JP5879149B2

JP5879149B2 - 電源システム

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Publication number: JP5879149B2
Application number: JP2012035281A
Authority: JP
Inventors: 慎介瀧野
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2016-03-08
Anticipated expiration: 2032-02-21
Also published as: JP2013169895A

Description

本発明は、リレー回路を駆動して電源電圧をパルス幅変調する電源システムに関するものである。

従来のリレー回路として、特許文献１には、自動車のモータ駆動部とバッテリを結ぶ電源供給ラインにリレーが介装され、そのリレーをパルス幅変調（ＰＷＭ：pulse width modulation）駆動するリレー制御装置が開示されている。

特開２００４−１７８９６７号公報

特許文献１に開示されているようなリレー回路において、リレー回路を制御する制御装置から電源線を介して駆動電圧が供給される場合には、リレーの可動接点と固定接点の接続状態を切り替えるときに生じる放射ノイズが、電源線を介して制御装置に混入し、そのノイズによって制御装置が誤動作を起こすことがあるという問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、リレー回路から制御装置に混入するノイズを低減することを目的とする。

本発明は、高電圧電源を負荷と接続又は切断するリレー接点を駆動するための駆動コイルにＰＷＭ信号を出力するリレー回路と、前記高電圧電源よりも低い駆動電圧が供給される電位線を前記リレー回路と接続又は切断する可動接点と、前記可動接点の接続状態を切り替える制御コイルと、前記リレー回路に前記駆動電圧を供給するための接続信号を前記制御コイルに出力する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記制御コイルに前記接続信号を供給する半導体スイッチと、前記高電圧電源から前記負荷に出力される電源電圧のＰＷＭ制御の要否に応じて、前記接続信号の供給又は停止を前記半導体スイッチに指示する電源制御回路と、を備えることを特徴とする。

本発明では、制御装置が制御コイルに接続信号を出力すると、可動接点により、高電圧電源よりも低い駆動電圧が供給された電位線にリレー回路が接続されることから、制御装置は、リレー回路と非接触で、リレー回路への駆動電圧の供給を制御することができる。このため、リレー回路から制御装置に混入する放射ノイズを低減することができる。

本発明の実施形態に係る電源システムを示すブロック図である。制御装置からリレー回路に駆動電圧を直接供給する電源システムを示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

まず、図１を参照して、本実施形態に係る電源システム１００について説明する。

電源システム１００は、例えば建設機械に搭載されるバッテリから負荷へ供給される電力を制御するものである。

電源システム１００は、電動モータ等の負荷装置１２と、負荷装置１２へ電源電圧を供給する高電圧電源１１と、電源電圧のパルス幅変調制御を行うリレー回路２０と、リレー回路２０への駆動電圧の給電状態を切り替えるリレー３０と、リレー３０を介してリレー回路２０を間接的に制御する制御装置４０と、を備える。

また、電源システム１００には、負荷装置１２と接続される接地線１８と、リレー回路２０に接続される接地線８と、リレー回路２０へ高電圧電源１１よりも低い駆動電圧を供給する電位線１ｂとが設けられている。電位線１ｂには、例えば２４Ｖ（ボルト）の基板電位が供給される。この場合には、リレー回路２０に２４Ｖの駆動電圧が供給されることになる。接地線１９は、高電圧電源１１の接地端子１１ａと接続されている。

高電圧電源１１は、ハイブリッド自動車等に搭載される直流電源である。高電圧電源１１は、例えば、鉛バッテリにより実現され、駆動電圧よりも高い３００Ｖの電源電圧を負荷装置１２に供給する。

リレー回路２０は、高電圧電源１１から負荷装置１２へ供給される電源電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ：pulse width modulation）制御するものである。電源電圧のパルス幅変調制御により、負荷装置１２で消費される消費電力が低減される。

リレー回路２０は、予め定められたＰＷＭ期間ごとに、高電圧電源１１と負荷装置１２との接続及び切断の接続状態を交互に切り替える。リレー回路２０は、ＰＷＭ期間のうち負荷装置１２に電源電圧を供給するオン期間に、高電圧電源１１を負荷装置１２と接続し、オフ期間に、負荷装置１２と高電圧電源１１を切断するという動作を繰り返し行う。

リレー回路２０は、高電圧電源１１を負荷装置１２と接続又は切断するリレー接点２１ａ及び固定接点２１ｂと、リレー接点２１ａを駆動する駆動コイル２２と、駆動コイル２２に対して高電圧電源１１と負荷装置１２の接続と切断を交互に切り替えるＰＷＭ信号を出力する駆動回路２３と、を備える。

リレー接点２１ａは、高電圧電源１１と接続され、負荷装置１２に接続された固定接点２１ｂと高電圧電源１１を接続又は切断する可動接点である。

駆動コイル２２は、固定接点２１ｂとリレー接点２１ａの接続状態を切り替える巻き線である。駆動コイル２２は、例えば５０μｓ（マイクロセカンド）のＰＷＭ期間ごとに、リレー接点２１ａを繰り返し駆動するために用いられる。例えば、駆動コイル２２に電流が流れると、電磁誘導作用によりリレー接点２１ａが固定接点２１ｂに接続され、駆動コイル２２に流れる電流が停止すると、リレー接点２１ａの鉄片に設けられた復帰バネのばね力、又は切片自体の重さ（重力）により、固定接点２１ｂからリレー接点２１ａが切り離される。

駆動回路２３は、リレー接点２１ａをパルス幅変調駆動するものである。駆動回路２３には、接地線８が接続され、電位線１ｂから駆動電圧が供給される。駆動回路２３は、電位線１ｂから供給された駆動電圧を受けている間、ＰＷＭ信号を駆動コイル２２に出力する。

駆動回路２３は、ＰＷＭ期間のうち、オン期間には、高電圧電源１１を負荷装置１２と接続するＨ（Ｈｉｇｈ）レベルのＰＷＭ信号を駆動コイル２２に供給し、オフ期間には、高電圧電源１１と負荷装置１２を切断するＬ（Ｌｏｗ）レベルのＰＷＭ信号を駆動コイル２２に供給する。

具体的には、駆動回路２３は、オン期間には、ＨレベルのＰＷＭ信号として駆動電圧に応じた電流を駆動コイル２２に供給し、オフ期間には、ＬレベルのＰＷＭ信号により駆動コイル２２への電流の供給が停止される。

よって、オン期間には、駆動回路２３から駆動コイル２２に電流が供給されてリレー接点２１ａが固定接点２１ｂに接続され、オフ期間には、駆動回路２３から駆動コイル２２への電流の供給が停止されてリレー接点２１ａが固定接点２１ｂから切り離される。リレー接点２１ａが固定接点２１ｂに接続される時と、リレー接点２１ａが固定接点２１ｂから切り離される時には、放射ノイズが発生する。一般に放射ノイズは、リレー接点２１ａに供給される電圧が高くなるほど、放射ノイズのレベルが大きくなる。

したがって、リレー接点２１ａには、リレー３０の可動接点３１ａよりも高い電源電圧が高電圧電源１１から供給されているため、リレー回路２０では、リレー３０に比べて大きな放射ノイズが発生する。この放射ノイズは主に駆動コイル２２及び駆動回路２３に混入し、その混入したノイズは、駆動回路２３に接続された電源線（電源供給ライン）にも伝播する。

リレー３０は、電位線１ｂから駆動回路２３への駆動電圧を供給又は停止するスイッチである。リレー３０は、電位線１ｂを駆動回路２３と接続又は切断する可動接点３１ａ及び固定接点３１ｂと、可動接点３１ａを制御する制御コイル３２と、を備える。

可動接点３１ａは、電位線１ｂと接続され、駆動回路２３に接続された固定接点３１ｂと電位線１ｂを接続又は切断するために用いられる。

制御コイル３２は、固定接点３１ｂと可動接点３１ａの接続状態を切り替える巻き線である。例えば、制御コイル３２に電流が流れると、電磁誘導作用により可動接点３１ａが固定接点３１ｂと接続され、制御コイル３２に流れる電流が停止すると、可動接点３１ａの鉄片に設けられた復帰バネのばね力により固定接点３１ｂから可動接点３１ａが切り離される。

リレー３０では、リレー回路２０と同様に、可動接点３１ａが固定接点３１ｂに接続される時と、可動接点３１ａが固定接点３１ｂから切り離される時に放射ノイズが発生する。この放射ノイズのレベルは、リレー回路２０のリレー接点２１ａに供給される電源電圧よりも可動接点３１ａに供給される駆動電圧の方が低いことから、リレー回路２０で発生する放射ノイズと比較して無視できるほど小さい。

制御装置４０は、駆動回路２３に駆動電圧を供給するために、電位線１ｂを駆動回路２３と接続する接続信号を制御コイル３２に出力するものである。

制御装置４０は、制御コイル３２に接続信号を供給する半導体スイッチ４２と、半導体スイッチ４２に対して制御コイル３２への接続信号の供給又は停止を指示する制御信号を供給する電源制御回路４１と、を備える。制御装置４０には、制御コイル３２の一端と接続された電位線１ａと、接地線９とが設けられている。電位線１ａには、例えば、電位線１ｂと同じ基板電位が供給される。

半導体スイッチ４２は、制御コイル３２に接続信号としての電流を供給するトランジスタである。半導体スイッチ４２は、そのコレクタ端子に制御コイル３２の他端が接続され、エミッタ端子には接地線９が接続される。半導体スイッチ４２のベース端子にＨレベルの制御信号が供給されると、電位線１ａから制御コイル３２へ供給される電流が接地線９へ出力される。また、半導体スイッチ４２のベース端子にＬレベルの制御信号が供給されると、制御コイル３２への電流の供給が停止される。

電源制御回路４１は、リレー回路２０による電源電圧のパルス幅変調制御の実行又は停止を制御するものであり、例えば、マイクロコンピュータ（マイコン）により実現される。

電源制御回路４１は、リレー回路２０によるパルス幅変調制御を実行するために、半導体スイッチ４２のベース端子にＨレベルの制御信号を供給する。これにより、電位線１ａから制御コイル３２に電流が供給され、可動接点３１ａが固定接点３１ｂに接続されてリレー回路２０に駆動電圧が供給される。これにより、リレー回路２０は、ＰＷＭ期間ごとに高電圧電源１１と負荷装置１２の接続と切断を交互に切り替えることができる。

また、電源制御回路４１は、リレー回路２０によるパルス幅変調制御を停止するために、半導体スイッチ４２のベース端子にＬレベルの制御信号を供給する。これにより、制御コイル３２への電流の供給が停止され、可動接点３１ａが固定接点３１ｂから切り離され、駆動回路２３への駆動電圧の供給が停止される。

次に、図２を参照して、リレー回路２０を備えた一般的な電源システム８００について説明する。電源システム８００は、制御装置８４０からリレー回路２０に駆動電圧を直接供給するものであり、図１に示されたリレー３０が設けられていない。以下では、図１と同じ構成について同一符号を付して詳細な説明を省略する。

電源システム８００では、電源制御回路４１が、半導体スイッチ４２のベース端子にＨレベルの制御信号を供給し、電位線１ａから駆動回路２３に駆動電圧が供給されると、駆動回路２３は、駆動電圧に応じたＰＷＭ信号を駆動コイル２２に出力する。これにより、高電圧電源１１と負荷装置１２の接続と切断がリレー接点２１ａにより交互に行われる。

リレー回路２０では、ＰＷＭ期間ごとにリレー接点２１ａが固定接点２１ｂと接続又は切断される時に大きな放射ノイズが発生する。この放射ノイズは、駆動コイル２２及び駆動回路２３に混入し、その混入したノイズは、駆動回路２３と接続された半導体スイッチ４２を介して接地線９にまで伝播する。

制御装置８４０において、高電圧電源１１と接地線９との電圧を検出する検出回路（不図示）が設けられている場合には、接地線９に漏れ込んだノイズによって検出回路から出力される検出信号のレベルが変動してしまう。このため、電源制御回路４１が、検出回路からの検出信号のレベルに応じて、リレー回路２０によるパルス幅変調制御の実行又は停止を制御するような構成では、接地線９に漏れ込んだノイズによってリレー回路２０の制御が正しく行われなくなる。

例えば、高電圧電源１１の出力電圧が所定のレベルよりも低下したときに、消費電力を低減するパルス幅変調制御を停止する構成では、リレー回路２０で発生した放射ノイズによって接地線９の電位レベルが上昇して高電圧電源１１と接地線９との電圧が低下する場合に、検出信号のレベルが所定の電源閾値よりも低下することがある。この場合、実際には高電圧電源１１の出力電圧が所定のレベルよりも低下していないにもかかわらず、制御装置８４０は、リレー回路２０によるパルス幅変調制御を停止して高電圧電源１１と負荷装置１２を接続状態にしてしまう。

このように、制御装置８４０には、駆動回路２３に駆動電圧を供給する電源線（電源供給ライン）を介して、リレー回路２０で発生した放射ノイズが漏れ込むため、そのノイズによって制御装置８４０が誤動作を起こしてしまう。

これに対し、図１に示された電源システム１００では、可動接点３１ａと制御コイル３２とで構成されたリレー３０が設けられ、制御装置４０が制御コイル３２に接続信号を供給すると、制御コイル３２に供給された接続信号によって可動接点３１ａがリレー回路２０と接続され、可動接点３１ａと接続された電位線１ｂからリレー回路２０に駆動電圧が供給される。

このように、制御装置４０は、リレー３０を駆動することにより、放射ノイズを発生するリレー回路２０と非接触で、リレー回路２０への駆動電圧の供給を制御することができる。これにより、制御装置４０には、図２に示された制御装置８４０と異なり、電源線でリレー回路２０が接続されていないので、リレー回路２０から漏れ込む放射ノイズが低減される。

また、リレー回路２０で発生した放射ノイズは、制御コイル３２を介して制御装置４０にも混入する。しかしながら、制御装置４０に混入する放射ノイズのレベルは、駆動コイル２２及び駆動回路２３に混入する放射ノイズに比べて極めて小さい。例えば、制御装置４０に混入する放射ノイズのレベルは、駆動回路２３と接続された制御装置８４０に混入する放射ノイズの６分の１程度である。このため、リレー回路２０から制御装置４０に混入する放射ノイズは、制御装置８４０よりも低減される。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

電源システム１００では、制御装置４０が接続信号を制御コイル３２に出力すると、可動接点３１ａにより、リレー回路２０とその駆動電圧が供給される電位線１ｂが接続される。このため、制御装置４０は、リレー回路２０と非接触で、リレー回路２０への駆動電圧の供給を制御することができる。したがって、リレー回路２０で高電圧電源１１と負荷装置１２の接続状態を切り替えるときに発生する放射ノイズのうち、制御装置４０に混入するノイズを低減することができる。

なお、本実施形態では、制御装置４０に設けられた接地線９と、リレー回路２０に接続された接地線８の両者は、ノイズが混入したときに接地電位のレベルが変動し難い接地端子として、鉛電池の接地端子に接続されている。これにより、リレー回路２０で発生した放射ノイズが、接地線８を介して制御装置４０内の接地線９に混入することも防ぐことができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

１００電源システム
１ａ、１ｂ電位線
８、９、１８、１９接地線
１１高電圧電源
２０リレー回路
２１ａリレー接点
２１ｂ、３１ｂ固定接点
２２駆動コイル
３０リレー
３１ａ可動接点
３２制御コイル
４１電源制御回路
４２半導体スイッチ

Claims

高電圧電源を負荷と接続又は切断するリレー接点を駆動するための駆動コイルにＰＷＭ信号を出力するリレー回路と、
前記高電圧電源よりも低い駆動電圧が供給される電位線を前記リレー回路と接続又は切断する可動接点と、
前記可動接点の接続状態を切り替える制御コイルと、
前記リレー回路に前記駆動電圧を供給するための接続信号を前記制御コイルに出力する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記制御コイルに前記接続信号を供給する半導体スイッチと、
前記高電圧電源から前記負荷に出力される電源電圧のＰＷＭ制御の要否に応じて、前記接続信号の供給又は停止を前記半導体スイッチに指示する電源制御回路と、を備える、
ことを特徴とする電源システム。