特許 6040845 電源電圧制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6040845

(24)【登録日】2016年11月18日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】電源電圧制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/00 20060101AFI20161128BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/00 U

   H02M3/00 K

   H02M3/00 B

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-80508(P2013-80508)

(22)【出願日】2013年4月8日

(65)【公開番号】特開2014-204609(P2014-204609A)

(43)【公開日】2014年10月27日

【審査請求日】2015年7月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】大荒田 直樹

【審査官】 柳下 勝幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−０４７２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２４９８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−１５７２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１４０２８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両に搭載された機器へ電力を供給する電源（４）の電源電圧を制御する電源電圧制御装置（１５）であって、
前記電源電圧が予め設定された昇圧設定電圧値以下である場合に、前記電源電圧を前記昇圧設定電圧値まで上昇させる昇圧動作を実行する昇圧回路（４２）と、
前記電源電圧が予め設定された降圧設定電圧値以上である場合に、前記電源電圧を前記降圧設定電圧値まで降下させる降圧動作を実行する降圧回路（４４）とを備え、
前記昇圧設定電圧値は、前記降圧設定電圧値よりも小さくなるように設定されており、
前記昇圧回路は、前記電源電圧が前記昇圧設定電圧値を超えている場合には、前記昇圧動作を実行しないように構成され、
前記降圧回路は、前記電源電圧が前記降圧設定電圧値未満である場合には、前記降圧動作を実行しないように構成され、
前記昇圧回路は、
前記電源電圧が予め設定された昇圧設定電圧値以下であり且つ前記車両のエンジンを始動させるスタータを作動させるときである場合にのみ、前記昇圧動作を実行するように構成されている
ことを特徴とする電源電圧制御装置。

【請求項2】

前記昇圧回路は、前記降圧回路に接続されて前記電源電圧を供給する第１電源配線（ＶＬ１）に対して並列に接続され、
前記第１電源配線上において、前記昇圧回路へ前記電源電圧を入力する第２電源配線（ＶＬ２）と前記第１電源配線との第１接続点（Ｐ１）と、前記昇圧回路から前記電源電圧を出力する第３電源配線（ＶＬ３）と前記第１電源配線との第２接続点（Ｐ２）との間に設けられ、前記第２接続点から前記第１接続点に向けて電流が流れるのを阻止する第１逆流阻止部（４１）と、
前記第３電源配線上において、前記第２接続点と前記昇圧回路との間に設けられ、前記第２接続点から前記昇圧回路に向けて電流が流れるのを阻止する第２逆流阻止部（４３）とを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の電源電圧制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車載機器へ供給される電源電圧を制御する電源電圧制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

エンジン始動時には車載バッテリからスタータへ大電力が供給されるため、バッテリ電圧が一時的に低下する。したがって、バッテリが消耗した状態においてエンジンを始動させるとバッテリ電圧がリセット電圧以下に低下し、車両に搭載された電子制御装置でリセットが発生するおそれがある。

【0003】

このようなバッテリ電圧低下によるリセット発生を抑制するために、バッテリ電圧が所定値以下になった場合にバッテリ電圧を所定値以上に上昇させる昇圧回路を電子制御装置に内蔵する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平３−２９４６６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１に記載の技術では、バッテリ電圧が電子制御装置へ直接供給されるため、電子制御装置内部において電力損失による発熱が大きくなるおそれがある。これについては、バッテリ電圧を降圧回路で降下させることにより解決することができる。しかし、上記昇圧回路と上記降圧回路とを直列に接続しているために、出力リップル電圧が大きくなり制御安定性が悪化するとともに、過渡応答性も悪化するという問題があった。

【0006】

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、電源電圧制御装置の制御安定性と過渡応答性を確保することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するためになされた本発明の電源電圧制御装置では、昇圧回路が、電源電圧が予め設定された昇圧設定電圧値以下である場合に、電源電圧を昇圧設定電圧値まで上昇させる昇圧動作を実行し、降圧回路が、電源電圧が予め設定された降圧設定電圧値以上である場合に、電源電圧を降圧設定電圧値まで降下させる降圧動作を実行する。また、昇圧設定電圧値は、降圧設定電圧値よりも小さくなるように設定されており、昇圧回路は、電源電圧が昇圧設定電圧値を超えている場合には、昇圧動作を実行しないように構成され、降圧回路は、電源電圧が降圧設定電圧値未満である場合には、降圧動作を実行しないように構成されている。

【0008】

このように構成された電源電圧制御装置では、電源電圧が降圧設定電圧値以上となることにより降圧回路が降圧動作を実行しているときには、昇圧回路が昇圧動作を実行しない。また、電源電圧が昇圧設定電圧値以下となることにより昇圧回路が昇圧動作を実行しているときには、降圧回路が降圧動作を実行しない。

【0009】

つまり、本発明の電源電圧制御装置では、昇圧回路と降圧回路が同時に動作を実行することがないため、制御安定性と過渡応答性を確保することができる。
さらに本発明の電源電圧制御装置では、昇圧設定電圧値が降圧設定電圧値よりも小さくなるように設定されているため、電源電圧が昇圧設定電圧値と降圧設定電圧値の間である場合には、昇圧回路と降圧回路の両方が動作しない。このため、昇圧設定電圧値と降圧設定電圧値との差を大きくすることにより、昇圧回路と降圧回路の両方が動作しない電源電圧領域が広くなるように設定することができる。これにより、電源電圧の変動時、および負荷変動による回路電流変化時においても、昇圧と降圧の排他動作を可能とし、制御安定性と過渡応答性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】ＥＣＵ１とＥＣＵ１の周辺機器とを示す構成図である。

【図2】内部電源回路１５の動作を示すフローチャートである。

【図3】降圧回路４４の出力電圧のバッテリ電圧特性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態の電子制御装置（Electronic Control Unit）１（以下、ＥＣＵ１という）は、車両に搭載され、車両のエンジンを始動させるためのスタータを制御する。

【0012】

図１に示すように、車両内においてＥＣＵ１の外部には、キースイッチ２、メインリレー３、バッテリ４およびヒューズ５，６が設けられている。
キースイッチ２は、車両のキーが挿入されるイグニッションキーシリンダに取り付けられている。イグニッションキーシリンダは、挿入された車両のキーを運転者が回転させることで、オフ（ＯＦＦ）位置、アクセサリ（ＡＣＣ）位置、イグニッション（ＩＧ）位置およびスタータ（ＳＴ）位置の４つのキー位置のうちの何れか１つに切り替えられる。

【0013】

またキースイッチ２は、バッテリ端子２１、オフ端子２２、アクセサリ端子２３、イグニッション端子２４およびスタータ端子２５を備えている。そして、バッテリ端子２１にバッテリ４の正極が接続される。

【0014】

またキースイッチ２は、キー位置がオフ（ＯＦＦ）位置、アクセサリ（ＡＣＣ）位置、イグニッション（ＩＧ）位置およびスタータ（ＳＴ）位置である場合にそれぞれ、バッテリ端子２１を、オフ端子２２、アクセサリ端子２３、イグニッション端子２４およびスタータ端子２５に接続させる。これによりキースイッチ２は、イグニッションキーシリンダのキー位置に応じて車両の通電状態を切り替える。

【0015】

メインリレー３は、端子３１，３２を備えており、端子３１がヒューズ５を介してバッテリ４の正極に接続され、端子３２がＥＣＵ１に接続される。そしてメインリレー３は、イグニッションキーシリンダのキー位置がイグニッション位置であるときにオン状態になる。これにより、端子３１と端子３２とが接続され、バッテリ４のバッテリ電圧ＶＢがＥＣＵ１へ供給される。

【0016】

ＥＣＵ１は、マイコン１１、端子１２，１３、スタータスイッチ検出回路１４および内部電源回路１５を備える。
マイコン１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ及びこれらの構成を接続するバスラインなどから構成され、ＲＯＭに記憶されたプログラムに基づいて各種制御処理を実行する。

【0017】

端子１２は、ヒューズ６を介してキースイッチ２のスタータ端子２５に接続される。端子１３は、メインリレー３の端子３２に接続される。
スタータスイッチ検出回路１４は、端子１２に接続され、端子１２に印加された電圧値に基づいて、キー位置がスタータ位置であるか否かを判断する。そしてスタータスイッチ検出回路１４は、キー位置がスタータ位置であると判断した場合に、キー位置がスタータ位置であることを示すスタータ位置報知信号を出力する。

【0018】

内部電源回路１５は、端子１３から入力したバッテリ電圧ＶＢを降圧して、マイコン１１を動作させるための電源電圧（以下、内部電源電圧という）を生成し、生成した内部電源電圧をマイコン１１へ出力する。

【0019】

また内部電源回路１５は、ダイオード４１、昇圧回路４２、ダイオード４３、降圧回路４４および定電圧回路４５を備える。
ダイオード４１は、電流逆流防止用のダイオードであり、端子１３と降圧回路４４との間を接続する電源配線ＶＬ１上において、降圧回路４４から端子１３へ向けて電流が流れないように設置される。すなわちダイオード４１は、アノードが端子１３に接続されるとともにカソードが降圧回路４４に接続される。

【0020】

昇圧回路４２は、端子１３と昇圧回路４２との間を接続する電源配線ＶＬ２と、降圧回路４４と昇圧回路４２との間を接続する電源配線ＶＬ３とに接続されている。このため昇圧回路４２は、電源配線ＶＬ２を介して入力したバッテリ電圧ＶＢを、予め設定された昇圧設定電圧値Ｖ１に昇圧し、電源配線ＶＬ３を介して出力する。

【0021】

また昇圧回路４２は、スタータスイッチ検出回路１４からスタータ位置報知信号が入力しているときには昇圧動作が可能となり、スタータ位置報知信号が入力していないときには昇圧動作が禁止されるように構成されている。

【0022】

ダイオード４３は、電流逆流防止用のダイオードであり、電源配線ＶＬ３上において、降圧回路４４から昇圧回路４２へ向けて電流が流れないように、アノードが昇圧回路４２に接続されるとともにカソードがダイオード４１と降圧回路４４との接続点に接続される。

【0023】

降圧回路４４は、電源配線ＶＬ１を介して端子１３からバッテリ電圧ＶＢを入力するか、電源配線ＶＬ３を介して昇圧回路４２から出力された電圧を入力し、入力した電圧を予め設定された降圧設定電圧値Ｖ２に降圧して出力する。

【0024】

定電圧回路４５は、降圧回路４４から入力した電圧を更に降圧して、マイコン１１を動作させるための電源電圧（以下、内部電源電圧という）を生成し、生成した内部電源電圧をマイコン１１へ出力する。

【0025】

次に、内部電源回路１５の動作を図２を用いて説明する。
図２に示すように、内部電源回路１５は、まずＳ１０にて、バッテリ電圧ＶＢが上記昇圧設定電圧値Ｖ１以下であるか否かを判断する。ここで、バッテリ電圧ＶＢが昇圧設定電圧値Ｖ１以下である場合には（Ｓ１０：ＹＥＳ）、Ｓ２０にて、バッテリ電圧ＶＢがＥＣＵ始動電圧値Ｖ３以上であるか否かを判断する。なおＥＣＵ始動電圧値Ｖ３は、エンジンを始動させるためにスタータを駆動することが可能なバッテリ電圧ＶＢの下限値である。

【0026】

ここで、バッテリ電圧ＶＢがＥＣＵ始動電圧値Ｖ３未満である場合には（Ｓ２０：ＮＯ）、Ｓ３０にて、昇圧回路４２と降圧回路４４の両方を作動させない。これにより、バッテリ電圧ＶＢは、昇圧回路４２による昇圧と降圧回路４４による降圧が行われることなく定電圧回路４５に供給される。そして、Ｓ３０の処理が終了すると、Ｓ１０に移行する。

【0027】

一方、バッテリ電圧ＶＢがＥＣＵ始動電圧値Ｖ３以上である場合には（Ｓ２０：ＹＥＳ）、Ｓ４０にて、スタータスイッチ検出回路１４からのスタータ位置報知信号に基づいて、キー位置がスタータ位置であるか否かを判断する。ここで、キー位置がスタータ位置である場合には（Ｓ４０：ＹＥＳ）、Ｓ５０にて、昇圧回路４２を作動させるとともに、降圧回路４４を作動させない。これにより、昇圧回路４２によりバッテリ電圧ＶＢが昇圧設定電圧値Ｖ１に昇圧され、昇圧設定電圧値Ｖ１の電圧が定電圧回路４５に供給される。そして、Ｓ５０の処理が終了すると、Ｓ１０に移行する。一方、キー位置がスタータ位置でない場合には（Ｓ３０：ＮＯ）、Ｓ３０に移行する。

【0028】

またＳ１０にて、バッテリ電圧ＶＢが昇圧設定電圧値Ｖ１を超えている場合には（Ｓ１０：ＮＯ）、Ｓ６０にて、バッテリ電圧ＶＢが上記降圧設定電圧値Ｖ２以下であるか否かを判断する。ここで、バッテリ電圧ＶＢが降圧設定電圧値Ｖ２以下である場合には（Ｓ６０：ＹＥＳ）、Ｓ３０に移行する。

【0029】

一方、バッテリ電圧ＶＢが降圧設定電圧値Ｖ２を超えている場合には（Ｓ６０：ＮＯ）、Ｓ７０にて、降圧回路４４を作動させるとともに、昇圧回路４２を作動させない。これにより、降圧回路４４によりバッテリ電圧ＶＢが降圧設定電圧値Ｖ２に降圧され、降圧設定電圧値Ｖ２の電圧が定電圧回路４５に供給される。そして、Ｓ７０の処理が終了すると、Ｓ１０に移行する。

【0030】

このように構成された内部電源回路１５では、図３に示すように、バッテリ電圧ＶＢが降圧設定電圧値Ｖ２を超えている場合には、降圧設定電圧値Ｖ２の電圧が定電圧回路４５に供給される（破線Ｌ１を参照）。また、バッテリ電圧ＶＢが昇圧設定電圧値Ｖ１を超えており且つ降圧設定電圧値Ｖ２未満である場合には、バッテリ電圧ＶＢが定電圧回路４５に供給される（実線Ｌ２を参照）。

【0031】

また、バッテリ電圧ＶＢがＥＣＵ始動電圧値Ｖ３以上であり且つ昇圧設定電圧値Ｖ１以下である場合において、キー位置がスタータ位置であるときには、昇圧設定電圧値Ｖ１の電圧が定電圧回路４５に供給され（１点鎖線Ｌ３を参照）、キー位置がスタータ位置でないときには、バッテリ電圧ＶＢが定電圧回路４５に供給される（点線Ｌ４を参照）。

【0032】

また、バッテリ電圧ＶＢがＥＣＵ始動電圧値Ｖ３未満である場合には、バッテリ電圧ＶＢが定電圧回路４５に供給される（実線Ｌ５を参照）。
このように構成された内部電源回路１５では、昇圧回路４２が、バッテリ電圧ＶＢが予め設定された昇圧設定電圧値Ｖ１以下である場合に、バッテリ電圧ＶＢを昇圧設定電圧値Ｖ１まで上昇させる昇圧動作を実行し、降圧回路４４が、バッテリ電圧ＶＢが降圧設定電圧値Ｖ２以上である場合に、バッテリ電圧ＶＢを降圧設定電圧値Ｖ２まで降下させる降圧動作を実行する。また、昇圧設定電圧値Ｖ１は、降圧設定電圧値Ｖ２よりも小さくなるように設定されており、昇圧回路４２は、バッテリ電圧ＶＢが昇圧設定電圧値Ｖ１を超えている場合には、昇圧動作を実行しないように構成され、降圧回路４４は、バッテリ電圧ＶＢが降圧設定電圧値Ｖ２未満である場合には、降圧動作を実行しないように構成されている。

【0033】

このように構成された内部電源回路１５では、バッテリ電圧ＶＢが降圧設定電圧値Ｖ２以上となることにより降圧回路４４が降圧動作を実行しているときには、昇圧回路４２が昇圧動作を実行しない。また、バッテリ電圧ＶＢが昇圧設定電圧値Ｖ１以下となることにより昇圧回路４２が昇圧動作を実行しているときには、降圧回路４４が降圧動作を実行しない。

【0034】

つまり内部電源回路１５では、昇圧回路４２と降圧回路４４が同時に動作を実行することがないため、制御安定性と過渡応答性を確保することができる。
さらに内部電源回路１５では、昇圧設定電圧値Ｖ１が降圧設定電圧値Ｖ２よりも小さくなるように設定されているため、バッテリ電圧ＶＢが昇圧設定電圧値Ｖ１と降圧設定電圧値Ｖ２の間である場合には、昇圧回路４２と降圧回路４４の両方が動作しない。このため、昇圧設定電圧値Ｖ１と降圧設定電圧値Ｖ２との差を大きくすることにより、昇圧回路４２と降圧回路４４の両方が動作しないバッテリ電圧領域が広くなるように設定することができる。これにより、バッテリ電圧ＶＢの変動時、および負荷変動による回路電流変化時においても、昇圧と降圧の排他動作を可能とし、制御安定性と過渡応答性を確保することができる。

【0035】

また内部電源回路１５では、昇圧回路４２は、降圧回路４４に接続されてバッテリ電圧ＶＢを供給する電源配線ＶＬ１に対して並列に接続されている。
そしてダイオード４１が、電源配線ＶＬ１上において、昇圧回路４２へバッテリ電圧ＶＢを入力する電源配線ＶＬ２と電源配線ＶＬ１との接続点Ｐ１と、昇圧回路４２からバッテリ電圧ＶＢを出力する電源配線ＶＬ３と電源配線ＶＬ１との接続点Ｐ２との間に設けられ、接続点Ｐ２から接続点Ｐ１に向けて電流が流れるのを阻止する。

【0036】

またダイオード４３が、電源配線ＶＬ３上において、接続点Ｐ２と昇圧回路４２との間に設けられ、接続点Ｐ２から昇圧回路４２に向けて電流が流れるのを阻止する。
これにより、昇圧回路４２が昇圧動作を実行することにより、接続点Ｐ２での電圧が接続点Ｐ１での電圧よりも大きくなった場合であっても、電源配線ＶＬ１を介して接続点Ｐ２から接続点Ｐ１に向けて電流が流れたり、電源配線ＶＬ２，Ｖｌ３を介して接続点Ｐ２から接続点Ｐ１に向けて電流が流れたりすることがない。

【0037】

このため、昇圧回路４２が昇圧動作を実行している場合には、電源配線ＶＬ２，ＶＬ３を介して降圧回路４４へバッテリ電圧ＶＢが供給される。一方、昇圧回路４２が昇圧動作を実行していない場合には、電源配線ＶＬ１を介して降圧回路４４へバッテリ電圧ＶＢが供給される。

【0038】

そして、昇圧回路４２が昇圧動作を実行するのは、エンジン始動時にバッテリ電圧ＶＢが一時的に低下してマイコン１１でリセットが発生するのを抑制するためである。
したがって、電源配線ＶＬ２，ＶＬ３を通って昇圧回路４２内を流れる電流は、マイコン１１が動作可能な電力を供給できる量であればよい。このため、昇圧回路４２を構成する部品（例えば、昇圧コイル、昇圧ダイオードなど）の定格を通常より小さくすることができる。

【0039】

また昇圧回路４２は、バッテリ電圧ＶＢが昇圧設定電圧値Ｖ１以下であり且つキー位置がスタータ位置であるときである場合にのみ、昇圧動作を実行するように構成されている。

【0040】

これにより、エンジン始動時以外でバッテリ電圧ＶＢが低下した場合において無駄に昇圧動作が実行されるということがなくなり、内部電源回路１５の電力消費を抑制することができる。

【0041】

以上説明した実施形態において、内部電源回路１５は本発明における電源電圧制御装置、バッテリ電圧ＶＢは本発明における電源電圧、電源配線ＶＬ１は本発明における第１電源配線、電源配線ＶＬ２は本発明における第２電源配線、電源配線ＶＬ３は本発明における第３電源配線、ダイオード４１は本発明における第１逆流阻止部、ダイオード４３は本発明における第２逆流阻止部である。

【0042】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
例えば上記実施形態では、降圧回路４４にバッテリ電圧ＶＢを入力する電源配線ＶＬ１に対して並列に昇圧回路４２が接続されているものを示したが、降圧回路４４からバッテリ電圧ＶＢを出力する電源配線に対して並列に昇圧回路４２が接続されるようにしてもよい。

【0043】

また上記実施形態では、イグニッションキーシリンダのキー位置がスタータ位置である場合に昇圧回路４２が昇圧動作を実行するものを示したが、昇圧回路４２が昇圧動作を実行するのはスタータを作動させるときであればよく、例えば、スマートエントリシステムにおいてブレーキが踏まれた状態でスタートボタンが操作された場合に昇圧回路が昇圧動作を実行するようにすればよい。

【符号の説明】

【0044】

１…ＥＣＵ、４…バッテリ、１１…マイコン、１５…内部電源回路、４２…昇圧回路、４４…降圧回路

【図1】

【図2】

【図3】