JP2007019812A

JP2007019812A - 電源の逆接続保護機能を備えた負荷駆動装置

Info

Publication number: JP2007019812A
Application number: JP2005198738A
Authority: JP
Inventors: Shunzo Oshima; 俊藏大島
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2007-01-25

Abstract

【課題】部品点数を増加することなく、逆接続発生時における回路の損傷防止できる電源の逆接続保護機能を備えた負荷制御回路を提供する。
【解決手段】ＦＥＴ（Ｔ１）のゲートとグランドとの間に、ドライバ回路２より出力されるの駆動信号によりオン、オフ動作するＦＥＴ（Ｔ２）を設け、該ＦＥＴ（Ｔ２）がオンのときには、ＦＥＴ（Ｔ１）のゲートがグランドに接地されるので、ＦＥＴ（Ｔ１）がオフとなるように制御される。また、ＦＥＴ（Ｔ２）に備えられる寄生ダイオードＤ２は、アノードがグランド側、カソードがＦＥＴ（Ｔ１）のゲート側に接続されるので、直流電源ＶＢを逆接続した場合でも、寄生ダイオードＤ２が存在することにより、ＦＥＴ（Ｔ１）がオンとなり、該ＦＥＴ（Ｔ１）の寄生ダイオードＤ１に逆接続電流が流れ、寄生ダイオードが発熱するのを防止できる。これにより、ＦＥＴ（Ｔ１）及びその他の回路部品の損傷を防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流電源よりの電圧を供給して負荷を駆動する負荷駆動装置に係り、特に、直流電源の極性を反対に接続した場合でも回路の損傷を防止する技術に関する。

例えば、車両に搭載されるランプ等の負荷は、バッテリより直流電圧が供給されて駆動する。また、負荷とバッテリとの間には、電子スイッチとしてＦＥＴ（電界効果トランジスタ）が設けられ、該ＦＥＴのゲートにドライバ回路よりの駆動信号を出力するを制御することにより、ＦＥＴのオン、オフを切り替え、負荷の駆動、停止を制御するようにしている。

図２は、このような負荷駆動回路の構成を示す回路図である。同図に示すように、この負荷駆動回路は、負荷１０１と、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ（Ｔ１０１；以下単に「ＦＥＴ」という）と、直流電源ＶＢとを備えており、直流電源ＶＢのプラス側出力端子はＦＥＴ（Ｔ１０１）のドレインに接続され、ソースが負荷１０１の一端に接続され、負荷１０１の他端がグランドに接地されている。

更に、ＦＥＴ（Ｔ１０１）のゲートには、ドライバ回路１０２が接続されており、該ドライバ回路１０２より出力される駆動信号により、ＦＥＴ（Ｔ１０１）のオン、オフが制御されるようになっている。また、ＦＥＴ（Ｔ１０１）には、寄生ダイオードＤ１０１が備えられている。

そして、ドライバ回路１０２からの駆動信号により、ＦＥＴ（Ｔ１０１）がオンとされている場合には、直流電源ＶＢのプラス端子→ＦＥＴ（Ｔ１０１）のドレイン→ＦＥＴ（Ｔ１０１）のソース→負荷１０１→直流電源ＶＢのマイナス端子、の経路で電流が流れ、負荷１０１が駆動する。

ここで、ＦＥＴ（Ｔ１０１）のドレイン→チャネル→ソースの経路の抵抗が、ＦＥＴ（Ｔ１０１）のオン抵抗であり、通常５［ｍΩ］程度である。また、負荷１０１の抵抗を１［Ω］、直流電源ＶＢの電圧を１２［Ｖ］とすると、負荷１０１に流れる電流ＩＤは１２［Ａ］となり、ＦＥＴ（Ｔ１０１）に発生する損失は０．００５＊１２^２＝０．７２［Ｗ］となる。

一方、操作者が直流電源ＶＢを取り付ける際に、プラス、マイナスの極性を誤って反対に接続することがあり得る。

図３は、直流電源ＶＢの極性を逆接続した際の回路図を示している。上述したように、ＦＥＴ（Ｔ１０１）には、寄生ダイオードＤ１０１が存在し、該寄生ダイオードＤ１０１のアノードがソース、カソードがドレインに結合しているので、ＦＥＴ（Ｔ１０１）がオフ状態であっても、寄生ダイオードＤ１０１の存在により、図中Ｉ１に示す経路で、図２の場合とは逆方向に電流が流れてしまう。

ここで、負荷１０１の抵抗は変化しないものとすると、直流電源ＶＢの逆接続時に流れる電流は１２［Ａ］となる。そして、寄生ダイオードＤ１０１の順方向の電圧降下を０．７［Ｖ］とすると、電力損失は、０．７［Ｖ］＊１２［Ａ］＝８．４［Ｗ］となる。これは、極性が正常の場合、即ち、上記の０．７２［Ｗ］と比較して１１．６７倍となる。

そして、ＦＥＴ（Ｔ１０１）から大気への熱抵抗が、正常極性のときの電力損失に基づいて設定されているとすると、直流電源ＶＢの逆接続状態が継続した場合には、ＦＥＴ（Ｔ１０１）の温度が急激に上昇し、熱破壊に至ることになる。

また、このような問題を解決するために、特開平６−１２９３３７号公報（特許文献１）には、ＦＥＴ（Ｔ１０１）のゲートとグランドとの間に、グランド側がアノードとなるようにダイオードを配置し、直流電源ＶＢが逆接続された際には、ＦＥＴ（Ｔ１０１）をオンとさせることにより、寄生ダイオードＤ１０１に電流が流れることを防止する構成としたものが開示されている。
特開平６−１２９３３７号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載された技術は、逆接続防止用のダイオードを保護回路として設ける必要があるので、部品点数の増加、コストアップにつながるという問題がある。

本発明は、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、部品点数を増加させることなく、且つ電源の逆接続時において確実に回路を保護することのできる電源の逆接続保護機能を備えた負荷制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、直流電源と負荷との間にスイッチング用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴを配置し、前記スイッチング用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴのゲートと接続されたドライバ回路より出力される駆動信号により、前記スイッチング用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴのオン、オフを制御して、前記負荷の駆動、停止を切り替えるようにした負荷駆動装置において、前記スイッチング用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴのゲートとグランドとの間に、前記ドライバ回路よりの駆動信号により、前記スイッチング用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴのゲートをグランドに接地するための制御用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴを設け、前記制御用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴは、寄生ダイオードのアノードがグランド側、カソードが前記スイッチング用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴのゲート側に接続されることを特徴とする。

本発明に係る電源の逆接続保護機能を備えた負荷制御装置では、スイッチング用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴのゲートとグランドとの間に、制御用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴが設けられ、該制御用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴをオンとすることにより、スイッチング用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴのゲートとグランドとを接続して、制御用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴをオフとする制御を行っている。この際、制御用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴが有する寄生ダイオードは、アノードがグランド側、カソードがスイッチング用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴのゲートに接続されるので、直流電源の極性を反対に接続した場合には、この寄生ダイオードにより、スイッチング用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴのドレイン、ゲート間に所定の電圧が発生して、該スイッチング用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴがオンとなるので、スイッチング用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードに、大電流が流れることを防止することができる。

従って、たとえ直流電源を逆接続した場合であっても、スイッチング用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ及びその他の負荷制御回路の損傷を防止することができる。

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、本発明の一実施形態に係る負荷制御装置の構成を示す回路図である。同図に示すように、この負荷制御装置は、車両に搭載されるランプ等の負荷１と、バッテリ等の直流電源ＶＢと、ソースが負荷１に接続されドレインが直流電源ＶＢのプラス端子に接続されるＮ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｔ１；スイッチング用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ、以下単に「ＦＥＴ」という）が設けられている。

また、ＦＥＴ（Ｔ１）のゲートは、抵抗Ｒｇを介してドライバ回路２に接続されており、ドライバ回路２より出力される駆動信号ｓ１により、制御される。更に、ＦＥＴ（Ｔ１）のゲートとグランドとの間には、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｔ２；制御用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ、以下単に「ＦＥＴ」という）が設けられている。

ＦＥＴ（Ｔ２）は、ゲートがドライバ回路２に接続され、該ドライバ回路２より出力される駆動信号ｓ２により、オン、オフが制御される。また、ＦＥＴ（Ｔ２）が有する寄生ダイオードＤ２はアノードがグランドに接続され、カソードがＦＥＴ（Ｔ１）のゲートに接続される。

次に、上記のように構成された本実施形態に係る負荷制御装置の動作について説明する。

直流電源ＶＢが正常に接続されている場合には、直流電源ＶＢのプラス側端子がＦＥＴ（Ｔ１）のドレインに接続される。この状態で、ドライバ回路２より出力される駆動信号ｓ１がＨレベルとなり、且つｓ２がＬレベルになると、ＦＥＴ（Ｔ１）のゲートにＨレベル信号が与えられるので、ＦＥＴ（Ｔ１）がオンとなり、負荷１に電流ＩＤが流れて負荷１が駆動する。

また、ドライバ回路２より出力される駆動信号ｓ１がＬレベルとなり、且つ、駆動信号ｓ２がＨレベルとなると、ＦＥＴ（Ｔ２）がオンとなり、ＦＥＴ（Ｔ１）のゲートがグランドに接地されるので、該ＦＥＴ（Ｔ１）はオフとなる。従って、負荷１を停止させることができる。

駆動信号ｓ１をＬレベルにすれば、ＦＥＴ（Ｔ１）をオフすることができるが、この方法ではＦＥＴ（Ｔ１）のゲートが抵抗Ｒｇを経由して接地されるので、ゲート電荷の放電が遅れ、遮断が遅れることになる。通常の動作では問題ないが、デッドショート発生時のように急速遮断が必要な場合には、遅れ時間が問題になる。この遅れを回避するために、ＦＥＴ（Ｔ２）が追加されている。

ここで、操作者が誤って図１の符号Ａに示すように、直流電源ＶＢの極性を反対に接続した場合を考える。直流電源ＶＢが逆接続されると、ＦＥＴ（Ｔ１）のドレイン電位は−ＶＢとなり、ＦＥＴ（Ｔ１）のゲート電位は、寄生ダイオードＤ２の順方向電圧降下を０．７［Ｖ］とすると、−０．７［Ｖ］となる。

一方、ＦＥＴ（Ｔ１）のソース電圧は寄生ダイオードＤ１により、−ＶＢ＋０．７［Ｖ］となる。従って、ＦＥＴ（Ｔ１）のソース、ゲート間には、ソースに対して−０．７−（−ＶＢ＋０．７）＝ＶＢ−１．４［Ｖ］のプラス電圧が印加されることになり、この電圧によりＦＥＴ（Ｔ１）がオンとなる。その結果、ＦＥＴ（Ｔ１）のソースからドレインに向けて、正常接続時とは逆方向となる電流が流れる。

このときのＦＥＴ（Ｔ１）の通電電流は、正常動作時における負荷電流とほぼ同じ大きさであり、ＦＥＴ（Ｔ１）のオン抵抗も正常動作時とほぼ同一となる。従って、ＦＥＴ（Ｔ１）の発熱量は、正常動作時（直流電源ＶＢを正常に接続したとき）と同一となる。よって、直流電源ＶＢを逆接続した場合でも、ＦＥＴ（Ｔ１）が加熱により破壊されることを防止することができる。

このようにして、本実施形態に係る負荷制御装置では、直流電源ＶＢを逆接続した場合でも、ＦＥＴ（Ｔ２）に設けられる寄生ダイオードＤ２が存在することにより、ＦＥＴ（Ｔ１）のドレイン、ゲート間に所定の電圧を印加することができ、該ＦＥＴ（Ｔ１）をオンとすることができるので、ＦＥＴ（Ｔ１）の寄生ダイオードＤ１に過電流が流れることを防止できる。

これにより、たとえ操作者が誤って直流電源ＶＢを逆接続した場合であっても、ＦＥＴ（Ｔ１）、及びその他の回路構成部品を損傷することを防止できる。

また、ＦＥＴ（Ｔ１）のオン、オフ制御に用いるＦＥＴ（Ｔ２）の寄生ダイオードＤ２を用いているので、逆接続時の回路保護の専用部品として、ダイオード或いはＦＥＴ等を設ける必要がなく、部品点数の増加を抑え、且つコストアップを避けることができる。つまり、直流電源ＶＢを逆接続するという極めて稀に発生するトラブルのために、保護用の回路を設けて部品点数を増加したり、コストアップするという欠点を回避することができる。

部品点数を増加させずに、電源の逆接続時に回路を保護する上で極めて有用である。

本発明の一実施形態に係る負荷制御装置の構成を示す回路図である。従来における負荷制御装置の構成を示す回路図である。従来における負荷制御装置で、直流電源を逆に接続したときの電流の流れを示す説明図である。

符号の説明

１負荷
２ドライバ
ＶＢ直流電源
Ｔ１スイッチング用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ
Ｔ２制御用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ
Ｄ１寄生ダイオード
Ｄ２寄生ダイオード

Claims

直流電源と負荷との間にスイッチング用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴを配置し、前記スイッチング用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴのゲートと接続されたドライバ回路より出力される駆動信号により、前記スイッチング用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴのオン、オフを制御して、前記負荷の駆動、停止を切り替えるようにした負荷駆動装置において、
前記スイッチング用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴのゲートとグランドとの間に、前記ドライバ回路よりの駆動信号により、前記スイッチング用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴのゲートをグランドに接地するための制御用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴを設け、
前記制御用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴは、寄生ダイオードのアノードがグランド側、カソードが前記スイッチング用Ｎ型ＭＯＳＦＥＴのゲート側に接続されることを特徴とする電源の逆接続保護機能を備えた負荷駆動装置。