JP3988924B2 - 電源回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＰＵなどの制御機器に電力を供給する電源回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両には多くの制御装置が搭載されている。これらの制御装置においてアクチュエータを駆動させる制御ユニットには、各種検出を行うセンサや、制御演算を行うＣＰＵや、トランジスタ・ＩＣなどを有した駆動回路が設けられている。
これら駆動回路やＣＰＵやセンサなどは、一般に、使用電圧が異なる。例えば、ブレーキ装置を制御する、ＡＢＳ装置，ＴＣＳ装置あるいは車両の挙動を制御する車両挙動制御装置などにあっては、駆動回路用の電源として５．１Ｖの電源が用いられ、ＣＰＵ用の電源として３．３Ｖ電源が用いられ、外部センサ用の電源として５Ｖ電源が使用されている。
これら各電源の電圧は、制御ユニット内に設けられた電源回路により、車両のバッテリなどの定電源電圧を降下させて供給している。
すなわち、電源回路は、例えば、供給電圧を５．１Ｖに低下させるドロッパタイプの第１トランジスタ（電源レギュレータ）と、供給電圧を３．３Ｖに低下させるドロッパタイプの第２トランジスタ（電源レギュレータ）と、供給電圧を５Ｖに低下させる第３トランジスタ（電源レギュレータ）とを備え、各トランジスタにより形成された各電圧を各電力供給対象に供給するよう構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の電源回路にあっては、以下に述べるような解決すべき課題があった。
すなわち、何らかの原因によって各トランジスタのいずれかが破損した場合、各構成部品に、定電源電圧が直接供給されることになる。この定電源電圧が耐電圧を超えている場合には、各構成部品が破損するおそれがある。
そこで、特に、ＣＰＵにあっては、このような不具合を防止するために、電源監視回路を設け、電源に異常が発生した場合にはシステム遮断を行うようにしている。
しかし、電源監視回路に対して供給される電圧も異常であるおそれがあることから、システム遮断時に、定電源電圧により作動して遮断状態を維持させる遮断状態保持回路を別途設ける必要があり、その分、費用が嵩む。
あるいは、この電源監視回路には、電源電圧が異常になった後に、電源電圧正常復帰の際にはシステムを復帰させる構成を設ける必要があるが、上述のようにＣＰＵに耐電圧を超える電圧が供給されてＣＰＵが破壊されるおそれがあることから、このシステム復帰の際には、ＣＰＵが正常動作するか否かを確認する構成を設ける必要がある。この場合も費用が嵩むことになる。
【０００４】
また、上述の従来技術にあっては、３種類の電源電圧を形成するのに、電源レギュレータとしてドロッパタイプのトランジスタを３つ設けた構成であった。これらドロッパタイプのトランジスタは、作動時の電流損失が大きく、各トランジスタにおける発熱量が大きくなる。このため、従来は、放熱のためのフィンなどの構成を設けたり、あるいは、放熱用の面積を大きく確保するなどの対策が必要であり、その分、費用が嵩んだり、大型化を招いたりしていた。
【０００５】
本発明は、上述の従来の問題点に着目して成されたもので、電源レギュレータの故障時に、ＣＰＵなどの電力供給対象の保護を確実に保護して高い信頼性を得るとともに、ＣＰＵの動作確認を行う構成を省略して、コストダウンを図ることを目的としている。
また、電源回路における発熱抑制を安価に達成することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、
所定電圧の電力を供給する定電源と、この定電源から電力が供給されて駆動するＣＰＵを含む電力供給対象と、の間に介在されて、前記定電源から供給される電圧を前記電力供給対象に対応した複数種類の電圧に低下させて供給する電源回路において、
前記定電源から供給される電圧を所定の１次電源電圧に降下させる１次電源レギュレータと、
この１次電源レギュレータに直列に接続され、前記１次電源電圧を電力供給対象に対応した複数種類の２次電源電圧に降下させる互いに並列に接続された複数の２次電源レギュレータと、
を備え、
前記１次電源電圧を、前記ＣＰＵが破壊されない上限の電圧であるＣＰＵ耐電圧以下の電圧に設定したことを特徴とする手段とした。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電源回路において、
前記１次電源レギュレータを、１次電源電圧に応じた周波数で駆動して電圧低下量の調整を行うスイッチングレギュレータで構成し、一方、複数の２次電源レギュレータを、それぞれドロッパタイプトランジスタで構成したことを特徴とする手段とした。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電源回路において、
この電源回路を、車両に搭載されたブレーキ装置の制御を行う制御ユニットに設けたことを特徴とする手段とした。
【０００９】
【発明の作用および効果】
本発明の電源回路にあっては、電源回路が正常な場合には、定電源から供給される電圧が、１次電源レギュレータにより所定のＣＰＵ耐電圧よりも低い予め設定された１次電源電圧に低下される。
そして、この１次電源電圧が、複数の２次電源レギュレータにおいて、それぞれ２次電源電圧に低下され、この２次電源電圧の電力が、それぞれの電力供給対象に供給される。この２次電源電圧は、それぞれの電力供給対象に対応して設定されているもので、各電力供給対象は、正常に駆動する。
【００１０】
次に、電源回路に異常が発生した場合について説明する。
まず、１次電源レギュレータに異常が発生した場合には、定電源の電圧がそのまま１次電源電圧として供給されることになる。この場合、各２次電源レギュレータにおいて、予め設定された２次電源電圧まで電圧が低下される。よって、各電力供給対象に対して、異常な電圧が供給されることが無く、各電力供給対象の保護を図ることができる。したがって、異常発生時にシステム遮断を実行する監視回路を設けた構成であっても、この監視回路に異常な電圧が供給されることが無くなり、監視回路が遮断作動を行った際に、この遮断状態を保持させる保持回路を別途設ける必要が無くなり、その分、コストダウンを図ることができる。
【００１１】
一方、各２次電源レギュレータのいずれか、あるいは全てに異常が発生した場合には、２次電源レギュレータに供給された１次電源電圧がそのまま２次電源電圧として、電力供給対象に供給されることになる。この場合、この１次電源電圧はＣＰＵ耐電圧以下に設定されているため、ＣＰＵが破壊されるのを防ぐことができる。このように、ＣＰＵの動作保証が成されるため、異常が回復した際にＣＰＵによる制御を再開させるにあたり、ＣＰＵの動作確認が不要となる。したがって、この動作確認用の構成を省略することが可能となる。また、上述の監視回路を設けた構成にあっても、この監視回路に対してＣＰＵ耐電圧以下の電圧の電力が供給されるから、このＣＰＵ耐電圧以下の電圧により正常作動保証することが容易であり、これにより、遮断状態を維持させる構成を省略することが可能となる。
【００１２】
以上説明したように、本発明にあっては、１次電源レギュレータと２次電源レギュレータにより、段階的に電圧を低下させるようにしたため、１次電源レギュレータと２次電源レギュレータのいずれに異常が発生しても、ＣＰＵの動作を保証することができるとともに、異常時にシステム遮断を行う監視回路を設けた構成にあっても、システム遮断状態を維持させる構成を別途設けることが不要となる。
このように、ＣＰＵの動作確認を行う構成やシステム遮断状態を維持させる構成を省略することが可能となり、コストダウンを図りつつ、信頼性を向上させることができる。
【００１３】
また、請求項２に記載の電源回路にあっては、１次電源レギュレータを構成するスイッチングレギュレータは、ドロッパタイプトランジスタと比較して作動時の電流損失を抑えて電圧を変更できるもので、発熱を抑えることができる。
さらに、このスイッチングレギュレータを、定電源電圧からＣＰＵ耐電圧以下に降下させるよう電圧降下幅を大きくした一次電源電圧を形成する部分に使用することにより、２次電源レギュレータにおける電圧下降幅を小さく抑えることができる。
よって、この電圧下降幅の小さい２次電源レギュレータとして、廉価なドロッパタイプを使用することにより、コストを抑えることができる。また、ドロッパタイプトランジスタは、スイッチングレギュレータと比較して作動時の電流損失が大きく、それに伴う発熱量も大きいが、２次電圧側での電圧下降幅を小さくすることができるため、発熱を抑えることができ、放熱対策に伴うコスト上昇を抑えることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明にあっては、上述のように、発熱量を抑えることができる請求項２に記載の電源回路を、車載のブレーキ制御を行う制御ユニットに適用した場合、熱に不利な車両のエンジンルームに搭載することが可能であり、安価な装置でありながら高い車載性を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明実施の形態の電源回路を適用した制御ユニットＥＣＵの要部を示す回路図である。
この制御ユニットＥＣＵは、車両に搭載されるブレーキ制御装置（図示省略）に適用されている。このブレーキ制御装置は、ＡＢＳ制御と呼ばれる運転者の制動時に車輪ロックを防止する制御や、車両の走行状態に応じて能動的に制動力を発生させる能動制動制御を実行するものとする。なお、能動制動制御としては、一般にＶＤＣと呼ばれて操舵時に車両姿勢が不安定になりそうであると判断したときに所定の輪に能動的に制動力を与えて車両姿勢を安定させる方向にヨーモーメントを発生させる制御や、先行車両との車間や前方の障害物との間隔などに応じて自動的に制動力を発生させる自動制動制御や、運転者の操作により発生する制動力が不十分である場合に、それを補助して制動力を高めるブレーキアシスト制御などがある。
【００１６】
前記制御ユニットＥＣＵは、ブレーキ制御装置のアクチュエータの１例として示したソレノイド４１の駆動を制御するもので、この制御を実行するＣＰＵ４２と、制御ユニットＥＣＵに設けられている図外のＩＣなどの素子を有した駆動回路（図示の電圧監視回路４３を含む）とを内部に有しているとともに、図外のセンサが接続されている。
なお、前記ソレノイド４１は、ＣＰＵ４２から駆動トランジスタ４４に向けて駆動信号が出力されたときに駆動する。
また、ソレノイド４１には、遮断リレー４５が直列に接続されている。この遮断リレー４５は、通常は閉じているが、遮断信号が入力されたときには開いてソレノイド４１への通電を遮断するものである。
【００１７】
前記ＣＰＵ４２は、耐電圧が７Ｖで設計されているとともに、通常は３．３Ｖの電力により駆動する一般的な設計のものである。
また、電圧監視回路４３を含む図外の駆動回路は、５．１Ｖの電力により駆動するよう設計されている。
また、図外のセンサは、５Ｖの電力により駆動するよう設計されている。なお、センサ用電源電圧と駆動回路用電源電圧とが同一の電圧を必要とした場合でも制御ユニットＥＣＵの外部に接続されたセンサに対しての電源供給線が短絡などの異常時に、駆動回路用電源電圧が異常な電圧にならないようにするもので、従来から行われている手段である。
【００１８】
前記制御ユニットＥＣＵには、本実施の形態の電源回路１が設けられている。この電源回路１は、定電源としての図外のバッテリに接続されたイグニッションスイッチ３１に接続され、かつ、前述の駆動回路に向けて電力を供給する駆動回路用電源２と、前記ＣＰＵ４２に電力を供給するＣＰＵ内部用電源３と、前述の図外のセンサに向けて電力を供給するセンサ用電源４とを備えている。
なお、前記イグニッションスイッチ３１には、逆流防止用のダイオード３２が接続されており、バッテリ電圧が１４Ｖの場合、このダイオード３２による電圧降下により電源回路１に供給される電圧は、例えば、１３．３Ｖになっている。
【００１９】
そして、この電源回路１は、イグニッションスイッチ３１に直列に接続されてイグニッションスイッチ３１を介して供給される電圧を所定の１次電源電圧に低下させる１次電源レギュレータ１１と、この１次電源レギュレータ１１に対して直列に接続されて、１次電源電圧をそれぞれ所定の２次電源電圧に低下させる互いに並列に接続された３つの２次電源レギュレータ２１，２２，２３、すなわち、２次電源第１レギュレータ２１、２次電源第２レギュレータ２２、２次電源第３レギュレータ２３とを備えている。
【００２０】
前記３つの２次電源レギュレータ２１，２２，２３として、それぞれドロッパタイプトランジスタが用いられている。
前記２次電源第１レギュレータ２１は、供給された電圧（１次電源電圧）を前述の駆動回路の駆動電圧である５．１Ｖ（これが２次電源電圧である）に低下させて駆動回路用電源２に供給する。
前記２次電源第２レギュレータ２２は、供給された電圧（１次電源電圧）を前記ＣＰＵ４２の駆動電圧である３．３Ｖ（これが２次電源電圧である）に低下させてＣＰＵ内部用電源３に供給する。
前記２次電源第３レギュレータ２３は、供給された電圧（１次電源電圧）を前述のセンサの駆動電圧である５Ｖ（これが２次電源電圧である）に低下させてセンサ用電源４に供給する。
【００２１】
前記１次電源レギュレータ１１は、スイッチング素子１１１を有したスイッチングレギュレータにより構成されている。すなわち、この１次電源レギュレータ１１は、モニタ回路１１２から得られるモニタ電圧に応じた周波数を形成するスイッチング素子１１１と、このスイッチング素子１１１によるＯＮ・ＯＦＦ電圧を平準化させるダイオード１１３，コイルインダクタンス１１４，コンデンサ１１５を備え、イグニッションスイッチ３１から供給される電圧を、前記１次電源電圧に低下させる構成となっている。そして、本実施の形態にあっては、１次電源電圧は、ＣＰＵ耐電圧である７Ｖよりも低い電圧であって、各２次電源レギュレータ２１，２２，２３が形成する３．３〜５．１Ｖの範囲の２次電源電圧よりも高い電圧、例えば、６．５Ｖに設定されている。
【００２２】
さらに、前記ＣＰＵ４２には、駆動回路としての電圧監視回路４３が接続されている。この電圧監視回路４３は、ＣＰＵ４２へ供給される電圧を監視し、あらかじめ設定された電圧（例えば、４Ｖ）よりも高い電圧が供給された場合には、遮断信号を出力して遮断リレー４５を遮断作動させる。
【００２３】
次に、実施の形態の電源回路の作動について説明する。
ａ）正常時
制御ユニットＥＣＵに異常が発生していない場合には、イグニッションスイッチ３１を介して供給されるバッテリ電圧（１３．３Ｖ）は、１次電源レギュレータ１１において、１次電源電圧（６．５Ｖ）に低下されて各２次電源レギュレータ２１，２２，２３に供給される。この１次電源レギュレータ１１は、スイッチングレギュレータにより構成されており、６．８Ｖの電圧降下を行うが、この１次電源レギュレータ１１における損失は、例えば、０．１５Ｗ程度で、極めて低い。
【００２４】
上述のように１次電源電圧に低下された電圧は、さらに、２次電源第１レギュレータ２１において、２次電源電圧（例えば、５．１Ｖ）に低下されて駆動回路用電源２に供給されて、電圧監視回路４３を含む図外の駆動回路が駆動される。ここで、２次電源第１レギュレータ２１における電圧降下量は、１．４Ｖ程度で極めて低い。よって、この２次電源第１レギュレータ２１として、ドロッパタイプのトランジスタを用いているが、この２次電源第１レギュレータ２１における電流損失を７０ｍＡと仮定した場合、その損失は、０．１１Ｗと極めて低くい値となる。
【００２５】
また、２次電源第２レギュレータ２２では、１次電源電圧を２次電源電圧（例えば、３．３Ｖ）に低下してＣＰＵ用電源３に供給し、これによりＣＰＵ４２が駆動される。ここで、２次電源第２レギュレータ２２における電圧降下量は、３．２Ｖ程度で極めて低い。よって、この２次電源第２レギュレータ２２における電流損失を９０ｍＡと仮定した場合、その損失は、０．２９Ｗと極めて低くなる。
【００２６】
また、２次電源第３レギュレータ２３では、１次電源電圧を２次電源電圧（例えば、５Ｖ）に低下してセンサ用電源４に供給し、図外のセンサが駆動される。ここで、２次電源第３レギュレータ２３における電圧降下量は、１．５Ｖ程度で極めて低い。よって、この２次電源第３レギュレータ２３における電流損失を３０ｍＡと仮定した場合、その損失は、０．０５Ｗと極めて低くなる。
【００２７】
以上のように、本実施の形態では、１次電源レギュレータ１１と２次電源レギュレータ２１，２２，２３とのトータルの損失は、０．６Ｗとなり、これは、１次電源レギュレータ１１を設けずに、各２次電源レギュレータ２１，２２，２３のみにより、それぞれ１３．３Ｖの供給電圧を２次電源電圧に低下させる場合に比べて、極めて小さくできる。
ちなみに、２次電源第１レギュレータ２１により、１３．３Ｖから５．１Ｖに低下させた場合には、電流損失を実施の形態と同じく７０ｍＡと仮定すると０．５７Ｗの損失となる。また、２次電源第２レギュレータ２２により、１３．３Ｖから３．３Ｖに低下させた場合には、電流損失を実施の形態と同じく９０ｍＡと仮定すると０．９０Ｗの損失となる。また、２次電源第３レギュレータ２３により、１３．３Ｖから５Ｖに低下させた場合には、電流損失を実施の形態と同じく３０ｍＡと仮定すると０．２５Ｗの損失となる。よって、トータルの損失は、１．７Ｗとなる。
このように、本実施の形態にあっては、電源電圧のエネルギ損失を大きく抑えることができ、これにより、発熱量を大幅に低減できる。よって、従来に比べて放熱対策費を軽減することができる。
【００２８】
ｂ）異常発生時
１次電源レギュレータ１１に何からの異常が発生して、１次電源電圧に低下させることができなくなった場合には、イグニッション電圧が各２次電源レギュレータ２１，２２，２３に供給される。
そして、各２次電源レギュレータ２１，２２，２３において、それぞれ、設定された２次電源電圧に低下される。
よって、駆動回路、ＣＰＵ４２、センサには、あらかじめ設定された２次電源電圧が供給されるため、不具合が生じることはない。
なお、この場合には、各２次電源レギュレータ２１，２２，２３における発熱量が大きくなるため、１次電源電圧を監視して、異常時には、ワーニングランプなどによりこれを知らせるようにするのが好ましい。
【００２９】
次に、３つの２次電源レギュレータ２１，２２，２３のいずれか、あるいは全部に何らかの異常が発生した場合、１次電源レギュレータ１１で形成された１次電源電圧が、駆動回路、ＣＰＵ４２、センサのいずれかあるいは全てに供給されることになる。
この場合、１次電源電圧は、ＣＰＵ耐電圧よりも低く設定されているため、ＣＰＵ４２が破損することはない。また、駆動回路およびセンサも、１次電圧は通常の駆動電圧よりも若干高い電圧であることから破損することはない。
【００３０】
また、電圧監視回路４３は、２次電源レギュレータ２１を監視しており、２次電圧に異常が発生した場合には、遮断リレー４５を作動させてソレノイド４１の駆動を禁止するシステム遮断状態を形成する。
そして、２次電源レギュレータ２１，２２，２３が正常に戻って、正常な２次電源電圧が形成されるようになったときには、電圧監視回路４３は、遮断リレー４５の遮断を中止する。
すなわち、２次電源レギュレータ２１，２２，２３に異常が発生しても、ＣＰＵ４２が破壊されないため、ＣＰＵ４２の作動チェックが不要であり、２次電源電圧が正常に復帰した場合には、システム遮断を中止するだけでよい。
したがって、ＣＰＵ４２の作動チェックを行う構成を廃止して、構成の簡素化を図ることができる。
加えて、２次電源レギュレータ２１，２２，２３に異常が発生しても電圧監視回路４３には、ＣＰＵ耐電圧よりも低い電圧しか供給されないため、イグニッション電圧により作動して遮断状態を維持させる構成も不要である。従って、この構成を廃止して構成の簡略化を図ることができる。
【００３１】
以上説明したように、本実施の形態にあっては、発熱量が小さなスイッチングレギュレータにより構成された１次電源レギュレータ１１を１つだけ設け、イグニッションスイッチ３１から供給される電圧を、ＣＰＵ４２の耐電圧よりも低い１次電圧まで低下させるようにしたため、以下に列挙する効果を得ることができる。
ａ）全体の発熱量を低減させることができ、放熱のための構成を簡略化してコストダウンを図ることができる。
ｂ）１次電源レギュレータ１１と２次電源レギュレータ２１，２２，２３のいずれが故障しても、ＣＰＵ４２にはＣＰＵ耐電圧を超える電圧が供給されることはなく、ＣＰＵ４２の破壊を防止することができ、信頼性の向上を図ることができる。
ｃ）上記のようにＣＰＵ４２の破壊を確実に防止することができるため、システム遮断を行う構成は、単に、電圧異常時に遮断するだけの構成として、ＣＰＵ４２の作動チェックを行う構成、あるいは、イグニッション電圧により作動してシステム遮断状態を維持させる構成を廃止して、装置の簡略化ならびにコストダウンを図ることができる。
【００３２】
なお、上述の効果を得るにあたり、上述したようにスイッチングレギュレータタイプの１次電源レギュレータ１１を設けている。このスイッチングレギュレータはドロップタイプに比べて高価ではあるが、本実施の形態では、これを１つだけ追加したので、コストアップは最小限に抑えることができる。
すなわち、実施の形態２で示した２次電源レギュレータ２１，２２，２３の全てにスイッチングレギュレータを用いることにより、さらに発熱量を抑えることができるが、その場合、極めて高価となる。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態を図面に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
例えば、実施の形態では、１次電源レギュレータ１１として、スイッチングレギュレータを用いた例を示したが、ドロッパタイプトランジスタを用いても、請求項１に記載の発明の目的である、ＣＰＵの動作確認を行う構成やシステム遮断状態を維持させる構成を省略することを可能として、コストダウンを図りつつ、信頼性を向上させることは可能である。
また、１次電源レギュレータ１１により形成する１次電源電圧は、ＣＰＵの耐電圧以下であり、２次電源電圧よりも高い値であれば、実施の形態で示した値に限定されるものではない。
また、各２次電源電圧も、１例として示したものであり、これらの値に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の電源回路を適用した制御ユニットを示す回路図である。
【符号の説明】
ＥＣＵ制御ユニット
１ 電源回路
２ 駆動回路用電源
３ ＣＰＵ内部用電源
４ センサ用電源
１１ １次電源レギュレータ
２１ ２次電源第１レギュレータ
２２ ２次電源第２レギュレータ
２３ ２次電源第３レギュレータ
３１ イグニッションスイッチ
３２ ダイオード
４１ ソレノイド
４２ ＣＰＵ
４３ 電圧監視回路
４４ 駆動トランジスタ
４５ 遮断リレー
１１１ スイッチング素子
１１２ モニタ回路
１１３ ダイオード
１１４ コイルインダクタンス
１１５ コンデンサ

Claims (3)

1. 所定電圧の電力を供給する定電源と、この定電源から電力が供給されて駆動するＣＰＵを含む電力供給対象と、の間に介在されて、前記定電源から供給される電圧を前記電力供給対象に対応した複数種類の電圧に低下させて供給する電源回路において、
   前記定電源から供給される電圧を所定の１次電源電圧に降下させる１次電源レギュレータと、
   この１次電源レギュレータに直列に接続され、前記１次電源電圧を電力供給対象に対応した複数種類の２次電源電圧に降下させる互いに並列に接続された複数の２次電源レギュレータと、
   を備え、
   前記１次電源電圧を、前記ＣＰＵが破壊されない上限の電圧であるＣＰＵ耐電圧以下の電圧に設定したことを特徴とする電源回路。
2. 請求項１に記載の電源回路において、
   前記１次電源レギュレータを、１次電源電圧に応じた周波数で駆動して電源低下量の調整を行うスイッチングレギュレータで構成し、一方、複数の２次電源レギュレータを、それぞれドロッパタイプトランジスタで構成したことを特徴とする電源回路。
3. 請求項２に記載の電源回路において、
   この電源回路を、車両に搭載されたブレーキ装置の制御を行う制御ユニットに設けたことを特徴とする電源回路。

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