JP2009065756A - 電源制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】グランド断線時に該グランドを適切な電位に接続することができる電源制御装置を提供する。
【解決手段】スイッチ素子11及びスイッチ制御部12を有する制御回路10と、一方の端子20aがスイッチ素子11を介して直流電源4に接続され且つ他方の端子20bが接地電位部5bに接続された負荷20と、を有する電源制御装置1であって、スイッチ制御部12が、接地電位部5aに接続され且つ接地電位に向かうグランド電流Iを出力するグランド端子12aを有し、制御回路10が、グランド端子12aと接地電位部5aとの接続が切り離されたときに、グランド電流Iを負荷20を介して接地電位部5bに流すための負荷側バイパス手段15aを備えたバイパス部15を有し、負荷20が、グランド電流Iが流れたときに、グランド端子12aの電位がスイッチ制御部12が安定動作する電位となるインピーダンスを有する。
【選択図】図1

Description

この発明は、負荷への電源接続および電源切断の制御を行う電源制御装置に関する。
ディスクリート半導体部品やIC等で構成される電子回路においては、その電源部およびグランド部が正常な電位に接続されることを前提に回路設計がなされており、例えば、電子回路の電源部のみが電源電位に接続されグランド部がどこにも接続されない状態(即ち、グランド非接続状態)が生じたとき、その電子回路の動作は不定となる。特に、電源制御装置に組み込まれた電子回路においては、その不定動作により予期しない大電流が流れたとき、その回路素子が破壊されて、発火などの危険な状態に陥るおそれがある。そして、特許文献1において、上記電子回路の不定動作を回避できる電気コネクタのアース接続構造が提案されている。
特許文献1によれば、給電側コネクタと受電側コネクタとを接続するとき、電源端子が接続されるよりも先にアース端子が接続されるので、受電側コネクタの後段に配設された電子回路において、グランド非接続状態が生じることがない。また、一対のコネクタで電源及びアースを接続するので、そのコネクタが外れてしまったときに電源及びアースが同時に外れるため、例えば、電源とアースとを別々のコネクタで接続する構成において起こり得るアース側コネクタ外れがなく、グランド非接続状態が生じることがない。このような電気コネクタのアース接続構造を用いることによって、グランド非接続状態の発生を防ぎ、電子回路の動作不定状態を回避していた。
特開平8−78095
しかしながら、特許文献1では、電気コネクタの接続時及び接続外れ時に生じるグランド非接続状態を防ぐものであり、例えば、給電側コネクタのアース端子に接続されたアース線が断線した場合に生じるグランド非接続状態については防止することができず、その場合に発生し得る回路素子の破壊や装置の発火等を防ぐことができなかった。
したがって、本発明の目的は、電子回路のグランド接続が切り離されたとき、その電子回路のグランドを適切な電位に接続することができる電源制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項1に記載の電源制御装置は、開閉信号に応じて開路及び閉路するスイッチ素子並びに前記開閉信号を出力するスイッチ制御部を有する制御回路と、一方の端子が前記スイッチ素子を介して直流電源に接続され且つ他方の端子が接地電位に接続された負荷と、を有する電源制御装置であって、前記スイッチ制御部が、前記接地電位に接続され且つ前記接地電位に向かって流れるグランド電流を出力するグランド端子を有し、前記制御回路が、前記グランド端子と前記接地電位との接続が切り離されたときに、前記グランド電流を前記負荷を介して前記接地電位に流すための負荷側バイパス手段を備えたバイパス部を有し、前記負荷が、前記グランド電流が流れたときに、前記グランド端子の電位が前記スイッチ制御部が安定動作する電位となるインピーダンスを有することを特徴とするものである。
請求項2に記載の電源制御装置は、請求項1に記載の電源制御装置において、前記制御回路が、前記スイッチ素子が閉路するときに前記接地電位に接続される制御信号線を有し、前記バイパス部が、前記グランド端子と前記接地電位との接続が切り離されるとともに前記スイッチ素子が閉路したときに、前記グランド電流を前記制御信号線を介して前記接地電位に流すための信号側バイパス手段を有し、前記負荷側バイパス手段が、前記グランド端子と前記接地電位との接続が切り離されるとともに前記スイッチ素子が開路したときに、前記グランド電流を前記負荷を介して前記接地電位に流すための手段であることを特徴とするものである。
請求項3に記載の電源制御装置は、請求項1または2に記載の電源制御装置において、前記バイパス部が、前記負荷側バイパス手段と直列に接続され、且つ、前記直流電源が正常接続されているときに、前記負荷側バイパス手段に電流が流れるように常時閉路するとともに、前記直流電源が逆接続されているときに、前記負荷側バイパス手段に電流が流れないように常時開路する逆電流防止手段を有することを特徴とするものである。
請求項1に記載した本発明の電源制御装置によれば、スイッチ制御部のグランド端子と接地電位との接続が切り離されたときに、スイッチ制御部のグランド端子が、スイッチ制御部が安定動作する電位に接続されることから、制御回路においてグランド非接続状態が生じることがなくなり、制御回路の不定動作を防ぐことが可能となるため、該不定動作によって生じる回路素子の破壊や装置の発火を防ぐことができる。
請求項2に記載した本発明の電源装置によれば、請求項1に記載した発明の効果に加えて、スイッチ素子が閉路のとき、即ち、負荷に直流電源が接続されているときは、制御信号線を介してスイッチ制御部のグランド端子と接地電位とを接続することから、負荷に直流電源が接続されてその電位が上昇している場合においても、スイッチ制御部のグランド端子を制御信号線を介して接地電位に接続することができるため、より確実に制御回路の不定動作を防ぐことが可能となり、該不定動作によって生じる回路素子の破壊や装置の発火を防ぐことができる。
請求項3に記載した本発明の電源制御装置によれば、請求項1または2に記載した発明の効果に加えて、バイパス部が逆電流防止手段を有していることから、誤って直流電源を逆接続してしまったときに、バイパス部によって直流電源短絡経路が形成されることがなくなるため、短絡による装置の損傷を防止することができ、より安全な電源制御装置を提供することができる。
以下、本発明に係る電源制御装置の第1の実施形態について、図1〜図2の図面を参照して説明する。
電源制御装置1は、図1に示すように、例えば、車両等に実装され、電子制御ユニット等から出力される制御信号によって電熱線等の負荷に対する電源制御を行うものであり、制御回路10と、制御回路10に接続された電熱線20と、を備えている。
制御回路10は、電熱線20に対する直流電源4の接続又切断の制御を行う部位であり、FET11と、スイッチ制御部12と、バイパス部15と、を備えており、また、電源電圧VCCを有する直流電源4が接続された電源端子10a、電熱線20が接続された負荷端子10b、制御回路10と電子制御ユニット30とを結ぶ信号線32が接続された信号端子10c、及び、接地電位部5aが接続されたアース端子10d、を備えている。
FET11は、請求項のスイッチ素子に相当し、例えば、既存の電源用途のNチャネルパワーMOSFETが用いられ、ゲート端子(G)がスイッチ制御部12から出力される開閉信号S1、ドレイン端子(D)が電源端子10a、ソース端子(S)が負荷端子10b、にそれぞれ接続されており、開閉信号S1に応じてON/OFF(即ち、閉路/開路)することで、電熱線20と直流電源4とを接続し、または、電熱線20と直流電源4との接続を切断するものである。
スイッチ制御部12は、例えば、オペアンプやトランジスタなどのディスクリート半導体部品又はIC等で構成されており、開閉信号S1を生成して、FET11のON/OFF制御を行う部位である。そして、スイッチ制御部12は、制御回路10内の共通グランド18を介してアース端子10dに接続されたグランド端子12a、FET11のゲート端子(G)に接続された開閉信号端子12b、電源端子10aに接続されたスイッチ制御部電源端子12c、及び、信号端子10cに制御信号線6を介して接続された電源接続要求信号入力端子12d、とを備えている。
また、スイッチ制御部12は、スイッチ制御部電源端子12cに電源電圧VCC(例えば、14V)が接続され、グランド端子12aに接地電位VG(例えば、0V)が接続されたときに正常に動作するものであるが、スイッチ制御部電源端子12cまたはグランド端子12aの電圧(即ち、電位)が動作許容範囲内(例えば、±1.0V以内)であれば、問題なく動作可能である。また、スイッチ制御部12の動作時に、そのグランド端子12aから出力されるグランド電流Iは、20mA以下である。
制御信号線6は、制御回路10の信号端子10cと、スイッチ制御部12の電源接続要求信号入力端子12dと、の間に配設され、且つ、信号端子10cを介して信号線32と接続されて、後述する電子制御ユニット30から電源制御装置1(即ち、制御回路10)に向かって送出される電源接続要求信号S2を、スイッチ制御部12の電源接続要求信号入力端子12dに入力するための配線である。なお、本実施形態において、制御信号線6はスイッチ制御部12と接続されているが、これに限定するものではなく、制御回路10内の図示しない他の部位に接続されていたとしても、FET11のOFF時に常に接地電位VGになるものであれば、どのような部位に接続されていても良い。
バイパス部15は、負荷側ダイオード15aで構成されている。そして、負荷側ダイオード15aは、請求項の負荷側バイパス手段に相当し、アノード端子が共通グランド18(即ち、グランド端子12a)に、カソード端子が負荷端子10bに、それぞれ接続されている、既存のものである。なお、本実施形態においては、FET11、スイッチ制御部12、及び、負荷側ダイオード15aはそれぞれ個別の部品であるが、これに限定するものではなく、これらを1つのIC等に集積して制御回路10を構成してもよい。
電熱線20は、請求項の負荷に相当し、例えば、車両のリアウインドウに配設され、リアウインドウを加熱して、付着した曇りを除去するためのものであり、その一方の端子20aがFET11を介して直流電源4に接続され、他方の端子20bが接地電位部5bに接続されている。また、電熱線20は、発熱量を大きくするため、0.7Ω程度の低い抵抗値(即ち、インピーダンス)のものが用いられる。なお、本実施形態では、電熱線20を用いているが、これに以外にも、例えば、車両のヘッドライト等、グランド電流Iが流れたときに、グランド端子12aの電圧が、動作許容電圧VRの範囲内(即ち、スイッチ制御部12が安定動作する電圧)になるものであれば、どのようなものでも良い。
直流電源4は、例えば、車両等に搭載されるバッテリ又はバッテリの電圧を変換してそれとは異なる直流電圧を生成するDC/DCコンバータなどからなる、既存のものであり、制御回路10及び電熱線20に接続されて、それらに対し電源電圧VCCを供給するものである。また、直流電源4の負端子側は接地電位部5cに接続されている。
電子制御ユニット30は、例えば、車両等に搭載され、ヘッドライト、エアコン、リアウインドウの電熱線等の制御を行う、既存のものであり、利用者の操作等に応じて、電源制御装置1に対して、電熱線20への電源接続又は切断を要求する。電子制御ユニット30は、図示しない制御部と、トランジスタ31と、トランジスタ31に接続された信号線32とを備えている。
トランジスタ31は、例えば、既存の小信号用NPNトランジスタであり、ベース端子が図示しない制御部に、コレクタ端子が信号線32に、エミッタ端子が接地電位部5dに、それぞれ接続されている。
信号線32は、電子制御ユニット30と制御回路10とを電気的に接続して、電源接続要求信号S2を送信するための信号線であり、具体的には、トランジスタ31のコレクタ端子と制御回路10の信号端子10cとの間に配設された被覆導線やコネクタ等で構成されている。また、信号線32は、図示しないプルアップ抵抗を介して電子制御ユニット30の電源電圧に接続されている。そして、トランジスタ31がONのときは、接地電位部5dに接続されて接地電位VGとなり、トランジスタ31がOFFのときは、図示しないプルアップ抵抗により電子制御ユニット30の電源電圧(例えば、14V)と同じ電位となる。つまり、信号線32の電位が、電源接続要求信号S2となる。なお、本実施形態においては、信号線32の電位の切り替えにトランジスタ31を用いているが、これに限らず、例えば、メカニカルスイッチなど、電源接続の要求時に、信号線32を接地電位VGに接続できるものであれば、どのようなものでも良い。
電源接続要求信号S2は、電熱線20への電源接続の要求及び電源切断の要求をするための信号であり、電子制御ユニット30から制御回路10に向かって送出される。そして、電源接続を要求するときは、Lレベル(即ち、接地電位VG)となり、電源切断を要求するときは、Hレベル(即ち、電子制御ユニット30の電源電位)となる。
開閉信号S1は、電源接続要求信号S2に応じて、電源電圧VCC又は接地電位VGとなる信号であり、詳細には、電源接続要求信号S2がHレベルのとき開閉信号S1が接地電位VGとなってFET11がOFFし、電源接続要求信号S2がLレベルのとき開閉信号S1が電源電圧VCCとなってFET11がONする。
次に、上述した電源制御装置1における、スイッチ制御部12のグランド端子12aと接地電位部5aとの接続が切り離されたときの動作の一例について、図2を参照して説明する。
電源制御装置1において、電熱線20に直流電源4が接続されていないとき(即ち、FET11がOFFのとき)に、点Pが切断されてアース端子10dと接地電位部5aが切り離されると、このとき、電熱線20の端子20aの電位は接地電位VGとなっているため、スイッチ制御部12のグランド電流Iは、負荷側ダイオード15aを経由して電熱線20から接地電位部5bへ向かう電流経路I1に沿って流れる。そして、電熱線20の抵抗値は0.7Ωであり、スイッチ制御部12のグランド電流Iは最大20mAであるので、電熱線20の端子20aの電位は最大0.014Vとなり、負荷側ダイオード15aの順方向電圧降下(一般的に0.6V程度)を考慮しても、スイッチ制御部12のグランド端子12aの電位は動作許容電圧VR(0V±1.0V)の範囲内に収まり、制御回路10は正常動作を継続して、電熱線20の電源切断状態を維持する。
上記より、本実施形態によれば、スイッチ制御部12のグランド端子12aと接地電位部5aとの接続が切り離されたときに、スイッチ制御部12のグランド端子12aが、その動作許容範囲内の電位に接続されることから、制御回路10においてグランド非接続状態が生じることがなくなり、制御回路10の不定動作を防ぐことが可能となるため、該不定動作によって生じる回路素子の破壊や装置の発火を防ぐことができる。
次に、本発明に係る電源制御装置の第2の実施形態について、図3〜図6の図面を参照して説明する。
電源制御装置2は、図3に示すように、例えば、車両等に実装され、電子制御ユニットから出力される制御信号によって、電熱線等の負荷に対して電源制御を行うものであり、制御回路10と、制御回路10に接続された電熱線20と、を備えている。
制御回路10は、電熱線20に対する直流電源4の接続又切断の制御を行う部位であり、FET11と、スイッチ制御部12と、バイパス部151と、を備えている。なお、第2の実施形態においては、バイパス部151以外については、前述した第1の実施形態と同一であり、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
バイパス部151は、負荷側ダイオード15aと、信号側ダイオード15bと、FET15cと、固定抵抗器R1、R2とを備えている。
負荷側ダイオード15aは、請求項の負荷側バイパス手段に相当し、アノード端子がFET15cのソース端子(S)に、カソード端子が負荷端子10bに、それぞれ接続された、既存のものである。
信号側ダイオード15bは、請求項の信号側バイパス手段に相当し、アノード端子がFET15cのソース端子(S)に、カソード端子が制御信号線6に、それぞれ接続された、既存のものである。
FET15cは、請求項の逆電流防止手段に相当し、例えば、数十mA程度の電流を流すことができる既存のNチャネルMOSFETが用いられ、ゲート端子(G)が20kΩ〜100kΩ程度の固定抵抗器R1を介して電源電圧VCCに、ソース端子(S)が20kΩ〜100kΩ程度の固定抵抗器R2を介して電源電圧VCCに、ドレイン端子(D)が制御回路10の共通グランド18(即ち、グランド端子12a)に、それぞれ接続されており、直流電源4が正常接続されているときは常時ON(即ち、閉路)し、直流電源4が逆接続されているときは常時OFF(即ち、開路)するものである。
次に、上述した電源制御装置2における、スイッチ制御部12のグランド端子12aと接地電位部5aとの接続が切り離されたときの動作の一例について、図4〜図5を参照して説明する。
電源制御装置2において、電熱線20に直流電源4が接続されていないとき(即ち、電源接続要求信号S2がHレベルのとき)に、点Pが切断されてアース端子10dと接地電位部5aが切り離されると、このとき、電熱線20の端子20aの電位は接地電位VGとなっているため、スイッチ制御部12のグランド電流Iは、負荷側ダイオード15aを経由して電熱線20から接地電位部5bへ向かう電流経路I21に沿って流れる。そして、電熱線20の抵抗値は0.7Ωであり、スイッチ制御部12のグランド電流Iは最大20mAであるので、電熱線20の端子20aの電位は最大0.014Vとなり、負荷側ダイオード15aの順方向電圧降下(一般的に0.6V程度)を考慮しても、スイッチ制御部12のグランド端子12aの電位は動作許容電圧VR(0V±1.0V)の範囲内に収まり、制御回路10は正常動作を継続して、電熱線20の電源切断状態を維持する。
そして、電子制御ユニット30から電源接続が要求される(即ち、電源接続要求信号S2がLレベル)と、電熱線20が直流電源4に接続されて、電熱線20の端子20aの電位が電源電圧VCCとなり、そのため、スイッチ制御部12のグランド電流Iは、より低い電位、即ち、信号側ダイオード15bを経由して制御信号線6から接地電位部5dへ向かう電流経路I22に沿って流れる。このとき、信号側ダイオード15bの順方向電圧降下(一般的に0.6V程度)を考慮しても、スイッチ制御部12のグランド端子12aの電位は動作許容電圧VRの範囲内に収まり、制御回路10は正常動作を継続して、電熱線20への電源接続状態を維持する。
そして、電子制御ユニット30から電源切断が要求される(即ち、電源接続要求信号S2がHレベル)と、電熱線20と直流電源4との接続が切断されて、電熱線20の端子20aの電位が再び接地電位VGに戻り、そのため、スイッチ制御部12のグランド電流Iは、より低い電圧、即ち、再度負荷側ダイオード15aを経由して電熱線20から接地電位部5bへ向かう電流経路I21に沿って流れ、上述のとおり、スイッチ制御部12のグランド端子12aの電位は動作許容電圧VRの範囲内に収まり、制御回路10は正常動作を継続して、電熱線20の電源切断状態を維持する。
次に、上述した電源制御装置2における、直流電源4を逆接続したときの動作(作用)の一例について、図6を参照して説明する。
電源制御装置2は、直流電源4が正常接続されているとき、FET15cのゲート端子(G)とソース端子(S)間に正電圧が印可されるため、常時ONとなるが、図6に示すように、直流電源4が逆接続されたときは、ゲート端子(G)とソース端子(S)間との電位差がなくなるため、常時OFFとなる。そのため、直流電源4の短絡経路I31が、FET15cによって切断され、直流電源4を短絡する経路の形成を回避している。
上記より、本実施形態によれば、電熱線20に直流電源4が接続されていないときは、電熱線20を介してスイッチ制御部12のグランド端子12aと接地電位部5bとを接続し、電熱線20が直流電源4が接続されているときは、制御信号線6を介してスイッチ制御部12のグランド端子12aと接地電位部5dとを接続することから、制御回路10の動作状況に応じて、スイッチ制御部12のグランド端子12aをより接地電位に近い電位に接続することができるため、より確実に制御回路10の不定動作を防ぐことが可能となり、該不定動作によって生じる回路素子の破壊や装置の発火を防ぐことができる。
また、FET15cによって、誤って直流電源4を逆接続してしまったときに、バイパス部151により直流電源4の短絡経路I31が形成されることがなくなるため、短絡による電源制御装置2の損傷を防止することができ、より安全な電源制御装置を提供することができる。
なお、上述した各実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
本発明の電源制御装置の第1の実施形態を示す構成図である。 図1の電源制御装置において、点Pのアース接続が切り離されたときの動作を示す図である。 本発明の電源制御装置の第2の実施形態を示す構成図である。 図3の電源制御装置において、点Pのアース接続が切り離されたときの動作を示す図である。 図3の電源制御装置において、点Pのアース接続が切り離されたときの各部の電圧遷移を示すチャート図である。 図3の電源制御装置において、直流電源が逆接続されたときの動作を示す図である。
符号の説明
1、2 電源制御装置
4 直流電源
5a、5b、5c、5d 接地電位部
6 制御信号線
10 制御回路
11 FET(スイッチ素子)
12 スイッチ制御部
12a グランド端子
15 バイパス部
15a 負荷側ダイオード(負荷側バイパス手段)
20 電熱線(負荷)
30 電子制御ユニット

Claims (3)

  1. 開閉信号に応じて開路及び閉路するスイッチ素子並びに前記開閉信号を出力するスイッチ制御部を有する制御回路と、一方の端子が前記スイッチ素子を介して直流電源に接続され且つ他方の端子が接地電位に接続された負荷と、を有する電源制御装置であって、
    前記スイッチ制御部が、前記接地電位に接続され且つ前記接地電位に向かって流れるグランド電流を出力するグランド端子を有し、
    前記制御回路が、前記グランド端子と前記接地電位との接続が切り離されたときに、前記グランド電流を前記負荷を介して前記接地電位に流すための負荷側バイパス手段を備えたバイパス部を有し、
    前記負荷が、前記グランド電流が流れたときに、前記グランド端子の電位が前記スイッチ制御部が安定動作する電位となるインピーダンスを有する
    ことを特徴とする電源制御装置。
  2. 前記制御回路が、前記スイッチ素子が閉路するときに前記接地電位に接続される制御信号線を有し、
    前記バイパス部が、前記グランド端子と前記接地電位との接続が切り離されるとともに前記スイッチ素子が閉路したときに、前記グランド電流を前記制御信号線を介して前記接地電位に流すための信号側バイパス手段を有し、
    前記負荷側バイパス手段が、前記グランド端子と前記接地電位との接続が切り離されるとともに前記スイッチ素子が開路したときに、前記グランド電流を前記負荷を介して前記接地電位に流すための手段であることを特徴とする請求項1に記載の電源制御装置。
  3. 前記バイパス部が、前記負荷側バイパス手段と直列に接続され、且つ、前記直流電源が正常接続されているときに、前記負荷側バイパス手段に電流が流れるように常時閉路するとともに、前記直流電源が逆接続されているときに、前記負荷側バイパス手段に電流が流れないように常時開路する逆電流防止手段を有することを特徴とする請求項1または2に記載の電源制御装置。
JP2007230215A 2007-09-05 2007-09-05 電源制御装置 Active JP4473294B2 (ja)

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