JP6735846B2

JP6735846B2 - 電源回路装置

Info

Publication number: JP6735846B2
Application number: JP2018552465A
Authority: JP
Inventors: 直志尾崎; 船場　誠司; 誠司船場
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 2016-11-28
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2020-08-05
Anticipated expiration: 2037-10-19
Also published as: WO2018096847A1; JPWO2018096847A1

Description

本発明は、電源回路装置に関し、特に車両駆動用回転電機を駆動する電力変換装置に用いられる電源回路装置に関する。

車両駆動用回転電機を駆動する電力変換装置には複数の電源電圧を設ける必要があるので、電力変換装置は複数のトランスを有する電源回路装置を備える（特許文献１）。

直列接続される２つのトランスにおいて入力側電源に接続される巻線の自己インダクタンスのばらつきによって、両トランスの入力エネルギーが異なる。また、出力側負荷の消費電力のばらつきによって両トランスの出力エネルギーが異なる。入力エネルギーが大きいほど出力側負荷の電圧が高くなり、出力エネルギーが大きいほど出力側負荷の電圧が低くなる。

このように、自己インダクタンスや負荷の消費電力がばらつく場合、入力エネルギー、及び出力エネルギーのバランスが両トランスの間で異なる。そのため、特許文献に記載された電源回路の場合、出力電圧が異なってしまう。

特開２０１０−２８４０２９号公報

本発明の課題は、自己インダクタンスのばらつきや、負荷の消費電力のばらつきにより生じる出力側負荷の電圧のばらつきを軽減し、電源回路装置の信頼性を向上させることである。

本発明に係るフライバック方式の電源回路装置は、第１トランスと、前記第１トランスとともに入力電源に接続する巻線が直列に接続される第２トランスと、第１ダイオードと、第２ダイオードと、を備え、前記第１トランスは、前記入力電源と繋がる第１巻線と、第１出力負荷と繋がる第２巻線と、第３巻線と、を有し、前記第２トランスは、前記第１巻線と直列に繋がる第４巻線と、第２出力負荷と繋がる第５巻線と、第６巻線と、を有し、前記第３巻線及び前記第６巻線は、前記第１トランス及び前記第２トランスの電力を消費する電力消費回路に並列に接続され、前記第１ダイオードは、前記第３巻線と前記電力消費回路との間に、当該第３巻線から当該電力消費回路に向かう電流が順方向となるように接続され、前記第２ダイオードは、前記第６巻線と前記電力消費回路との間に、当該第６巻線から当該電力消費回路に向かう電流が順方向となるように接続され、前記第１出力負荷の出力電圧が前記第２出力負荷の出力電圧より高い場合は、前記第３巻線が前記第６巻線より多い電力を前記電力消費回路に供給し、前記第２出力負荷の出力電圧が第１出力負荷の出力電圧より高い場合は、前記第６巻線が前記第３巻線より多い電力を前記電力消費回路に供給する。

本発明により、電源回路装置の信頼性を向上させることができる。

電源回路１００を中心にした全体回路構成図である。図１のトランス１２１及びトランス１２５を中心とした電源回路１００の一部の回路構成図である。図２に示された回路の動作フローである。

本発明の実施形態に入る前に、本実施形態の原理を以下に説明する。

本実施形態では直列接続する２つのトランスのうち１巻線を電力消費回路に並列接続する。電力消費回路に関しては出力電圧が大きい方のトランスが供給する電力を大きくする構成とする。

これにより、電力消費回路による消費電力を出力電圧の大きい方に集中させ、出力電圧が大きい方のトランスの出力エネルギーを増大させることで、出力電圧を低下させ、出力電圧のばらつきを軽減する。

つまり、直列接続する両トランスのうち入力側電源に接続される巻線の自己インダクタンスのばらつきや、トランスの出力側負荷の消費電力が異なる場合において、出力側負荷の電圧ばらつきを軽減できる。

以下、本発明に係る実施形態を図面を用いて詳説する。

図１は、電源回路１００を中心にした全体回路構成図である。

電源回路１００は、起動回路１０１と、電源ＩＣ１０３と、ダイオード１０４及びダイオード１０５と、抵抗１０６と、ツェナーダイオード１０７と、電圧監視回路１０８と、分圧抵抗１０９と、トランジスタ１１０と、トランス１２１及びトランス１２５と、ダイオード１１１、ダイオード１１４、ダイオード１１９及びダイオード１２０と、コンデンサ１１２及びコンデンサ１１５と、を有する。

電源回路１００は、フライバック方式の電源回路であり、バッテリ１０２の電圧を昇圧、あるいは降圧し、負荷１１３および負荷１１６に電力を供給するものである。

起動回路１０１は、バッテリ１０２から電力は供給されかつ電源ＩＣ１０３へ電力を一時的に供給する回路である。バッテリ１０２は、ニッケル水素バッテリやリチウムイオンバッテリなどが用いられる。

コンタクタ１１７は、バッテリ１０２と平滑コンデンサ１１８との間の導通又は遮断するものである。

電源ＩＣ１０３は、電圧監視回路１０８内の分圧抵抗１０９より分圧された電圧を監視し、当該電圧を一定にするようトランジスタ１１０にオンオフの信号を伝送するものである。

ダイオード１０４及びダイオード１０５は、起動時にはバッテリ１０２より起動回路１０１を介して電源ＩＣ１０３へ給電し、起動後に電圧監視回路１０８内のコンデンサが所定の電圧を超えると、当該コンデンサより電源ＩＣ１０３へ給電するための回路を構成する。

抵抗１０６は、電源ＩＣ１０３へ供給する電流を調節する。ツェナーダイオード１０７は、電源ＩＣ１０３の電源端子に印加される電圧をクランプするためのものである。

トランス１２１は、バッテリ１０２側に接続される巻線１２２、電圧監視回路１０８に接続される巻線１２３、及び負荷１１３側に接続される巻線１２４の３巻線により構成される。

トランス１２５は、トランス１２１と同様にバッテリ１０２側に接続される巻線１２６、電圧監視回路１０８に接続される巻線１２７、及び負荷１１６側に接続される巻線１２８の３巻線により構成される。例えば、巻線１２２は第１巻線、巻線１２４は第２巻線、巻線１２３は第３巻線、巻線１２６は第４巻線、巻線１２８は第５巻線、巻線１２７は第６巻線、に対応する。

巻線１２２は、巻線１２６は直列に接続され、巻線１２３はダイオード１１９を介して、巻線１２７はダイオード１２０を介して、電圧監視回路１０８へ並列に接続される。

トランジスタ１１０は、導通時にトランス１２１、トランス１２５の巻線１２２、巻線１２６にエネルギーを蓄積する。トランジスタ１１０が遮断するときにバッテリ側巻線に蓄積されたエネルギーがトランス１２１、トランス１２５のコア及びギャップを介して、負荷１１３、負荷１１６へ伝送される。

ダイオード１１１及びダイオード１１４は、トランジスタ１１０導通時はトランス１２１及びトランス１２５の巻線の電流を遮断し、トランジスタ１１１のオフ時に導通し、コンデンサ１１２及びコンデンサ１１５を充電する。

コンデンサ１１２及びコンデンサ１１５は、負荷１１３及び負荷１１６に印加される電圧を安定させるためのものである。

図２は、図１のトランス１２１及びトランス１２５を中心とした電源回路１００の一部の回路構成図である。図３は、図２に示された回路の動作フローである。

図２に示されるＶｏｕｔ１は、トランス１２１の出力電圧すなわち、コンデンサ１１２の電圧である。Ｖｏｕｔ２は、トランス１２５の出力電圧すなわち、コンデンサ１１５の電圧である。Ｖｆｄ１は、ダイオード１１９の順方向電圧である。Ｉｄ１は、ダイオード１１９に流れる電流である。Ｖｆｄ２は、ダイオード１２０の順方向電圧である。Ｉｄ２は、ダイオード１２０に流れる電流である。

図３の動作フローは、Ｖｏｕｔ１がＶｏｕｔ２より大きい場合に、Ｖｏｕｔ１とＶｏｕｔ２の電圧差が減少するまでの流れを説明したものである。

Ｖｏｕｔ１がＶｏｕｔ２より大きい、すなわち巻線１２２の自己インダクタンスが巻線１２６の自己インダクタンスよりも大きい、あるいは負荷１１３の消費電力が負荷１１６よりも小さい場合を仮定している。

この場合、トランス１２１の巻線１２３の電圧がトランス１２５の巻線１２７の電圧よりも大きくなる。その結果、ダイオード１１９の順方向電圧Ｖｆｄ１がダイオード１２０の順方向電圧Ｖｆｄ２よりも大きくなる。

ここで、ダイオードの順方向電圧、順電流特性により、順方向電圧が大きい方が順電流も大きくなるため、ダイオード１１９の電流Ｉｄ１はダイオード１２０の電流Ｉｄ２よりも大きくなる。

これにより、電圧監視回路１０８が消費する電力においてトランス１２１が供給する電力の方がトランス１２５よりも大きくなる。これにより、トランス１２１の出力エネルギーが増加し、Ｖｏｕｔ１が減少する。つまり電圧監視回路１０８は、電力消費回路として機能する。本実施形態では電圧監視回路１０８を電力消費回路として機能させたが、別の機能を有する回路を電力消費回路として機能させてもよい。特にトランス１２１及びトランス１２５の周辺に設けられる電圧監視回路１０８を電力消費回路として機能させると配線が容易になり、装置の大型化を抑制することができる。

Ｖｏｕｔ２がＶｏｕｔ１よりも大きい場合もＶｏｕｔ１がＶｏｕｔ２よりも大きい場合と同様の流れでＶｏｕｔ２の電圧が減少する。以上より、出力電圧のばらつきが軽減できる。

１００…電源回路、１０１…起動回路、１０２…バッテリ、１０３…電源ＩＣ、１０４…ダイオード、１０５…ダイオード、１０６…抵抗、１０７…ツェナーダイオード、１０８…電圧監視回路、１０９…分圧抵抗、１１０…トランジスタ、１１１…ダイオード、１１２…コンデンサ、１１３…負荷、１１４…ダイオード、１１５…コンデンサ、１１６…負荷、１１７…コンタクタ、１１８…平滑コンデンサ、１１９…ダイオード、１２０…ダイオード、１２１…トランス、１２２…巻線、１２３…巻線、１２４…巻線、１２５…トランス、１２６…巻線、１２７…巻線、１２８…巻線

Claims

フライバック方式の電源回路装置であって、
第１トランスと、
前記第１トランスとともに入力電源に接続する巻線が直列に接続される第２トランスと、
第１ダイオードと、
第２ダイオードと、を備え、
前記第１トランスは、前記入力電源と繋がる第１巻線と、第１出力負荷と繋がる第２巻線と、第３巻線と、を有し、
前記第２トランスは、前記第１巻線と直列に繋がる第４巻線と、第２出力負荷と繋がる第５巻線と、第６巻線と、を有し、
前記第３巻線及び前記第６巻線は、前記第１トランス及び前記第２トランスの電力を消費する電力消費回路に並列に接続され、
前記第１ダイオードは、前記第３巻線と前記電力消費回路との間に、当該第３巻線から当該電力消費回路に向かう電流が順方向となるように接続され、
前記第２ダイオードは、前記第６巻線と前記電力消費回路との間に、当該第６巻線から当該電力消費回路に向かう電流が順方向となるように接続され、
前記第１出力負荷の出力電圧が前記第２出力負荷の出力電圧より高い場合は、前記第３巻線が前記第６巻線より多い電力を前記電力消費回路に供給し、
前記第２出力負荷の出力電圧が前記第１出力負荷の出力電圧より高い場合は、前記第６巻線が前記第３巻線より多い電力を前記電力消費回路に供給する電源回路装置。
請求項１に記載された電源回路装置であって、
前記電力消費回路は前記第１出力負荷の電圧、及び前期第２出力負荷の電圧を検出する機能を備える電源回路装置。