JP3660168B2 - 電源供給装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源を半導体スイッチ及びリレーを介して負荷に供給する電源供給装置に関し、特に、半導体スイッチをオフ時に該半導体スイッチを破壊せずに、４２Ｖ系用の特殊なリレーを用いることなく、１４Ｖ系用のリレーを４２Ｖ系の電源で利用することができる電源供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車両には、各負荷に電流を供給するための電源供給装置が搭載されている。この電源供給装置は、１４Ｖ系電源からの出力電圧を例えば、半導体スイッチとしての電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のドレインＤ−ソースＳを介して負荷に供給している。
【０００３】
また、従来の電源供給装置として、図４に示すような多電圧化の電源供給装置が知られている。図４において、オールタネータ１２１で発生した交流電圧は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２により直流電圧に変換されて４２Ｖ系電源Ｂ１に供給され、４２Ｖ系電源Ｂ１の電力が駆動モータ等の負荷１２３に供給される。
【０００４】
また、４２Ｖ系電源Ｂ１の直流電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２５により降圧されて１４Ｖ系電源Ｂ２に供給され、１４Ｖ系電源Ｂ２の電力がランプ等の負荷１２７に供給される。
【０００５】
このように、４２Ｖ系電源Ｂ１と１４Ｖ系電源Ｂ２とに多電圧化して、駆動モータ等の４２Ｖ系の負荷１２３に電力を供給できるとともに、ランプ等の１４Ｖ系の負荷１２７にも電力を供給することができる。
【０００６】
この場合、４２Ｖ系電源Ｂ１は、１４Ｖ系電源Ｂ２に対して電圧が３倍であるため、電流は１／３倍で済む。このため、４２Ｖ系では、ワイヤーハーネス（Ｗ／Ｈ）径を１４Ｖ系に対して約１／３倍とすることができ、Ｗ／Ｈを軽量化することができるとともに負荷効率を向上することができるという効果がある。このため、車両に搭載された複数の負荷を、４２Ｖ系電源Ｂ１で極力動作させる傾向が強くなってきている。
【０００７】
また、４２Ｖ系電源Ｂ１で例えばリレーを介してモータを駆動する場合にも、新たな４２Ｖ系用リレーを用いると、コストアップとなるため、４２Ｖ系電源Ｂ１で１４Ｖ系用リレーを介してモータを駆動することが考えられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、４２Ｖ系電源を従来の１４Ｖ系用リレーに直接的に印加させた場合には、この１４Ｖ系用リレーに高電圧が印加されるため、リレー開閉時にアーク（スパーク）が発生し、接点消耗や接点溶着が起こりやすい。
【０００９】
そこで、図５に示すような多電圧化の電源供給装置が考案されている。この電源供給装置は、モータ２５の正転及び逆転により図示しないウィンドガラスを開閉するパワーウィンドウ装置に適用したものであり、第１のリレー２１ａ，第２のリレー２１ｂ、これらのリレーに接続されるモータ２５、これらのリレーの上流に配置され且つベースに第１のオン／オフ信号を入力する半導体スイッチとしてのトランジスタＴＲ１、ベースに第２のオン／オフ信号を入力するトランジスタＴＲ２、ベースに第３のオン／オフ信号を入力するトランジスタＴＲ３を有し、トランジスタＴＲ１のエミッタ及び電磁コイル２２ａ，２２ｂの一端に４２Ｖ系電源Ｂ１が印加されている。
【００１０】
このような電源供給装置によれば、第１のリレー２１ａ及び第２のリレー２１ｂの開閉を行う場合であって、モータ２５に通電する際には、まず、トランジスタＴＲ２のベースに入力された第２のオン信号により、トランジスタＴＲ２がオンし、電磁コイル２２ａに励磁電流が流れて、接点部２３ａが付勢されて第２の端子ｂに接触する。すなわち、第１のリレー２１ａがオンする。その後、トランジスタＴＲ１のベースに入力された第１のオン信号により、トランジスタＴＲ１がオンする。このため、４２Ｖ系電源からトランジスタＴＲ１、第１のリレー２１ａ、モータ２５、第２のリレー２１ｂ、アースと電流が流れて、モータ２５が例えば正転する。
【００１１】
次に、第１のリレー２１ａ及び第２のリレー２１ｂの開閉を行う場合であって、モータ２５への電流を遮断する際には、まず、トランジスタＴＲ１のベースに入力された第１のオフ信号により、トランジスタＴＲ１がオフする。その後、トランジスタＴＲ２のベースに入力された第２のオフ信号により、トランジスタＴＲ２がオフし、電磁コイル２２ａへの励磁電流が停止されて、接点部２３ａが第１の端子ａに復帰する。すなわち、第１のリレー２１ａがオフするため、モータ２５への電流供給が遮断されて、モータ２５の回転が停止する。
【００１２】
このように、半導体スイッチであるトランジスタＴＲ１を設け、リレーの開閉を行う場合に、トランジスタＴＲ１をオフさせることにより、４２Ｖ系電源が第１のリレー２１ａ及び第２のリレー２１ｂに直接的に印加されないので、第１のリレー２１ａ及び第２のリレー２１ｂのアーク発生を低減することができる。
【００１３】
しかしながら、図５に示した半導体スイッチであるトランジスタＴＲ１を設けた電源供給装置にあっては、モータなどの誘導性負荷を駆動する場合に、上流に設けた半導体スイッチの単純なオンからオフへの制御では、半導体スイッチのオフ時に大きな逆起電圧が発生し、発生した逆起電圧により半導体スイッチが破壊されてしまうという問題点があった。
【００１４】
一方、この種の従来の技術として、特開昭５９−２２１９２１号公報に記載された半導体スイッチとリレーのオンオフ制御回路が知られている。このオンオフ制御回路は、図６に示すように、ドライバ２０５、アンド回路２０９を有するとともに、半導体スイッチ２０６とリレー２０７とを直列に接続し、半導体スイッチ２０６をオンオフさせるタイミングと、リレー２０７をオンオフさせるタイミングを制御するタイミング回路２０８を備え、リレーをオンオフさせるときはタイミング回路２０８により半導体スイッチ２０６をオフにしてから、リレー２０６をオンオフさせるようにしたものである。
【００１５】
この回路によれば、リレー２０６をオンオフさせるときは半導体スイッチがオフになっており、リレー接点には電流がほとんど流れないので、リレーの寿命を長くすることができる。
【００１６】
また、この種の従来の技術として、特開昭５６−１１６２３８号公報に記載されたスイッチ装置が知られている。このスイッチ装置は、図７に示すように、直列接続した電磁型リレー３０２及びトライアック３０５と、このトライアック３０５を電磁型リレー３０２のオン以後にオンするとともに、電磁型リレー３０２のオフ以前にオフする開閉制御手段としての常開型押釦スイッチ３０３，常閉型押釦スイッチ３０４，常開接点３０２ａ，常閉接点３０２ｂを備えているので、接点溶着や接点消耗を低減できる。
【００１７】
しかしながら、図６に示すオンオフ制御回路及び図７に示すスイッチ装置にあっては、図５に示す電源供給装置の問題点を解決するものではなかった。
【００１８】
そこで、本発明は、半導体スイッチをオフ時に該半導体スイッチを破壊せずに、４２Ｖ系用の特殊なリレーを用いることなく、１４Ｖ系用のリレーを４２Ｖ系の電源で利用することができる電源供給装置を提供することを課題とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、以下の構成とした。請求項１の発明は、第１の電源から第１の負荷に電力を供給するとともに、前記第１の電源の電圧を降圧して得られた第２の電源から第２の負荷に電力を供給する多電圧化の電源供給装置であって、前記第１の負荷に直列に接続され且つ前記第２の電源の電圧対応のリレーと、このリレーに直列に接続され且つ前記第１の電源に接続された半導体スイッチと、前記リレーを開成から閉成に移行するときには前記半導体スイッチの両端電圧を前記リレーが閉成状態にあるときの前記半導体スイッチの両端電圧から前記第１の電源の電圧と前記第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後に前記リレーをオンさせ、前記リレーを閉成から開成に移行するときには前記半導体スイッチの両端電圧を前記リレーが開成状態にあるときの前記半導体スイッチの両端電圧から前記第１の電源の電圧と前記第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後に前記リレーをオフさせる制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２０】
請求項１の発明によれば、制御手段は、リレーを開成から閉成に移行するときには半導体スイッチの両端電圧をリレーが閉成状態にあるときの半導体スイッチの両端電圧から第１の電源の電圧と第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後にリレーをオンさせ、リレーを閉成から開成に移行するときには半導体スイッチの両端電圧をリレーが開成状態にあるときの半導体スイッチの両端電圧から第１の電源の電圧と第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後にリレーをオフさせるので、リレーに印加される電圧が第１の電源の電圧よりも十分に低下されてリレーの開閉が行われる。このため、第１の負荷がモータなどの誘導性負荷であっても、この誘導性負荷に発生し得る逆起電圧が小さくなり、半導体スイッチが破壊されなくなる。また、リレーの開閉時にリレーに印加される電圧が低下されるので、第２の電源の電圧対応のリレーのアークの発生を低減することができるとともに、第１の電源の電圧対応の特殊なリレーを用いることなく、第２の電源の電圧対応のリレーを第１の電源で利用することができる。
【００２１】
請求項２の発明の前記制御手段は、請求項１記載の電源供給装置において、前記リレーを閉成から開成に移行するとき、及び前記リレーを開成から閉成に移行するときには前記半導体スイッチを能動領域で動作させることを特徴とする。
【００２２】
請求項２の発明によれば、請求項１記載の効果に加え、制御手段は、リレーを閉成から開成に移行するとき、及びリレーを開成から閉成に移行するときには半導体スイッチを能動領域で動作させるので、半導体スイッチの両端電圧が大きくなり、第１の電源の電圧が半導体スイッチで十分に低下されてリレーに印加される。このため、半導体スイッチが破壊されなくなる。また、リレーの開閉時にリレーに印加される電圧が低下されるので、第２の電源の電圧対応のリレーのアークの発生を低減することができるとともに、第１の電源の電圧対応の特殊なリレーを用いることなく、第２の電源の電圧対応のリレーを第１の電源で利用することができる。
【００２３】
請求項３の発明の前記制御手段は、請求項１または請求項２記載の電源供給装置において、前記リレーが閉成状態にあるとき、及び前記リレーが開成状態にあるときには前記半導体スイッチを飽和領域で動作させることを特徴とする。
【００２４】
請求項３の発明によれば、請求項１または請求項２記載の効果に加え、制御手段は、リレーが閉成状態にあるとき、及びリレーが開成状態にあるときには半導体スイッチを飽和領域で動作させるので、リレーが閉成状態にあるときには、第１の負荷にほぼ第１の電源の電圧が印加されるから、第１の負荷を第１の電源で駆動させることができる。
【００２５】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の電源供給装置において、前記第１の負荷が、モータであり、前記リレーは、第１の接点部の第１の共通端子が前記モータの一端に接続され第１の端子がアースされ第２の端子が前記半導体スイッチに接続される第１のリレーと、第２の接点部の第２の共通端子が前記モータの他端に接続され第３の端子が前記半導体スイッチに接続され第４の端子がアースされる第２のリレーとからなり、前記制御手段は、前記第１のリレーを開成から閉成に移行するときには前記半導体スイッチの両端電圧を前記第１のリレーが閉成状態にあるときの前記半導体スイッチの両端電圧から前記第１の電源の電圧と前記第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後に前記第１のリレーをオンさせ、前記第１のリレーを閉成から開成に移行するときには前記半導体スイッチの両端電圧を前記第１のリレーが開成状態にあるときの前記半導体スイッチの両端電圧から前記第１の電源の電圧と前記第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後に前記第１のリレーをオフさせることを特徴とする。
【００２６】
請求項４の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の効果に
加え、制御手段が、第１のリレーを開成から閉成に移行するときには半導体スイッチの両端電圧を第１のリレーが閉成状態にあるときの半導体スイッチの両端電圧から第１の電源の電圧と第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後に第１のリレーをオンさせ、第１のリレーを閉成から開成に移行するときには半導体スイッチの両端電圧を第１のリレーが開成状態にあるときの半導体スイッチの両端電圧から第１の電源の電圧と第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後に第１のリレーをオフさせるので、第１のリレーに印加される電圧が第１の電源の電圧よりも十分に低下されて第１のリレーの開閉が行われる。このため、第１の負荷がモータなどの誘導性負荷であっても、この誘導性負荷に発生し得る逆起電圧が小さくなり、半導体スイッチが破壊されなくなる。また、第１のリレーの開閉時に第１のリレーに印加される電圧が低下されるので、第２の電源の電圧対応の第１のリレーのアークの発生を低減することができるとともに、第１の電源の電圧対応の特殊なリレーを用いることなく、第２の電源の電圧対応の第１のリレーを第１の電源で利用することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電源供給装置の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。電源供給装置は、例えば自動車において適用した例について説明する。
【００２８】
図１は本発明の実施の形態の電源供給装置の回路構成図である。図２は実施の形態の電源供給装置に設けられた半導体スイッチ及びリレーのタイミングチャートである。図３は実施の形態の電源供給装置を車両に搭載したときの構成例を示す図である。
【００２９】
この実施の形態では、電源供給装置をパワーウィンド装置に適用した例を説明する。ここでは、モータ２５は、例えば、パワーウィンドモータであり、ウィンドガラスをアップ／ダウンさせるために、モータ２５を正回転／逆回転させるものとする。
【００３０】
図１に示す電源供給装置は、多電圧化された電源供給装置であって、交流電圧を発生するオールタネータ１１、このオールタネータ１１で発生した交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ１３、このＡＣ／ＤＣコンバータ１３で得られた直流電圧を充電する４２Ｖ系電源Ｂ１、この４２Ｖ系電源Ｂ１により動作するスイッチ回路１５、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３で得られた直流電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ１７、このＤＣ／ＤＣコンバータ１７で得られた直流電圧を充電する１４Ｖ系電源Ｂ２、この１４Ｖ系電源Ｂ２により動作する負荷１９を備えて構成される。
【００３１】
これによって、４２Ｖ系電源Ｂ１からスイッチ回路１５に電力が供給されるとともに、１４Ｖ系電源Ｂ２から１４Ｖ系用のランプ等の負荷１９に電力が供給されるようになっている。
【００３２】
次に、スイッチ回路１５の構成を説明する。半導体スイッチとしてのトランジスタＴＲ１のエミッタには４２Ｖ系電源Ｂ１が供給され、トランジスタＴＲ１のベースには抵抗Ｒ４を介して中央処理装置（ＣＰＵ）２７から第１の制御電圧信号Ｖｂ1／第２の制御電圧信号Ｖｂ2が入力されるようになっている。
【００３３】
トランジスタＴＲ１のコレクタは、１４Ｖ系電源Ｂ２の電圧対応の第１のリレー２１ａの第２の端子ｂ及び１４Ｖ系電源Ｂ２の電圧対応の第２のリレー２１ｂの第４の端子ｅに接続されている。
【００３４】
第１のリレー２１ａは、電磁コイル２２ａ、接点部２３ａ、この接点部２３ａの一端を固定した第１の共通端子ｃ、接点部２３ａの他端が接触可能な第１の端子ａ及び第２の端子ｂを有する。第２のリレー２１ｂは、電磁コイル２２ｂ、接点部２３ｂ、この接点部２３ｂの一端を固定した第２の共通端子ｆ、接点部２３ｂの他端が接触可能な第３の端子ｄ及び第４の端子ｅを有する。
【００３５】
負荷としてのモータ２５の一端は、第１のリレー２１ａの第１の共通端子ｃに接続され、モータ２５の他端は、第２のリレー２１ｂの第２の共通端子ｆに接続されている。第１のリレー２１ａの第１の端子ａ及び第２のリレー２１ｂの第３の端子ｄは、アースされている。
【００３６】
電磁コイル２２ａの一端は、抵抗Ｒ１を介して４２Ｖ系電源Ｂ１の＋側に接続され、電磁コイル２２ａの他端は、トランジスタＴＲ２のコレクタに接続されている。トランジスタＴＲ２のベースはＣＰＵ２７に接続されＣＰＵ２７から第２のオン／オフ信号を入力し、エミッタは、アースされている。電磁コイル２２ｂの一端は、抵抗Ｒ２を介して４２Ｖ系電源Ｂ１の＋側に接続され、電磁コイル２２ｂの他端は、トランジスタＴＲ３のコレクタに接続されている。トランジスタＴＲ３のベースはＣＰＵ２７に接続されＣＰＵ２７から第３のオン／オフ信号を入力し、エミッタは、アースされている。
【００３７】
抵抗Ｒ１の抵抗値は、電磁コイル２２ａの巻線抵抗値とほぼ等しく、また、抵抗Ｒ２の抵抗値は、電磁コイル２２ｂの巻線抵抗値にほぼ等しくなっている。このため、電磁コイル２２ａ及び電磁コイル２２ｂのそれぞれには４２Ｖの半分である２１Ｖ程度の電圧が印加されるようになっている。
【００３８】
また、ＣＰＵ２７は、第１のリレー２１ａを閉成するときにはトランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間の電圧を、第１のリレー２１ａが閉成状態にあるときのトランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間の電圧よりも大きくした後に第１のリレー２１ａをオンさせ、第１のリレー２１ａを開成するときにはトランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間の電圧を、第１のリレー２１ａが開成状態にあるときのトランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間の電圧よりも大きくした後に第１のリレー２１ａをオフさせるようになっている。
【００３９】
このため、ＣＰＵ２７は、第１のリレー２１ａを閉成から開成に移行するとき、及び第１のリレー２１ａを開成から閉成に移行するときには、第１の制御電圧信号Ｖｂ1をトランジスタＴＲ１のベースに印加して、トランジスタＴＲ１を能動領域で動作させ、第１のリレー２１ａが閉成状態にあるとき、及び第１のリレー２１ａが開成状態にあるときには、第１の制御電圧信号Ｖｂ1の値よりも大きい値を有する第２の制御電圧信号Ｖｂ2をトランジスタＴＲ１のベースに印加して、トランジスタＴＲ１を飽和領域で動作させるようになっている。
【００４０】
ここで、トランジスタＴＲ１を飽和領域で動作させるために、トランジスタＴＲ１での損失が最小となるように十分なベース電圧を印加し、トランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間の電圧を略零電圧とする。また、トランジスタＴＲ１を能動領域で動作させるために、例えば、トランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間の電圧が約２８Ｖとなるようにベース電圧を印加し、第１のリレー２１ａに約１４Ｖを印加させる。
【００４１】
次に、このように構成された実施の形態の電源供給装置の動作を図１に示す回路構成図及び図２に示す半導体スイッチ及びリレーのタイミングチャートを参照して説明する。なお、図２中において、半導体スイッチは、トランジスタＴＲ１に対応し、リレーは、第１のリレー２１ａに対応する。
【００４２】
まず、モータ２５が停止状態にある場合、すなわち、時刻ｔ1前では、第１のリレー２１ａをオフさせるとともに、ＣＰＵ２７から第２の制御電圧信号Ｖｂ2をトランジスタＴＲ１のベースに出力し、トランジスタＴＲ１を飽和領域で動作させる。このため、トランジスタＴＲ１のコレクターエミッタ間の電圧が略零電圧となり、４２Ｖ系電源Ｂ１の電圧がほぼ第１のリレー２１ａに印加されるが、第１のリレー２１ａがオフ状態であるので、特に問題はない。
【００４３】
次に、モータ２５を動作させる場合には、時刻ｔ1において、ＣＰＵ２７から第２の制御電圧信号Ｖｂ2よりも小さい第１の制御電圧信号Ｖｂ1をトランジスタＴＲ１に出力すると、トランジスタＴＲ１が能動領域で動作する。このため、トランジスタＴＲ１のコレクターエミッタ間の電圧が例えば、約２８Ｖ程度となる。すなわち、４２Ｖ系電源Ｂ１の電圧がトランジスタＴＲ１のコレクターエミッタ間の電圧降下分だけ低下し、トランジスタＴＲ１のコレクタ電圧が約１４Ｖ程度に制限される。
【００４４】
その後、時刻ｔ2において、ＣＰＵ２７からトランジスタＴＲ２のベースに入力された第２のオン信号により、トランジスタＴＲ２がオンする。このため、電磁コイル２２ａに励磁電流が流れて、接点部２３ａが付勢されて第２の端子ｂに接触することで、第１のリレー２１ａがオンする。
【００４５】
従って、この制限された電圧（例えば、１４Ｖ）が第１のリレー２１ａに印加されるので、第１のリレー２１ａのオン時のアークの発生を低減することができる。
【００４６】
その後、時刻ｔ3において、ＣＰＵ２７から第２の制御電圧信号Ｖｂ2をベースに出力し、トランジスタＴＲ１を飽和領域で動作させる。このため、４２Ｖ系電源Ｂ１からトランジスタＴＲ１、第１のリレー２１ａ、モータ２５、第２のリレー２１ｂ、アースと電流が流れて、モータ２５が例えば正転する。この場合には、モータ２５には約４２Ｖが供給され、モータ２５を４２Ｖ系で動作させることができる。
【００４７】
次に、モータ２５を停止させる場合には、時刻ｔ4において、ＣＰＵ２７から第１の制御電圧信号Ｖｂ1をトランジスタＴＲ１に出力すると、トランジスタＴＲ１が能動領域で動作する。このため、トランジスタＴＲ１のコレクターエミッタ間の電圧が例えば、約２８Ｖ程度となる。すなわち、４２Ｖ系電源Ｂ１の電圧がトランジスタＴＲ１のコレクターエミッタ間の電圧降下分だけ低下し、トランジスタＴＲ１のコレクタ電圧が約１４Ｖ程度に制限される。
【００４８】
このため、モータ２５には約１４Ｖ程度の電圧が印加されるから、このモータ２５である誘導性負荷に発生し得る逆起電圧が小さくなり、半導体スイッチであるトランジスタＴＲ１が破壊されなくなる。
【００４９】
その後、時刻ｔ5において、ＣＰＵ２７からトランジスタＴＲ２のベースに入力された第２のオフ信号により、トランジスタＴＲ２がオフし、電磁コイル２２ａへの励磁電流が停止されて、接点部２３ａが第１の端子ａに復帰する。この場合、第１のリレー２１ａには制限された電圧（例えば１４Ｖ）が印加されているので、第１のリレー２１ａのオフ時のアークの発生を低減することができる。
【００５０】
その後、時刻ｔ6において、ＣＰＵ２７から第２の制御電圧信号Ｖｂ2をトランジスタＴＲ１のベースに出力し、トランジスタＴＲ１を飽和領域で動作させる。また、このとき、第１のリレー２１ａは、オフしているので、モータ２５への電流供給が遮断されて、モータ２５の回転が停止する。
【００５１】
このように、実施の形態の電源供給装置によれば、負荷がモータなどの誘導性負荷であっても、この誘導性負荷に発生し得る逆起電圧が小さくなり、半導体スイッチであるトランジスタＴＲ１が破壊されなくなる。また、リレーの開閉時にリレーに印加される電圧が低下されるので、１４Ｖ系電源Ｂ２の電圧対応の第１のリレー２１ａのアークの発生を低減することができるとともに、４２Ｖ系電源Ｂ１の電圧対応の特殊なリレーを用いることなく、１４Ｖ系電源Ｂ２の電圧対応の第１のリレー２１ａを４２Ｖ系電源Ｂ１で利用することができる。
【００５２】
前述した説明では、モータ２５を正転させる場合であり、第１のリレー２１ａをオンオフさせ、第２のリレー２１ｂ（アース側）をオフ状態のままとした。例えば、モータ２５を逆転させる場合には、第２のリレー２１ｂをオンオフさせ、第１のリレー２１ａ（アース側）をオフ状態のままとするように、ＣＰＵ２７が制御するようにすればよい。
【００５３】
モータ２５の逆転の動作を以下に説明すると、まず、モータ２５が停止状態にある場合、すなわち、時刻ｔ1前では、第２のリレー２１ｂをオフさせるとともに、ＣＰＵ２７から第２の制御電圧信号Ｖｂ2をトランジスタＴＲ１のベースに出力し、トランジスタＴＲ１を飽和領域で動作させる。
【００５４】
次に、モータ２５を動作させる場合には、時刻ｔ1において、ＣＰＵ２７から第１の制御電圧信号Ｖｂ1をトランジスタＴＲ１に出力すると、トランジスタＴＲ１が能動領域で動作する。
【００５５】
その後、時刻ｔ2において、ＣＰＵ２７からトランジスタＴＲ３のベースに入力された第３のオン信号により、トランジスタＴＲ３がオンする。このため、電磁コイル２２ｂに励磁電流が流れて、接点部２３ｂが付勢されて第４の端子ｅに接触することで、第２のリレー２１ｂがオンする。従って、制限された電圧（例えば、１４Ｖ）が第２のリレー２１ｂに印加されるので、第２のリレー２１ｂのオン時のアークの発生を低減することができる。
【００５６】
その後、時刻ｔ3において、ＣＰＵ２７から第２の制御電圧信号Ｖｂ2をベースに出力し、トランジスタＴＲ１を飽和領域で動作させる。このため、４２Ｖ系電源Ｂ１からトランジスタＴＲ１、第２のリレー２１ｂ、モータ２５、第１のリレー２１ａ、アースと電流が流れて、モータ２５が逆転する。この場合には、モータ２５には約４２Ｖが供給され、モータ２５を４２Ｖ系で動作させることができる。
【００５７】
次に、モータ２５を停止させる場合には、時刻ｔ4において、ＣＰＵ２７から第１の制御電圧信号Ｖｂ1をトランジスタＴＲ１に出力すると、トランジスタＴＲ１が能動領域で動作する。このため、モータ２５には約１４Ｖ程度の電圧が印加されるから、このモータ２５である誘導性負荷に発生し得る逆起電圧が小さくなり、半導体スイッチであるトランジスタＴＲ１が破壊されなくなる。
【００５８】
その後、時刻ｔ5において、ＣＰＵ２７からトランジスタＴＲ３のベースに入力された第３のオフ信号により、トランジスタＴＲ３がオフし、電磁コイル２２ｂへの励磁電流が停止されて、接点部２３ｂが第３の端子ｄに復帰する。この場合、第２のリレー２１ｂには制限された電圧（例えば１４Ｖ）が印加されているので、第２のリレー２１ｂのオフ時のアークの発生を低減することができる。
【００５９】
その後、時刻ｔ6において、ＣＰＵ２７から第２の制御電圧信号Ｖｂ2をベースに出力し、トランジスタＴＲ１を飽和領域で動作させる。また、このとき、第２のリレー２１ｂは、オフしているので、モータ２５への電流供給が遮断されて、モータ２５の回転が停止する。
【００６０】
このように、１４Ｖ系電源Ｂ２の電圧対応の第２のリレー２１ｂを４２Ｖ系電源Ｂ１で利用することができ、また、モータ２５を逆転させた場合にも、モータ２５を正転させたときの効果と同様な効果が得られる。
【００６１】
次に、図３を参照して電源供給装置が車両に搭載された場合の実装例を説明する。図３において、車両１の前部２には、図示しないエンジンの駆動力により交流電圧を発生するオールタネータ１１、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３、４２Ｖ系電源Ｂ１、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７、及び１４Ｖ系電源Ｂ２が配置される。また、車両１の後部３には、電線１８を介して１４Ｖ系電源Ｂ２が供給されるテールランプ１９ａが配置される。
【００６２】
このように、車両１に実施の形態の電源供給装置を搭載することで、半導体スイッチであるトランジスタＴＲ１を破壊させず、４２Ｖ系用の特殊なリレーを用いることなく、１４Ｖ系用のリレーを４２Ｖ系の電源で利用することができ、しかもワイヤーハーネスを小径化及び軽量化することができる。これによって、安価で極めて簡単で且つ超小型な電源供給装置を提供することができる。
【００６３】
また、前述した実施の形態の電源供給装置では、電源供給装置をパワーウィンドウ装置に適用したが、この電源供給装置は、パワーウィンド装置以外に、ワイパ装置にも適用可能である。
【００６４】
なお、本発明は、前述した実施の形態の電源供給装置に限定されるものではない。前述した実施の形態の電源供給装置では、半導体スイッチとしてのトランジスタＴＲ１を第１のリレー２１ａ及び第２のリレー２１ｂの上流に配置したが、例えば、トランジスタＴＲ１を第１のリレー２１ａ及び第２のリレー２１ｂの下流に配置するようにしても良い。
【００６５】
また、前述した実施の形態の電源供給装置では、半導体スイッチとしてバイポーラトランジスタを例示したが、このバイポーラトランジスタに代えて、例えば、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を用いても良い。
【００６６】
また、実施の形態では、４２Ｖ系電源と１４Ｖ系電源とを例示したが、これらの電源電圧に限定されることなく、その他の電源電圧であっても良い。このほか、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能であるのは勿論である。
【００６７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、制御手段は、リレーを開成から閉成に移行するときには半導体スイッチの両端電圧をリレーが閉成状態にあるときの半導体スイッチの両端電圧から第１の電源の電圧と第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後にリレーをオンさせ、リレーを閉成から開成に移行するときには半導体スイッチの両端電圧をリレーが開成状態にあるときの半導体スイッチの両端電圧から第１の電源の電圧と第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後にリレーをオフさせるので、リレーに印加される電圧が第１の電源の電圧よりも十分に低下されてリレーの開閉が行われる。このため、第１の負荷がモータなどの誘導性負荷であっても、この誘導性負荷に発生し得る逆起電圧が小さくなり、半導体スイッチが破壊されなくなる。また、リレーの開閉時にリレーに印加される電圧が低下されるので、第２の電源の電圧対応のリレーのアークの発生を低減することができるとともに、第１の電源の電圧対応の特殊なリレーを用いることなく、第２の電源の電圧対応のリレーを第１の電源で利用することができる。
【００６８】
請求項２の発明によれば、請求項１記載の効果に加え、制御手段は、リレーを閉成から開成に移行するとき、及びリレーを開成から閉成に移行するときには半導体スイッチを能動領域で動作させるので、半導体スイッチの両端電圧が大きくなり、第１の電源の電圧が半導体スイッチで十分に低下されてリレーに印加される。このため、半導体スイッチが破壊されなくなる。また、リレーの開閉時にリレーに印加される電圧が低下されるので、第２の電源の電圧対応のリレーのアークの発生を低減することができるとともに、第１の電源の電圧対応の特殊なリレーを用いることなく、第２の電源の電圧対応のリレーを第１の電源で利用することができる。
【００６９】
請求項３の発明によれば、請求項１または請求項２記載の効果に加え、制御手段は、リレーが閉成状態にあるとき、及びリレーが開成状態にあるときには半導体スイッチを飽和領域で動作させるので、リレーが閉成状態にあるときには、第１の負荷にほぼ第１の電源の電圧が印加されるから、第１の負荷を第１の電源で駆動させることができる。
【００７０】
請求項４の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の効果に
加え、制御手段が、第１のリレーを開成から閉成に移行するときには半導体スイッチの両端電圧を第１のリレーが閉成状態にあるときの半導体スイッチの両端電圧から第１の電源の電圧と第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後に第１のリレーをオンさせ、第１のリレーを閉成から開成に移行するときには半導体スイッチの両端電圧を第１のリレーが開成状態にあるときの半導体スイッチの両端電圧から第１の電源の電圧と第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後に第１のリレーをオフさせるので、第１のリレーに印加される電圧が第１の電源の電圧よりも十分に低下されて第１のリレーの開閉が行われる。このため、第１の負荷がモータなどの誘導性負荷であっても、この誘導性負荷に発生し得る逆起電圧が小さくなり、半導体スイッチが破壊されなくなる。また、第１のリレーの開閉時に第１のリレーに印加される電圧が低下されるので、第２の電源の電圧対応の第１のリレーのアークの発生を低減することができるとともに、第１の電源の電圧対応の特殊なリレーを用いることなく、第２の電源の電圧対応の第１のリレーを第１の電源で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の電源供給装置の回路構成図である。
【図２】実施の形態の電源供給装置に設けられた半導体スイッチ及びリレーのタイミングチャートである。
【図３】実施の形態の電源供給装置を車両に搭載したときの構成例を示す図である。
【図４】従来の多電圧化の電源供給装置の回路構成図である。
【図５】従来の半導体スイッチとリレーとを含む多電圧化の電源供給装置の回路構成図である。
【図６】従来の半導体スイッチとリレーのオンオフ制御回路の回路構成図である。
【図７】従来のスイッチ装置の回路構成図である。
【符号の説明】
１ 車両
１１ オールタネータ
１３ ＡＣ／ＤＣコンバータ
１５ スイッチ回路
１７ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１９ 負荷
２１ａ 第１のリレー
２１ｂ 第２のリレー
２２ａ，２２ｂ 電磁コイル
２３ａ，２３ｂ 接点部
２５ モータ
２７ ＣＰＵ（中央処理装置）
Ｒ１〜Ｒ４ 抵抗
ＴＲ１〜ＴＲ３ トランジスタ
Ｂ１ ４２Ｖ系電源
Ｂ２ １４Ｖ系電源
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源を半導体スイッチ及びリレーを介して負荷に供給する電源供給装置に関し、特に、半導体スイッチをオフ時に該半導体スイッチを破壊せずに、４２Ｖ系用の特殊なリレーを用いることなく、１４Ｖ系用のリレーを４２Ｖ系の電源で利用することができる電源供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車両には、各負荷に電流を供給するための電源供給装置が搭載されている。この電源供給装置は、１４Ｖ系電源からの出力電圧を例えば、半導体スイッチとしての電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のドレインＤ−ソースＳを介して負荷に供給している。
【０００３】
また、従来の電源供給装置として、図４に示すような多電圧化の電源供給装置が知られている。図４において、オールタネータ１２１で発生した交流電圧は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２により直流電圧に変換されて４２Ｖ系電源Ｂ１に供給され、４２Ｖ系電源Ｂ１の電力が駆動モータ等の負荷１２３に供給される。
【０００４】
また、４２Ｖ系電源Ｂ１の直流電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２５により降圧されて１４Ｖ系電源Ｂ２に供給され、１４Ｖ系電源Ｂ２の電力がランプ等の負荷１２７に供給される。
【０００５】
このように、４２Ｖ系電源Ｂ１と１４Ｖ系電源Ｂ２とに多電圧化して、駆動モータ等の４２Ｖ系の負荷１２３に電力を供給できるとともに、ランプ等の１４Ｖ系の負荷１２７にも電力を供給することができる。
【０００６】
この場合、４２Ｖ系電源Ｂ１は、１４Ｖ系電源Ｂ２に対して電圧が３倍であるため、電流は１／３倍で済む。このため、４２Ｖ系では、ワイヤーハーネス（Ｗ／Ｈ）径を１４Ｖ系に対して約１／３倍とすることができ、Ｗ／Ｈを軽量化することができるとともに負荷効率を向上することができるという効果がある。このため、車両に搭載された複数の負荷を、４２Ｖ系電源Ｂ１で極力動作させる傾向が強くなってきている。
【０００７】
また、４２Ｖ系電源Ｂ１で例えばリレーを介してモータを駆動する場合にも、新たな４２Ｖ系用リレーを用いると、コストアップとなるため、４２Ｖ系電源Ｂ１で１４Ｖ系用リレーを介してモータを駆動することが考えられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、４２Ｖ系電源を従来の１４Ｖ系用リレーに直接的に印加させた場合には、この１４Ｖ系用リレーに高電圧が印加されるため、リレー開閉時にアーク（スパーク）が発生し、接点消耗や接点溶着が起こりやすい。
【０００９】
そこで、図５に示すような多電圧化の電源供給装置が考案されている。この電源供給装置は、モータ２５の正転及び逆転により図示しないウィンドガラスを開閉するパワーウィンドウ装置に適用したものであり、第１のリレー２１ａ，第２のリレー２１ｂ、これらのリレーに接続されるモータ２５、これらのリレーの上流に配置され且つベースに第１のオン／オフ信号を入力する半導体スイッチとしてのトランジスタＴＲ１、ベースに第２のオン／オフ信号を入力するトランジスタＴＲ２、ベースに第３のオン／オフ信号を入力するトランジスタＴＲ３を有し、トランジスタＴＲ１のエミッタ及び電磁コイル２２ａ，２２ｂの一端に４２Ｖ系電源Ｂ１が印加されている。
【００１０】
このような電源供給装置によれば、第１のリレー２１ａ及び第２のリレー２１ｂの開閉を行う場合であって、モータ２５に通電する際には、まず、トランジスタＴＲ２のベースに入力された第２のオン信号により、トランジスタＴＲ２がオンし、電磁コイル２２ａに励磁電流が流れて、接点部２３ａが付勢されて第２の端子ｂに接触する。すなわち、第１のリレー２１ａがオンする。その後、トランジスタＴＲ１のベースに入力された第１のオン信号により、トランジスタＴＲ１がオンする。このため、４２Ｖ系電源からトランジスタＴＲ１、第１のリレー２１ａ、モータ２５、第２のリレー２１ｂ、アースと電流が流れて、モータ２５が例えば正転する。
【００１１】
次に、第１のリレー２１ａ及び第２のリレー２１ｂの開閉を行う場合であって、モータ２５への電流を遮断する際には、まず、トランジスタＴＲ１のベースに入力された第１のオフ信号により、トランジスタＴＲ１がオフする。その後、トランジスタＴＲ２のベースに入力された第２のオフ信号により、トランジスタＴＲ２がオフし、電磁コイル２２ａへの励磁電流が停止されて、接点部２３ａが第１の端子ａに復帰する。すなわち、第１のリレー２１ａがオフするため、モータ２５への電流供給が遮断されて、モータ２５の回転が停止する。
【００１２】
このように、半導体スイッチであるトランジスタＴＲ１を設け、リレーの開閉を行う場合に、トランジスタＴＲ１をオフさせることにより、４２Ｖ系電源が第１のリレー２１ａ及び第２のリレー２１ｂに直接的に印加されないので、第１のリレー２１ａ及び第２のリレー２１ｂのアーク発生を低減することができる。
【００１３】
しかしながら、図５に示した半導体スイッチであるトランジスタＴＲ１を設けた電源供給装置にあっては、モータなどの誘導性負荷を駆動する場合に、上流に設けた半導体スイッチの単純なオンからオフへの制御では、半導体スイッチのオフ時に大きな逆起電圧が発生し、発生した逆起電圧により半導体スイッチが破壊されてしまうという問題点があった。
【００１４】
一方、この種の従来の技術として、特開昭５９−２２１９２１号公報に記載された半導体スイッチとリレーのオンオフ制御回路が知られている。このオンオフ制御回路は、図６に示すように、ドライバ２０５、アンド回路２０９を有するとともに、半導体スイッチ２０６とリレー２０７とを直列に接続し、半導体スイッチ２０６をオンオフさせるタイミングと、リレー２０７をオンオフさせるタイミングを制御するタイミング回路２０８を備え、リレーをオンオフさせるときはタイミング回路２０８により半導体スイッチ２０６をオフにしてから、リレー２０６をオンオフさせるようにしたものである。
【００１５】
この回路によれば、リレー２０６をオンオフさせるときは半導体スイッチがオフになっており、リレー接点には電流がほとんど流れないので、リレーの寿命を長くすることができる。
【００１６】
また、この種の従来の技術として、特開昭５６−１１６２３８号公報に記載されたスイッチ装置が知られている。このスイッチ装置は、図７に示すように、直列接続した電磁型リレー３０２及びトライアック３０５と、このトライアック３０５を電磁型リレー３０２のオン以後にオンするとともに、電磁型リレー３０２のオフ以前にオフする開閉制御手段としての常開型押釦スイッチ３０３，常閉型押釦スイッチ３０４，常開接点３０２ａ，常閉接点３０２ｂを備えているので、接点溶着や接点消耗を低減できる。
【００１７】
しかしながら、図６に示すオンオフ制御回路及び図７に示すスイッチ装置にあっては、図５に示す電源供給装置の問題点を解決するものではなかった。
【００１８】
そこで、本発明は、半導体スイッチをオフ時に該半導体スイッチを破壊せずに、４２Ｖ系用の特殊なリレーを用いることなく、１４Ｖ系用のリレーを４２Ｖ系の電源で利用することができる電源供給装置を提供することを課題とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、以下の構成とした。請求項１の発明は、第１の電源から第１の負荷に電力を供給するとともに、前記第１の電源の電圧を降圧して得られた第２の電源から第２の負荷に電力を供給する多電圧化の電源供給装置であって、前記第１の負荷に直列に接続され且つ前記第２の電源の電圧対応のリレーと、このリレーに直列に接続され且つ前記第１の電源に接続された半導体スイッチと、前記リレーを開成から閉成に移行するときには前記半導体スイッチの両端電圧を前記リレーが閉成状態にあるときの前記半導体スイッチの両端電圧から前記第１の電源の電圧と前記第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後に前記リレーをオンさせ、前記リレーを閉成から開成に移行するときには前記半導体スイッチの両端電圧を前記リレーが開成状態にあるときの前記半導体スイッチの両端電圧から前記第１の電源の電圧と前記第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後に前記リレーをオフさせる制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２０】
請求項１の発明によれば、制御手段は、リレーを開成から閉成に移行するときには半導体スイッチの両端電圧をリレーが閉成状態にあるときの半導体スイッチの両端電圧から第１の電源の電圧と第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後にリレーをオンさせ、リレーを閉成から開成に移行するときには半導体スイッチの両端電圧をリレーが開成状態にあるときの半導体スイッチの両端電圧から第１の電源の電圧と第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後にリレーをオフさせるので、リレーに印加される電圧が第１の電源の電圧よりも十分に低下されてリレーの開閉が行われる。このため、第１の負荷がモータなどの誘導性負荷であっても、この誘導性負荷に発生し得る逆起電圧が小さくなり、半導体スイッチが破壊されなくなる。また、リレーの開閉時にリレーに印加される電圧が低下されるので、第２の電源の電圧対応のリレーのアークの発生を低減することができるとともに、第１の電源の電圧対応の特殊なリレーを用いることなく、第２の電源の電圧対応のリレーを第１の電源で利用することができる。
【００２１】
請求項２の発明の前記制御手段は、請求項１記載の電源供給装置において、前記リレーを閉成から開成に移行するとき、及び前記リレーを開成から閉成に移行するときには前記半導体スイッチを能動領域で動作させることを特徴とする。
【００２２】
請求項２の発明によれば、請求項１記載の効果に加え、制御手段は、リレーを閉成から開成に移行するとき、及びリレーを開成から閉成に移行するときには半導体スイッチを能動領域で動作させるので、半導体スイッチの両端電圧が大きくなり、第１の電源の電圧が半導体スイッチで十分に低下されてリレーに印加される。このため、半導体スイッチが破壊されなくなる。また、リレーの開閉時にリレーに印加される電圧が低下されるので、第２の電源の電圧対応のリレーのアークの発生を低減することができるとともに、第１の電源の電圧対応の特殊なリレーを用いることなく、第２の電源の電圧対応のリレーを第１の電源で利用することができる。
【００２３】
請求項３の発明の前記制御手段は、請求項１または請求項２記載の電源供給装置において、前記リレーが閉成状態にあるとき、及び前記リレーが開成状態にあるときには前記半導体スイッチを飽和領域で動作させることを特徴とする。
【００２４】
請求項３の発明によれば、請求項１または請求項２記載の効果に加え、制御手段は、リレーが閉成状態にあるとき、及びリレーが開成状態にあるときには半導体スイッチを飽和領域で動作させるので、リレーが閉成状態にあるときには、第１の負荷にほぼ第１の電源の電圧が印加されるから、第１の負荷を第１の電源で駆動させることができる。
【００２５】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の電源供給装置において、前記第１の負荷が、モータであり、前記リレーは、第１の接点部の第１の共通端子が前記モータの一端に接続され第１の端子がアースされ第２の端子が前記半導体スイッチに接続される第１のリレーと、第２の接点部の第２の共通端子が前記モータの他端に接続され第３の端子が前記半導体スイッチに接続され第４の端子がアースされる第２のリレーとからなり、前記制御手段は、前記第１のリレーを開成から閉成に移行するときには前記半導体スイッチの両端電圧を前記第１のリレーが閉成状態にあるときの前記半導体スイッチの両端電圧から前記第１の電源の電圧と前記第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後に前記第１のリレーをオンさせ、前記第１のリレーを閉成から開成に移行するときには前記半導体スイッチの両端電圧を前記第１のリレーが開成状態にあるときの前記半導体スイッチの両端電圧から前記第１の電源の電圧と前記第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後に前記第１のリレーをオフさせることを特徴とする。
【００２６】
請求項４の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の効果に
加え、制御手段が、第１のリレーを開成から閉成に移行するときには半導体スイッチの両端電圧を第１のリレーが閉成状態にあるときの半導体スイッチの両端電圧から第１の電源の電圧と第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後に第１のリレーをオンさせ、第１のリレーを閉成から開成に移行するときには半導体スイッチの両端電圧を第１のリレーが開成状態にあるときの半導体スイッチの両端電圧から第１の電源の電圧と第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後に第１のリレーをオフさせるので、第１のリレーに印加される電圧が第１の電源の電圧よりも十分に低下されて第１のリレーの開閉が行われる。このため、第１の負荷がモータなどの誘導性負荷であっても、この誘導性負荷に発生し得る逆起電圧が小さくなり、半導体スイッチが破壊されなくなる。また、第１のリレーの開閉時に第１のリレーに印加される電圧が低下されるので、第２の電源の電圧対応の第１のリレーのアークの発生を低減することができるとともに、第１の電源の電圧対応の特殊なリレーを用いることなく、第２の電源の電圧対応の第１のリレーを第１の電源で利用することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電源供給装置の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。電源供給装置は、例えば自動車において適用した例について説明する。
【００２８】
図１は本発明の実施の形態の電源供給装置の回路構成図である。図２は実施の形態の電源供給装置に設けられた半導体スイッチ及びリレーのタイミングチャートである。図３は実施の形態の電源供給装置を車両に搭載したときの構成例を示す図である。
【００２９】
この実施の形態では、電源供給装置をパワーウィンド装置に適用した例を説明する。ここでは、モータ２５は、例えば、パワーウィンドモータであり、ウィンドガラスをアップ／ダウンさせるために、モータ２５を正回転／逆回転させるものとする。
【００３０】
図１に示す電源供給装置は、多電圧化された電源供給装置であって、交流電圧を発生するオールタネータ１１、このオールタネータ１１で発生した交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ１３、このＡＣ／ＤＣコンバータ１３で得られた直流電圧を充電する４２Ｖ系電源Ｂ１、この４２Ｖ系電源Ｂ１により動作するスイッチ回路１５、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３で得られた直流電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ１７、このＤＣ／ＤＣコンバータ１７で得られた直流電圧を充電する１４Ｖ系電源Ｂ２、この１４Ｖ系電源Ｂ２により動作する負荷１９を備えて構成される。
【００３１】
これによって、４２Ｖ系電源Ｂ１からスイッチ回路１５に電力が供給されるとともに、１４Ｖ系電源Ｂ２から１４Ｖ系用のランプ等の負荷１９に電力が供給されるようになっている。
【００３２】
次に、スイッチ回路１５の構成を説明する。半導体スイッチとしてのトランジスタＴＲ１のエミッタには４２Ｖ系電源Ｂ１が供給され、トランジスタＴＲ１のベースには抵抗Ｒ４を介して中央処理装置（ＣＰＵ）２７から第１の制御電圧信号Ｖｂ1／第２の制御電圧信号Ｖｂ2が入力されるようになっている。
【００３３】
トランジスタＴＲ１のコレクタは、１４Ｖ系電源Ｂ２の電圧対応の第１のリレー２１ａの第２の端子ｂ及び１４Ｖ系電源Ｂ２の電圧対応の第２のリレー２１ｂの第４の端子ｅに接続されている。
【００３４】
第１のリレー２１ａは、電磁コイル２２ａ、接点部２３ａ、この接点部２３ａの一端を固定した第１の共通端子ｃ、接点部２３ａの他端が接触可能な第１の端子ａ及び第２の端子ｂを有する。第２のリレー２１ｂは、電磁コイル２２ｂ、接点部２３ｂ、この接点部２３ｂの一端を固定した第２の共通端子ｆ、接点部２３ｂの他端が接触可能な第３の端子ｄ及び第４の端子ｅを有する。
【００３５】
負荷としてのモータ２５の一端は、第１のリレー２１ａの第１の共通端子ｃに接続され、モータ２５の他端は、第２のリレー２１ｂの第２の共通端子ｆに接続されている。第１のリレー２１ａの第１の端子ａ及び第２のリレー２１ｂの第３の端子ｄは、アースされている。
【００３６】
電磁コイル２２ａの一端は、抵抗Ｒ１を介して４２Ｖ系電源Ｂ１の＋側に接続され、電磁コイル２２ａの他端は、トランジスタＴＲ２のコレクタに接続されている。トランジスタＴＲ２のベースはＣＰＵ２７に接続されＣＰＵ２７から第２のオン／オフ信号を入力し、エミッタは、アースされている。電磁コイル２２ｂの一端は、抵抗Ｒ２を介して４２Ｖ系電源Ｂ１の＋側に接続され、電磁コイル２２ｂの他端は、トランジスタＴＲ３のコレクタに接続されている。トランジスタＴＲ３のベースはＣＰＵ２７に接続されＣＰＵ２７から第３のオン／オフ信号を入力し、エミッタは、アースされている。
【００３７】
抵抗Ｒ１の抵抗値は、電磁コイル２２ａの巻線抵抗値とほぼ等しく、また、抵抗Ｒ２の抵抗値は、電磁コイル２２ｂの巻線抵抗値にほぼ等しくなっている。このため、電磁コイル２２ａ及び電磁コイル２２ｂのそれぞれには４２Ｖの半分である２１Ｖ程度の電圧が印加されるようになっている。
【００３８】
また、ＣＰＵ２７は、第１のリレー２１ａを閉成するときにはトランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間の電圧を、第１のリレー２１ａが閉成状態にあるときのトランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間の電圧よりも大きくした後に第１のリレー２１ａをオンさせ、第１のリレー２１ａを開成するときにはトランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間の電圧を、第１のリレー２１ａが開成状態にあるときのトランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間の電圧よりも大きくした後に第１のリレー２１ａをオフさせるようになっている。
【００３９】
このため、ＣＰＵ２７は、第１のリレー２１ａを閉成から開成に移行するとき、及び第１のリレー２１ａを開成から閉成に移行するときには、第１の制御電圧信号Ｖｂ1をトランジスタＴＲ１のベースに印加して、トランジスタＴＲ１を能動領域で動作させ、第１のリレー２１ａが閉成状態にあるとき、及び第１のリレー２１ａが開成状態にあるときには、第１の制御電圧信号Ｖｂ1の値よりも大きい値を有する第２の制御電圧信号Ｖｂ2をトランジスタＴＲ１のベースに印加して、トランジスタＴＲ１を飽和領域で動作させるようになっている。
【００４０】
ここで、トランジスタＴＲ１を飽和領域で動作させるために、トランジスタＴＲ１での損失が最小となるように十分なベース電圧を印加し、トランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間の電圧を略零電圧とする。また、トランジスタＴＲ１を能動領域で動作させるために、例えば、トランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間の電圧が約２８Ｖとなるようにベース電圧を印加し、第１のリレー２１ａに約１４Ｖを印加させる。
【００４１】
次に、このように構成された実施の形態の電源供給装置の動作を図１に示す回路構成図及び図２に示す半導体スイッチ及びリレーのタイミングチャートを参照して説明する。なお、図２中において、半導体スイッチは、トランジスタＴＲ１に対応し、リレーは、第１のリレー２１ａに対応する。
【００４２】
まず、モータ２５が停止状態にある場合、すなわち、時刻ｔ1前では、第１のリレー２１ａをオフさせるとともに、ＣＰＵ２７から第２の制御電圧信号Ｖｂ2をトランジスタＴＲ１のベースに出力し、トランジスタＴＲ１を飽和領域で動作させる。このため、トランジスタＴＲ１のコレクターエミッタ間の電圧が略零電圧となり、４２Ｖ系電源Ｂ１の電圧がほぼ第１のリレー２１ａに印加されるが、第１のリレー２１ａがオフ状態であるので、特に問題はない。
【００４３】
次に、モータ２５を動作させる場合には、時刻ｔ1において、ＣＰＵ２７から第２の制御電圧信号Ｖｂ2よりも小さい第１の制御電圧信号Ｖｂ1をトランジスタＴＲ１に出力すると、トランジスタＴＲ１が能動領域で動作する。このため、トランジスタＴＲ１のコレクターエミッタ間の電圧が例えば、約２８Ｖ程度となる。すなわち、４２Ｖ系電源Ｂ１の電圧がトランジスタＴＲ１のコレクターエミッタ間の電圧降下分だけ低下し、トランジスタＴＲ１のコレクタ電圧が約１４Ｖ程度に制限される。
【００４４】
その後、時刻ｔ2において、ＣＰＵ２７からトランジスタＴＲ２のベースに入力された第２のオン信号により、トランジスタＴＲ２がオンする。このため、電磁コイル２２ａに励磁電流が流れて、接点部２３ａが付勢されて第２の端子ｂに接触することで、第１のリレー２１ａがオンする。
【００４５】
従って、この制限された電圧（例えば、１４Ｖ）が第１のリレー２１ａに印加されるので、第１のリレー２１ａのオン時のアークの発生を低減することができる。
【００４６】
その後、時刻ｔ3において、ＣＰＵ２７から第２の制御電圧信号Ｖｂ2をベースに出力し、トランジスタＴＲ１を飽和領域で動作させる。このため、４２Ｖ系電源Ｂ１からトランジスタＴＲ１、第１のリレー２１ａ、モータ２５、第２のリレー２１ｂ、アースと電流が流れて、モータ２５が例えば正転する。この場合には、モータ２５には約４２Ｖが供給され、モータ２５を４２Ｖ系で動作させることができる。
【００４７】
次に、モータ２５を停止させる場合には、時刻ｔ4において、ＣＰＵ２７から第１の制御電圧信号Ｖｂ1をトランジスタＴＲ１に出力すると、トランジスタＴＲ１が能動領域で動作する。このため、トランジスタＴＲ１のコレクターエミッタ間の電圧が例えば、約２８Ｖ程度となる。すなわち、４２Ｖ系電源Ｂ１の電圧がトランジスタＴＲ１のコレクターエミッタ間の電圧降下分だけ低下し、トランジスタＴＲ１のコレクタ電圧が約１４Ｖ程度に制限される。
【００４８】
このため、モータ２５には約１４Ｖ程度の電圧が印加されるから、このモータ２５である誘導性負荷に発生し得る逆起電圧が小さくなり、半導体スイッチであるトランジスタＴＲ１が破壊されなくなる。
【００４９】
その後、時刻ｔ5において、ＣＰＵ２７からトランジスタＴＲ２のベースに入力された第２のオフ信号により、トランジスタＴＲ２がオフし、電磁コイル２２ａへの励磁電流が停止されて、接点部２３ａが第１の端子ａに復帰する。この場合、第１のリレー２１ａには制限された電圧（例えば１４Ｖ）が印加されているので、第１のリレー２１ａのオフ時のアークの発生を低減することができる。
【００５０】
その後、時刻ｔ6において、ＣＰＵ２７から第２の制御電圧信号Ｖｂ2をトランジスタＴＲ１のベースに出力し、トランジスタＴＲ１を飽和領域で動作させる。また、このとき、第１のリレー２１ａは、オフしているので、モータ２５への電流供給が遮断されて、モータ２５の回転が停止する。
【００５１】
このように、実施の形態の電源供給装置によれば、負荷がモータなどの誘導性負荷であっても、この誘導性負荷に発生し得る逆起電圧が小さくなり、半導体スイッチであるトランジスタＴＲ１が破壊されなくなる。また、リレーの開閉時にリレーに印加される電圧が低下されるので、１４Ｖ系電源Ｂ２の電圧対応の第１のリレー２１ａのアークの発生を低減することができるとともに、４２Ｖ系電源Ｂ１の電圧対応の特殊なリレーを用いることなく、１４Ｖ系電源Ｂ２の電圧対応の第１のリレー２１ａを４２Ｖ系電源Ｂ１で利用することができる。
【００５２】
前述した説明では、モータ２５を正転させる場合であり、第１のリレー２１ａをオンオフさせ、第２のリレー２１ｂ（アース側）をオフ状態のままとした。例えば、モータ２５を逆転させる場合には、第２のリレー２１ｂをオンオフさせ、第１のリレー２１ａ（アース側）をオフ状態のままとするように、ＣＰＵ２７が制御するようにすればよい。
【００５３】
モータ２５の逆転の動作を以下に説明すると、まず、モータ２５が停止状態にある場合、すなわち、時刻ｔ1前では、第２のリレー２１ｂをオフさせるとともに、ＣＰＵ２７から第２の制御電圧信号Ｖｂ2をトランジスタＴＲ１のベースに出力し、トランジスタＴＲ１を飽和領域で動作させる。
【００５４】
次に、モータ２５を動作させる場合には、時刻ｔ1において、ＣＰＵ２７から第１の制御電圧信号Ｖｂ1をトランジスタＴＲ１に出力すると、トランジスタＴＲ１が能動領域で動作する。
【００５５】
その後、時刻ｔ2において、ＣＰＵ２７からトランジスタＴＲ３のベースに入力された第３のオン信号により、トランジスタＴＲ３がオンする。このため、電磁コイル２２ｂに励磁電流が流れて、接点部２３ｂが付勢されて第４の端子ｅに接触することで、第２のリレー２１ｂがオンする。従って、制限された電圧（例えば、１４Ｖ）が第２のリレー２１ｂに印加されるので、第２のリレー２１ｂのオン時のアークの発生を低減することができる。
【００５６】
その後、時刻ｔ3において、ＣＰＵ２７から第２の制御電圧信号Ｖｂ2をベースに出力し、トランジスタＴＲ１を飽和領域で動作させる。このため、４２Ｖ系電源Ｂ１からトランジスタＴＲ１、第２のリレー２１ｂ、モータ２５、第１のリレー２１ａ、アースと電流が流れて、モータ２５が逆転する。この場合には、モータ２５には約４２Ｖが供給され、モータ２５を４２Ｖ系で動作させることができる。
【００５７】
次に、モータ２５を停止させる場合には、時刻ｔ4において、ＣＰＵ２７から第１の制御電圧信号Ｖｂ1をトランジスタＴＲ１に出力すると、トランジスタＴＲ１が能動領域で動作する。このため、モータ２５には約１４Ｖ程度の電圧が印加されるから、このモータ２５である誘導性負荷に発生し得る逆起電圧が小さくなり、半導体スイッチであるトランジスタＴＲ１が破壊されなくなる。
【００５８】
その後、時刻ｔ5において、ＣＰＵ２７からトランジスタＴＲ３のベースに入力された第３のオフ信号により、トランジスタＴＲ３がオフし、電磁コイル２２ｂへの励磁電流が停止されて、接点部２３ｂが第３の端子ｄに復帰する。この場合、第２のリレー２１ｂには制限された電圧（例えば１４Ｖ）が印加されているので、第２のリレー２１ｂのオフ時のアークの発生を低減することができる。
【００５９】
その後、時刻ｔ6において、ＣＰＵ２７から第２の制御電圧信号Ｖｂ2をベースに出力し、トランジスタＴＲ１を飽和領域で動作させる。また、このとき、第２のリレー２１ｂは、オフしているので、モータ２５への電流供給が遮断されて、モータ２５の回転が停止する。
【００６０】
このように、１４Ｖ系電源Ｂ２の電圧対応の第２のリレー２１ｂを４２Ｖ系電源Ｂ１で利用することができ、また、モータ２５を逆転させた場合にも、モータ２５を正転させたときの効果と同様な効果が得られる。
【００６１】
次に、図３を参照して電源供給装置が車両に搭載された場合の実装例を説明する。図３において、車両１の前部２には、図示しないエンジンの駆動力により交流電圧を発生するオールタネータ１１、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３、４２Ｖ系電源Ｂ１、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７、及び１４Ｖ系電源Ｂ２が配置される。また、車両１の後部３には、電線１８を介して１４Ｖ系電源Ｂ２が供給されるテールランプ１９ａが配置される。
【００６２】
このように、車両１に実施の形態の電源供給装置を搭載することで、半導体スイッチであるトランジスタＴＲ１を破壊させず、４２Ｖ系用の特殊なリレーを用いることなく、１４Ｖ系用のリレーを４２Ｖ系の電源で利用することができ、しかもワイヤーハーネスを小径化及び軽量化することができる。これによって、安価で極めて簡単で且つ超小型な電源供給装置を提供することができる。
【００６３】
また、前述した実施の形態の電源供給装置では、電源供給装置をパワーウィンドウ装置に適用したが、この電源供給装置は、パワーウィンド装置以外に、ワイパ装置にも適用可能である。
【００６４】
なお、本発明は、前述した実施の形態の電源供給装置に限定されるものではない。前述した実施の形態の電源供給装置では、半導体スイッチとしてのトランジスタＴＲ１を第１のリレー２１ａ及び第２のリレー２１ｂの上流に配置したが、例えば、トランジスタＴＲ１を第１のリレー２１ａ及び第２のリレー２１ｂの下流に配置するようにしても良い。
【００６５】
また、前述した実施の形態の電源供給装置では、半導体スイッチとしてバイポーラトランジスタを例示したが、このバイポーラトランジスタに代えて、例えば、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を用いても良い。
【００６６】
また、実施の形態では、４２Ｖ系電源と１４Ｖ系電源とを例示したが、これらの電源電圧に限定されることなく、その他の電源電圧であっても良い。このほか、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能であるのは勿論である。
【００６７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、制御手段は、リレーを開成から閉成に移行するときには半導体スイッチの両端電圧をリレーが閉成状態にあるときの半導体スイッチの両端電圧から第１の電源の電圧と第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後にリレーをオンさせ、リレーを閉成から開成に移行するときには半導体スイッチの両端電圧をリレーが開成状態にあるときの半導体スイッチの両端電圧から第１の電源の電圧と第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後にリレーをオフさせるので、リレーに印加される電圧が第１の電源の電圧よりも十分に低下されてリレーの開閉が行われる。このため、第１の負荷がモータなどの誘導性負荷であっても、この誘導性負荷に発生し得る逆起電圧が小さくなり、半導体スイッチが破壊されなくなる。また、リレーの開閉時にリレーに印加される電圧が低下されるので、第２の電源の電圧対応のリレーのアークの発生を低減することができるとともに、第１の電源の電圧対応の特殊なリレーを用いることなく、第２の電源の電圧対応のリレーを第１の電源で利用することができる。
【００６８】
請求項２の発明によれば、請求項１記載の効果に加え、制御手段は、リレーを閉成から開成に移行するとき、及びリレーを開成から閉成に移行するときには半導体スイッチを能動領域で動作させるので、半導体スイッチの両端電圧が大きくなり、第１の電源の電圧が半導体スイッチで十分に低下されてリレーに印加される。このため、半導体スイッチが破壊されなくなる。また、リレーの開閉時にリレーに印加される電圧が低下されるので、第２の電源の電圧対応のリレーのアークの発生を低減することができるとともに、第１の電源の電圧対応の特殊なリレーを用いることなく、第２の電源の電圧対応のリレーを第１の電源で利用することができる。
【００６９】
請求項３の発明によれば、請求項１または請求項２記載の効果に加え、制御手段は、リレーが閉成状態にあるとき、及びリレーが開成状態にあるときには半導体スイッチを飽和領域で動作させるので、リレーが閉成状態にあるときには、第１の負荷にほぼ第１の電源の電圧が印加されるから、第１の負荷を第１の電源で駆動させることができる。
【００７０】
請求項４の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の効果に
加え、制御手段が、第１のリレーを開成から閉成に移行するときには半導体スイッチの両端電圧を第１のリレーが閉成状態にあるときの半導体スイッチの両端電圧から第１の電源の電圧と第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後に第１のリレーをオンさせ、第１のリレーを閉成から開成に移行するときには半導体スイッチの両端電圧を第１のリレーが開成状態にあるときの半導体スイッチの両端電圧から第１の電源の電圧と第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後に第１のリレーをオフさせるので、第１のリレーに印加される電圧が第１の電源の電圧よりも十分に低下されて第１のリレーの開閉が行われる。このため、第１の負荷がモータなどの誘導性負荷であっても、この誘導性負荷に発生し得る逆起電圧が小さくなり、半導体スイッチが破壊されなくなる。また、第１のリレーの開閉時に第１のリレーに印加される電圧が低下されるので、第２の電源の電圧対応の第１のリレーのアークの発生を低減することができるとともに、第１の電源の電圧対応の特殊なリレーを用いることなく、第２の電源の電圧対応の第１のリレーを第１の電源で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の電源供給装置の回路構成図である。
【図２】実施の形態の電源供給装置に設けられた半導体スイッチ及びリレーのタイミングチャートである。
【図３】実施の形態の電源供給装置を車両に搭載したときの構成例を示す図である。
【図４】従来の多電圧化の電源供給装置の回路構成図である。
【図５】従来の半導体スイッチとリレーとを含む多電圧化の電源供給装置の回路構成図である。
【図６】従来の半導体スイッチとリレーのオンオフ制御回路の回路構成図である。
【図７】従来のスイッチ装置の回路構成図である。
【符号の説明】
１ 車両
１１ オールタネータ
１３ ＡＣ／ＤＣコンバータ
１５ スイッチ回路
１７ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１９ 負荷
２１ａ 第１のリレー
２１ｂ 第２のリレー
２２ａ，２２ｂ 電磁コイル
２３ａ，２３ｂ 接点部
２５ モータ
２７ ＣＰＵ（中央処理装置）
Ｒ１〜Ｒ４ 抵抗
ＴＲ１〜ＴＲ３ トランジスタ
Ｂ１ ４２Ｖ系電源
Ｂ２ １４Ｖ系電源
Claims (4)
- 第１の電源から第１の負荷に電力を供給するとともに、前記第１の電源の電圧を降圧して得られた第２の電源から第２の負荷に電力を供給する多電圧化の電源供給装置であって、
前記第１の負荷に直列に接続され且つ前記第２の電源の電圧対応のリレーと、
このリレーに直列に接続され且つ前記第１の電源に接続された半導体スイッチと、
前記リレーを開成から閉成に移行するときには前記半導体スイッチの両端電圧を前記リレーが閉成状態にあるときの前記半導体スイッチの両端電圧から前記第１の電源の電圧と前記第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後に前記リレーをオンさせ、前記リレーを閉成から開成に移行するときには前記半導体スイッチの両端電圧を前記リレーが開成状態にあるときの前記半導体スイッチの両端電圧から前記第１の電源の電圧と前記第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後に前記リレーをオフさせる制御手段と、
を備えることを特徴とする電源供給装置。 - 前記制御手段は、前記リレーを閉成から開成に移行するとき、及び前記リレーを開成から閉成に移行するときには前記半導体スイッチを能動領域で動作させることを特徴とする請求項１記載の電源供給装置。
- 前記制御手段は、前記リレーが閉成状態にあるとき、及び前記リレーが開成状態にあるときには前記半導体スイッチを飽和領域で動作させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電源供給装置。
- 前記第１の負荷は、モータであり、前記リレーは、第１の接点部の第１の共通端子が前記モータの一端に接続され第１の端子がアースされ第２の端子が前記半導体スイッチに接続される第１のリレーと、第２の接点部の第２の共通端子が前記モータの他端に接続され第３の端子が前記半導体スイッチに接続され第４の端子がアースされる第２のリレーとからなり、
前記制御手段は、前記第１のリレーを開成から閉成に移行するときには前記半導体スイッチの両端電圧を前記第１のリレーが閉成状態にあるときの前記半導体スイッチの両端電圧から前記第１の電源の電圧と前記第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後に前記第１のリレーをオンさせ、前記第１のリレーを閉成から開成に移行するときには前記半導体スイッチの両端電圧を前記第１のリレーが開成状態にあるときの前記半導体スイッチの両端電圧から前記第１の電源の電圧と前記第２の電源の電圧との差電圧まで大きくした後に前記第１のリレーをオフさせることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の電源供給装置。
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