JPH0965652A

JPH0965652A - Ｄｃ−ｄｃコンバータ

Info

Publication number: JPH0965652A
Application number: JP21498395A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Kato; 恵一加藤; Mikio Kumano; 幹夫熊野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-08-23
Filing date: 1995-08-23
Publication date: 1997-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】トランスの性能を十分に引き出し、昇圧性能を
向上させる。【解決手段】トランス３３の一次コイル３３ａにバッテ
リ端子３２とトランジスタ３４とが直列に接続されると
ともに、二次コイル３３ｂにコンデンサ３６が接続され
ている。マイコン４はトランジスタ３４にチャージ信号
を出力してトランジスタ３４をターン・オンする。電流
検出回路４０はトランジスタ３４のターン・オンに伴い
一次コイル３３ａに流れる一次電流を検出し、コンパレ
ータ４２，オアゲート４３、フリップフロップ４４、ア
ンドゲート４５により一次電流が設定値になるとトラン
ジスタ３４をターン・オフさせる。マイコン４は、バッ
テリ電圧を検出し、その電圧が低いとトランジスタ３４
のチャージ周波数を低くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、トランスを用い
て昇圧を行うＤＣ−ＤＣコンバータに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】昇圧のためのＤＣ−ＤＣコンバータとし
てトランスを用いる方法がある。これは、トランスの一
次電流をスイッチングすることで、二次側に発生する電
流をコンデンサに充電するものである。この方式として
は、例えば、特開平３−３６９５８号公報に開示された
方式がある。これは、電源電圧の変動によらず安定した
昇圧特性を得るために通常は一定値であるトランスの一
次電流の最大値を、電源電圧低下時には、電源電圧が高
い時のトランスの一次電流の最大値と比較して減らすも
のである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの方法
でも、例えば、一次側電流の供給電源（バッテリ）の電
圧低下により、その昇圧時間（所定電圧までコンデンサ
を充電、昇圧するのに必要な時間）が著しく増加してし
まうという問題があった。

【０００４】そこで、この発明の目的は、トランスの性
能を十分に引き出し、昇圧性能を向上させることができ
るＤＣ−ＤＣコンバータを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、一次コイルに直流電源とスイッチング素子とが直列
に接続されるとともに、二次コイルにコンデンサが接続
されたトランスと、前記スイッチング素子に駆動信号を
出力して当該スイッチング素子をターン・オンするスイ
ッチング素子駆動手段と、前記スイッチング素子のター
ン・オンに伴い前記一次コイルに流れる一次電流を検出
する一次電流検出手段と、前記一次電流検出手段による
前記一次電流が設定値になると、前記スイッチング素子
をターン・オフさせる駆動停止手段と、前記直流電源の
電圧を検出する電源電圧検出手段と、前記電源電圧検出
手段による前記直流電源の電圧に基づき前記スイッチン
グ素子駆動手段における前記スイッチング素子の駆動周
波数を変更する周波数変更手段とを備えたＤＣ−ＤＣコ
ンバータをその要旨とする。

【０００６】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明における前記周波数変更手段を、直流電源の電圧
が低い時はこの電圧が高い時と比較してスイッチング素
子の駆動周波数を低くするものとしたＤＣ−ＤＣコンバ
ータをその要旨とする。

【０００７】請求項３に記載の発明は、一次コイルに直
流電源とスイッチング素子とが直列に接続されるととも
に、二次コイルにコンデンサが接続されたトランスと、
前記スイッチング素子に駆動信号を出力して当該スイッ
チング素子をターン・オンするスイッチング素子駆動手
段と、前記スイッチング素子のターン・オンに伴い前記
一次コイルに流れる一次電流を検出する一次電流検出手
段と、前記一次電流検出手段による前記一次電流が設定
値になると、前記スイッチング素子をターン・オフさせ
る駆動停止手段と、前記コンデンサの電圧を検出するコ
ンデンサ電圧検出手段と、前記コンデンサ電圧検出手段
による前記コンデンサの電圧に基づき前記スイッチング
素子駆動手段における前記スイッチング素子の駆動周波
数を変更する周波数変更手段とを備えたＤＣ−ＤＣコン
バータをその要旨とする。

【０００８】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の発明における前記周波数変更手段を、コンデンサの電
圧が低い時はこの電圧が高い時と比較してスイッチング
素子の駆動周波数を高くするものとしたＤＣ−ＤＣコン
バータをその要旨とする。（作用）請求項１に記載の発明によれば、トランスにお
いては一次コイルに直流電源とスイッチング素子とが直
列に接続され、又、二次コイルにコンデンサが接続され
ており、スイッチング素子駆動手段からスイッチング素
子に駆動信号が出力され、この駆動信号によりスイッチ
ング素子がターン・オンする。このスイッチング素子の
オン動作に伴い一次コイルに一次電流が流れる。この一
次電流が一次電流検出手段により検出される。駆動停止
手段は一次電流検出手段による一次電流が設定値になる
と、スイッチング素子をターン・オフさせる。このスイ
ッチング素子のオフ動作、即ち、一次電流の遮断により
二次コイルに二次電流が流れ、コンデンサに蓄えられ
る。このような動作の繰り返しにより昇圧される。

【０００９】一方、電源電圧検出手段は直流電源の電圧
を検出し、周波数変更手段は、この直流電源の電圧に基
づきスイッチング素子駆動手段におけるスイッチング素
子の駆動周波数を変更する。

【００１０】ここで、単位時間当たりにコンデンサに充
電されるエネルギ量Ｅについて考えてみると、一次電流
の設定値をＩ_1maxとし、駆動周波数をｆとし、トランス
の一次側インダクタンスをＬ₁としたとき、

【００１１】

【数１】となる。ここで、駆動信号の周期ｔ（＝１／ｆ）は、一
次電流Ｉ₁が設定値Ｉ_1maxに到達する時間ｔ１と、その
後、二次電流が流れコンデンサにエネルギが移動する期
間ｔ２の和の時間が必要である。ｔ１については、トラ
ンスのコイル抵抗を無視して考えると、

【００１２】

【数２】となる。ただし、ＶＢは直流電源の電圧である。又、一
般的に、ｔ１≫ｔ２であり、

【００１３】

【数３】となる。（３）式を（１）式に代入すると、

【００１４】

【数４】となる。従って、（３）式のように直流電源電圧ＶＢに
より駆動周波数ｆを決定することにより、単位時間当た
りのコンデンサに充電されるエネルギＥは、（４）式の
ように、直流電源電圧ＶＢに比例するものとなる。つま
り、直流電源電圧ＶＢが低下すると、Ｅも比例して小さ
くなる。

【００１５】一方、従来技術においては、一次電流設定
値Ｉ_1maxを直流電源電圧により変化させている。例え
ば、駆動周波数ｆが一定となるように、直流電源電圧Ｖ
Ｂに応じて一次電流設定値Ｉ_1maxを変化させるとする
と、

【００１６】

【数５】となり、これを（１）式に代入すると、

【００１７】

【数６】となる。このように、従来技術では、直流電源電圧ＶＢ
が低下すると、Ｅは２乗で小さくなる。

【００１８】従って、（４）式、（６）式を比較して明
らかなように、本発明の方が、直流電源電圧低下時の単
位時間当たりのエネルギ量の減少度合いが少なく、即
ち、昇圧時間の短縮化に有利である。これは、言い換え
れば、スイッチング１回当たりのコンデンサへの充電エ
ネルギは一次電流設定値Ｉ_1maxの２乗で決まり、トータ
ル充電速度は充電頻度（駆動周波数）に比例して決まる
ため、低電圧時には、本発明のように、一次電流設定値
Ｉ_1maxを下げずに充電頻度を変更して対応する方が、効
率のよい昇圧が実現できる。

【００１９】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の作用に加え、周波数変更手段は、直流電
源の電圧が低い時はこの電圧が高い時と比較してスイッ
チング素子の駆動周波数を低くするので、より好ましい
駆動周波数が設定される。

【００２０】請求項３に記載の発明によれば、トランス
においては一次コイルに直流電源とスイッチング素子と
が直列に接続され、又、二次コイルにコンデンサが接続
されており、スイッチング素子駆動手段からスイッチン
グ素子に駆動信号が出力され、この駆動信号によりスイ
ッチング素子がターン・オンする。このスイッチング素
子のオン動作に伴い一次コイルに一次電流が流れる。こ
の一次電流が一次電流検出手段により検出される。駆動
停止手段は一次電流検出手段による一次電流が設定値に
なると、スイッチング素子をターン・オフさせる。この
スイッチング素子のオフ動作、即ち、一次電流の遮断に
より二次コイルに二次電流が流れ、コンデンサに蓄えら
れる。このような動作の繰り返しにより昇圧される。

【００２１】一方、コンデンサ電圧検出手段はコンデン
サの電圧を検出し、周波数変更手段は、コンデンサの電
圧に基づきスイッチング素子駆動手段におけるスイッチ
ング素子の駆動周波数を変更する。

【００２２】つまり、二次電流が「０」となる前にスイ
ッチング素子がオンする場合において、コンデンサの充
電電圧に拘らずスイッチング素子の駆動周波数が一定で
あると、コンデンサの充電電圧が上昇するにつれてスイ
ッチング素子のオフに伴う二次電流の減少速度は徐々に
速くなり、二次電流が毎回「０」に到達するようにな
る。すると、スイッチング素子のオンに伴う一次電流は
「０」から流れ始め、一次電流の設定値に達しなくなっ
てしまい、（１）式からも分かるようにスイッチング素
子の１回のスイッチング動作（オン・オフ動作）による
コンデンサへの充電エネルギが小さくなってしまい昇圧
性能の低下を招く。これに対し、コンデンサの電圧に基
づき駆動周波数を変更することにより、充電開始時のコ
ンデンサの電圧が低い時から高くなるにつれてスイッチ
ング素子のオフに伴う二次電流の減少速度が徐々に速く
なっても充電頻度が変更されているのでスイッチング素
子のオンに伴う一次電流が「０」から流れ始めることが
なく確実に一次電流の設定値に達する。よって、効率の
よいＤＣ−ＤＣ変換が実行される。

【００２３】請求項４に記載の発明によれば、請求項３
に記載の発明の作用に加え、周波数変更手段は、コンデ
ンサの電圧が低い時はこの電圧が高い時と比較してスイ
ッチング素子の駆動周波数を高くするので、より好まし
い駆動周波数が設定される。

【００２４】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下、この発明の第１の実施の形
態を図面に従って説明する。

【００２５】本実施の形態においては、ディーゼルエン
ジンの燃料噴射制御装置に具体化している。図１には、
ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置の全体構成を示
す。

【００２６】ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置
は、燃料を加圧するポンプ１と、ポンプ１にて加圧され
た高圧燃料を蓄えるコモンレール２と、コモンレール２
からの高圧燃料を噴射する燃料噴射弁３と、マイコン４
と、マイコン４の指令により燃料噴射弁３を開閉駆動す
る電磁弁駆動回路５とから構成されている。

【００２７】ポンプ１は、ハウジング６内にドライブシ
ャフト７が回転可能に支持され、このドライブシャフト
７はディーゼルエンジンの出力軸と駆動連結されてい
る。又、ドライブシャフト７にはカム８が偏心した状態
で固定され、カム８のカム面（外周面）にはピストン９
がバネ１０により接している。ピストン９はシリンダ１
１内に摺動可能に支持され、ドライブシャフト７の回転
に伴うカム８の回転により上下に摺動する。このとき、
ピストン９の下動にて燃料タンク１２から燃料がシリン
ダ１１内に導入されるとともに、ピストン９の上動にて
シリンダ１１内の燃料が加圧され、加圧された燃料は逆
止弁１３を介してコモンレール２に供給される。又、マ
イコン４は、コモンレール２に設けられた圧力センサ１
４にてコモンレール２内の燃料圧力を監視しつつ、ポン
プ１に設けられた電磁弁１５を開閉制御して加圧燃料を
タンク１２側にスピルすることによりコモンレール２内
の燃料の圧力を一定に保つようになっている。

【００２８】燃料噴射弁３は燃料噴射弁本体１６と三方
電磁弁１７とからなり、コモンレール２からの高圧燃料
が燃料噴射弁本体１６および三方電磁弁１７に供給され
るようになっている。燃料噴射弁本体１６は燃料室１８
内にニードル弁１９が配置され、このニードル弁１９は
ピストン２０と連結され、バネ２１により噴射口を閉じ
る方向に付勢されている。三方電磁弁１７は、ハウジン
グ２２を備え、その内部孔２２ａにアウタバルブ２３が
上下に摺動可能に支持されている。ハウジング２２には
第１ポート（燃料吸入ポート）２４、第２ポート２５、
ドレインポート２６が設けられている。第１ポート（燃
料吸入ポート）２４はコモンレール２と、第２ポート２
５はピストン２０の上面空間と、ドレインポート２６は
ドレインタンク２７とそれぞれ接続されている。アウタ
バルブ２３には第１ポート２４に対応するポート２８
と、第２ポート２５に対応するポート２９とが設けられ
ている。

【００２９】又、ハウジング２２の上側には駆動ソレノ
イド３０が設けられている。駆動ソレノイド３０の非通
電状態においては、バネ３１によりアウタバルブ２３が
下方に付勢され、ハウジング２２の第１ポート２４とア
ウタバルブ２３のポート２８とが連通するとともにハウ
ジング２２の第２ポート２５とアウタバルブ２３のポー
ト２９とが連通する。よって、コモンレール２からの高
圧燃料がこれらポート２４，２８，２９，２５およびア
ウタバルブ２３の内部孔２３ａを介してピストン２０の
上面に印加され、この圧力によりニードル弁１９を下方
に押しつけて噴射口を閉じる。

【００３０】又、駆動ソレノイド３０の通電時には、ア
ウタバルブ２３が吸引上昇しポート２４が塞がれポート
２５とポート２６が連通するためピストン２０に加わる
圧力はポート２５とポート２６を経てドレインタンク２
７側（低圧側）にリークする。このためニードル弁１９
は燃料室１８の高圧燃料により上昇し噴射口を開いて燃
料を噴射する。

【００３１】又、駆動ソレノイド３０の非通電時にはア
ウタバルブ２３には下向きに力ＦＦ＝πＰｃ（Ｄ１²−Ｄ２²）／４＋Ｆｓただし、Ｐｃはコモンレール圧Ｄ１はアウタバルブ２３の内部孔２３ａの直径Ｄ２はポート２５の直径Ｆｓはバネ３１の付勢力が作用しているので、ポート２５とポート２６が連通し
コモンレール２内の高圧燃料を噴射するためにはアウタ
バルブ２３の下向きの力Ｆに打ち勝つだけの吸収エネル
ギが必要になるばかりでなく、アウタバルブ２３を吸引
する動作を高速で行わないとポート２４とポート２６が
連通し燃料がドレインタンク２７に抜けてしまう。さら
に、噴射開始時期を精密に制御する上からもアウタバル
ブ２３の吸引動作は極めて高速に行わなければならな
い。従って、コモンレール圧Ｐｃが高いほど大きな三方
電磁弁１７の吸引エネルギが必要となる。

【００３２】そこで、最高１５０ＭＰａにも達する燃料
圧力に逆らって三方電磁弁１７の動作を迅速に行うため
に、電磁弁駆動回路５により、車載用の直流電源である
バッテリの電圧（１２ボルト）を越える高電圧を発生さ
せて三方電磁弁１７の駆動ソレノイド３０の通電時に放
電して三方電磁弁１７に高電圧を供給するようにしてい
る。このような高電圧の供給に伴う急激な立ち上がりの
電流により磁束が急増し高い燃料圧力下でも高い応答を
可能にしている。

【００３３】図２には、電磁弁駆動回路５の具体的構
成、および同回路５におけるマイコン４と三方電磁弁１
７の駆動ソレノイド３０との結線状態を示す。本電磁弁
駆動回路５は、フィードバック型の他励式ＤＣ−ＤＣコ
ンバータを用いている。

【００３４】直流電源であるバッテリ（図２においては
バッテリ端子３２）にはトランス３３の一次コイル３３
ａとスイッチング素子としてのトランジスタ３４とが直
列に接続されている。トランス３３の二次コイル３３ｂ
とダイオード３５とコンデンサ３６が直列に接続されて
いる。ダイオード３５とコンデンサ３６との間の接続点
ａには、ダイオード３７と、三方電磁弁１７の駆動ソレ
ノイド（負荷）３０と、トランジスタ３８とが直列に接
続されている。トランジスタ３８のベース端子は駆動信
号線によりマイコン４と接続されている。又、バッテリ
端子４６には定電流回路４７が接続され、定電流回路４
７にて生成された定電流がダイオード４８を介して駆動
ソレノイド３０に供給されるようになっている。

【００３５】一方、コンデンサ３６とダイオード３５と
の間の接続点ｂは電圧検出回路３９と接続され、ｂ点に
おける電位（コンデンサ電圧Ｖ_C）が検出される。又、
トランジスタ３４のエミッタ端子は一次電流検出手段と
しての電流検出回路４０と接続され、一次コイル３３ａ
に流れる一次電流Ｉ₁が検出される。この電流検出回路
４０のより具体的な構成としては、トランジスタ３４の
エミッタ端子に電流検出用抵抗をつなぎ、この電流検出
用抵抗の端子間電圧を検出するようにすればよい。

【００３６】コンパレータ４１の非反転入力端子は電圧
検出回路３９と接続され、反転入力端子はマイコン４と
接続されている。コンパレータ４２の非反転入力端子は
電流検出回路４０と接続され、反転入力端子はマイコン
４と接続されており、同端子には一次電流設定値Ｉ_1max
に相当する一定電圧が供給されている。コンパレータ４
１の出力端子とコンパレータ４２の出力端子とはオアゲ
ート４３を介してセットリセットフリップフロップ（Ｒ
Ｓフリップフロップ）４４のリセット端子Ｒと接続され
ている。マイコン４から延びるチャージ信号線（駆動信
号線）はＲＳフリップフロップ４４のセット端子Ｓと接
続されるとともにアンドゲート４５の入力端子と接続さ
れている。ＲＳフリップフロップ４４の出力端子Ｑはア
ンドゲート４５の他方の入力端子と接続されている。ア
ンドゲート４５の出力端子はトランジスタ３４のベース
端子と接続されている。

【００３７】本実施の形態においては、コンパレータ４
２とオアゲート４３とＲＳフリップフロップ４４とアン
ドゲート４５とにより、一次電流Ｉ₁が設定値Ｉ_1maxに
なると、トランジスタ３４をターン・オフさせる駆動停
止手段が構成されている。

【００３８】次に、このように構成および結線された電
磁弁駆動回路５の基本動作を、図３のタイムチャートを
用いて説明する。スイッチング素子駆動手段、電源電圧
検出手段、周波数変更手段としてのマイコン４は、チャ
ージ信号線を用いて図３に示す周波数ｆのチャージ信号
（駆動信号；チャージパルス）を出力する。このチャー
ジ信号によりトランジスタ３４はターン・オンする。即
ち、ＲＳフリップフロップ４４のセット端子Ｓにおいて
チャージ信号レベルがＨになると（図３のＴ１のタイミ
ング）、ＲＳフリップフロップ４４はセットされ出力Ｑ
がＨレベルとなり、アンドゲート４５を通してトランジ
スタ３４がオンし、トランス３３の一次コイル３３ａに
バッテリから一次電流Ｉ₁が流れ始める。

【００３９】一次電流Ｉ₁は、電流検出回路４０で電圧
変換され、コンパレータ４２の非反転入力端子に入力さ
れる。一次電流Ｉ₁が一次電流設定値Ｉ_1maxよりも小さ
い場合は、コンパレータ４２の出力はＬレベルであり、
ＲＳフリップフロップ４４の出力ＱはＨレベルのままで
トランジスタ３４はオンが維持される（図３のＴ１〜Ｔ
２の期間）。そして、一次電流Ｉ₁が一次電流設定値Ｉ
_1maxに達すると（図３のＴ２のタイミング）、コンパレ
ータ４２の出力がＨレベルになり、ＲＳフリップフロッ
プ４４がリセットされるため出力ＱがＬレベルとなり、
トランジスタ３４がターン・オフする。

【００４０】又、一次電流Ｉ₁が一次電流設定値Ｉ_1max
に到達しない場合でも、アンドゲート４５により、チャ
ージ信号がＬレベルになった場合は、トランジスタ３４
がオフする。従って、チャージ信号がトランジスタ３４
の最大オン時間を決定する。通常は、チャージ信号のデ
ューティ値としては、後述する二次電流Ｉ₂が流れる期
間を考慮し、９０％程度の値とする。

【００４１】トランジスタ３４がオフすると（図３のＴ
２のタイミング）、それまで流れていたトランス一次電
流Ｉ₁の磁気エネルギにより、トランス３３の二次電流
Ｉ₂が初期値Ｉ_1max／ｎ（ｎ：トランス３３の巻数比）
で流れ始め、ダイオード３５を通して充電用コンデンサ
３６に電荷がチャージされ、その結果、コンデンサ３６
の電圧が上昇する（図３のＴ２〜Ｔ３の期間）。

【００４２】以上の動作を繰り返し、コンデンサ３６の
電圧が徐々に上昇する。コンデンサ３６の電圧Ｖ_Cが電
圧検出回路３９にてモニタされており、このコンデンサ
電圧Ｖ_Cがコンパレータ４１の非反転入力端子に入力さ
れる。一方、コンパレータ４１の反転入力端子には、マ
イコン４からコンデンサ３６の充電電圧設定値としての
一定電圧が供給され両者を比較している。そして、コン
デンサ３６の電圧Ｖ_Cが設定電圧に達すると（図３のＴ
４のタイミング）、ＲＳフリップフロップ４４の出力Ｑ
はＬレベルになるため、トランジスタ３４は、チャージ
信号によらずオフし、その時点で、コンデンサ３６への
チャージも停止する。

【００４３】その後の燃料噴射弁３の開弁の際には、マ
イコン４からの駆動信号（駆動パルス）によりトランジ
スタ３８がオンすると（図３のＴ５のタイミング）、ダ
イオード３７、誘導性の負荷としての三方電磁弁１７の
駆動ソレノイド３０を通して、コンデンサ３６に蓄えら
れていた電荷が一気に放電される（図３のＴ５〜Ｔ６の
期間）。このように、トランジスタ３８がオンして駆動
ソレノイド３０が通電される。この際、印加電圧がバッ
テリ電圧よりも昇圧されているので、駆動ソレノイド３
０に大電流を流し高い燃料圧力下でも高速応答性を実現
できる。つまり、この開弁時のコンデンサ３６からの電
流により速やかに開弁動作が行われる。

【００４４】放電の後は、定電流回路４７からダイオー
ド４８を通して駆動ソレノイド３０に一定電流が流れる
（図３のＴ７〜Ｔ８の期間）。このように、燃料噴射弁
３の開弁動作時においては、この定電流回路４７からの
定電流により開弁状態が保持される。又、トランジスタ
３８がオンしている間は、トランス３３の二次電流が駆
動ソレノイド３０を通して流れてしまうのを防止するた
め、チャージ信号はＬレベルとしている。

【００４５】このようにして燃料噴射弁３の開弁が行わ
れるわけであるが、マイコン４は、アクセル開度信号、
エンジン回転数信号、水温信号等を入力し、これらによ
りディーゼルエンジンの運転状態を検知する。マイコン
４はこのディーゼルエンジンの運転状態に応じて前記ト
ランジスタ３８を駆動制御して燃料噴射量および燃料噴
射時期を制御する。つまり、図３に示すように、基準と
なるクランク位置からの噴射開始時期Ｔ５および噴射終
了時期Ｔ８を調整することにより、燃料噴射量および燃
料噴射時期を制御する。

【００４６】又、図２に示すように、マイコン４はＡＤ
変換器（ＡＤＣ）５０を内蔵し、バッテリ電圧ＶＢをＡ
Ｄ変換しその値に応じて前述のチャージ信号の周波数ｆ
を変化させる。

【００４７】ここで、仮に、チャージ周波数ｆおよび一
次電流設定値Ｉ_1maxが固定であるとすると、バッテリ電
圧ＶＢが低下した場合には、一次電流Ｉ₁の立ち上がり
が遅くなり、チャージ信号レベルがＨの間には一次電流
Ｉ₁が一次電流設定値Ｉ_1maxに到達しなくなる。このた
め、スイッチング１回当たりの充電エネルギは小さくな
り昇圧性能が大幅に低下してしまう。そこで、本実施の
形態では、一次電流設定値Ｉ_1maxは固定値であり、チャ
ージ信号の周波数ｆをバッテリ電圧ＶＢによって変化さ
せる。

【００４８】単位時間当たりにコンデンサ３６に充電さ
れるエネルギ量Ｅについて考えてみた場合、前記（１）
式〜（６）式を用いて説明したようになる。つまり、前
述の（４）式、（６）式を比較して明らかなように、本
実施の形態の方が、バッテリ電圧低下時の単位時間当た
りのエネルギ量の減少度合いが少なく、即ち、昇圧時間
の短縮化に有利である。これは、言い換えれば、スイッ
チング１回当たりのコンデンサ３６への充電エネルギは
一次電流設定値Ｉ_1maxの２乗で決まり、トータル充電速
度は充電頻度（チャージ周波数）に比例して決まるた
め、低電圧時には、本実施の形態のように、一次電流設
定値Ｉ_1maxを下げずに充電頻度を下げて対応する方が、
効率のよい昇圧が実現できるということである。

【００４９】具体的なチャージ周波数の変更方法につい
て、図４のフローチャートに従って説明する。図４は、
チャージ周波数算出ルーチンであり、例えば一定時間毎
に起動されるものである。マイコン４はステップ３０１
でバッテリ電圧ＶＢをＡＤ変換器５０を通して取り込
む。そして、マイコン４はステップ３０２で取り込んだ
バッテリ電圧ＶＢから、チャージ周波数ｆを決定する。
ステップ３０２におけるチャージ周波数の決定は、例え
ば、図５の特性線Ｌ１を用いて行う。この特性線Ｌ１に
関するデータは図２のメモリ５１に予めストアされてい
る。図５において、特性線Ｌ１は右上がりの線であり、
チャージ周波数はバッテリ電圧ＶＢが低いほど低くなる
ように設定される。又、バッテリ電圧がある程度（図５
では１２ボルト）以上の場合はチャージ周波数ｆを一定
値とする。これは、チャージ周波数が高くなりすぎて、
チャージ用のトランジスタ３４のスイッチング損失が過
大となるのを防止するためである。

【００５０】従来技術に対する本実施の形態の効果を更
に図６に従って説明する。図６においては、Ｔ９のタイ
ミング以前はバッテリ電圧が１２ボルトを維持している
が、Ｔ９のタイミング以降はバッテリ電圧が低下してい
る。

【００５１】従来技術では、バッテリ電圧ＶＢが低下し
た場合、チャージ周波数が一定であるため、一次電流Ｉ
₁はバッテリ電圧通常時の一次電流設定値Ｉ_1maxには到
達せず、チャージ信号がＬレベルになるタイミング（図
中、Ｔ１０，Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３，Ｔ１４，Ｔ１
５，Ｔ１６で示す）で一次電流は遮断される。この時の
一次電流値Ｉ_1max’はバッテリ電圧通常時の値Ｉ_1maxよ
りも小さいためチャージ１回に移動するエネルギも小さ
い。従って、コンデンサ３６の電圧上昇もバッテリ電圧
通常時よりも遅いものになる。その結果、負荷としての
ソレノイド３０を通電駆動するタイミングＴ１７におい
てコンデンサ３６に充電された電圧は、バッテリ電圧通
常時よりもΔＶだけ低くなってしまい、コンデンサ３６
の放電による負荷電流のピークもΔＩだけ低いものにな
ってしまう。従って、従来技術では、バッテリ電圧低下
に伴って、負荷（ソレノイド）電流が変化してしまうた
め噴射特性へ影響を及ぼすことになってしまう。

【００５２】一方、本実施の形態では、バッテリ電圧Ｖ
Ｂによりチャージ周波数を変化させる（ｔ_cha2＞
ｔ_cha1）。このため、バッテリ電圧ＶＢが低い場合で
も、バッテリ電圧通常時の一次電流設定値Ｉ_1maxに到達
し、チャージ１回に移動するエネルギもバッテリ電圧通
常時と等しく、従って、バッテリ電圧ＶＢが低下した際
の負荷電流に及ぼす影響を低減可能である。

【００５３】以上のように、本実施の形態では、マイコ
ン４はバッテリ電圧をモニタし、バッテリ電圧が低下す
るとトランジスタ３４の駆動周波数を低くする。つま
り、トランジスタ３４の１回のスイッチング動作（オン
・オフ動作）によるコンデンサ３６への充電エネルギ
は、一次電流の設定値Ｉ_1maxの２乗で決まり、充電速度
は充電頻度（駆動周波数ｆ）に１乗で決まることを利用
して、バッテリ電圧ＶＢにより充電頻度（駆動周波数）
を変えることによりバッテリの電圧が低くなった際に、
従来方式のように一次電流の設定値を変える方式に比
べ、より効率のよいＤＣ−ＤＣ変換を行うことができ
る。即ち、駆動周波数を変更することによって、トラン
ス３３の性能を十分に引き出し、バッテリ電圧低下時の
昇圧時間の増加を最小限に抑えることができる。より具
体的な駆動周波数の変更方法は、図５に示すように、バ
ッテリ電圧が低いときほどチャージ周波数を低くしてよ
り細やかに周波数の設定を行うものであり、更には、
（３）式に従ってバッテリ電圧に対して比例的に駆動周
波数を低くするものである。（第２の実施の形態）次に、第２の実施の形態を第１の
実施の形態との相違点を中心に説明する。

【００５４】図７に示すように、本実施の形態において
は、チャージ信号（駆動信号）の周波数ｆをバッテリ電
圧によらず、コンデンサ３６の充電電圧で変化させてい
る。このため、コンデンサ３６の充電電圧をモニタすべ
く、コンデンサ電圧検出手段としての電圧検出回路３９
の出力をＡＤ変換器（ＡＤＣ）５０にも入力している。

【００５５】第１の実施の形態では、図３に示すよう
に、スイッチング毎に二次電流Ｉ₂は「０」になるとし
たが、コンデンサ３６の容量が大きい場合やトランス３
３の二次側インダクタンスが大きい場合には、二次電流
Ｉ₂が「０」になる前に次の一次側のスイッチングが始
まるような設計方法もあり得る。この場合の現象の解析
を行う。

【００５６】昇圧電源を図８のような等価回路で考える
ことにする。仮定として、トランスのコイル抵抗及び回
路の配線抵抗、トランジスタの損失は「０」としてい
る。トランジスタ３４のオン／オフ１回について解析を
行う。又、図９には一次電流Ｉ ₁（ｔ）および二次電流
Ｉ₂（ｔ）の変化を示す。

【００５７】一次側の回路については、

【００５８】

【数７】となり、初期条件は、Ｉ₁（ｔ）＝Ｉ_1o で与えられる。

【００５９】二次側の回路については、

【００６０】

【数８】となり、初期条件は、

【００６１】

【数９】但し、Ｖ_oはコンデンサ３６の充電電圧で与えられる。

【００６２】これらを解くと、次のようになる。０＜ｔ
≦ｔ１（トランジスタ３４がオン）の時には、

【００６３】

【数１０】となる。又、ｔ１＜ｔ（トランジスタ３４がオフ）の時
には、

【００６４】

【数１１】となる。ここで、トランス３３の巻き数を一次側ｎ₁、
二次側ｎ₂とすると、一次電流Ｉ₁は一回前のスイッチ
ング動作時の二次電流の最終値をｎ₂／ｎ₁倍した値を
初期値Ｉ_1oとして直線的に流れ（増加し）、二次電流Ｉ
₂はトランジスタ３４オフ時の一次側電流値Ｉ₁（ｔ
１）のｎ₁／ｎ₂倍の値を初期値Ｉ_2oとしてｃｏｓのカ
ーブで流れる（減少する）。そして、昇圧が進みコンデ
ンサ３６の充電電圧が上昇するにつれて（７）式のθの
値が大きくなり、二次電流Ｉ₂が「０」になるまでの時
間が短くなる。

【００６５】この様子を図１０，１１に示す。バッテリ
電圧ＶＢが高い場合は図１０のようになり、又、バッテ
リ電圧ＶＢが低い場合は図１１のようになる。コンデン
サ３６の充電電圧が上昇するにつれ、二次電流Ｉ₂の減
少速度が徐々に速くなる。そして、図１１のようにバッ
テリ電圧ＶＢが低い場合には、コンデンサ３６の充電電
圧が上昇すると、二次電流Ｉ₂が毎回「０」に到達する
ようになってしまう。すると、それ以降は一次側電流Ｉ
₁は「０」から流れ始めるようになり、一次電流設定値
Ｉ_1maxに到達しなくなってしまう。このため、第１の実
施の形態の時と同様に、スイッチング１回当たりの充電
エネルギは小さくなり昇圧性能が大幅に低下してしま
う。

【００６６】そこで、本実施の形態では、コンデンサ３
６の充電電圧をマイコン４でモニタし、その値に応じて
チャージ周波数を変更させる。より具体的なチャージ周
波数の変更方法は、コンデンサ充電電圧が低いときほど
チャージ周波数を高くするものであり、例えば、図１３
に示す特性線Ｌ２を予めメモリ５１に記憶しておく。図
１３において横軸にコンデンサ電圧Ｖ_Cをとり縦軸にチ
ャージ周波数をとり、特性線Ｌ２は右下がりの線であ
り、周波数はコンデンサ電圧Ｖ_Cが低いほど高くなるよ
うに設定されている。マイコン４は、図１４に示すよう
に、例えば、一定時間毎に、ステップ４０１でコンデン
サ電圧をＡＤ変換器５０を通して取り込み、ステップ４
０２で取り込んだコンデンサ電圧から、特性線Ｌ２に基
づき駆動周波数ｆを決定する。

【００６７】これにより、図１２に示すように、バッテ
リ電圧ＶＢが低い場合にも、一次電流Ｉ₁は毎回のスイ
ッチング時に一次電流設定値Ｉ_1maxに到達するため、図
１１に比較しコンデンサ３６の電圧の上昇が速く、昇圧
能力の低下を抑えることが可能である。

【００６８】このように第２の実施の形態においては、
マイコン４はコンデンサ３６の電圧をモニタし、コンデ
ンサ電圧が低いとトランジスタ３４の駆動周波数を高く
する。よって、充電開始時のコンデンサ３６の電圧が低
い時から高くなるにつれてトランジスタ３４のオフに伴
う二次電流の減少速度が徐々に速くなっても充電頻度が
高くなっているのでトランジスタ３４のオンに伴う一次
電流が「０」から流れ始めることがなく確実に一次電流
の設定値に達する。このように、充電頻度（駆動周波
数）を変えることによりコンデンサ３６の充電過程にお
いてトランス３３の性能を十分に引き出して、バッテリ
電圧低下時の昇圧時間の増加を最小限に抑えることがで
きる。尚、これは、バッテリ電圧が低下したときのみな
らず、駆動周波数が高いときにも有効な手法である。

【００６９】又、駆動周波数の変更方法として、図１３
に示すように、コンデンサ電圧が低いときほどチャージ
周波数を高くして、より細やかに周波数の設定が行われ
る。以上、第１の実施の形態と第２の実施の形態につい
て述べたが、この２つの実施の形態を組み合わせ、バッ
テリ電圧とコンデンサ充電電圧の双方によって、チャー
ジ周波数を変化させてもよい。即ち、図７において一点
鎖線にて示すように、バッテリ電圧ＶＢおよびコンデン
サ３６の充電電圧をモニタすべく、電圧検出回路３９の
出力およびバッテリ電圧印加ラインをＡＤ変換器（ＡＤ
Ｃ）５０に入力し、チャージ信号の周波数をバッテリ電
圧のみならず、コンデンサ３６の充電電圧でも変化させ
てもよい。

【００７０】又、バッテリ電圧またはコンデンサ３６の
充電電圧の所定時間当たりの変移方向または変移量によ
り、これらの電圧が低下方向にあることが検出された場
合、チャージ信号の周波数を変更（低くまたは高く）し
てもよい。

【００７１】又、この発明はディーゼルエンジンの燃料
噴射制御装置（燃料噴射弁の駆動装置）のみならず、内
燃機関の点火のための昇圧回路等に具体化できることは
いうまでもない。

【００７２】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１に記載の
発明によれば、充電頻度（駆動周波数）を変えることに
より電源電圧低下時においてトランスの性能を十分に引
き出して昇圧能力の向上を図ることができる優れた効果
を発揮する。

【００７３】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の効果に加え、より細やかに周波数を設定
することができる。請求項３に記載の発明によれば、充
電頻度（駆動周波数）を変えることによりコンデンサの
充電過程においてトランスの性能を十分に引き出して昇
圧能力の向上を図ることができる優れた効果を発揮す
る。

【００７４】請求項４に記載の発明によれば、請求項３
に記載の発明の効果に加え、より細やかに周波数を設定
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置の全体
構成図。

【図２】第１の実施の形態における電磁駆動回路の構成
図。

【図３】動作を説明するためのタイムチャート。

【図４】作用を説明するためのフローチャート。

【図５】チャージ周波数を決定するためのマップ。

【図６】動作を説明するためのタイムチャート。

【図７】第２の実施の形態における電磁駆動回路の構成
図。

【図８】トランスにおける一次電流および二次電流を説
明するための等価回路図。

【図９】一次電流および二次電流の変化を示すタイムチ
ャート。

【図１０】動作を説明するためのタイムチャート。

【図１１】動作を説明するためのタイムチャート。

【図１２】動作を説明するためのタイムチャート。

【図１３】チャージ周波数を決定するためのマップ。

【図１４】作用を説明するためのフローチャート。

【符号の説明】

４…スイッチング素子駆動手段、電源電圧検出手段、周
波数変更手段としてのマイコン、３２…バッテリ端子、
３３…トランス、３３ａ…一次コイル、３３ｂ…二次コ
イル、３４…スイッチング素子としてのトランジスタ、
３６…コンデンサ、３９…コンデンサ電圧検出手段とし
ての電圧検出回路、４０…一次電流検出手段としての電
流検出回路、４２…駆動停止手段を構成するコンパレー
タ、４３…駆動停止手段を構成するオアゲート、４４…
駆動停止手段を構成するＲＳフリップフロップ、４５…
駆動停止手段を構成するアンドゲート。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一次コイルに直流電源とスイッチング素
子とが直列に接続されるとともに、二次コイルにコンデ
ンサが接続されたトランスと、前記スイッチング素子に駆動信号を出力して当該スイッ
チング素子をターン・オンするスイッチング素子駆動手
段と、前記スイッチング素子のターン・オンに伴い前記一次コ
イルに流れる一次電流を検出する一次電流検出手段と、前記一次電流検出手段による前記一次電流が設定値にな
ると、前記スイッチング素子をターン・オフさせる駆動
停止手段と、前記直流電源の電圧を検出する電源電圧検出手段と、前記電源電圧検出手段による前記直流電源の電圧に基づ
き前記スイッチング素子駆動手段における前記スイッチ
ング素子の駆動周波数を変更する周波数変更手段とを備
えたことを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項２】前記周波数変更手段は、直流電源の電圧
が低い時はこの電圧が高い時と比較してスイッチング素
子の駆動周波数を低くする請求項１に記載のＤＣ−ＤＣ
コンバータ。
【請求項３】一次コイルに直流電源とスイッチング素
子とが直列に接続されるとともに、二次コイルにコンデ
ンサが接続されたトランスと、前記スイッチング素子に駆動信号を出力して当該スイッ
チング素子をターン・オンするスイッチング素子駆動手
段と、前記スイッチング素子のターン・オンに伴い前記一次コ
イルに流れる一次電流を検出する一次電流検出手段と、前記一次電流検出手段による前記一次電流が設定値にな
ると、前記スイッチング素子をターン・オフさせる駆動
停止手段と、前記コンデンサの電圧を検出するコンデンサ電圧検出手
段と、前記コンデンサ電圧検出手段による前記コンデンサの電
圧に基づき前記スイッチング素子駆動手段における前記
スイッチング素子の駆動周波数を変更する周波数変更手
段とを備えたことを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項４】前記周波数変更手段は、コンデンサの電
圧が低い時はこの電圧が高い時と比較してスイッチング
素子の駆動周波数を高くする請求項３に記載のＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ。