JP2010086872A - リレー駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】小型軽量化が可能なリレー駆動回路を提供する。
【解決手段】メインリレースイッチＲ１，Ｒ２をオンする際、ＭＰＵ２２が半導体スイッチング素子２１をオンすることによってメインリレースイッチＲ１，Ｒ２の励磁コイルＬ１，Ｌ２に電源Ｖｄｄを電気的に接続することによりメインリレースイッチＲ１，Ｒ２の励磁コイルＬ１，Ｌ２を励磁する。このような構成によれば、従来のリレー駆動回路のように機械式のサブリレースイッチを用いることなくメインリレースイッチＲ１，Ｒ２の励磁コイルＬ１，Ｌ２を励磁することができるので、リレー駆動回路を小型軽量化することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、リレースイッチを駆動するリレー駆動回路に関する。

一般に、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle），ＥＶ（Electric Vehicle），ＦＣＶ（Fuel Cell Vehicle）等の電動車両の高電圧経路にはリレースイッチが配置されている。具体的には、高電圧バッテリとインバータ回路とを電気的に接続する高電圧経路にはリレースイッチが設けられ、このリレースイッチをオン／オフすることにより高電圧バッテリとインバータ回路間の電気的接続を開放／接続するようになっている。ところで、このような高電圧経路に配置されるリレースイッチの励磁コイルを励磁するためには大くの電力が必要であることから、制御装置からの弱電信号によりリレースイッチの励磁コイルを励磁することは困難である。このような背景から、従来のリレー駆動回路は、高電圧経路に配置されるメインリレースイッチの他に駆動電力が比較的小さなサブリレースイッチを設け、このサブリレースイッチの励磁コイルを励磁してサブリレースイッチをオンすることによってメインリレースイッチの励磁コイルに電源電圧を電気的に接続することにより、メインリレースイッチの励磁コイルを励磁するようにしている。
特開平１−１４８３８号公報

しかしながら、従来のリレー駆動回路は、メインリレースイッチとサブリレースイッチとの２つの機械式リレーにより構成されているために、機械的な構造上の理由から小型軽量化することが困難であった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型軽量化が可能なリレー駆動回路を提供することにある。

本発明に係るリレー駆動回路では、サブリレースイッチが、ゲート端子が制御部に接続され、ソース端子が電源に接続され、ドレイン端子がメインリレースイッチの励磁コイルに接続され、ゲート端子とドレイン端子間に容量素子が設けられた半導体スイッチング素子により構成されている。

本発明に係るリレー駆動回路によれば、サブリレースイッチが機械式リレーではなく半導体スイッチング素子により構成されているので、小型軽量化することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係るリレー駆動回路を電動車両のシステムに適用した、本発明の実施形態となる電動車両について説明する。

〔電動車両の構成〕
本発明の実施形態となる電動車両は、図１に示すように、バッテリ１からの直流電力をインバータ２により３相交流電力に変換し、走行駆動源である３相交流モータ３に供給するものである。バッテリ１には複数の単セルを有する組電池が用いられている。本実施形態ではバッテリ１を組電池としたが、キャパシタをバッテリとして用いる装置においても本発明を同様に適用することができる。バッテリ１の＋端子とインバータ２との間の電力ライン４には機械式のメインリレースイッチＲ１が設けられ、バッテリ１の−端子とインバータ２との間の電力ライン５には機械式のメインリレースイッチＲ２が設けられている。メインリレースイッチＲ１，Ｒ２のオン／オフ制御はコントローラ７によって行われる。メインリレースイッチＲ１，Ｒ２よりも図示右側の電力ライン４，５、すなわち負荷側の電力ライン４，５には電圧検出部８及び電流検出部９が設けられている。コントローラ７は、電圧検出部８及び電流検出部９で検出された電圧値及び電流値に基づいてバッテリ１の充放電を制御する。コントローラ７には、イグニッションキー操作によりオン／オフされるイグニッションスイッチ１１が接続されている。

〔コントローラの内部構成〕
コントローラ７は、図２に示すように、半導体スイッチング素子２１と、半導体スイッチング素子２１の動作を制御する本発明に係る制御部としてのＭＰＵ（Micro Processing Unit）２２を備える。半導体スイッチング素子２１は、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）素子により構成され、そのゲート端子，ソース端子，及びドレイン端子にはそれぞれＭＰＵ２２，電源Ｖｄｄ，及びメインリレースイッチＲ１，Ｒ２の励磁コイルＬ１，Ｌ２が接続されている。またゲート端子とドレイン端子間にはコンデンサＣｄが設けられ、ソース端子とドレイン端子間及びドレイン端子とＭＰＵ２２間にはそれぞれ抵抗素子Ｒｓ，Ｒｇが設けられている。

〔コントローラの動作〕
上記のような構成を有するコントローラ７では、メインリレースイッチＲ１，Ｒ２をオンする際、ＭＰＵ２２が半導体スイッチング素子２１をオンすることによってメインリレースイッチＲ１，Ｒ２の励磁コイルＬ１，Ｌ２に電源Ｖｄｄを電気的に接続することによりメインリレースイッチＲ１，Ｒ２の励磁コイルＬ１，Ｌ２を励磁する。従ってこのような構成によれば、従来のリレー駆動回路のように機械式のサブリレースイッチを用いることなくメインリレースイッチＲ１，Ｒ２の励磁コイルＬ１，Ｌ２を励磁することができるので、リレー駆動回路を小型軽量化することができる。

なお一般に、メインリレースイッチＲ１，Ｒ２の励磁コイルＬ１，Ｌ２を励磁する際、初期状態における励磁コイルＬ１，Ｌ２の抵抗は０に等しいことから、オンになるのと同時に励磁コイルＬ１，Ｌ２に大電流（過渡サージ電流）が流れる。一方、励磁コイルＬ１，Ｌ２の励磁期間の後半では、励磁コイルＬ１，Ｌ２の抵抗成分が大きくなることから、励磁を完了させるためには大電流を流す必要が生じる。また励磁が完了すると半導体スイッチング素子２１に逆起電力が印加されることによって半導体スイッチング素子２１が破壊される可能性がある。従ってオン／オフ動作時には過渡サージ電流や逆起電力が発生することから、半導体スイッチング素子２１の耐圧をあげる必要がある。但し、半導体スイッチング素子２１の耐圧をあげた場合には、コストが増加する。

しかしながら、本実施形態の半導体スイッチング素子２１では、上述のように、ゲート端子とドレイン端子間にコンデンサＣｄ、ソース端子とドレイン端子間及びドレイン端子とＭＰＵ２２間にそれぞれ抵抗素子Ｒｓ，Ｒｇを設けることにより、ＭＰＵ２２からのオン信号（電流）を直接ゲート端子に供給するのではなく、ドレイン電圧Ｖｄに応じてゲート電圧を制御するようにしている。より具体的には、本実施形態の半導体スイッチング素子２１では、オン動作の際には、オン抵抗が初期状態においては大きくその後は指数関数的に小さくなるように構成されている。すなわち、本実施形態の半導体スイッチング素子２１では、オン動作の際には、過渡サージ電流が発生しやすい初期状態においてはオン抵抗が大きくなり、逆起電力が発生する励磁完了時にはオン抵抗が小さくなる。

従って本実施形態の半導体スイッチング素子２１によれば、ドレイン電圧Ｖｄは図３及び以下の数式１，３に示すように時間経過に共に徐々に立ち上がるようになることから、耐圧をあげることなく図４に示すように過渡サージ電流や逆起電力が発生することを防止でき、また励磁コイル等の駆動回路の寿命を延ばすことができる。またこのような構成によれば、メインリレースイッチＲ１，Ｒ２がオフ状態からオン状態に切り替わる際、メインリレースイッチＲ１，Ｒ２の励磁コイルＬ１，Ｌ２の励磁力が小さいので、メインリレースイッチＲ１，Ｒ２の勘当音を低減させることができる。またメインリレースイッチＲ１，Ｒ２がオン状態になった後は、メインリレースイッチＲ１，Ｒ２の励磁コイルＬ１，Ｌ２の励磁力が大きくなるので、振動によってメインリレースイッチＲ１，Ｒ２の稼働部が外れることを防止できる。

一方、このような半導体スイッチング素子２１の構成によれば、オフ動作の際には、オフ抵抗は初期状態において小さくその後は指数関数的に大きくなる。従って、ドレイン電圧Ｖｄは図３及び以下の数式２，３に示すように時間経過に共に徐々に下がるようになることから、オン動作時と同様に、耐圧をあげることなく図５に示すように過渡サージ電流が発生することを防止でき、また励磁コイル等の駆動回路の寿命を延ばすことができる。またこのような構成によれば、メインリレースイッチＲ１，Ｒ２がオン状態からオフ状態に切り替わる際、メインリレースイッチＲ１，Ｒ２の励磁コイルの励磁力を小さく変化させる時間を調整することにより、メインリレースイッチＲ１，Ｒ２の勘当音を低減させることができる。なお、オン動作時の時定数は抵抗素子Ｒｇの抵抗値とコンデンサＣｄの容量値を調整することにより調整でき、またオフ動作時の時定数は抵抗素子Ｒｓの抵抗値とコンデンサＣｄの容量値を調整することにより調整することができる。

このとき、時定数としては励磁コイルＬ１，Ｌ２のインダクタンスに応じて調整されるものであって、オン動作の為には少なくとも電源Ｖｄｄにより励磁コイルＬ１、Ｌ２による逆起電力が生じ前に半導体スイッチング素子のゲート電圧がＭＰＵ２２からのＯＮ電圧に到達するように抵抗素子Ｒｇの抵抗値とコンデンサＣｄの容量値を調整し、オフ動作時の為には所定のオフ動作時間を満たすように抵抗素子Ｒｓの抵抗値とコンデンサＣｄの容量値を調整することになる。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

本発明の実施形態となる電動車両の構成を示す回路図である。 図１に示すコントローラの内部構成を示す回路図である。 オン動作時及びオフ動作時のドレイン電圧の変化を示す波形図である。 オフ状態からオン状態に切り替わる際のドレイン電圧及びドレイン電流を示す波形図である。 オン状態からオフ状態に切り替わる際のドレイン電圧及びドレイン電流を示す波形図である。

符号の説明

１：バッテリ
２：インバータ
３：３相交流モータ
４，５：電力ライン
７：コントローラ
８：電圧検出部
９：電流検出部
１１：イグニッションスイッチ
２１：半導体スイッチング素子
２２：ＭＰＵ（Micro Processing Unit）
Ｃｄ：コンデンサ
Ｌ１，Ｌ２：励磁コイル
Ｒ１，Ｒ２：メインリレースイッチ
Ｒｓ，Ｒｇ：抵抗素子
Ｖｄｄ：電源

Claims (3)

1. メインリレースイッチと、サブリレースイッチと、前記サブリレースイッチを駆動して前記メインリレースイッチの励磁コイルに電源を接続することにより前記メインリレースイッチの励磁コイルを励磁する制御部とを備えるリレー駆動回路において、前記サブリレースイッチが、ゲート端子が前記制御部に接続され、ソース端子が前記電源に接続され、ドレイン端子が前記メインリレースイッチの励磁コイルに接続され、前記制御部と前記ドレイン端子間に抵抗素子が設けられ、前記ゲート端子と前記ドレイン端子間に容量素子が設けられた半導体スイッチング素子により構成されていることを特徴とするリレー駆動回路。
2. メインリレースイッチと、サブリレースイッチと、前記サブリレースイッチを駆動して前記メインリレースイッチの励磁コイルに電源を接続することにより前記メインリレースイッチの励磁コイルを励磁する制御部とを備えるリレー駆動回路において、前記サブリレースイッチが、ゲート端子が前記制御部に接続され、ソース端子が前記電源に接続され、ドレイン端子が前記メインリレースイッチの励磁コイルに接続され、前記ソース端子と前記ドレイン端子間に抵抗素子が設けられ、前記ゲート端子と前記ドレイン端子間に容量素子が設けられた半導体スイッチング素子により構成されていることを特徴とするリレー駆動回路。
3. メインリレースイッチと、サブリレースイッチと、前記サブリレースイッチを駆動して前記メインリレースイッチの励磁コイルに電源を接続することにより前記メインリレースイッチの励磁コイルを励磁する制御部とを備えるリレー駆動回路において、前記サブリレースイッチが、ゲート端子が前記制御部に接続され、ソース端子が前記電源に接続され、ドレイン端子が前記メインリレースイッチの励磁コイルに接続され、前記ソース端子と前記ドレイン端子間及び前記制御部と前記ドレイン端子間に抵抗素子が設けられ、前記ゲート端子と前記ドレイン端子間に容量素子が設けられた半導体スイッチング素子により構成されていることを特徴とするリレー駆動回路。

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