電源回路
【課題】アイドルストップ車に搭載されるバッテリの電圧を負荷に出力する電源回路において、負荷への必要な電圧の供給を維持しつつ、アイドルストップ後のエンジン再始動時、バイパスリレーの切り替え音の発生を防止する。
【解決手段】整流用ダイオードの代わりに整流用スイッチング素子１１を備え、アイドルストップ後のエンジン再始動時、バイパスリレー４６を常時オフさせるとともに、バッテリ４９の電圧が昇圧されて負荷５０に出力されるように、昇圧用スイッチング素子４１及び整流用スイッチング素子１１のそれぞれの駆動を制御し、昇圧用スイッチング素子４１又は整流用スイッチング素子１１の異常時、バイパスリレー４６を常時オフから常時オンに切り替える。
【解決手段】整流用ダイオードの代わりに整流用スイッチング素子１１を備え、アイドルストップ後のエンジン再始動時、バイパスリレー４６を常時オフさせるとともに、バッテリ４９の電圧が昇圧されて負荷５０に出力されるように、昇圧用スイッチング素子４１及び整流用スイッチング素子１１のそれぞれの駆動を制御し、昇圧用スイッチング素子４１又は整流用スイッチング素子１１の異常時、バイパスリレー４６を常時オフから常時オンに切り替える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリの電圧を一定に保って負荷に出力する電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料消費量の節減と排ガスの低減を目的として、アイドルストップ車が実用化されている。アイドルストップ車は、信号待ち等で車両の停止動作を検知するとエンジンを自動的に停止（アイドルストップ）し、その後車両の発進動作を検知するとエンジンを自動的に再始動するようにした車両である。
【０００３】
このような車両では、アイドルストップ後のエンジン再始動時において、エンジン始動用のスタータモータに大電流が流れることから、バッテリの電圧が一時的に低下する。また、これに伴って、バッテリに接続されるスタータモータ以外の電装部品などの負荷に供給される電圧も一時的に低下する。そのため、負荷によっては、供給される電圧が動作に必要な電圧の範囲から外れてしまい、一時的に正常に動作しないおそれがある。例えば、カーナビゲーションやオーディオにおいてはリセットが行われたり、オーディオにおいては音飛びが発生したり、運転者の意図せぬ動作が行われるおそれがある。そこで、このような車両では、バッテリの電圧が一時的に低下した場合であっても負荷への必要な電圧の供給を維持することができるように、補助の電源回路を備えるようにしている。
【０００４】
図４は、その電源回路の一例を示す図である。
図４に示す電源回路４０は、いわゆる、昇圧回路であって、昇圧用スイッチング素子４１と、コイル４２と、整流用ダイオード４３と、コンデンサ４４、４５と、バイパスリレー４６と、制御回路４７と、ドライブ回路４８とを備える。なお、バイパスリレー４６は、コイル４２や整流用ダイオード４３よりも抵抗（損失）が小さいものとする。
【０００５】
制御回路４７は、アイドルストップ後のエンジン再始動時において、バイパスリレー４６を常時オフさせるとともに、昇圧用スイッチング素子４１をオン、オフさせることにより、バッテリ４９の電圧を昇圧させて負荷５０に出力している。これにより、エンジン再始動に伴いバッテリ４９の電圧が一時的に低下した場合であっても負荷５０への必要な電圧の供給を維持することができる。
【０００６】
また、制御回路４７は、エンジン再始動時以外の通常時において、バイパスリレー４６を常時オンさせるとともに、昇圧用スイッチング素子４１を常時オフさせることより、バッテリ４９の電圧をバイパスリレー４６を介して負荷５０へ出力させる。これにより、エンジン再始動時以外の通常時において、バッテリ４９の電圧が整流用ダイオード４３などにより電圧降下することなく負荷５０へ出力されるため、負荷５０への必要な電圧の供給を維持することができる。
【０００７】
このように、図４に示す電源回路４０では、バッテリ４９の電圧を昇圧させて負荷５０に出力する昇圧機能と、バッテリ４９の電圧をバイパスリレー４６を介して負荷５０に出力させるバイパス機能とを備えているため、エンジン再始動時や通常時において、負荷５０への必要な電圧の供給を維持することができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１１２２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、アイドルストップ後のエンジン再始動時は、スタータモータが駆動しているときであってエンジンがまだ始動しておらずエンジン音が発生していないため、図４に示す電源回路４０では、バイパスリレー４６が常時オンから常時オフに切り替わる際に発生するバイパスリレー４６の切り替え音が運転者に聞こえてしまうおそれがある。
【００１０】
そこで、本発明では、負荷への必要な電圧の供給を維持しつつ、アイドルストップ後のエンジン再始動時において、バイパスリレーの切り替え音の発生を防止することが可能な電源回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電源回路は、昇圧用スイッチング素子と、バッテリと前記昇圧用スイッチング素子との間に設けられるコイルと、前記コイルと負荷との間に設けられる整流用スイッチング素子と、常時オフから常時オンになると、前記バッテリと前記負荷とを電気的に接続させるリレーと、アイドルストップ後のエンジン再始動時以外の通常時、前記リレーを常時オフさせるとともに、前記昇圧用スイッチング素子及び前記整流用スイッチング素子のそれぞれの駆動を制御する制御回路とを備える。
【００１２】
また、前記制御回路は、アイドルストップ後のエンジン再始動時、前記リレーの常時オフを維持させるとともに、前記バッテリの電圧が昇圧されて前記負荷に出力されるように、前記昇圧用スイッチング素子及び前記整流用スイッチング素子のそれぞれの駆動を制御する。
【００１３】
また、前記制御回路は、前記昇圧用スイッチング素子又は前記整流用スイッチング素子が異常であると判断すると、前記リレーを常時オフから常時オンに切り替える。
これにより、エンジン再始動時以外の通常時やエンジン再始動時であっても負荷への必要な電圧の供給を維持することができる。
【００１４】
また、エンジン再始動時以外の通常時やエンジン再始動時であっても負荷への必要な電圧の供給を維持することができるため、エンジン再始動時において、バイパスリレーのオン、オフを切り替える必要がなく、バイパスリレーの切り替え音の発生を防止することができる。
【００１５】
また、昇圧用スイッチング素子又は整流用スイッチング素子の異常時において、バイパスリレーを常時オフから常時オンにさせているため、負荷への必要な電圧の供給を維持することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、バッテリの電圧を荷に出力する電源回路において、負荷への必要な電圧の供給を維持しつつ、アイドルストップ後のエンジン再始動時、バイパスリレーの切り替え音の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態の電源回路の一例を示す図である。
【図２】制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図３】本実施形態の電源回路の変形例を示す図である。
【図４】既存の電源回路の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の実施形態の電源回路を示す図である。なお、図４に示す構成と同じ構成には同じ符号を付している。
図１に示す電源回路１０は、アイドルストップ車に搭載されるバッテリ４９の電圧を一定に保って負荷５０に出力するものであり、昇圧用スイッチング素子４１と、コイル４２と、整流用スイッチング素子１１と、コンデンサ４４、４５と、バイパスリレー４６（リレー）と、制御回路１２と、ドライブ回路４８と、ドライブ回路１３と、サーミスタ１４と、検出回路１５とを備える。
【００１９】
昇圧用スイッチング素子４１は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、又は、ダイオードが並列接続されるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などとする。
【００２０】
コイル４２は、バッテリ４９と昇圧用スイッチング素子４１との間に設けられる。
整流用スイッチング素子１１は、コイル４２と負荷５０との間に設けられる。例えば、整流用スイッチング素子１１は、ＭＯＳＦＥＴ、又は、ダイオードが並列接続されるＩＧＢＴなどとする。
【００２１】
コンデンサ４４は、電源回路１０の入力段に設けられる。
コンデンサ４５は、電源回路１０の出力段に設けられる。
バイパスリレー４６は、一方の端子がコンデンサ４４に接続され、他方の端子がコンデンサ４５に接続され、制御信号Ｓ２に基づいて常時オフから常時オンに切り替わると、バッテリ４９と負荷５０とを電気的に接続させる。
【００２２】
制御回路１２は、電源回路１０の外部の上位制御回路１６（車両全体の動作を制御する制御回路）から送られてくる信号や検出回路１５から送られてくる信号に基づいて、制御信号Ｓ１〜Ｓ３を出力する。また、制御回路１２は、整流用スイッチング素子１１の破壊やドライブ回路１３の故障などにより整流用スイッチング素子１１が異常であると判断すると、その旨を示す信号を上位制御回路１６に送る。上位制御回路１６は、整流用スイッチング素子１１が異常である旨を示す信号を受け取ると、例えば、電源回路１０が正常に動作していない旨のメッセージを表示部１７（例えば、液晶ディスプレイ）に表示させる。なお、制御回路１２や上位制御回路１６は、ソフトウェア又はハードウェアによって実現される。ソフトウェアによって実現される場合、制御回路１２や上位制御回路１６はＣＰＵやメモリを含み、ＣＰＵがメモリに格納されている制御プログラムを読み出し実行することによって実現される。
【００２３】
ドライブ回路４８は、制御信号Ｓ１に基づいて昇圧用スイッチング素子４１を駆動する。
ドライブ回路１３は、制御信号Ｓ３に基づいて整流用スイッチング素子１１を駆動する。
【００２４】
サーミスタ１４は、整流用スイッチング素子１１やドライブ回路１３の近傍に設けられる。
検出回路１５は、例えば、コンパレータなどにより構成され、サーミスタ１４の電圧が閾値以上になると（整流用スイッチング素子１１やドライブ回路１３の周囲温度が閾値以上になると）、その旨の信号を制御回路１２に出力する。制御回路１２は、サーミスタ１４の電圧が閾値（例えば、整流用スイッチング素子１１が破壊していたり、ドライブ回路１３が故障していたりする場合のサーミスタ１４の電圧）以上になった旨の信号を受け取ると、整流用スイッチング素子１１が異常であると判断する。
【００２５】
図２は、制御回路１２の動作を示すフローチャートである。
まず、制御回路１２は、運転者によりイグニッションスイッチが操作されてイグニッションスイッチがオンした旨の信号を上位制御回路１６から受け取ると（Ｓ１がＹｅｓ）、自己起動し（Ｓ２）、バイパスリレー４６を常時オンから常時オフに切り替えるための制御信号Ｓ２を出力する（Ｓ３）。なお、初期状態（車両の駐車時）のバイパスリレー４６は常時オンとする。
【００２６】
次に、制御回路１２は、バイパスリレー４６を常時オフに維持させるための制御信号Ｓ２を出力するとともに、バッテリ４９の電圧がそのまま負荷５０に出力されるように、バイパスモードで、昇圧用スイッチング素子４１及び整流用スイッチング素子１１を交互にオン、オフさせるための制御信号Ｓ１、Ｓ３を出力する（Ｓ４）。例えば、制御回路１２は、コンデンサ４５にかかる電圧がコンデンサ４４にかかる電圧と同じになるようなデューティで、かつ、周波数が数１００Ｈｚのパルス信号を制御信号Ｓ１として出力するとともに、周波数が制御信号Ｓ１と同じで、かつ、制御信号Ｓ１がオンのときにオフになるデューティのパルス信号を制御信号Ｓ３として出力する。これにより、例えば、昇圧用スイッチング素子４１がオン、整流用スイッチング素子１１がオフした後、昇圧用スイッチング素子４１がオフ、整流用スイッチング素子１１がオンすることが繰り返される。すなわち、昇圧用スイッチング素子４１及び整流用スイッチング素子１１を交互にオン、オフさせることができる。
【００２７】
次に、制御回路１２は、整流用スイッチング素子１１が異常であるか否かを判断する（Ｓ５）。
整流用スイッチング素子１１が異常であると判断すると（Ｓ５がＹｅｓ）、制御回路１２は、昇圧用スイッチング素子４１及び整流用スイッチング素子１１の駆動を停止させるための制御信号Ｓ１、Ｓ３を出力し（Ｓ６）、バイパスリレー４６を常時オフから常時オンに切り替えさせるための制御信号Ｓ２を出力し（Ｓ７）、整流用スイッチング素子１１が異常である旨の信号を上位制御回路１６に通知する（Ｓ８）。また、制御回路１２は、運転者によりイグニッションスイッチが操作されてイグニッションスイッチがオフした旨の信号を上位制御回路１６から受け取ると（Ｓ９がＹｅｓ）、初期状態に戻る（終了）。
【００２８】
一方、整流用スイッチング素子１１が異常でないと判断すると（Ｓ５がＮｏ）、制御回路１２は、これからエンジンが再始動される旨の信号を上位制御回路１６から受け取ったか否かを判断する（Ｓ１０）。例えば、制御回路１２は、アイドルストップ後、ブレーキが解除されるなどしてクランク信号がハイレベルになったことを検出すると、これからエンジンが再始動される旨の信号を上位制御回路１６から受け取ったと判断する。
【００２９】
これからエンジンが再始動される旨の信号を上位制御回路１６から受け取ったと判断すると（Ｓ１０がＹｅｓ）、制御回路１２は、バイパスリレー４６を常時オフに維持させるための制御信号Ｓ２を出力するとともに、バッテリ４９の電圧が昇圧されて負荷５０に出力されるように、すなわち、エンジン再始動に伴ってバッテリ４９が一時的に低下しても負荷５０への必要な電圧の供給を維持することができるように、昇圧モードで、昇圧用スイッチング素子４１及び整流用スイッチング素子１１を交互にオン、オフさせるための制御信号Ｓ１、Ｓ３を出力する（Ｓ１１）。例えば、制御回路１２は、コンデンサ４５にかかる電圧が所望な電圧（例えば、エンジン再始動に伴って低下する前のバッテリ４９の電圧）になるようなデューティで、かつ、周波数が数１００ｋＨｚのパルス信号を制御信号Ｓ１として出力するとともに、周波数が制御信号Ｓ１と同じで、かつ、制御信号Ｓ１がオンのときにオフになるデューティのパルス信号を制御信号Ｓ３として出力する。なお、整流用スイッチング素子１１は、バイパスモードにおいて、常時オンさせてもよい。
【００３０】
次に、制御回路１２は、整流用スイッチング素子１１が異常であると判断すると（Ｓ１２がＹｅｓ）、Ｓ６に進み、整流用スイッチング素子１１が異常でないと判断すると（Ｓ１２がＮｏ）、エンジン再始動が完了した旨の信号を上位制御回路１６から受け取ったと判断するまで、Ｓ１１、Ｓ１２を繰り返す。例えば、制御回路１２は、エンジン再始動が完了してクランク信号がローレベルになったことを検出すると、エンジン再始動が完了した旨の信号を上位制御回路１６から受け取ったと判断する。
【００３１】
そして、エンジン再始動が完了した旨の信号を上位制御回路１６から受け取ったと判断すると（Ｓ１３がＹｅｓ）、制御回路１２は、バイパスリレー４６を常時オフに維持させるための制御信号Ｓ２を出力するとともに、バッテリ４９の電圧が負荷５０に出力されるように、バイパスモードで、昇圧用スイッチング素子４１及び整流用スイッチング素子１１を交互にオン、オフさせるための制御信号Ｓ１、Ｓ３を出力し（Ｓ１４）、イグニッションスイッチがオフした旨の信号を上位制御回路１６から受け取っていないと判断すると（Ｓ１５がＮｏ）、Ｓ５に戻る。
【００３２】
一方、制御回路１２は、イグニッションスイッチがオフした旨の信号を上位制御回路１６から受け取ると（Ｓ１５がＹｅｓ）、昇圧用スイッチング素子４１及び整流用スイッチング素子１１を駆動停止させるための制御信号Ｓ１、Ｓ３を出力し（Ｓ１６）、バイパスリレー４６を常時オフから常時オンにさせるための制御信号Ｓ２を出力し（Ｓ１７）、初期状態に戻る（終了）。
【００３３】
このように、本実施形態の電源回路１０では、整流用ダイオードの代わりに、整流用スイッチング素子１１を備え、エンジン再始動時や通常時において、その整流用スイッチング素子１１を駆動させているため、エンジン再始動時や通常時であっても負荷５０への必要な電圧の供給を維持することができる。
【００３４】
また、本実施形態の電源回路１０は、エンジン再始動時や通常時であっても負荷５０への必要な電圧の供給を維持することができるため、エンジン再始動時において、バイパスリレー４６を常時オンから常時オフに切り替える必要がなく、バイパスリレー４６の切り替え音の発生を防止することができる。
【００３５】
また、本実施形態の電源回路１０は、整流用スイッチング素子１１の異常時において、バイパスリレー４６を常時オフから常時オンに切り替えているため、負荷５０への必要な電圧の供給を維持することができる。すなわち、バイパスリレー４６を、図４に示す電源回路４０のように、エンジン再始動時における負荷５０への電圧供給維持のために使用するのではなく、整流用スイッチング素子１１の異常時における負荷５０への電圧供給維持（フェイルセーフ）のために使用している。そのため、供給電圧が規定範囲から外れないようにすることが望まれる電子機器、例えば、走る、曲がる、止まるといった車両の基本性能に関係する電子機器を負荷５０とすることもできる。
【００３６】
なお、上記実施形態の電源回路１０では、整流用スイッチング素子１１の異常を検出する手段として、サーミスタ１４及び検出回路１５を備える構成であるが、整流用スイッチング素子１１の異常を検出する手段としては特に限定されない。例えば、図３に示す電源回路３０のように、ドライブ回路１３の出力に基づいてドライブ回路１３の故障を検出し、その旨の信号を制御回路１２に送る検出回路３１を備えるように構成してもよい。図３に示す制御回路１２は、ドライブ回路１３が故障した旨の信号を検出回路３１から受け取ると、整流用スイッチング素子１１が異常であると判断する。
【００３７】
また、上記実施形態の電源回路１０では、整流素子として、整流用スイッチング素子１１を備える構成であるが、オン時の整流用スイッチング素子１１の抵抗（損失）と同じかそれよりも小さい抵抗（損失）のダイオードのみを整流用スイッチング素子１１の代わりに採用してもよい。
【００３８】
また、上記実施形態の電源回路１０では、整流用スイッチング素子１１の異常時において、バイパスリレー４６を常時オフから常時オンに切り替える構成であるが、昇圧用スイッチング素子４１の異常時において、バイパスリレー４６を常時オフから常時オンに切り替えるように構成してもよい。例えば、制御回路１２は、昇圧用スイッチング素子４１やドライブ回路４８の周囲温度が閾値以上になると、昇圧用スイッチング素子４１が異常であると判断してもよい。また、例えば、制御回路１２は、ドライブ回路４８の出力に基づいて、ドライブ回路４８の故障による昇圧用スイッチング素子４１の異常を判断してもよい。また、例えば、制御回路１２は、昇圧用スイッチング素子４１のドレイン電圧やソース電圧に基づいて、昇圧用スイッチング素子４１のオープン故障による昇圧用スイッチング素子４１の異常を判断してもよい。これにより、昇圧用スイッチング素子４１の異常時において、バイパスリレー４６を常時オフから常時オンに切り替え、負荷５０への必要な電圧の供給を維持することができる。
【００３９】
また、図２に示すフローチャートでは、初期状態においてバイパスリレー４６を常時オンさせておく構成であるが、初期状態においてバイパスリレー６４を常時オフさせておくように構成してもよい。このように構成する場合、図２に示すフローチャートのＳ３及びＳ１７を省略、又は、Ｓ３及びＳ１７のそれぞれの動作を「制御回路１２は、バイパスリレー４６の常時オフを維持させるための制御信号Ｓ２を出力する」という動作に変更する。
【符号の説明】
【００４０】
１０ 電源回路
１１ 整流用スイッチング素子
１２ 制御回路
１３ ドライブ回路
１４ サーミスタ
１５ 検出回路
１６ 上位制御回路
１７ 表示部
３０ 電源回路
３１ 検出回路
４０ 電源回路
４１ スイッチング素子
４２ コイル
４３ 整流用ダイオード
４４ コンデンサ
４５ コンデンサ
４６ バイパスリレー
４７ 制御回路
４８ ドライブ回路
４９ バッテリ
５０ 負荷
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリの電圧を一定に保って負荷に出力する電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料消費量の節減と排ガスの低減を目的として、アイドルストップ車が実用化されている。アイドルストップ車は、信号待ち等で車両の停止動作を検知するとエンジンを自動的に停止（アイドルストップ）し、その後車両の発進動作を検知するとエンジンを自動的に再始動するようにした車両である。
【０００３】
このような車両では、アイドルストップ後のエンジン再始動時において、エンジン始動用のスタータモータに大電流が流れることから、バッテリの電圧が一時的に低下する。また、これに伴って、バッテリに接続されるスタータモータ以外の電装部品などの負荷に供給される電圧も一時的に低下する。そのため、負荷によっては、供給される電圧が動作に必要な電圧の範囲から外れてしまい、一時的に正常に動作しないおそれがある。例えば、カーナビゲーションやオーディオにおいてはリセットが行われたり、オーディオにおいては音飛びが発生したり、運転者の意図せぬ動作が行われるおそれがある。そこで、このような車両では、バッテリの電圧が一時的に低下した場合であっても負荷への必要な電圧の供給を維持することができるように、補助の電源回路を備えるようにしている。
【０００４】
図４は、その電源回路の一例を示す図である。
図４に示す電源回路４０は、いわゆる、昇圧回路であって、昇圧用スイッチング素子４１と、コイル４２と、整流用ダイオード４３と、コンデンサ４４、４５と、バイパスリレー４６と、制御回路４７と、ドライブ回路４８とを備える。なお、バイパスリレー４６は、コイル４２や整流用ダイオード４３よりも抵抗（損失）が小さいものとする。
【０００５】
制御回路４７は、アイドルストップ後のエンジン再始動時において、バイパスリレー４６を常時オフさせるとともに、昇圧用スイッチング素子４１をオン、オフさせることにより、バッテリ４９の電圧を昇圧させて負荷５０に出力している。これにより、エンジン再始動に伴いバッテリ４９の電圧が一時的に低下した場合であっても負荷５０への必要な電圧の供給を維持することができる。
【０００６】
また、制御回路４７は、エンジン再始動時以外の通常時において、バイパスリレー４６を常時オンさせるとともに、昇圧用スイッチング素子４１を常時オフさせることより、バッテリ４９の電圧をバイパスリレー４６を介して負荷５０へ出力させる。これにより、エンジン再始動時以外の通常時において、バッテリ４９の電圧が整流用ダイオード４３などにより電圧降下することなく負荷５０へ出力されるため、負荷５０への必要な電圧の供給を維持することができる。
【０００７】
このように、図４に示す電源回路４０では、バッテリ４９の電圧を昇圧させて負荷５０に出力する昇圧機能と、バッテリ４９の電圧をバイパスリレー４６を介して負荷５０に出力させるバイパス機能とを備えているため、エンジン再始動時や通常時において、負荷５０への必要な電圧の供給を維持することができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１１２２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、アイドルストップ後のエンジン再始動時は、スタータモータが駆動しているときであってエンジンがまだ始動しておらずエンジン音が発生していないため、図４に示す電源回路４０では、バイパスリレー４６が常時オンから常時オフに切り替わる際に発生するバイパスリレー４６の切り替え音が運転者に聞こえてしまうおそれがある。
【００１０】
そこで、本発明では、負荷への必要な電圧の供給を維持しつつ、アイドルストップ後のエンジン再始動時において、バイパスリレーの切り替え音の発生を防止することが可能な電源回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電源回路は、昇圧用スイッチング素子と、バッテリと前記昇圧用スイッチング素子との間に設けられるコイルと、前記コイルと負荷との間に設けられる整流用スイッチング素子と、常時オフから常時オンになると、前記バッテリと前記負荷とを電気的に接続させるリレーと、アイドルストップ後のエンジン再始動時以外の通常時、前記リレーを常時オフさせるとともに、前記昇圧用スイッチング素子及び前記整流用スイッチング素子のそれぞれの駆動を制御する制御回路とを備える。
【００１２】
また、前記制御回路は、アイドルストップ後のエンジン再始動時、前記リレーの常時オフを維持させるとともに、前記バッテリの電圧が昇圧されて前記負荷に出力されるように、前記昇圧用スイッチング素子及び前記整流用スイッチング素子のそれぞれの駆動を制御する。
【００１３】
また、前記制御回路は、前記昇圧用スイッチング素子又は前記整流用スイッチング素子が異常であると判断すると、前記リレーを常時オフから常時オンに切り替える。
これにより、エンジン再始動時以外の通常時やエンジン再始動時であっても負荷への必要な電圧の供給を維持することができる。
【００１４】
また、エンジン再始動時以外の通常時やエンジン再始動時であっても負荷への必要な電圧の供給を維持することができるため、エンジン再始動時において、バイパスリレーのオン、オフを切り替える必要がなく、バイパスリレーの切り替え音の発生を防止することができる。
【００１５】
また、昇圧用スイッチング素子又は整流用スイッチング素子の異常時において、バイパスリレーを常時オフから常時オンにさせているため、負荷への必要な電圧の供給を維持することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、バッテリの電圧を荷に出力する電源回路において、負荷への必要な電圧の供給を維持しつつ、アイドルストップ後のエンジン再始動時、バイパスリレーの切り替え音の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態の電源回路の一例を示す図である。
【図２】制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図３】本実施形態の電源回路の変形例を示す図である。
【図４】既存の電源回路の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の実施形態の電源回路を示す図である。なお、図４に示す構成と同じ構成には同じ符号を付している。
図１に示す電源回路１０は、アイドルストップ車に搭載されるバッテリ４９の電圧を一定に保って負荷５０に出力するものであり、昇圧用スイッチング素子４１と、コイル４２と、整流用スイッチング素子１１と、コンデンサ４４、４５と、バイパスリレー４６（リレー）と、制御回路１２と、ドライブ回路４８と、ドライブ回路１３と、サーミスタ１４と、検出回路１５とを備える。
【００１９】
昇圧用スイッチング素子４１は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、又は、ダイオードが並列接続されるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などとする。
【００２０】
コイル４２は、バッテリ４９と昇圧用スイッチング素子４１との間に設けられる。
整流用スイッチング素子１１は、コイル４２と負荷５０との間に設けられる。例えば、整流用スイッチング素子１１は、ＭＯＳＦＥＴ、又は、ダイオードが並列接続されるＩＧＢＴなどとする。
【００２１】
コンデンサ４４は、電源回路１０の入力段に設けられる。
コンデンサ４５は、電源回路１０の出力段に設けられる。
バイパスリレー４６は、一方の端子がコンデンサ４４に接続され、他方の端子がコンデンサ４５に接続され、制御信号Ｓ２に基づいて常時オフから常時オンに切り替わると、バッテリ４９と負荷５０とを電気的に接続させる。
【００２２】
制御回路１２は、電源回路１０の外部の上位制御回路１６（車両全体の動作を制御する制御回路）から送られてくる信号や検出回路１５から送られてくる信号に基づいて、制御信号Ｓ１〜Ｓ３を出力する。また、制御回路１２は、整流用スイッチング素子１１の破壊やドライブ回路１３の故障などにより整流用スイッチング素子１１が異常であると判断すると、その旨を示す信号を上位制御回路１６に送る。上位制御回路１６は、整流用スイッチング素子１１が異常である旨を示す信号を受け取ると、例えば、電源回路１０が正常に動作していない旨のメッセージを表示部１７（例えば、液晶ディスプレイ）に表示させる。なお、制御回路１２や上位制御回路１６は、ソフトウェア又はハードウェアによって実現される。ソフトウェアによって実現される場合、制御回路１２や上位制御回路１６はＣＰＵやメモリを含み、ＣＰＵがメモリに格納されている制御プログラムを読み出し実行することによって実現される。
【００２３】
ドライブ回路４８は、制御信号Ｓ１に基づいて昇圧用スイッチング素子４１を駆動する。
ドライブ回路１３は、制御信号Ｓ３に基づいて整流用スイッチング素子１１を駆動する。
【００２４】
サーミスタ１４は、整流用スイッチング素子１１やドライブ回路１３の近傍に設けられる。
検出回路１５は、例えば、コンパレータなどにより構成され、サーミスタ１４の電圧が閾値以上になると（整流用スイッチング素子１１やドライブ回路１３の周囲温度が閾値以上になると）、その旨の信号を制御回路１２に出力する。制御回路１２は、サーミスタ１４の電圧が閾値（例えば、整流用スイッチング素子１１が破壊していたり、ドライブ回路１３が故障していたりする場合のサーミスタ１４の電圧）以上になった旨の信号を受け取ると、整流用スイッチング素子１１が異常であると判断する。
【００２５】
図２は、制御回路１２の動作を示すフローチャートである。
まず、制御回路１２は、運転者によりイグニッションスイッチが操作されてイグニッションスイッチがオンした旨の信号を上位制御回路１６から受け取ると（Ｓ１がＹｅｓ）、自己起動し（Ｓ２）、バイパスリレー４６を常時オンから常時オフに切り替えるための制御信号Ｓ２を出力する（Ｓ３）。なお、初期状態（車両の駐車時）のバイパスリレー４６は常時オンとする。
【００２６】
次に、制御回路１２は、バイパスリレー４６を常時オフに維持させるための制御信号Ｓ２を出力するとともに、バッテリ４９の電圧がそのまま負荷５０に出力されるように、バイパスモードで、昇圧用スイッチング素子４１及び整流用スイッチング素子１１を交互にオン、オフさせるための制御信号Ｓ１、Ｓ３を出力する（Ｓ４）。例えば、制御回路１２は、コンデンサ４５にかかる電圧がコンデンサ４４にかかる電圧と同じになるようなデューティで、かつ、周波数が数１００Ｈｚのパルス信号を制御信号Ｓ１として出力するとともに、周波数が制御信号Ｓ１と同じで、かつ、制御信号Ｓ１がオンのときにオフになるデューティのパルス信号を制御信号Ｓ３として出力する。これにより、例えば、昇圧用スイッチング素子４１がオン、整流用スイッチング素子１１がオフした後、昇圧用スイッチング素子４１がオフ、整流用スイッチング素子１１がオンすることが繰り返される。すなわち、昇圧用スイッチング素子４１及び整流用スイッチング素子１１を交互にオン、オフさせることができる。
【００２７】
次に、制御回路１２は、整流用スイッチング素子１１が異常であるか否かを判断する（Ｓ５）。
整流用スイッチング素子１１が異常であると判断すると（Ｓ５がＹｅｓ）、制御回路１２は、昇圧用スイッチング素子４１及び整流用スイッチング素子１１の駆動を停止させるための制御信号Ｓ１、Ｓ３を出力し（Ｓ６）、バイパスリレー４６を常時オフから常時オンに切り替えさせるための制御信号Ｓ２を出力し（Ｓ７）、整流用スイッチング素子１１が異常である旨の信号を上位制御回路１６に通知する（Ｓ８）。また、制御回路１２は、運転者によりイグニッションスイッチが操作されてイグニッションスイッチがオフした旨の信号を上位制御回路１６から受け取ると（Ｓ９がＹｅｓ）、初期状態に戻る（終了）。
【００２８】
一方、整流用スイッチング素子１１が異常でないと判断すると（Ｓ５がＮｏ）、制御回路１２は、これからエンジンが再始動される旨の信号を上位制御回路１６から受け取ったか否かを判断する（Ｓ１０）。例えば、制御回路１２は、アイドルストップ後、ブレーキが解除されるなどしてクランク信号がハイレベルになったことを検出すると、これからエンジンが再始動される旨の信号を上位制御回路１６から受け取ったと判断する。
【００２９】
これからエンジンが再始動される旨の信号を上位制御回路１６から受け取ったと判断すると（Ｓ１０がＹｅｓ）、制御回路１２は、バイパスリレー４６を常時オフに維持させるための制御信号Ｓ２を出力するとともに、バッテリ４９の電圧が昇圧されて負荷５０に出力されるように、すなわち、エンジン再始動に伴ってバッテリ４９が一時的に低下しても負荷５０への必要な電圧の供給を維持することができるように、昇圧モードで、昇圧用スイッチング素子４１及び整流用スイッチング素子１１を交互にオン、オフさせるための制御信号Ｓ１、Ｓ３を出力する（Ｓ１１）。例えば、制御回路１２は、コンデンサ４５にかかる電圧が所望な電圧（例えば、エンジン再始動に伴って低下する前のバッテリ４９の電圧）になるようなデューティで、かつ、周波数が数１００ｋＨｚのパルス信号を制御信号Ｓ１として出力するとともに、周波数が制御信号Ｓ１と同じで、かつ、制御信号Ｓ１がオンのときにオフになるデューティのパルス信号を制御信号Ｓ３として出力する。なお、整流用スイッチング素子１１は、バイパスモードにおいて、常時オンさせてもよい。
【００３０】
次に、制御回路１２は、整流用スイッチング素子１１が異常であると判断すると（Ｓ１２がＹｅｓ）、Ｓ６に進み、整流用スイッチング素子１１が異常でないと判断すると（Ｓ１２がＮｏ）、エンジン再始動が完了した旨の信号を上位制御回路１６から受け取ったと判断するまで、Ｓ１１、Ｓ１２を繰り返す。例えば、制御回路１２は、エンジン再始動が完了してクランク信号がローレベルになったことを検出すると、エンジン再始動が完了した旨の信号を上位制御回路１６から受け取ったと判断する。
【００３１】
そして、エンジン再始動が完了した旨の信号を上位制御回路１６から受け取ったと判断すると（Ｓ１３がＹｅｓ）、制御回路１２は、バイパスリレー４６を常時オフに維持させるための制御信号Ｓ２を出力するとともに、バッテリ４９の電圧が負荷５０に出力されるように、バイパスモードで、昇圧用スイッチング素子４１及び整流用スイッチング素子１１を交互にオン、オフさせるための制御信号Ｓ１、Ｓ３を出力し（Ｓ１４）、イグニッションスイッチがオフした旨の信号を上位制御回路１６から受け取っていないと判断すると（Ｓ１５がＮｏ）、Ｓ５に戻る。
【００３２】
一方、制御回路１２は、イグニッションスイッチがオフした旨の信号を上位制御回路１６から受け取ると（Ｓ１５がＹｅｓ）、昇圧用スイッチング素子４１及び整流用スイッチング素子１１を駆動停止させるための制御信号Ｓ１、Ｓ３を出力し（Ｓ１６）、バイパスリレー４６を常時オフから常時オンにさせるための制御信号Ｓ２を出力し（Ｓ１７）、初期状態に戻る（終了）。
【００３３】
このように、本実施形態の電源回路１０では、整流用ダイオードの代わりに、整流用スイッチング素子１１を備え、エンジン再始動時や通常時において、その整流用スイッチング素子１１を駆動させているため、エンジン再始動時や通常時であっても負荷５０への必要な電圧の供給を維持することができる。
【００３４】
また、本実施形態の電源回路１０は、エンジン再始動時や通常時であっても負荷５０への必要な電圧の供給を維持することができるため、エンジン再始動時において、バイパスリレー４６を常時オンから常時オフに切り替える必要がなく、バイパスリレー４６の切り替え音の発生を防止することができる。
【００３５】
また、本実施形態の電源回路１０は、整流用スイッチング素子１１の異常時において、バイパスリレー４６を常時オフから常時オンに切り替えているため、負荷５０への必要な電圧の供給を維持することができる。すなわち、バイパスリレー４６を、図４に示す電源回路４０のように、エンジン再始動時における負荷５０への電圧供給維持のために使用するのではなく、整流用スイッチング素子１１の異常時における負荷５０への電圧供給維持（フェイルセーフ）のために使用している。そのため、供給電圧が規定範囲から外れないようにすることが望まれる電子機器、例えば、走る、曲がる、止まるといった車両の基本性能に関係する電子機器を負荷５０とすることもできる。
【００３６】
なお、上記実施形態の電源回路１０では、整流用スイッチング素子１１の異常を検出する手段として、サーミスタ１４及び検出回路１５を備える構成であるが、整流用スイッチング素子１１の異常を検出する手段としては特に限定されない。例えば、図３に示す電源回路３０のように、ドライブ回路１３の出力に基づいてドライブ回路１３の故障を検出し、その旨の信号を制御回路１２に送る検出回路３１を備えるように構成してもよい。図３に示す制御回路１２は、ドライブ回路１３が故障した旨の信号を検出回路３１から受け取ると、整流用スイッチング素子１１が異常であると判断する。
【００３７】
また、上記実施形態の電源回路１０では、整流素子として、整流用スイッチング素子１１を備える構成であるが、オン時の整流用スイッチング素子１１の抵抗（損失）と同じかそれよりも小さい抵抗（損失）のダイオードのみを整流用スイッチング素子１１の代わりに採用してもよい。
【００３８】
また、上記実施形態の電源回路１０では、整流用スイッチング素子１１の異常時において、バイパスリレー４６を常時オフから常時オンに切り替える構成であるが、昇圧用スイッチング素子４１の異常時において、バイパスリレー４６を常時オフから常時オンに切り替えるように構成してもよい。例えば、制御回路１２は、昇圧用スイッチング素子４１やドライブ回路４８の周囲温度が閾値以上になると、昇圧用スイッチング素子４１が異常であると判断してもよい。また、例えば、制御回路１２は、ドライブ回路４８の出力に基づいて、ドライブ回路４８の故障による昇圧用スイッチング素子４１の異常を判断してもよい。また、例えば、制御回路１２は、昇圧用スイッチング素子４１のドレイン電圧やソース電圧に基づいて、昇圧用スイッチング素子４１のオープン故障による昇圧用スイッチング素子４１の異常を判断してもよい。これにより、昇圧用スイッチング素子４１の異常時において、バイパスリレー４６を常時オフから常時オンに切り替え、負荷５０への必要な電圧の供給を維持することができる。
【００３９】
また、図２に示すフローチャートでは、初期状態においてバイパスリレー４６を常時オンさせておく構成であるが、初期状態においてバイパスリレー６４を常時オフさせておくように構成してもよい。このように構成する場合、図２に示すフローチャートのＳ３及びＳ１７を省略、又は、Ｓ３及びＳ１７のそれぞれの動作を「制御回路１２は、バイパスリレー４６の常時オフを維持させるための制御信号Ｓ２を出力する」という動作に変更する。
【符号の説明】
【００４０】
１０ 電源回路
１１ 整流用スイッチング素子
１２ 制御回路
１３ ドライブ回路
１４ サーミスタ
１５ 検出回路
１６ 上位制御回路
１７ 表示部
３０ 電源回路
３１ 検出回路
４０ 電源回路
４１ スイッチング素子
４２ コイル
４３ 整流用ダイオード
４４ コンデンサ
４５ コンデンサ
４６ バイパスリレー
４７ 制御回路
４８ ドライブ回路
４９ バッテリ
５０ 負荷
【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇圧用スイッチング素子と、
バッテリと前記昇圧用スイッチング素子との間に設けられるコイルと、
前記コイルと負荷との間に設けられる整流用スイッチング素子と、
常時オフから常時オンになると、前記バッテリと前記負荷とを電気的に接続させるリレーと、
アイドルストップ後のエンジン再始動時以外の通常時、前記リレーを常時オフさせるとともに、前記昇圧用スイッチング素子及び前記整流用スイッチング素子のそれぞれの駆動を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、アイドルストップ後のエンジン再始動時、前記リレーの常時オフを維持させるとともに、前記バッテリの電圧が昇圧されて前記負荷に出力されるように、前記昇圧用スイッチング素子及び前記整流用スイッチング素子のそれぞれの駆動を制御し、前記昇圧用スイッチング素子又は前記整流用スイッチング素子が異常であると判断すると、前記リレーを常時オフから常時オンに切り替える
ことを特徴とする電源回路。
【請求項２】
請求項１に記載の電源回路であって、
前記制御回路は、前記昇圧用スイッチング素子の周囲温度が閾値以上になると、前記昇圧用スイッチング素子が異常であると判断し、又は、前記整流用スイッチング素子の周囲温度が閾値以上になると、前記整流用スイッチング素子が異常であると判断する
ことを特徴とする電源回路。
【請求項３】
請求項１に記載の電源回路であって、
前記制御回路は、前記昇圧用スイッチング素子を駆動するドライブ回路の出力に基づいて、前記昇圧用スイッチング素子が異常であると判断し、又は、前記整流用スイッチング素子を駆動するドライブ回路の出力に基づいて、前記整流用スイッチング素子が異常であると判断する
ことを特徴とする電源回路。
【請求項４】
請求項１に記載の電源回路であって、
前記制御回路は、アイドルストップ後のエンジン再始動時以外の通常時、前記リレーを常時オフさせるとともに、前記バッテリの電圧が前記負荷に出力されるように、前記昇圧用スイッチング素子及び前記整流用スイッチング素子のそれぞれの駆動を制御する
ことを特徴とする電源回路。
【請求項１】
昇圧用スイッチング素子と、
バッテリと前記昇圧用スイッチング素子との間に設けられるコイルと、
前記コイルと負荷との間に設けられる整流用スイッチング素子と、
常時オフから常時オンになると、前記バッテリと前記負荷とを電気的に接続させるリレーと、
アイドルストップ後のエンジン再始動時以外の通常時、前記リレーを常時オフさせるとともに、前記昇圧用スイッチング素子及び前記整流用スイッチング素子のそれぞれの駆動を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、アイドルストップ後のエンジン再始動時、前記リレーの常時オフを維持させるとともに、前記バッテリの電圧が昇圧されて前記負荷に出力されるように、前記昇圧用スイッチング素子及び前記整流用スイッチング素子のそれぞれの駆動を制御し、前記昇圧用スイッチング素子又は前記整流用スイッチング素子が異常であると判断すると、前記リレーを常時オフから常時オンに切り替える
ことを特徴とする電源回路。
【請求項２】
請求項１に記載の電源回路であって、
前記制御回路は、前記昇圧用スイッチング素子の周囲温度が閾値以上になると、前記昇圧用スイッチング素子が異常であると判断し、又は、前記整流用スイッチング素子の周囲温度が閾値以上になると、前記整流用スイッチング素子が異常であると判断する
ことを特徴とする電源回路。
【請求項３】
請求項１に記載の電源回路であって、
前記制御回路は、前記昇圧用スイッチング素子を駆動するドライブ回路の出力に基づいて、前記昇圧用スイッチング素子が異常であると判断し、又は、前記整流用スイッチング素子を駆動するドライブ回路の出力に基づいて、前記整流用スイッチング素子が異常であると判断する
ことを特徴とする電源回路。
【請求項４】
請求項１に記載の電源回路であって、
前記制御回路は、アイドルストップ後のエンジン再始動時以外の通常時、前記リレーを常時オフさせるとともに、前記バッテリの電圧が前記負荷に出力されるように、前記昇圧用スイッチング素子及び前記整流用スイッチング素子のそれぞれの駆動を制御する
ことを特徴とする電源回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−７４７４１（Ｐ２０１３−７４７４１Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１２５９３（Ｐ２０１１−２１２５９３）
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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