equal to or lower than a predetermined threshold voltage continues for a predetermined period or longer. And a control means for stopping the switching operation and outputting a boost command to the voltage conversion circuit when it is detected that the step-down function of the switching power supply circuit is impaired.
好ましくは、電圧変換回路は、第1電源線と第2電源線との間に接続される第1のスイッチング素子と、第2電源線と接地線との間に接続される第2のスイッチング素子とを少なくとも含むチョッパ回路と、第1および第2のスイッチング素子の接続点と第2電源線との間に接続されるリアクトルとからなる。制御手段は、第1のスイッチング素子をオフ状態に維持するとともに、第1電源線の電圧が第1の電圧となるデューティー比を設定して第2のスイッチング素子をスイッチング制御する。 Preferably, the voltage conversion circuit includes a first switching element connected between the first power supply line and the second power supply line, and a second switching element connected between the second power supply line and the ground line. And a reactor connected between the connection point of the first and second switching elements and the second power supply line. The control means maintains the first switching element in the OFF state and sets the duty ratio at which the voltage of the first power supply line becomes the first voltage to control the switching of the second switching element.
より好ましくは、チョッパ回路は、第1および第2のスイッチング素子の各々に逆並列に接続されたダイオードをさらに含む。制御手段は、電圧変換回路の昇圧機能が損なわれたときには、電圧変換回路に昇圧機能の停止指令を出力する。 More preferably, the chopper circuit further includes a diode connected in antiparallel to each of the first and second switching elements. When the boosting function of the voltage conversion circuit is impaired, the control means outputs a stop command for the boosting function to the voltage conversion circuit.
この発明の別の局面に従えば、電源装置は、スイッチング素子のスイッチング動作により、電源からの電源電圧を降圧して第1の電圧を第1電源線に出力するスイッチング電源回路と、第1電源線に接続され、第1の電圧を受けて駆動する電気負荷と、第1電源線からの第1の電圧を第2の電圧に降圧して第2電源線に出力する電圧変換回路と、第2電源線に接続され、第2の電圧を受けて充電される蓄電部と、第1電源線の電圧低下を検出する電圧低下検出手段と、第1電源線の電圧低下が検出されたときには、第2電源線に対する出力制限を行なうように電圧変換回路を制御する制御手段とを備える。 According to another aspect of the present invention, a power supply apparatus includes a switching power supply circuit that steps down a power supply voltage from a power supply and outputs a first voltage to a first power supply line by a switching operation of a switching element, and a first power supply. An electric load connected to the line and driven by receiving the first voltage, a voltage conversion circuit for stepping down the first voltage from the first power supply line to the second voltage and outputting it to the second power supply line; When the power storage unit connected to the two power supply lines and charged by receiving the second voltage, the voltage drop detecting means for detecting the voltage drop of the first power supply line, and the voltage drop of the first power supply line are detected, And a control means for controlling the voltage conversion circuit so as to limit the output to the second power supply line.
好ましくは、電圧変換回路は、第1電源線と第2電源線との間に接続される第1のスイッチング素子と、第2電源線と接地線との間に接続される第2のスイッチング素子とを少なくとも含むチョッパ回路と、第1および第2のスイッチング素子の接続点と第2電源線との間に接続されるリアクトルとからなる。制御手段は、第1電源線の電圧低下が検出されたときには、第2のスイッチング素子をオフ状態に維持するとともに、第2電源線の電圧が第2の電圧を下回るデューティー比を設定して第1のスイッチング素子をスイッチング制御する。 Preferably, the voltage conversion circuit includes a first switching element connected between the first power supply line and the second power supply line, and a second switching element connected between the second power supply line and the ground line. And a reactor connected between the connection point of the first and second switching elements and the second power supply line. When the voltage drop of the first power supply line is detected, the control means maintains the second switching element in the OFF state and sets a duty ratio at which the voltage of the second power supply line is lower than the second voltage. Switching control of one switching element is performed.
この発明の別の局面に従えば、電源装置は、スイッチング素子のスイッチング動作により、電源からの電源電圧を降圧して第1の電圧を第1電源線に出力するスイッチング電源回路と、第1電源線に接続され、第1の電圧を受けて駆動する電気負荷と、第1電源線からの第1の電圧を第2の電圧に降圧して第2電源線に出力する電圧変換回路と、第2電源線に接続され、第2の電圧を受けて充電される蓄電部と、第1電源線の電圧低下を検出する電圧低下検出手段と、第1電源線の電圧低下が検出されたときには、第2電源線に対する出力制限を行なうように電圧変換回路に降圧指令を出力する降圧制御手段と、出力制限の実行中に第1電源線の電圧低下が検出されたときには、電圧変換回路に昇圧指令を出力する昇圧制御手段とを備える。 According to another aspect of the present invention, a power supply apparatus includes a switching power supply circuit that steps down a power supply voltage from a power supply and outputs a first voltage to a first power supply line by a switching operation of a switching element, and a first power supply. An electric load connected to the line and driven by receiving the first voltage, a voltage conversion circuit for stepping down the first voltage from the first power supply line to the second voltage and outputting it to the second power supply line; When the power storage unit connected to the two power supply lines and charged by receiving the second voltage, the voltage drop detecting means for detecting the voltage drop of the first power supply line, and the voltage drop of the first power supply line are detected, Step-down control means for outputting a step-down command to the voltage conversion circuit so as to limit the output to the second power line, and a voltage step-up command to the voltage conversion circuit when a voltage drop of the first power line is detected during the output restriction. And a boost control means for outputting.
好ましくは、電圧変換回路は、第1電源線と第2電源線との間に接続される第1のスイッチング素子と、第2電源線と接地線との間に接続される第2のスイッチング素子とを少なくとも含むチョッパ回路と、第1および第2のスイッチング素子の接続点と第2電源線との間に接続されるリアクトルとからなる。降圧制御手段は、第1電源線の電圧低下が検出されたときには、第2のスイッチング素子をオフ状態に維持するとともに、第2電源線の電圧が第2の電圧を下回るデューティー比を設定して第1のスイッチング素子をスイッチング制御する。昇圧制御手段は、第1電源線の電圧低下が検出されたときには、第1のスイッチング素子をオフ状態に維持するとともに、第1電源線の電圧が第1の電圧となるデューティー比を設定して第2のスイッチング素子をスイッチング制御する。 Preferably, the voltage conversion circuit includes a first switching element connected between the first power supply line and the second power supply line, and a second switching element connected between the second power supply line and the ground line. And a reactor connected between the connection point of the first and second switching elements and the second power supply line. The step-down control means maintains the second switching element in the OFF state when a voltage drop of the first power supply line is detected, and sets a duty ratio at which the voltage of the second power supply line is lower than the second voltage. The first switching element is subjected to switching control. When the voltage drop of the first power supply line is detected, the boost control means maintains the first switching element in the off state and sets a duty ratio at which the voltage of the first power supply line becomes the first voltage. Switching control of the second switching element is performed.
好ましくは、電源装置は、スイッチング動作におけるデューティー比を固定してスイッチング素子をスイッチング制御する制御手段をさらに備える。 Preferably, the power supply device further includes control means for controlling the switching of the switching element while fixing the duty ratio in the switching operation.
この発明の別の局面に従えば、車両は、上記のいずれか1つに記載の電源装置を搭載する。 If another situation of this invention is followed, a vehicle carries the power supply device as described in any one of said.
好ましくは、車両は、電源から電力を受けて車輪を駆動する回転電機を含む。電気負荷は、車両の運転走行制御装置を含む。 Preferably, the vehicle includes a rotating electrical machine that receives electric power from a power source and drives the wheels. The electric load includes a vehicle driving control device.
この発明によれば、単一の主電源の電圧を変換した複数の副電源系を出力する電源装置において、各副電源系に接続される電気負荷に電力を安定的に供給することができる。 According to the present invention, in a power supply device that outputs a plurality of sub power supply systems obtained by converting the voltage of a single main power supply, it is possible to stably supply power to an electric load connected to each sub power supply system.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1に係る電源装置を搭載した電動車両の概略構成図である。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electric vehicle equipped with a power supply device according to
図1を参照して、この発明の実施の形態1に従う車両は、代表的にハイブリッド車両であり、内燃機関(図示せず)とモータM1とを搭載し、それぞれからの駆動力を最適な比率に制御して走行する。さらに、車両は、このモータM1に電力を供給するための高電圧バッテリ10を搭載する。高電圧バッテリ10は、車両駆動用のモータM1のメインバッテリであり、たとえばニッケル水素やリチウムイオンバッテリからなる。なお、高電圧バッテリ10を、このような二次電池ではなく、電気二重層コンデンサ等の蓄電用の大容量キャパシタで構成してもよい。
Referring to FIG. 1, the vehicle according to the first embodiment of the present invention is typically a hybrid vehicle, which is equipped with an internal combustion engine (not shown) and motor M1, and has an optimum ratio of driving force from each. Drive under control. Further, the vehicle is equipped with a
昇圧コンバータ12は、電源ラインPL1と接地ラインSL1との間の電圧VHを昇圧して電源ラインPL2および接地ラインSLの間に出力する。インバータ14は、電源ラインPL2および接地ラインSL1の間の直流電圧を電源電圧として受け、三相交流電流を作り出すようにスイッチング制御される。そして、インバータ14によってモータM1は駆動され、モータM1によって図示しないディファレンシャルギヤや車輪が回転される。
(補機負荷)
車両は、補機バッテリ20と、複数の補機負荷110,120、30と、電源ラインPL1および接地ラインSL1に接続されたDC/DCコンバータ100とをさらに備える。
(Auxiliary load)
The vehicle further includes an
DC/DCコンバータ100は、後述する方法によって電源ラインPL1および接地ラインSL1の間の電圧VHを互いに異なる複数の電圧VL1,VL2に降圧して、複数の補機負荷および補機バッテリ20にそれぞれ供給する。
DC /
具体的には、DC/DCコンバータ100は、電圧VHを電圧VL1に降圧して電源ラインSPL1に供給する。電源ラインSPL1には電動パワーステアリング装置(EPS)120および高圧系補機130が接続されており、これらの補機負荷が電圧VL1の供給を受けて作動する。なお、高圧系補機130は、補機バッテリ20の出力電圧(たとえば、14V)に比較して高電圧(たとえば、48V)で作動する補機負荷の総称であり、一例として、サスペンション装置、スタビライザ装置、ブレーキ制御装置等の運転走行制御装置など消費電力の大きい制御システムなどを含む。
Specifically, the DC /
さらに、DC/DCコンバータ100は、電圧VHを電圧VL1よりも低い電圧VL2に降圧して電源ラインSPL2に供給する。電源ラインSPL2には補機バッテリ20および低圧系補機110が接続されている。
Furthermore, the DC /
補機バッテリ20は、本願発明における「蓄電部」を構成し、一例として鉛蓄電池などからなる。補機バッテリ20は、電源ラインSPL2からの直流電力で充電される一方、低圧系補機110へその蓄えた電力を供給する。すなわち、補機バッテリ20は、DC/DCコンバータ100の出力電力と、低圧系補機110の需要電力とのアンバランスを補うための電力バッファとしても機能する。
The
低圧系補機110は、補機バッテリ20の出力電圧と同電圧で作動する補機負荷の総称であり、一例として、カーナビゲーションシステム、カーオーディオ、車内灯などを含む。このような低圧系補機110は、車両搭乗者に対して快適な室内環境を提供するための補機負荷である。
The low-voltage
制御装置50は、昇圧コンバータ12の昇圧制御およびインバータ14のスイッチング制御を行なうとともに、DC/DCコンバータ100の降圧制御を行なう。なお、制御装置50は、エンジン制御用ECU、ハイブリッド制御用ECU、インバータ14および昇圧コンバータ12のIPM(インテリジェントパワーモジュール)中の制御部、バッテリ制御用ECUなどの複数のECUが制御情報を相互に通信することによって実現されるものでも良い。
(DC/DCコンバータの構成)
図2は、図1のDC/DCコンバータ100の構成を示した回路図である。
(Configuration of DC / DC converter)
FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the DC /
図2を参照して、DC/DCコンバータ100は、スイッチング電源回路30と、昇降圧チョッパ回路40とを備える。
Referring to FIG. 2, DC /
スイッチング電源回路30は、高電圧バッテリ10から電力を受けて交流電流を発生するブリッジ回路と、1次側がブリッジ回路から電力を受けるトランスTrと、トランスTrの2次側に生じる交流電流を整流する整流回路とを含む。
The switching
ブリッジ回路は、高電圧バッテリ10にコレクタが接続されたトランジスタQ1と、トランジスタQ1のエミッタにコレクタが接続され、接地ラインSL1にエミッタが接続されたトランジスタQ2と、高電圧バッテリ10にコレクタが接続されたトランジスタQ3と、トランジスタQ3のエミッタにコレクタが接続され、接地ラインSL1にエミッタが接続されたトランジスタQ4とを含む。本願発明での「スイッチング素子」を構成するトランジスタQ1〜Q4の各ベースは、図1の制御装置50によって降圧動作を指示する制御信号CNTが与えられるとスイッチング制御される。
The bridge circuit includes a transistor Q1 having a collector connected to the
トランスTrは、一方端がトランジスタQ1のエミッタに接続され他方端がトランジスタQ3のエミッタに接続される1次側コイルL2と、直列接続された2次側コイルL3,L4と、1次側コイルL2と2次側コイルL3,L4とを電磁的に結合する鉄心とを含む。 The transformer Tr has a primary coil L2 having one end connected to the emitter of the transistor Q1 and the other end connected to the emitter of the transistor Q3, secondary coils L3 and L4 connected in series, and a primary coil L2. And an iron core that electromagnetically couples the secondary coils L3 and L4.
整流回路は、ダイオードD5,D6と、コイルL5と、平滑コンデンサC2とを含む。ダイオードD5,D6の各カソードは共にコイルL5の一方端と接続される。ダイオードD5のアノードは、2次側コイルL3の一方端に接続される。ダイオードD6のアノードは、2次側コイルL4の一方端に接続される。2次側コイルL3の他方端と2次側コイルL4の他方端は共に接地ラインSL2に接続される。コイルL5の他方端は電源ラインSPL1に接続される。平滑コンデンサC2は電源ラインSPL1と接地ラインSL2との間に接続される。 The rectifier circuit includes diodes D5 and D6, a coil L5, and a smoothing capacitor C2. The cathodes of the diodes D5 and D6 are both connected to one end of the coil L5. The anode of the diode D5 is connected to one end of the secondary coil L3. The anode of the diode D6 is connected to one end of the secondary coil L4. Both the other end of secondary coil L3 and the other end of secondary coil L4 are connected to ground line SL2. The other end of coil L5 is connected to power supply line SPL1. Smoothing capacitor C2 is connected between power supply line SPL1 and ground line SL2.
スイッチング電源回路30は、トランスTrの1次側コイルL2に接続されたトランジスタQ1〜Q4のスイッチング動作により高電圧バッテリ10からの直流入力電圧VHをスイッチングし、スイッチング出力をトランスTrの2次側コイルL3,L4に取り出す。このようなトランジスタのスイッチング動作に伴ない、2次側コイルに現れる電圧は、整流回路によって整流された後、平滑コンデンサC2によって直流電圧VL1に変換されて電源ラインSPL1に出力される。
The switching
昇降圧チョッパ回路40は、スイッチング素子であるトランジスタQ7,Q8と、ダイオードD7,D8と、コイルL7,L8と、平滑コンデンサC3,C4とを含む。
The step-up / step-down
トランジスタQ7,Q8は、電源ラインSPL1と接地ラインSL2との間に直列に接続される。そして、トランジスタQ7のコレクタは電源ラインSPL1に接続され、トランジスタQ8のエミッタが接地ラインSL2に接続される。また、各トランジスタQ7,Q8のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD7,D8がそれぞれ接続される。 Transistors Q7 and Q8 are connected in series between power supply line SPL1 and ground line SL2. The collector of transistor Q7 is connected to power supply line SPL1, and the emitter of transistor Q8 is connected to ground line SL2. Further, diodes D7 and D8 for passing a current from the emitter side to the collector side are connected between the collector and emitter of the transistors Q7 and Q8, respectively.
コイルL7の一方端はトランジスタQ7のコレクタに接続され、他方端は電源ラインSPL1に接続される。コイルL8の一方端はトランジスタQ7とトランジスタQ8との中間点、すなわち、トランジスタQ7のエミッタとトランジスタQ8のコレクタとに接続され、他方端は電源ラインSPL2に接続される。トランジスタQ7,Q8の各ベースは、図1の制御装置50によって昇圧動作または降圧動作を指示する制御信号DRVが与えられるとスイッチング制御される。
One end of coil L7 is connected to the collector of transistor Q7, and the other end is connected to power supply line SPL1. One end of coil L8 is connected to an intermediate point between transistors Q7 and Q8, that is, the emitter of transistor Q7 and the collector of transistor Q8, and the other end is connected to power supply line SPL2. The bases of the transistors Q7 and Q8 are subjected to switching control when a control signal DRV instructing a step-up operation or a step-down operation is given by the
平滑コンデンサC3は、電源ラインSPL1と接地ラインSL2との間に接続される。平滑コンデンサC4は、電源ラインSPL2と接地ラインSL2との間に接続される。 Smoothing capacitor C3 is connected between power supply line SPL1 and ground line SL2. Smoothing capacitor C4 is connected between power supply line SPL2 and ground line SL2.
昇降圧チョッパ回路40は、制御装置50からの制御信号DRVに応じて、スイッチング電源回路30から出力された直流電圧VL1を電圧VL2に降圧して電源ラインSPL2に供給する。
The step-up / step-down
より具体的には、昇降圧チョッパ回路40は、降圧動作時において、制御装置50からの制御信号DRVに基づいて、トランジスタQ7を所定のデューティー比でオン/オフさせ、かつ、トランジスタQ8をオフ状態に維持させる。トランジスタQ7のオン期間においては、電源ラインSPL1からトランジスタQ7、コイルL8および電源ラインSPL2の順に介して充電電流が補機バッテリ20へ流れる。続いて、トランジスタQ7がオン状態からオフ状態に遷移すると、コイルL8の電流変化を妨げるように磁束が発生するので、充電電流は、ダイオードD8、コイルL8および電源ラインSPL2を順に介して流れ続ける。一方で、電気エネルギー的に見ると、電源ラインSPL1および接地ラインSL2を介して直流電力が供給されるのはトランジスタQ7のオン期間だけであるので、充電電流が一定に保たれるとすると、昇降圧チョッパ回路40から補機バッテリ20へ供給される直流電力の平均電圧は、電源ラインSPL1および接地ラインSL2間の直流電圧VL2にデューティー比を乗じた値となる。
More specifically, the step-up / step-down
平滑コンデンサC4は、電源ラインSPL2に出力された直流電圧を平滑化し、平滑化した直流電圧VL2を補機バッテリ20および低圧系補機110(図1)へ供給する。
Smoothing capacitor C4 smoothes the DC voltage output to power supply line SPL2, and supplies the smoothed DC voltage VL2 to
また、昇降圧チョッパ回路40は、前段のスイッチング電源回路30の降圧機能が損なわれた場合には、制御装置50からの制御信号DRVに応じて、補機バッテリ20から供給された直流電圧VL2をコイルL8を用いて電圧VL1に昇圧して電源ラインSPL1に供給する。
Further, the step-up / step-down
より具体的には、昇降圧チョッパ回路40は、昇圧動作時において、制御装置50からの制御信号DRVに基づいて、トランジスタQ7をオフ状態に維持し、トランジスタQ8を所定のデューティー比でオン/オフさせる。トランジスタQ8のオン期間においては、補機バッテリ20から電源ラインSPL2、コイルL8およびダイオードD7を順に介して、放電電流が電源ラインSPL1に流れる。同時に、補機バッテリ20から電源ラインSPL2、コイルL8、トランジスタQ8および接地ラインSL2を順に介して、ポンプ電流が流れる。コイルL8は、このポンプ電流により電磁エネルギーを蓄積する。続いて、トランジスタQ8がオン状態からオフ状態に遷移すると、コイルL8は蓄積した電磁エネルギーを放電電流に重畳する。その結果、昇降圧チョッパ回路40から電源ラインSPL1および接地ラインSL2に供給される直流電力の平均電圧は、デューティー比に応じてコイルL8に蓄積される電磁エネルギーに相当する電圧だけ昇圧される。
More specifically, the step-up / step-down
このように本実施の形態に係る昇降圧チョッパ回路40は、スイッチング電源回路30から受けた直流電力を降圧する降圧機能に加えて、補機バッテリ20からの直流電力を昇圧する昇圧機能をも有するものである。すなわち昇降圧機能を有する点において、主電源からの直流電圧を降圧するに留まる従来の電源装置における副電源系とは相違する。この結果、以下に述べるように、本実施の形態に従うDC/DCコンバータ100によれば、出力の高安定性が確保されるため、各補機負荷に対して安定して電力供給を行なうことが可能となる。
As described above, the step-up / step-down
図3は、図2のDC/DCコンバータ100で実行される電圧変換動作について説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a voltage conversion operation executed by the DC /
図3を参照して、スイッチング電源回路30に短絡故障などが生じていない通常時においては、高電圧バッテリ10から供給された直流電力は、図中のラインLN1に示すように、スイッチング電源回路30において電圧VL1に降圧されて電源ラインSPL1に供給される。そして、降圧後の直流電力は、図中のラインLN2に示すように昇降圧チョッパ回路40において、さらに電圧VL2に降圧されて電源ラインSPL2および補機バッテリ20に供給される。
Referring to FIG. 3, in a normal time when a short circuit failure or the like does not occur in switching
このようにDC/DCコンバータ100に2段階の降圧機能を持たせた構成とすることによって、電源ラインPL1および接地ラインSL1に対して並列接続される2個のDC/DCコンバータを一体化することができる。その結果、電源装置を小型化できる。
As described above, the DC /
また、高圧系補機および低圧系補機が別個の電源ラインSPL1,SPL2に接続されることから、電源ラインSPL1と比較して電流量が相対的に少ない電源ラインSPL2を細線化できるため、装置コストを下げることができる。 In addition, since the high-voltage auxiliary machine and the low-voltage auxiliary machine are connected to the separate power supply lines SPL1 and SPL2, the power supply line SPL2 having a relatively small amount of current compared to the power supply line SPL1 can be thinned. Cost can be reduced.
その一方で、トランジスタQ1〜Q4の短絡故障などによってスイッチング電源回路30の降圧機能が損なわれてしまった場合には、電源ラインSPL1に対する電力供給が遮断されることから、EPS120および高圧系補機130が正常に作動できず、車両の走行性能に支障が生じるおそれがある。
On the other hand, when the step-down function of the switching
そこで、本実施の形態においては、スイッチング電源回路30の降圧機能が損なわれたと判断された場合には、図中のラインLN3で示すように、昇降圧チョッパ回路40が昇圧動作を行なうことにより補機バッテリ20からの直流電力を昇圧して電源ラインSPL1に供給する構成とする。これによれば、スイッチング電源回路30の異常検出後においても、電源ラインSPL1の電圧VL1が低下するのを抑制してEPS120および高圧系補機130に対して安定して電力供給を行なうことができる。その結果、EPS120および高圧系補機130の安定動作が保証されるため、車両の走行性能を向上することができる。
Therefore, in the present embodiment, when it is determined that the step-down function of the switching
なお、本明細書においては、スイッチング電源回路30から電源ラインSPL1に電力を供給するように電圧変換動作を行なう制御モードを「通常モード」と称する。これに対して、スイッチング電源回路30のスイッチング動作を停止するとともに、スイッチング電源回路30に代えて補機バッテリ20から電源ラインSPL1に電力を供給するように電圧変換動作を行なう制御モードを「バックアップモード」とも称する。
In the present specification, a control mode in which a voltage conversion operation is performed so that electric power is supplied from the switching
さらに、バックアップモードの実行中において、トランジスタQ7またはQ8の短絡故障などによって昇降圧チョッパ回路40の昇圧機能が損なわれた場合には、図中のラインLN4に示すように、補機バッテリ20からの直流電力を、トランジスタQ7に逆並列接続されたダイオードD7を介して電源ラインSPL1に供給する。これによれば、EPS120および高圧系補機130への供給電力が低下するものの、異常検出時に直ちにこれらの補機負荷への電力供給が遮断されるのを回避することができる。その結果、異常検出に応じて実行される車両の退避走行における走行性能を向上できることから、異常検出時の車両の安全を保証するフェイルセーフ機能が確保される。なお、本明細書では、補機バッテリ20から直接的に電源ラインSPL1に電力を供給するように電圧変換動作を停止する制御モードを、「フェイルセーフモード」とも称する。
Further, when the boosting function of the step-up / step-down
なお、上記バックアップモードおよびフェイルセーフモードの実行中においては、補機バッテリ20に蓄えられた電力がEPS120、高圧系補機130および低圧系補機110に供給されるため、補機バッテリ20からの供給電圧が低下することにより、制御装置50を含むECU(Electronic Control Unit)が動作不能となる問題が起こり得る。
During the execution of the backup mode and the fail safe mode, the electric power stored in the
そのため、バックアップモードの実行中においては、昇降圧チョッパ回路40のトランジスタQ7のデューティー比(すなわち、昇圧比)が所定の閾値以下となったことに基づいてEPS120および高圧系補機130の消費電力が低減したと判断し、バックアップモードを終了して通常モードに復帰する構成とする。
Therefore, during the backup mode, the power consumption of the
また、フェイルセーフモードについては、補機バッテリ20の電源電圧がECUの正常動作が保証される動作電圧の限界値(以下、動作電圧下限値とも称する)を下回らないように、予め設定された一定期間に制限して実行する構成とする。
In the fail-safe mode, a preset period of time is set so that the power supply voltage of the
(DC/DCコンバータの制御構造)
次に、図4を参照して、本実施の形態に従うDC/DCコンバータ100における電圧変換動作を実現するための制御構造について説明する。
(Control structure of DC / DC converter)
Next, referring to FIG. 4, a control structure for realizing a voltage conversion operation in DC /
図4は、この発明の実施の形態1に従う制御装置50における制御構造を示すブロック図である。図4に示す各機能ブロックは、代表的に制御装置50が予め格納されたプログラムを実行することで実現されるが、その機能の一部または全部を専用のハードウェアとして実装してもよい。
FIG. 4 is a block diagram showing a control structure in
図4を参照して、制御装置50は、スイッチング制御回路502と、出力ドライブ制御回路504と、電圧低下検出回路506と、バックアップモード判定回路508と、電圧センサ42とを含む。
Referring to FIG. 4,
電圧センサ42は、電源ラインSPL1および接地ラインSL2の間に配され、電源ラインSPL1の電圧VL1を検出して電圧低下検出回路506へ出力する。
電圧低下検出回路506は、電圧センサ42から電圧VL1を受けると、電圧VL1の電圧低下を検出する。具体的には、電圧低下検出回路506は、電圧VL1が予め設定された所定の閾値電圧Vth(たとえば、20V)以下であるか否かを判定する。このとき電圧VL1が閾値電圧Vth以下である場合には、図示しないタイマを用いて電圧VL1が閾値電圧Vth以下となる時間を計時する。そして、電圧VL1が閾値電圧Vth以下となる期間が、予め設定された所定時間Tth以上継続した場合には、電圧低下検出回路506は、電圧VL1が電圧低下したことを検出してH(論理ハイ)レベルの検出信号DETを生成し、その生成した検出信号DETをバックアップモード判定回路508へ出力する。一方、電圧VL1が閾値電圧Vth以下となる時間が所定期間Tthよりも短い場合には、電圧低下検出回路506は、L(論理ロー)レベルの検出信号DETを生成してバックアップモード判定回路508へ出力する。
When voltage
なお、所定の閾値電圧Vthは、EPS120および高圧系補機130の動作電圧下限値よりも高い電圧に設定される。また、所定時間Tthは、電圧VL1が一時的に閾値電圧Vthを下回った場合を誤って電圧低下と検出しないように、電圧変換動作の制御周期よりも十分に長い期間に設定される。
The predetermined threshold voltage Vth is set to a voltage higher than the operating voltage lower limit value of the
バックアップモード判定回路508は、電圧低下検出回路506から検出信号DETを受けると、検出信号DETの論理レベルに基づいてスイッチング制御回路502および出力ドライブ制御回路504に対する制御指令を生成する。
When receiving the detection signal DET from the voltage
具体的には、バックアップモード判定回路508は、最初に、検出信号DETに基づいてDC/DCコンバータ100の制御モードを決定する。このときバックアップモード判定回路508は、以下に述べる方法によって、検出信号DETに応じて、上述した複数の制御モード(通常モード、バックアップモードおよびフェイルセーフモード)の中から最適な制御モードを選択してDC/DCコンバータ100の制御モードに決定する。
Specifically, the backup
図5は、検出信号DETに基づいて決定される制御モードと、決定された制御モードに基づいて生成される制御指令とを説明するための図である。 FIG. 5 is a diagram for explaining a control mode determined based on the detection signal DET and a control command generated based on the determined control mode.
詳細には、バックアップモード判定回路508は、検出信号DETがLレベルであるとき、すなわち、電圧VL1の電圧低下が検出されていないときには、スイッチング電源回路30の降圧機能が正常であると判断し、通常モードをDC/DCコンバータ100の制御モードに決定する。
Specifically, the backup
これに対して、検出信号DETがHレベルであるとき、すなわち、電圧VL1の電圧低下を検出したときには、バックアップモード判定回路508は、さらに検出信号DETの時間的変化に基づいて、バックアップモードおよびフェイルセーフモードのいずれか一方を制御モードに決定する。
On the other hand, when the detection signal DET is at the H level, that is, when the voltage drop of the voltage VL1 is detected, the backup
具体的には、バックアップモード判定回路508は、検出信号DETがLレベルからHレベルに立ち上がったことに応じて、スイッチング電源回路30の降圧機能が損なわれたと判断する。この場合、バックアップモード判定回路508は、バックアップモードを制御モードに決定する。
Specifically, the backup
さらに、バックアップモードの実行開始後においても検出信号DETがHレベルに保持されていることに応じて、バックアップモード判定回路508は、昇降圧チョッパ回路40の昇圧機能が損なわれたと判断する。この場合、バックアップモード判定回路508は、フェイルセーフモードを制御モードに決定する。
Further, the backup
次に、バックアップモード判定回路508は、決定された制御モードに基づいて制御指令を生成し、その生成した制御指令をスイッチング制御回路502および出力ドライブ制御回路504へそれぞれ出力する。
Next, backup
詳細には、図5を参照して、DC/DCコンバータ100の制御モードが通常モードである場合には、バックアップモード判定回路508は、Hレベルの降圧指令DWN1,DWN2を生成してスイッチング制御回路502および出力ドライブ制御回路504へそれぞれ出力する。スイッチング制御回路502は、降圧指令DWN1を受けると、スイッチング電源回路30に対して、高電圧バッテリ10からの直流電圧VHを降圧するときにトランジスタQ1〜Q4をスイッチング制御するための制御信号CNTを出力する。また、出力ドライブ制御回路504は、降圧指令DWN2を受けると、スイッチング電源回路30からの直流電圧VL1を降圧する制御信号DRVを生成して昇降圧チョッパ回路40のトランジスタQ7,Q8のゲートに出力する。
Specifically, referring to FIG. 5, when the control mode of DC /
これに対して、DC/DCコンバータ100の制御モードがバックアップモードである場合には、バックアップモード判定回路508は、Hレベルの停止指令STP1を生成してスイッチング制御回路502へ出力するとともに、Hレベルの昇圧指令UP2を生成して出力ドライブ制御回路504へ出力する。スイッチング制御回路502は、停止指令STP1を受けると、スイッチング電源回路30に対して、降圧動作を停止するようにトランジスタQ1〜Q4をスイッチング制御するための制御信号CNTを出力する。一方、出力ドライブ制御回路504は、補機バッテリ20からの直流電圧VL2を昇圧する制御信号DRVを生成して昇降圧チョッパ回路40のトランジスタQ7,Q8へ出力する。
On the other hand, when the control mode of the DC /
さらに、DC/DCコンバータ100の制御モードがフェイルセーフモードである場合には、バックアップモード判定回路508は、Hレベルの停止指令STP1,STP2を生成してスイッチング制御回路502および出力ドライブ制御回路504へそれぞれ出力する。スイッチング制御回路502は、停止指令STP1を受けると、スイッチング電源回路30に対して、降圧動作を停止するようにトランジスタQ1〜Q4をスイッチング制御するための制御信号CNTを出力する。また、出力ドライブ制御回路504は、昇圧動作を停止する制御信号DRVを生成して昇降圧チョッパ回路40のトランジスタQ7,Q8へ出力する。
Further, when the control mode of DC /
なお、バックアップモード判定回路508は、図5に示す制御モードと制御指令との関係を予めマップとして所有しており、電圧低下検出回路506から検出信号DETを受けると、図5のマップを参照して制御指令を生成してスイッチング制御回路502および出力ドライブ制御回路504へ出力する。
Note that the backup
図6は、制御装置50における電圧変換制御を実現するためのフローチャートである。なお、図6に示す各ステップの処理は、制御装置50(図1)が図4に示す各制御ブロックとして機能することで実現される。
FIG. 6 is a flowchart for realizing voltage conversion control in the
図6を参照して、電圧低下検出回路506は、電圧センサ42(図4)から電源ラインSPL1の電圧VL1を取得すると(ステップS01)、電圧VL1の電圧低下を検出する。具体的には、電圧低下検出回路506は、電圧VL1が所定の閾値電圧Vth以下となる期間が所定時間Vth以上継続したか否かを判定する(ステップS02)。
Referring to FIG. 6, when voltage
電圧VL1が所定の閾値電圧Vth以下となる期間が所定時間Tth以上継続していない場合(ステップS02においてNOの場合)には、電圧低下検出回路506は、Lレベルの検出信号DETをバックアップモード判定回路508へ出力する。バックアップモード判定回路508は、Lレベルの検出信号DETを受けると、スイッチング電源回路30の降圧機能が正常であると判断して、DC/DCコンバータ100の制御モードを通常モードに決定する(ステップS07)。そして、バックアップモード判定回路508は、図5のマップを参照して制御指令(降圧指令DWN1、DWN2)を生成してスイッチング制御回路502および出力ドライブ制御回路504へ出力する。これにより、電源ラインSPL1には高電圧バッテリ10からの直流電力が電圧VL1に降圧されて供給され、かつ、電源ラインSPL2には該直流電力がさらに電圧VL2に降圧されて供給される。
When the period in which voltage VL1 is equal to or lower than predetermined threshold voltage Vth does not continue for a predetermined time Tth or longer (NO in step S02), voltage
これに対して、電圧VL1が所定の閾値電圧Vth以下となる期間が所定時間Tth以上継続している場合(ステップS02においてYESの場合)には、電圧低下検出回路506は、電圧VL1が電圧低下したことを検出してHレベルの検出信号DETをバックアップモード判定回路508へ出力する。バックアップモード判定回路508は、Hレベルの検出信号DETを受けると、スイッチング電源回路30の降圧機能が損なわれたと判断して、DC/DCコンバータ100の制御モードをバックアップモードに決定する(ステップS03)。そして、バックアップモード判定回路508は、図5のマップを参照して制御指令(停止指令STP1および昇圧指令UP2)を生成してスイッチング制御回路502および出力ドライブ制御回路504へ出力する。これにより、電源ラインSPL1に対しては、スイッチング電源回路30が降圧動作を停止するために高電圧バッテリ10からの電力供給が遮断される一方で、昇降圧チョッパ回路40が昇圧動作を行なうことにより補機バッテリ20からの直流電力が昇圧されて供給される。
On the other hand, when the period during which voltage VL1 is equal to or lower than predetermined threshold voltage Vth continues for a predetermined time Tth or longer (in the case of YES in step S02), voltage
このバックアップモードの実行中においても電圧低下検出回路506は、上記ステップS02と同じ手順により電圧VL1の電圧低下を検出する(ステップS04)。そして、電圧VL1が所定の閾値電圧Vth以下となる期間が所定時間Tth以上継続していない場合(ステップS04においてNOの場合)には、電圧低下検出回路506は、Lレベルの検出信号DETをバックアップモード判定回路508へ出力する。バックアップモード判定回路508は、Lレベルの検出信号DETを受けると、出力ドライブ制御回路504から出力される制御信号DRVに基づいて、昇降圧チョッパ回路40のトランジスタQ8のデューティー比(すなわち、昇圧比)が所定の閾値以下であるか否かを判定する(ステップS05)。
Even during the execution of the backup mode, the voltage
昇降圧チョッパ回路40のトランジスタQ8のデューティー比が所定の閾値を越える場合(ステップS05においてNOの場合)には、バックアップモード判定回路508は、EPS120および高圧系補機130の消費電力が大きいと判断して処理をステップS03に戻すことにより、補機バッテリ20からの電力供給を継続する。
When the duty ratio of transistor Q8 of step-up / step-down
そして、昇降圧チョッパ回路40のトランジスタQ8のデューティー比が所定の閾値以下となった場合(ステップS05においてYESの場合)には、バックアップモード判定回路508は、EPS120および高圧系補機130の消費電力が低下したと判断して、通常モードに復帰する(ステップS06)。
When the duty ratio of transistor Q8 of step-up / step-down
これに対して、電圧VL1が所定の閾値電圧Vth以下となる期間が所定時間Tth以上継続している場合(ステップS04においてYESの場合)には、電圧低下検出回路506は、電圧VL1が電圧低下したことを検出してHレベルの検出信号DETをバックアップモード判定回路508へ出力する。バックアップモード判定回路508は、Hレベルの検出信号DETを受けると、昇降圧チョッパ回路40の昇圧機能が損なわれたと判断して、DC/DCコンバータ100の制御モードをバックアップモードからフェイルセーフモードに変更する(ステップS08)。そして、バックアップモード判定回路508は、図5のマップを参照して制御指令(停止指令STP1、STP2)を生成してスイッチング制御回路502および出力ドライブ制御回路504へ出力する。これにより、電源ラインSPL1に対しては、昇降圧チョッパ回路40が昇圧動作を停止するために補機バッテリ20からの直流電力がダイオードD7を介して供給される。そして、バックアップモード判定回路508は、フェイルセーフモードの実行開始後から予め設定された一定期間が経過したことに応じて(ステップS09においてYESの場合)、通常モードに復帰する(ステップS06)。
On the other hand, when the period during which voltage VL1 is equal to or lower than predetermined threshold voltage Vth continues for a predetermined time Tth or longer (in the case of YES in step S04), voltage
本実施の形態においては、スイッチング電源回路30が「スイッチング電源回路」に相当し、昇降圧チョッパ回路40が「電圧変換装置」に相当し、補機バッテリ20が「蓄電部」に相当する。そして、制御装置50が「電圧低下検出手段」および「制御手段」を実現する。
In the present embodiment, the switching
以上のように、この発明の実施の形態1によれば、スイッチング電源回路30の降圧機能が損なわれた場合には、昇降圧チョッパ回路40を降圧動作から昇圧動作に切り換えることにより、補機バッテリ20に蓄えられた電力を用いて電源ラインSPL1の電圧低下を防止することができる。その結果、EPS120および高圧系補機130の安定動作が保証されるため、車両の走行性能を向上することができる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, when the step-down function of the switching
[実施の形態2]
先の実施の形態1では、スイッチング電源回路30の降圧機能が損なわれた場合には、昇降圧チョッパ回路40を降圧動作から昇圧動作に切り換えることにより、補機バッテリ20からの直流電力を電源ラインSPL1に供給する構成について説明した。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, when the step-down function of the switching
しかしながら、図7に示すように、スイッチング電源回路30の降圧機能が正常な場合であっても、EPS120および高圧系補機130の消費電力が急激に増大することによって電源ラインSPL1の電圧VL1に一時的な電圧低下が発生する場合が存在する。
However, as shown in FIG. 7, even when the step-down function of the switching
図7は、電源ラインSPL1からEPS120および高圧系補機130への供給電力と電源ラインSPL2から補機バッテリ20および低圧系補機110への供給電力との関係を説明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship between power supplied from power supply line SPL1 to
なお、図7には、電源ラインSPL1の電圧VL1および電源ラインSPL1からの供給電流IL1のタイミングチャートと、電源ラインSPL2の電圧VL2および電源ラインSPL2からの供給電流IL2のタイミングチャートとが示されている。 FIG. 7 shows a timing chart of voltage VL1 of power supply line SPL1 and supply current IL1 from power supply line SPL1, and a timing chart of voltage VL2 of power supply line SPL2 and supply current IL2 from power supply line SPL2. Yes.
図7を参照して、電源ラインSPL1の電圧VL1および電源ラインSPL2の電圧VL2はそれぞれ、制御装置50(図1)においてモニタされ、各電圧が目標電圧に一致するように降圧動作のフィードバック制御が行なわれている。 Referring to FIG. 7, voltage VL1 of power supply line SPL1 and voltage VL2 of power supply line SPL2 are monitored by control device 50 (FIG. 1), and feedback control of the step-down operation is performed so that each voltage matches the target voltage. It is done.
しかしながら、EPS120は、一般的に消費電力が大きく、操舵ハンドルの回動操作によっては大きな供給電流IL1が必要となる場合がある。そのため、図中の時刻t1において供給電流IL1が急激に増加すると、これに伴ない電圧VL1に電圧低下が発生する。そして、この電圧低下によってEPS120の操舵力が突然消失して操舵フィーリングが急変する可能性がある。
However, the
そこで、本実施の形態においては、電圧VL1に電圧低下が生じた場合には、DC/DCコンバータ100が電源ラインSPL2に対して出力制限を行なう構成とする。本構成は、電源ラインSPL2に接続される低圧系補機110には出力バッファとしての補機バッテリ20から電力供給が行なわれるため、電源ラインSPL2が出力制限を受けても低圧系補機110の正常動作が保証されることに基づいている。
Thus, in the present embodiment, when voltage drop occurs in voltage VL1, DC /
図8は、本実施の形態に従う電源ラインSPL1からEPS120および高圧系補機130への供給電力と電源ラインSPL2から補機バッテリ20および低圧系補機110への供給電力との関係を説明するための図である。
FIG. 8 illustrates a relationship between power supplied from power supply line SPL1 to
図8を参照して、時刻t1において、供給電流IL1の急激な増加に伴なって電圧VL1が低下したものとする。このとき、電圧VL2のフィードバック制御回路では、電圧VL2とともに電圧VL1をモニタしており、電圧VL1の電圧低下を検出したことに応じて、昇降圧チョッパ回路40のトランジスタQ8のデューティー比(すなわち、降圧比)を小さくする。その結果、時刻t1以降において、電圧VL2および供給電流IL2が低下する。その一方で、電圧VL1は、所定の基準電圧Vstdに保持されている。なお、所定の基準電圧Vstdは、EPS120および高圧系補機130の動作電圧下限値を上回る電圧に予め設定されている。したがって、EPS120は、電源ラインSPL1から電力供給を受けて必要な操舵力を得ることができる。
Referring to FIG. 8, it is assumed that voltage VL1 decreases with a rapid increase in supply current IL1 at time t1. At this time, the feedback control circuit for the voltage VL2 monitors the voltage VL1 together with the voltage VL2, and in response to detecting the voltage drop of the voltage VL1, the duty ratio (that is, the step-down voltage) of the transistor Q8 of the step-up / down
図9は、この発明の実施の形態2に従う制御装置50における制御構造を示すブロック図である。図9に示す各機能ブロックは、代表的に制御装置50が予め格納されたプログラムを実行することで実現されるが、その機能の一部または全部を専用のハードウェアとして実装してもよい。
FIG. 9 is a block diagram showing a control structure in
図9を参照して、制御装置50は、出力ドライブ制御回路504と、降圧フィードバック制御回路510と、電圧センサ42,44と、図示しないスイッチング制御回路とを含む。
Referring to FIG. 9,
電圧センサ42は、電源ラインSPL1および接地ラインSL2の間に配され、電源ラインSPL1の電圧VL1を検出して降圧フィードバック制御回路510へ出力する。電圧センサ44は、電源ラインSPL2および接地ラインSL2の間に配され、電源ラインSPL2の電圧VL2を検出して降圧フィードバック制御回路510へ出力する。
降圧フィードバック制御回路510は、電源ラインSPL2の電圧VL2をモニタし、電圧VL2が目標電圧に一致するように昇降圧チョッパ回路40をフィードバック制御する。さらに、降圧フィードバック制御回路510は、電源ラインSPL1の電圧VL1をモニタし、電圧VL1を基準電圧Vstd以上に保つように昇降圧チョッパ回路40をフィードバック制御する。
The step-down
具体的には、降圧フィードバック制御回路510は、エラーアンプEA1,EA2と、三角波発生器514と、比較器COM1とを含む。
Specifically, step-down
エラーアンプEA1は、電圧センサ44からの電源ラインSPL2の電圧VL2と、基準電圧Vrefとの誤差電圧を増幅してエラー信号として比較器COM1に出力する。このとき、エラー信号は、電圧VL2が基準電圧Vrefよりも低い場合には増加する方向に制御され、電圧VL2が基準電圧Vrefよりも高い場合には減少する方向に制御される。
The error amplifier EA1 amplifies an error voltage between the voltage VL2 of the power supply line SPL2 from the
エラーアンプEA2は、電圧センサ42からの電源ラインSPL1の電圧VL1と、基準電圧Vstdとの誤差電圧を増幅してエラー信号として比較器COM1に出力する。このとき、エラー信号は、電圧VL1が基準電圧Vstdよりも低い場合には減少する方向に制御され、電圧VL1が基準電圧Vstdよりも高い場合には増加する方向に制御される。
The error amplifier EA2 amplifies an error voltage between the voltage VL1 of the power supply line SPL1 from the
三角波発生器514は、三角波を発生して比較器COM1に出力する。なお、三角波の代わりに鋸波を発生するようにしてもよい。
The
比較器COM1は、エラーアンプEA1からのエラー信号およびエラーアンプEA2からのエラー信号を三角波と比較し、出力ドライブ制御回路504にPWM(Pulse Width Modulation)パルスを出力する。出力ドライブ制御回路504は、PWMパルスのデューティー比に従ってトランジスタQ7,Q8をオン/オフさせるための制御信号DRVを生成して昇降圧チョッパ回路40へ出力する。
The comparator COM1 compares the error signal from the error amplifier EA1 and the error signal from the error amplifier EA2 with a triangular wave, and outputs a PWM (Pulse Width Modulation) pulse to the output
このような構成としたことにより、降圧フィードバック制御回路510には、電源ラインSPL2の電圧VL2が基準電圧Vrefに一致するように昇降圧チョッパ回路40をフィードバック制御する本来の機能に加えて、電源ラインSPL1の電圧VL1が基準電圧Vstdに一致するように昇降圧チョッパ回路40をフィードバック制御する機能が付加される。その結果、電圧VL1に電圧低下が生じた場合には、PWMパルスのデューティー比を小さくして降圧動作を制限することによって電圧VL1を基準電圧Vstdに保持することができる。
With such a configuration, the step-down
図10は、制御装置50における電圧変換制御を実現するためのフローチャートである。なお、図10に示す各ステップの処理は、制御装置50(図1)が図9に示す各制御ブロックとして機能することで実現される。
FIG. 10 is a flowchart for realizing voltage conversion control in the
図10を参照して、一連の制御が開始されると、降圧フィードバック制御回路510は、電圧センサ42から電源ラインSPL1の電圧VL1を取得するとともに、電圧センサ44から電源ラインSPL2の電圧VL2を取得する(ステップS11)。そして、降圧フィードバック制御回路510は、上述した方法によってエラーアンプEA1,EA2の出力信号(エラー信号)と三角波とを比較し、その比較結果に応じたデューティー比のPWMパルスを出力する。
Referring to FIG. 10, when a series of control is started, step-down
このとき、降圧フィードバック制御回路510は、電圧VL1が所定の基準電圧Vstdよりも低いか否かを判定する(ステップS12)。電圧VL1が所定の基準電圧Vstdよりも低い場合(ステップS12においてYESの場合)には、降圧フィードバック制御回路510は、電源ラインSPL2への出力電力を制限するように昇降圧チョッパ回路40を制御する。これにより、電源ラインSPL2の電圧VL2および供給電流IL2が低下する一方で、電源ラインSPL1の電圧VL1は基準電圧Vstdに保持される。
At this time, the step-down
これに対して、電圧VL1が所定の基準電圧Vstd以上となる場合(ステップS12においてNOの場合)には、降圧フィードバック制御回路510は、電源ラインSPL2の電圧VL2および基準電圧Vrefとの誤差電圧に基づいて昇降圧チョッパ回路40を制御する(ステップS14)。これにより、電源ラインSPL2の電圧VL2は基準電圧Vrefに一致した電圧に保持される。
In contrast, when voltage VL1 is equal to or higher than a predetermined reference voltage Vstd (NO in step S12), step-down
本実施の形態においては、スイッチング電源回路30が「スイッチング電源回路」に相当し、昇降圧チョッパ回路40が「電圧変換装置」に相当し、補機バッテリ20が「蓄電部」に相当する。そして、制御装置50が「電圧低下検出手段」および「制御手段」を実現する。
In the present embodiment, the switching
以上のように、この発明の実施の形態2によれば、DC/DCコンバータ100に対して並列接続される電源ラインSPL1,SPL2のうち、補機負荷への供給電流の急激な増加によって電源ラインSPL1に電圧低下が生じた場合には、残余の電源ラインSPL2に対する出力を制限することにより、電源ラインSPL1の電圧低下を防止することができる。その結果、EPS120および高圧系補機130の安定動作が保証されるため、車両の走行性能を向上することができる。
As described above, according to the second embodiment of the present invention, of the power supply lines SPL1 and SPL2 connected in parallel to the DC /
[実施の形態3]
先の実施の形態2で述べたように、電源ラインSPL1の電圧VL1に電圧低下が生じた場合には、DC/DCコンバータ100が電源ラインSPL2に対する出力制限を行なうことによって、電圧VL1を基準電圧Vstdに保持することができる。
[Embodiment 3]
As described in the second embodiment, when the voltage VL1 of the power supply line SPL1 is reduced, the DC /
しかしながら、EPS120および高圧系補機130の消費電力がさらに増大した場合には、図11に示すように、電源ラインSPL2に対する出力制限を行なうことによっても、電圧VL1の電圧低下を完全に回避できない可能性が残される。
However, when the power consumption of
図11は、電源ラインSPL1からEPS120および高圧系補機130への供給電力と電源ラインSPL2から補機バッテリ20および低圧系補機110への供給電力との関係を説明するための図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining the relationship between the power supplied from power supply line SPL1 to
なお、図11には、電源ラインSPL1の電圧VL1および電源ラインSPL1からの供給電流IL1のタイミングチャートと、電源ラインSPL2の電圧VL2および電源ラインSPL2からの供給電流IL2のタイミングチャートとが示されている。 FIG. 11 shows a timing chart of voltage VL1 of power supply line SPL1 and supply current IL1 from power supply line SPL1, and a timing chart of voltage VL2 of power supply line SPL2 and supply current IL2 from power supply line SPL2. Yes.
図11を参照して、電源ラインSPL1の電圧VL1および電源ラインSPL2の電圧VL2はそれぞれ、制御装置50(図1)においてモニタされ、各電圧が目標電圧に一致するように降圧動作のフィードバック制御が行なわれている。そして、図中の時刻t1において供給電流IL1が急激に増加したことに伴ない電圧VL1が低下すると、電圧VL1が基準電圧Vstd以下となったことに応じて電源ラインSPL2に対する出力制限が行なわれる。このとき供給電流IL1が大きいほど、供給電流IL2が小さくなる。 Referring to FIG. 11, voltage VL1 of power supply line SPL1 and voltage VL2 of power supply line SPL2 are monitored by control device 50 (FIG. 1), and feedback control of the step-down operation is performed so that each voltage matches the target voltage. It is done. Then, when voltage VL1 decreases as supply current IL1 suddenly increases at time t1 in the figure, output restriction on power supply line SPL2 is performed in response to voltage VL1 becoming equal to or lower than reference voltage Vstd. At this time, the larger the supply current IL1, the smaller the supply current IL2.
しかしながら、EPS120および高圧系補機130の消費電力が著しく大きい場合には、供給電流IL2を零とする、すなわち、電源ラインSPL2への電力供給を遮断することによっても電源ラインSPL1の供給電力がEPS120および高圧系補機130の消費電力に満たすことが困難となる。そのため、電圧VL1は、時刻t5以降において基準電圧Vstdを下回ってしまい、EPS120および高圧系補機130における運転走行制御が不安定となるという問題が発生する。
However, when the power consumption of
そこで、本実施の形態では、電源ラインSPL2に対する出力制限を行なうことによっても電圧VL1の電圧低下が解消されない場合には、昇降圧チョッパ回路40を降圧動作から昇圧動作に切り換えることで補機バッテリ20から電源ラインSPL1に電力を供給する構成とする。なお、本構成は、先の実施の形態1で述べたように、DC/DCコンバータ100の制御モードを通常モードからバックアップモードに移行させることによって実現される。なお、本実施の形態に従うバックアップモードは、スイッチング電源回路30のスイッチング動作を継続させることによって、高電圧バッテリ10および補機バッテリ20の双方から電源ラインSPL1に電力供給を行なうものである。この点でスイッチング電源回路30のスイッチング動作を停止させる先の実施の形態1に従うバックアップモードとは相違する。
Therefore, in the present embodiment, if the voltage drop of voltage VL1 is not eliminated even by limiting the output to power supply line SPL2,
図12は、本実施の形態に従う電源ラインSPL1からEPS120および高圧系補機130への供給電力と電源ラインSPL2から補機バッテリ20および低圧系補機110への供給電力との関係を説明するための図である。
FIG. 12 illustrates the relationship between power supplied from power supply line SPL1 to
図12を参照して、時刻t1において、供給電流IL1の急激な増加に伴なって電圧VL1が低下したものとする。このとき、電圧VL2のフィードバック制御回路では、電圧VL2とともに電圧VL1をモニタしており、電圧VL1の電圧低下を検出したことに応じて、昇降圧チョッパ回路40のトランジスタQ8のデューティー比(すなわち、降圧比)を小さくする。その結果、時刻t1以降において電圧VL2および供給電流IL2が低下する。
Referring to FIG. 12, it is assumed that voltage VL1 decreases with a rapid increase in supply current IL1 at time t1. At this time, the feedback control circuit for the voltage VL2 monitors the voltage VL1 together with the voltage VL2, and in response to detecting the voltage drop of the voltage VL1, the duty ratio (that is, the step-down voltage) of the transistor Q8 of the step-up / down
そして、このように電源ラインSPL2に対して出力制限を行なったにも拘らず、供給電流IL1のさらなる増加によって電圧VL1の電圧低下が検出される場合には、電圧VL2のフィードバック制御回路は、昇降圧チョッパ回路40を降圧動作から昇圧動作に切り換える。その結果、時刻t5から時刻t2までの期間において昇圧動作が実行される。これにより、電圧VL1は、供給電流IL1の増加する時刻t1から時刻t2までの期間において、所定の基準電圧Vstd以上に保持される。その結果、EPS120および高圧系補機130は、電源ラインSPL1から電力供給を受けて運転走行制御を安定して行なうことができる。
If the voltage drop of the voltage VL1 is detected due to the further increase of the supply current IL1 despite the output restriction on the power supply line SPL2, the feedback control circuit for the voltage VL2 is raised or lowered. The
図13は、この発明の実施の形態3に従う制御装置50における制御構造を示すブロック図である。図13に示す各機能ブロックは、代表的に制御装置50が予め格納されたプログラムを実行することで実現されるが、その機能の一部または全部を専用のハードウェアとして実装してもよい。
FIG. 13 is a block diagram showing a control structure in
図13を参照して、制御装置50は、出力ドライブ制御回路504と、降圧フィードバック制御回路510と、昇圧フィードバック制御回路520と、モード判定部530と、電圧センサ42,44と、図示しないスイッチング制御回路とを含む。
Referring to FIG. 13,
電圧センサ42は、電源ラインSPL1および接地ラインSL2の間に配され、電源ラインSPL1の電圧VL1を検出して降圧フィードバック制御回路510および昇圧フィードバック制御回路520へ出力する。電圧センサ44は、電源ラインSPL2および接地ラインSL2の間に配され、電源ラインSPL2の電圧VL2を検出して降圧フィードバック制御回路510へ出力する。
降圧フィードバック制御回路510は、モード判定部530からDC/DCコンバータ100を通常モードで制御することを指示する信号MDNを受けると、電源ラインSPL2の電圧VL2をモニタし、電圧VL2が目標電圧に一致するように昇降圧チョッパ回路40をフィードバック制御する。
When step-down
具体的には、降圧フィードバック制御回路510は、エラーアンプEA1,EA2と、三角波発生器514と、比較器COM1と、電圧低下検出回路512とを含む。
Specifically, step-down
エラーアンプEA1は、電圧センサ44からの電源ラインSPL2の電圧VL2と、基準電圧Vrefとの誤差電圧を増幅してエラー信号として比較器COM1に出力する。このとき、エラー信号は、電圧VL2が基準電圧Vrefよりも低い場合には増加する方向に制御され、電圧VL2が基準電圧Vrefよりも高い場合には減少する方向に制御される。
The error amplifier EA1 amplifies an error voltage between the voltage VL2 of the power supply line SPL2 from the
エラーアンプEA2は、電圧センサ42からの電源ラインSPL1の電圧VL1と、基準電圧Vstdとの誤差電圧を増幅してエラー信号として比較器COM1および電圧低下検出回路512に出力する。このとき、エラー信号は、電圧VL1が基準電圧Vstdよりも低い場合には減少する方向に制御され、電圧VL1が基準電圧Vstdよりも高い場合には増加する方向に制御される。
The error amplifier EA2 amplifies an error voltage between the voltage VL1 of the power supply line SPL1 from the
三角波発生器514は、三角波を発生して比較器COM1に出力する。なお、三角波の代わりに鋸波を発生するようにしてもよい。
The
比較器COM1は、エラーアンプEA1からのエラー信号およびエラーアンプEA2からのエラー信号を三角波と比較し、出力ドライブ制御回路504にPWMパルスを出力する。出力ドライブ制御回路504は、PWMパルスのデューティー比に従ってトランジスタQ7,Q8をオン/オフさせるための制御信号DRVを生成して昇降圧チョッパ回路40へ出力する。
The comparator COM1 compares the error signal from the error amplifier EA1 and the error signal from the error amplifier EA2 with a triangular wave, and outputs a PWM pulse to the output
電圧低下検出回路512は、エラーアンプEA2からのエラー信号に基づいて、電圧VL1の電圧低下を検出する。具体的には、電圧低下検出回路512は、電圧VL1が基準電圧Vstdよりも低いか否かを判定する。このとき電圧VL1が基準電圧Vstdよりも低い場合には、電圧VL1が電圧低下したことを検出してHレベルの検出信号DET1を生成し、その生成した検出信号DET1をモード判定部530へ出力する。一方、電圧VL1が基準電圧Vstd以上の場合には、電圧低下検出回路512は、Lレベルの検出信号DET1を生成してモード判定部530へ出力する。
The voltage
このようにして降圧フィードバック制御回路510においては、電圧VL1の電圧低下が検出されると、電源ラインSPL2に対する出力制限が行なわれる。そして、該出力制限にも拘らず電圧VL1の電圧低下が検出される場合には、Hレベルの検出信号DET1が出力される。
Thus, in step-down
モード判定部530は、降圧フィードバック制御回路510からHレベルの検出信号DET1を受けると、DC/DCコンバータ100の制御モードを、通常モードからバックアップモードに切り換える。そして、DC/DCコンバータ100をバックアップモードで制御することを指示する信号MDBを生成して昇圧フィードバック制御回路520へ出力する。
When
昇圧フィードバック制御回路520は、モード判定部530から信号MDBを受けると、電源ラインSPL1の電圧VL1をモニタして、電圧VL1が目標電圧に一致するように昇降圧チョッパ回路40をフィードバック制御する。
When the boost
具体的には、昇圧フィードバック制御回路520は、エラーアンプEA3と、三角波発生器524と、比較器COM2と、電圧低下検出回路522とを含む。
Specifically, the boost
エラーアンプEA3は、電圧センサ42からの電源ラインSPL1の電圧VL1と、基準電圧Vstdとの誤差電圧を増幅してエラー信号として比較器COM2および電圧低下検出回路522に出力する。このとき、エラー信号は、電圧VL1が基準電圧Vstdよりも低い場合には増加する方向に制御され、電圧VL1が基準電圧Vstdよりも高い場合には減少する方向に制御される。
The error amplifier EA3 amplifies the error voltage between the voltage VL1 of the power supply line SPL1 from the
三角波発生器524は、三角波を発生して比較器COM2に出力する。なお、三角波の代わりに鋸波を発生するようにしてもよい。
The
比較器COM2は、エラーアンプEA3からのエラー信号を三角波と比較し、出力ドライブ制御回路504にPWMパルスを出力する。出力ドライブ制御回路504は、PWMパルスのデューティー比に従ってトランジスタQ7,Q8をオン/オフさせるための制御信号DRVを生成して昇降圧チョッパ回路40へ出力する。
The comparator COM2 compares the error signal from the error amplifier EA3 with a triangular wave and outputs a PWM pulse to the output
電圧低下検出回路522は、エラーアンプEA3からのエラー信号に基づいて、電圧VL1の電圧低下を検出する。このとき、電圧低下検出回路522は、電圧低下検出回路512と同様に、電圧VL1が基準電圧Vstdよりも低い場合には、電圧VL1が電圧低下したことを検出してHレベルの検出信号DET2を生成してモード判定部530へ出力する。一方、電圧VL1が基準電圧Vstd以上の場合には、電圧低下検出回路522は、Lレベルの検出信号DET2を生成してモード判定部530へ出力する。
The voltage
このようにして昇圧フィードバック制御回路520は、補機バッテリ20からの直流電力を昇圧して電源ラインSPL1に供給する。そして、補機バッテリ20からの電力供給によって電圧VL1の電圧低下が解消された場合には、電圧低下検出回路522からLレベルの検出信号DET2が出力される。
In this way, boost
モード判定部530は、Lレベルの検出信号DET2を受けると、出力ドライブ制御回路504から出力される制御信号DRVに基づいて、昇降圧チョッパ回路40のトランジスタQ8のデューティー比(すなわち、昇圧比)が所定の閾値以下であるか否かを判定する。トランジスタQ8のデューティー比が所定の閾値を越えるときには、モード判定部530は、EPS120および高圧系補機130の消費電力が大きいと判断してバックアップモードを維持することにより、補機バッテリ20からの電力供給を継続する。
When the
そして、トランジスタQ8のデューティー比が所定の閾値以下となったときには、モード判定部530は、EPS120および高圧系補機130の消費電力が低下したと判断し、バックアップモードを終了して通常モードに復帰する。
When the duty ratio of transistor Q8 becomes equal to or less than a predetermined threshold,
図14は、制御装置50における電圧変換制御を実現するためのフローチャートである。なお、図14に示す各ステップの処理は、制御装置50(図1)が図13に示す各制御ブロックとして機能することで実現される。
FIG. 14 is a flowchart for realizing voltage conversion control in the
図14を参照して、一連の制御が開始されると、降圧フィードバック制御回路510は、電圧センサ42から電源ラインSPL1の電圧VL1を取得するとともに、電圧センサ44から電源ラインSPL2の電圧VL2を取得する(ステップS21)。そして、降圧フィードバック制御回路510は、上述した方法によってエラーアンプEA1,EA2の出力信号(エラー信号)と三角波とを比較し、その比較結果に応じたデューティー比のPWMパルスを出力する。
Referring to FIG. 14, when a series of control is started, step-down
このとき、降圧フィードバック制御回路510は、電圧VL1が所定の基準電圧Vstdよりも低いか否かを判定する(ステップS22)。電圧VL1が所定の基準電圧Vstd以上となる場合(ステップS22においてNOの場合)には、降圧フィードバック制御回路510は、電源ラインSPL2の電圧VL2および基準電圧Vrefとの誤差電圧に基づいて昇降圧チョッパ回路40を制御する(ステップS29)。これにより、電源ラインSPL2の電圧VL2は基準電圧Vrefに一致した電圧に保持される。
At this time, the step-down
これに対して、電圧VL1が所定の基準電圧Vstdよりも低い場合(ステップS22においてYESの場合)には、降圧フィードバック制御回路510は、電源ラインSPL2への出力電力を制限するように昇降圧チョッパ回路40を制御する(ステップS23)。これにより、電源ラインSPL2の電圧VL2および供給電流IL2が低下する一方で、電源ラインSPL1の電圧VL1は基準電圧Vstdに保持される。
On the other hand, when voltage VL1 is lower than predetermined reference voltage Vstd (YES in step S22), step-down
このとき、降圧フィードバック制御回路510では、電圧低下検出回路512が電圧VL1の電圧低下を検出する。具体的には、電圧低下検出回路512は、電圧VL1が所定の基準電圧Vstdよりも低いか否かを判定する(ステップS24)。
At this time, in the step-down
電圧VL1が所定の基準電圧Vstd以上となる場合(ステップS24においてNOの場合)には、電圧低下検出回路512は、Lレベルの検出信号DET1をモード判定部530へ出力する。モード判定部530は、Lレベルの検出信号DET1を受けると、DC/DCコンバータ100の制御モードを通常モードに維持する。そして、降圧フィードバック制御回路510は最初の処理に戻る。
When voltage VL1 is equal to or higher than predetermined reference voltage Vstd (NO in step S24), voltage
これに対して、電圧VL1が所定の基準電圧Vthを下回る場合(ステップS24においてYESの場合)には、電圧低下検出回路512は、電圧VL1が電圧低下したことを検出してHレベルの検出信号DET1をモード判定部530へ出力する。モード判定部530は、Hレベルの検出信号DET1を受けると、DC/DCコンバータ100の制御モードをバックアップモードに決定する(ステップS25)。昇圧フィードバック制御回路520は、電圧センサ42から電源ラインSPL1の電圧VL1を取得すると、上述した方法によってエラーアンプEA3の出力信号(エラー信号)と三角波とを比較し、その比較結果に応じたデューティー比のPWMパルスを出力する。これにより、電源ラインSPL1に対しては、昇降圧チョッパ回路40が昇圧動作を行なうことにより補機バッテリ20からの直流電力が昇圧されて供給される。
On the other hand, when voltage VL1 is lower than predetermined reference voltage Vth (YES in step S24), voltage
このバックアップモードの実行中において、昇圧フィードバック制御回路520内の電圧低下検出回路522は、上記ステップS24と同じ手順により電圧VL1の電圧低下を検出する(ステップS26)。
During execution of this backup mode, the voltage
電圧VL1が所定の基準電圧Vstdを下回る場合(ステップS26においてYESの場合)には、電圧低下検出回路522は、電圧VL1が電圧低下したことを検出してHレベルの検出信号DET2をモード判定部530へ出力する。モード判定部530は、Hレベルの検出信号DET2を受けると、DC/DCコンバータ100の制御モードをバックアップモードに維持する。そして、昇圧フィードバック制御回路520は処理をステップS25に戻す。
When voltage VL1 is lower than predetermined reference voltage Vstd (YES in step S26), voltage
これに対して、電圧VL1が所定の基準電圧Vstd以上となる場合(ステップS26においてNOの場合)には、電圧低下検出回路522はLレベルの検出信号DET2をモード判定部530へ出力する。モード判定部530は、Lレベルの検出信号DET2を受けると、出力ドライブ制御回路504から出力される制御信号DRVに基づいて、昇降圧チョッパ回路40のトランジスタQ8のデューティー比(すなわち、昇圧比)が所定の閾値以下であるか否かを判定する(ステップS27)。
On the other hand, when voltage VL1 is equal to or higher than predetermined reference voltage Vstd (NO in step S26), voltage
昇降圧チョッパ回路40のトランジスタQ8のデューティー比が所定の閾値を越える場合(ステップS27においてNOの場合)には、モード判定部530は、EPS120および高圧系補機130の消費電力が大きいと判断して処理をステップS25に戻すことにより、補機バッテリ20からの電力供給を継続する。
When the duty ratio of transistor Q8 of step-up / step-down
そして、昇降圧チョッパ回路40のトランジスタQ8のデューティー比が所定の閾値以下となった場合(ステップS27においてYESの場合)には、モード判定部530は、EPS120および高圧系補機130の消費電力が低下したと判断して、通常モードに復帰する(ステップS28)。
When the duty ratio of transistor Q8 of step-up / step-down
本実施の形態においては、スイッチング電源回路30が「スイッチング電源回路」に相当し、昇降圧チョッパ回路40が「電圧変換装置」に相当し、補機バッテリ20が「蓄電部」に相当する。そして、制御装置50が「電圧低下検出手段」、「降圧制御手段」および「昇圧制御手段」を実現する。
In the present embodiment, the switching
以上のように、この発明の実施の形態3によれば、電源ラインSPL2に対する出力制限によっても電源ラインSPL1の電圧低下を解消できない場合には、昇降圧チョッパ回路40を降圧動作から昇圧動作に切り換えることによって電源ラインSPL2に接続される補機バッテリ20から電源ラインSPL1に電力を供給することにより、電源ラインSPL1の電圧低下を防止することができる。その結果、EPS120および高圧系補機130の安定動作が確実に保証されるため、車両の走行性能をより一層向上することができる。
As described above, according to the third embodiment of the present invention, when the voltage drop of power supply line SPL1 cannot be eliminated even by the output restriction on power supply line SPL2, step-up / step-down
(変更例)
なお、図2に示されるスイッチング電源回路30については、トランスTrの1次側コイルL2に接続されたトランジスタQ1〜Q4のスイッチング動作におけるデューティー比を、電源ラインSPL1の電圧VL1をモニタしてこれをフィードバックさせることにより可変に設定する構成としたが、スイッチング動作時の電力損失が最小となるデューティー比(50%)に固定する構成としても良い。
(Example of change)
2, the duty ratio in the switching operation of the transistors Q1 to Q4 connected to the primary coil L2 of the transformer Tr is monitored by monitoring the voltage VL1 of the power supply line SPL1. Although it is configured to be variably set by feedback, it may be configured to be fixed to a duty ratio (50%) that minimizes power loss during switching operation.
このような構成としたことにより、DC/DCコンバータ100における電力損失を低減して、電圧変換効率を高めることができる。なお、電源ラインSPL1の電圧VL1は、入力直流電圧VHの変動に比例して変動することになるが、供給電圧の変動が動作性能に与える影響度が小さい高圧系補機130に対しては安定動作を保つことができる。
With such a configuration, it is possible to reduce power loss in the DC /
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
この発明は、蓄電部からの直流電力を複数の異なる電圧に降圧して複数の補機負荷にそれぞれ供給する電源装置およびそれを搭載した電動車両に利用することができる。 The present invention can be used for a power supply apparatus that steps down DC power from a power storage unit to a plurality of different voltages and supplies them to a plurality of auxiliary loads, and an electric vehicle equipped with the power supply apparatus.
10 高電圧バッテリ、12 昇圧コンバータ、14 インバータ、20 補機バッテリ、30 スイッチング電源回路、40 昇降圧チョッパ回路、42,44 電圧センサ、50 制御装置、100 DC/DCコンバータ、110 低圧系補機、120 EPS、130 高圧系補機、502 スイッチング制御回路、504 出力ドライブ制御回路、506,512,522 電圧低下検出回路、508 バックアップモード判定回路、510 降圧フィードバック制御回路、514,524 三角波発生器、520 昇圧フィードバック制御回路、530 モード判定部、C1〜C4 平滑コンデンサ、COM1,COM2 比較器、D1〜D8 ダイオード、EA1,EA2,EA3 エラーアンプ、L1〜L8 コイル、M1 モータ、PL1,PL2,SPL1,SPL2 電源ライン、Q1〜Q8 トランジスタ、SL1,SL2 接地ライン、Tr トランス。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記第1電源線に接続され、前記第1の電圧を受けて駆動する電気負荷と、
前記第1電源線からの前記第1の電圧を第2の電圧に降圧して第2電源線に出力する降圧機能を有する電圧変換回路と、
前記第2電源線に接続され、前記第2の電圧を受けて充電される蓄電部とを備え、
前記電圧変換回路は、前記蓄電部から前記第2電源線に供給される前記第2の電圧を昇圧して前記第1電源線に供給する昇圧機能をさらに有する、電源装置。 A switching power supply circuit for stepping down the power supply voltage from the power supply and outputting the first voltage to the first power supply line by the switching operation of the switching element;
An electrical load connected to the first power supply line and driven by receiving the first voltage;
A voltage conversion circuit having a step-down function of stepping down the first voltage from the first power supply line to a second voltage and outputting it to a second power supply line;
A power storage unit connected to the second power supply line and charged by receiving the second voltage;
The voltage conversion circuit further has a boosting function of boosting the second voltage supplied from the power storage unit to the second power supply line and supplying the second voltage to the first power supply line.
前記スイッチング電源回路の降圧機能が損なわれたことが検出されたときには、前記スイッチング動作を停止するとともに、前記電圧変換回路に昇圧指令を出力する制御手段とをさらに備える、請求項2に記載の電源装置。 Voltage drop detection means for detecting that the step-down function of the switching power supply circuit is impaired when a period in which the voltage of the first power supply line is equal to or lower than a predetermined threshold voltage continues for a predetermined period or more;
The power supply according to claim 2, further comprising a control unit that stops the switching operation and outputs a boost command to the voltage conversion circuit when it is detected that the step-down function of the switching power supply circuit is impaired. apparatus.
前記制御手段は、前記第1のスイッチング素子をオフ状態に維持するとともに、前記第1電源線の電圧が前記第1の電圧となるデューティー比を設定して前記第2のスイッチング素子をスイッチング制御する、請求項3に記載の電源装置。 The voltage conversion circuit includes a first switching element connected between the first power supply line and the second power supply line, and a second switching connected between the second power supply line and the ground line. A chopper circuit including at least an element, and a reactor connected between a connection point of the first and second switching elements and the second power supply line,
The control means maintains the first switching element in an off state and sets a duty ratio at which the voltage of the first power supply line becomes the first voltage to control the switching of the second switching element. The power supply device according to claim 3.
前記制御手段は、前記電圧変換回路の昇圧機能が損なわれたときには、前記電圧変換回路に前記昇圧機能の停止指令を出力する、請求項3に記載の電源装置。 The chopper circuit further includes a diode connected in antiparallel to each of the first and second switching elements,
The power supply device according to claim 3, wherein the control means outputs a stop command for the boosting function to the voltage conversion circuit when the boosting function of the voltage conversion circuit is impaired.
前記第1電源線に接続され、前記第1の電圧を受けて駆動する電気負荷と、
前記第1電源線からの前記第1の電圧を第2の電圧に降圧して第2電源線に出力する電圧変換回路と、
前記第2電源線に接続され、前記第2の電圧を受けて充電される蓄電部と、
前記第1電源線の電圧低下を検出する電圧低下検出手段と、
前記第1電源線の電圧低下が検出されたときには、前記第2電源線に対する出力制限を行なうように前記電圧変換回路を制御する制御手段とを備える、電源装置。 A switching power supply circuit for stepping down the power supply voltage from the power supply and outputting the first voltage to the first power supply line by the switching operation of the switching element;
An electrical load connected to the first power supply line and driven by receiving the first voltage;
A voltage conversion circuit for stepping down the first voltage from the first power supply line to a second voltage and outputting it to a second power supply line;
A power storage unit connected to the second power supply line and charged by receiving the second voltage;
Voltage drop detection means for detecting a voltage drop in the first power supply line;
A power supply apparatus comprising: control means for controlling the voltage conversion circuit so as to perform output restriction on the second power supply line when a voltage drop of the first power supply line is detected.
前記制御手段は、前記第1電源線の電圧低下が検出されたときには、前記第2のスイッチング素子をオフ状態に維持するとともに、前記第2電源線の電圧が前記第2の電圧を下回るデューティー比を設定して前記第1のスイッチング素子をスイッチング制御する、請求項6に記載の電源装置。 The voltage conversion circuit includes a first switching element connected between the first power supply line and the second power supply line, and a second switching connected between the second power supply line and the ground line. A chopper circuit including at least an element, and a reactor connected between a connection point of the first and second switching elements and the second power supply line,
When the voltage drop of the first power supply line is detected, the control means maintains the second switching element in an off state, and a duty ratio in which the voltage of the second power supply line is lower than the second voltage. The power supply device according to claim 6, wherein the first switching element is subjected to switching control by setting the value.
前記第1電源線に接続され、前記第1の電圧を受けて駆動する電気負荷と、
前記第1電源線からの前記第1の電圧を第2の電圧に降圧して第2電源線に出力する電圧変換回路と、
前記第2電源線に接続され、前記第2の電圧を受けて充電される蓄電部と、
前記第1電源線の電圧低下を検出する電圧低下検出手段と、
前記第1電源線の電圧低下が検出されたときには、前記第2電源線に対する出力制限を行なうように前記電圧変換回路に降圧指令を出力する降圧制御手段と、
前記出力制限の実行中に前記第1電源線の電圧低下が検出されたときには、前記電圧変換回路に昇圧指令を出力する昇圧制御手段とを備える、電源装置。 A switching power supply circuit for stepping down the power supply voltage from the power supply and outputting the first voltage to the first power supply line by the switching operation of the switching element;
An electrical load connected to the first power supply line and driven by receiving the first voltage;
A voltage conversion circuit for stepping down the first voltage from the first power supply line to a second voltage and outputting it to a second power supply line;
A power storage unit connected to the second power supply line and charged by receiving the second voltage;
Voltage drop detection means for detecting a voltage drop in the first power supply line;
A step-down control means for outputting a step-down command to the voltage conversion circuit so as to limit the output to the second power line when a voltage drop of the first power line is detected;
A power supply apparatus comprising boost control means for outputting a boost command to the voltage conversion circuit when a voltage drop of the first power supply line is detected during execution of the output restriction.
前記降圧制御手段は、前記第1電源線の電圧低下が検出されたときには、前記第2のスイッチング素子をオフ状態に維持するとともに、前記第2電源線の電圧が前記第2の電圧を下回るデューティー比を設定して前記第1のスイッチング素子をスイッチング制御し、
前記昇圧制御手段は、前記第1電源線の電圧低下が検出されたときには、前記第1のスイッチング素子をオフ状態に維持するとともに、前記第1電源線の電圧が前記第1の電圧となるデューティー比を設定して前記第2のスイッチング素子をスイッチング制御する、請求項8に記載の電源装置。 The voltage conversion circuit includes a first switching element connected between the first power supply line and the second power supply line, and a second switching connected between the second power supply line and the ground line. A chopper circuit including at least an element, and a reactor connected between a connection point of the first and second switching elements and the second power supply line,
When the voltage drop of the first power supply line is detected, the step-down control means maintains the second switching element in an OFF state, and the duty of the voltage of the second power supply line being lower than the second voltage Setting the ratio to control the switching of the first switching element;
When the voltage drop of the first power supply line is detected, the boost control means maintains the first switching element in an off state, and a duty at which the voltage of the first power supply line becomes the first voltage. The power supply device according to claim 8, wherein a ratio is set to control switching of the second switching element.
前記電気負荷は、前記車両の運転走行制御装置を含む、請求項11に記載の車両。 The vehicle includes a rotating electrical machine that receives power from the power source and drives wheels,
The vehicle according to claim 11, wherein the electric load includes a driving control device for the vehicle.
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