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JP2004147405A - Vehicle power control device - Google Patents

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JP2004147405A
JP2004147405A JP2002308200A JP2002308200A JP2004147405A JP 2004147405 A JP2004147405 A JP 2004147405A JP 2002308200 A JP2002308200 A JP 2002308200A JP 2002308200 A JP2002308200 A JP 2002308200A JP 2004147405 A JP2004147405 A JP 2004147405A
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JP
Japan
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capacitor
voltage
charge
electronic switch
control device
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Application number
JP2002308200A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroo Yabe
矢部 弘男
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Yazaki Corp
Original Assignee
Yazaki Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】電力損失を増大さえることなく、ノイズの発生を抑制することのできる車両用電力制御装置を提供する。
【解決手段】バッテリ電源より出力される直流電圧をPWM制御して、車両に搭載されるランプ等の負荷2を駆動させる車両用電力制御装置において、負荷2と電源との間に介置され、電源電圧のオン、オフを切り換える電子スイッチFET1と、充放電用のコンデンサC1と、PWM信号に応じてコンデンサC1への充電、放電を切り換える第1の充放電回路3と、を備え、コンデンサC1の端子電圧を電子スイッチFET1に供給して、電子スイッチFETのオン、オフを切り換えると共に、第1の充放電回路3は、PWM信号の前縁(立ち上がり部)にてコンデンサC1を充電し、PWM信号の後縁(立ち下がり部)にてコンデンサC1を放電する。
【選択図】   図1
A vehicle power control device capable of suppressing generation of noise without increasing power loss.
A power control device for a vehicle that performs PWM control on a DC voltage output from a battery power source to drive a load 2 such as a lamp mounted on a vehicle, is interposed between the load 2 and a power source, An electronic switch FET1 for switching on / off of a power supply voltage, a charge / discharge capacitor C1, and a first charge / discharge circuit 3 for switching charge / discharge of the capacitor C1 according to a PWM signal. The terminal voltage is supplied to the electronic switch FET1 to turn on and off the electronic switch FET, and the first charge / discharge circuit 3 charges the capacitor C1 at the leading edge (rising portion) of the PWM signal, and outputs the PWM signal. The capacitor C1 is discharged at the trailing edge (falling portion).
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載される負荷への電力供給を制御する車両用電力制御装置に係り、特に、ノイズの発生を低減する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、車両に搭載されるランプ負荷、或いはモータ負荷は、該車両に搭載されるバッテリより供給される電圧を、PWM制御により所望の電圧に変換し、各負荷に供給するようにしている。
【0003】
このようなPWM制御を用いてランプ負荷を駆動させる制御回路においては、負荷に流れる電流変化が発生するので、電流の時間変化率が大きいところで、ノイズが発生するという問題が生じる。
【0004】
そこで、特開平9−204231号公報(以下、特許文献1という)に記載されているように、スイッチング用のMOS−FETのゲートにコンデンサを配置することにより、ゲート電圧の時間変化を低減させることにより、電流の急変を緩和し、ノイズの発生を防止する方法が提案されている。
【0005】
【特許文献1】
特開平9−204231号公報(図1)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
図10は、該特許文献1に記載された方法を用いた場合の、PWM信号、MOS−FETのゲート電圧VG、ソース電圧VS、及び負荷電流ILの変化を示す特性図であり、ゲート電圧VGがMOS−FETの動作しきい値電圧Vthを超えた後、電圧VGは滑らかに上昇するので(符号p1,p2の部分)、MOS−FETの電力損失が大きくなるという問題が発生する。また、大きな放熱器を設ける必要があるので、装置の大型化、高コスト化を招くという問題が生じる。
【0007】
この発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、電力損失を増大さえることなく、ノイズの発生を抑制することのできる車両用電力制御装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願請求項1に記載の発明は、電源より出力される直流電圧をPWM制御して、車両に搭載される負荷を駆動させる車両用電力制御装置において、前記負荷と電源との間、または負荷とグランドとの間に介置され、電源電圧のオン、オフを切り換える電子スイッチと、充放電用の第1のコンデンサと、PWM信号に応じて前記コンデンサへの充電、放電を切り換える第1の充放電回路と、を備え、前記第1のコンデンサの端子電圧を前記電子スイッチに供給して、当該電子スイッチのオン、オフを切り換えると共に、前記第1の充放電回路は、前記PWM信号の前縁にて前記第1のコンデンサを充電し、PWM信号の後縁にて前記第1のコンデンサを放電することを特徴とする。
【0009】
請求項2に記載の発明は、前記電子スイッチは、電界効果トランジスタであり、前記第1のコンデンサの端子電圧を、当該電界効果トランジスタのゲートに印加することを特徴とする。
【0010】
請求項3に記載の発明は、前記第1の充放電回路と、前記電子スイッチとの間にバッファ回路を設けたことを特徴とする。
【0011】
請求項4に記載の発明は、前記電界効果トランジスタのゲート電圧と基準電圧とを比較する比較手段を具備し、前記第1のコンデンサの一端が前記第1の充放電回路の出力端側に接続され、他端が前記比較手段の出力端側に接続され、前記比較手段にて、前記ゲート電圧が基準電圧よりも大きいと判断された場合には、前記第1のコンデンサへの充放電を停止させ、ゲート電圧が基準電圧よりも小さいと判断された場合には、前記第1のコンデンサへの充放電を可能とすることを特徴とする。
【0012】
請求項5に記載の発明は、前記比較手段の出力端と前記第1のコンデンサとの間にツェナーダイオードを介置したことを特徴とする。
【0013】
請求項6に記載の発明は、第2のコンデンサ、及び第2の充放電回路を前記第1の充放電回路の前段に備え、前記第2の充放電回路は、スロースタート信号が入力された際には、前記第2のコンデンサを充電することにより、出力信号レベルを徐々に上昇させて、ピーク値へ達するように制御することを特徴とする。
【0014】
請求項7に記載の発明は、前記第2のコンデンサを充電する経路上に、ツェナーダイオードを配置したことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る電力制御装置を示す概略構成図、図2は、具体的な回路構成図である。
【0016】
図1に示すように、この電力制御装置1は、車両に搭載されるヘッドライト等の負荷2と、直流12ボルトの電圧を供給するバッテリと負荷2との間に介置され、PWM制御により負荷2に所望の電力を供給するためのスイッチングを行う電子スイッチFET1と、所定のデューティー比となるPWM信号を充放電する充放電回路3と、を有している。電子スイッチFET1は、MOS−FETで構成される。
【0017】
更に、充放電回路3と電子スイッチFET1のゲートとの間に設けられ、ゲートに供給するPWMの立ち上がり部分、及び立ち下がり部分での電圧の急変動を緩和するバッファ回路4と、バッテリ電圧を昇圧し、昇圧した電圧VPを充放電回路3、及びバッファ回路4に供給する昇圧回路5と、電子スイッチFET1のゲート電圧VGと、所定の基準電圧Vrefとを比較し、この比較結果を示す信号をツェナーダイオードZD1及びコンデンサC1を介して充放電回路3に出力するコンパレータ6と、を具備している。
【0018】
図2に示すように、充放電回路3は、トランジスタQ1〜Q4、Q9〜Q11と、電流源CC1と、抵抗R1と、を備えている。トランジスタQ1〜Q4は、カレントミラーを形成し、トランジスタQ9とQ10もやはりカレントミラーを形成している。
【0019】
また、バッファ回路4は、トランジスタQ5〜Q8と、ダイオードD1,D2と抵抗R2〜R4と、を具備している。トランジスタQ5,Q7はエミッタフォロワである。
【0020】
図3は、昇圧回路5の具体的な構成を示す回路図であり、同図に示すように、該昇圧回路5は、発振器7と、ダイオードD10,D11と、コンデンサC10,C11と、から構成され、バッテリ電圧を所望の電圧に昇圧する。
【0021】
次に、上述のように構成された本実施形態に係る電力制御装置1の動作について設明する。
【0022】
トランジスタQ1のコレクタ電流は、電流源CC1により決定される。従って、カレントミラーの作用により、トランジスタQ2,Q3,Q4のコレクタ電流も略CC1と等しくなる。
【0023】
そして、PWM入力がLレベルの場合には、トランジスタQ11はオフとなるので、トランジスタQ2,Q3のコレクタ電流がトランジスタQ10に流れることになり、該トランジスタQ10のコレクタ電流は2×CC1となる。よって、カレントミラーの作用により、トランジスタQ9のコレクタ電流も2×CC1となり、他方、トランジスタQ4のコレクタ電流はCC1であるので、この電流の差分により、コンデンサC1に充電されている電荷が放電される。
【0024】
次いで、PWM入力がHレベルとなると、トランジスタQ11はオンとなり、トランジスタQ2,Q3のコレクタ電流は、トランジスタQ11を流れるので、トランジスタQ9はオフとなる。従って、トランジスタQ4のコレクタ電流CC1は、コンデンサC1に流れ込み、該コンデンサC1は充電される。
【0025】
その結果、トランジスタQ4のコレクタ電圧VC1(第1のコンデンサの端子電圧)は、PWM入力がLレベルのときにLレベルとなり、PWM入力がHレベルのときにHレベルとなるように、変化する。
【0026】
また、バッファ回路4が有するトランジスタQ6,Q8、及びエミッタフォロワQ5,Q7により、電圧VC1はバッファリングされて電子スイッチFET1のゲートに供給される。バッファ回路4からの流れ出し方向の電流Igsourceは、抵抗R2とトランジスタQ6により、略R2×Vbe6の値に制限される。但し、Vbe6は、トランジスタQ6のベース・エミッタ間の順方向電圧である。
【0027】
他方、バッファ4への流れ込み電流Igsinkは、抵抗R3とトランジスタQ8により、略R3×Vbe8の値に制限される。但し、Vbe8は、トランジスタQ8のベース・エミッタ間の順方向電圧である。ここで、ダイオードD1,D2は回路動作安定用に設けているものである。また、抵抗R4はゲートのプルダウン用であり、抵抗R3よりも大きい値を有している。
【0028】
コンパレータ6は、電子スイッチFET1のゲート電圧VGが基準電圧Vrefよりも小さいとき(VG<Vref)に、出力信号がLレベルとなり、ゲート電圧VGが基準電圧Vref以上のとき(VG≧Vref)に、出力信号がHレベルとなる。従って、VG<Vrefのときには、コンデンサC1は充放電が可能となり、VG≧Vrefのときには、コンデンサC1は充放電ができない状態となる。
【0029】
なお、コンパレータ6にヒステリシスを持たせ、立ち上がり時と立ち下がり時でVrefを変更するように構成することも可能である。
【0030】
以下、図4に示すフローチャートを参照しながら、各信号の変化について説明する。同図において、(a)はPWM入力信号、(b)は電圧VC1、(c)は電子スイッチFET1のゲート電圧VG、(d)はコンパレータ6の出力信号(Lレベルをオン、Hレベルをオフとしている)、(e)は電子スイッチFET1のソース電圧、(f)は負荷電流ILを示している。
【0031】
PWM入力がLレベルのときには、上述したように、充放電回路3は放電状態であり、VC1は略0ボルトである。このとき、電子スイッチFET1のゲート電圧VGも0ボルトであるので、該電子スイッチFET1はオフ状態となり、負荷電流ILはゼロである。
【0032】
時刻t1のタイミングでPWM入力がHレベルとなると、上述した動作により、コンデンサC1への充電が開始される。この際、ツェナーダイオードZD1が設けられていることにより、電圧VC1は、以下に示す(1)式により上昇することになる。
【0033】
VC1=Vzd1+CC1×Tpwm/C1   ・・・(1)
但し、Vzd1は、ツェナーダイオードダイオードZD1による電圧降下、TpwmはPWM入力がHレベルとなってからの経過時間である。
【0034】
また、電圧VGは、略(VC1−VD1−Vbe5)となる。ここで、Vbe5は、トランジスタQ5のベース・エミッタ間順方向電圧である。
【0035】
そして、時刻t2で、電圧VGが電子スイッチFET1の動作しきい値電圧Vthを超えると、電子スイッチFET1のソース電圧VSの値は、VG−Vthとなり、該電子スイッチFET1がオン状態となって、負荷電流ILが流れる。このとき、負荷2に印加される電圧は、上述した(1)式に示した傾きでゆっくりと上昇する。その結果、負荷電流ILの変化率は小さい値となる。
【0036】
その後、時刻t3で、電圧VGが基準電圧Vrefを超えると、コンパレータ6の出力信号が反転し、Hレベルとなる。これにより、コンデンサC1への充電ができなくなるので、電圧VC1は急激に上昇し、該電圧VC1は昇圧回路5の出力電圧VPと略等しくなる。
【0037】
バッファ回路4は、流れ出し方向の電流Igsource(=R2×Vbe6)で電子スイッチFET1のゲート容量を充電するので、ゲート電圧VGは略一定の傾きで上昇し、ソース電圧VS及び負荷電流ILもこれに追従して上昇する。
【0038】
その後、時刻t4にて、ゲート電圧VGがバッテリ電圧VBATTを超えると、ソース電圧VSの値は、VBATT−RDSon×ILの値に落ち着く。但し、RDSonは、電子スイッチFET1のオン抵抗である。
【0039】
時刻t5にて、PWM入力がLレベルとなると、充放電回路3は放電に転じることになるが、コンパレータ6の出力がHレベル(オフ)のままであるので、コンデンサC1に蓄積された電圧は放電されない。そのため、電圧VC1は、ゲート電圧VGが基準電圧Vrefと一致するまで急激に下降する。ここで、電子スイッチFET1のゲート電荷を放電する電流は、Igsink(=R3×Vbe8)で制限される。ここで、Vbe5は、トランジスタQ5のベース・エミッタ間順方向電圧である。
【0040】
時刻t6にて、ゲート電圧VGが基準電圧Vrefよりも小さくなると、コンパレータ6の出力信号がLレベル(オン)となる。このとき、コンデンサC1には、PWM入力の立ち上がり時に充電された電荷がそのまま残っているので、電圧VC1は、以下の(2)式で示される。
【0041】
VC1=CC1×Tchg/C1   ・・・(2)
但し、Tchgは、コンデンサC1の充電時間である。
【0042】
そして、電圧VC1は、(2)式で示した値から、低下率CC1/C1で、徐々に低下していく。電圧VGの値は、略(VC1+VD2+Vbe7)となり、電圧VC1に追従して徐々に低下していく。ここで、VD2はダイオードD2の順方向電圧、Vbe7はトランジスタQ7のベース・エミッタ間の順方向電圧である。
【0043】
従って、負荷電流ILの変化率も小さい値となる。
【0044】
その後、時刻T7にて、ゲート電圧VGがしきい値電圧Vthよりも低くなると、ソース電圧VSは0ボルトとなり、負荷電流ILはゼロアンペアとなる。
【0045】
そして、上述したt1〜t7までの動作を繰り返すことにより、負荷2へ供給する電力を制御することができる。また、図4(f)に示す負荷電流ILの変化特性曲線から理解されるように、PWM制御による電流立ち上がり時、及び立ち下がり時に生じる過大な電流変化を抑制することができる。
【0046】
このようにして、本発明の第1の実施形態に係る電力制御装置1では、充放電回路3、バッファ回路4、及びコンパレータ6を設けることにより、PWM入力の立ち上がり時におけるゲート電圧VGの急激な上昇を抑制し、且つ、PWM入力の立ち下がり時におけるゲート電圧VGの急激な下降を抑制することができるので、PWM制御に伴う負荷電流の急激な変化を押さえることができ、ノイズの発生を防止することができる。
【0047】
また、従来のように、負荷電流の立ち上がり時でのピーク値に達するでの時間、及び立ち下がり時でのゼロレベルに達するまでの時間が長くならないので、電力損失を低減することができる。
【0048】
更に、充放電回路3の充電電流と放電電流、バッファ回路4より流れ出す電流Igsourceと、流れ込む電流Igsink、基準電圧Vrefの、合計5つの値を用いて、負荷電流ILの立ち上がり、及び立ち下がりの電流変化率をそれぞれ独立にに制御することができるので、ノイズの抑制効果と、電力損失との兼ね合いを最適に設定することができる。
【0049】
また、ツェナーダイオードZD1を省略することも可能である。この場合には、PWM信号がHレベルとなってから負荷電流ILが流れ出すまでの時間が遅くなるが、ノイズ抑制効果は変わらない。
【0050】
更に、電子スイッチFET1に加熱遮断型の付加機能を持たせ、温度検出回路、ゲート遮断回路及びラッチを持ち、MOS−FETが加熱により破壊する前にゲートをオフして通電を止めるようにすれば、安全性を確保することができる。
【0051】
次に、本発明に係る電力制御装置の第2の実施形態について説明する。図5は、第2の実施形態に係る電力制御装置11を示す概略構成図、図6は、具体的な回路構成図である。
図5に示すように、この電力制御装置11は、前述した第1の実施形態と同様に、負荷2と、バッテリと負荷2との間に介置される電子スイッチFET1と、第1の充放電回路3と、を有している。
【0052】
また、充放電回路3と電子スイッチFET1のゲートとの間に設けらた第1のバッファ回路4と、バッテリ電圧を昇圧して電圧VPを出力する昇圧回路15と、電子スイッチFET1のゲート電圧VGと、所定の基準電圧Vrefとを比較し、この比較結果を示す信号をツェナーダイオードZD1及びコンデンサC1を介して充放電回路3に出力するコンパレータ6と、を具備している。
【0053】
なお、第1の実施形態では、「充放電回路」及び「バッファ回路」はそれぞれ1つずつであったので、単に、「充放電回路」、「バッファ回路」と称したが、本実施形態では、それぞれ2つの「充放電回路」、「バッファ回路」を備えるので、これらを区別するために、第1の充放電回路3、第1のバッファ回路4としている。詳細な回路構成は、図2に示したものと同一である。
【0054】
更に、本実施形態では、これらに加えて、第2の充放電回路13、第2のバッファ回路14、及びコンデンサC2、ツェナーダイオードZD2を備えている。また、電子スイッチFET1のゲート・ソース間にツェナーダイオードZD3が設けられている。
【0055】
図6に示す第1の充放電回路3、及び第1のバッファ回路4は、図2に示したものと同様であるので、同一符号を付して、その構成説明を省略する。
【0056】
また、図6に示すように、第2の充放電回路13は、トランジスタQ21〜Q24と、電流源CC2と、抵抗R10と、を有している。また、コンデンサC2、及びツェナーダイオードZD2に接続されている。トランジスタQ21,Q22によりカレントミラーが形成されている。
【0057】
第2のバッファ回路14は、エミッタフォロワとなるトランジスタQ25を有している。該トランジスタQ25は、第2の充放電回路13の出力電圧VC2をバッファリングし、VC2−Vbe25の電圧(Vbe25はトランジスタQ25のベース・エミッタ間の電圧)を第1の充放電回路3に出力する。
【0058】
図7は、昇圧回路15の詳細な構成を示す回路図であり、同図に示すように、該昇圧回路15は、発振器17と、ダイオードD30,D31と、コンデンサC30,C31と、電源VCCと、から構成され、例えば42ボルトの高圧のバッテリ電圧を所望の電圧VPに昇圧する。該昇圧回路15は、発振器17、ダイオードD30,D31、及びコンデンサC30によりチャージポンプ動作を行う。この回路では、出力電圧VPは、VBATT+VCC−VD30−VD31の値が得られる。ここで、VD30は、ダイオードD30の順方向電圧、VD31は、ダイオードD31の順方向電圧である。コンデンサC31は、出力電圧VPを平滑化するためのものである。
【0059】
次に、第2の実施形態に係る電力制御装置11の動作について説明する。
【0060】
充放電回路13のトランジスタQ21,Q23は、カレントミラーを形成しているので、トランジスタQ21のコレクタ電流は、電流源CC1の電流値と等しくなり、トランジスタQ22のコレクタ電流も電流源CC1の電流値となる。
【0061】
そして、第2の充放電回路13へのスロースタート入力がHレベルとなると、トランジスタQ24はオンとなり、トランジスタQ23はオフとなるので、トランジスタQ22のコレクタ電流により、コンデンサC2はCC1により充電される。これにより、トランジスタQ22のコレクタ電圧VC2は、所定のレベルに達する。
【0062】
他方、スロースタート入力がLレベルとなると、トランジスタQ24はオフとなり、トランジスタQ23はオンとなるので、コンデンサC2に蓄積された電荷は放電される。その結果、電圧VC2は、ゼロボルトまで低下する。なお、ここでは、充電時のみ定電流としたが、放電時についても定電流とすることもできる。
【0063】
以下、図8に示すタイミングチャートを参照して、スロースタート時における動作について説明する。同図において、(a)はスロースタート入力信号、(b)は第2の充放電回路13の出力電圧VC2、(c)はPWM入力、(d)は第1の充放電回路3の出力電圧VC1、(e)は電子スイッチFET1のゲート電圧VG、(f)は電子スイッチFET1のソース電圧VS、(g)は負荷電流ILを示している。
【0064】
スロースタート入力がLレベルのときには、上述したように、コンデンサC2の電荷は放電され、電圧VC2は略ゼロボルトである。そして、時刻t11でスロースタート入力がHレベルとなると、コンデンサC2の充電が開始される。この際、コンデンサC2と直列にツェナーダイオードZD2が接続されているので、図8(b)に示すように、電圧VC2は一旦電圧Vzd2(ツェナーダイオードZD2による電圧降下分)まで上昇した後、一定の勾配で電圧VP(昇圧回路15の出力電圧)まで上昇していく。即ち、電圧VC2は、以下に示す(3)式で示される。
【0065】
VC2=Vzd2+CC2×Tss/C1  ・・・(3)
但し、Tssは、スロースタート入力がHレベルとなってからの経過時間である。
【0066】
次いで、同図(c)に示すように、PWM入力が与えられると、PWM入力パルスに応じて、電子スイッチFET1はオンとなり、負荷電流ILが流れる。この際、図8(d)、(e)に示すように、第1の充放電回路3の出力電圧VC1、及び電子スイッチFET1のゲート電圧VGについても、電圧VC2と同一の勾配で上昇することになる。
【0067】
また、電圧VC2がVBATTよりも低い間は(厳密には、VC2がVBATT+Vbe25+VD1+Vbe5+Vthよりも低い間は)、電子スイッチFET1がソースフォロワ動作となり、ソース電圧VSは、VG−Vthとなる。但し、Vthは電子スイッチFET1の動作しきい値電圧である。例えば、電圧VBATT=36ボルトで、12ボルト定格の電球(負荷2)を駆動したとする。Vzd2=16ボルトとしておけば、最初に負荷にかかる電圧VS(ソース電圧)は約12ボルトとなるので、バッテリ電圧VBATTが12ボルトであるときと同程度の突入電流に抑制することができる。
【0068】
電圧VC2が電圧VPに到達するまでの時間は負荷2の突入電流が発生している時間に合わせれば十分であるが、より長い時間に設定して、負荷2がゆっくりと立ち上がるように設定することもできる。
【0069】
電圧VC2が電圧VBATTを超えてからは、ソース電圧VSは一定値(VBATT−RDSon×IL)に落ち着く。但し、RDSonは、電子スイッチFET1のオン抵抗である。また、スロースタートをかけたくない場合には、予めスロースタート入力をHレベルとした状態で、PWM信号を駆動させるようにすれば良い。
【0070】
なお、第1の充放電回路3、及び第1のバッファ回路4の動作については、前述した第1の実施形態と同様であり、第1の充電回路3、及び第1のバッファ回路4を備えることにより、PWM入力の立ち上がり時、及び立ち下がり時におけるノイズの発生を抑制することができる。
【0071】
このようにして、第2の実施形態に係る電力制御装置11では、スロースタート入力を与えることにより、電圧供給開始時において電圧を徐々に上昇させることができるので、突入電流の発生を抑制することができる。また、負荷2に印加される電圧を、ツェナーダイオードZD2により設定することができるので、電子スイッチFET1のばらつきに左右されずに、負荷電流ILを安定に流すことができる。
【0072】
また、第2の充放電回路13の充電電流、コンデンサC2、ツェナーダイオードZD2の値を用いて、スロースタートの初期電圧、電圧勾配を変更することができるので、負荷2に合わせた最適な突入電流の制御が可能となる。
【0073】
更に、第1の充放電回路3の充電電流と放電電流、第1のバッファ回路4より流れ出す電流Igsourceと、流れ込む電流Igsink、基準電圧Vrefの、合計5つの値を用いて、負荷電流ILの立ち上がり、及び立ち下がりの電流変化率をそれぞれ独立にに制御することができるので、ノイズの抑制効果と、電力損失との兼ね合いを最適に設定することができる。
【0074】
また、第1の実施形態と同様に、ZD1を省略することも可能である。この場合には、PWM入力信号がHレベルになった後に、負荷電流ILが流れ出すまでの時間が遅くなるが、ノイズ抑制効果は変わらない。
【0075】
更に、図9に示すように、ランプ(負荷2)点灯初期におけるPWM周波数、デューティー比、及びその双方を定常時と異なるように設定することも可能である。この場合には、点灯遅れ時間の微調整が可能となる。
【0076】
以上、本発明の車両用電力制御装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【0077】
例えば、上記した各実施形態では、負荷2としてランプ負荷を例に挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、モータ等の他の負荷についても適用することができるものである。
【0078】
また、電子スイッチFET1を電源と負荷2との間に介置する例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、負荷2とグランドとの間に電子スイッチFET1を設ける構成とすることもできる。
【0079】
【発明の効果】
以上説明したように、本願請求項1,2に記載の発明によれば、PWM信号の前縁(立ち上がり部)にて第1のコンデンサを充電するので、PWM信号を緩やかに立ち上がるようにすることができ、PWM信号の後縁(立ち下がり部)にて第1のコンデンサを放電するので、PWM信号を緩やかに立ち下げることができる。従って、急激な負荷電流の変化を抑制することができ、ノイズの発生を軽減することができる。
【0080】
請求項3に記載の発明によれば、第1の充放電回路と電子スイッチとの間にバッファ回路が設けられるので、電子スイッチのゲート電圧の急激な変化を防止することができる。
【0081】
請求項4に記載の発明によれば、電子スイッチのゲート電圧が所定の基準値よりも大きいときには、第1のコンデンサの充放電を停止させるので、ゲート電圧が所定のレベルに達した後には、即時に電圧が上昇するので、電力損失を低減することができる。
【0082】
請求項5に記載の発明によれば、第1のコンデンサにツェナーダイオードが接続されるので、PWM信号の立ち上がり時にて、所定の電圧レベルまで即時に上昇させることができる。
【0083】
請求項6,7に記載の発明によれば、スロースタート信号が与えられた際には、第2の充放電回路により、第2のコンデンサを充電するので、PWM信号のレベルを徐々に上昇させることができ、PWM信号入力時における電圧の急激な変化を防止することができる。これにより、電子スイッチのばらつきに左右されずに、負荷電流を安定に流すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る電力制御装置を示す概略構成図である。
【図2】第1の実施形態に係る電力制御装置の具体的な構成を示す回路図である。
【図3】第1の実施形態に係る昇圧回路の構成を示す回路図である。
【図4】第1の実施形態に係る電力制御装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図5】本発明の第2の実施形態に係る電力制御装置を示す概略構成図である。
【図6】第2の実施形態に係る電力制御装置の具体的な構成を示す回路図である。
【図7】第2の実施形態に係る昇圧回路の構成を示す回路図である。
【図8】第2の実施形態に係る電力制御装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図9】第2実施形態に係り、PWM入力信号の周波数、及びデューティー比を定常時と異なるようにした例を示す説明図である。
【図10】従来における電力制御装置に係る信号変化を示す特性図である。
【符号の説明】
1,11 電力制御装置
2 負荷
3 充放電回路、第1の充放電回路
4 バッファ回路、第1のバッファ回路
5,15 昇圧回路
6 コンパレータ(比較手段)
7,17 発振器
13 第2の充放電回路
14 第2のバッファ回路
FET1 電子スイッチ
C1 コンデンサ(第1のコンデンサ)
C2 コンデンサ(第2のコンデンサ)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle power control device that controls power supply to a load mounted on a vehicle, and more particularly to a technique for reducing the generation of noise.
[0002]
[Prior art]
For example, for a lamp load or a motor load mounted on a vehicle, a voltage supplied from a battery mounted on the vehicle is converted into a desired voltage by PWM control and supplied to each load.
[0003]
In a control circuit that drives a lamp load using such PWM control, a change in the current flowing through the load occurs, so that there is a problem that noise is generated where the time rate of change of the current is large.
[0004]
Therefore, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-204231 (hereinafter, referred to as Patent Document 1), a capacitor is disposed at the gate of a switching MOS-FET to reduce the time change of the gate voltage. Thus, a method of mitigating a sudden change in current and preventing generation of noise has been proposed.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-9-204231 (FIG. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 10 is a characteristic diagram showing changes in the PWM signal, the gate voltage VG of the MOS-FET, the source voltage VS, and the load current IL when the method described in Patent Document 1 is used. After the voltage exceeds the operating threshold voltage Vth of the MOS-FET, the voltage VG rises smoothly (parts with reference numerals p1 and p2), which causes a problem that the power loss of the MOS-FET increases. In addition, since it is necessary to provide a large radiator, there is a problem that the size and cost of the device are increased.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object thereof is to provide a power control apparatus for a vehicle capable of suppressing generation of noise without increasing power loss. Is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 of the present application is directed to a vehicular power control device that drives a load mounted on a vehicle by performing PWM control on a DC voltage output from a power supply. , Or between a load and ground, an electronic switch for turning on / off the power supply voltage, a first capacitor for charging / discharging, and charging / discharging the capacitor in response to a PWM signal. And a first charging / discharging circuit for switching the electronic switch. The first charging / discharging circuit supplies a terminal voltage of the first capacitor to the electronic switch to turn on / off the electronic switch. The first capacitor is charged at a leading edge of the PWM signal, and the first capacitor is discharged at a trailing edge of the PWM signal.
[0009]
The invention according to claim 2 is characterized in that the electronic switch is a field-effect transistor, and applies a terminal voltage of the first capacitor to a gate of the field-effect transistor.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, a buffer circuit is provided between the first charge / discharge circuit and the electronic switch.
[0011]
The invention according to claim 4 further comprises a comparing means for comparing a gate voltage of the field effect transistor with a reference voltage, wherein one end of the first capacitor is connected to an output end of the first charge / discharge circuit. The other end is connected to the output end side of the comparing means, and when the comparing means determines that the gate voltage is higher than the reference voltage, charging / discharging of the first capacitor is stopped. When the gate voltage is determined to be lower than the reference voltage, the first capacitor can be charged and discharged.
[0012]
The invention according to claim 5 is characterized in that a Zener diode is interposed between the output terminal of the comparing means and the first capacitor.
[0013]
According to a sixth aspect of the present invention, a second capacitor and a second charge / discharge circuit are provided at a stage preceding the first charge / discharge circuit, and the second charge / discharge circuit receives a slow start signal. In this case, the output signal level is gradually increased by charging the second capacitor, and the output signal level is controlled so as to reach a peak value.
[0014]
The invention described in claim 7 is characterized in that a Zener diode is arranged on a path for charging the second capacitor.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a power control device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a specific circuit configuration diagram.
[0016]
As shown in FIG. 1, the power control device 1 is interposed between a load 2 such as a headlight mounted on a vehicle, a battery supplying a DC voltage of 12 volts, and the load 2, and is controlled by PWM control. An electronic switch FET1 performs switching for supplying desired power to the load 2, and a charge / discharge circuit 3 for charging / discharging a PWM signal having a predetermined duty ratio. The electronic switch FET1 is configured by a MOS-FET.
[0017]
Further, a buffer circuit 4 is provided between the charging / discharging circuit 3 and the gate of the electronic switch FET1, and alleviates a sudden change in the voltage supplied to the gate at rising and falling portions of the PWM. Then, the boosting circuit 5 that supplies the boosted voltage VP to the charging / discharging circuit 3 and the buffer circuit 4, the gate voltage VG of the electronic switch FET1, and a predetermined reference voltage Vref are compared. A comparator 6 for outputting to the charge / discharge circuit 3 via the Zener diode ZD1 and the capacitor C1.
[0018]
As shown in FIG. 2, the charge / discharge circuit 3 includes transistors Q1 to Q4, Q9 to Q11, a current source CC1, and a resistor R1. Transistors Q1-Q4 form a current mirror, and transistors Q9 and Q10 also form a current mirror.
[0019]
The buffer circuit 4 includes transistors Q5 to Q8, diodes D1 and D2, and resistors R2 to R4. The transistors Q5 and Q7 are emitter followers.
[0020]
FIG. 3 is a circuit diagram showing a specific configuration of the booster circuit 5. As shown in FIG. 3, the booster circuit 5 includes an oscillator 7, diodes D10 and D11, and capacitors C10 and C11. Then, the battery voltage is boosted to a desired voltage.
[0021]
Next, the operation of the power control device 1 according to the present embodiment configured as described above will be described.
[0022]
The collector current of transistor Q1 is determined by current source CC1. Therefore, the collector currents of the transistors Q2, Q3, and Q4 become substantially equal to CC1 by the action of the current mirror.
[0023]
When the PWM input is at the L level, the transistor Q11 is turned off, so that the collector currents of the transistors Q2 and Q3 flow through the transistor Q10, and the collector current of the transistor Q10 becomes 2 × CC1. Therefore, the collector current of the transistor Q9 also becomes 2 × CC1 by the action of the current mirror, and the collector current of the transistor Q4 is CC1, so that the electric charge charged in the capacitor C1 is discharged by the difference between the currents. .
[0024]
Next, when the PWM input goes to the H level, the transistor Q11 turns on, and the collector currents of the transistors Q2 and Q3 flow through the transistor Q11, so that the transistor Q9 turns off. Therefore, the collector current CC1 of the transistor Q4 flows into the capacitor C1, and the capacitor C1 is charged.
[0025]
As a result, the collector voltage VC1 (terminal voltage of the first capacitor) of the transistor Q4 changes to be at the L level when the PWM input is at the L level, and to be at the H level when the PWM input is at the H level.
[0026]
The voltage VC1 is buffered by the transistors Q6 and Q8 and the emitter followers Q5 and Q7 of the buffer circuit 4 and supplied to the gate of the electronic switch FET1. The current Igsource in the flowing direction from the buffer circuit 4 is limited to approximately R2 × Vbe6 by the resistor R2 and the transistor Q6. Here, Vbe6 is a forward voltage between the base and the emitter of the transistor Q6.
[0027]
On the other hand, the current Igsink flowing into the buffer 4 is limited to approximately R3 × Vbe8 by the resistor R3 and the transistor Q8. Here, Vbe8 is a forward voltage between the base and the emitter of the transistor Q8. Here, the diodes D1 and D2 are provided for stabilizing the circuit operation. The resistor R4 is for pulling down the gate and has a larger value than the resistor R3.
[0028]
When the gate voltage VG of the electronic switch FET1 is lower than the reference voltage Vref (VG <Vref), the output signal becomes L level, and when the gate voltage VG is higher than the reference voltage Vref (VG ≧ Vref), The output signal goes high. Therefore, when VG <Vref, the capacitor C1 can be charged and discharged, and when VG ≧ Vref, the capacitor C1 cannot be charged and discharged.
[0029]
It is also possible to provide the comparator 6 with hysteresis so as to change Vref at the time of rising and falling.
[0030]
Hereinafter, changes in each signal will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In the figure, (a) is a PWM input signal, (b) is a voltage VC1, (c) is a gate voltage VG of the electronic switch FET1, and (d) is an output signal of the comparator 6 (L level on, H level off). (E) shows the source voltage of the electronic switch FET1, and (f) shows the load current IL.
[0031]
When the PWM input is at the L level, as described above, the charging / discharging circuit 3 is in the discharging state, and VC1 is substantially 0 volt. At this time, since the gate voltage VG of the electronic switch FET1 is also 0 volt, the electronic switch FET1 is turned off, and the load current IL is zero.
[0032]
When the PWM input goes high at the timing of time t1, charging of the capacitor C1 is started by the above-described operation. At this time, since the Zener diode ZD1 is provided, the voltage VC1 increases according to the following equation (1).
[0033]
VC1 = Vzd1 + CC1 × Tpwm / C1 (1)
Here, Vzd1 is a voltage drop due to the Zener diode diode ZD1, and Tpwm is an elapsed time from when the PWM input becomes H level.
[0034]
Further, the voltage VG is substantially (VC1-VD1-Vbe5). Here, Vbe5 is a forward voltage between the base and the emitter of the transistor Q5.
[0035]
Then, at time t2, when the voltage VG exceeds the operation threshold voltage Vth of the electronic switch FET1, the value of the source voltage VS of the electronic switch FET1 becomes VG−Vth, and the electronic switch FET1 is turned on. The load current IL flows. At this time, the voltage applied to the load 2 slowly rises with the slope shown in the above equation (1). As a result, the rate of change of the load current IL becomes a small value.
[0036]
Thereafter, at time t3, when the voltage VG exceeds the reference voltage Vref, the output signal of the comparator 6 is inverted and becomes the H level. As a result, the capacitor C1 cannot be charged, so that the voltage VC1 rises rapidly, and the voltage VC1 becomes substantially equal to the output voltage VP of the booster circuit 5.
[0037]
Since the buffer circuit 4 charges the gate capacitance of the electronic switch FET1 with the current Igsource (= R2 × Vbe6) in the flowing direction, the gate voltage VG rises with a substantially constant slope, and the source voltage VS and the load current IL also increase. Follow and rise.
[0038]
Thereafter, at time t4, when the gate voltage VG exceeds the battery voltage VBATT, the value of the source voltage VS settles to the value of VBATT-RDSon × IL. Here, RDSon is the ON resistance of the electronic switch FET1.
[0039]
At time t5, when the PWM input goes to L level, the charge / discharge circuit 3 starts discharging, but since the output of the comparator 6 remains at H level (OFF), the voltage stored in the capacitor C1 becomes Not discharged. Therefore, voltage VC1 drops sharply until gate voltage VG matches reference voltage Vref. Here, the current for discharging the gate charge of the electronic switch FET1 is limited by Igsink (= R3 × Vbe8). Here, Vbe5 is a forward voltage between the base and the emitter of the transistor Q5.
[0040]
At time t6, when the gate voltage VG becomes lower than the reference voltage Vref, the output signal of the comparator 6 goes low (ON). At this time, since the electric charge charged at the time of the rise of the PWM input remains in the capacitor C1, the voltage VC1 is expressed by the following equation (2).
[0041]
VC1 = CC1 × Tchg / C1 (2)
Here, Tchg is the charging time of the capacitor C1.
[0042]
Then, the voltage VC1 gradually decreases at a decrease rate CC1 / C1 from the value shown in the equation (2). The value of the voltage VG becomes substantially (VC1 + VD2 + Vbe7), and gradually decreases following the voltage VC1. Here, VD2 is a forward voltage of the diode D2, and Vbe7 is a forward voltage between the base and the emitter of the transistor Q7.
[0043]
Therefore, the rate of change of the load current IL also becomes a small value.
[0044]
Thereafter, at time T7, when the gate voltage VG becomes lower than the threshold voltage Vth, the source voltage VS becomes 0 volt, and the load current IL becomes zero amperes.
[0045]
The power supplied to the load 2 can be controlled by repeating the above-described operations from t1 to t7. Further, as can be understood from the change characteristic curve of the load current IL shown in FIG. 4F, it is possible to suppress an excessive current change that occurs at the time of rising and falling of the current by the PWM control.
[0046]
As described above, in the power control device 1 according to the first embodiment of the present invention, by providing the charging / discharging circuit 3, the buffer circuit 4, and the comparator 6, the gate voltage VG at the rising edge of the PWM input is sharply increased. Since the rise can be suppressed and the gate voltage VG can be prevented from sharply dropping when the PWM input falls, a sudden change in the load current due to the PWM control can be suppressed, and the generation of noise can be prevented. can do.
[0047]
Further, unlike the related art, the time required to reach the peak value at the time of the rise of the load current and the time required to reach the zero level at the time of the fall are not prolonged, so that the power loss can be reduced.
[0048]
Further, the charge current and discharge current of the charge / discharge circuit 3, the current Igsource flowing out of the buffer circuit 4, the current Igsink flowing therethrough, and the reference voltage Vref are used, and a total of five values are used to make the rising and falling currents of the load current IL. Since the rate of change can be controlled independently of each other, it is possible to optimally set a balance between the noise suppression effect and the power loss.
[0049]
Further, the Zener diode ZD1 can be omitted. In this case, the time from when the PWM signal becomes H level to when the load current IL starts to flow is delayed, but the noise suppression effect does not change.
[0050]
Furthermore, if the electronic switch FET1 is provided with a heating cutoff type additional function, and has a temperature detection circuit, a gate cutoff circuit, and a latch, the gate is turned off and energization is stopped before the MOS-FET is destroyed by heating. , Safety can be ensured.
[0051]
Next, a second embodiment of the power control device according to the present invention will be described. FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating a power control device 11 according to the second embodiment, and FIG. 6 is a specific circuit configuration diagram.
As shown in FIG. 5, the power control device 11 includes a load 2, an electronic switch FET1 interposed between the battery and the load 2, and a first charging device, as in the first embodiment. A discharge circuit 3.
[0052]
A first buffer circuit 4 provided between the charge / discharge circuit 3 and the gate of the electronic switch FET1, a booster circuit 15 for boosting the battery voltage and outputting the voltage VP, and a gate voltage VG of the electronic switch FET1. And a predetermined reference voltage Vref, and a comparator 6 that outputs a signal indicating the result of the comparison to the charge / discharge circuit 3 via the Zener diode ZD1 and the capacitor C1.
[0053]
In the first embodiment, the number of the “charge / discharge circuit” and the number of the “buffer circuit” are respectively one. Therefore, they are simply referred to as the “charge / discharge circuit” and the “buffer circuit”. , Each of which has two “charge / discharge circuits” and “buffer circuits”. In order to distinguish between them, the first charge / discharge circuit 3 and the first buffer circuit 4 are used. The detailed circuit configuration is the same as that shown in FIG.
[0054]
Further, in the present embodiment, in addition to the above, a second charge / discharge circuit 13, a second buffer circuit 14, a capacitor C2, and a Zener diode ZD2 are provided. Further, a Zener diode ZD3 is provided between the gate and the source of the electronic switch FET1.
[0055]
Since the first charge / discharge circuit 3 and the first buffer circuit 4 shown in FIG. 6 are the same as those shown in FIG. 2, the same reference numerals are given and the description of the configuration is omitted.
[0056]
As shown in FIG. 6, the second charge / discharge circuit 13 has transistors Q21 to Q24, a current source CC2, and a resistor R10. Further, it is connected to the capacitor C2 and the Zener diode ZD2. A current mirror is formed by the transistors Q21 and Q22.
[0057]
The second buffer circuit 14 has a transistor Q25 serving as an emitter follower. The transistor Q25 buffers the output voltage VC2 of the second charge / discharge circuit 13, and outputs a voltage VC2-Vbe25 (Vbe25 is a voltage between the base and the emitter of the transistor Q25) to the first charge / discharge circuit 3. .
[0058]
FIG. 7 is a circuit diagram showing a detailed configuration of the booster circuit 15. As shown in FIG. 7, the booster circuit 15 includes an oscillator 17, diodes D30 and D31, capacitors C30 and C31, and a power supply VCC. , And boosts a high battery voltage of, for example, 42 volts to a desired voltage VP. The booster circuit 15 performs a charge pump operation using the oscillator 17, the diodes D30 and D31, and the capacitor C30. In this circuit, a value of VBATT + VCC-VD30-VD31 is obtained as the output voltage VP. Here, VD30 is a forward voltage of the diode D30, and VD31 is a forward voltage of the diode D31. The capacitor C31 is for smoothing the output voltage VP.
[0059]
Next, the operation of the power control device 11 according to the second embodiment will be described.
[0060]
Since the transistors Q21 and Q23 of the charge / discharge circuit 13 form a current mirror, the collector current of the transistor Q21 is equal to the current value of the current source CC1, and the collector current of the transistor Q22 is also equal to the current value of the current source CC1. Become.
[0061]
Then, when the slow start input to the second charge / discharge circuit 13 becomes H level, the transistor Q24 is turned on and the transistor Q23 is turned off, so that the capacitor C2 is charged by CC1 by the collector current of the transistor Q22. Thereby, the collector voltage VC2 of the transistor Q22 reaches a predetermined level.
[0062]
On the other hand, when the slow start input goes to L level, the transistor Q24 turns off and the transistor Q23 turns on, so that the electric charge accumulated in the capacitor C2 is discharged. As a result, voltage VC2 drops to zero volts. Here, the constant current is used only at the time of charging, but the constant current may be used at the time of discharging.
[0063]
Hereinafter, the operation at the time of slow start will be described with reference to the timing chart shown in FIG. In the figure, (a) is a slow start input signal, (b) is an output voltage VC2 of the second charge / discharge circuit 13, (c) is a PWM input, and (d) is an output voltage of the first charge / discharge circuit 3. VC1, (e) indicates the gate voltage VG of the electronic switch FET1, (f) indicates the source voltage VS of the electronic switch FET1, and (g) indicates the load current IL.
[0064]
When the slow start input is at the L level, as described above, the charge of the capacitor C2 is discharged, and the voltage VC2 is substantially zero volt. When the slow start input goes high at time t11, charging of the capacitor C2 is started. At this time, since the zener diode ZD2 is connected in series with the capacitor C2, as shown in FIG. 8B, the voltage VC2 once rises to the voltage Vzd2 (the voltage drop by the zener diode ZD2) and then becomes constant. The voltage rises to the voltage VP (the output voltage of the booster circuit 15) with a gradient. That is, the voltage VC2 is expressed by the following equation (3).
[0065]
VC2 = Vzd2 + CC2 × Tss / C1 (3)
Here, Tss is the elapsed time from when the slow start input becomes H level.
[0066]
Next, as shown in FIG. 3C, when a PWM input is given, the electronic switch FET1 is turned on in response to the PWM input pulse, and the load current IL flows. At this time, as shown in FIGS. 8D and 8E, the output voltage VC1 of the first charge / discharge circuit 3 and the gate voltage VG of the electronic switch FET1 also increase at the same gradient as the voltage VC2. become.
[0067]
Further, while the voltage VC2 is lower than VBATT (strictly, while VC2 is lower than VBATT + Vbe25 + VD1 + Vbe5 + Vth), the electronic switch FET1 performs a source follower operation, and the source voltage VS becomes VG-Vth. Here, Vth is an operation threshold voltage of the electronic switch FET1. For example, suppose that a bulb (load 2) rated at 12 volts is driven at a voltage VBATT = 36 volts. If Vzd2 = 16 volts, the voltage VS (source voltage) initially applied to the load is about 12 volts, so that the rush current can be suppressed to the same level as when the battery voltage VBATT is 12 volts.
[0068]
It is sufficient that the time until the voltage VC2 reaches the voltage VP is sufficient to match the time during which the rush current of the load 2 is generated. However, it is necessary to set a longer time so that the load 2 rises slowly. You can also.
[0069]
After the voltage VC2 exceeds the voltage VBATT, the source voltage VS settles to a constant value (VBATT-RDSon × IL). Here, RDSon is the ON resistance of the electronic switch FET1. If a slow start is not desired, the PWM signal may be driven in a state where the slow start input is set to the H level in advance.
[0070]
The operations of the first charging / discharging circuit 3 and the first buffer circuit 4 are the same as those of the first embodiment described above, and include the first charging circuit 3 and the first buffer circuit 4. Thus, it is possible to suppress the occurrence of noise at the time of rising and falling of the PWM input.
[0071]
In this manner, in the power control device 11 according to the second embodiment, the voltage can be gradually increased at the start of the voltage supply by providing the slow start input. Can be. Further, since the voltage applied to the load 2 can be set by the Zener diode ZD2, the load current IL can flow stably without being affected by the variation of the electronic switch FET1.
[0072]
Further, the initial voltage and voltage gradient of the slow start can be changed using the charge current of the second charge / discharge circuit 13, the value of the capacitor C2, and the value of the zener diode ZD2. Can be controlled.
[0073]
Further, the rise of the load current IL is determined by using a total of five values of the charging current and discharging current of the first charging / discharging circuit 3, the current Igsource flowing out of the first buffer circuit 4, the flowing current Igsink, and the reference voltage Vref. , And the falling current change rate can be controlled independently of each other, so that the balance between the noise suppression effect and the power loss can be optimally set.
[0074]
Further, similarly to the first embodiment, ZD1 can be omitted. In this case, the time required for the load current IL to flow after the PWM input signal becomes H level is delayed, but the noise suppression effect is not changed.
[0075]
Further, as shown in FIG. 9, it is also possible to set the PWM frequency and the duty ratio in the initial stage of lighting of the lamp (load 2) and both of them differently from those in the steady state. In this case, it is possible to finely adjust the lighting delay time.
[0076]
As described above, the vehicle power control device of the present invention has been described based on the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to this, and the configuration of each unit may be any configuration having the same function. Can be replaced.
[0077]
For example, in each of the above-described embodiments, a lamp load is taken as an example of the load 2, but the present invention is not limited to this, and can be applied to other loads such as a motor.
[0078]
Also, an example in which the electronic switch FET1 is interposed between the power supply and the load 2 has been described, but the present invention is not limited to this, and the electronic switch FET1 is provided between the load 2 and the ground. You can also.
[0079]
【The invention's effect】
As described above, according to the first and second aspects of the present invention, the first capacitor is charged at the leading edge (rising portion) of the PWM signal, so that the PWM signal gradually rises. Since the first capacitor is discharged at the trailing edge (falling portion) of the PWM signal, the PWM signal can fall slowly. Therefore, a sudden change in the load current can be suppressed, and the occurrence of noise can be reduced.
[0080]
According to the third aspect of the present invention, since the buffer circuit is provided between the first charge / discharge circuit and the electronic switch, it is possible to prevent a sudden change in the gate voltage of the electronic switch.
[0081]
According to the invention described in claim 4, when the gate voltage of the electronic switch is higher than the predetermined reference value, the charging and discharging of the first capacitor is stopped, so that after the gate voltage reaches the predetermined level, Since the voltage rises immediately, power loss can be reduced.
[0082]
According to the fifth aspect of the present invention, since the zener diode is connected to the first capacitor, the voltage can be immediately increased to a predetermined voltage level when the PWM signal rises.
[0083]
According to the present invention, when the slow start signal is given, the second capacitor is charged by the second charge / discharge circuit, so that the level of the PWM signal is gradually increased. Thus, it is possible to prevent a sudden change in the voltage when the PWM signal is input. Thereby, the load current can be stably supplied without being affected by the variation of the electronic switches.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a power control device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a specific configuration of a power control device according to the first embodiment.
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration of a booster circuit according to the first embodiment.
FIG. 4 is a timing chart showing an operation of the power control device according to the first embodiment.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating a power control device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a specific configuration of a power control device according to a second embodiment.
FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a configuration of a booster circuit according to a second embodiment.
FIG. 8 is a timing chart showing the operation of the power control device according to the second embodiment.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example in which a frequency and a duty ratio of a PWM input signal are different from those in a steady state according to the second embodiment.
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a signal change according to a conventional power control device.
[Explanation of symbols]
1,11 Power control device
2 Load
3. Charge / discharge circuit, first charge / discharge circuit
4. Buffer circuit, first buffer circuit
5,15 booster circuit
6. Comparator (comparing means)
7,17 oscillator
13 Second charge / discharge circuit
14 Second buffer circuit
FET1 Electronic switch
C1 capacitor (first capacitor)
C2 capacitor (second capacitor)

Claims (7)

電源より出力される直流電圧をPWM制御して、車両に搭載される負荷を駆動させる車両用電力制御装置において、
前記負荷と電源との間、または負荷とグランドとの間に介置され、電源電圧のオン、オフを切り換える電子スイッチと、
充放電用の第1のコンデンサと、
PWM信号に応じて前記コンデンサへの充電、放電を切り換える第1の充放電回路と、を備え、
前記第1のコンデンサの端子電圧を前記電子スイッチに供給して、当該電子スイッチのオン、オフを切り換えると共に、
前記第1の充放電回路は、前記PWM信号の前縁にて前記第1のコンデンサを充電し、PWM信号の後縁にて前記第1のコンデンサを放電することを特徴とする車両用電力制御装置。
In a vehicle power control device that performs PWM control on a DC voltage output from a power supply to drive a load mounted on a vehicle,
An electronic switch that is interposed between the load and the power supply or between the load and the ground and switches on and off the power supply voltage,
A first capacitor for charging and discharging;
A first charge / discharge circuit that switches charging and discharging of the capacitor according to a PWM signal;
A terminal voltage of the first capacitor is supplied to the electronic switch to turn on and off the electronic switch.
The first charge / discharge circuit charges the first capacitor at a leading edge of the PWM signal and discharges the first capacitor at a trailing edge of the PWM signal. apparatus.
前記電子スイッチは、電界効果トランジスタであり、前記第1のコンデンサの端子電圧を、当該電界効果トランジスタのゲートに印加することを特徴とする請求項1に記載の車両用電力制御装置。The power control device for a vehicle according to claim 1, wherein the electronic switch is a field effect transistor, and applies a terminal voltage of the first capacitor to a gate of the field effect transistor. 前記第1の充放電回路と、前記電子スイッチとの間にバッファ回路を設けたことを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の車両用電力制御装置。3. The vehicle power control device according to claim 1, wherein a buffer circuit is provided between the first charge / discharge circuit and the electronic switch. 前記電界効果トランジスタのゲート電圧と基準電圧とを比較する比較手段を具備し、
前記第1のコンデンサの一端が前記第1の充放電回路の出力端側に接続され、他端が前記比較手段の出力端側に接続され、
前記比較手段にて、前記ゲート電圧が基準電圧よりも大きいと判断された場合には、前記第1のコンデンサへの充放電を停止させ、ゲート電圧が基準電圧よりも小さいと判断された場合には、前記第1のコンデンサへの充放電を可能とすることを特徴とする請求項2または請求項3のいずれかに記載の車両用電力制御装置。
Comparing means for comparing a gate voltage of the field effect transistor with a reference voltage,
One end of the first capacitor is connected to the output end of the first charge / discharge circuit, and the other end is connected to the output end of the comparing means;
When the comparing means determines that the gate voltage is higher than the reference voltage, the charging / discharging of the first capacitor is stopped, and when it is determined that the gate voltage is lower than the reference voltage, The power control device for a vehicle according to claim 2, wherein the first capacitor enables charging and discharging of the first capacitor. 5.
前記比較手段の出力端と前記第1のコンデンサとの間にツェナーダイオードを介置したことを特徴とする請求項4に記載の車両用電力制御装置。The power control device for a vehicle according to claim 4, wherein a zener diode is interposed between an output terminal of the comparison unit and the first capacitor. 第2のコンデンサ、及び第2の充放電回路を前記第1の充放電回路の前段に備え、前記第2の充放電回路は、スロースタート信号が入力された際には、前記第2のコンデンサを充電することにより、出力信号レベルを徐々に上昇させて、ピーク値へ達するように制御することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の車両用電力供給装置。A second capacitor and a second charge / discharge circuit are provided before the first charge / discharge circuit, and the second charge / discharge circuit is configured to receive the second capacitor when a slow start signal is input. The power supply apparatus for a vehicle according to any one of claims 1 to 5, wherein by charging the power supply, the output signal level is gradually increased to control the output signal level to reach a peak value. 前記第2のコンデンサを充電する経路上に、ツェナーダイオードを配置したことを特徴とする請求項6に記載の車両用電力制御装置。The power control device for a vehicle according to claim 6, wherein a Zener diode is disposed on a path for charging the second capacitor.
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