JP2012085382A - Overcurrent protection apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、半導体スイッチ素子と、前記半導体スイッチ素子を駆動する駆動手段とを備え、前記半導体スイッチ素子が前記駆動手段によりオフすることによって過電流が電流経路に流れることを防止する過電流保護装置に関する。 The present invention includes an overcurrent protection device that includes a semiconductor switch element and a drive unit that drives the semiconductor switch element, and prevents an overcurrent from flowing in a current path when the semiconductor switch element is turned off by the drive unit. About.
従来技術として、半導体スイッチ素子をヒューズとして使用する車両用電源システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional technique, a vehicle power supply system using a semiconductor switch element as a fuse is known (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、通電が常に必要な電流経路に半導体スイッチ素子をヒューズとして使用する場合、半導体スイッチ素子の故障診断を行うために、半導体スイッチ素子を安易にオフさせることができない。 However, when a semiconductor switch element is used as a fuse in a current path that always requires energization, the semiconductor switch element cannot be easily turned off in order to diagnose a failure of the semiconductor switch element.
そこで、本発明は、半導体スイッチ素子がヒューズとして使用される電流経路を通電させたまま、当該半導体スイッチ素子の故障診断を可能にする、過電流保護装置の提供を目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an overcurrent protection device that enables failure diagnosis of a semiconductor switch element while energizing a current path in which the semiconductor switch element is used as a fuse.
上記目的を達成するため、本発明に係る過電流保護装置は、
半導体スイッチ素子と、
前記半導体スイッチ素子を駆動する駆動手段とを備え、
前記半導体スイッチ素子が前記駆動手段によりオフすることによって過電流が電流経路に流れることを防止する過電流保護装置であって、
前記半導体スイッチ素子を可変抵抗として使用することにより、前記半導体スイッチ素子の入力電圧よりも低い電圧を前記半導体スイッチ素子の出力電圧として出力可能なドロッパレギュレータと、
前記ドロッパレギュレータを動作させたときの前記出力電圧に基づいて、前記半導体スイッチ素子の異常を検出する異常検出手段とを備えることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, an overcurrent protection device according to the present invention comprises:
A semiconductor switch element;
Driving means for driving the semiconductor switch element,
An overcurrent protection device that prevents an overcurrent from flowing in a current path by turning off the semiconductor switch element by the driving means,
A dropper regulator capable of outputting a voltage lower than an input voltage of the semiconductor switch element as an output voltage of the semiconductor switch element by using the semiconductor switch element as a variable resistor;
And an abnormality detecting means for detecting an abnormality of the semiconductor switch element based on the output voltage when the dropper regulator is operated.
本発明によれば、半導体スイッチ素子がヒューズとして使用される電流経路を通電させたまま、当該半導体スイッチ素子を故障診断することができる。 According to the present invention, it is possible to diagnose a failure of a semiconductor switch element while energizing a current path in which the semiconductor switch element is used as a fuse.
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態の説明を行う。図1は、本発明の一実施形態である過電流保護装置1の構成図である。過電流保護装置1は、半導体ヒューズとして使用されるトランジスタ21と、トランジスタ21を駆動する保護回路30とを備え、トランジスタ21が保護回路30によりオフすることによって過電流が電源ライン13に流れることを防止するものである。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of an overcurrent protection device 1 according to an embodiment of the present invention. The overcurrent protection device 1 includes a
トランジスタ21は、半導体スイッチ素子の一例である。図1には、トランジスタ21としてPチャネル型MOSFETを使用した構成が示されているが、他の形式の半導体スイッチ素子を用いてもよい。他の形式の半導体スイッチ素子として、Nチャネル型MOSFET、PNP型又はNPN型バイポーラトランジスタ、IGBTなどが挙げられる。
The
トランジスタ21は、電源11と負荷12との間に設けられていて、電源11と負荷12とを接続する電源ライン13上に挿入されている。電源ライン13は、電源11から負荷12に供給されるべき電流が流れる電流経路である。電源11によって供給される入力電圧Vinがトランジスタ21のソースに入力され、負荷12に印加される出力電圧Voutがトランジスタ21のソースから出力される。トランジスタ21が飽和領域でオンしている通常状態では、入力電圧Vinと出力電圧Voutは略等しい。
The
なお、電源11は直流電源であって、その具体例として、バッテリ、オルタネータ等の発電機などが挙げられる。負荷12の具体例として、ECU(電子制御装置)等のコンピュータ、センサ、モータ、ランプ、ソレノイド、モータ等の電気負荷を駆動する駆動装置などが挙げられる。
The power source 11 is a direct current power source, and specific examples thereof include a generator such as a battery and an alternator. Specific examples of the
保護回路30は、トランジスタ21を駆動する駆動手段である。保護回路30は、電源ライン13に流れる電流が所定の基準電流値を超えたことを検知することによって、トランジスタ21をオフさせる駆動信号Vaをトランジスタ21のゲートに出力する。トランジスタ21がオフすることによって、電源ライン13に過電流が流れることを防止することができる。
The
また、過電流保護装置1は、トランジスタ21を可変抵抗として使用するドロッパレギュレータ20と、制御回路40とを備えている。
The overcurrent protection device 1 includes a
ドロッパレギュレータ20は、トランジスタ21を可変抵抗として使用することにより、トランジスタ21の入力電圧Vinの値よりも低い定電圧Vdをトランジスタ21のドレインから出力電圧Voutとして出力可能な降圧回路である。
The
ドロッパレギュレータ20は、トランジスタ21と、トランジスタ21の出力電圧Voutの電圧値に応じた検出電圧Vbを出力する検出回路(22,23)と、検出電圧Vbが反転入力端子に入力されると共に基準電圧Vrefが非反転入力端子に入力されるオペアンプ25と、オペアンプ25の出力端子と反転入力端子との間に挿入されるキャパシタ24とを備える回路である。検出回路(22,23)は、出力電圧Voutを抵抗22と23によって分圧した電圧を検出電圧Vbとして出力する。
The
したがって、この構成によれば、オペアンプ25の出力電圧Vcがトランジスタ21のゲートに印加されると、出力電圧Voutに負帰還がかけられるので、出力電圧Voutが入力電圧Vinの値よりも低い所定の定電圧Vdにレギュレートされる。定電圧Vdは、ドロッパレギュレータ20内の各素子の定数等を調整することによって、負荷12の正常動作に必要な最低動作電圧よりも大きい値に設定されているとよい。例えば、電源11から供給される入力電圧Vinが12V以上の場合、定電圧Vdは11Vに設定されているとよい。
Therefore, according to this configuration, when the output voltage Vc of the
制御回路40は、ドロッパレギュレータ20を動作させたときの出力電圧Voutの値に基づいて、トランジスタ21の異常を検出する異常検出手段である。制御回路40は、例えば、ドロッパレギュレータ20を動作させる動作指令信号を出力する動作指令回路、出力電圧Voutを検出する検出回路、出力電圧Voutの検出結果に基づいてトランジスタ21の異常を判定する異常判定回路、トランジスタ21の異常有無の判定結果を他の装置に送信する通信回路などを備えている。これらの回路の一部又は全部は、例えばマイクロコンピュータによって実現できる。
The
制御回路40は、例えば、トランジスタ21のゲートとオペアンプ25の出力端子との間の信号経路をオン/オフするためのスイッチ52をオンすることによって、ドロッパレギュレータ20の降圧機能が働いて、ドロッパレギュレータ20を降圧動作させることができる。制御回路40は、図2に示されるように、ドロッパレギュレータ20を短時間動作させることによって、出力電圧Voutが所定の定電圧Vdにレギュレートされているか否かを検出し、出力電圧Voutが定電圧Vdにレギュレートされていない場合には、トランジスタ21の異常と判定する。
For example, the
図2は、トランジスタ21が正常のときの出力電圧Voutの遷移を示した図である。トランジスタ21が正常であれば、ドロッパレギュレータ20を動作させている間、出力電圧Voutは定電圧Vdにレギュレートされるが、トランジスタ21が異常であれば、ドロッパレギュレータ20を動作させても、出力電圧Voutは定電圧Vdにレギュレートされることはない。例えば、トランジスタ21がオンのままオフに切り替わらないような故障をしている場合、出力電圧Voutは定電圧Vdまで下がらない。したがって、制御回路40は、ドロッパレギュレータ20を動作させている期間(検査区間Ta)に、出力電圧Voutが定電圧Vdまで下がっていなければ、トランジスタ21が異常と判定する。検査区間Taは、トランジスタ21の発熱を考慮して、短時間であることが望ましく、例えば100ms以下であることが好ましい。
FIG. 2 is a diagram showing a transition of the output voltage Vout when the
また、図1に示されるように、制御回路40は、トランジスタ21のゲートと駆動信号Vaを出力する保護回路30との間の信号経路をオン/オフするためのスイッチ51のオン/オフを制御する。保護回路30は、制御回路40によってスイッチ51がオン側に切り替えられているとき、トランジスタ21をオン/オフさせることができるが、制御回路40によってスイッチ51がオフ側に切り替えられているとき、トランジスタ21をオン/オフさせることができない。
As shown in FIG. 1, the
図3は、過電流保護装置1の第1の動作例を示したフローチャートである。制御回路40は、制御回路40に入力される所定の入力信号を監視し(ステップS14)、その監視結果がトランジスタ21の故障診断の実施条件として予め定められた診断開始条件に該当するか否かを判断する(ステップS16)。例えば、制御回路40は、スタータ信号をモニタしたり、あるいはエンジンスタート時に起動する電源をモニタしたりすることによって、診断開始条件に基づく故障診断を、エンジンの始動時点から所定時間経過する時までの間に実施する。
FIG. 3 is a flowchart showing a first operation example of the overcurrent protection device 1. The
制御回路40は、監視結果が診断開始条件に該当する場合には、図1のスイッチ52をオンすることによって、ドロッパレギュレータ20を機能させて動作させる(ステップS18)。そして、制御回路40は、ドロッパレギュレータ20の動作中の出力電圧Voutが定電圧Vdにレギュレートされているか否かを検出し(ステップS20)、所定範囲内にレギュレートされていれば、トランジスタ21は正常と判定し、所定範囲内にレギュレートされていなければ、トランジスタ21は異常と判定する。制御回路40は、トランジスタ21が異常と判定した場合、トランジスタ21を異常と判定した結果をトランジスタ21の故障診断結果として他の制御装置に通知する(ステップS22)。他の制御装置は、トランジスタ21の異常判定結果に応じた所定の制御動作を実行する。例えば、ランプ表示等によってユーザに対する警告動作をすることによって、ユーザにトランジスタ21の異常を知らせ、その交換を促すことができる。
When the monitoring result corresponds to the diagnosis start condition, the
図4は、過電流保護装置1の第2の動作例を示したフローチャートである。図3と同様の部分については、その説明を省略する。制御回路40は、出力電圧Voutを検出する前に、車両の状態を通信等により検知し(ステップS10)、その検知結果に基づいて現在の車両状態が電源11の電圧変動が小さい状態であるか否かを判断する(ステップS12)。制御回路40は、電源11の電圧変動が小さい状態であると判断した場合、トランジスタ21の故障診断を実施する(ステップS14以降)。これにより、安定した出力電圧Voutの検出結果に基づいて、トランジスタ21の故障診断を実施することができるので、その診断結果の精度を高めることができる。
FIG. 4 is a flowchart showing a second operation example of the overcurrent protection device 1. The description of the same parts as in FIG. 3 is omitted. Before detecting the output voltage Vout, the
ステップS10で検知される車両の状態として、例えば、オルタネータの発電状態が挙げられる。制御回路40は、オルタネータの発電状態を検知することによって、車両の電源11から供給される入力電圧Vinが安定した状態であるか否かを判定することができる。また、ステップS10で検知される車両の状態として、車両の走行状態が挙げられる。制御回路40は、例えば、車両が停止状態であると検知されれば、そのときの車両状態が電源11の電圧変動が小さい状態であると判断することができる。
Examples of the vehicle state detected in step S10 include a power generation state of an alternator. The
図5は、過電流保護装置1の第3の動作例を示したフローチャートである。図3と同様の部分については、その説明を省略する。制御回路40は、出力電圧Voutを検出する前に、故障診断が実施中であることを他の装置に対して、CAN等の通信回線を介して通知する(ステップS17)。これにより、故障診断が実施中であることを受信した他の装置は、電源11の電圧変動を抑えた動作モードに移行することが可能になるため、電源11から供給される入力電圧Vinが安定した状態で、ドロッパレギュレータ20を動作させて、安定した出力電圧Voutに基づく故障診断を実施することができる。その結果、トランジスタ21の故障診断精度を高めることができる。
FIG. 5 is a flowchart showing a third operation example of the overcurrent protection device 1. The description of the same parts as in FIG. 3 is omitted. Before detecting the output voltage Vout, the
このように、上述の実施形態によれば、ドロッパレギュレータ20の動作によってトランジスタ21が飽和領域から遮断領域に至らないため(すなわち、トランジスタ21はオフしないため)、トランジスタ21が半導体ヒューズとして使用される電源ライン13を通電させたまま、トランジスタ21を故障診断することができる。
Thus, according to the above-described embodiment, since the
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.
例えば、ドロッパレギュレータ20の動作時間(すなわち、図2に示した検査区間Ta)は、エンジンの始動時点以後から所定時間経過する時までの期間であってもよいし、エンジンの動作中又は停止中の任意の期間であってもよい。また、ドロッパレギュレータ20の動作は、エンジンの動作中又は停止中に、一度だけ行われるものに限らず、間欠的に行われるものでもよい。
For example, the operation time of the dropper regulator 20 (that is, the inspection section Ta shown in FIG. 2) may be a period from when the engine is started to when a predetermined time elapses, or when the engine is operating or stopped. It may be an arbitrary period. The operation of the
また、図1において、保護回路30の回路構成に応じて、スイッチ51をオンからオフに切り替えてからスイッチ52をオフからオンに切り替えてもよいし、スイッチ51をオンのままスイッチ52をオフからオンに切り替えてもよい。
In FIG. 1, the
1 過電流保護装置
13 電源ライン
20 ドロッパレギュレータ
21 トランジスタ
30 保護回路
40 制御回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Overcurrent
Claims (1)
前記半導体スイッチ素子を駆動する駆動手段とを備え、
前記半導体スイッチ素子が前記駆動手段によりオフすることによって過電流が電流経路に流れることを防止する過電流保護装置であって、
前記半導体スイッチ素子を可変抵抗として使用することにより、前記半導体スイッチ素子の入力電圧よりも低い電圧を前記半導体スイッチ素子の出力電圧として出力可能なドロッパレギュレータと、
前記ドロッパレギュレータを動作させたときの前記出力電圧に基づいて、前記半導体スイッチ素子の異常を検出する異常検出手段とを備えることを特徴とする、過電流保護装置。 A semiconductor switch element;
Driving means for driving the semiconductor switch element,
An overcurrent protection device that prevents an overcurrent from flowing in a current path by turning off the semiconductor switch element by the driving means,
A dropper regulator capable of outputting a voltage lower than an input voltage of the semiconductor switch element as an output voltage of the semiconductor switch element by using the semiconductor switch element as a variable resistor;
An overcurrent protection device comprising: an abnormality detection means for detecting an abnormality of the semiconductor switch element based on the output voltage when the dropper regulator is operated.
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