特許 6183153 車載用電圧変換装置

(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】6183153

(24)【登録日】2017年8月4日

(45)【発行日】2017年8月23日

(54)【発明の名称】車載用電圧変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20170814BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/28 Z

   H02M3/28 K

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-224522(P2013-224522)

(22)【出願日】2013年10月29日

(65)【公開番号】特開2015-89192(P2015-89192A)

(43)【公開日】2015年5月7日

【審査請求日】2016年7月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001357

【氏名又は名称】特許業務法人つばさ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】根來 健二

(72)【発明者】

【氏名】原田 聖二

【審査官】 東 昌秋

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−４６４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１３９０７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５０−１１４３７２（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ３／００−３／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

スイッチング回路を含み、入力電圧を電圧変換して直流の出力電圧を生成する電圧変換回路と、
前記出力電圧の変動に対応した電圧が入力される制御アンプを含み、前記制御アンプの出力電圧に基づいて前記スイッチング回路のスイッチング動作を制御する第１の制御部と、
前記電圧変換回路における入力電流または出力電流を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路を介して、前記入力電流または前記出力電流に対応する検出信号を取得し、前記検出信号を車載側制御部に送信する第２の制御部と、
前記電流検出回路と前記第２の制御部との間に設けられ、前記制御アンプが飽和状態になった場合に、前記検出信号を取得する際の検出ゲインを調整するゲイン調整回路と
を備える車載用電圧変換装置。

【請求項2】

前記ゲイン調整回路は、前記入力電流または前記出力電流と前記検出信号との関係がリニアになるように前記検出ゲインの切り替えを行うゲイン切り替え回路を含む
請求項１に記載の車載用電圧変換装置。

【請求項3】

前記ゲイン調整回路は、前記検出ゲインの切り替えが行われた後に、前記検出ゲインを補正するゲイン補正回路をさらに含む
請求項２に記載の車載用電圧変換装置。

【請求項4】

前記ゲイン切り替え回路は、前記検出ゲインの切り替えを行うための切り替えスイッチを有し、
前記ゲイン補正回路は、前記切り替えスイッチと前記第２の制御部との間に設けられている
請求項３に記載の車載用電圧変換装置。

【請求項5】

前記切り替えスイッチは、前記制御アンプの飽和状態に応じて切り替え動作する
請求項４に記載の車載用電圧変換装置。

【請求項6】

前記制御アンプと前記切り替えスイッチとの間に配置されたボルテージフォロア回路をさらに備える
請求項４または５に記載の車載用電圧変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、入力電圧を電圧変換して直流の出力電圧を生成する車載用電圧変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車にはＣＡＮ（Control Area Network）に代表される車内ＬＡＮ（Local Area Network）が搭載されるようになり、自動車の各機能はＥＣＵ（Electric Control Unit）と呼ばれる車載側制御部によって電子制御されている。ハイブリッド車などに搭載される車載用電圧変換装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ）もこの車内ＬＡＮに接続され、入出力電圧や入出力電流、内部温度などの状態がＥＣＵにより詳細に監視されている。よって、車載のＤＣ／ＤＣコンバータは、これらの状態を精度よく検出する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−１４９９２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、車両燃費性向上のためにＤＣ／ＤＣコンバータから車両側のＥＣＵに消費電流値（入力電流値または出力電流値）の送信が必要となる場合がある。この場合、コンバータ内では電流波形ピーク値を検出して読み取っている。しかし電流値と電流波形ピーク値との関係が線形（リニア）でない場合、読み取りばらつきは大きくなってしまう。ＤＣ／ＤＣコンバータが電圧変換回路を制御するための制御アンプを含んでいる場合、主に電源の制御できない領域となる入力電圧が低い場合に、制御アンプが非動作領域（飽和領域）に達してしまい電流波形が急変してしまう。このときに電流値の読み取りばらつきは大きくなる。従って、制御アンプの飽和状態に関わらず、読み取りばらつきを小さくして電流の検出精度を向上させ、精度の高い入力電流値または出力電流値を車両側に伝達させる技術の開発が望まれる。

【0005】

特許文献１には、電流検出機能を有するＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いた場合の電流検出精度を向上させる技術が開示されている。特許文献１には、電流により検出ゲインを変化させてＩＧＢＴのエミッタ端子とセンス端子との関係をリニアにする技術が開示されている。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、エミッタ端子に比例したレベルがセンス端子に現れるため、エミッタ端子自体が実値からずれた場合は正確な電流検出は困難である。実例を出すと、制御アンプにレールｔｏレール（rail to rail）のアンプを使用しなければ制御アンプに動作領域から飽和領域に急変するポイントが発生する。このような場合、特許文献１に記載の技術では正確な電流検出は困難となる。

【0006】

本開示の目的は、電流の検出精度を向上させることができる車載用電圧変換装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示による車載用電圧変換装置は、スイッチング回路を含み、入力電圧を電圧変換して直流の出力電圧を生成する電圧変換回路と、出力電圧の変動に対応した電圧が入力される制御アンプを含み、制御アンプの出力電圧に基づいてスイッチング回路のスイッチング動作を制御する第１の制御部と、電圧変換回路における入力電流または出力電流を検出する電流検出回路と、電流検出回路を介して、入力電流または出力電流に対応する検出信号を取得し、検出信号を車載側制御部に送信する第２の制御部と、電流検出回路と第２の制御部との間に設けられ、制御アンプが飽和状態になった場合に、検出信号を取得する際の検出ゲインを調整するゲイン調整回路とを備えたものである。

【0008】

本開示による車載用電圧変換装置では、制御アンプが飽和状態になった場合に、電流検出回路と第２の制御部との間に設けられたゲイン調整回路によって、検出信号を取得する際の検出ゲインが調整される。

【0009】

本開示による車載用電圧変換装置において、ゲイン調整回路は、入力電流または出力電流と検出信号との関係がリニアになるように検出ゲインの切り替えを行うゲイン切り替え回路を含んでいてもよい。

【0010】

本開示による車載用電圧変換装置において、ゲイン調整回路は、検出ゲインの切り替えが行われた後に、検出ゲインを補正するゲイン補正回路をさらに含んでいてもよい。

【0011】

本開示による車載用電圧変換装置において、ゲイン切り替え回路は、検出ゲインの切り替えを行うための切り替えスイッチを有し、ゲイン補正回路は、切り替えスイッチと第２の制御部との間に設けられていてもよい。

【0012】

本開示による車載用電圧変換装置において、切り替えスイッチは、制御アンプの飽和状態に応じて切り替え動作するものであってもよい。

【0013】

本開示による車載用電圧変換装置において、制御アンプと切り替えスイッチとの間に配置されたボルテージフォロア回路をさらに備えていてもよい。

【発明の効果】

【0014】

本開示の車載用電圧変換装置によれば、制御アンプが飽和状態になった場合に、電流に関する検出信号を取得する際の検出ゲインを調整するようにしたので、電流の検出精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本開示の一実施の形態に係る電圧変換装置の一構成例を示す回路図である。

【図2】図１に示した電圧変換装置における電流検出回路およびゲイン調整回路の一構成例を示す回路図である。

【図3】制御アンプが飽和状態ではない場合のゲイン調整回路の等価回路を示す回路図である。

【図4】制御アンプが飽和状態となった場合のゲイン調整回路の等価回路を示す回路図である。

【図5】検出対象の電流値と電流の検出値との関係を異なる入力電圧ごとに示した特性図である。

【図6】電流検出値と実測値との誤差を異なる入力電圧ごとに示した特性図である。

【図7】検出対象の電流値と検出ゲインとの関係を示す特性図である。

【図8】ゲイン調整の有無による電流の検出値の違いを示す特性図である。

【図9】ゲイン調整の有無による電流検出値と実測値との誤差の違いを示す特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．構成
１．１ 電圧変換装置全体の構成例
１．２ ゲイン調整回路の構成例
２．動作
２．１ 電圧変換装置全体の動作
２．２ ゲイン調整回路の動作および作用
３．効果
４．その他の実施の形態

【0017】

［１．構成］
（１．１ 電圧変換装置全体の構成例）
図１は、本開示の一実施の形態に係る電圧変換装置１の一構成例を示している。図２は、図１に示した電圧変換装置１における電流検出回路６２およびゲイン調整回路６３の一構成例を示している。

【0018】

電圧変換装置１は、例えば、入力平滑コンデンサＣｉｎを介して入力端子Ｔ１，Ｔ２に接続された高圧バッテリＢＨから入力された直流の入力電圧Ｖｉｎを電圧変換する（降圧する）ことにより、直流の出力電圧Ｖｏｕｔを生成するようになっている。この出力電圧Ｖｏｕｔは、出力端子Ｔ３を介して低圧バッテリＢＬへ供給されるようになっている。なお、高圧バッテリＢＨは、１００Ｖから５００Ｖ程度の電圧を蓄電するバッテリであり、低圧バッテリＢＬは、１２Ｖから１５Ｖ程度の電圧を蓄電するバッテリである。低圧バッテリＢＬ側には、負荷１０１が接続されている。また、この電圧変換装置１には、端子Ｔ５を介して車載側制御部であるＥＣＵ１００が接続されている。

【0019】

この電圧変換装置１は、スイッチング回路１０と、トランス２０と、整流回路３０と、平滑回路４０と、制御部５０と、帰還部６０とを備えている。この電圧変換装置１はまた、カレントトランス６１と、ドライブ回路５５と、電流検出回路６２と、ゲイン調整回路６３と、マイコン（マイクロコントローラ）６４とを備えている。制御部５０は、制御回路５２と、制御ＩＣ（Integrated Circuit）５３とを有している。

【0020】

スイッチング回路１０、トランス２０、整流回路３０、および平滑回路４０は、本開示における「電圧変換回路」の一具体例に対応する。制御ＩＣ５３は、本開示における「第１の制御部」の一具体例に対応する。マイコン６４は、本開示における「第２の制御部」の一具体例に対応する。

【0021】

入力平滑コンデンサＣｉｎは、高圧バッテリＢＨから入力端子Ｔ１、Ｔ２間に入力される直流の入力電圧Ｖｉｎを平滑化するためのものである。

【0022】

カレントトランス６１は、１次側高圧ライン上において、入力端子Ｔ１とスイッチング回路１０との間に配置されている。カレントトランス６１は、図２に示したように、１次側巻線６１１と２次側巻線６１２とを有している。カレントトランス６１の１次側巻線６１１には、入力電流Ｉｉｎが流れ、スイッチング回路１０と接続するようになっている。カレントトランス６１の２次側巻線６１２の一端は接地され、他端は電流検出回路６２に接続されている。電流検出回路６２は、入力電流Ｉｉｎまたは出力電流Ｉｏに対応する検出信号Ｖ（Ｉｉｎ），Ｖ（Ｉｏ）を、ゲイン調整回路６３を介してマイコン６４へ出力するものである。

【0023】

スイッチング回路１０は、入力電圧Ｖｉｎを交流電圧に変換するフルブリッジ型のスイッチング回路である。このスイッチング回路１０は、スイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４を有している。

【0024】

スイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４は、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの素子が使用可能である。この例では、スイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４は、全てＮチャネルのＭＯＳ−ＦＥＴにより構成されている。スイッチング素子ＳＷ１１のゲートにはＳＷ制御信号Ｓ１１が供給され、ソースがスイッチング素子ＳＷ１２のドレインに接続され、ドレインが１次側高圧ラインに接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ１２のゲートにはＳＷ制御信号Ｓ１２が供給され、ソースが１次側低圧ラインに接続され、ドレインがスイッチング素子ＳＷ１１のソースに接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ１３のゲートにはＳＷ制御信号Ｓ１３が供給され、ソースがスイッチング素子ＳＷ１４のドレインに接続され、ドレインが１次側高圧ラインに接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ１４のゲートにはＳＷ制御信号Ｓ１４が供給され、ソースが１次側低圧ラインに接続され、ドレインがスイッチング素子ＳＷ１３のソースに接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ１１のソースおよびスイッチング素子ＳＷ１２のドレインは、後述するトランス２０の１次側巻線２１の一端に接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ１３のソースおよびスイッチング素子ＳＷ１４のドレインは、この１次側巻線２１の他端に接続されている。

【0025】

この構成により、スイッチング回路１０では、ドライブ回路５５から供給されるＳＷ制御信号Ｓ１１〜Ｓ１４に応じてスイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４をオンオフ制御することにより、入力電圧Ｖｉｎを交流電圧に変換するようになっている。

【0026】

トランス２０は、１次側と２次側とを直流的に絶縁するとともに交流的に接続するものであり、１次側巻線２１および２次側巻線２２Ａ，２２Ｂを含んで構成された３巻線型のトランスである。また、２次側巻線２２Ａ，２２Ｂの一端はそれぞれセンタタップで互いに接続されている。センタタップは接地されている。２次側巻線２２Ａ，２２Ｂの他端はそれぞれ、整流回路３０におけるダイオード３１，３２のアノードと接続されている。このトランス２０は、スイッチング回路１０によって変換された交流電圧を降圧または昇圧（この例では、降圧）し、一対の２次側巻線２２Ａ，２２Ｂの他端から、互いに１８０度位相が異なる交流電圧を出力するようになっている。なお、この場合の降圧または昇圧の度合いは、１次側巻線２１と２次側巻線２２Ａ，２２Ｂとの巻数比によって定まる。１次側巻線２１の巻数はＮｐであり、２次側巻線２２Ａ，２２Ｂの巻数はそれぞれＮｓである。これらの巻数比Ｎｐ：Ｎｓは、例えば１０：１に設定される。

【0027】

この構成により、トランス２０は、１次側巻線２１の両端間に供給された交流電圧をＮｓ／Ｎｐ倍に降圧し、２次側巻線２２Ａ，２２Ｂから出力するようになっている。

【0028】

整流回路３０は、一対の整流素子（ダイオード３１，３２）から構成される両波整流型のものである。ダイオード３１のアノードは、２次側巻線２２Ａの他端に接続され、ダイオード３２のアノードは、２次側巻線２２Ｂの他端に接続されている。また、これらダイオード３１，３２のカソード同士は互いに接続されている。つまり、この整流回路３０はカソードコモン接続の構造を有しており、トランス２０の交流出力電圧の各半波期間をそれぞれダイオード３１，３２によって個別に整流して直流電圧を得るようになっている。

【0029】

平滑回路４０は、チョークコイルＬｃｈと出力平滑コンデンサＣｏｕｔとを有している。チョークコイルＬｃｈは、２次側高圧ライン上に挿入配置されている。チョークコイルＬｃｈの一端はダイオード３１，３２のカソード同士と接続され、その他端は平滑コンデンサＣｏｕｔの一端および出力端子Ｔ３に接続されている。平滑コンデンサＣｏｕｔの他端は接地されている。平滑回路４０はこのような構成により、整流回路３０で整流された直流電圧を平滑化して直流の出力電圧Ｖｏｕｔを生成するようになっている。

【0030】

帰還部６０は、抵抗器Ｒ６０ａ，Ｒ６０ｂを有している。抵抗器Ｒ６０ａ，Ｒ６０ｂは一端同士が接続されることにより、互いに直列接続されている。抵抗器Ｒ６０ａの他端は２次側高圧ラインに接続されている。抵抗器Ｒ６０ｂの他端は接地されている。これにより、抵抗器Ｒ６０ａ，Ｒ６０ｂは、出力電圧Ｖｏｕｔを分圧し、その分圧された出力電圧Ｖｏ１を制御ＩＣ５３のエラーアンプ７１（図２）に供給するようになっている。

【0031】

制御回路５２、制御ＩＣ５３、およびドライブ回路５５は、帰還部６０から供給された、分圧された出力電圧Ｖｏ１に基づいて、スイッチング回路１０のスイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４を制御するためのＳＷ制御信号Ｓ１１〜Ｓ１４を生成するものである。制御ＩＣ５３は図２に示したように、制御アンプとしてのエラーアンプ７１を有している。

【0032】

エラーアンプ７１は、正入力端子に入力された電圧と、負入力端子に入力された電圧との差分を増幅して出力する回路である。エラーアンプ７１の正入力端子は、図２に示したように、コンデンサＣ４の一端に接続されている。コンデンサＣ４の他端は抵抗器Ｒ４に接続されている。抵抗器Ｒ４の他端はエラーアンプ７１のと出力端子に接続されている。エラーアンプ７１の負入力端子には、分圧された出力電圧Ｖｏ１が供給されている。

【0033】

制御ＩＣ５３は、分圧された出力電圧Ｖｏ１および制御回路５２からの制御信号に基づいて、出力電圧Ｖｏｕｔが所定の電圧を保つように、ドライブ回路５５を制御するものである。ドライブ回路５５は、制御ＩＣ５３からの指示に基づいてＳＷ制御信号Ｓ１１〜Ｓ１４を生成して、スイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４に対して供給するものである。

【0034】

制御回路５２は、スイッチング回路１０におけるスイッチングデューティ比を指示する制御信号等を制御ＩＣ５３に出力するようになっている。

【0035】

マイコン６４は、図２に示したように、ＡＤＣ（ＡＤコンバータ）６６を有している。マイコン６４は、カレントトランス６１、電流検出回路６２、およびゲイン調整回路６３を介して取得した検出信号Ｖ（Ｉｉｎ），Ｖ（Ｉｏ）に基づいて、入力電流Ｉｉｎまたは出力電流Ｉｏの電流値を求め、その電流値を示す信号を端子Ｔ５を介してＥＣＵ１００に送信するようになっている。マイコン６４はまた、入力電圧Ｖｉｎ、および出力電圧Ｖｏｕｔの電圧値を求め、その電圧値を示す信号を端子Ｔ５を介してＥＣＵ１００に送信するようにしてもよい。なお、出力電流Ｉｏの電流値は、入力電流Ｉｉｎの電流値に基づいて、トランス２０の１次側巻線２１と２次側巻線２２Ａ，２２Ｂとの巻数比から演算により求めることができる。

【0036】

マイコン６４はまた、入力電流Ｉｉｎ、出力電流Ｉｏ、入力電圧Ｖｉｎ、または出力電圧Ｖｏｕｔに関する指示信号をＥＣＵ１００から受信するようになっていてもよい。

【0037】

電流検出回路６２は、カレントトランス６１を介して入力電流Ｉｉｎまたは出力電流Ｉｏを検出するものである。ゲイン調整回路６３は、電流検出回路６２とマイコン６４との間に設けられている。ゲイン調整回路６３は、制御アンプとしてのエラーアンプ７１（図２）が飽和状態になった場合に、入力電流Ｉｉｎまたは出力電流Ｉｏの検出信号Ｖ（Ｉｉｎ），Ｖ（Ｉｏ）を取得する際の検出ゲインを調整するものである。ゲイン調整回路６３は、図２に示したように、ゲイン切り替え回路６７と、ゲイン補正回路６８とを有している。

【0038】

（１．２ ゲイン調整回路６３の構成例）
次に、図２を参照して、ゲイン調整回路６３の構成例を説明する。図２には、ゲイン調整回路６３の構成と共に、電流検出回路６２およびその周辺部の回路構成も同時に示している。

【0039】

カレントトランス６１の２次側巻線６１２の他端には、ダイオードＤ１，Ｄ２のアノードと、抵抗器Ｒ３およびコンデンサＣ１の一端とが接続されている。抵抗器Ｒ３およびコンデンサＣ１の他端は、アノードが接地されたダイオードＤ３のカソードに接続されている。ダイオードＤ２のカソードは、制御回路５２と抵抗器Ｒ２の一端とに接続されている。抵抗器Ｒ２の他端は接地されている。

【0040】

ダイオードＤ１のカソードは、抵抗器Ｒ１の一端に接続されている。抵抗器Ｒ１の他端は、コンデンサＣ２の一端と、ゲイン補正回路６８内の抵抗器Ｒ６３の一端とに接続されている。コンデンサＣ２の他端は接地されている。抵抗器Ｒ１の他端はまた、ゲイン切り替え回路６７およびゲイン補正回路６８内の演算増幅器ＯＰ２の正入力端子に接続されている。ダイオードＤ１、抵抗器Ｒ１、およびコンデンサＣ２によって、カレントトランス６１で検出された電流の整流および平滑化が行われるようになっている。

【0041】

マイコン６４とゲイン切り替え回路６７およびゲイン補正回路６８との間には、抵抗器Ｒ５と、抵抗器Ｒ６およびコンデンサＣ３とが設けられている。抵抗器Ｒ５の一端は、演算増幅器ＯＰ２の出力端子に接続されている。抵抗器Ｒ５の他端は、マイコン６４内のＡＤＣ６６と、抵抗器Ｒ６およびコンデンサＣ３の一端とに接続されている。抵抗器Ｒ６およびコンデンサＣ３の他端は接地されている。

【0042】

ゲイン切り替え回路６７は、入力電流Ｉｉｎまたは出力電流Ｉｏと検出信号Ｖ（Ｉｉｎ），Ｖ（Ｉｏ）との関係がリニアになるように、検出ゲインの切り替えを行うものである。ゲイン切り替え回路６７は、検出ゲインの切り替えを行うための切り替えスイッチＳＷ１を有している。切り替えスイッチＳＷ１は、エラーアンプ７１の飽和状態に応じて切り替え動作するようになっている。ゲイン切り替え回路６７はまた、エラーアンプ７１と切り替えスイッチＳＷ１との間に配置されたボルテージフォロア回路ＯＰ１を有している。ゲイン切り替え回路６７はまた、演算増幅器ＯＰ２と、抵抗器Ｒ６１，Ｒ６２，Ｒ６４と、トランジスタＴｒ１とを有している。トランジスタＴｒ１は、例えばＭＯＳ−ＦＥＴで構成されている。

【0043】

ゲイン補正回路６８は、ゲイン切り替え回路６７によって検出ゲインの切り替えが行われた後に、検出ゲインをさらに補正するものである。ゲイン補正回路６８は、切り替えスイッチＳＷ１とマイコン６４との間に設けられている。ゲイン補正回路６８は、演算増幅器ＯＰ２と、抵抗器Ｒ６１，Ｒ６２，Ｒ６３，Ｒ６４と、トランジスタＴｒ１とを有している。

【0044】

ボルテージフォロア回路ＯＰ１の正入力端子は、エラーアンプ７１の出力端子に接続されている。ボルテージフォロア回路ＯＰ１は、エラーアンプ７１と切り替えスイッチＳＷ１との間でインピーダンス変換を行うためのものである。切り替えスイッチＳＷ１は、例えばＮチャネルのＭＯＳ−ＦＥＴで構成することができる。ボルテージフォロア回路ＯＰ１の出力端子は、例えば、切り替えスイッチＳＷ１を構成するＭＯＳ−ＦＥＴのゲート端子に接続されている。切り替えスイッチＳＷ１の切り替え端子の１つは、抵抗器Ｒ６２の一端とトランジスタＴｒ１のソースとに接続されている。切り替えスイッチＳＷ１の他の切り替え端子は接地されている。トランジスタＴｒ１のドレインは接地されている。抵抗器Ｒ６４の一端は接地されている。トランジスタＴｒ１のゲートは、抵抗器Ｒ６３，Ｒ６４の他端に接続されている。抵抗器Ｒ６３と抵抗器Ｒ６４は、直列接続されている。

【0045】

抵抗器Ｒ６１の一端は演算増幅器ＯＰ２の出力端子と、抵抗器Ｒ５の一端とに接続されている。演算増幅器ＯＰ２の負入力端子には、抵抗器Ｒ６１，Ｒ６２の他端が接続されている。

【0046】

［２．動作］
（２．１ 電圧変換装置全体の動作）
図１に示したように、スイッチング回路１０は、ＳＷ制御信号Ｓ１１〜Ｓ１４に基づいてスイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４をスイッチングすることにより、高圧バッテリＢＨから供給された直流の入力電圧Ｖｉｎを交流電圧に変換し、トランス２０の１次側巻線２１の両端間に供給する。そしてトランス２０は、この交流電圧をＮｓ／Ｎｐ倍に変圧（降圧）し、２次側巻線２２Ａ，２２Ｂから、変圧された交流電圧を出力する。整流回路３０は、この交流電圧を整流する。平滑回路４０は、この整流された信号を平滑化して直流の出力電圧Ｖｏｕｔを生成し、出力端子Ｔ３に接続された低圧バッテリＢＬに給電する。また、出力電流Ｉｏおよび出力電圧Ｖｏｕｔが負荷１０１へと供給される。

【0047】

より具体的には、スイッチング回路１０では、ドライブ回路５５から供給されるＳＷ制御信号Ｓ１１〜Ｓ１４に応じて、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１４がオン状態でスイッチング素子ＳＷ１２，ＳＷ１３がオフ状態の期間と、スイッチング素子ＳＷ１２，ＳＷ１３がオン状態でスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１４がオフ状態の期間とが交互に切り換えられる。このようなスイッチング動作により、スイッチング回路１０では、入力電圧Ｖｉｎに基づいて交流のパルス電圧が生成され、トランス２０の１次側巻線２１へ供給される。

【0048】

帰還部６０では、出力電圧Ｖｏｕｔを抵抗器Ｒ６０ａ，Ｒ６０ｂにより分圧し、そのその分圧された出力電圧Ｖｏ１を制御ＩＣ５３内のエラーアンプ７１（図２）に供給する。具体的には、例えば、低圧バッテリＢＬと並列に接続された負荷１０１において短時間で負荷電流が変動し、出力電流Ｉｏが変動することにより、電圧変換装置１の出力電圧Ｖｏｕｔが変動した場合、帰還部６０は、その出力電圧Ｖｏｕｔの変動に対応した電圧をエラーアンプ７１に供給する。例えば、出力電圧Ｖｏｕｔが高くなった場合には、エラーアンプ７１の負入力端子の電圧もまた高くなり、制御ＩＣ５３は、出力電圧Ｖｏｕｔが低くなるように、スイッチング回路１０を制御する。また、例えば、出力電圧Ｖｏｕｔが低くなった場合には、エラーアンプ７１の負入力端子の電圧もまた低くなり、制御ＩＣ５３は、出力電圧Ｖｏｕｔが高くなるように、スイッチング回路１０を制御する。このように負帰還動作を行うことにより、電圧変換装置１は、例えば負荷電流に変動が生じた場合でも、出力電圧Ｖｏｕｔの変動を低減することができ、安定した出力電圧Ｖｏｕｔを実現することができる。

【0049】

マイコン６４では、カレントトランス６１、電流検出回路６２、およびゲイン調整回路６３を介して取得した検出信号Ｖ（Ｉｉｎ），Ｖ（Ｉｏ）に基づいて求められた、入力電流Ｉｉｎまたは出力電流Ｉｏの電流値を示す信号を、端子Ｔ５を介してＥＣＵ１００に送信する。

【0050】

（２．２ ゲイン調整回路６３の動作および作用）
図２〜図９を参照して、ゲイン調整回路６３の動作および作用を説明する。
図３は、エラーアンプ７１が飽和状態ではない場合のゲイン調整回路６３の等価回路を示している。なお、エラーアンプ７１が飽和状態ではない場合、切り替えスイッチＳＷ１はオン状態となる。図４は、エラーアンプ７１が飽和状態の場合のゲイン調整回路６３の等価回路を示している。なお、エラーアンプ７１が飽和状態の場合、切り替えスイッチＳＷ１はオフ状態となる。

【0051】

以下、ゲイン調整回路６３の動作および作用を、検出ゲインの調整を行わない場合に生ずる問題点と共に説明する。図５は、検出ゲインの調整を行っていない場合における、検出対象の電流値と電流の検出値との関係を異なる入力電圧ごとに示している。図５において、横軸は検出対象（入力電流Ｉｉｎまたは出力電流Ｉｏ）の電流値、縦軸はマイコン６４のＡＤＣ６６に入力される検出信号（Ｖ（Ｉｉｎ）またはＶ（Ｉｏ））の検出値を示している。図５では、入力電圧Ｖｉｎを低入力時とした場合と、中高入力時とした場合とのそれぞれの特性を示している。図６は、電流検出値と実測値との誤差を異なる入力電圧ごとに示し、横軸は検出対象（入力電流Ｉｉｎまたは出力電流Ｉｏ）の電流値、縦軸は検出信号（Ｖ（Ｉｉｎ）またはＶ（Ｉｏ））に基づいて求められた電流検出値と実測値との誤差の値を示している。

【0052】

カレントトランス６１を用いて電流検出を行う回路では、第１の問題点として、入力電圧Ｖｉｎが低い場合に、エラーアンプ７１が飽和状態となった結果、図５のＡに示したように、検出値が急変する。これにより、図６に示したように検出電流誤差が急変する。制御アンプであるエラーアンプ７１には出力電圧Ｖｏｕｔを分圧した出力電圧Ｖｏ１が入力されるが、入力電圧Ｖｉｎが最低時には、出力電圧Ｖｏｕｔを保つためにエラーアンプ７１の出力が上昇する。能動（動作）領域以上になると、エラーアンプ７１は飽和し、Ｖｃｃ電圧に張り付く。このとき、エラーアンプ７１の動作領域が最大値から飽和領域に急変するため、スイッチング回路１０におけるスイッチングデューティ比も急変し検出信号も急変する。

【0053】

この第１の問題を解決するために、ゲイン切り替え回路６７では、入力電流Ｉｉｎまたは出力電流Ｉｏと検出信号Ｖ（Ｉｉｎ），Ｖ（Ｉｏ）との関係がリニアになるように、検出ゲインの切り替えを行う。この場合、ゲイン切り替え回路６７において、切り替えスイッチＳＷ１がオフ状態となり、図４に示した等価回路となる。

【0054】

第２の問題点として、エラーアンプ７１が飽和領域に達した後は、図５のＢに示したように、検出対象の電流値に対する検出値の傾きが変化してしまう。その結果、図６に示したように検出誤差が発生する。ＤＣ／ＤＣコンバータでは、出力負荷線のドロップ電圧を考慮し、負荷電流に応じて出力電圧Ｖｏｕｔを増加補正させる機能を有しているものがある。この場合、負荷電流の検出誤差があると、正確な補正を行うことが困難となる。ゲイン調整回路６３のゲイン補正回路６８では、このような検出誤差を補正する。一般的に制御が効いている範囲（エラーアンプ７１の能動領域）では、１次側で検出電流Ｉｐのピーク値は下記式（１）で表される。

【0055】

【数1】

【0056】

ただし、
Ｉｐ：１次側電流［Ａ］
Ｎｐ：トランス２０の１次側巻き数［Ｔｎ］
Ｎｓ：トランス２０の２次側巻き数［Ｔｎ］
Ｉｏ：出力電流［Ａ］
ΔＩ：２次側出力チョーク電流変動分［Ａ］
Ｖｓ：トランス２０の２次側電圧［Ｖ］
Ｖｆ：ダイオード３１，３２の順方向電圧［Ｖ］
Ｖｏ：出力電圧［Ｖ］
Ｋ：電流によるドロップ電圧補正係数
ｔｏｎ：トランス２０のオン時間
とする。

【0057】

エラーアンプ７１の飽和領域では、既にスイッチング回路１０におけるスイッチングデューティ比が最大となるため、出力電圧Ｖｏｕｔを増加補正させることができない。よって上記式（１）でＫＩｏ＝０となり、ΔＩが大きくなり負荷電流増加による傾きは大きくなる。これを解決するために、ゲイン補正回路６８によって負荷電流増加に伴う検出電圧の傾きをリニアにする。負荷電流が増える程に検出ゲインを下げ、マイコン６４に出力される検出信号Ｖ（Ｉｉｎ），Ｖ（Ｉｏ）をリニアに保つ。

【0058】

図７は、検出対象の電流値とゲイン調整回路６３によって調整される検出ゲインとの関係を示している。エラーアンプ７１が飽和状態ではない場合、ゲイン切り替え回路６７内の切り替えスイッチＳＷ１はオン状態となり、図３に示した回路状態となる。この場合、演算増幅器ＯＰ２は、非反転増幅器として動作し、そのゲインは演算増幅器ＯＰ２の帰還部６９を構成する抵抗器Ｒ６１，Ｒ６２の抵抗値によって決まる。このため、図７に示したように、検出ゲインは抵抗器Ｒ６１，Ｒ６２の抵抗値に応じた一定の値となる。

【0059】

エラーアンプ７１が飽和状態になった場合、ゲイン切り替え回路６７内の切り替えスイッチＳＷ１はオフ状態となり、図４に示した回路状態となる。この場合、演算増幅器ＯＰ２における帰還部６９の構成にトランジスタＴｒ１が追加されることにより、そのゲインは検出電流に応じて変化する。このため、図７に示したように、検出ゲインは急峻に切り替わった後、検出電流に応じて補正される。

【0060】

図８は、ゲイン調整の有無による電流の検出値の違いを示している。図８において、横軸は検出対象（入力電流Ｉｉｎまたは出力電流Ｉｏ）の電流値、縦軸はマイコン６４のＡＤＣ６６に入力される検出信号（Ｖ（Ｉｉｎ）またはＶ（Ｉｏ））の検出値を示している。図９は、ゲイン調整の有無による電流検出値と実測値との誤差の違いを示している。図９において、横軸は検出対象（入力電流Ｉｉｎまたは出力電流Ｉｏ）の電流値、縦軸は検出信号（Ｖ（Ｉｉｎ）またはＶ（Ｉｏ））に基づいて求められた電流検出値と実測値との誤差の値を示している。図８および図９では、入力電圧Ｖｉｎを低入力時とした場合の実測値を示している。図８および図９に示したように、ゲイン調整を行うことによって検出対象の電流値と検出値との線形性が向上し、検出誤差が低減されている。

【0061】

［３．効果］
以上のように、本実施の形態によれば、制御アンプとしてのエラーアンプ７１が飽和状態になった場合に、電流に関する検出信号を取得する際の検出ゲインを調整するようにしたので、電流の検出精度を向上させることができる。これにより、制御アンプの飽和状態に関わらず、電流検出時の読み取りばらつきを小さくして電流の検出精度を向上させ、精度の高い入力電流値または出力電流値を車両側に伝達させることができる。

【0062】

＜４．その他の実施の形態＞
本開示による技術は、上記実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。

【0063】

例えば、上記の実施形態では、入力電圧Ｖｉｎを降圧して出力電圧Ｖｏｕｔを生成するようにしたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、入力電圧Ｖｉｎを昇圧して出力電圧Ｖｏｕｔを生成してもよい。

【0064】

本技術は、出力電圧Ｖｏｕｔが直流電圧であり、その直流電圧レベルを変化させることができる、全ての電源装置に適用可能である。

【符号の説明】

【0065】

１…電圧変換装置、１０…スイッチング回路、２０…トランス、２１…１次側巻線、２２Ａ，２２Ｂ…２次側巻線、３０…整流回路、３１，３２…ダイオード、４０…平滑回路、５０…制御部、５２…制御回路、５３…制御ＩＣ、５４…トランス、５５…ドライブ回路、６０…帰還部、６１…カレントトランス、６２…電流検出回路、６３…ゲイン調整回路、６４…マイコン、６６…ＡＤＣ（ＡＤコンバータ）、６７…ゲイン切り替え回路、６８…ゲイン補正回路、６９…帰還部、７１…エラーアンプ、１００…ＥＣＵ、１０１…負荷、６１１…１次側巻線、６１２…２次側巻線、ＢＨ…高圧バッテリ、ＢＬ…低圧バッテリ、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４…コンデンサ、Ｃｉｎ…入力平滑コンデンサ、Ｃｏｕｔ…出力平滑コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…ダイオード、Ｉｉｎ…入力電流、Ｉｏ…出力電流、Ｌｃｈ…チョークコイル、ＯＰ１…ボルテージフォロア回路、ＯＰ２…演算増幅器、Ｒ６１，Ｒ６２…抵抗器、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ６０ａ，Ｒ６０ｂ，Ｒ６１，Ｒ６２，Ｒ６３，Ｒ６４…抵抗器、ＳＷ１…切り替えスイッチ、ＳＷ１１〜ＳＷ１４…スイッチング素子、Ｓ１１〜Ｓ１４…ＳＷ制御信号、Ｔｒ１…トランジスタ、Ｔ１，Ｔ２…入力端子、Ｔ３…出力端子、Ｔ５…端子、Ｖｉｎ…入力電圧、Ｖｏｕｔ…出力電圧、Ｖ（Ｉｉｎ）…検出信号、Ｖ（Ｉｏ）…検出信号、Ｖｏ１…分圧された出力電圧。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】