JPWO2020022003A1 - Electronic control device - Google Patents
Electronic control device Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2020022003A1 JPWO2020022003A1 JP2020532252A JP2020532252A JPWO2020022003A1 JP WO2020022003 A1 JPWO2020022003 A1 JP WO2020022003A1 JP 2020532252 A JP2020532252 A JP 2020532252A JP 2020532252 A JP2020532252 A JP 2020532252A JP WO2020022003 A1 JPWO2020022003 A1 JP WO2020022003A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- switching element
- dcdc converter
- electronic control
- control device
- load
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
- B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
- B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
- B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
- H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Continuous-Control Power Sources That Use Transistors (AREA)
Abstract
エンジン停止中にバッテリから供給される電流を低減させることが可能な電子制御装置を提供する。エンジン動作状態では、スイッチング素子(SW1)、スイッチング素子(SW3)をオン、スイッチング素子(SW2)、スイッチング素子(SW4)をオフし、DCDCコンバータ(5)を介し、バッテリ(1)と負荷(6)を直接接続し、バッテリ(1)のバッテリ電圧(Vbat)を負荷(6)に印加し、エンジン停止状態では、スイッチング素子(SW1)、スイッチング素子(SW2)をオン、スイッチング素子(SW3)、スイッチング素子(SW4)をオフした状態と、スイッチング素子(SW1)、スイッチング素子(SW2)をオフ、スイッチング素子(SW3)、スイッチング素子(SW4)をオンした状態とを交互に繰り返し、DCDCコンバータ(5)のチャージポンプ動作に基づいて生成された電圧を負荷(6)に印加する。Provided is an electronic control device capable of reducing the current supplied from the battery while the engine is stopped. In the engine operating state, the switching element (SW1) and the switching element (SW3) are turned on, the switching element (SW2) and the switching element (SW4) are turned off, and the battery (1) and the load (6) are passed through the DCDC converter (5). ) Is directly connected, the battery voltage (Vbat) of the battery (1) is applied to the load (6), and in the engine stopped state, the switching element (SW1) and the switching element (SW2) are turned on, the switching element (SW3), The state in which the switching element (SW4) is turned off, the state in which the switching element (SW1) and the switching element (SW2) are turned off, and the state in which the switching element (SW3) and the switching element (SW4) are turned on are alternately repeated, and the DCDC converter (5) ), The voltage generated based on the charge pump operation is applied to the load (6).
Description
本発明は、電子制御装置(Electronic Control Unit:以下、ECUと言う)に関する。 The present invention relates to an electronic control unit (Electronic Control Unit: hereinafter referred to as an ECU).
自動車業界では、環境および排気規制の強化に対応するため、車両の電子制御化が進んでおり、車両に搭載される制御装置の数も増加している。ところで、ECUに要求される仕様において、エンジン停止中でも動作を継続しなければならない機能がある。例えば、RAM(Random access memory)を用いたバックアップ機能、CAN(Controller Area Network)通信を用いたウェイクアップ機能およびタイマカウンタ機能が挙げられる。 In the automobile industry, electronic control of vehicles is progressing in order to respond to stricter environmental and exhaust regulations, and the number of control devices installed in vehicles is also increasing. By the way, in the specifications required for the ECU, there is a function that the operation must be continued even when the engine is stopped. For example, a backup function using RAM (Random access memory), a wakeup function using CAN (Control Area Network) communication, and a timer counter function can be mentioned.
これらの電力は車載バッテリから供給されるが、エンジン停止中はバッテリの充電ができない。このため、消費電流の総和が大きいと、バッテリ上がりに起因する車両始動不具合発生が懸念される。このような事象を防止するため、エンジン停止状態でのバッテリ消費電流の低減が求められている。 These electric powers are supplied from the in-vehicle battery, but the battery cannot be charged while the engine is stopped. Therefore, if the total current consumption is large, there is a concern that a vehicle starting failure may occur due to a dead battery. In order to prevent such an event, it is required to reduce the battery current consumption when the engine is stopped.
一般的に、バッテリとECUの内部負荷の間にDCDCコンバータを搭載し、消費電流を低減させる回路構成が用いられている。エンジン動作状態では、数100mAの電流を流せるが、エンジン停止状態では、DCDCコンバータ駆動素子を間欠動作させ、消費電流の低減を実現している。 Generally, a circuit configuration is used in which a DCDC converter is mounted between the battery and the internal load of the ECU to reduce current consumption. In the engine operating state, a current of several hundred mA can flow, but in the engine stopped state, the DCDC converter driving element is intermittently operated to reduce the current consumption.
このような回路構成の場合、エンジン停止状態と動作状態で電圧リプル要求が変化せず、間欠動作を用いても、得られる周波数低減効果が少なくなる。また、数100mAの電流を流すために、例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などのサイズの大きな半導体素子を用いなければならず、大きな駆動電流を必要とする。 In the case of such a circuit configuration, the voltage ripple request does not change between the engine stopped state and the operating state, and even if the intermittent operation is used, the obtained frequency reduction effect is reduced. Further, in order to pass a current of several hundred mA, for example, a semiconductor element having a large size such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) must be used, which requires a large drive current.
特許文献1に記載された技術によれば、シリーズレギュレータ回路とチャージポンプ回路を組み合わせることで、電源変動が発生しても、低コストで電力効率の最適化を実現している。特許文献1に記載された技術では、入力電圧が負荷許容電圧よりも低い場合は、シリーズレギュレータ制御で用いるMOSFETをオンさせることで、導通損失のみで電力を供給し、入力電圧が負荷許容電圧よりも高い場合は、シリーズレギュレータとして動作させる。チャージポンプ回路は、いずれの状態においても、MOSFETのゲート駆動電圧を生成するために用いる。 According to the technique described in
しかしながら、特許文献1に記載された技術では、電源変動が発生しても、電力効率を最適化できるが、エンジン停止中のバッテリの低消費電流化のような着想はなかった。 However, in the technique described in
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、その目的は、エンジン停止中にバッテリから供給される電流を低減させることが可能な電子制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an electronic control device capable of reducing the current supplied from the battery while the engine is stopped.
上記目的を達成するため、第1の観点に係る電子制御装置は、電源端子と負荷との間に設けられたDCDCコンバータを備え、前記DCDCコンバータは、エンジン動作状態ではスイッチング動作せずに前記負荷に電圧を印加し、エンジン停止状態ではスイッチング動作に基づいて前記負荷に電圧を印加する。 In order to achieve the above object, the electronic control device according to the first aspect includes a DCDC converter provided between the power supply terminal and the load, and the DCDC converter does not perform switching operation in the engine operating state and the load is not operated. A voltage is applied to the load, and when the engine is stopped, a voltage is applied to the load based on the switching operation.
本発明によれば、エンジン停止中にバッテリから供給される電流を低減させることが可能な電子制御装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an electronic control device capable of reducing the current supplied from the battery while the engine is stopped.
実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている諸要素およびその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 The embodiment will be described with reference to the drawings. It should be noted that the embodiments described below do not limit the invention according to the claims, and all of the elements and combinations thereof described in the embodiments are indispensable for the means for solving the invention. Not necessarily.
図1は、第1実施形態に係る電子制御装置の構成を示すブロック図である。
図1において、ECU2は、電源端子3、IC制御電源4、DCDCコンバータ5および負荷6を備える。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an electronic control device according to the first embodiment.
In FIG. 1, the ECU 2 includes a power supply terminal 3, an IC control power supply 4, a DCDC converter 5, and a
電源端子3は、バッテリ1に接続されている。エンジン動作状態では、バッテリ1のバッテリ電圧Vbatは、例えば、12Vである。DCDCコンバータ5は、電源端子3と負荷6との間に接続されている。この時、DCDCコンバータ5の入力側は、電源端子3およびIC制御電源4に接続され、DCDCコンバータ5の出力側は、負荷6に接続される。 The power supply terminal 3 is connected to the
ECU2は、車両の車載機器を電子制御する。車載機器は、例えば、動力装置、操舵装置、制動装置または変速装置である。車両の動力装置として、エンジンまたは電動機を用いることができる。車載機器は、ヘッドライト、パワーウィンドウ、ドアロック、電動シート、インストルメントパネルなどであってもよい。 The ECU 2 electronically controls the in-vehicle device of the vehicle. The in-vehicle device is, for example, a power device, a steering device, a braking device, or a transmission device. An engine or an electric motor can be used as the power unit of the vehicle. The in-vehicle device may be a headlight, a power window, a door lock, an electric seat, an instrument panel, or the like.
IC制御電源4は、バッテリ1のバッテリ電圧Vbatを検出したり、DCDCコンバータ5を駆動制御したりする。DCDCコンバータ5は、エンジン動作状態ではスイッチング動作せずに負荷6に電圧を印加し、エンジン停止状態ではスイッチング動作に基づいて負荷6に電圧を印加する。例えば、エンジン動作状態では、DCDCコンバータ5は、バッテリ電圧Vbatを負荷6に印加する。 The IC control power supply 4 detects the battery voltage Vbat of the
エンジン停止状態でのスイッチング動作の駆動周波数は300Hz以下である。特に好ましくは、エンジン停止状態でのスイッチング動作の駆動周波数は100〜300Hzの範囲内である。また、DCDCコンバータの出力電圧Voutは、エンジン動作状態に対して、エンジン停止状態の方が高リプルである。この時、エンジン停止状態の出力電圧Voutのリプルは、1〜2Vの範囲内である。出力電圧Voutのリプル周波数は、スイッチング動作の駆動周波数と等しい。DCDCコンバータ5は、降圧チャージポンプを用いることができる。 The drive frequency of the switching operation in the engine stopped state is 300 Hz or less. Particularly preferably, the drive frequency of the switching operation in the engine stopped state is in the range of 100 to 300 Hz. Further, the output voltage Vout of the DCDC converter has a higher ripple in the engine stopped state than in the engine operating state. At this time, the ripple of the output voltage Vout in the engine stopped state is in the range of 1 to 2V. The ripple frequency of the output voltage Vout is equal to the drive frequency of the switching operation. As the DCDC converter 5, a step-down charge pump can be used.
負荷6に関して、その種別および形態は特定されない。負荷6は、ECU2の内部負荷であってもよいし、ECU2の外部負荷であってもよい。図1では、負荷6は、通信ウェイクアップ部7、シリーズレギュレータ8、10、RAMバックアップ電源9およびタイマ11を備える例を示した。 The type and form of the
通信ウェイクアップ部7は、CANなどの通信機能を起動する。RAMバックアップ電源9は、RAM電源のバックアップを行う。RAMバックアップ電源9は、例えば、5Vで動作する。タイマ11は、エンジン停止時間を測定する。タイマ11は、例えば、3.3Vで動作する。シリーズレギュレータ8は、バッテリ電圧VbatをRAMバックアップ電源9の動作保証電圧まで降下させる。シリーズレギュレータ10は、バッテリ電圧Vbatをタイマ11の動作保証電圧まで降下させる。 The
ここで、DCDCコンバータ5は、エンジン停止状態ではスイッチング動作に基づいて負荷6に電圧を印加することにより、エンジン停止中にバッテリ1から供給される電流Ibatを低減させることができる。このため、エンジン停止中にバッテリ1の充電ができない場合においても、バッテリ上がりに起因する車両始動の不具合の発生を防止することができる。また、DCDCコンバータ5は、エンジン動作状態ではスイッチング動作せずに負荷6に電圧を印加することにより、スイッチング動作に伴う損失やノイズを低減することができる。 Here, the DCDC converter 5 can reduce the current Ibat supplied from the
図2は、図1のDCDCコンバータの構成を示すブロック図である。
図2において、DCDCコンバータ5は、端子N1〜N4、スイッチング素子SW1〜SW4、チャージポンプ制御部12および電圧検出回路13を備える。スイッチング素子SW1〜SW4は、MOSFETもしくはバイポーラトランジスタを用いることができる。スイッチング素子SW1〜SW4は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であってもよい。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the DCDC converter of FIG.
In FIG. 2, the DCDC converter 5 includes terminals N1 to N4, switching elements SW1 to SW4, a charge
チャージポンプ制御部12は、イグニッションキー信号Sigおよび電圧検出回路13の検出値に基づいて、負荷6へのバッテリ電圧Vbatの印加動作と、スイッチング素子SW1〜SW4のスイッチング動作とを切り替える。スイッチング素子SW1〜SW4のスイッチング動作では、しきい値Vthに基づいて、各スイッチング素子SW1〜SW4のオンとオフとを切り替える。電圧検出回路13は、DCDCコンバータ5の出力電圧Voutを検出する。電圧検出回路13は、出力電圧Voutの低スレッショルド検出のみのコンパレータを用いることができる。 The charge
スイッチング素子SW1は、端子N1に接続されている。スイッチング素子SW3は、スイッチング素子SW1に接続されている。スイッチング素子SW2は、スイッチング素子SW3に接続されている。スイッチング素子SW4は、スイッチング素子SW2に接続されている。 The switching element SW1 is connected to the terminal N1. The switching element SW3 is connected to the switching element SW1. The switching element SW2 is connected to the switching element SW3. The switching element SW4 is connected to the switching element SW2.
スイッチング素子SW1、SW3の接続点は、端子N2に接続されている。スイッチング素子SW2、SW4の接続点は、端子N3に接続されている。スイッチング素子SW2、SW3の接続点は、端子N4に接続されている。端子N2、N3間には、コンデンサC1が接続されている。端子N4には、コンデンサC2および負荷6が接続されている。コンデンサC1、C2は、DCDCコンバータ5に外付けすることができる。 The connection points of the switching elements SW1 and SW3 are connected to the terminal N2. The connection points of the switching elements SW2 and SW4 are connected to the terminal N3. The connection points of the switching elements SW2 and SW3 are connected to the terminal N4. A capacitor C1 is connected between terminals N2 and N3. A capacitor C2 and a
イグニッションキーがオンすると、イグニッションキー信号Sigはハイレベルになり、エンジン動作状態になる。この時、チャージポンプ制御部12は、スイッチング素子SW1、SW3をオン、スイッチング素子SW2、SW4をオフする。この場合、DCDCコンバータ5を介し、図1のバッテリ1と負荷6が直接接続され、バッテリ1のバッテリ電圧Vbatが負荷6に印加される。この時、端子N1→スイッチング素子SW1→スイッチング素子SW3→端子N4という電流経路L1がDCDCコンバータ5に形成される。この場合、スイッチング素子SW1〜SW4はスイッチング動作しないので、スイッチング動作に伴う損失やノイズを低減することができる。 When the ignition key is turned on, the ignition key signal Sigma becomes high level and the engine is in operation. At this time, the charge
イグニッションキーがオフすると、イグニッションキー信号Sigはロウレベルになり、エンジン停止状態になる。この時、チャージポンプ制御部12は、スイッチング素子SW1、SW2をオンかつスイッチング素子SW3、SW4をオフした状態と、スイッチング素子SW1、SW2をオフかつスイッチング素子SW3、SW4をオンした状態とを交互に繰り返す。この場合、DCDCコンバータ5のチャージポンプ動作に基づいて生成された電圧が負荷6に印加される。この時、端子N1→スイッチング素子SW1→端子N2→コンデンサC1→端子N3→スイッチング素子SW2→端子N4という電流経路L2と、スイッチング素子SW4→端子N3→コンデンサC1→端子N2→スイッチング素子SW3→端子N4という電流経路L3とがDCDCコンバータ5に交互に形成される。これにより、図1のバッテリ1から供給される電流Ibatを低減させることができ、エンジン停止中にバッテリ1の充電ができない場合においても、バッテリ上がりに起因する車両始動の不具合の発生を防止することができる。 When the ignition key is turned off, the ignition key signal Sigma becomes low level and the engine is stopped. At this time, the charge
なお、DCDCコンバータの形態のひとつに、インダクタを用いたスイッチングレギュレータがあるが、電流リプルを小さくするために、大きなインダクタンス値が必要となり、コストアップが発生する。これに対して、本実施形態では、出力電流が小さい用途に適したDCDCコンバータ5の形態の一つであるチャージポンプを用いた回路を用いることができ、コストダウンを図ることができる。 One of the forms of the DCDC converter is a switching regulator using an inductor, but a large inductance value is required to reduce the current ripple, which causes an increase in cost. On the other hand, in the present embodiment, a circuit using a charge pump, which is one of the forms of the DCDC converter 5 suitable for applications with a small output current, can be used, and cost reduction can be achieved.
スイッチング素子SW1〜SW4は、エンジン動作状態では消費電力が許容損失をオーバーせず、エンジン停止状態では電圧降下に伴うスイッチング動作不良が発生しない十分に高いオン抵抗を持たせることができる。例えば、想定している負荷電流が200〜300μAの場合、スイッチング素子SW1〜SW4のオン抵抗を100〜300Ωの範囲内に設定することができる。これにより、スイッチング素子SW1〜SW4に用いられるMOSFETなどの半導体スイッチのサイズを小さくすることができ、ゲート駆動に必要な電流を低減することができる。 The switching elements SW1 to SW4 can have a sufficiently high on-resistance that the power consumption does not exceed the permissible loss in the engine operating state and the switching operation failure due to the voltage drop does not occur in the engine stopped state. For example, when the assumed load current is 200 to 300 μA, the on-resistance of the switching elements SW1 to SW4 can be set within the range of 100 to 300Ω. As a result, the size of a semiconductor switch such as a MOSFET used for the switching elements SW1 to SW4 can be reduced, and the current required for gate driving can be reduced.
図3は、図1のDCDCコンバータのバッテリ接続とスイッチング動作の切替時の波形を示す図である。
図3において、イグニッションキー信号Sigがハイレベル時のエンジン動作状態では、負荷6の消費電流が大きいため、チャージポンプ制御部12の動作周波数の増加に伴う損失やノイズの増加が懸念される。このため、チャージポンプ制御部12は、スイッチング素子SW1、SW3をオン、スイッチング素子SW2、SW4をオフすることで、バッテリ1と負荷6を接続させる。この時、DCDCコンバータ5の出力電圧Voutは、バッテリ電圧Vbatとほぼ等しくなる。具体的には、DCDCコンバータ5の出力電圧Voutは、バッテリ電圧Vbatからスイッチング素子SW1、SW3のオン抵抗による電圧降下分を引いた値になる。なお、エンジン動作状態では、バッテリ電圧Vbatは、フル充電時のバッテリ電圧Vfulと等しくなる。FIG. 3 is a diagram showing a waveform at the time of switching between the battery connection and the switching operation of the DCDC converter of FIG.
In FIG. 3, in the engine operating state when the ignition key signal Sigma is at a high level, the current consumption of the
イグニッションキー信号Sigがロウレベル時のエンジン停止状態では、DCDCコンバータ5をスイッチング動作させ、バッテリ1の低消費電流化を図る。この時、DCDCコンバータ5の出力電圧Voutは、DCDCコンバータ5の降圧チャージポンプ動作によりバッテリ電圧Vbatを降下させた電圧Vswになる。DCDCコンバータ5の出力電圧Voutには、DCDCコンバータ5の降圧チャージポンプ動作に起因するリップルLPが発生する。 When the ignition key signal Sign is at a low level and the engine is stopped, the DCDC converter 5 is switched to reduce the current consumption of the
また、エンジン停止状態では、バッテリ電流Ibatは、出力電流Iopとオフセット電流Iofを交互に繰り返す。オフセット電流Iofは、図1のIC制御電源4に供給される電流である。このため、エンジン動作状態のバッテリ電流IbatをIdcとすると、エンジン停止状態では、エンジン動作状態に比べて、バッテリ1から負荷6に供給される電流がIdc−Iopだけ減少する。 Further, in the engine stopped state, the battery current Ibat alternately repeats the output current Iop and the offset current Iof. The offset current If is the current supplied to the IC control power supply 4 of FIG. Therefore, assuming that the battery current Ibat in the engine operating state is Idc, the current supplied from the
エンジン停止状態が長期間続く場合、バッテリ1に接続された負荷6の総リーク電流に起因して、バッテリ電圧Vbatが、DCDCコンバータ5のスイッチング動作に必要な最低電圧Vbl以下になる。この時、チャージポンプ制御部12は、スイッチング素子SW1、SW3をオン、スイッチング素子SW2、SW4をオフすることで、バッテリ1と負荷6を接続させ、負荷6のスタンバイを継続させるモードに移行させる。この場合、アラーム信号を発信し、バッテリ電圧Vbatが著しく劣化したことをユーザに伝えることも可能である。 When the engine is stopped for a long period of time, the battery voltage Vbat becomes equal to or less than the minimum voltage Vbl required for the switching operation of the DCDC converter 5 due to the total leakage current of the
このように、上述した第1実施形態によれば、エンジン停止状態のバッテリ電流Ibatを、DCDCコンバータ5のスイッチング動作で低減させるだけでなく、サイズの小さなMOSFETを用い、低電圧閾値検出のコンパレータで制御させることで、駆動電流と制御電流を小さくし、さらなるバッテリ電流Ibatの低減を図ることができる。 As described above, according to the first embodiment described above, not only the battery current Ibat in the engine stopped state is reduced by the switching operation of the DCDC converter 5, but also a small-sized MOSFET is used in the low voltage threshold detection comparator. By controlling, the drive current and the control current can be reduced, and the battery current Ibat can be further reduced.
MOSFETのサイズに関しては、エンジン動作状態のバッテリ電流Ibatが流れても、電圧降下が負荷6の保証電圧以下とならない値に設定する。具体的には、エンジン動作状態の負荷電流が5mA、負荷6の保証電圧が4.5Vの場合、バッテリ電圧Vbatが6Vまで低下しても動作可能なMOSFETのオン抵抗は直列で300Ωとなる。従って、オン抵抗が最大で300ΩとなるMOSFETサイズに設定する。MOSFETサイズは、使用条件に従って異なるが、負荷電流に対し、駆動電流が十分小さい構成となっていればよい。また、車両状態に応じてDCDCコンバータ5の駆動を切り替えることで、負荷6に電力を供給し続けることが可能となる。 The size of the MOSFET is set to a value at which the voltage drop does not fall below the guaranteed voltage of the
図4は、図1のDCDCコンバータのスイッチング動作時の波形を示す図である。
図4において、スイッチング素子SW1〜SW4の切り替えは、チャージポンプの制御に必要な消費電流を抑制するため、出力電圧Voutの低電圧検出で行う。低電圧検出のしきい値をVthとする。FIG. 4 is a diagram showing a waveform during the switching operation of the DCDC converter of FIG.
In FIG. 4, the switching elements SW1 to SW4 are switched by detecting a low voltage of the output voltage Vout in order to suppress the current consumption required for controlling the charge pump. Let Vth be the threshold value for low voltage detection.
図2のスイッチング素子SW1、SW2をオン、スイッチング素子SW3、SW4をオフすると、図1のバッテリ1がコンデンサC1、C2を充電する。負荷6がコンデンサC1、C2から電流を引き出し、出力電圧Voutがしきい値Vthに到達すると、スイッチング素子SW1、SW2をオフ、スイッチング素子SW3、SW4をオンすることで、コンデンサC1がコンデンサC2に充電する。
以下、チャージポンプ制御部12は、この制御を繰り返すことで、出力電圧Voutを一定に保つことが可能である。ただし、出力電圧VoutにはリップルLPが発生する。When the switching elements SW1 and SW2 of FIG. 2 are turned on and the switching elements SW3 and SW4 are turned off, the
Hereinafter, the charge
DCDCコンバータ5の出力電圧をVout、出力電流をIout、コンデンサC1の容量をCin、コンデンサC2の容量をCoutとした場合、出力電圧Voutのリプル電圧Vrippleは式(1)で算出できる。 When the output voltage of the DCDC converter 5 is Vout, the output current is Iout, the capacitance of the capacitor C1 is Cin, and the capacitance of the capacitor C2 is Cout, the ripple voltage ripple of the output voltage Vout can be calculated by the equation (1).
Vripple=(Cout×Vout+Cin×(Vbat−Vout))/
(Cin+Cout) ・・・(1)Ripple = (Cout x Vout + Cin x (Vbat-Vout)) /
(Cin + Cout) ・ ・ ・ (1)
また、コンデンサC2の充電時間が無視できるほど小さいとすると、出力電圧Voutのリプル周波数fは、式(2)で算出できる。 Further, assuming that the charging time of the capacitor C2 is so small that it can be ignored, the ripple frequency f of the output voltage Vout can be calculated by the equation (2).
f=((Cin+Cout)×Iout)/Vripple・・・(2)f = ((Cin + Cout) x Iout) / Ripple ... (2)
コンデンサC1、C2の容量および出力電流Ioutなどの条件によって値は変化するが、ECU2において、(2)式から算出されるリプル周波数fは、数100Hz程度と非常に小さい値となる。この時、リプル電圧Vrippleも1V程度の大きな値になるが、例えば、ウェイクアップ機能を備えたCANトランシーバICの場合、元来バッテリ電圧に接続する機能のため、問題にはならない。 Although the value changes depending on the conditions such as the capacitance of the capacitors C1 and C2 and the output current Iout, the ripple frequency f calculated from the equation (2) in the
ここで、(2)式から判るように、リプル周波数fを小さくすることにより、DCDCコンバータ5の出力電流Ioutを小さくすることができる。このため、DCDCコンバータ5は、スイッチング動作の駆動周波数を300Hz以下とした低周波駆動することにより、DCDCコンバータ5の出力電流Ioutを小さくすることができる。 Here, as can be seen from the equation (2), the output current Iout of the DCDC converter 5 can be reduced by reducing the ripple frequency f. Therefore, the DCDC converter 5 can reduce the output current Iout of the DCDC converter 5 by driving the DCDC converter 5 at a low frequency with the driving frequency of the switching operation set to 300 Hz or less.
一方、スイッチング動作の駆動周波数を小さくすると、リプル電圧Vrippleが大きくなる。エンジン動作状態においてECU2を安定して動作させるには、リプル電圧Vrippleを数十mV以下に抑える必要がある。リプル電圧Vrippleを数十mVにするには、スイッチング動作の駆動周波数を300〜400kHzの範囲内に設定する必要がある。 On the other hand, when the drive frequency of the switching operation is reduced, the ripple voltage Ripple becomes large. In order to operate the
これに対して、本実施形態のエンジン動作状態では、DCDCコンバータ5は、スイッチング動作することなくバッテリ電圧Vdatを負荷6に印加する。これにより、DCDCコンバータ5は、エンジン動作状態では、300〜400kHzの高周波駆動させることなく、リプル電圧Vrippleを低く抑えることができる。 On the other hand, in the engine operating state of the present embodiment, the DCDC converter 5 applies the battery voltage Vdat to the
第1実施形態では、エンジン停止状態ではDCDCコンバータ5をスイッチング動作させ、エンジン動作状態ではDCDCコンバータ4を介してバッテリ1と負荷6を直接接続させる。一方で、負荷6の一つであるウェイクアップ機能に関して、低消費電流化のため、バッテリ電源1ではなく、5V電源でスタンバイ状態となる例がある。この場合、第1実施形態のバッテリ1と負荷6の直接接続が使用できないため、第2実施形態では、DCDCコンバータ5のスイッチング素子SW1、SW3をシリーズレギュレータとして用いる。 In the first embodiment, the DCDC converter 5 is switched and operated in the engine stopped state, and the
図5は、第2実施形態に係る電子制御装置に適用されるDCDCコンバータの構成を示すブロック図である。
図5において、DCDCコンバータ15は、図2のDCDCコンバータ5のチャージポンプ制御部12の代わりにコンバータ内部制御部14を備える。コンバータ内部制御部14は、チャージポンプ制御部12Aおよびレギュレータ制御部12Bを備える。FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a DCDC converter applied to the electronic control device according to the second embodiment.
In FIG. 5, the
チャージポンプ制御部12Aは、イグニッションキー信号Sigおよび電圧検出回路13の検出値に基づいて、スイッチング素子SW1〜SW4をスイッチング動作させる。スイッチング素子SW1〜SW4のスイッチング動作では、しきい値Vthに基づいて、各スイッチング素子SW1〜SW4のオンとオフとを切り替える。 The charge
レギュレータ制御部12Bは、イグニッションキー信号Sigおよび電圧検出回路13の検出値に基づいて、スイッチング素子SW1、SW3をシリーズレギュレータ動作させる。スイッチング素子SW1、SW3のシリーズレギュレータ動作では、スイッチング素子SW1、SW3に用いられる半導体スイッチをハーフオンさせる。ハーフオンは、半導体スイッチのチャネルがオンとオフの間の中間電位に維持された状態である。 The regulator control unit 12B operates the switching elements SW1 and SW3 as a series regulator based on the ignition key signal Sigma and the detection value of the
エンジン動作状態では、レギュレータ制御部12Bは、スイッチング素子SW1、SW3をハーフオン、スイッチング素子SW2、SW4をオフすることで、DCDCコンバータ15をシリーズレギュレータ動作させる。なお、シリーズレギュレータ動作では、レギュレータ制御部12Bは、スイッチング素子SW1をオン、スイッチング素子SW3をハーフオンさせてもよいし、スイッチング素子SW1をハーフオン、スイッチング素子SW3をオンさせてもよい。 In the engine operating state, the regulator control unit 12B operates the
この場合、スイッチング素子SW1、SW3を介し、図1のバッテリ1と負荷6が接続され、バッテリ1のバッテリ電圧Vbatからスイッチング素子SW1、SW3による電圧降下分を引いた電圧が負荷6に印加される。この時、端子N1→スイッチング素子SW1→スイッチング素子SW3→端子N4という電流経路L1がDCDCコンバータ15に形成される。 In this case, the
エンジン停止状態では、チャージポンプ制御部12Aは、図2のチャージポンプ制御部12と同様に動作する。 When the engine is stopped, the charge
ここで、イグニッションキーのオンおよびオフに関わらず、DCDCコンバータ15を常時動作させて、負荷6に5V電圧を供給することも可能だが、制御回路の低消費電力化を図るため、DCDCコンバータ5は、出力電圧Voutの低電圧検出で制御しているため、大きなリプル電圧が発生する。バッテリ電圧Vbatは、車両動作において一定ではなく、特に、ダンプサージのような大きな電圧変動が発生した場合、式(2)から、出力電圧Voutのリプル電圧Vrippleは16V以上に増加し、負荷6の素子破壊を引き起こすことがある。レギュレータ制御部12Bを追加し、DCDCコンバータ5の回路を流用することで、DCDCコンバータ15の低コスト化を図ることができる。イグニッションキーがオフであれば、車両が停止しているので、電源変動は発生しない。 Here, regardless of whether the ignition key is on or off, it is possible to always operate the
図6は、図5のDCDCコンバータのレギュレータ動作とスイッチング動作の切替時の波形を示す図である。
図6において、イグニッションキー信号Sigがハイレベル時のエンジン動作状態では、オルタネータ駆動に伴ってバッテリ消費電流低減の要求がなく、バッテリ1の電圧変動が大きい。このため、レギュレータ制御部12Bは、スイッチング素子SW1、SW3をシリーズレギュレータとして制御し、負荷6に電力を供給する。この時、DCDCコンバータ5の出力電圧Voutは、レギュレータ電圧Vregに設定する。レギュレータ電圧Vregは、負荷6の動作保証電圧に設定することができる。エンジン動作状態のバッテリ電流Ibatは、図1のIC制御電源4に供給されるオフセット電流Iofと、DCDCコンバータ5のレギュレータ動作時に負荷6に供給される電流との和になる。FIG. 6 is a diagram showing a waveform at the time of switching between the regulator operation and the switching operation of the DCDC converter of FIG.
In FIG. 6, in the engine operating state when the ignition key signal Sigma is at a high level, there is no demand for reducing the battery current consumption due to the alternator drive, and the voltage fluctuation of the
イグニッションキー信号Sigがロウレベル時のエンジン停止状態では、DCDCコンバータ5をスイッチング動作させ、バッテリ1の低消費電流化を図る。 When the ignition key signal Sign is at a low level and the engine is stopped, the DCDC converter 5 is switched to reduce the current consumption of the
エンジン停止状態が長期間続く場合、バッテリ1に接続された負荷6の総リーク電流に起因して、バッテリ電圧Vbatが、DCDCコンバータ5のスイッチング動作に必要な最低電圧Vbl以下になる。この時、レギュレータ制御部12Bは、スイッチング素子SW1、SW3をシリーズレギュレータとして制御し、スイッチング素子SW1、SW3を介してバッテリ1と負荷6を接続させ、負荷6のスタンバイを継続させるモードに移行させる。この場合、アラーム信号を発信し、バッテリ電圧Vbatが著しく劣化したことをユーザに伝えることも可能である。 When the engine is stopped for a long period of time, the battery voltage Vbat becomes equal to or less than the minimum voltage Vbl required for the switching operation of the DCDC converter 5 due to the total leakage current of the
上述した第1実施形態および第2実施形態では、DCDCコンバータ5の出力を内部負荷に接続した構成について説明したが、DCDCコンバータ5の出力を外部負荷に接続し、車両全体の低消費電流化を図るようにしてもよい。 In the first and second embodiments described above, the configuration in which the output of the DCDC converter 5 is connected to the internal load has been described, but the output of the DCDC converter 5 is connected to the external load to reduce the current consumption of the entire vehicle. You may try to plan.
図7は、第3実施形態に係る電子制御装置の構成を示すブロック図である。
図7において、ECU2Aは、図2のECU2に出力端子16が追加されている。出力端子16は、DCDCコンバータ5の出力に接続されている。また、出力端子16は、ECU2B、2Cに接続されている。ECU2B、2Cは、IC制御電源およびDCDCコンバータを省略することができる。この時、ECU2B、2Cには、ECU2AのDCDCコンバータ6から電源を供給することができる。FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an electronic control device according to a third embodiment.
In FIG. 7, the
上述した第1実施形態および第2実施形態では、DCDCコンバータ5の制御電流を低減できるが、出力電流に対するオフセット電流の割合が大きいと、消費電流低減効果が小さくなる。ECU2Aの外部のECU2B、2CにもDCDCコンバータ5から電源を供給することで、出力電流に対するオフセット電流の割合を低減させることができ、低コストでバッテリ低消費電流化を図ることができる。 In the first and second embodiments described above, the control current of the DCDC converter 5 can be reduced, but when the ratio of the offset current to the output current is large, the current consumption reduction effect becomes small. By supplying power to the
以上で説明した各実施の形態や各種の変化例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されない。 The embodiments and various variations described above are merely examples, and the present invention is not limited to these contents as long as the features of the invention are not impaired.
1 バッテリ、2 ECU、3 電源端子、4 IC制御電源、5 DCDCコンバータ、6 負荷、7 通信ウェイクアップ部、8、10 シリーズレギュレータ、9 RAMバックアップ電源、11 タイマ 1 battery, 2 ECU, 3 power supply terminal, 4 IC control power supply, 5 DCDC converter, 6 load, 7 communication wakeup section, 8, 10 series regulator, 9 RAM backup power supply, 11 timer
Claims (15)
前記DCDCコンバータは、エンジン動作状態ではスイッチング動作せずに前記負荷に電圧を印加し、エンジン停止状態ではスイッチング動作に基づいて前記負荷に電圧を印加する電子制御装置。Equipped with a DCDC converter provided between the power supply terminal and the load
The DCDC converter is an electronic control device that applies a voltage to the load without switching operation in the engine operating state, and applies a voltage to the load based on the switching operation in the engine stopped state.
第1スイッチング素子と、
第2スイッチング素子と、
第3スイッチング素子と、
第4スイッチング素子とを備え、
前記第1スイッチング素子は前記電源端子に接続され、
前記第3スイッチング素子は前記第1スイッチング素子に接続され、
前記第2スイッチング素子は前記第3スイッチング素子に接続され、
前記第4スイッチング素子は前記第2スイッチング素子に接続され、
前記第1スイッチング素子と前記第3スイッチング素子との接続点と、前記第2スイッチング素子と前記第4スイッチング素子との接続点との間には第1コンデンサが接続され、
前記第2スイッチング素子と前記第3スイッチング素子との接続点には第2コンデンサおよび前記負荷が接続されている請求項1に記載の電子制御装置。The DCDC converter
With the first switching element
With the second switching element
With the third switching element
Equipped with a fourth switching element
The first switching element is connected to the power supply terminal and
The third switching element is connected to the first switching element, and the third switching element is connected to the first switching element.
The second switching element is connected to the third switching element, and the second switching element is connected to the third switching element.
The fourth switching element is connected to the second switching element, and the fourth switching element is connected to the second switching element.
A first capacitor is connected between the connection point between the first switching element and the third switching element and the connection point between the second switching element and the fourth switching element.
The electronic control device according to claim 1, wherein a second capacitor and the load are connected to a connection point between the second switching element and the third switching element.
前記エンジン動作状態では、
前記第1スイッチング素子および前記第3スイッチング素子をオン、前記第2スイッチング素子および前記第4スイッチング素子をオフした第1状態を継続し、
前記エンジン停止状態では、
前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子をオン、前記第3スイッチング素子および前記第4スイッチング素子をオフした第2状態と、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子をオフ、前記第3スイッチング素子および前記第4スイッチング素子をオンした第3状態とを交互に繰り返す請求項13に記載の電子制御装置。The DCDC converter
In the engine operating state,
The first state in which the first switching element and the third switching element are turned on and the second switching element and the fourth switching element are turned off is continued.
In the engine stopped state,
A second state in which the first switching element and the second switching element are turned on and the third switching element and the fourth switching element are turned off, and the first switching element and the second switching element are turned off, the third. The electronic control device according to claim 13, wherein the switching element and the third state in which the fourth switching element is turned on are alternately repeated.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018139529 | 2018-07-25 | ||
JP2018139529 | 2018-07-25 | ||
PCT/JP2019/026409 WO2020022003A1 (en) | 2018-07-25 | 2019-07-03 | Electronic control device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2020022003A1 true JPWO2020022003A1 (en) | 2021-04-30 |
Family
ID=69180626
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020532252A Pending JPWO2020022003A1 (en) | 2018-07-25 | 2019-07-03 | Electronic control device |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPWO2020022003A1 (en) |
WO (1) | WO2020022003A1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10322806A (en) * | 1997-05-19 | 1998-12-04 | Nissan Motor Co Ltd | Device for controlling charging of auxiliary power supply battery for hybrid electric vehicle |
JP2002204567A (en) * | 2000-10-26 | 2002-07-19 | Rohm Co Ltd | Step-down dc-dc converter |
JP2004106621A (en) * | 2002-09-17 | 2004-04-08 | Nissan Motor Co Ltd | Automatic stopping/automatic restarting device for engine |
JP2004242387A (en) * | 2003-02-04 | 2004-08-26 | Nec Saitama Ltd | Step-down dc-dc converter and terminal device |
JP2006081238A (en) * | 2004-09-07 | 2006-03-23 | Alpine Electronics Inc | Power circuit |
JP2010136510A (en) * | 2008-12-03 | 2010-06-17 | Panasonic Corp | Step-down switching regulator |
JP2012231580A (en) * | 2011-04-25 | 2012-11-22 | Toyota Motor Corp | Power supply system |
-
2019
- 2019-07-03 JP JP2020532252A patent/JPWO2020022003A1/en active Pending
- 2019-07-03 WO PCT/JP2019/026409 patent/WO2020022003A1/en active Application Filing
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10322806A (en) * | 1997-05-19 | 1998-12-04 | Nissan Motor Co Ltd | Device for controlling charging of auxiliary power supply battery for hybrid electric vehicle |
JP2002204567A (en) * | 2000-10-26 | 2002-07-19 | Rohm Co Ltd | Step-down dc-dc converter |
JP2004106621A (en) * | 2002-09-17 | 2004-04-08 | Nissan Motor Co Ltd | Automatic stopping/automatic restarting device for engine |
JP2004242387A (en) * | 2003-02-04 | 2004-08-26 | Nec Saitama Ltd | Step-down dc-dc converter and terminal device |
JP2006081238A (en) * | 2004-09-07 | 2006-03-23 | Alpine Electronics Inc | Power circuit |
JP2010136510A (en) * | 2008-12-03 | 2010-06-17 | Panasonic Corp | Step-down switching regulator |
JP2012231580A (en) * | 2011-04-25 | 2012-11-22 | Toyota Motor Corp | Power supply system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2020022003A1 (en) | 2020-01-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102177644B (en) | Vehicular power unit | |
US7521986B2 (en) | Switch element driver circuit and semiconductor device | |
US11569654B2 (en) | Power control device | |
US7282809B2 (en) | Interface circuit between a direct-current voltage source and a circuit for driving a load, particularly for use in motor-vehicles | |
US20080203984A1 (en) | Step-up switching power supply device, and electronic device provided therewith | |
US11848611B2 (en) | Switching power supply device | |
CN111837325B (en) | DCDC converter for vehicle | |
CN104081641A (en) | In-vehicle step-down switching power supply, in-vehicle electronic control device, and idle stop system | |
CN104617933A (en) | Circuit to reduce power dissipation of power stage and a method thereof | |
WO2020183901A1 (en) | Electrification control device | |
JP2007306708A (en) | Gate drive circuit | |
CN109196764B (en) | Switching regulator, semiconductor integrated circuit, and electronic device | |
US20110242723A1 (en) | Relay driver circuit | |
JPWO2020022003A1 (en) | Electronic control device | |
WO2021246481A1 (en) | Drive device | |
US11476750B2 (en) | Vehicle power supply device with charge circuit section | |
CN115882438A (en) | Power supply system and DC/DC converter | |
JP2005006467A (en) | Gate drive circuit of semiconductor device | |
CN114792970A (en) | Protection circuit for preventing reverse connection of power supply | |
GB2356755A (en) | A processor-clocked charge pump for a 42 volt high-side MOSFET switch | |
WO2014104332A1 (en) | Power supply device | |
JP5143715B2 (en) | Capacitive load driving method and capacitive load driving circuit | |
JPH10155270A (en) | Semiconductor device | |
KR20080054218A (en) | Power system of the car |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20201006 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210817 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211014 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20220308 |