JP2004507994A - 保護リレー - Google Patents

Abstract

【解決手段】保護リレーは、バッテリの逆極性又は負荷遮断に対する回路の保護を提供する。リレーコイルは、動作可能にスイッチコンタクトに接続され、逆バイアスダイオードが回路を保護するようにエネルギーを与えられる際にリレーコイルがスイッチコンタクトを開くように、逆バイアスダイオード（ツェナーダイオードであってもよい）により供給される。保護リレーは、過熱からリレーコイルを保護するために、正温度係数抵抗又は電流源を付加的に有する。

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、逆極性回路に接続されたバッテリに接続され、過電圧の「負荷遮断」により生ずるダメージから回路を保護する保護リレーに関する。「負荷遮断」は、自動車車両の電気システムからバッテリを突然接続解除する際に生ずる。本発明は、自動車用途に特に利点がある。
【０００２】
【本発明の背景】
自動車用途においては、ソリッド・ステート・スマート電力スイッチの使用が増加しつつある。これら部品の大多数は、電力ＭＯＳＦＥＴトランジスタ及び補助回路の周りに構築される。これらの電力ＭＯＳＦＥＴトランジスタは、適切に使用されると、極めて高信頼で過電流、高温等をサポートする。
【０００３】
しかし、電力ＭＯＳＦＥＴトランジスタの弱点は、デバイスが逆バッテリ条件下で作動する際に直面する。この状況では、ＭＯＳＦＥＴ構造に形成された寄生ダイオードが、これらに接続された負荷をオンにし、供給線の短絡、ヒューズの溶断、配線ハーネスの損傷等の潜在的に危険な結果をもたらす。いくつかの場合、回路の大部分への損傷はないが、逆電流容量が順電流容量よりも低いためスイッチ自体が破壊する。
【０００４】
一般的な解決法は、逆電圧により生ずる電流を阻止するために、自動車内の電子モジュールであることが多い、保護すべき回路の部分にダイオードを直列に挿入することである。しかし不運なことに、この解決法は低電力モジュールのみに実用になるだけである。高電力を要するモジュールについては、非常に大きく且つ高価なダイオードが必要になる。
【０００５】
高電力モジュール用の一解決法は、過大逆電流を短絡するために、各ＭＯＳＦＥＴに非並列にダイオードを取り付けることである。別の解決法は、ダイオードの逆バイアスにより逆電圧解決法における電流を阻止するように、個々のスイッチに直列に挿入することである。不運にもこの場合、通常の作動中、ダイオードの順バイアス電圧降下が熱損失となり、負荷が使用できる電圧を低下させてしまう。しかも、第１の解決法は回路の通常の作動と干渉しないが、逆バッテリ状態に長くさらされる場合、過熱問題が生じ得る。実効性が制限されていることに加え、これら付加的な保護部品も電子モジュールの寸法及びコストを増加させる。さらに、両解決法も、通常の作動（すなわち適切なバッテリ接続）中に回路の作動に対して何も改善しない。これら保護部品は、逆バッテリ接続という制限された環境でのみ利点がある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下の説明は、自動車に使用される代表的な電圧（すなわち１２Ｖ又は４２Ｖ）を使用する。これら電圧は例示目的のためのみであり、本発明はこれら特定電圧のみに適用になると理解すべきでない。むしろ、本発明は、最終使用の要求事項に依存した、いかなる所望の電圧のシステムに適用可能であると理解すべきである。
【０００７】
本発明は、コンタクト及び小さなダイオードを有するリレーを具備する低コストアクティブ保護システムを提案する。図１は、出力端子と直列に常閉コンタクトを有するコイルリレーを示す。コイルリレーは、図２に示されるように、保護すべき回路に接続される。リレーコイルは、供給電源に対して逆バイアスで接続された小さなダイオードを介して供給端子に接続される。バッテリが適切な極性で接続されると、ダイオードは逆バイアスされ、コイル及びリレーには電流が流れ込まない。従って、電流は常閉コンタクトを介して流れ、回路の残余部分に供給する。供給電力が不注意で逆極性に接続されると、電流（図３に破線路Ｉで表される）がコイルを介して流れるようにダイオードが導電するので、リレーにエネルギーを供給し、コンタクトを開く。開いたコンタクトには電流が流れず、負荷は電源から効率的に接続解除されるので、負荷を保護する。図２及び図３は、適正にバッテリ接続された回路の作動及び逆バッテリ接続された回路の作動をそれぞれ示す。
【０００８】
本解決法の利点は、回路が適正なバッテリ条件の下で作動すると、電力損失が生じないことである。この条件において、ダイオードは導電状態になく、コンタクトは数ミリオームの抵抗を有するので、損失は極めて低い。そして、これら自動車回路は高電流通電用途を目的とするが、リレーは殆んど駆動されないので、リレーのコンタクトの寸法は大きく設定する必要がない。このことにより、回路を保護するために要する部品のコスト及び寸法を小さくする。
【０００９】
本発明に考えられる一つの問題は自動車産業には独特であることである。すなわち、最もありそうな逆バッテリ条件は、車両の保守点検の際、又はバッテリ又は自動車の電気システムの故障により生ずる。これらの条件において、逆電圧は非常に小さいので、リレーを駆動するには不十分である可能性がある。このことは、実際よりも理論上で問題である。逆電圧は非常に小さくてリレーを駆動できないが、この低い逆電圧から生ずる電流も回路に対する無視できない損傷を生ずるには不十分である。依然として、保護デバイスの作動電圧範囲を増加するのに当を得ているかもしれない。このことは、低い作動電圧リレーを使用することにより達成可能かもしれない。１２Ｖシステムで都合のよい作動電圧は例えば６〜２４Ｖの範囲内にあり、２４Ｖシステムでは６〜３２Ｖの範囲が適当であろう。
【００１０】
図４及び図５に示されるように、通常のバッテリ電圧レベルの下で又は回路が高電圧にさらされる際に、コイル電流を制限するデバイスを使用することにより、必要ならコイル過熱を防止する。例えば、図４は、コイルを流れる電流を制限する正温度係数抵抗（図において「ＰＴＣ」と表示される）を示し、これにより過熱を防止する。Ｒａｙｃｈｅｍ（登録商標）のＰＯＬＹＳＷＩＴＣＨ（登録商標）デバイス等のＰＴＣ抵抗が安価で容易に利用できる。図５は、リレーを流れる電流を制御するために、コイルに直列の電流源を使用する別の可能なやり方を示す。これもリレーの過熱を防止するのに効果的である。
【００１１】
本発明の別の利点は、過電圧及び「負荷遮断」に対して保護することである。自動車において、過電圧は、発電機又は電圧レギュレータの故障の場合に通常起こる。基板上の電圧は、例えば１３．８Ｖ（通常レベル）から２０Ｖ以上（故障レベル）まで上がる。負荷遮断は、バッテリケーブルが接続解除される際、特にバッテリが消耗しエンジン、発電機が高速度で回ると、自動車の電気システムに現れる障害である。この障害又は過渡現象は、５００ミリ秒続く８０〜２００Ｖの電圧ピークを生成する。電圧ピークに関連するのは、このようなスパイクに対して保護されない回路のデバイスに対する過酷な損傷を起こすおそれがある、実質的なエネルギーである。本発明以前において、このような問題に対する保護は、顧客にとって性能に見合うものがない高価な努力であった。
【００１２】
本発明の一実施形態は、過電圧及び負荷遮断問題に対して安価な解決法を提供し、回路のデバイスに対する良好な保護を提供するものである。図６に示されるように、適当な作動電圧を有するツェナーダイオードは、従来のダイオードの代わりにリレーに直列に挿入することができる。このやり方において、リレーが逆バッテリ条件にさらされると、ツェナーダイオードが従来のダイオードと同様に導通することにより、リレーを駆動し負荷を保護する。すなわち、リレーにエネルギーが供給されると、コンタクトが開かれ、回路の残余部分に電流が流れないように電流を遮断する。通常のバッテリ条件の下で回路が作動すると、ツェナーダイオードは導通せず、リレーにエネルギーが供給されず、負荷に電流を供給するようにコンタクトは閉じたままである。過電圧又は負荷遮断が生ずると、図７に示されるように、電圧が増加してダイオードのツェナー電圧を超えるので、ダイオードを強制的に導通させてリレーを駆動する。従って、コンタクトが開かれて回路の残余部分が保護される。電圧が正規レベルに戻ると、回路は通常作動に戻り、ツェナーダイオードが導通を止め、リレーには最早エネルギーが供給されず、コンタクトは再度閉じる。図６に示されるＰＴＣ又は電流源は任意であるが、過熱を防止するために必要なら使用すべきである。
【００１３】
本発明は、電子モジュールの印刷回路基板内に直接組み込むことができるデバイスに内蔵でき、或いは種々のモジュールと共に回路内にありそれらを保護するように自動車のヒューズボックス内に容易に実装されることが考えられる。独立側デバイスとすると、必要な場合容易に交換可能である。このデバイスは、逆バッテリ極性、過電圧及び負荷遮断に抗する、電力ＭＯＳＦＥＴと共に使用されるもののみならず、全てのタイプの電子及び電気モジュールを保護するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の回路図である。
【図２】１２Ｖ電源に接続された図１の回路と、適切な極性で１２Ｖのバッテリが接続された、保護すべき回路のブロック表現を示す図である。
【図３】逆極性で１２Ｖのバッテリが接続された図２の回路を示す図である。
【図４】正温度係数抵抗がダイオード及びリレーコイルと直列に接続された、図１の回路図である。
【図５】正温度係数抵抗が電流源に置換された、図４の回路図である。
【図６】従来のダイオードがツェナーダイオードに置換された、図４又は図５の回路図である。
【図７】回路が過電圧すなわち負荷遮断電圧にさらされた、図６の回路図である。
【符号の説明】
ＰＴＣ　正温度係数抵抗

Claims (7)

1. 外部電源に接続するための入力端子と、保護される回路又は部品に接続するための出力端子と、前記入力端子及び前記出力端子に直列に接続されたコンタクトと、前記入力端子に接続された逆バイアスダイオードと、該ダイオードに接続され且つ前記コンタクトに対して作動可能に接続されたリレーコイルとを具備する保護リレーにおいて、
   前記ダイオードは、逆電流極性の際に、前記リレーコイルにエネルギーを供給して前記コンタクトを開き、電流が前記出力端子に到達するのを防止することを特徴とする保護リレー。
2. 前記リレーコイルの過熱を防止する手段をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の保護リレー。
3. 前記リレーコイルの過熱を防止する前記手段は、前記ダイオード及び前記リレーコイルに作動可能に接続され、前記リレーコイルを流れる電流量を制限する正温度係数抵抗を具備することを特徴とする請求項２記載の保護リレー。
4. 前記リレーコイルの過熱を防止する前記手段は、前記ダイオード及び前記リレーコイルに直列に接続され、前記リレーコイルを流れる電流量を制限する電流源を具備することを特徴とする請求項２記載の保護リレー。
5. 前記保護される回路又は部品は電子モジュールを具備することを特徴とする請求項１記載の保護リレー。
6. 前記ダイオードはツェナーダイオードを具備することを特徴とする請求項１記載の保護リレー。
7. 前記ダイオードはツェナーダイオードを具備することを特徴とする請求項２記載の保護リレー。

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