JP2002352654A - 負荷制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小電流スイッチの作動を検出し負荷を制御し
ていた負荷制御装置を、負荷をダイレクトに制御する大
電流スイッチによっても安定に制御するを可能とし、負
荷制御装置を使用する製品の生産性向上とにコスト低減
をはかる。 【解決手段】 負荷制御装置を電源と負荷との間にスイ
ッチと直列に接続して介挿し、負荷制御装置の半導体ス
イッチを負荷とスイッチとの間に直列に介挿し、負荷制
御装置の入力監視部がスイッチのオフ状態を検知したと
きには半導体スイッチを周期的に導通制御し、入力監視
部がスイッチのオン状態を検知したときには半導体スイ
ッチを連続して導通制御することでスイッチに大電流を
流し、スイッチによる安定な電流制御を可能とし、負荷
制御装置を使用する製品の生産性向上とにコスト低減を
可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源と負荷との間
に介挿されて、負荷電流を制御する負荷制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電源からランプ、モータ、リレー
等の負荷に供給される電流（負荷電流）は、電源と負荷
と間に直列に介挿された機械接点式のスイッチによっ
て、ダイレクトに導通・遮断の制御がされている。近年
では、負荷電流制御の多機能化、或いは通信回線を介し
てリモコン操作できる負荷電流制御へのニーズが高ま
り、半導体スイッチ等からなる負荷制御装置を介した負
荷電流制御が一般化している。

【０００３】図４は係る従来の負荷制御装置の概略構成
を示す。この負荷制御装置１は、電源母線（以下、「電
源」）２と負荷９との間に介挿されたＭＯＳ型電界効果
トランジスタ（以下、「ＭＯＳ−ＦＥＴ」）８を備え
る。係る従来の負荷制御装置１では、電源母線（以下、
「電源」）２に接続されたスイッチ３が操作されオン
（作動）すると、入力監視部４がスイッチ３の作動を検
知し、例えば通信回線（例えば赤外線通信回線やＬＡＮ
回線）５を経由して負荷制御部６にスイッチ３の作動信
号を伝送する。負荷制御部６は駆動回路７を介してＭＯ
Ｓ−ＦＥＴ８を導通させる。すると負荷電流は電源２か
らＭＯＳ−ＦＥＴ８、負荷９そしてアースへと流れる。
係る負荷制御装置１の入力監視部４は電子回路で構成さ
れるので、スイッチ３がオンされたときにスイッチの接
点に流れる電流は小電流（例えば数百μＡ〜数ｍＡ程度
あるいはそれ以下）である。

【０００４】一方、負荷電流をスイッチでダイレクトに
制御する場合、スイッチの接点には負荷電流（例えば数
十ｍＡ〜数百ｍＡ以上）が流れることになる。大電流を
制御するスイッチの接点は負荷電流の制御によって融着
しやすいため、融着を生じ難い銀等が接点材料として使
用される。係る接点の表面には酸化膜が形成されやすい
が、接点に大電流が流れることで酸化膜が還元されて消
滅するため、酸化膜による接触不良が生じ難く、安定し
た負荷制御が可能となる。こうした事情から、大電流ス
イッチの接点材料には、銀等が使用される。

【０００５】ところが、小電流を制御するスイッチで
は、接点に形成された酸化膜は小電流で還元され難くい
が、接点に流れる電流が少ないために接点は融着し難
い。このような理由から、小電流スイッチの接点は酸化
しないことが要求されるため、接点材料として金が使用
されることが多い。こうして、接点に流れる電流の大小
により、接点材料の異なったスイッチが使い分けられ
る。

【０００６】例えば自動車における電装品を制御する場
合、負荷電流をスイッチでダイレクトに制御するときに
は大電流スイッチが、負荷制御装置で負荷電流を制御す
るときには小電流スイッチが、それぞれ使用される。そ
して、ユーザのコストに対するニーズと制御の多機能・
リモコン化に対するニーズとが考慮され、低コストを重
視する車種ではスイッチで負荷電流をダイレクトに制御
することが多く、制御の多機能・リモコン化を重視する
車種では負荷制御装置が使用されることが多い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、負荷電
流を大電流スイッチでダイレクトに制御する場合と、小
電流スイッチによって負荷制御装置を介して負荷電流を
制御する場合とで、スイッチの使い分けをすることは、
部品の種類を増加させる要因となる。また、負荷制御装
置が使用される製品、例えば上記の自動車においても、
同一車種で大電流スイッチと小電流スイッチが混在した
り、混在しないときでも車種の違いに対応して両スイッ
チを調達しなければならず、自動車の生産性を低下させ
ると共にコストアップにつながるといった問題がある。

【０００８】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、大電流スイッチによって負荷電流を安
定に制御することができる負荷制御装置を提供すること
によってスイッチの使い分けを不必要とし、負荷制御装
置を使用する製品の生産性向上とにコスト低減をはかる
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明によれば、請求項１では、電源と負荷との間に
スイッチと直列に接続されて介挿される負荷制御装置で
あって、負荷とスイッチとの間に直列に介挿される半導
体スイッチと、スイッチの作動状態を監視する入力監視
部と、入力監視部によりスイッチのオフ状態が検知され
たときには、半導体スイッチを周期的に導通制御し、入
力監視部によりスイッチのオン状態が検知されたときに
は、半導体スイッチを連続して導通制御する負荷制御部
とを具備した負荷制御装置が提供される。

【００１０】このような構成を有する負荷制御装置であ
れば、スイッチと半導体スイッチとは直列に接続されて
電源と負荷との間に介挿され、スイッチがオフ状態にお
いても、負荷制御部は半導体スイッチを周期的に導通制
御している。スイッチがオンされて接点が機械的に接触
した場合、仮に、スイッチの接点が酸化膜によって良好
な電気的接触を維持できないときは、入力監視部はスイ
ッチがオンされたことを検知できない。しかし、スイッ
チに直列に接続された半導体スイッチが周期的に導通す
るので、この導通期間中に、電源の電圧が酸化膜に半導
体スイッチと負荷を介して印加される。したがって、接
点には酸化膜を還元できるだけの大電流が流れて、接点
の酸化膜は還元され、良好な電気的接触が回復される。

【００１１】かくして、入力監視部はスイッチがオンさ
れたことを検知することができ、半導体スイッチが連続
して導通し、負荷制御装置は負荷に電流を安定して供給
することができる。ここで負荷制御部は、入力監視部か
らのスイッチの作動信号を受信すると、スイッチがオン
されたかオフされたかの入力判定を行うが、この入力判
定を安定して行うために、スイッチのチャタリングを除
去することが好ましい。このチャタリング除去のため、
負荷制御部はスイッチの作動信号を低域フィルタで処理
している。この低域フィルタによる処理でスイッチの作
動信号は遅延するが、請求項２では、負荷制御部は、入
力監視部がスイッチのオフ状態を検知した場合には待機
状態に遷移し、入力監視部がスイッチのオン状態を検知
した場合には通常状態に遷移するものであって、該負荷
制御部が通常状態に遷移したときには該負荷制御部が待
機状態にあるときよりも短い周期で半導体スイッチを導
通させる負荷制御装置が提供される。

【００１２】このように構成された負荷制御装置では、
入力監視部がスイッチのオン状態を検知すると、負荷制
御部が通常状態に遷移する。したがって、スイッチの入
力判定が低域フィルタ処理されている間、即ち入力判定
前において、負荷電流は電源からスイッチを流れて、更
に周期的に導通する半導体スイッチを経由し、負荷へと
流れる。この周期的な負荷電流は、仮に、スイッチの接
点に酸化膜が形成されていても、酸化膜を還元し消滅さ
せるので、入力判定によって半導体スイッチが連続して
導通する以前に接点の良好な電気的接触を回復すること
が可能となり、負荷制御装置は負荷電流を安定に制御す
ることができる。

【００１３】負荷電流をスイッチでダイレクトに制御す
る場合と同様に、負荷制御装置のスイッチに大電流用ス
イッチを使用しても（請求項３）、スイッチの接点に発
生する酸化膜は上記のように還元され消滅するので、負
荷制御装置は負荷電流を安定に制御することができ、ス
イッチの使い分けが不必要となる。電源を介して負荷に
電力を供給する電源がバッテリ電源であれば（請求項
４）、例えば自動車の負荷制御装置は大電流スイッチで
負荷である電装品の負荷電流制御を行うことができ、ス
イッチを使い分けることなく、負荷電流を安定に制御す
ることができる負荷制御装置が提供される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
一実施形態に係る負荷制御装置を説明する。図１は、本
発明に係る負荷制御装置の一実施形態の要部概略構成図
である。なお、前記の従来の負荷制御装置１と同様な機
能を有する構成要素には同一符号を付してその説明を省
略する。

【００１５】図１において、負荷制御装置１０は大電流
を制御するスイッチ３と直列に接続されて、電源２と負
荷９（例えば、自動車のストップランプ）との間に介挿
されている。スイッチ３の作動信号は入力監視部４から
通信回線５を経由して負荷制御部１１へ伝送される。負
荷制御部１１はＭＯＳ−ＦＥＴ８のゲート８ｇを駆動し
てＭＯＳ−ＦＥＴ８を導通・遮断する。ＭＯＳ−ＦＥＴ
８とスイッチ３とは直列に接続されて電源２と負荷９の
間に直列に介挿されている。したがってスイッチ３がオ
ンした後に、スイッチ３の作動信号が負荷制御部１１に
伝送され、負荷制御部１１によってＭＯＳ−ＦＥＴ８が
導通すれば、負荷９には負荷電流（自動車のストップラ
ンプの場合では数Ａの電流）が流れることになる。

【００１６】負荷制御部１１は図２に例示するように、
負荷制御部本体（例えば中央演算ユニットを主に構成さ
れている。以下、「ＣＰＵ」）１２、駆動回路１３およ
び監視回路１４を備えている。入力監視部４で検知され
たスイッチ３のオフ状態の作動信号をＣＰＵ１２が受信
した場合には、ＣＰＵ１２はそのメモリ部（図示せず）
にメモリされているプログラムに従って待機状態に遷移
する。但し、この待機状態とはＣＰＵ１２のクロック周
波数が通常状態に比べて低い周波数となる状態をいい、
待機状態ではＣＰＵ１２の消費電流が通常状態に比べて
低減される。一方、入力監視部４で検知されたスイッチ
３のオン状態の作動信号をＣＰＵ１２が受信した場合に
は、ＣＰＵ１２は、プログラムに従って通常状態に遷移
する。ＣＰＵ１２は受信したスイッチ３の作動信号から
スイッチ３の入力判定を行う。

【００１７】なお、スイッチ３の作動状態を示す波形
（以下、「スイッチ３の作動状態」）２０に対して、入
力判定で得られる入力判定信号２１は図３に示すように
低域フィルタ処理に伴って遅延される。入力判定信号２
１はＣＰＵ１２の判定出力端子１２ａを経由して駆動回
路１３の判定入力端子１３ａへ入力される。一方、監視
回路１４はＣＰＵ１２が正常動作をしているか否かを監
視する。ＣＰＵ１２が正常動作をしている場合には、Ｃ
ＰＵ１２のクロック周波数と一定の関係にある周波数の
監視パルス２２がＣＰＵ１２の監視パルス出力端子１２
ｂから出力されている。ＣＰＵ１２が正常動作をしてい
ない場合には、監視パルス２２が出力されなくなり、監
視パルス２２を検知しなくなった監視回路１４はリセッ
ト信号をＣＰＵ１２のリセット端子１２ｃに出力してＣ
ＰＵ１２を起動する。なお、監視パルス２２の周期は通
常状態において待機状態よりも短くなる。

【００１８】駆動回路１３は、判定入力端子１３ａへ入
力された入力判定信号２１と監視パルス入力端子１３ｂ
へ入力された監視パルス２２との論理和から駆動パルス
２３を駆動出力１３ｃへ出力する。駆動パルス２３はＭ
ＯＳ−ＦＥＴ８のゲート８ｇに入力され、駆動パルス２
３がハイレベルの期間にＭＯＳ−ＦＥＴ８を導通制御す
る。

【００１９】以上のように構成された負荷制御装置１０
において、図３に動作タイミングの例を示すように、ス
イッチ３は時刻ｔ０から時刻ｔ１の期間においてオフで
あるとする。するとこの期間では、スイッチ３のオフ状
態が入力監視部４で検知されているので、ＣＰＵ１２は
待機状態に遷移した状態にある。したがって監視パルス
２２の周期は長くなっており、一方ＣＰＵ１２は入力判
定信号２１としてローレベル（オフ判定）を出力し、駆
動回路１３の駆動出力１３ｃには、監視パルス２２が駆
動パルス２３として出力されることになる。係る駆動パ
ルス２３がＭＯＳ−ＦＥＴ８を導通制御する。

【００２０】しかし、スイッチ３がオフであるので、Ｍ
ＯＳ−ＦＥＴ８のドレイン８ｄは電源２に接続されない
ため、ＭＯＳ−ＦＥＴ８が導通しても、負荷９に負荷電
流が流れることはない。しかる後、スイッチ３が時刻ｔ
１にオンされると、入力監視部４はそのスイッチ３の作
動信号を通信回線５を経由して待機状態にあるＣＰＵ１
２に伝送する。ＣＰＵ１２は、スイッチ３の作動信号を
受信するとプログラムに従い通常状態に遷移して、スイ
ッチ３の作動信号を低域フィルタ処理した後に入力判定
信号２１を出力する。通常状態に遷移したＣＰＵ１２の
監視パルス２２は時刻ｔ１の直後から周期が短くなる。
入力判定信号２１は、スイッチ３の作動状態２０に対し
て遅延するので、時刻ｔ１に遅れて時刻ｔ２からハイレ
ベル（オン判定）となる。

【００２１】したがって、監視パルス２２の周期が短く
なってから、入力判定信号２１がハイレベルとなるまで
の期間、即ち、時刻ｔ１の直後から時刻ｔ２までの期間
においては、周期が短くなった駆動パルス２３が出力さ
れることになる。そうするとＭＯＳ−ＦＥＴ８が短い周
期の駆動パルス２３で導通制御され、かつスイッチ３が
オンされているので、負荷９には駆動パルス２３による
負荷電流２５が流れることになる。なお図３では、負荷
電流２５が流れている状態を「オン」として表示し、負
荷電流２５が流れていない状態を「オフ」として表示し
ている。

【００２２】仮に、スイッチ３の接点に酸化膜が形成さ
れても、時刻ｔ１の直後から時刻ｔ２までの期間におい
て、駆動パルス２３によるパルス状の負荷電流２５が、
接点の酸化膜を還元し消滅させることになる。即ち、こ
の期間の最初の駆動パルス２３で流れる最初の負荷電流
は酸化膜の影響で、その後に酸化膜が消滅したときに流
れる負荷電流に比べて少ない電流であっても、最初の負
荷電流２５で酸化膜が還元され始める。酸化膜が還元さ
れ始めると負荷電流２５が増加して更に酸化膜を還元
し、ついには酸化膜が消滅するので、負荷電流２５は安
定して制御されることになる。ここで、パルス状の電流
の前縁部（パルスの立ち上がり部）と後縁部（パルスの
立ち下がり部）とにおいて、回路の分布インダクタンス
による誘起電圧で、酸化膜の還元が更に促進されるの
で、短い周期の駆動パルス２３で流れる負荷電流２５は
酸化膜の還元を更に促進する作用を有している。

【００２３】時刻ｔ２以後では、入力判定信号２１がハ
イレベルとなるので、駆動パルス２３としてハイレベル
のパルスが出力されることになる。仮に、スイッチ３の
接点に酸化膜が形成されていた場合でも、時刻ｔ２以後
では、上記のように、接点の酸化膜は消滅しており、負
荷電流は安定して制御されることになる。時刻ｔ３にお
いて、スイッチ３がオフされると、スイッチ３のオフ状
態を検知した入力監視部４によってスイッチ３の作動
（オフ）信号がＣＰＵ１２に伝送され、ＣＰＵ１２はこ
のスイッチ３の作動信号を低域フィルタ処理をして、ス
イッチ３の入力判定（オフ判定）をした後に待機状態に
遷移する。この入力判定の結果、入力判定信号２１が時
刻ｔ４においてローレベルとなる。時刻ｔ３から時刻ｔ
４までの期間においては、入力判定信号２１が未だハイ
レベルであるので駆動パルス２３もハイレベルである。
従ってＭＯＳ−ＦＥＴ８は導通制御されているが、一方
スイッチ３は既にオフであるので、負荷電流２５は流れ
ない。即ち、負荷電流２５はスイッチ３のオフと同時に
遮断される。

【００２４】時刻ｔ４以後におけるスイッチ３の作動状
態２０、駆動パルス２３、負荷電流２５等の関係は、前
述の時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間における関係と同
一である。かくして、接点に酸化膜を形成しやすい大電
流スイッチを使用しても、その作動状態を負荷制御装置
が安定に検知することができ、従って負荷制御装置は小
電流スイッチによらずとも大電流スイッチによって負荷
電流を安定に制御することが可能となる。

【００２５】なお、自動車のストップランプを負荷とす
る実施形態の例で説明したが、本発明は、自動車のスト
ップランプ（または、自動車の電装品）の負荷制御に限
定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種
々の負荷制御について実施することができ、また、上述
した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸
脱しない範囲で種々の変形をして実施することができ
る。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の負荷制御
装置によれば、接点に酸化膜を形成しやすい大電流スイ
ッチの作動状態を負荷制御装置が安定に検知することが
でき、従って負荷制御装置は小電流スイッチによらずと
も大電流スイッチによって負荷電流を安定に制御するこ
とが可能となる。したがって、負荷電流を大電流スイッ
チでダイレクトに制御する場合と、小電流スイッチによ
って負荷制御装置を介して負荷電流を制御する場合と
で、スイッチの使い分けをする必要がなくなるという効
果を発揮し、負荷制御装置を使用する製品の生産性向上
とにコスト低減をはかることができるという多大な効果
が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る負荷制御装置の一実施例の要部概
略構成図である。

【図２】図１に示す負荷制御装置の負荷制御部の要部概
略構成図である。

【図３】本発明に係る負荷制御装置によるスイッチの作
動入力判定等の動作タイミングの例を示す図である

【図４】従来の負荷制御装置の一例を示す要部概略構成
図である。

【符号の説明】

１，１０ 負荷制御装置 ２ 電源 ３ スイッチ ４ 入力監視部 ６，１１ 負荷制御部 ８ モス型電界効果トランジスタ（半導体スイ
ッチ） ９ 負荷 １２ ＣＰＵ（負荷制御部本体）

フロントページの続き (72)発明者 原 昇司 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 高橋 宏明 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 Ｆターム(参考） 5G034 AA14 AC20 5J055 AX11 AX52 AX53 BX16 CX28 DX22 DX36 DX54 EZ00 EZ39 EZ57 GX02 GX04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源と負荷との間に機械接点式のスイッ
   チと直列に接続されて介挿される負荷制御装置であっ
   て、 前記負荷と前記スイッチとの間に直列に介挿される半導
   体スイッチと、 前記スイッチの作動状態を監視する入力監視部と、 前記入力監視部により前記スイッチのオフ状態が検知さ
   れたときには、前記半導体スイッチを周期的に導通制御
   し、前記入力監視部により前記スイッチのオン状態が検
   知されたときには、前記半導体スイッチを連続して導通
   制御する負荷制御部とを具備したことを特徴とする負荷
   制御装置。
2. 【請求項２】 前記負荷制御部は、前記入力監視部が前
   記スイッチのオフ状態を検知した場合には待機状態に遷
   移し、前記入力監視部が前記スイッチのオン状態を検知
   した場合には通常状態に遷移するものであって、 前記負荷制御部は、該負荷制御部が通常状態に遷移した
   ときには該負荷制御部が待機状態にあるときよりも短い
   周期で前記半導体スイッチを導通させることを特徴とす
   る請求項１に記載の負荷制御装置。
3. 【請求項３】 前記スイッチは大電流用スイッチである
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の負荷制御装
   置。
4. 【請求項４】 前記電源はバッテリ電源であることを特
   徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の負荷制御装
   置。