JP2009171777A

JP2009171777A - 電子回路

Info

Publication number: JP2009171777A
Application number: JP2008008717A
Authority: JP
Inventors: Ryota Takagi; 良太高木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2009-07-30

Abstract

【課題】実装面積を縮小しつつリレーを確実に保護可能な電子回路を提供する。
【解決手段】第１ダイオードおよび第２ダイオードは、第１接続点を介して直列に接続され、第１接続点は、コンデンサの電源側において第２ラインと接続し、第１ダイオードは、第２スイッチング手段と抵抗との間の第２接続点において第１ラインと接続するとともに、第１接続点から第２接続点へ向かう電流のみを許容し、第２ダイオードは、第３スイッチング手段と抵抗との間の第３接続点において第１ラインと接続するとともに、第３接続点から第１接続点へ向かう電流のみを許容し、第１接続点は、コンデンサの電源側において第２ラインと接続し、コントロールユニットは、コンデンサを充電する際は第２スイッチング手段のみをＯＮとし、コンデンサを放電する際は第３スイッチング手段のみをＯＮとすることとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチを介して電荷が供給されるコンデンサを有する電子回路に関する。

従来、電源にリレーが接続され、メカリレー下流にコンデンサが接続される電子回路にあっては、ＯＮ時の過電流からメカリレーを保護するためのプリチャージする回路、電圧検出時等にコンデンサを放電するディスチャージ回路が設けられている。このプリチャージ回路およびディスチャージ回路には、それぞれリレー保護用の電流制限抵抗、およびスイッチが設けられ、このスイッチをＯＮ／ＯＦＦすることで各回路の切替えを行っている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−１９００３号公報

しかしながら上記従来技術にあっては、電流制限抵抗は充放電時に大きな電力を消費するため予め大きな抵抗を用いる必要がある。そこで大きな抵抗を実現するために複数の抵抗を並列接続して用いた場合、回路実装面積が拡大してしまうという問題があった。

一方、実装面積縮小のためプリチャージ回路とディスチャージ回路に分かれた電流制限抵抗の共用化を図った場合、各回路に設けられたスイッチが同時にＯＮ故障した場合は電源とグランドが短絡し、過電流によりスイッチが故障するおそれがある。

本発明は上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、実装面積を縮小しつつリレーを確実に保護可能な電子回路を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明では、第１ダイオードおよび第２ダイオードは、第１接続点を介して直列に接続され、第１接続点は、コンデンサの電源側において第２ラインと接続し、第１ダイオードは、第２スイッチング手段と抵抗との間の第２接続点において第１ラインと接続するとともに、第１接続点から第２接続点へ向かう電流のみを許容し、第２ダイオードは、第３スイッチング手段と抵抗との間の第３接続点において第１ラインと接続するとともに、第３接続点から第１接続点へ向かう電流のみを許容し、第１接続点は、コンデンサの電源側において第２ラインと接続し、コントロールユニットは、コンデンサを充電する際は第２スイッチング手段のみをＯＮとし、コンデンサを放電する際は第３スイッチング手段のみをＯＮとすることとした。

よって、実装面積を縮小しつつリレーを確実に保護可能な電子回路を提供できる。

以下、本発明の電子回路を実現する最良の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。

［回路構成］
実施例１につき説明する。図１は本願電子回路の回路図である。本願電子回路は、電源１、メカリレー２（第１スイッチング手段）、プリチャージ用スイッチ３（第２スイッチング手段）、ディスチャージ用スイッチ４（第３スイッチング手段）、コンデンサ５、電流制限抵抗６（抵抗）、第１、第２ダイオード７ａ，７ｂ、およびコントロールユニット１０を有する。

電源１は第１ラインＷ１を介してグランドＧＮＤと接続し、第３ラインＷ３を介して負荷８と接続する。また、第１ラインＷ１と並列に第２ラインＷ２が設けられ、この第２ラインＷ２は第３ラインＷ３とグランドＧＮＤを接続する。

第３ラインＷ３であって第１ラインＷ１と第２ラインＷ２との接続点の間にはメカリレー２が設けられている。このメカリレー２を介して電源１から負荷８への電力供給が行われる。負荷８は車両の電動パワーステアリング用のモータとするが、他の負荷であってもよい。

また、第１ラインＷ１には電源１側から順にプリチャージ用スイッチ３、電流制限抵抗６、ディスチャージ用スイッチ４が設けられている。各リレーおよびスイッチはコントロールユニット１０によりＯＮ／ＯＦＦされる。

第２ラインＷ２にはコンデンサ５が設けられている。このコンデンサ５は電流安定化用の大容量コンデンサであって、電源１側は各第１、第２ダイオード７ａ，７ｂを介して第１ラインＷ１と接続する。第１、第２ダイオード７ａ，７ｂは接続点Ｃ１を介してそれぞれ直列接続され、この接続点Ｃ１においてコンデンサ５の電源１側と接続する。

電源１側の第１ダイオード７ａは接続点Ｃ２において第１ラインＷ１と接続し、グランドＧＮＤ側の第２ダイオード７ｂは接続点Ｃ３において第１ラインＷ１と接続する。接続点Ｃ２はプリチャージ用スイッチ３と電流制限抵抗６との間に設けられ、接続点Ｃ３はディスチャージ用スイッチ４と電流制限抵抗６との間に設けられる。

また、第１ダイオード７ａはコンデンサ５の接続点Ｃ１から第１ラインＷ１側の接続点Ｃ２側への流れのみを許容する。一方、グランドＧＮＤ側の第２ダイオード７ｂは、第１ラインＷ１側の接続点Ｃ３からコンデンサ５側の接続点Ｃ１への流れのみを許容する。

負荷８は第３ラインＷ３によって電源１と接続する一方、コンデンサ５下流のグランドＧＮＤと接続する。第３ラインＷ３とグランドＧＮＤの間には、電圧測定手段９が設けられている。

［電流経路］
図２はディスチャージ時、プリチャージ時、負荷駆動時、および短絡時における各電流経路を示す図である。Ｉ１はディスチャージ電流、Ｉ２はプリチャージ時電流、Ｉ３は負荷駆動電流、Ｉ４は短絡電流である。

（ディスチャージ）
コンデンサ５のディスチャージ時には、メカリレー２およびプリチャージ用スイッチ３をＯＦＦし、ディスチャージ用スイッチ４をＯＮする。これによりコンデンサ５の電荷（電流Ｉ１）が電源１側の第１ダイオード７ａを介してグランドＧＮＤに流れ、放電が行われる。

その際、ディスチャージ電流Ｉ１は電流制限抵抗６を通過するため、電流Ｉ１の大きさは制限される。このためディスチャージ用スイッチ４の断線は回避される。

（プリチャージ）
コンデンサ５のプリチャージ時には、メカリレー２およびディスチャージ用スイッチ４をＯＦＦし、プリチャージ用スイッチ３をＯＮする。これにより、グランドＧＮＤ側の第２ダイオード７ｂを介して電源１から電流Ｉ２がコンデンサ５に流れ、充電が行われる。

ディスチャージ時と同様、プリチャージ電流Ｉ２は電流制限抵抗６を通過するため、電流Ｉ２の大きさは制限される。このためプリチャージ用スイッチ３の断線は回避される。

（負荷駆動）
負荷駆動時にはメカリレー２をＯＮし、各スイッチ３，４をＯＦＦして駆動電流Ｉ３を負荷８へ供給する。

その際、コンデンサ５が十分に蓄電されていないと、メカリレー２および第３ラインＷ３を介して電源１から大電流がコンデンサ５に流入し、メカリレー２が断線するおそれがある。したがって負荷駆動前にあらかじめコンデンサ５をプリチャージすることで、メカリレー２の断線を回避する。

また、負荷８の電圧を測定する際にコンデンサ５に電荷が残っていると、コンデンサ５の電圧を負荷電圧と誤検出するおそれがある。したがって負荷電圧検出前にはあらかじめディスチャージを行ってコンデンサ５の放電を行う。

（短絡）
プリチャージ用スイッチ３およびディスチャージ用スイッチ４がともにＯＮ固着した場合、第１ラインＷ１を介して電源１とグランドＧＮＤが短絡し、短絡電流Ｉ４が流れる。その際、短絡電流Ｉ４の大きさは電流制限抵抗６によって制限されるため、各スイッチ３，４の破損には至らない。

［電流経路の経時変化］
図３は電流経路のタイムチャートである。
（時刻ｔ１）
時刻ｔ１においてはメカリレー２および各スイッチ３，４はＯＦＦされ、電流は流れていない。また、コンデンサ５が放電されておらず、電圧測定手段９による検出電圧はコンデンサ５の電圧となる。

（時刻ｔ２）
時刻ｔ２においてディスチャージ用スイッチ４がＯＮされる。メカリレー２およびプリチャージ用スイッチ３はＯＦＦのままである。これによりコンデンサ５内の電荷が放電され、ディスチャージ電流Ｉ１が立ち上がる。

（時刻ｔ３）
時刻ｔ３においてコンデンサ５が完全に放電され、電圧測定手段９による検出電圧がゼロ、ディスチャージ電流Ｉ１がゼロとなる。これに伴いディスチャージ用スイッチ４もＯＦＦとされる。

（時刻ｔ４）
時刻ｔ４においてプリチャージ用スイッチ３がＯＮされ、プリチャージが開始される。このときメカリレー２およびディスチャージ用スイッチ４はＯＦＦのままである。これに伴いプリチャージ電流Ｉ２が立ち上がり、コンデンサ５が充電される。

（時刻ｔ５）
時刻ｔ５においてコンデンサ５がフル充電となり、プリチャージ電流Ｉ２がゼロとなってプリチャージ用スイッチ３もＯＦＦされる。プリチャージ完了により、メカリレー２がＯＮされて駆動電流Ｉ３が負荷８に供給される。

（時刻ｔ６）
時刻ｔ６においてプリチャージ用スイッチ３およびディスチャージ用スイッチ４がともにＯＮ固着し、第１ラインＷ１を介して電源１とグランドＧＮＤが短絡する。電流制限抵抗６により短絡電流Ｉ４の大きさが制限されるため、各スイッチ３，４が断線することはない。

［電流制限抵抗の共用化］
図４は、従来例をベースとした回路において、実装面積縮小のためプリチャージ回路とディスチャージ回路に分かれた電流制限抵抗の共用化を図った場合（比較例）の回路図である。第１、第２ダイオード７ａ，７ｂを用いない点で本願とは異なる。

この比較例では、各回路に設けられたスイッチ３，４が同時にＯＮ故障した場合は電源１とグランドＧＮＤが短絡し、過電流によりスイッチ３，４が故障するおそれがある。

本願では第１、第２ダイオード７ａ，７ｂを用い、さらに接続点Ｃ１〜Ｃ３の関係を規定することにより、短絡した際にも電流制限抵抗６によって短絡電流Ｉ４の大きさを制限し、各スイッチ３，４を保護可能な構成となっている。これにより、電流制限抵抗６をプリチャージ回路とディスチャージ回路とで共用とし、実装面積を縮小しつつ各スイッチ３，４を確実に保護する。

［実施例１の効果］
（１）電源１と負荷８との間に設けられるメカリレー２（第１スイッチング手段）と、
メカリレー２の電源１側とグランドＧＮＤとを接続する第１ラインＷ１と、第１ラインＷ１に対し並列に設けられ、メカリレー２の負荷８側とグランドＧＮＤとを接続する第２ラインＷ２と、
第１ラインＷ１に設けられた電流制限抵抗６（抵抗）と、
第１ラインＷ１であって、電流制限抵抗６の電源１側に設けられたプリチャージ用スイッチ３（第２スイッチング手段）と、電流制限抵抗６のグランドＧＮＤ側に設けられたディスチャージ用スイッチ４（第３スイッチング手段）と、
第２ラインＷ２に設けられたコンデンサ５と、電流制限抵抗６と並列に設けられた第１ダイオード７ａおよび第２ダイオード７ｂと、
メカリレー２および各スイッチ３，４を駆動するコントロールユニット１０とを備え、
第１ダイオード７ａおよび第２ダイオード７ｂは、第１接続点Ｃ１を介して直列に接続され、第１接続点Ｃ１は、コンデンサ５の電源１側において第２ラインＷ２と接続し、
第１ダイオード７ａは、プリチャージ用スイッチ３と電流制限抵抗６との間の第２接続点Ｃ２において第１ラインＷ１と接続するとともに、第１接続点Ｃ１から第２接続点Ｃ２へ向かう電流のみを許容し、
ダイオード７ｂは、ディスチャージ用スイッチ４と電流制限抵抗６との間の第３接続点Ｃ３において第１ラインＷ１と接続するとともに、第３接続点Ｃ３から第１接続点Ｃ１へ向かう電流のみを許容し、
第１接続点Ｃ１は、コンデンサ５の電源１側において第２ラインＷ２と接続し、
コントロールユニット１０は、コンデンサ５を充電する際はプリチャージ用スイッチ３のみをＯＮとし、コンデンサ５を放電する際はディスチャージ用スイッチ４のみをＯＮとすることとした。

これにより、実装面積を縮小しつつリレーを確実に保護可能な電子回路を提供することができる。

（２）第１ダイオード７ａは、メカリレー２がオフ、かつプリチャージ用スイッチ３がオフ、かつディスチャージ用スイッチ４がオンの場合、抵抗およびディスチャージ用スイッチ４を介してコンデンサの放電を行うディスチャージ回路を構成し、
第２ダイオード７ｂは、プリチャージ用スイッチ３がオン、かつディスチャージ用スイッチ４がオフの場合、電源から抵抗を介してコンデンサに蓄電を行うプリチャージ回路を構成することとした。

これにより、上記（１）と同様の効果を得ることができる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を実施例１に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は各実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。

本願電子回路の回路図である。各電流経路を示す図である。電流経路のタイムチャートである。比較例の回路図である。

符号の説明

１電源
２メカリレー（第１スイッチング手段）
３プリチャージ用スイッチ（第２スイッチング手段）
４ディスチャージ用スイッチ（第３スイッチング手段）
５コンデンサ
６電流制限抵抗（抵抗）
７ａ，７ｂ第１、第２ダイオード
８負荷
１０コントロールユニット
Ｃ１〜Ｃ３第１〜第３接続点
ＧＮＤグランド
Ｗ１，Ｗ２第１、第２ライン

Claims

電源と、
前記電源に接続される負荷と、
前記電源と前記負荷との間に設けられる第１スイッチング手段と、
前記第１スイッチング手段の前記電源側とグランドとを接続する第１ラインと、
前記第１ラインに対し並列に設けられ、前記第１スイッチング手段の前記負荷側とグランドとを接続する第２ラインと、
前記第１ラインに設けられた抵抗と、
前記第１ラインであって、前記抵抗の電源側に設けられた第２スイッチング手段と、前記抵抗のグランド側に設けられた第３スイッチング手段と、
前記第２ラインに設けられたコンデンサと、
前記抵抗と並列に設けられた第１ダイオードおよび第２ダイオードと、
前記第１、第２、第３スイッチング手段を駆動するコントロールユニットと
を備え、
前記第１ダイオードおよび前記第２ダイオードは、第１接続点を介して直列に接続され、
前記第１接続点は、前記コンデンサの前記電源側において前記第２ラインと接続し、
前記第１ダイオードは、前記第２スイッチング手段と前記抵抗との間の第２接続点において前記第１ラインと接続するとともに、前記第１接続点から前記第２接続点へ向かう電流のみを許容し、
前記第２ダイオードは、前記第３スイッチング手段と前記抵抗との間の第３接続点において前記第１ラインと接続するとともに、前記第３接続点から前記第１接続点へ向かう電流のみを許容し、
前記第１接続点は、前記コンデンサの前記電源側において前記第２ラインと接続し、
前記コントロールユニットは、前記コンデンサを充電する際は前記第２スイッチング手段のみをＯＮとし、前記コンデンサを放電する際は前記第３スイッチング手段のみをＯＮとすること
を特徴とする電子回路。
電源と、
前記電源に接続されるモータと、
前記電源と前記モータとの間に設けられた第１スイッチング手段と、
前記電源とグランドとを接続する第１ラインと、
前記第１ラインに対し並列に設けられ、前記第１スイッチング手段のモータ側とグランドとを接続する第２ラインと、
前記第１ラインに設けられた抵抗と、
前記第１ライン上であって、前記電源と前記抵抗との間に設けられた第２スイッチング手段と、
前記抵抗と前記グランドとの間に設けられた第３スイッチング手段と、
前記第２ラインに設けられたコンデンサと、
前記抵抗と並列に設けられ、第１ダイオードおよび第２ダイオードと
を有し、
前記第１ダイオードおよび前記第２ダイオードは、それぞれ直列に接続され、
前記第２ラインは、前記コンデンサの電源側において前記第１ダイオードおよび前記第２ダイオードの間に接続し、
前記第１ダイオードは、前記第１スイッチング手段がオフ、かつ第２スイッチング手段がオフ、かつ第３スイッチング手段がオンの場合、前記抵抗および前記第３スイッチング手段を介して前記コンデンサの放電を行うディスチャージ回路を構成し、
前記第２ダイオードは、前記第２スイッチング手段がオン、かつ前記第３スイッチング手段がオフの場合、前記電源から前記抵抗を介して前記コンデンサに蓄電を行うプリチャージ回路を構成すること
を特徴とする電子回路。