JP2011205865A - 電源供給装置及び電源供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トランジスタ素子を用いて過電流保護を行いつつトランジスタ素子の消費電力量を低減すること。
【解決手段】電源供給装置１は、半導体ヒューズ回路１１のトランジスタ素子１３に並列接続された自己保護ＳＷ１２を備え、車両が駐車している際は自己保護ＳＷ１２を介してＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃへの電力供給を制御する。これにより、トランジスタ素子１３を用いて過電流保護を行いつつトランジスタ素子１３の消費電力量を低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載されている電装品を過電流から保護するための過電流保護機能を備える電源供給装置及び電源供給方法に関するものである。

車両に搭載されている電装品にワイヤーハーネスを介して電力を供給する電源供給装置には、ワイヤーハーネスを過電流による焼損等から保護するために、ヒューズを用いた過電流保護回路が設けられている。ヒューズを用いた過電流保護回路では、過電流が発生した場合、溶断したヒューズの交換等の整備を行う必要がある。このため、ヒューズを用いた過電流保護回路の設置場所が限定され、しいてはワイヤーハーネスレイアウトの自由度が低くなる。また、従来の電源供給装置には、スイッチング素子としてリレーが多く用いられているが、サイズや部品発熱が大きく装置に大型化に繋がるといった課題があった。

そこで、近年、ヒューズやリレーの代わりにトランジスタ素子を用いた過電流保護回路が提案されている（特許文献１参照）。この過電流保護回路は、電源と電装品との間に接続されたトランジスタ素子を備え、トランジスタ素子のソース電極とドレイン電極との間の電圧変化に基づいて過電流が発生したか否かを判定する。そして、過電流保護回路は、過電流が発生したと判定した場合、トランジスタ素子をオフすることによって電源と電装品との間の接続を遮断することにより、ワイヤーハーネスを過電流による焼損等から保護する。このような過電流保護回路によれば、過電流が発生した場合であってもトランジスタ素子の整備を行う必要がない。従って、トランジスタ素子を用いた過電流保護回路を備えた電源供給装置は、設置場所が限定されることなく、ワイヤーハーネスレイアウトの自由度が高くなる。また、トランジスタ素子の小型・低損失化によって装置の小型化が可能になる。

特開２００２−１０４７１号公報

ところで、車両用の過電流保護回路では、トランジスタ素子としてＮチャネル型電界効果トランジスタ素子が使用され、このＮチャネル型電界効果トランジスタ素子をハイサイド（負荷の上流側）で駆動するためにチャージポンプが設けられている。しかしながら、車両駐車時におけるチャージポンプの消費電力は非常に大きい。このため、車両用の過電流保護回路は、ドアロック施錠／解錠のＥＣＵ、室内イルミネーション駆動等の機能を有しているボディＥＣＵ、ナビゲーション装置、駐車中にシート位置をメモリしておくためのシートＥＣＵ、ハンドル周りのスイッチを制御するコンビスイッチＥＣＵ等、駐車中に通電が必要なシステムには適用することができなかった。

また、駐車中に通電が必要なシステムに対して過電流保護回路を設けた場合、車両が駐車状態にある時にノイズ信号が発生した際、過電流が発生したと判断してシステムへの電力供給が遮断されてしまう可能性がある。このため、ノイズ信号によって電力供給が遮断された場合にシステムへの電力供給を再開可能な過電流保護回路の提供が望まれている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、トランジスタ素子を用いて過電流保護を行いつつトランジスタ素子の消費電力量を低減可能な電源供給装置及び電源供給方法を提供することにある。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電源供給装置は、車両に搭載されている電装品への電力供給を制御する電源供給装置であって、電源と電源からの電力によって駆動される電装品との間に接続されたトランジスタ素子と、トランジスタ素子に並列接続された、所定値以上の電流が流れた場合に自動的にオフ状態になる自己保護機能を有する自己保護スイッチング素子と、トランジスタ素子と自己保護スイッチング素子とのオン／オフを制御することによって電源から電装品への電力供給を制御する制御部と、を備え、制御部は、車両が駐車状態にある場合、トランジスタ素子及び自己保護スイッチング素子をそれぞれオフ状態及びオン状態に切り替えることによって、自己保護スイッチング素子を介して電源からの電力を電装品に供給する。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電源供給方法は、車両に搭載されている電装品への電力供給を制御する電源供給方法であって、車両が駐車状態にあるか否かを判別する判別ステップと、判別ステップにおいて車両が駐車状態にあると判別された場合、電源と電源からの電力によって駆動される電装品との間に接続されたトランジスタ素子をオン状態、トランジスタ素子に並列接続された、所定値以上の電流が流れた場合に自動的にオフ状態になる自己保護機能を有する自己保護スイッチング素子をオフ状態に切り替えることによって、自己保護スイッチング素子を介して電源からの電力を電装品に供給する制御ステップと、を含む。

本発明に係る電源供給装置及び電源供給方法によれば、トランジスタ素子に並列接続された自己保護スイッチング素子を備え、車両が駐車している際は自己保護スイッチング素子を介して電装品への電力供給を制御するので、トランジスタ素子を用いて過電流保護を行いつつトランジスタ素子の消費電力量を低減することができる。

図１は、本発明の一実施形態である電源供給装置の構成を示す回路図である。 図２は、図１に示す制御部の内部構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の一実施形態である電力制御処理の流れを示すフローチャートである。 図４は、本発明の一実施形態である確認処理の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である電源供給装置の構成及び動作について説明する。

〔電源供給装置の構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態である電源供給装置の構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である電源供給装置の構成を示す回路図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である電源供給装置１は、車両に搭載され、電源２からＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃへの電力供給を制御するものである。ＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃは、車両が駐車している際も電力供給が必要な電装品である。具体的には、ＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃとして、ドアロックを施錠／解錠するためのＥＣＵ，室内イルミネーション駆動等の機能を有するボディＥＣＵ，ナビゲーション装置，駐車中にシート位置を記憶しておくためのシートＥＣＵ，ハンドル周りのスイッチを制御するコンビスイッチＥＣＵ等を例示することができる。

電源供給装置１は、半導体ヒューズ回路１１と自己保護スイッチ（ＳＷ）１２とを備える。半導体ヒューズ回路１１は、トランジスタ素子１３と制御部１４とを備える。トランジスタ素子１３は、Ｎチャネル型電界効果トランジスタ素子によって構成されている。トランジスタ素子１３のドレイン電極には電源２が接続され、ソース電極にはＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃが接続されている。制御部１４は、マイクロコンピュータ等の情報処理装置により構成されている。制御部１４は、トランジスタ素子１３のゲート電極に接続され、トランジスタ素子１３をオン／オフすることによって、電源２からＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃへの電力供給を制御する。

具体的には、制御部１４は、ＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃへの通電指示に応じてトランジスタ素子１３をオンすることによって、ＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃに電力を供給する。また、制御部１４は、トランジスタ素子１３の通電電流を検出し、検出された通電電流が所定値以上である場合、トランジスタ素子１３をオフすることによって、ＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃに過電流が流れることを抑制する。また、制御部１４は、電気配線Ｌ１を介してＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃとの間で相互に情報通信する機能も有する。

自己保護ＳＷ１２は、過電流が発生した場合に自身で通電を遮断する自己保護機能を有するＰチャネル型電界効果トランジスタ素子により構成され、半導体スイッチング１３に並列接続されている。自己保護ＳＷ１２は、電気配線Ｌ２を介した制御部１４からの制御信号によってオン／オフされることにより、電源２からＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃへの電力供給を制御する。詳しくは後述するが、自己保護ＳＷ１２は、車両が駐車している際にＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃが必要とする電流（暗電流）を供給するためにオンされるものである。従って、自己保護ＳＷ１２は、数十ｍＡ程度の暗電流を流せる程度のトランジスタ素子１３と比較して小型のものを用いればよい。

〔制御部の内部構成〕
次に、図２を参照して、制御部１４の内部構成について説明する。

図２は、制御部１４の内部構成を示すブロック図である。図２に示すように、制御部１４は、第１駆動制御部１１０、第２駆動制御部１２０、及びマイコン１３０を備える。第１駆動制御部１１０、第２駆動制御部１２０、及びマイコン１３０には、図示しないバッテリから降圧した電力が供給される。

第１駆動制御部１１０は、レギュレータ１１１、トランジスタ素子オン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）入力部１１２、トランジスタ素子駆動部１１３、チャージポンプ１１４、電流モニタ出力部１１５、及び電流検出アンプ（ＡＭＰ）１１６を備える。レギュレータ１１１は、図示しない電源の電圧安定化を図る。トランジスタ素子オン／オフ入力部１１２は、車両が駐車状態となった情報をマイコン１３０のトランジスタ素子オン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）出力部１３２から受け取り、車両が駐車状態以外の動作状態である場合、チャージポンプ１１４によってトランジスタ素子駆動部１１３を駆動させ、トランジスタ素子１３を作動状態にする。電流検出アンプ１１６は、トランジスタ素子１３の両端に接続され、トランジスタ素子１３の作動時に例えばショート（短絡）等によって生じる異常電流が流れると、電流モニタ出力部１１５を介してマイコン１３０の電線保護部１３３に電流異常の発生を伝える。

マイコン１３０は、多重通信部１３１、トランジスタ素子オン／オフ出力部１３２、電線保護部１３３、及び自己保護ＳＷオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）出力部１３４を備える。多重通信部１３１は、図示しない複数のＥＣＵ間の通信を行う役目を果たしている。トランジスタ素子オン／オフ出力部１３２は、マイコン１３０に接続されたＥＣＵからの情報に基づいて車両が通常の動作状態から駐車状態へと移行したことを検出し、この情報を第１駆動制御部１１０に伝えたり、車両が駐車状態からイグニッションオンとなり通常の動作状態に移行したことを検出して、この情報を第１駆動制御部１１０に伝えたりする。自己保護ＳＷオン／オフ出力部１３４は、トランジスタ素子オン／オフ出力部１３２のオン／オフと反転する情報を同期して出力するようになっており、車両が駐車状態においてこの出力を第２駆動制御部１２０の自己保護ＳＷオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）入力部１２２に入力させて、自己保護ＳＷ駆動部１２３を駆動させ、自己保護ＳＷ１２を駆動させるようになっている。この際、自己保護ＳＷ１２のゲートに印加される電圧は電源電圧より小さければよく、ＧＮＤラインから得られる０Ｖであってもよい。また、自己保護オン／オフ出力部１３４は、マイコン１３０に接続されたＥＣＵからの情報に基づいて車両が通常の動作状態から駐車状態へと移行したことを検出し、この情報を第２駆動制御部１２０に伝えたり、車両が駐車状態から通常の動作状態へと移行したことを検出して、この情報を第２駆動制御部１２０に伝えたりする。電線保護部１３３は、トランジスタ素子１３の作動時に車両走行中に加わった振動等から車両の電線が短絡するような状態になるのを第１駆動制御部１１０の電流検出アンプ１１６と電流モニタ出力部１１５を介して監視する。

このような構成を有する電源供給装置１は、以下に示す電力制御処理を実行することによって、トランジスタ素子１３を用いて過電流保護を行いつつトランジスタ素子１３の消費電力量を低減する。以下、図３に示すフローチャートを参照して、この電力制御処理を実行する際の電源供給装置１の動作について説明する。

〔電力制御処理〕
図３は、本発明の一実施形態である電力制御処理の流れを示すフローチャートである。図３に示すフローチャートは、電装品がバッテリに接続されたタイミングで開始となり、電力制御処理はステップＳ１の処理に進む。なお、制御部１４は、電装品がバッテリに接続されることで、トランジスタ素子１３をオフ状態からオン状態に切り替えることにより半導体スイッチング１３を介して電源２からＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃに電力を供給する。また、このとき、制御部１４は、自己保護ＳＷ１２をオフ状態に保持する共に、トランジスタ素子１３の通電電流を常時監視する。

ステップＳ１の処理では、制御部１４が、車両が駐車状態に移行したか否かを判定する。車両が駐車状態に移行したか否かは、例えばスマートキーによってドアの施錠が行われたか否かやドアの施錠と共にスマートキーが所定の検出範囲から外れたか否かを検出することによって判定することができる。判定の結果、車両が駐車状態に移行した場合、制御部１４は電力制御処理をステップＳ２の処理に進める。

ステップＳ２の処理では、制御部１４が、電気配線Ｌ１を介してＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃと通信することによってＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃが通常の動作状態における消費電力量より消費電力量が少ない動作状態である消費電力低減モードに移行したか否かを判定する。判定の結果、消費電力低減モードに移行した場合、制御部１４は電力制御処理をステップＳ３の処理に進める。

ステップＳ３の処理では、制御部１４が、電気配線Ｌ２を介して自己保護ＳＷ１３に制御信号を入力することによって自己保護ＳＷ１３をオフ状態からオン状態に切り替える。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、電力制御処理はステップＳ４の処理に進む。

ステップＳ４の処理では、制御部１４が、トランジスタ素子１３をオフ状態に切り替えることにより、トランジスタ素子１３を介した電源２からＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃへの電力供給を停止する。この処理によって、消費電力低減モードに対応する少ない電力量が自己保護ＳＷ１２を介して電源２からＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃに供給される。なお、自己保護ＳＷ１２をオン状態に切り替えてからトランジスタ素子１３をオフする理由は、ＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃには常時電力を供給し続けなければならないためである。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、電力制御処理はステップＳ５の処理に進む。

ステップＳ５の処理では、制御部１４が、通常の動作状態における消費電力量より消費電力量が少ない動作状態である休止モードに移行する。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、電力制御処理はステップＳ６の処理に進む。

ステップＳ６の処理では、制御部１４が、車両が駐車状態であるか否かを判定する。車両が駐車状態であるか否かは、例えばスマートキーによってドアの解錠が行われたか否かやドアの解錠と共にスマートキーが所定の検出範囲内に入ったか否かを検出することによって判定することができる。判定の結果、車両が駐車状態でない場合、制御部１４は電力制御処理をステップＳ７の処理に進める。

ステップＳ７の処理では、制御部１４が、通常の動作状態であるアクティブモードに移行する。これにより、ステップＳ７の処理は完了し、電力制御処理はステップＳ８の処理に進む。

ステップＳ８の処理では、制御部１４が、トランジスタ素子１３をオフ状態からオン状態に切り替えることにより、トランジスタ素子１３を介した電源２からＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃへの電力供給を開始する。これにより、ステップＳ８の処理は完了し、電力制御処理はステップＳ９の処理に進む。

ステップＳ９の処理では、制御部１４が、電気配線Ｌ２を介して自己保護ＳＷ１３に制御信号を入力することによって自己保護ＳＷ１３をオン状態からオフ状態に切り替える。これにより、ステップＳ９の処理は完了し、電力制御処理はステップＳ１０の処理に進む。

ステップＳ１０の処理では、制御部１４が、電気配線Ｌ１を介してＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃと通信することによってＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃに対し通常の動作状態に移行することを指示する。この処理により、ＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃは、トランジスタ素子１３を介して供給される電源２からの電力を利用して通常動作を実行する。なお、トランジスタ素子１３をオン状態及び自己保護ＳＷ１２をオフ状態に切り替えてからＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃを通常の動作状態に戻す理由は、トランジスタ素子１３がオフ状態である時にＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃが通常の動作状態に戻ると、自己保護ＳＷ１２に保護閾値以上の電流が流れることによって電力供給が遮断されてしまうためである。これにより、ステップＳ１０の処理は完了し、電力制御処理はステップＳ１の処理に戻る。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である電源供給装置１は、半導体ヒューズ回路１１のトランジスタ素子１３に並列接続された自己保護ＳＷ１２を備え、車両が駐車している際は自己保護ＳＷ１２を介してＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃへの電力供給を制御するので、駐車状態でも過電流保護を行いつつ電源供給装置１の消費電力量を低減することができる。

なお、車両が駐車状態にある時にノイズ信号が発生した場合、過電流が発生したと判断して自己保護ＳＷ１２が電源２からＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃへの電力供給を遮断してしまう可能性がある。そこで、車両が駐車状態にある際、制御部１４は以下に示す確認処理を実行することが望ましい。このような確認処理によれば、ノイズ信号によって電源２からＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃへの電力供給が遮断された場合であっても、電源２からＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃへの電力供給を再開することができる。以下、図４に示すフローチャートを参照して、この確認処理を実行する際の電源供給装置１の動作について説明する。

〔確認処理〕
図４は、本発明の一実施形態である確認処理の流れを示すフローチャートである。図４に示すフローチャートは、ステップＳ３の処理において自己保護ＳＷ１２がオフ状態からオン状態に切り替えられたタイミングで開始となり、確認処理はステップＳ２１の処理に進む。なお、この確認処理は自己保護ＳＷ１２がオン状態である間、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。

ステップＳ２１の処理では、制御部１４が、自己保護ＳＷ１２の通電電流を検出することによって自己保護オフＳＷ１２がオフ状態であるか否かを判定する。判定の結果、自己保護ＳＷ１２がオフ状態である場合、制御部１４は確認処理をステップＳ２２の処理に進める。

ステップＳ２２の処理では、制御部１４が、トランジスタ素子１３をオフ状態からオン状態に切り替える。これにより、ステップＳ２２の処理は完了し、制御部１４は確認処理をステップＳ２３の処理に進める。

ステップＳ２３の処理では、制御部１４が、トランジスタ素子１３の通電電流を検出し、検出された通電電流の大きさに基づいて過電流が発生しているか否かを判定する。判定の結果、過電流が発生していない場合、制御部１４は確認処理をステップＳ２５の処理に進める。一方、過電流が発生している場合には、制御部１４は確認処理をステップＳ２４の処理に進める。

ステップＳ２４の処理では、制御部１４が、自己保護ＳＷ１２がオフ状態になった原因は過電流のためであると判断し、トランジスタ素子１３をオン状態からオフ状態に切り替える。これにより、ステップＳ２５の処理は完了し、一連の確認処理は終了する。

ステップＳ２５の処理では、制御部１４が、自己保護ＳＷ１２がオフ状態になった原因はノイズ信号のためであると判断し、自己保護ＳＷ１２をオフ状態からオン状態に切り替える。このような処理によれば、ノイズ信号によって電源２からＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃへの電力供給が遮断された場合であっても、電源２からＥＣＵ３ａ，３ｂ，３ｃへの電力供給を再開することができる。これにより、ステップＳ２５の処理は完了し、確認処理はステップＳ２６の処理に進める。

ステップＳ２６の処理では、制御部１４が、トランジスタ素子１３をオン状態からオフ状態に切り替える。これにより、ステップＳ２６の処理は完了し、一連の確認処理は終了する。

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、本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。

１ 電源供給装置
２ 電源
３ａ，３ｂ，３ｃ ＥＣＵ
１１ 半導体ヒューズ回路
１２ 自己保護ＳＷ
１３ トランジスタ素子
１４ 制御部
Ｌ１，Ｌ２ 電気配線

Claims (5)

1. 車両に搭載されている電装品への電力供給を制御する電源供給装置であって、
   電源と該電源からの電力によって駆動される電装品との間に接続されたトランジスタ素子と、
   前記トランジスタ素子に並列接続された、所定値以上の電流が流れた場合に自動的にオフ状態になる自己保護機能を有する自己保護スイッチング素子と、
   前記トランジスタ素子と前記自己保護スイッチング素子とのオン／オフを制御することによって前記電源から前記電装品への電力供給を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記車両が駐車状態にある場合、前記トランジスタ素子及び前記自己保護スイッチング素子をそれぞれオフ状態及びオン状態に切り替えることによって、前記自己保護スイッチング素子を介して前記電源からの電力を前記電装品に供給することを特徴とする電源供給装置。
2. 前記制御部は、前記自己保護スイッチング素子が前記自己保護機能によってオン状態からオフ状態になった場合、前記トランジスタ素子をオン状態に切り替えることによって該トランジスタ素子の通電電流を検出し、検出された通電電流が所定値以下である場合、前記自己保護スイッチング素子をオン状態に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の電源供給装置。
3. 前記トランジスタ素子はＮチャネル型電界効果トランジスタ素子であり、前記自己保護スイッチング素子はＰチャネル型電界効果トランジスタ素子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源供給装置。
4. 車両に搭載されている電装品への電力供給を制御する電源供給方法であって、
   前記車両が駐車状態にあるか否かを判別する判別する判別ステップと、
   前記判別ステップにおいて前記車両が駐車状態にあると判別された場合、電源と該電源からの電力によって駆動される電装品との間に接続されたトランジスタ素子をオフ状態、前記トランジスタ素子に並列接続された、所定値以上の電流が流れた場合に自動的にオン状態になる自己保護機能を有する自己保護スイッチング素子をオフ状態に切り替えることによって、前記自己保護スイッチング素子を介して前記電源からの電力を前記電装品に供給する制御ステップと、
   を含むことを特徴とする電源供給方法。
5. 前記制御ステップは、
   前記自己保護スイッチング素子が前記自己保護機能によってオン状態からオフ状態になったか否かを判別する判別ステップと、
   前記判別ステップにおいて自己保護スイッチング素子が前記自己保護機能によってオン状態からオフ状態になったと判別された場合、前記トランジスタ素子をオン状態に切り替えることによってトランジスタ素子の通電電流を検出する検出ステップと、
   前記検出ステップにおいて検出された通電電流が所定値以下であるか否かを判別する判別ステップと、
   前記判別ステップにおいて前記通電電流が所定値以下であると判別された場合、前記自己保護スイッチング素子をオン状態に切り替える制御ステップと、
   を含むことを特徴とする請求項４に記載の電源供給方法。

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