开关电源的制作方法

本发明涉及开关电源。

背景技术：

以往，转换输入电压并生成输出电压的开关电源被实施用于应对最大输出的设计及控制。即，开关电源根据负载变动而电力转换效率也变动，特别是具有负载越轻(负载率越低)而电力转换效率越差的倾向。对此，例如在专利文献1中公开了如下构成：将多个DC/DC逆变器(开关电源)并联，并控制与装置的负载电流匹配地动作的DC/DC逆变器的个数，从而避免产生轻负载状态而防止电力转换效率的降低。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012－210013号公报

技术实现要素：

本发明欲解决的技术问题

但是，在如专利文献1所记载的那样将多个开关电源并联的电源装置的情况下，装入到装置中的开关电源的个数增加，因此，具有装置肥大化这种问题。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够提高电力转换效率、且能够防止装置肥大化的开关电源。

用于解决问题的技术方案

为了解决上述问题本发明的开关电源的特征在于，包括：开关方式的电源电路，其能够执行转换输入电压并生成输出电压的电压转换动作；以及控制部，其控制所述电源电路的所述电压转换动作，所述控制部在所述电源电路的负载率为预定值以上的状态时，使所述电源电路执行所述电压转换动作。

另外，在上述的开关电源中，优选的是，所述控制部在所述电源电路的输出侧的蓄电装置的蓄电残量为预定值以下时，使所述电源电路执行所述电压转换动作。

另外，在上述的开关电源中，优选的是，所述控制部监视所述电源电路的输出侧的负载对象的状态，在所述负载对象为工作状态的情况下，与所述负载对象为非工作状态的情况相比，使所述蓄电残量的所述预定值增加。

发明效果

本发明的开关电源限定于在电源电路的负载率能够为预定值以上的状态下，执行电源电路的电压转换动作，因此，能够将电力转换效率维持在较高的位置。另外，是通过切换由单一的开关电源进行的电压转换动作的实施/停止从而实现电力转换效率的提高的构成，不需要为了避免产生轻负载状态而并用多个开关电源。由此，发挥能够提高电力转换效率、并且防止装置的肥大化这种效果。

附图说明

图1是示出应用了本发明的一个实施方式的DC/DC逆变器(开关电源)的电源装置的概略结构的一个例子的图。

图2是示出图1中的本实施方式的DC/DC逆变器的概略结构的框图。

图3是示出本实施方式的DC/DC逆变器所进行的电压转换动作的转换处理的流程图。

图4是示出开关电源的电力转换效率相对于负载率的特性的一个例子的图。

图5是示出应用了本实施方式的开关电源的电源装置的概略结构的其他例子的图。

附图标记说明

2 DC/DC逆变器(开关电源)

21 电源电路

22 控制部

6 低压侧电池(蓄电装置)

8 低压侧负载(负载对象)

具体实施方式

以下基于附图说明本发明的开关电源的实施方式。此外，在以下的附图中，对于相同或相当的部分标注相同参照编号，不重复其说明。

[实施方式]

首先，参照图1、2，说明本发明的一个实施方式的开关电源的构成。图1是示出应用了本发明的一个实施方式的DC/DC逆变器(开关电源)的电源装置的概略结构的一个例子的图。图2是示出图1中的本实施方式的DC/DC逆变器的概略结构的框图。

图1所例示的电源装置1例如是在混合动力车辆中用于对启动发动机的启动马达4供给电力的装置。此外，在本实施方式中，作为被该电源装置1应用，并转换输入电压并生成输出电压的开关电源的一个例子，例举降压型的DC/DC逆变器2来进行说明。

如图1所示，电源装置1包括：DC/DC逆变器2、发电机3、启动马达4、高压侧电池5、低压侧电池6、高压侧负载7、以及低压侧负载8。

DC/DC逆变器2是降压型，在图1的例子中，能够执行将48V的输入电压降压到14V的输出电压的电压转换动作。在图1所示的电源装置1的构成中，DC/DC逆变器2在这些电压转换动作时，将从高压侧(发电机3或高压侧电池5)输入的电力在进行了电压转换之后输出到低压侧(低压侧电池6、低压侧负载8、或启动马达4)。

发电机3是从动能得到电能(电力)的装置，将生成的电力供给到DC/DC逆变器2、高压侧电池5、高压侧负载7。高压侧电池5是将从发电机3供给的电力蓄电的蓄电装置，并将蓄电的电力供给到高压侧负载7。高压侧负载7是利用从发电机3或高压侧电池5供给的电力进行工作的任意的装置。

低压侧电池6是将经由DC/DC逆变器2从发电机3供给的电力蓄电的蓄电装置，将蓄电的电力供给到启动马达4及低压侧负载8。低压侧负载8是利用从发电机3或低压侧电池6供给的电力进行工作的任意的装置。启动马达4利用从发电机3或低压侧电池6供给的电力进行工作。

如图2所示，DC/DC逆变器2包括电源电路21、以及控制部22。

电源电路21是构成能够执行转换输入电压并生成输出电压的电压转换动作的开关方式的电源的电压转换电路。此外，电源电路21能够使用通过控制其构成要素之中的开关元件的接通、断开，从而生成期望的输出电压的公知的电路，因此，对于内部结构的细节省略说明。

控制部22控制电源电路21的电压转换动作。具体而言，控制部22通过控制电源电路21的开关元件的接通、断开，从而控制上述的电压转换动作。如图2所示，向控制部22输入车辆动作状况(点火的接通/断开)、发动机动作状况(发动机转速)、发电机动作状况(发电机电压)、电池状态(低压侧电池6的电压及电流)、负载动作状况(负载的接通(工作状态)/断开(非工作状态))等各种信息。负载动作状况例如能够利用通信来得到。控制部22基于这些输入信息，判定能否执行电源电路21所进行的电压转换动作。更详细而言，控制部22在基于上述的输入信息，判定为电源电路21的负载率为预定值以上的状态的情况下，使电源电路21执行电压转换动作。另一方面，在判定为电源电路21的负载率低于预定值的状态的情况下，控制部22将电源电路21切换为待机状态而使电源电路21不执行电压转换动作。此外，关于用于控制部22判定为电源电路21的负载率为预定值以上的状态的具体的方法，参照图3后述。

控制部22是包含以公知的微型计算机为主体的电子电路而构成的集成电路，该微型计算机物理上包含CPU(Central Processing Unit：中央处理器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)及接口。控制部22的功能是如下这样实现的：通过将被ROM保持的应用程序加载到RAM中并由CPU执行，从而在CPU的控制下使电源装置1的各种装置动作，并且进行RAM、ROM的数据的读取及写入。此外，也能够用模拟电路构成控制部22，并利用模拟电路的动作来实现控制部22的各功能。

接下来，参照图3，说明本实施方式的DC/DC逆变器2(开关电源)的动作。图3是示出本实施方式的DC/DC逆变器所进行的电压转换动作的转换处理的流程图。图3所示的流程图的处理由DC/DC逆变器2的控制部22例如每隔预定周期实施。

在步骤S01中，开始低压侧电池6的充电状态的检测。步骤S01的处理完成时，转移到步骤S02。

在步骤S02中，将DC/DC逆变器2设定为不执行电压转换动作的待机状态。步骤S02的处理完成时，转移到步骤S03。

在步骤S03中，判定搭载有电源装置1的车辆是否是点火接通状态(IG＝ON)。控制部22能够基于例如从车辆内输入的与车辆动作状况相关的信息(点火的接通/断开)，进行该判定。在步骤S03的判定的结果为点火接通状态的情况下(步骤S03的是)，转移到步骤S04。另一方面，在为关闭点火状态的情况下(步骤S03的否)，返回到步骤S02，在变成点火接通状态之前维持DC/DC逆变器2的待机状态。

在步骤S04中，判定低压侧负载8是否是工作状态(接通状态)。在本实施方式中，低压侧负载8是成为DC/DC逆变器2的电源电路21的输出侧的负载对象的要素。控制部22能够基于例如从车辆内输入的与负载动作状况相关的信息(负载的接通(工作状态)/断开(非工作状态))，进行电源电路21的输出侧的负载对象的状态的判定。在步骤S04的判定的结果为低压侧负载8为非工作状态的情况下(步骤S04的否)，推进到步骤S05，在低压侧负载8为工作状态的情况下(步骤S04的是)，推进到步骤S06。

在步骤S05中，如果在步骤S04中判定为低压侧负载8为非工作状态，那么判定低压侧电池6的充电状态(SOC)是否超过80％。控制部22能够基于例如从车辆内输入的与电池状态相关的信息(低压侧电池6的电压及电流)来算出SOC，并使用算出的SOC来进行该判定。在步骤S05的判定的结果为低压侧电池6的SOC为80％以下的情况下(步骤S05的否)，推进到步骤S07。另一方面，在低压侧电池6的SOC超过80％的情况下(步骤S05的是)，返回到步骤S02，在低压侧电池6的SOC变成80％以下之前，维持DC/DC逆变器2的待机状态。

在步骤S06中，如果在步骤S04中判定为低压侧负载8为工作状态，那么判定低压侧电池6的充电状态(SOC)是否超过90％。在步骤S06的判定的结果为低压侧电池6的SOC为90％以下的情况下(步骤S06的否)，推进到步骤S07。另一方面，在低压侧电池6的SOC超过90％的情况下(步骤S06的是)，返回到步骤S02，在低压侧电池6的SOC变成90％以下之前维持DC/DC逆变器2的待机状态。

此外，在本实施方式中，作为低压侧电池6的SOC的阈值，在步骤S05中使用了“80％”，在步骤S06中使用了“90％”，但是，只要将步骤S06的阈值设定为与步骤S05的阈值相比相对地大，则也可以是其他值。在步骤S05、S06中SOC都为预定的阈值(预定值)以下的情况下，即在为低压侧电池6具有充分蓄电的富余的状态的情况下，是用于在后述的步骤S08中执行DC/DC逆变器2的电压转换动作的判定条件。但是，在步骤S06中，是在DC/DC逆变器2的电源电路21的输出侧的负载对象即低压侧负载8为工作状态(驱动中)的情况下进行的判定步骤，在该情况下，从DC/DC逆变器2供给到低压侧的电力的一部分也被利用于低压侧负载8的驱动。因此，可以想到，在步骤S06的情况下，即使与在低压侧负载8为非工作状态(停止中)的情况下进行的步骤S05相比较，低压侧电池6的充电可能量相对地较少，向低压侧电池6过剩供给电力而导致过充电的可能性较低。由于以上的理由，对于低压侧电池6的SOC的阈值，将步骤S06的阈值设定为与步骤S05的阈值相比相对较大。换言之，在低压侧负载8为工作状态的情况下，与低压侧负载8为非工作状态的情况相比，使低压侧电池6的SOC的阈值提高地增加。

在步骤S07中，判定发电机3是否是发电中。控制部22能够基于例如从车辆内输入的与发电机动作状况相关的信息(发电机电压)，进行该判定。在步骤S07的判定的结果为发电机3为发电中的情况下(步骤S07的是)，推进到步骤S08。另一方面，在发电机3为停止中的情况下(步骤S07的否)，返回到步骤S02，在发电机3进行驱动之前维持DC/DC逆变器2的待机状态。

在步骤S08中，利用DC/DC逆变器2执行电压转换动作。由此，利用DC/DC逆变器2将由发电机3生成的电力降压，供给到低压侧电池6来进行蓄电。另外，在低压侧负载8为工作状态的情况下，从DC/DC逆变器2输出的电力的一部分也被供给到低压侧负载8。步骤S08的处理完成时，返回到步骤S03，再次进行用于执行电压转换动作的各条件(步骤S03～S07)的判定。然后，在满足各条件的期间，继续电压转换动作的执行，在变得不满足各条件的情况下，转移到步骤S02而停止电压转换动作。

总结图3的流程图所示的处理，在为低压侧电池6的蓄电残量为预定值以下而具有充分蓄电的富余的状态时，使DC/DC逆变器2执行电压转换动作。另一方面，在为低压侧电池6的蓄电残量多于预定值而蓄电的富余较少的状态时，中止电压转换动作的执行。参照图4说明该理由。图4是示出开关电源的电力转换效率相对于负载率的特性的一个例子的图。

图4的横轴示出开关电源(在本实施方式中是DC/DC逆变器2)的负载率。此处，“负载率”是指将流过开关电源的电流(负载电流)相对于额定电流(A)的比率(或者负载容量相对于额定输出容量(W)的比率)以百分率表示。即，负载率为100％的状态是指，在开关电源中流过有额定电流的状态。另外，图4的纵轴示出开关电源的电力转换效率η。此处，“电力转换效率”表示在开关电源中，输入输出的电力被转换效率。电力转换效率η是开关电源的输入电力与输出电力的比率，当设输入电力为PIN、输出电力为POUT时，能够利用η＝POUT/PIN×100(％)表示。电力转换效率η越接近100％而效率越好，内部的损失变少。因此，如果提高电力转换效率，就能相应地使电源装置小型化。而且，在图4中，用实现示出关于开关电源的负载率与电力转换效率的特性的一个例子。

如图4所示，为负载率越低(负载越轻)，电力转换效率η越差的倾向。另一方面，随着负载率变高，电力转换效率η渐渐变得良好，随着负载率接近100％，电力转换效率η在较高的位置稳定。越提高负载率，越能够容易将电力转换效率维持在100％附近。即，越使流过DC/DC逆变器2的负载电流接近额定电流，负载率越接近100％，越能够提高电力转换效率。负载率越接近100％越优选，但是，只要是能够将电力转换效率维持在接近100％的区域的值即可。在图4的例子中，只要使负载率大于50％左右即可，优选大于75％左右的值。

为了使流过DC/DC逆变器2的负载电流加大到额定电流，需要在电源装置1的低压侧充分消耗电力。在本实施方式的电源装置1中，在低压侧电池6的蓄电残量为预定值以下时，判断为低压侧电池6的充电所使用的电流预计为额定电流附近。而且，使DC/DC逆变器2执行电压转换动作并从高压侧向低压侧流动电流，主动进行由DC/DC逆变器2进行的低压侧电池6的充电。由此，成为负载率为100％附近的动作，能够使DC/DC逆变器2的电力转换效率高效率化。即，本实施方式中用于使DC/DC逆变器2执行电压转换动作的“低压侧电池6的蓄电残量为预定值以下”这一条件是用于满足“DC/DC逆变器2的负载率为预定值以上(由此将电力转换效率维持在较高的位置)”的条件的一个例子。

接下来，说明本实施方式的DC/DC逆变器2(开关电源)的效果。

本实施方式的DC/DC逆变器2包括：开关方式电源电路21，其能够执行转换输入电压并生成输出电压的电压转换动作；以及控制部22，其控制电源电路21的电压转换动作。控制部22在电源电路21的负载率为预定值以上的状态时、具体而言是电源电路21的输出侧的低压侧电池6的蓄电残量为预定值以下时，使电源电路21执行电压转换动作。

利用该构成，在电源电路21的输出侧的低压侧电池6的蓄电残量为预定值以下时，即限定于在电源电路21的负载率达到预定值以上的状态下，执行DC/DC逆变器2的电源电路21的电压转换动作，因此，能够将DC/DC逆变器2的电力转换效率维持在较高的位置，能够提高电力转换效率。另外，是通过切换由单一的DC/DC逆变器2进行的电压转换动作的实施/停止，从而实现电力转换效率的提高向上的构成，因此，不需要像以往那样为了避免产生轻负载状态而并用多个DC/DC逆变器，能够防止电源装置1的肥大化。并且，低压侧电池6的蓄电残量在很多状况下未被进行充电，因此，能够避免低压侧电池6的过充电，预见低压侧电池6的长寿命化。

另外，在本实施方式的DC/DC逆变器2中，控制部22监视电源电路21的输出侧的负载对象即低压侧负载8的状态，在低压侧负载8为工作状态的情况下，与低压侧负载8为非工作状态的情况相比，使蓄电残量的预定值增加。

利用该构成，在低压侧负载8为工作状态的情况下，能够执行DC/DC逆变器2的电压转换动作的低压侧电池6的蓄电残量的范围扩大。如上所述，在低压侧负载8为工作状态的情况下，DC/DC逆变器2向低压侧供给的电力除了被利用于低压侧电池6的充电之外，也被利用于低压侧负载8的驱动。因此，即使与低压侧负载8为非工作状态的情况相比较，低压侧电池6的充电可能量相对地较少，向低压侧电池6过剩供给电力而过充电的可能性也较低。因此，可以想到，即使在低压侧负载8为工作状态的情况下，能够执行DC/DC逆变器2的电压转换动作的低压侧电池6的蓄电残量的范围扩大，也能够将电力转换效率维持在较高的位置。由此，能够在提高电力转换效率的同时，增加执行DC/DC逆变器2的电压转换动作的机会。

以上，说明了本发明的实施方式，但是，上述实施方式是作为例子而出示的，并非意图限定发明的范围。上述实施方式能够以其他各种各样的形态来实施，能够在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、替换、变更。上述实施方式及其变形与包含在发明的范围、主旨中同样，包含在技术方案所记载的发明及其等同的范围中。

在上述实施方式中，作为转换输入电压并生成输出电压的开关电源的一个例子，例举了降压型的DC/DC逆变器2进行了说明，但是，不限于此，例如也可以是升压型的DC/DC逆变器，也可以是AC/DC逆变器。

另外，在上述实施方式中，作为应用了本实施方式的DC/DC逆变器2(开关电源)的构成的一个例子，例示了图1所示的电源装置1，但是不限于此，也能够应用于例如图5所示的其他装置。图5是示出应用了本实施方式的开关电源的电源装置的概略结构其他例子的图。图5所示的电源装置1a与上述实施方式的电源装置1的不同点在于，启动马达4配置在高压侧。另外，也能够将本实施方式的DC/DC逆变器2(开关电源)应用于除了用于向图1、5所示的启动马达4供给电力的电源装置1、1a以外的各种装置。

另外，在上述实施方式中，作为用于使DC/DC逆变器2执行电压转换动作的条件，例示了“低压侧电池6的蓄电残量为预定值以下”，但是，如果是满足“DC/DC逆变器2的负载率为预定值以上(由此将电力转换效率维持在较高的位置)”的条件，则也可以使用其他条件。例如，也能够做成为如下构成：在基于DC/DC逆变器2的输出侧的负载对象(在图1的例子中，是低压侧负载8或启动马达4)的负载动作状况的相关信息，从DC/DC逆变器2向负载对象供给的负载动作电力为图4所示的负载率～电力转换效率特性的高效率地点的情况下，换言之，在负载动作电力相对于DC/DC逆变器2的额定输出容量的比率即负载率处于电力转换效率较高的区域的情况下，使DC/DC逆变器2执行电压转换动作。

另外，在上述实施方式中，例示了与低压侧负载8为非工作状态的情况下相比，在低压侧负载8为工作状态的情况下，提高用于使DC/DC逆变器2执行电压转换动作的低压侧电池6的SOC的阈值的构成，但是，不限于此，也可以不管低压侧负载8的动作状态如何都设为恒定值。