JP2007288356A - Power supply control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力供給制御装置に関する。 The present invention relates to a power supply control device.
従来、電源と負荷とを接続する通電路に、例えばパワーMOSFETなどの大電力用半導体スイッチ素子を介設し、この半導体スイッチ素子をオンオフさせることにより負荷への電力供給を制御するようにした電力供給制御回路が提供されている。このような電力供給制御回路では、上記通電路に過電流が流れると上記半導体スイッチ素子の制御端子の電位を制御して当該半導体スイッチ素子をオフにして通電を遮断することにより、上記半導体スイッチ素子を保護する自己保護機能を有するものが知られている。 Conventionally, a power switch connecting a power source and a load is provided with a high-power semiconductor switch element such as a power MOSFET, and the power supply to the load is controlled by turning on and off the semiconductor switch element. A supply control circuit is provided. In such a power supply control circuit, when an overcurrent flows through the energization path, the semiconductor switch element is turned off by controlling the potential of the control terminal of the semiconductor switch element to turn off the semiconductor switch element. A device having a self-protecting function for protecting the device is known.
下記特許文献1では、パワーMOSFETの電流量に応じたセンス電流を流すセンスFETを設けて、このセンスFETに流れるセンス電流を電位制御回路を介して電流検出抵抗に流し、この電流検出抵抗での電圧降下を検出して、この電圧降下が所定の閾値以上になると過電流(電流の異常)と判定するようになっている。具体的には、パワーMOSFET及びセンスFETのドレインを電源側に共通接続する一方で、両者のソース電位を例えばボルテージフォロア接続がされたオペアンプを有する電位制御回路によって同電位に保持する構成になっている。これにより、パワーMOSFETに流れる負荷電流に対して安定した一定比率(パワーMOSFETとセンスFETのセンス比)のセンス電流をセンスFETに流すことができる。
ところで、通電路に極めて大きな負荷電流が流れる負荷への電力供給制御を行う場合には、複数の半導体スイッチ素子を通電路に並列接続し、これらの複数の半導体スイッチ素子によって電力供給制御を行うようにすることがある。しかし、従来のものでは、同一の通電路の過電流判定を行うにもかかわらず、複数の半導体スイッチ素子それぞれに対応して設けられた複数の電流検出抵抗の各電圧降下に基づき過電流判定を行う構成とされていた。
具体的には、2つの半導体スイッチ素子が同一のオン抵抗(例えば10[mΩ])、同一閾値(例えば100[A])で負荷への通電路の電流異常を検出したい場合、設計通りに均等に分流できれば上記通電路に最大200[A]まで電流を流すことができるはずである。しかしながら、実際には半導体スイッチ素子間でオン抵抗のばらつきがあるため、通電路に流れる電流が200[A]に達する前に、一方の半導体スイッチ素子に流れる電流が上記閾値(100[A])を超えて遮断してしまい、負荷に200[A]の電流を流すことができなくなるという問題があった。
By the way, when performing power supply control to a load through which a very large load current flows in the energization path, a plurality of semiconductor switch elements are connected in parallel to the energization path, and power supply control is performed by the plurality of semiconductor switch elements. It may be. However, in the conventional device, overcurrent determination of the same current path is performed, but overcurrent determination is performed based on each voltage drop of a plurality of current detection resistors provided corresponding to each of the plurality of semiconductor switch elements. It was supposed to be configured to do.
Specifically, when it is desired to detect a current abnormality in the current path to the load with the same on-resistance (for example, 10 [mΩ]) and the same threshold value (for example, 100 [A]) in the two semiconductor switch elements, it is equally as designed. If the current can be shunted, a current of up to 200 [A] should be able to flow through the current path. However, since there is actually a variation in on-resistance between the semiconductor switch elements, before the current flowing through the energization path reaches 200 [A], the current flowing through one semiconductor switch element is equal to the threshold value (100 [A]). There was a problem that the current of 200 [A] could not flow through the load.
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、その目的は、複数の半導体スイッチ素子を並列接続して負荷への電力供給制御を行う場合に、部品点数を軽減しつつ半導体スイッチ素子間のばらつきによる異常電流判定のばらつきを抑制することが可能な電力供給制御装置を提供することにある。 The present invention has been completed based on the above circumstances, and its purpose is to reduce the number of parts when controlling power supply to a load by connecting a plurality of semiconductor switch elements in parallel. An object of the present invention is to provide a power supply control device capable of suppressing variations in abnormal current determination due to variations between semiconductor switch elements.
上記の目的を達成するための手段として、請求項1の発明に係る電力供給制御装置は、電源と負荷との間に設けられて前記電源から前記負荷への電力供給を制御する電力供給制御装置であって、前記電源から前記負荷への通電路に互いに並列接続される複数の半導体スイッチ素子と、前記複数の半導体スイッチ素子それぞれに対応して設けられ、その対応する半導体スイッチ素子に流れる電流に応じた検出電流をそれぞれ出力する複数の電流検出素子と、を備え、前記複数の電流検出素子の出力側に共通接続され、それら複数の電流検出素子からの合成検出電流を電圧に変換する共通変換回路と、前記共通変換回路の出力電圧が閾値電圧を超えている場合に異常信号を出力する異常検出回路と、を備える。
As means for achieving the above object, a power supply control device according to the invention of
請求項2の発明は、請求項1に記載の電力供給制御装置において、前記各半導体スイッチ素子はパワーFETであると共に、前記各電流検出素子は、それに対応するパワーFETに流れる電流に対し所定関係のセンス電流が流れるセンスFETとされこのセンス電流を前記検出電流として出力する構成である。 According to a second aspect of the present invention, in the power supply control device according to the first aspect, each of the semiconductor switch elements is a power FET, and each of the current detection elements has a predetermined relationship with respect to a current flowing through the corresponding power FET. The sense current flows and the sense current is output as the detection current.
請求項3の発明は、請求項1または請求項2に記載の電力供給制御装置において、前記共通変換回路は、前記複数の半導体スイッチ素子からの検出電流の合流経路に対して直列接続された第1抵抗素子及びコンデンサと、これらの第1抵抗素子及びコンデンサに対して並列接続される第2抵抗素子と、を有して構成されている。 According to a third aspect of the present invention, in the power supply control device according to the first or second aspect, the common conversion circuit is connected in series to a merging path of detected currents from the plurality of semiconductor switch elements. The first resistance element and the capacitor, and the second resistance element connected in parallel to the first resistance element and the capacitor are configured.
請求項4の発明は、請求項3に記載の電力供給制御装置において、前記第2抵抗素子は、前記第1抵抗素子よりも抵抗値が大きいことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the power supply control device according to the third aspect, the second resistance element has a resistance value larger than that of the first resistance element.
請求項5の発明は、請求項1または請求項2に記載の電力供給制御装置において、前記共通変換回路が抵抗素子である。 According to a fifth aspect of the present invention, in the power supply control device according to the first or second aspect, the common conversion circuit is a resistance element.
請求項6の発明は、請求項1から請求項5のいずれかに記載の電力供給制御装置において、前記異常検出回路は、前記複数の半導体スイッチ素子それぞれに対応して複数設けられ、前記各異常検出回路から出力された各異常信号に基づき、それに対応する前記各半導体スイッチ素子に遮断動作をさせる保護回路を備える。
なお、本発明の「保護回路」は、例えば、外部からの信号に基づき半導体スイッチ素子の遮断状態を解除して通電状態に復帰させるためのリセット回路を備えて、半導体スイッチ素子に遮断動作をさせた後、その遮断状態がリセット回路によって解除されるまで維持される構成や、半導体スイッチ素子に遮断動作をさせた後、一定時間後に通電状態に強制的に復帰させる構成であってもよい。
A sixth aspect of the present invention is the power supply control device according to any one of the first to fifth aspects, wherein a plurality of the abnormality detection circuits are provided corresponding to the plurality of semiconductor switch elements, respectively, Based on each abnormal signal output from the detection circuit, a protection circuit is provided that causes each of the semiconductor switch elements corresponding thereto to perform a blocking operation.
The “protection circuit” of the present invention includes, for example, a reset circuit for canceling the cutoff state of the semiconductor switch element based on an external signal and returning the semiconductor switch element to the energized state, and causes the semiconductor switch element to perform a cutoff operation. After that, a configuration in which the shut-off state is maintained until it is released by the reset circuit, or a configuration in which the semiconductor switch element is forcibly returned to the energized state after a certain time after the shut-off operation is performed may be employed.
請求項7の発明は、請求項1から請求項5のいずれかに記載の電力供給制御装置において、前記異常検出回路は、前記複数の半導体スイッチ素子に対して1つの共通異常検出回路であって、前記共通異常検出回路から出力された異常信号に基づき、前記複数の半導体スイッチ素子に一括で遮断動作をさせる保護回路を備える。 According to a seventh aspect of the present invention, in the power supply control device according to any one of the first to fifth aspects, the abnormality detection circuit is a common abnormality detection circuit for the plurality of semiconductor switch elements. And a protection circuit that collectively shuts off the plurality of semiconductor switch elements based on the abnormality signal output from the common abnormality detection circuit.
<請求項1の発明>
本構成によれば、複数の半導体スイッチ素子を並列接続して負荷への電力供給制御を行いつつ、各半導体スイッチ素子の電流量に応じた検出電流を合流させて共通変換回路に流し、この共通変換回路の端子電圧が閾値電圧を超えている場合に異常信号を出力する構成とした。従って、複数の半導体スイッチ素子にそれぞれ個別の電流検出抵抗を設けて異常判定を行っていた従来の構成とは異なり、半導体スイッチ素子間のばらつきによる異常電流判定のばらつきを制御することが可能、かつ、部品点数の軽減を図ることができる。
<Invention of
According to this configuration, a plurality of semiconductor switch elements are connected in parallel to control power supply to the load, and a detection current corresponding to the amount of current of each semiconductor switch element is merged to flow to the common conversion circuit. An abnormal signal is output when the terminal voltage of the conversion circuit exceeds the threshold voltage. Therefore, unlike the conventional configuration in which individual current detection resistors are provided for a plurality of semiconductor switch elements to perform abnormality determination, it is possible to control variation in abnormal current determination due to variation between semiconductor switch elements, and The number of parts can be reduced.
<請求項2の発明>
本構成は、パワーFETに流れる電流に対し所定関係のセンス電流が流れるセンスFETを用いて検出電流を出力する、いわゆるセンス方式を採用しており、この構成であっても勿論本発明の効果を得ることができる。
<Invention of
This configuration employs a so-called sensing method in which a detection current is output using a sense FET in which a sense current having a predetermined relationship with respect to a current flowing in the power FET is used. Even in this configuration, of course, the effect of the present invention is achieved. Obtainable.
<請求項3,4の発明>
本構成によれば、共通変換回路は、合成検出電流(センス電流)の通電時間経過に伴ってその合成検出電流から電圧への変換率を増大させる特性を示す。つまり、例えば外部回路(制御対象装置等の負荷や配線部材など)の短絡異常や、短絡していなくても負荷の定格電流よりも大きい電流が半導体スイッチ素子(パワーFET)に流れる過電流異常が発生した場合、その通電時間経過に伴う共通変換回路での変換率の増大により出力電圧が上昇し、閾値電圧を超えたときに異常信号が出力される。そして、上記電流異常発生時から異常信号出力時までの異常電流の通電時間は、その異常電流レベルが大きいほど短く、小さいほど長くなる。
要するに、電力供給制御装置は、半導体スイッチ素子に連なる外部回路(例えば配線部材(電線))に高いレベルの異常電流が流れたときには即時的に異常信号を出力し、比較的に低いレベルの異常電流が流れたときにはある程度の通電時間を経過した後に異常信号を出力するように動作する。これにより、外部回路に大電流が流れて焼損などすることを抑制することが可能となる。
そして、本構成では、共通変換回路は、検出電流の合流経路に対して直列接続された第1抵抗素子及びコンデンサと、それらに対して並列接続される第2抵抗素子(請求項2では第1抵抗素子よりも抵抗値が大きいもの)と、を有して構成した。このような構成であれば、共通変換回路の回路定数(各抵抗素子の抵抗値、コンデンサの容量)を変更することで、その出力電圧が閾値電圧を超えるまでの合成検出電流−通電時間の関係曲線を適切なものに調整することができる。また、共通変換回路に流れる合成検出電流の最大電流量が有限となるため、この最大電流量を、第1抵抗素子、第2抵抗素子のうち少なくともいずれか一方の抵抗値を調整することにより半導体スイッチ素子の最大許容電流値に対応した値に設定することができる。また、第2抵抗素子の抵抗値を調整することにより過電流状態が長時間継続した場合における合成検出電流の収束値を調整することができる。更に、第1及び第2の抵抗素子及びコンデンサの値を調整することにより合成検出電流−通電時間の関係曲線の経時的な収束度合いを調整することができる。
<Invention of
According to this configuration, the common conversion circuit exhibits a characteristic of increasing the conversion rate from the combined detection current to the voltage as the combined detection current (sense current) is energized. In other words, for example, there is a short circuit abnormality in an external circuit (such as a load or wiring member of a control target device) or an overcurrent abnormality in which a current larger than the rated current of the load flows through the semiconductor switch element (power FET) even if the short circuit is not short When this occurs, the output voltage rises due to an increase in the conversion rate in the common conversion circuit as the energization time elapses, and an abnormal signal is output when the threshold voltage is exceeded. And the energization time of the abnormal current from the occurrence of the current abnormality to the output of the abnormal signal is shorter as the abnormal current level is larger and longer as it is smaller.
In short, the power supply control device immediately outputs an abnormal signal when a high level abnormal current flows in an external circuit (for example, a wiring member (wire)) connected to the semiconductor switch element, and a relatively low level abnormal current. Operates to output an abnormal signal after a certain energization time has passed. As a result, it is possible to suppress a large current from flowing through the external circuit to cause burning.
In this configuration, the common conversion circuit includes a first resistance element and a capacitor that are connected in series to the detection current merging path, and a second resistance element that is connected in parallel to the first resistance element and the capacitor. Having a resistance value larger than that of the resistance element). In such a configuration, by changing the circuit constants of the common conversion circuit (resistance value of each resistance element, capacitance of the capacitor), the relationship between the combined detection current and the energization time until the output voltage exceeds the threshold voltage The curve can be adjusted appropriately. Further, since the maximum amount of the combined detection current flowing in the common conversion circuit is finite, the maximum amount of current is adjusted by adjusting the resistance value of at least one of the first resistance element and the second resistance element. It can be set to a value corresponding to the maximum allowable current value of the switch element. Further, by adjusting the resistance value of the second resistance element, the convergence value of the combined detection current when the overcurrent state continues for a long time can be adjusted. Further, by adjusting the values of the first and second resistance elements and the capacitor, it is possible to adjust the degree of convergence over time of the combined detection current-energization time relationship curve.
<請求項5の発明>
本構成によれば、共通変換回路としての抵抗素子の端子電圧と閾値電圧との大小関係に基づき各半導体スイッチ素子における電流異常を検出することができる。
<Invention of Claim 5>
According to this configuration, it is possible to detect a current abnormality in each semiconductor switch element based on the magnitude relationship between the terminal voltage of the resistance element as the common conversion circuit and the threshold voltage.
<請求項6の発明>
本構成によれば、各異常検出回路ごとに異常電流判定のはらつきが生じ得るが、各半導体スイッチ素子ごとのばらつき(オン抵抗のばらつき)による影響が抑制できる。
<Invention of Claim 6>
According to this configuration, fluctuation of abnormal current determination may occur for each abnormality detection circuit, but the influence due to variation (variation of on-resistance) for each semiconductor switch element can be suppressed.
<請求項7の発明>
本構成によれば、電流異常の発生に対して複数の半導体スイッチを一括で遮断動作させることができる。
<Invention of Claim 7>
According to this configuration, a plurality of semiconductor switches can be collectively cut off with respect to the occurrence of current abnormality.
<実施形態1>
本発明の実施形態1を図1〜図7を参照しつつ説明する。
[電力供給制御装置の全体構成]
図1は、本実施形態に係る電力供給制御装置10の全体構成を示すブロック図である。この電力供給制御装置10は、複数(本実施形態では2つ)の半導体スイッチ装置(半導体ディバイス)11を備えている。各半導体スイッチ装置11は、それぞれが有するパワーMOSFET15(本発明の「半導体スイッチ素子、パワーFET」に相当)が電源61(車両用電源)と負荷50との間の通電路63に並列接続されており、これら2つのパワーMOSFET15をオンオフ動作させることで電源61から負荷50への電力供給を制御するようになっている。なお、電力供給制御装置10は図示しない車両に搭載され、負荷50として例えば車両用のランプ、クーリングファン用モータやデフォッガー用ヒータなどの駆動制御をするために使用される。なお、以下では、「負荷」は電力供給制御装置10の制御対象装置であって、電力供給制御装置10とその制御対象装置との間に連なる電線(配線部材)51を含まない意味とし、「外部回路」を負荷50と電線51とを含めた意味として説明する。また、以下では、2つの半導体スイッチ装置を区別しない場合には符号11を付し、区別する場合には符号11a,11bをそれぞれ付して説明する。
<
[Entire configuration of power supply control device]
FIG. 1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a power
各半導体スイッチ装置11は、同図に示すように、入力端子P1、電源(Vcc)端子P2、出力端子P3、外部接続端子P4及びダイアグ出力端子P5がそれぞれ設けられている。2つの半導体スイッチ装置11は、両入力端子P1が操作スイッチ52に共通接続され、両電源端子P2が電源61に共通接続され、出力端子P3が負荷50に共通接続され、外部接続端子P4が後述するRC並列回路12に共通接続されている。
Each
電源61からの負荷電流Ipは、両電源端子P2の共通接続点で分流電流Ip1、Ip2に分流され、分流電流Ip1が半導体スイッチ装置11aのパワーMOSFET15に流れ、分流電流Ip2が半導体スイッチ装置11bのパワーMOSFET15に流れる。各半導体スイッチ装置11は、センスMOSFET16(本発明の「電流検出素子、センスFET」に相当)と制御回路14とをそれぞれ備える。各制御回路14は、入力端子P1を介して操作スイッチ52に共通接続されている。入力端子P1は、操作スイッチ52がオフされているときは電源電圧Vcc側にプルアップされており、操作スイッチ52がオンされることでローレベルの制御信号S1(負荷駆動指令信号)が制御回路14に入力されて制御回路14が動作し、定電圧信号、或いは、PWM(Pulse Width Modulation。パルス幅変調)信号をパワーMOSFET15の制御入力端子(ゲート端子G)に与えて通電動作をさせる。
The load current Ip from the
各センスMOSFET16は、後述するように各パワーMOSFET15の分流電流Ip1、Ip2の電流量に応じたセンス電流Is1、Is2(本発明の「検出電流」に相当)がそれぞれ流れ、これらのセンス電流Is1、Is2が各制御回路14及び各外部接続端子P4を介して合流し、この合成センス電流Is(=Is1+Is2 本発明の「合成検出電流」に相当)がRC並列回路12が流れるようになっている。
As will be described later, each
1.各半導体スイッチ装置の全体構成
図2には、各半導体スイッチ装置11の内部構成を示すブロック図である。なお、両半導体スイッチ装置11の内部構成は同一であり、同図では半導体スイッチ装置11aの構成が示されている。
1. Overall Configuration of Each Semiconductor Switch Device FIG. 2 is a block diagram showing the internal configuration of each
図2に示すように、制御信号S1は入力端子P1に接続された入力インターフェース45に入力されるようになっており、入力インターフェース45にローレベルの制御信号S1が入力されることでFET47がオン状態となり、保護用論理回路40が通電される構成をなしている。保護用論理回路40にはチャージポンプ回路41とターンオフ回路42がそれぞれ接続されており、さらに過電流検知回路13、過温度検知回路48もそれぞれ接続されている。また、パワーMOSFET15のドレイン端子D及びゲート端子Gの間にはダイナミッククランプ44が接続されている。なお、過温度検知回路48は、パワーMOSFET15近傍の温度を検出し、これが所定の閾値温度を超えた場合に温度異常としてハイレベルの出力信号S3を出力する。
As shown in FIG. 2, the control signal S1 is input to the
チャージポンプ回路41の出力は、パワーMOSFET15のゲート端子Gに与えられるとともに、過電流検知回路13内のセンスMOSFET16のゲート端子Gに与えられる(図3参照)。ターンオフ回路42は、パワーMOSFET15のドレイン端子Dとソース端子Sとの間に設けられ、パワーMOSFET15及びセンスMOSFET16のゲート端子Gにそれぞれ接続されている。後述するように、チャージポンプ回路41及びターンオフ回路42は、保護用論理回路40からの制御信号S4に基づき駆動されて、パワーMOSFET15及びセンスMOSFET16に通電動作ないし遮断動作をさせる。
The output of the
2.過電流検知回路
次に、過電流検知回路13について説明する。図3は、電力供給制御装置10の過電流検知回路13(本発明の「異常検出回路」に相当)を主として示す回路図である。なお、同図も半導体スイッチ装置11aの構成が示されている。
2. Overcurrent Detection Circuit Next, the
同図に示すように、電力供給制御装置10は、パワーMOSFET15と、パワーMOSFET15の電流量に応じたセンス電流Is1が流れるセンスMOSFET16と、パワーMOSFET15に流れる電流の異常検出を行う後述の過電流検知回路13と、保護用論理回路40がワンチップ化された形態、或いは、複数のチップで構成されてワンパッケージ内に収容された形態にて半導体スイッチ装置11が構成されている。
As shown in the figure, the power
パワーMOSFET15及びセンスMOSFET16については、ドレイン端子Dが共通接続されて電源端子P2に接続される複数のMOSFETが配列され、ほとんどのMOSFET群が、ソース端子Sを出力端子P3に共通接続することでパワーMOSFET15が構成され、一部のMOSFET群が、ソース端子Sを共通接続することでセンスMOSFET16が構成されている。なお、パワーMOSFET15を構成するMOSFET群の数と、センスMOSFET16を構成するMOSFET群の数との比が概ねセンス比である。パワーMOSFET15のソース端子S及びセンスMOSFET16のソース端子Sは、オペアンプ18の各入力端子にそれぞれ接続されており、このオペアンプ18の出力側には、FET20のゲート端子が接続されている。
As for the
このように、パワーMOSFET15及びセンスMOSFET16のドレイン端子D同士、ソース端子S同士を互いに同電位することで、パワーMOSFET15に流れる分流電流Ip1に対して安定した一定比率のセンス電流Is1をセンスMOSFET16に流すことができる。これらのパワーMOSFET15及びセンスMOSFET16は、操作スイッチ52がオンとなって入力端子P1からローレベルの制御信号S1が入力されることを前提条件として通電状態となるように構成されている。
In this way, by making the drain terminals D and the source terminals S of the
センスMOSFET16からのセンス電流Is1は、FET24及びFET26からなるカレントミラー回路によってセンス電流Is1と同レベルのミラー電流Is1’がFET26及びFET28の接続ラインに流れる。そして、更にFET28及びFET30からなるカレントミラー回路によってセンス電流Is1と同レベルのミラー電流Is1”がFET30から外部接続端子P4に流れるようになっている。
As for the sense current Is1 from the
さて、パワーMOSFET15のソース端子Sとグランドとの間には、複数(例えば2つ)の分圧抵抗R1,R2を直列接続してなる分圧回路55が配されている。これにより、分圧抵抗R1と分圧抵抗R2との接続点Aの分圧電圧Vr(本発明の「閾値電圧」に相当)は、パワーMOSFET15のソース電位Vs(パワーFETの出力側電圧)を2つの分圧抵抗R1,R2の抵抗比に応じて分圧されたレベルとなる。ここで、分圧抵抗R1,R2は、予め一定の抵抗比率(例えば分圧抵抗R1の抵抗値:分圧抵抗R2の抵抗値=1:1)のものが選択されている。
Now, between the source terminal S of the
そして、接続点Aの分圧電圧Vrはコンパレータ32の一方の入力端子(負入力端子)に与えられ、FET30と外部接続端子P4との接続ラインにはコンパレータ32の他方の入力端子(正入力端子)が接続されている。
The divided voltage Vr at the connection point A is applied to one input terminal (negative input terminal) of the
また、分圧回路55とグランドとの間には、ダイオード接続(ゲート端子Gとドレイン端子Dとが共通接続)されたFET66が配されている。そして、FET66のゲート端子Gは、バイアス用抵抗68及びFET70(暗電流遮断回路)を介して電源端子P2に接続されている。FET70は、入力端子P1にローレベルの制御信号S1が入力されることでオン状態となって電源端子P2とバイアス用抵抗68との間の通電を許容する(半導体スイッチ素子への入力信号がアクティブのとき)。そして、FET66によって分圧回路55とグランドとの間に定電圧Vt(バイアス)が付与される。このような構成により、入力端子P1にハイレベルの制御信号S1が入力されている、即ち、負荷駆動指令信号が入力されていないときは、FET70が遮断状態にあり、これにより、電源61からバイアス用抵抗68、分圧回路55を介して負荷50へ流れ込む暗電流を阻止できる。なお、本実施形態では、FET66,70、バイアス用抵抗68は、半導体スイッチ装置11内に収容されている。
Further, an
RC並列回路12には、半導体スイッチ装置11aからのセンス電流Is1”と半導体スイッチ装置11bからのセンス電流Is2”とが合流してなる合成センス電流Is(=Is1”+Is2”)が流れ込む。なお、この合成センス電流Isは、電源61から負荷50に流れる負荷電流Ipに対して一定比率の値となる。そして、RC並列回路12の端子電圧Vo(本発明の「出力電圧」に相当)は、上記合成センス電流Isに応じて変動する。コンパレータ32は、RC並列回路12の端子電圧Vo(外部接続端子P4の電位)と接続点Aの分圧電圧Vrとを比較し、大きなレベルのセンス電流Is1がRC並列回路12に流れて端子電圧Voが分圧電圧Vrを上回ったときにハイレベルの出力信号S2(本発明の「異常信号」に相当)を出力する。この分圧電圧Vrは、(1/2)・(Vs−Vt)+Vt(Vs:パワーMOSFET15のソース電位)であり、電力供給制御装置10に連なる外部回路(例えば負荷50など)の負荷抵抗に応じて、RC並列回路12の回路定数を変えることで異常検出値を自由に設定することができる。
The RC
3.RC並列回路
(1)回路構成
図1,3に示すように、RC並列回路12(本発明の「共通変換回路」に相当)は、直列接続された第1抵抗60(抵抗値r 本発明の「第1抵抗素子」に相当)及びコンデンサ62と、第2抵抗64(抵抗値R 本発明の「第2抵抗素子」に相当)とが並列接続されて構成されている。そして、このRC並列回路12の一端側が外部接続端子P4に接続され、他端側がグランドに接続される。従って、RC並列回路12の端子電圧Voが外部接続端子P4を介して各半導体スイッチ装置11内のコンパレータ32の入力端子に与えられる。
3. RC Parallel Circuit (1) Circuit Configuration As shown in FIGS. 1 and 3, the RC parallel circuit 12 (corresponding to the “common conversion circuit” of the present invention) includes a first resistor 60 (resistance value r of the present invention) connected in series. “Corresponding to“ first resistance element ”) and a
(2)回路定数の設定
ここで、RC並列回路12に合成センス電流Is(=Is1”+Is2”)を流した場合の端子電圧Voは、次の数式1で求めることができる。
C:コンデンサ62の容量
R:第2抵抗64の抵抗値
t:通電時間
従って、数式1から、異常検出される電流(端子電圧Voが閾値電圧としての分圧電圧Vrに達したときの合成センス電流Is、以下、「異常電流Io」という)は、次の数式2で表すことができる。
そして、その通電状態が継続し通電時間tが経過するに従って、異常電流Ioは、数式4に示す電流Io2に収束していく。
以上から、異常電流Ioと通電時間tとの関係は、図4の点線で示す収束曲線L9となる。このことは、通電開始当初、RC並列回路12の電流/電圧の変換率が小さく異常電流Ioは大きなレベルとなり(つまり、大電流を流すことができ)、そのまま通電状態が継続した場合、RC並列回路12における電流/電圧の変換率が徐々に増大し、異常電流Ioのレベルが低減していく(流すことができる電流量が低減していく)ことを意味する。要するに、RC並列回路12は、それに流れた合成センス電流Isの通電時間に応じて増大する変換率によって当該合成センス電流Isを端子電圧Voに変換するのである。なお、後述するように、閾値電圧としての分圧電圧VrはパワーMOSFET15のソース電圧Vsに依存して変化するため、上記収束曲線L9も、同ソース電圧Vsに応じた電流レベルの曲線となる(ソース電圧Vsに依存して変化する分圧電圧Vrの各値を上記数式1〜4に代入して求められる各曲線)。
(2) Setting of Circuit Constants Here, the terminal voltage Vo when the combined sense current Is (= Is1 ″ + Is2 ″) is passed through the RC
Then, as the energization state continues and the energization time t elapses, the abnormal current Io converges to the current Io2 shown in
From the above, the relationship between the abnormal current Io and the energization time t is the convergence curve L9 indicated by the dotted line in FIG. This means that at the beginning of energization, the current / voltage conversion rate of the RC
また、同図で実線で示した曲線は、例えば電力供給制御装置10及び負荷50の間に連なる電線51(例えば電線被覆材)の発煙特性について、負荷電流Ipに対応する合成センス電流と通電時間(発煙時間)との関係を示した発煙特性曲線L10である。つまり、電線51に任意の一定電流(ワンショット電流)を継続して流したときに、当該電線51の被覆材の焼損が発生するまでの時間を示している。
In addition, the curve shown by the solid line in FIG. 5 indicates the combined sense current and the energization time corresponding to the load current Ip for the smoke generation characteristics of the electric wire 51 (for example, the electric wire covering material) connected between the power
同図中でIstdは負荷50の定格電流に対応する合成センス電流(以下、単に「定格電流Istd」という)であり、Imaxは電線51における発熱と放熱のバランスがとれた熱平衡状態で流すことが可能な平衡時限界電流に対応する合成センス電流(以下、単に「平衡時限界電流Imax」という)である。この平衡時限界電流Imaxよりも高いレベルの電流を流す場合には、過度熱抵抗領域となり、電流レベルと焼損までの通電時間tとが略反比例関係となる。なお、発煙特性曲線L10は例えば実験的に求めることができる。
In the figure, Istd is a combined sense current corresponding to the rated current of the load 50 (hereinafter simply referred to as “rated current Istd”), and Imax is allowed to flow in a thermal equilibrium state in which the heat generation and heat dissipation in the
本実施形態では、図4に示すように、上記収束曲線L9が発煙特性曲線L10よりも低い電流レベルの領域内において当該発煙特性曲線L10にほぼ平行な曲線になるように、RC並列回路12の各回路定数(第1抵抗60及び第2抵抗64の抵抗値r,R、コンデンサ62の容量C)が調整されている。また、上記電流Io2を電線51の定格電流Istdにほぼ一致させている。ここで、第1抵抗60及び第2抵抗64は、通電開始当初において上記電流Io1を設定し、上記発煙特性曲線L10を超えないようにする役割を果たす。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the RC
なお、上記発煙特性曲線L10は、電力供給制御装置10に接続される外部回路としての電線の種類等によって異なるが、外付けされたRC並列回路12の回路定数(r,C,R)を調整することによって、保護対象となる各電線の発煙特性曲線に応じた収束曲線を形成することができる。
The smoke generation characteristic curve L10 varies depending on the type of electric wire as an external circuit connected to the power
なお、上述したコンパレータ32からのハイレベルの出力信号S2は保護用論理回路40に入力されるように構成されており、後述の保護動作がなされるようになっている。また、図2に示すように、この出力信号S2はOR回路49にも入力されるようになっており、出力信号S2、及び、過温度検知回路48からの温度異常を示すハイレベルの出力信号S3のいずれかの信号が入力された場合には、FET46がオンされ、ダイアグ出力端子P5に連なるプルアップ抵抗54を利用して外部回路(例えば警告ランプ等)に異常を示す信号が出力される。なお、後述するように、温度異常が発生したときにはパワーMOSFET15を一時的又は継続的に遮断動作をさせる構成となっている。
The high-level output signal S2 from the
4.保護用論理回路
図5には、前述のローレベルの制御信号S1を受けることで起動する保護用論理回路40(本発明の「保護回路」に相当)の構成が示されている。この保護用論理回路40は、チャージポンプ回路41、ターンオフ回路42に制御信号S4を与えてオンオフ動作させる、ラッチ回路としてのRS−FF90(RSフリップフロップ 「リセット回路」に相当)を有している。このRS−FF90はセット端子SにOR回路91からのセット信号SETが入力され、リセット端子RにAND回路92からの出力信号が入力される。OR回路91には、電流異常を示すハイレベルの出力信号S2と温度異常を示すハイレベルの出力信号S3が入力されるようになっており、これらのいずれかの信号が入力されたときにセット信号SETを出力してRS−FF90をセット状態とし、これによりRS−FF90はハイレベルの制御信号S4を出力する。
4). Protection Logic Circuit FIG. 5 shows the configuration of a protection logic circuit 40 (corresponding to the “protection circuit” of the present invention) that is activated by receiving the low-level control signal S1. The
AND回路92には、過温度検知回路48からの出力信号S3をレベル反転した信号と、リセット信号RSTとが入力される。これにより、AND回路92は、温度異常が発生せず或いは解消されて保護用論理回路40がローレベルの出力信号S3を受けているときはリセット信号RSTを有効化させてRS−FF90をリセット状態にする。一方、温度異常の発生により保護用論理回路40が出力信号S3を受けているときはリセット信号RSTを無効化させる。このリセット信号RSTは、入力端子P1にローレベルの制御信号S1が入力されたとき(負荷駆動指令信号が入力されたとき)、または、温度異常(過熱状態)から温度低下により復帰温度(正常に動作可能な閾値温度)に達したときにパルス信号として保護用論理回路40に与えられる。
The AND
このような構成により、保護用論理回路40は、ローレベルの制御信号S1を受けることで起動し、正常時は、チャージポンプ回路41を駆動させ、このチャージポンプ回路41は昇圧した電圧をパワーMOSFET15及びセンスMOSFET16の各ゲート−ソース間に与えてオンして通電状態にさせるように動作する。一方、保護用論理回路40は、上記電流異常を示すハイレベルの出力信号S2を受けた異常検出時には、チャージポンプ回路41をオフさせるとともに、ターンオフ回路42を駆動させるハイレベルの制御信号S4を出力し、これにより、パワーMOSFET15及びセンスMOSFET16の各ゲート−ソース間の電荷を放電し、遮断動作させるように動作する。そして、この遮断動作は、制御信号S1が再入力(例えば負荷駆動指令信号が入力)されない限り通電状態に復帰することができない、自己復帰不能な遮断動作である。
With this configuration, the
また、保護用論理回路40は、温度異常を示すハイレベルの出力信号S3を受けたときも制御信号S4を出力してパワーMOSFET15及びセンスMOSFET16に遮断動作させる。この遮断動作は、パワーMOSFET15が復帰温度に達したときに、保護用論理回路40が温度異常の出力信号S3を受けなくなり、再び通電状態に復帰する、自己復帰可能な遮断動作である。
The
[本実施形態の効果]
(1)パワーMOSFET15がオンして通電状態となり安定点に達するまでにおける迅速な電流異常検出
図6は、半導体スイッチ装置11a,11bの両センスMOSFET16のドレイン−ソース間電圧Vds及び分圧電圧Vrと、合成センス電流Isとの関係を示す図である。横軸は、両センスMOSFET16のドレイン−ソース間電圧Vdsを示し、縦軸は、そのドレイン−ソース間電圧Vdsに応じた分圧電圧Vr及び合成センス電流Isを示している。ラインL1は負荷抵抗によって定まる合成センス電流Isの変化を示す負荷線であり、ラインL2はセンスMOSFET16のオン抵抗によって定まる合成センス電流Isの変化を示すオン抵抗線である。
[Effect of this embodiment]
(1) Rapid detection of current abnormality until the
負荷50が正常状態にあって、パワーMOSFET15がオンすると、センスMOSFET16のドレイン−ソース間電圧Vds及び合成センス電流Isの安定点は、負荷線L1とオン抵抗線L2との交点Aとなる。即ち、センスMOSFET16のドレイン−ソース間電圧Vds及び合成センス電流Isの値は、パワーMOSFET15のオン状態が維持されるのに伴って、点B(Vs(パワーMOSFET15のソース電圧)=0、Id(パワーMOSFET15のドレイン電流)=0の状態)から、負荷線L1に沿って変化し、安定点(交点A)に到達した時点で安定する。なお、図6では負荷線L1が3本示されているが、これらに囲まれる領域が半導体スイッチ装置11の製造段階におけるばらつき範囲を示している。
When the
しかしながら、負荷が短絡しているなどの異常事態が発生した場合、起動時に点Bから出発しても、その負荷50での電圧降下が極めて少ないため、パワーMOSFET15のソース電圧Vsはほとんど上昇しない。即ち、パワーMOSFET15のドレイン−ソース間電圧があまり変化しない状態で、パワーMOSFET15を流れる負荷電流Ipが急激に上昇してしまい、合成センス電流Isが点Bから出発して急激に上昇することとなる(図6で線L8)。
However, when an abnormal situation such as a short circuit of the load occurs, the source voltage Vs of the
仮に、一定値として設定されている閾値電圧をRC並列回路12の端子電圧Voが上回ったときに、これを電流異常として検出する構成とすると、図7に示すように、その閾値電圧は安定点Aよりも高い値に設定しなくてはならないから、ソース電圧Vsが低く、ドレイン−ソース間電圧Vdsが高い段階では、電流異常を検出するまでに時間を要する。従って、電流異常を迅速に検出するには、ドレイン−ソース間電圧Vdsが高い領域では閾値電圧を低く、同電圧Vdsが低くなった領域では閾値電圧が高くなることが望ましい。
If the threshold voltage set as a constant value exceeds the terminal voltage Vo of the RC
そこで、本実施形態では、図6のラインL3に示すように、ドレイン−ソース間電圧Vdsに応じて閾値電圧としての分圧電圧Vrが、基本的に負荷線L1とほぼ同じ勾配で変化するように設定している。そして、閾値電圧としての分圧電圧Vrの変化態様をこのような勾配とするため、本実施形態では、上述したように、パワーMOSFET15のソース電圧Vsを分圧した分圧電圧Vrを閾値電圧としている。これにより、分圧電圧Vrは、パワーMOSFET15のドレイン−ソース間電圧Vdsに応じて直線的に変化し、同電圧Vdsが高い領域で低く、同電圧Vdsが低い領域で高くなる。
Therefore, in the present embodiment, as shown by the line L3 in FIG. 6, the divided voltage Vr as the threshold voltage changes basically with substantially the same gradient as the load line L1 according to the drain-source voltage Vds. Is set. In order to make the change mode of the divided voltage Vr as the threshold voltage have such a gradient, in this embodiment, as described above, the divided voltage Vr obtained by dividing the source voltage Vs of the
また、ソース電圧Vsが低く、ドレイン−ソース間電圧Vdsが高い領域では、上記異常事態時において負荷電流Ipが急上昇してしまうこととなるが、FET66及びバイアス用抵抗68によって定電圧Vtが印加されるため、安定した立ち上がり動作を行うことができる。これにより、パワーMOSFET15のドレイン−ソース間電圧Vdsが非常に高い領域でも適切な閾値電圧とすることができ、閾値電圧を一定値とする構成と比較して適切な閾値電圧として、迅速かつパワーMOSFET15での電力損失が小さい状態での遮断が可能となる。
Further, in the region where the source voltage Vs is low and the drain-source voltage Vds is high, the load current Ip increases rapidly in the abnormal state, but the constant voltage Vt is applied by the
また、図6で点線L3は短絡異常時の閾値としての分圧電圧Vrの推移を示しており、半導体スイッチ装置11の製造段階におけるばらつき範囲を示している。このように、本実施形態では、半導体スイッチ装置11を製造する段階においても、分圧抵抗R1,R2の抵抗値のばらつきが生じるが、これは同一チップ或いは同一パッケージ内で製造されるため、いずれの分圧抵抗R1,R2の抵抗値(図6でL3)も同方向(抵抗値が減少する方向、或いは、増大する方向)にばらつき、分圧比は変わらない。従って、RC並列回路12を、検出したい異常電流レベル(短絡異常時の電流レベル、過電流異常時の電流レベル)に応じた適切な回路定数のものとすることで、分圧抵抗R1,R2の抵抗値のばらつきに影響させることなく精度の高い異常検出を行うことができる。
In FIG. 6, a dotted line L <b> 3 indicates a transition of the divided voltage Vr as a threshold value when a short circuit is abnormal, and indicates a variation range in the manufacturing stage of the
(2)ヒューズ機能
操作スイッチ52がオンされローレベルの制御信号S1が電力供給制御装置10に与えられると、保護用論理回路40のRS−FF66がリセット状態となる。これにより、チャージポンプ回路41が駆動しパワーMOSFET15及びセンスMOSFET16がオンして通電状態となり、負荷50への電力供給が開始される。
(2) Fuse function When the
ここで、例えば電線51や負荷50などの外部回路が短絡し、パワーMOSFET15に大電流が流れると、これに比例した高いレベルの合成センス電流IsがRC並列回路12に流れる(以下、このときの合成センス電流Isを「短絡電流Is1」という)。そして、この短絡電流Is1は、短絡異常の発生当初は、第1抵抗60、第2抵抗64及びコンデンサ62に流れ込む。このとき、RC並列回路12は低変換率状態にあるから、端子電圧Voは未だ分圧電圧Vrに達することはなく、コンパレータ32から出力信号S2は出力されない。
Here, for example, when an external circuit such as the
そして、そのまま短絡電流Is1が流れ続けると、RC並列回路12が次第に高変換率状態となり、図4で示すように、通電時間がt1になったとき(短絡電流Is1と通電時間の関係が上記収束曲線L9上に達したとき)に、端子電圧Voが閾値電圧Vrを超えてコンパレータ32から出力信号S2が出力される。この出力信号S2を受けて保護用論理回路40のRS−FF66はセット状態となってハイレベルの制御信号S4を出力して、パワーMOSFET15及びセンスMOSFET16に上記自己復帰不能な遮断動作をさせる。ここで、収束曲線L9は電線51の発煙特性曲線L10よりも低いレベル領域内に設定されているから、短絡異常の発生後、その短絡異常が継続する場合には通電時間t1経過後にパワーMOSFET15に遮断動作させて、電線51が焼損等することを防止することができる。即ち、電力供給制御装置10は、電線51を保護する、いわゆるヒューズ機能を有しているのである。
When the short-circuit current Is1 continues to flow as it is, the RC
また、短絡状態にはならなくても何らかの原因により、パワーMOSFET15に定格電流Istdよりも大きい電流が流れる過電流異常が発生する場合がある(以下、このときの合成センス電流Isを「過電流Is2(<短絡電流Is1)」という)。この場合、この過電流異常が継続し、図4に示すように、通電時間がt2(>t1)になったとき(過電流Is2と通電時間の関係が上記収束曲線L9上に達したとき)に、端子電圧Voが閾値電圧Vrを超えてコンパレータ32から出力信号S2が出力される。これにより、過電流異常の発生後、その過電流異常が継続する場合には通電時間t2経過後にパワーMOSFET15に自己復帰不能な遮断動作させて、電線51が焼損等することを防止することができる。
Even if the short circuit state does not occur, an overcurrent abnormality in which a current larger than the rated current Istd flows may occur in the
このように、本実施形態に係る電力供給制御装置10は、例えば短絡異常や過電流異常などの電流異常が発生した場合、各異常電流レベルに応じた適切な通電時間(t1,t2)で自己復帰不能な遮断動作を実行することができる。
As described above, the power
また、RC並列回路12は、半導体スイッチ装置11の外部に設けた構成であるから、製造過程に起因する抵抗値のばらつき(いわゆる倍半分とも称されるような大きなばらつき)を抑えてRC並列回路12の特性を精度よく設定でき、且つ、回路定数を自由に設定でき、ひいては、電線に応じた高精度のヒューズ機能を実現できる。
Further, since the RC
しかも、RC並列回路12は、直列接続された第1抵抗60及びコンデンサ62と、第2抵抗64とが並列接続された構成である。この構成であれば、通電開始当初や異常電流発生当初における異常電流Ioの最大電流量を、上記数式3で示すように有限値にすることができる。従って、第1,2抵抗60,64の抵抗値R,rを調整することで、パワーMOSFET15やセンスMOSFET16の最大許容電流値を超えない値に設定してパワーMOSFET15やセンスMOSFET16を保護できるようにすることができる。
Moreover, the RC
更に、本実施形態では、電源61と負荷50との間の通電路63に2つのパワーMOSFET15を並列接続して、これら2つのパワーMOSFET15をオンオフ動作させることで負荷50への電力供給を行う構成において、共通のRC並列回路12を利用して電流異常を検出する構成である。従って、2つのパワーMOSFET15にそれぞれ個別にRC並列回路12を設けた構成に比べて部品点数の軽減を図りつつ、効率よく電流異常を検出することができる。
Furthermore, in the present embodiment, two
<実施形態2>
図8は実施形態2を示す。前記実施形態との相違は、RC並列回路12の回路定数の設定値にあり、その他の点は前記実施形態1と同様である。従って、実施形態1と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。
<
FIG. 8 shows a second embodiment. The difference from the above embodiment is the set value of the circuit constant of the RC
図8で点線で示した収束曲線L11は、異常電流Ioと通電時間tとの関係を示すものであり、上記実施形態1の収束曲線と同様の数式1〜4で表すことができる。同図で実線で示した曲線は、パワーMOSFET15の自己破壊特性について、パワーMOSFET15に流れる電流レベルに応じた合成センス電流とその電流レベルでパワーFET15が自己破壊し得るまでの許容通電時間との関係を示した曲線を示した自己破壊特性曲線L12である。つまり、パワーMOSFET15に任意の一定電流(ワンショット電流)を継続して流したときに、当該パワーMOSFET15が自己破壊するまでの時間を示している。
A convergence curve L11 indicated by a dotted line in FIG. 8 indicates the relationship between the abnormal current Io and the energization time t, and can be expressed by
同図中でIstdは定格電流に対応する合成センス電流(以下、単に「定格電流Istd」という)であり、ImaxはパワーMOSFET15における発熱と放熱のバランスがとれた熱平衡状態で流すことが可能な平衡時限界電流に対応する合成センス電流(以下、単に「平衡時限界電流Imax」という)である。この平衡時限界電流Imaxよりも高いレベルの電流を流す場合には、過度熱抵抗領域となり、電流レベルと自己破壊までの通電時間tとが略反比例関係となる。なお、自己破壊特性曲線L12は例えば実験的に求めることができる。
In the figure, Istd is a combined sense current corresponding to the rated current (hereinafter simply referred to as “rated current Istd”), and Imax is an equilibrium that can flow in a thermal equilibrium state in which the
本実施形態では、図8に示すように、上記収束曲線L11が自己破壊特性曲線L12よりも低いレベル領域内において当該自己破壊特性曲線L12にほぼ平行な曲線になるように、RC並列回路12の各回路定数(第1抵抗60及び第2抵抗64の抵抗値r,R、コンデンサ62の容量C)が調整されている。また、上記電流Io2をパワーMOSFET15の定格電流Istdにほぼ一致させている。ここで、第1抵抗60及び第2抵抗64は、通電開始当初において上記電流Io1を設定し、上記自己破壊特性曲線L12を超えないようにする役割を果たす。
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the RC
なお、上記自己破壊特性曲線L12は、パワーMOSFET15の構成や製造ばらつき等によって異なるが、外付けされたRC並列回路12の回路定数(r,C,R)を調整することによって、保護対象となる各パワーMOSFETの自己破壊特性曲線に応じた収束曲線を形成することができる。
Although the self-destructive characteristic curve L12 varies depending on the configuration of the
また、図8で一点鎖線で示した曲線は、例えばランプやモータなどの負荷50の突入電流特性について、その負荷50に流れる負荷電流に応じた合成センス電流と、その通電時間との関係を示した突入電流特性曲線L13である。つまり、電流異常が発生しない状態において、負荷50への通電を開始してから定常状態になるまでの負荷電流レベル(合成センス電流レベル)の経時的変化を示している。なお、この突入電流特性曲線L13も例えば実験的に求めることができる。そして、上記収束曲線L11が、この突入電流特性曲線L13よりも高いレベル領域内に位置するように、RC並列回路12の各回路定数(第1抵抗60及び第2抵抗64の抵抗値r,R、コンデンサ62の容量C)が調整されている。
Further, the curve indicated by the alternate long and short dash line in FIG. 8 shows the relationship between the combined sense current corresponding to the load current flowing through the
このような構成であれば、例えば短絡異常や過電流異常などの電流異常が発生した場合、各異常電流レベルに応じた適切な通電時間(t1,t2)で自己復帰不能な遮断動作を実行させて、パワーMOSFET15を自己破壊から確実に保護することができる。しかも、負荷50への通電開始当初に流れる突入電流に対して異常検出してパワーMOSFET15に遮断動作させることも防止できる。
With such a configuration, for example, when a current abnormality such as a short circuit abnormality or an overcurrent abnormality occurs, a shut-off operation that is not self-recoverable is executed in an appropriate energization time (t1, t2) corresponding to each abnormal current level. Thus, the
<他の実施形態>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)上記各実施形態において、複数の分圧抵抗(分圧抵抗R1,R2)は、同一の抵抗値としたが、これに限らず、互いに異なる抵抗値のものであってもよい。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the embodiments described with reference to the above description and drawings. For example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
(1) In each of the above embodiments, the plurality of voltage dividing resistors (voltage dividing resistors R1, R2) have the same resistance value, but the present invention is not limited to this, and may have different resistance values.
(2)上記各実施形態では、コンパレータ32において分圧電圧Vrを端子電圧Voが上回ったときにハイレベルの出力信号S2を出力する正論理回路としたが、ローレベルの出力信号S2を出力する負論理回路で構成したものであっても勿論よい。
(2) In each of the above embodiments, the positive logic circuit that outputs the high-level output signal S2 when the terminal voltage Vo exceeds the divided voltage Vr in the
(3)上記各実施形態では、出力信号S2を受けてパワーMOSFET15に遮断動作させる保護用論理回路40を、電力供給制御装置10内に設けた構成としたが、これに限らず、電力供給制御装置10から外部に出力信号S2を出力し、外部に設けた保護回路によってパワーMOSFET15に遮断動作させる構成であってもよい。
(3) In each of the embodiments described above, the
(4)上記実施形態1について、実施形態2と同様に、収束曲線L9を負荷50の突入電流特性曲線L13よりも高いレベル領域内に位置するようにして、突入電流に対する異常検出を回避する構成としてもよい。
(4) In the first embodiment, similarly to the second embodiment, the convergence curve L9 is positioned in a higher level region than the inrush current characteristic curve L13 of the
(5)上記実施形態2に対して、収束曲線L11を突入電流特性曲線L13よりも高いレベル領域内において当該突入電流特性曲線L13に沿った曲線であって、他の特性曲線(上記発煙特性曲線L10や上記自己破壊特性曲線L12以外の特性曲線)よりも低いレベル領域内に位置する曲線になるようにRC並列回路12の回路定数を設定する構成であってもよい。
(5) Compared to the second embodiment, the convergence curve L11 is a curve along the inrush current characteristic curve L13 in a level region higher than the inrush current characteristic curve L13, and other characteristic curves (the smoke generation characteristic curve described above) The circuit constant of the RC
(6)上記実施形態では、第2抵抗64を、第1抵抗60の抵抗値とほぼ同じものとしたが、これに限らず、第1抵抗60の抵抗値よりも大きいものや小さいものであってもよい。具体的には、例えば第1抵抗60と第2抵抗64の抵抗値の比を、1対4にする構成であってもよい。
(6) In the above embodiment, the
(7)上記各実施形態では、共通変換回路として、RC並列回路としたが、これに限らず、第1抵抗素子としての第1抵抗60を除いたRC並列回路であってもよい。また、単なる抵抗、或いは、コンデンサであってもよい。
(7) Although the RC parallel circuit is used as the common conversion circuit in each of the above embodiments, the present invention is not limited to this, and an RC parallel circuit excluding the
(8)上記各実施形態では、2つの半導体スイッチ装置11を用いて負荷50への電力供給を行う構成であったが、3つ以上の半導体スイッチ装置11を用いて負荷50への電力供給を行う構成であってもよい。この場合も、3つの以上の半導体スイッチ装置11の各センスMOSFET16からのセンス電流の合成センス電流をRC並列回路12に流すようにして、部品点数の低減等を図ることができる。
(8) In each of the above embodiments, the power supply to the
(9)上記各実施形態では、半導体スイッチ素子としてパワーMOSFET15としたが、これに限らず、他のユニポーラトランジスタであっても、バイポーラトランジスタであってもよい。
(9) In each of the above embodiments, the
(10)上記各実施形態では、電流検出素子としてセンスMOSFET16を利用した、いわゆるセンス方式としたが、これに限らず、例えば通電路にシャント抵抗を設けてこの電圧降下分に基づき負荷電流を検出する、いわゆるシャント方式であってもよい。
(10) In each of the above embodiments, a so-called sensing method is used in which the
(11)上記各実施形態では、各パワーMOSFET15ごとに個別に過電流検知回路13,13を設ける構成としたが、これに限らず、全パワーMOSFET15に対して共通の過電流検知回路13を1つ設ける構成であってもよい。この場合、共通の過電流検知回路13から出力信号S2が出力されたことを条件に、各パワーMOSFET15ごとに個別に設けた保護用論理回路40または共通の1つの保護用論理回路40によって全パワーMOSFET15を一括で遮断動作させる構成が望ましい。
(11) In each of the above-described embodiments, the
10…電力供給制御装置
12…RC並列回路(共通変換回路)
13…過電流検知回路(異常検出回路)
15…パワーMOSFET(半導体スイッチ素子、パワーFET)
16…センスMOSFET(電流検出素子、センスFET)
40…保護用論理回路(保護回路)
50…負荷(外部回路)
61…電源
63…通電路
60…第1抵抗(第1抵抗素子)
62…コンデンサ
64…第2抵抗(第2抵抗素子)
Is1(Is1’,Is1”),Is2(Is2”)…センス電流(検出電流)
S2…出力信号(異常信号)
Vr…分圧電圧(閾値電圧)
Vo…端子電圧(出力電圧)
Vs…ソース電位(パワーFETの出力側電圧)
DESCRIPTION OF
13. Overcurrent detection circuit (abnormality detection circuit)
15 ... Power MOSFET (semiconductor switch element, power FET)
16 ... sense MOSFET (current detection element, sense FET)
40 ... logic circuit for protection (protection circuit)
50 ... Load (external circuit)
61 ...
62 ...
Is1 (Is1 ′, Is1 ″), Is2 (Is2 ″)... Sense current (detection current)
S2 ... Output signal (abnormal signal)
Vr: Divided voltage (threshold voltage)
Vo: Terminal voltage (output voltage)
Vs: Source potential (power FET output side voltage)
Claims (7)
前記電源から前記負荷への通電路に互いに並列接続される複数の半導体スイッチ素子と、
前記複数の半導体スイッチ素子それぞれに対応して設けられ、その対応する半導体スイッチ素子に流れる電流に応じた検出電流をそれぞれ出力する複数の電流検出素子と、を備え、
前記複数の電流検出素子の出力側に共通接続され、それら複数の電流検出素子からの合成検出電流を電圧に変換する共通変換回路と、
前記共通変換回路の出力電圧が閾値電圧を超えている場合に異常信号を出力する異常検出回路と、を備える電力供給制御装置。 A power supply control device that is provided between a power source and a load and controls power supply from the power source to the load,
A plurality of semiconductor switch elements connected in parallel to each other in a current path from the power source to the load;
A plurality of current detection elements provided corresponding to each of the plurality of semiconductor switch elements, each of which outputs a detection current corresponding to a current flowing through the corresponding semiconductor switch element,
A common conversion circuit that is commonly connected to the output side of the plurality of current detection elements and converts a combined detection current from the plurality of current detection elements into a voltage;
A power supply control device comprising: an abnormality detection circuit that outputs an abnormality signal when an output voltage of the common conversion circuit exceeds a threshold voltage.
前記各異常検出回路から出力された各異常信号に基づき、それに対応する前記各半導体スイッチ素子に遮断動作をさせる保護回路を備える請求項1から請求項5のいずれかに記載の電力供給制御装置。 A plurality of the abnormality detection circuits are provided corresponding to the plurality of semiconductor switch elements,
6. The power supply control device according to claim 1, further comprising a protection circuit that causes each of the semiconductor switch elements corresponding to the abnormality signal to be cut off based on each abnormality signal output from each abnormality detection circuit. 7.
前記共通異常検出回路から出力された異常信号に基づき、前記複数の半導体スイッチ素子に一括で遮断動作をさせる保護回路を備える請求項1から請求項5のいずれかに記載の電力供給制御装置。 The abnormality detection circuit is one common abnormality detection circuit for the plurality of semiconductor switch elements,
The power supply control device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a protection circuit that causes the plurality of semiconductor switch elements to collectively perform a shut-off operation based on an abnormality signal output from the common abnormality detection circuit.
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