JP2010244476A - 過電流保護回路および車載電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 電流検出用抵抗素子の一端がオープンとなった場合にも過電流を防止することができる過電流保護回路および車載電子機器を提供する。
【解決手段】 電流検出用抵抗素子６の電圧低下に基づいて、入力部２９から入力される電流の電流値が予め定める範囲内であるか否かを判断する電流値判断部と、入力部２９に電流を印加する電源１１の電圧が予め定める電圧であるか否かを判断する状態判断部とを備えており、制御部は、電流値判断部によって入力部２９から入力される電流の電流値が予め定める範囲内でないと判断され、かつ状態判断部によって電源１１の電圧が予め定める電圧であると判断されたとき、電流検出用抵抗素子６がショートまたはオープンの状態にあると判断し、電圧変換部による変換を制限し、または遮断する
【選択図】 図２

Description

本発明は、過電流を防止する過電流保護回路および車載電子機器に関する。

図１は、従来の技術による過電流保護回路５０を示す図である。電流検出用抵抗素子５１に過電流が流れると、電流検出用抵抗素子５１の両端の電位差は、過電流判定用コンパレータ５２の閾値Ｖ５よりも高くなる。過電流判定用コンパレータ５２の出力が反転すると、過電流カット用トランジスタ５３が導通状態（以下「ＯＮ」という）となる。過電流カット用トランジスタ５３がＯＮとなることによって、出力トランジスタ５４のベース電流が遮断され、過剰な出力電流が流れることが防止される。

特許文献１には、電流出力のパワートランジスタに接続される電流検出用抵抗素子がショートした場合に、パワートランジスタに過電流が流れるのを防止するために、出力電流検出回路の他に、パワートランジスタにカレントミラー接続された出力電流検出トランジスタを設け、出力電流検出トランジスタに流れる電流に応じて出力電流を制限する電流制限回路を備える過電流保護回路が開示されている。

国際公開第２００５／０６４７８２号

しかしながら、過電流保護回路５０は、電流検出用抵抗素子５１の出力端子がショートし、またはオープンとなった場合には、過電流を検知することができず、過電流が流れることを防止することができない。特許文献１が開示する過電流保護回路は、過電流保護機能を働かせるために、電流検出用抵抗素子の一端がグランドに接続される。電流検出用抵抗素子の一端がオープンとなった場合には、過電流保護機能は働かないので過電流を検知することができない。

本発明の目的は、電流検出用抵抗素子の一端がオープンとなった場合にも過電流を防止することができる過電流保護回路および車載電子機器を提供することである。

本発明（１）に従えば、入力部に印加される電圧を、予め定める電圧に変換して出力部から出力する電圧変換部と、
前記電圧変換部を制御する制御部と、
前記入力部と前記出力部との間に直列に接続される抵抗素子を備え、前記抵抗素子の電圧低下に基づいて、前記入力部から入力される電流の電流値が予め定める範囲内であるか否かを判断する電流値判断部と、
前記入力部に電圧を印加する電源の電圧が予め定める電圧以上であるか否かを判断する状態判断部とを備えた過電流保護回路であって、
前記制御部は、前記電流値判断部によって前記入力部から入力される電流の電流値が予め定める範囲内でないと判断され、かつ前記状態判断部によって前記電源の電圧が予め定める電圧以上であると判断されたとき、前記抵抗素子がショートまたはオープンの状態にあると判断し、前記電圧変換部による変換を制限させることを特徴とする過電流保護回路である。
また本発明（３）に従えば、前記過電流保護回路を備えた車載電子機器である。

本発明（１）によれば、入力部に印加される電圧を、予め定める電圧に変換して出力部から出力する電圧変換部と、電圧変換部を制御する制御部と、入力部と出力部との間に直列に接続される抵抗素子を備え、抵抗素子の電圧低下に基づいて、入力部から入力される電流の電流値が予め定める範囲内であるか否かを判断する電流値判断部と、入力部に電圧を印加する電源の電圧が予め定める電圧であるか否かを判断する状態判断部とを備えており、制御部は、電流値判断部によって入力部から入力される電流の電流値が予め定める範囲内でないと判断され、かつ状態判断部によって電源の電圧が予め定める電圧であると判断されたとき、抵抗素子がショートまたはオープンの状態にあると判断し、電圧変換部による変換を制限し、または遮断するので、電流検出用抵抗素子の一端がオープンとなった場合にも過電流を防止することができる。

また本発明（３）によれば、電流検出用抵抗素子の一端がオープンとなった場合にも過電流を防止することができる過電流保護回路を備えた車載電子機器を提供することができる。

従来の技術による過電流保護回路５０を示す図である。 本発明の実施の形態に係る過電流保護回路１の構成を示す図である。 過電流保護回路１の動作を説明するタイミングチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。以下の説明においては、各形態に先行する形態ですでに説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。またそれぞれの実施形態は、本発明に係る技術を具体化するために例示するものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図２は、本発明の実施の形態に係る過電流保護回路１の構成を示す図である。過電流保護回路１は、電圧変換部と制御部と電流値判断部と状態判断部とを備える。電圧変換部は、出力トランジスタ２とベース電流制御部である誤差アンプ３とトランジスタ３１とベース電流制限回路１６と抵抗素子２１，２２と定電圧源２３と接続端子１９，２０とを備える。制御部は、異常判定回路４と過電流カット用トランジスタ５とを備える。電流値判断部は、抵抗素子である電流検出用抵抗素子６と接点１２，１４と接続端子１７，１８と電流検出用差動増幅器７と過電流判定用コンパレータ８と検出抵抗異常判定用コンパレータ９と電流源２４と抵抗素子２５，２６，２７とを備える。

状態判断部は、少なくとも、電源電圧検出用コンパレータ１０と定電圧源２８およびベース電流検出回路１５のうちの１つを備える。電源集積回路（以下「電源ＩＣ」という）３２は、誤差アンプ３とトランジスタ３１とベース電流制限回路１６と抵抗素子２１，２２と定電圧源２３と異常判定回路４と過電流カット用トランジスタ５と電流検出用差動増幅器７と過電流判定用コンパレータ８と検出抵抗異常判定用コンパレータ９と電流源２４と抵抗素子２５，２６，２７と電源電圧検出用コンパレータ１０と定電圧源２８とベース電流検出回路１５とを集積化した回路であり、接続端子１７，１８，１９，２０が形成されている。電源ＩＣ３２は、出力トランジスタ２と電流検出用抵抗素子６と接点１２，１４とを含まない。

出力トランジスタ２は、ＰＮＰ型のトランジスタであり、エミッタが電流検出用抵抗素子６の接点１４に接続され、コレクタが接続端子２０を介して抵抗素子２１の一端、および出力部３０に接続され、ベースが接続端子１９を介してベース電流制限回路１６に接続されている。誤差アンプ３は、出力部３０の電圧を抵抗素子２１と抵抗素子２２とで分圧した電圧と、定電圧源２３の電圧とを比較し、その差を誤差信号としてトランジスタ３１のベースに入力する。トランジスタ３１は、ＮＰＮ型のトランジスタであり、エミッタがグランドに接続され、コレクタがベース電流制限回路１６を介して出力トランジスタ２のベースに接続されている。

誤差アンプ３は、出力部３０の電圧が上昇し、抵抗素子２１と抵抗素子２２とで分圧した電圧が、定電圧源２３の電圧より高くなると、トランジスタ３１へのベース電流を減らすことによって、出力トランジスタ２のベース電流を減らして、出力電圧を低下する。そして、出力部３０の電圧が低下し、抵抗素子２１と抵抗素子２２とで分圧した電圧が、定電圧源２３の電圧より低くなると、トランジスタ３１へのベース電流を増やすことによって、出力トランジスタ２のベース電流を増やして、出力電圧を上昇させ、出力電圧が予め定める出力電圧になるように制御する。

電源１１と出力トランジスタ２との間には、電流検出用抵抗素子６が設けられる。電流検出用抵抗素子６に一端は入力部２９を介して電源１１に接続されるとともに、接続端子１７を介して電流検出用差動増幅器７の非反転入力端子に接続される。また、電流検出用抵抗素子６の他端は、出力トランジスタ２のエミッタに接続されるとともに、接続端子１８を介して電流検出用差動増幅器７の反転入力端子に接続される。電流値判断部は、電流検出用抵抗素子６の電圧低下に基づいて入力部２９から入力される電流の電流値が予め定める範囲内であるか否かを判断する。電流検出用抵抗素子６の両端の電位差は、電流検出用差動増幅器７によって増幅される。

電流検出用抵抗素子６の接点１２，１４がショートし、または接点１２と接続端子１７との間あるいは接点１４と接続端子１８との間がオープンとなっていない場合について説明する。電流検出用差動増幅器７によって増幅された電位差を示す信号の電圧は、過電流判定用コンパレータ８の非反転入力端子に加えられる。電流検出用抵抗素子６の接点１２，１４がショートし、またはオープンとなっていない通常時において過電流が流れた場合に、過電流判定用コンパレータ８の非反転入力端子に加えられる電位差を示す信号の電圧は、閾値Ｖ２よりも高くなる。閾値Ｖ２は、電流源２４から流れる電流と抵抗素子２６，２７とによって決まる電圧である。

過電流判定用コンパレータ８の出力が反転すると、異常判定回路４は過電流カット用トランジスタ５を導通状態（以下ＯＮという）にする。過電流カット用トランジスタ５は、ＮＰＮ型のトランジスタであり、エミッタがグランドに接続され、コレクタがトランジスタ３１のベースに接続され、ベースが異常判定回路４に接続される。過電流カット用トランジスタ５がＯＮにされると、誤差アンプ３の出力電流はカットされ、トランジスタ３１は遮断状態（以下「ＯＦＦ」という）になる。トランジスタ３１がＯＦＦになると、出力トランジスタ２のベース電流が遮断される。これによって、出力トランジスタ２の出力電流が遮断され、負荷１３に過電流が流れることが防止される。

次に電流検出用抵抗素子６の接点１２，１４がショートし、または接点１４と接続端子１７との間あるいは接点１２と接続端子１８との間がオープンとなっている場合について説明する。電流検出用抵抗素子６の両端がショートまたは一端がオープンになると、電流検出用差動増幅器７は、電流検出用抵抗素子６の両端の電位差が０Ｖであると判断する。電流検出用差動増幅器７によって増幅された電位差を示す信号の電圧は、過電流判定用コンパレータ８の非反転入力端子に加えられるが、過電流判定用コンパレータ８の非反転入力端子に加えられる電圧は、閾値Ｖ２よりも低い。増幅された電位差を示す信号の電圧は、検出抵抗異常判定用コンパレータ９の非反転入力端子にも加えられる。検出抵抗異常判定用コンパレータ９の入力端子に加えられる電圧は、閾値Ｖ１よりも低くなるので、検出抵抗異常判定用コンパレータ９は、ローレベルを出力する。閾値Ｖ１は、電流源２４から流れる電流と抵抗素子２７とによって決まる電圧である。以下ローレベルを「Ｌレベル」といい、ハイレベルを「Ｈレベル」という。

異常判定回路４は、検出抵抗異常判定用コンパレータ９の出力論理が正常か否か判定する。状態判断部は、入力部２９に印加する電源１１の電圧が予め定める電圧以上であるか否かを判断する。予め定める電圧は、たとえば定電圧源２８の電圧である。入力部２９に印加する電源１１の電圧が予め定める電圧以上であれば、電流検出用抵抗素子６には一定以上の電流が流れているべきである。異常判定回路４は、電源電圧検出用コンパレータ１０の非反転入力端子に加えられる電圧が定電圧源２８の電圧以上であれば、電源１１の電圧が予め定める電圧以上であると判断する。

検出抵抗異常判定用コンパレータ９の入力端子に加えられる電圧が、閾値Ｖ１よりも低く、すなわち電流検出用抵抗素子６に入力される電流の電流値が予め定める範囲内でないと判断され、かつ状態判断部によって、電圧変換部に印加する電源１１の電圧が予め定める電圧以上であると判断された場合には、異常判定回路４は、電流検出用抵抗素子６の両端がショートまたは１端がオープンであると判断する。

動作許可信号を生成する図示しない第２状態判断部が、回路の外部に設けられてもよい。動作許可信号は、負荷１３を動作させるときにアクティブとなる。異常判定回路４は、外部から入力される動作許可信号がアクティブか否かによって、負荷１３を動作させることが許可されているか否かを判断する。

電源１１の電圧が予め定める電圧以上で、出力トランジスタ２に流れる電流が一定レベル以上である場合には、ベース電流検出回路１５を第３状態判断部として用いることもできる。ベース電流検出回路１５は、出力トランジスタ２のベース電流供給ラインに接続される。異常判定回路４は、ベース電流検出回路１５が検出したベース電流が一定レベル以上であるか否かによって、出力トランジスタ２の出力電流が一定レベル以上であるか否かの判断をする。電流検出用抵抗素子６に入力される電流の電流値が予め定める範囲内でないと判断され、かつ電源電圧検出用コンパレータ１０によって、電流検出用抵抗素子６の接点１２に印加する電源１１の電圧が予め定める電圧以上であると判断されると、電流検出用抵抗素子６は、ショートまたはオープンの状態にあると判断される。

過電流判定用コンパレータ８だけでは、電流検出用抵抗素子６がショートまたはオープンの状態にあると過電流を検出することができない。過電流が流れると、負荷１３に故障が生じ、あるいは負荷１３が異常に発熱する場合がある。異常判定回路４によって、電流検出用抵抗素子６が異常であると判定することができ、電流検出用抵抗素子６が異常であると判定された場合には、出力トランジスタ２のベース電流が制限される。出力トランジスタ２の出力電流は、負荷１３に故障が生じ、あるいは異常に発熱することがない過電流レベル以下に抑制される。

ベース電流制限回路１６は、出力トランジスタ２のベース電流供給ラインに直列に接続される。ベース電流制限回路１６は、異常判定回路４の判断に基づいて、出力トランジスタ２のベース電流を制限する。あるいは、過電流カット用トランジスタ５が、出力トランジスタ２のベース電流を遮断することによって、電圧変換部による変換を停止させることもできる。異常判定回路４は、電流検出用抵抗素子６がショートまたはオープンの状態にさせることができ、異常な状態が発生したことを知らせる異常発生信号を外部に出力させることもできる。異常判定回路４は、異常発生信号によって、電流検出用抵抗素子６に異常が発生したことを周知させることができる。

図３は、過電流保護回路１の動作を説明するタイミングチャートである。電源１１が時刻ｔ１でＯＮにされると、出力トランジスタ２のベース電流が供給される。出力トランジスタ２にベース電流が供給されると、出力トランジスタ２から負荷１３に出力電流が供給される。負荷１３は、動作許可信号がＬレベルであるので、動作を開始しておらず消費電流は小さく、電流検出用差動増幅器７の出力も小さい。電源１１が時刻ｔ１でＯＮにされた後、時刻ｔ２で電源電圧が電源電圧検出レベルに達する。電源電圧が電源電圧検出レベルに達すると、第１状態判断部である電源電圧検出用コンパレータ１０の出力は、ＬレベルからＨレベルとなる。時刻ｔ２の後、電源１１は、時刻ｔ３で予め定める電圧以上の電圧に達する。時刻ｔ２から一定の時間が経過した後、時刻ｔ４で第２状態判断部からの動作許可信号がＯＮになる。電流検出用差動増幅器７は、第１状態判断部である電源電圧検出用コンパレータ１０が、Ｈレベルとなり、かつ第２状態判断部からの動作許可信号がＯＮになった後に、ＬレベルからＨレベルとなる。

時刻ｔ５において電流検出用抵抗素子６が、ショートまたはオープンの状態になると、電流検出用差動増幅器７の出力電圧は０Ｖとなり、異常判定レベルＶ１つまり閾値Ｖ１より低くなる。電流検出用差動増幅器７の出力電圧が閾値Ｖ１よりも低く、すなわち電流検出用抵抗素子６に入力される電流の電流値が予め定める範囲内でないと判断され、かつ第１状態判断部によって、電圧変換部に印加する電源１１の電圧が予め定める電圧以上であると判断される。したがって、異常判定回路４は、電流検出用抵抗素子６の両端がショートまたは１端がオープンであると判断する。

異常判定回路４が、電流検出用抵抗素子６の両端がショートまたは１端がオープンであると判断すると、過電流カット用トランジスタ５によって、出力トランジスタ２のベース電流が遮断されるので、出力トランジスタ２の出力電流が遮断される。これによって、負荷１３に過電流が流れなくなるので、負荷１３が故障し、あるいは異常に発熱することが防止される。

このように、入力部２９に印加される電圧を、予め定める電圧に変換して出力部３０から出力する電圧変換部と、電圧変換部を制御する制御部と、入力部２９と出力部３０との間に直列に接続される電流検出用抵抗素子６を備え、電流検出用抵抗素子６の電圧低下に基づいて、入力部２９から入力される電流の電流値が予め定める範囲内であるか否かを判断する電流値判断部と、入力部２９に電圧を印加する電源１１の電圧が予め定める電圧であるか否かを判断する状態判断部とを備えており、制御部は、電流値判断部によって入力部２９から入力される電流の電流値が予め定める範囲内でないと判断され、かつ状態判断部によって電源１１の電圧が予め定める電圧であると判断されたとき、電流検出用抵抗素子６がショートまたはオープンの状態にあると判断し、電圧変換部による変換を制限し、または遮断するので、電流検出用抵抗素子６の一端がオープンとなった場合にも過電流を防止することができる。

さらに、異常判定回路４は、電流検出用抵抗素子６がショートまたはオープンの状態であると判断するときに、異常な状態が発生したことを知らせる異常発生信号を外部に出力させるので、電流検出用抵抗素子６に異常が発生したことを周知させることができる。

さらに、電流検出用抵抗素子６の接点１４と接続端子１７との間あるいは接点１２と接続端子１８との間がオープンとなっている場合にも過電流を防止することができる過電流保護回路１を備えた車載電子機器を提供することができる。

１，５０ 過電流保護回路
２，５４ 出力トランジスタ
３ 誤差アンプ
４ 異常判定回路
５，５３ 過電流カット用トランジスタ
６，５１ 電流検出用抵抗素子
７ 電流検出用差動増幅器
８，５２ 過電流判定用コンパレータ
９ 検出抵抗異常判定用コンパレータ
１０ 電源電圧検出用コンパレータ
１１ 電源
１２，１４ 接点
１３ 負荷
１５ ベース電流検出回路
１６ ベース電流制限回路
１７，１８，１９，２０ 接続端子
２１，２２，２５，２６，２７ 抵抗素子
２３，２８ 定電圧源
２４ 電流源
２９ 入力部
３０ 出力部
３１ トランジスタ
３２ 電源ＩＣ

Claims (3)

1. 入力部に印加される電圧を、予め定める電圧に変換して出力部から出力する電圧変換部と、
   前記電圧変換部を制御する制御部と、
   前記入力部と前記出力部との間に直列に接続される抵抗素子を備え、前記抵抗素子の電圧低下に基づいて、前記入力部から入力される電流の電流値が予め定める範囲内であるか否かを判断する電流値判断部と、
   前記入力部に電圧を印加する電源の電圧が予め定める電圧以上であるか否かを判断する状態判断部とを備えた過電流保護回路であって、
   前記制御部は、前記電流値判断部によって前記入力部から入力される電流の電流値が予め定める範囲内でないと判断され、かつ前記状態判断部によって前記電源の電圧が予め定める電圧以上であると判断されたとき、前記抵抗素子がショートまたはオープンの状態にあると判断し、前記電圧変換部による変換を制限させることを特徴とする過電流保護回路。
2. 前記制御部は、前記抵抗素子がショートまたはオープンの状態であると判断するときに異常が発生したことを知らせる信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の過電流保護回路。
3. 請求項１または２に記載の過電流保護回路を備えた車載電子機器。

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