JPH01185197A

JPH01185197A - 車両用電源装置

Info

Publication number: JPH01185197A
Application number: JP63006953A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Masuno; 敬一増野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-01-18
Filing date: 1988-01-18
Publication date: 1989-07-24
Anticipated expiration: 2012-01-16
Also published as: DE68914294T2; US5021727A; JP2572408B2; EP0325205A3; KR970004503B1; DE68914294D1; EP0325205B1; EP0325205A2; KR890012437A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は車両用電源装置に係り、特に乗用車等おいて、
車体配線を軽量化するために、発電機の出力電圧を高電
圧化したものに好適な電源装置に関する。

〔従来の技術〕

乗用車等の車両においては、居住性、操作性の向上のた
め電気負荷が多くなる傾向にあり、電気配線の複雑化が
問題となりつつある。このため、電源電圧を高電圧化し
て配線に要する重量を軽くする考え方が、デザイン・ニ
ュース誌１９８６年１０月６日号第１４０頁から第１４
２頁（Ｄｅｓｉ′ｇｎＮｅｗｓ／１０−６−８６．　Ｐ
、　１４０−１４２）において論じられている。この考
え方によると、電動アクチュエータ等の電気負荷へは２
４Ｖ、４８Ｖの高電圧を供給し、一方、フィラメントの
耐振性の面から高電圧化が不可能な電球（バルブ）類に
１２Ｖを供給することが提案されている。

しかし１本論文の中では、高電圧系統から低電圧系統へ
の電圧の変換方法に関しては論じられていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

車両用電源系統の高電圧化においで、最大の問題点とな
るのは、いかにして低価格で、電圧を異にする２系統の
電源を供給できるかにある。従来。

電圧を変換する装置としてはＤＣ−ＤＣコンバータ、ス
イッチング・レギュレータ等の機器があるが、いずれも
高価な部材であった。

本発明の目的は、低価格で２系統の電源電圧を発生せし
め得る車両用電源装置を供給することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、高電圧系統と低電圧系統との間に導通また
は遮断するスイッチング素子を設け、該スイッチング手
段にあらかじめ設定された通流率でオン・オフさせる矩
形波信号を発生する通流率制御回路を設けて、前記の低
電圧系統に高電圧系統よりも低い平均電圧を印加するこ
とにより達成される。ここで、これらの回路は、出力電
圧をフィード・バック制御しないので、デジタル回路の
みで構成することができる。このため、容易に１チツプ
のモノリシックＩＣ上に作り込むことができる。

〔作用〕

前記通流率制御回路は、一定の周波数で前記スイッチン
グ素子をオン／オフさせるが、その通流率（デユーティ
−・サイクル）を１／Ｎとすると（Ｎ：整数）、該スイ
ッチング素子の出力電圧の平均値も高電圧系の１／Ｎと
なる。

ここで高電圧系の電圧は、発電機の電圧調整器により調
整されている。従ってスイッチング素子の出力電圧の平
均値も一定値に制御される。よって、低電圧系統の電圧
制御を行なう必要が無く、コンパレータ、フィルタ等の
アナログ回路が不要のためデジタル回路だけで回路を構
成することが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。本第
１図は、車両において、モータ等のアクチュエータを４
８Ｖとし、ヘッド・ライト等の電球類を１２Ｖとした時
の車両の回路図を表わす。

１は４８Ｖの定格電圧を有する直流出力の発電機であり
、電圧調整器を図示せず内蔵する。２は４８Ｖのバッテ
リであり、２４個のセルを有する鉛蓄電池で実現できる
。３は４８Ｖ系の負荷であり、スイッチ３１を介して電
力が供給される。４は電圧変換器であって、１チツプの
半導体で構成され、４８Ｖを１２Ｖに変換する。５，６
は１２Ｖ系の負荷であり、スイッチ５１．６１を介して
、電圧変換器４の出力から電力が供給される。

第２図は第１図中の電圧変換器４の内部回路を表す。第
２図中４１はＮチャンネルのパワーＭＯ３であり、Ｂ端
子とＬ端子との間を導通または遮断するスイッチング素
子である。４２はチャージ・ポンプ回路であり、ＮＯＴ
ゲート４２１，４２２゜４２３、ダイオード４２５，４
２６，４２８．コンデンサ４２４，４２７から構成され
、パワーＭＯ３４１のゲートに電荷を与える。４３は矩
形波発振回路であり、ＮＯＴゲート４３１，４３２、抵
抗４３３．コンデンサ４３４から成る。

４４は通流率制御回路であり、１／８分周器４４１．１
／２分周期４４２、ＡＮＤゲート４４３から成る。また
４５はＮチャンネルＭＯＳトランジスタであり、パワー
ＭＯ８４１のゲート電荷を放電させる。

以上の構成による回路の動作を説明する。車両のエンジ
ン（図示せず）が回転すると第１図中の発電機１は４８
Ｖの出力を発生し、バッテリ２を充電したり負荷３に電
力を供給したりする。

第２図の電圧変換器４のうち、４３２はよく知られたＣ
Ｒ発振回路であり、抵抗４３３．コンデンサ４３４によ
り定まる周期で発振を行う。第３図（ａ）はその出力電
圧波形を表す。チャージ・ポンプ回路４２は発振回路４
３の出力に接続されており、ＮＯＴゲート４２１と４２
３の出力が互いに逆位相となり、次の動作により電圧を
昇圧する。

今、板にＮＯＴゲート４２３の出力をｒＯＪとし、ＮＯ
Ｔゲート４２１の出力を「１」とし、その電圧をＶｃｃ
（Ｖ）とすると、ダイオード４２５を通じてコンデンサ
４２４が充電され、一定時間の後、コンデンサ４２４の
両端電圧はほぼＶｃｃ（Ｖ）となる。次に位相が反転し
て、ＮＯＴゲート４２３の出力が「１」になり、ＮＯＴ
ゲート４２１の出力がｒＯＪになると、ダイオード４２
６のアノード電圧はＶｃｃ＋　Ｖｃｃ＝　２　Ｖｃｃ　
（Ｖ　）となり、ダイオード４２６を通過して、電荷が
コンデンサ４２７へ移動する。同様にして、再度位相が
反転すると、高電圧がダイオード４２８を通じてパワー
ＭＯ５４１のゲートに印加される。パワーＭＯＳ４１の
ゲート電圧はＭＯＳトランジスタ４５が遮断している時
には高電圧となるが、該ＭＯＳトランジスタ４５が導通
している時には、接地電位に落ちる。

次に、通流率制御回路４４の動作について第３図を併せ
て参照しつつ説明する。第２図中の１／８分周器４４１
は、発振回路４３の出力信号（第３図（ａ））を１／８
に分周し、第３図（ｂ）の波形を出力する。そして、さ
らに１／２分周器４４２に入力され、波形（Ｑ）を生成
する。ＡＮＤゲート４４３により波形（ｂ）、（ｃ）の
論理積が演算され、波形（ｄ）の出力信号を得る。出力
（ｄ）が「０」レベルの時は、ＭＯＳトランジスタ４５
が遮断し、パワーＭＯ３４１のゲートにはチャージ・ポ
ンプ回路４２を通じて高電圧が印加される。すると、パ
ワーＭＯ８４１が導通する。

逆に出力（ｄ）が「１」レベルの時は、ＭＯＳトランジ
スタ４５が導通し、パワーＭＯ８４１は遮断する。従っ
て、電圧変換器４の出力電圧は第３図（ｅ）の様になる
。ここで、パワーＭＯ８４１の通流率（第３図（ｅ）で
は、ｔｚ／　（ｔｘ＋ｔｚ））は１／４であり、波形（
ｅ）の波形の平均値は４８／４＝１２　（Ｖ）となる。

よって、ランプ等の負荷５に印加される平均電圧は１２
Ｖとなる。

上記実施例では、電圧変換器４がパワーＭＯ８４１とデ
ジタル回路とで構成され、また、調整が不要であること
から、（発振器４３の発振周波数は、高精度である必要
がない。）パワーＭＯ８に小信号部を搭載したパワーＩ
Ｃの技術により、１チツプＩＣ化が可能である。このこ
とにより、接続の合理化が図れ、製造コストを低く抑え
ることができるので経済上の効果がある。

本実施例では、４８■と１２Ｖとの２系統の場合につい
て述べたが、３６Ｖと１２Ｖ、２４Ｖと１２Ｖの場合に
ついても１通流率制御回路４４により発生する通流率が
１／３．１／２となるように回路を構成すればよい。

本発明の他の実施例を第４図により説明する。

第１図の実施例では、ランプ等の負荷に対してのみ１２
Ｖ出力を供給するため、第３図（ｅ）のような矩形電圧
で足りた。しかし、例えば、点火コイルの定格電圧を１
２Ｖから４８Ｖにする場合にコイルの線径を極端に細く
する必要が有り、そのような絶縁電線が現存しない場合
等、ランプ類以外の一部の機器を１２Ｖ系から電力供給
する必要がある。この様な場合に、供給電圧が矩形電圧
では機器の誤動作を招く虞れが有り、出力電圧を平滑す
る必要が有る。第４図中、第１図と同一符号を付したも
のは、第１図と同一の部品である。第４図中４ａ１は磁
心を有するコイルであり、４ａ２はコンデンサであり、
電圧変換器４の出力を平滑する。７は点火装置であり、
８は点火プラグである。

本実施例では、コイル４ａ１とコンデンサ４ａｚの働き
により、点火装置７へ供給される電圧が平滑化されるの
で、機器の誤動作はない。コンデンサ４ａｚの容量を十
分大きくすることや、発振回路４３の発振周波数を十分
高くすることにより、出力電圧のリップルを小さくする
ことができる。

上記実施例によれば、出力電圧のリップルを小さくする
ことができるので、ランプ類だけでなく、いろいろな負
荷に対して使用することができるという長所がある。

以上に述べた２つの実施例における問題点を第５図によ
り説明する。第５図は第１図の回路による電圧、電流波
形を表わす。第５図（ｆ）は第１図電圧変換器４の出力
端子りを流れる電流波形である。期間ｔ１で電流が流れ
ず、期間ｔ２でのみ電流が流れる。このためバッテリ電
圧波形は第６図（ｇ）の如く、期間ｔ２でのみ電圧が低
下した様な波形となり、電圧リップルが大きくなるとい
う問題がある。この問題は第４図の回路において、平滑
回路を用いることにより多少緩和されるが、根本的な対
策とはならない。

リップル電圧を低減できる回路の実施例を第６図に示す
。第６図は車両の回路図であり、第１図と同一符号を付
したものは同一構成部分を表わす。

４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄはパワースイッチであ
り、負荷５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、６ａ。

６ｂ、６ｃ、６ｄへの給電を行う。４００はコントロー
ラである。第７図は車両の平面図を表す。

バッテリ２から給電される電気系統を右前５００ａ。

左前５００ｂ、右後５００ｃ、左後５００　ｄ　ニ分割
する。右前５００ａはパワー、スイッチ４０ａ、負荷５
ａ、６ａから成り、左前５００ｂはパワー・スイッチ４
０ｂ、負荷５ｂ、６ｂ右後５００ｃはパワー・スイッチ
４０ｃ、負荷５ｃ。

５ｂ、左後５００ｄはパワー・スイッチ４０ｄ、負荷５
ｄ、６ｄを含む。Ｃ○はｃａ、ｃｂ、ｃｃ。

ｃｄの信号線を表す。

第８図はパワー・スイッチ４０ａ、４０ｂ。

４０ｃ、４０ｄの内部回路を表す。パワー・スイッチ４
０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは電圧変換器４の通流率
制御回路４４を除き、ＮＯＴゲート４６を設けたもので
ある。第９図はコントローラ４００の内部回路図を表わ
す。第９図中、４３ａは発振回路であり、ＮＯＴゲート
４３１ａ。

４３２ａ、抵抗器４３３ａ、コンデンサ４３４ａから成
り、矩形波を出力する。４４１ａはＴ形フリップ・フロ
ップであり、９０１，９０２，９０３゜９０４はデコー
ダ回路である。以上の構成による動作の説明を第１０図
を併せ参照して行う。第１０図（ｈ）は発振回路４３ａ
の出力電圧波形であり、（ｉ）はＴ形フリップ・フロッ
プ４４１ａの出力端子波形である。（ｈ）と（ｉ）との
２進信号をデコーダ回路９０１，９０２，９０３゜９０
４により分解し、（ｊ）、（ｈ）、（Ｑ）、　　　’（
ｍ）の波形を得る。パワー・スイッチ４０ａ。

４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの端子ｒｃＪの入力が「１」で
ある時には、ＮＯＴゲート４６の出力が「０」となり、
ＭＯＳトランジスタ４５が遮断、パワーＭＯＳ４１が導
通となる。よって、パワー・スイッチ４０ｄ、４０ｃ、
４０ｂ、４０ａの順で繰り返し導通し、負荷に順次給電
する。ここで、４分割した負荷電流を均等に配分すれば
、常時、発電機１から同じ電流が引き出され、電源リッ
プルが低減し、理想的には第１０図（ｎ）の様に純粋な
直流電圧波形が得られる。

以上に述べた様に本実施例によれば、電源リップルを低
く抑えることができ、安定した電源を供給できる効果が
ある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、低価格で、電圧を異にする２系統の電
源電圧を発生することが可能となり、車両の車体配線の
軽量化が容易に行えるという経済上の実用的効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の車両用電気系統の回路図、
第２図は第１図の電圧変換器４の内部回路図、第３図は
第２図に示した通流率制御回路４４の動作波形図表、第
４図は本発明の第２の実施例の車両用電気系統の回路図
、第５図は第１図の回路におけ電流、電圧波形を示す図
表、第６図は本発明の第３の実施例の車両用電気系統の
回路図、第７図は車両の平面図、第８図は第６図に示し
たパワー・スイッチ４０ａ、４０ｂ、４Ｑｃ。４０ｄの回路図、第９図は第６図に示したコントローラ
４００の回路図、第１０図は第６図に示した回路におけ
る波形の図表である。１・・・発電機、３・・・バッテリ、３，５・・・負荷
、４・・・電圧変換器、４１・・・パワーＭＯ３，４３
・・・発振回路、４４・・・通流率制御回路、４０ａ・
・・パワー・スイッチ、４００・・・コントローラ。

Claims

【特許請求の範囲】１、互いに定格電圧を異にする２群の電気負荷群を設け
た車両用の電装系統において、前記２群中の高電圧側の定格電圧を出力するような電圧
調整器を備えた発電機を設け、上記発電機の出力端子を高電圧側電気負荷群に接続する
とともに、該発電機の出力端子と低電圧側電気負荷群との間にスイ
ッチング素子を介装接続し、かつ、一定のデューティ比
を有する矩形波を発生して、前記スイッチング素子を一
定の通流率で導通させる通流率制御回路を設けたことを
特徴とする、車両用電源装置。２、前記通流率制御回路は、発振回路と、上記発振回路の出力周波数を分周する分周回路群と、上記分周回路群の出力周波数の組合せ論理により一定の
デューティ比を発生する論理回路と、より成るものであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の車両
用電源回路。３、前記スイッチング素子と通流率制御回路とは同一チ
ップの半導体上に形成されたものであることを特徴とす
る特許請求の範囲第２項に記載の車両用電源装置。４、前記低電圧側の電気負荷群は、これを更に複数の電
気負荷群に分割して配線し、かつ、前記一定のデューテ
ィ比の矩形波を上記複数の電気負荷群に順次に印加する
分配回路を設けたものであることを特徴とする特許請求
の範囲第１項乃至第３項の内の何れか一つに記載の車両
用電源装置。