JP2013115794A

JP2013115794A - リレー装置

Info

Publication number: JP2013115794A
Application number: JP2011263223A
Authority: JP
Inventors: Shinobu Mochizuki; 忍望月; Takuma Takeno; 拓麻竹野
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2013-06-10
Also published as: US20140268456A1; WO2013081189A1; EP2786461A1; CN104040818A

Abstract

【課題】バッテリ逆接続でのリレー動作防止を実現するとともに、リレー回路の駆動電流経路の電圧降下を抑制する技術を提供する。
【解決手段】リレー装置１００では、電源電圧ＶｂａｔｔからグランドＧＮＤに向けて、逆流防止回路１５０、リレー駆動回路１１０及びリレー回路ＲＬＹが直列に配置されている。逆流防止回路１５０は、ショットキーダイオードＤ１０１とツェナーダイオードＺＤ１０１とを備えている。ショットキーダイオードＤ１０１とツェナーダイオードＺＤ１０１とは並列に接続されており、順方向が同じである。
【選択図】図３

Description

本発明は、リレー装置に係り、例えば、バッテリ逆接続でのリレー動作防止機能を備えたリレー装置に関する。

近年の車両には電子制御装置が各種搭載されており、その駆動電源としてバッテリが搭載されている。車載バッテリは直流タイプであるので、接続極性（プラス／マイナス）が適正に接続されるように、十分な注意が必要である。その対策のためや、モータ等の影響によるサージ対策のために、一般には、バッテリ逆接続防止回路が設けられる。

図１及び図２に、バッテリ逆接続防止回路を備えたリレー装置１、２を示す。図１のリレー装置１は、電源電圧ＶｂａｔｔとグランドＧＮＤとの間に設けられたリレー回路ＲＬＹと、リレー回路ＲＬＹの上流側（電源電圧Ｖｂａｔｔ側）に配置されたリレー駆動回路１０とを備える。リレー駆動回路１０は、例えば、トランジスタ等のスイッチング素子を備えて構成されている。そして、リレー駆動回路１０と電源電圧Ｖｂａｔｔの経路中、つまり駆動電流経路中に逆流防止ダイオードＤ１１が配置されている。図２のリレー装置２は、リレー駆動回路２０をリレー回路ＲＬＹの下流側（グランドＧＮＤ側）に配置した構成である。電源電圧Ｖｂａｔｔとリレー回路ＲＬＹとの経路中に逆流防止ダイオードＤ２１が配置されている。

上述の回路以外にも、車両に搭載される保護回路として各種の技術が提案されている。例えば、負荷の電源のサージ電圧対策とバッテリ逆接続時の過電流を防止する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示の保護回路は、インダクタンス性の負荷に並列に接続され、その順方向が電源電流の通流方向と逆向き設定されたダイオードと、ダイオードの一方の端子と、その端子に対応する負荷の一方の端子との間に介装され、その順方向が電源電流の通流方向と一致するツェナーダイオードとを備えている。また、通常時における電力消費の低減とバッテリ逆接続時の大電流の発生を防止させる技術がある（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に開示の保護回路でも、負荷に並列に、ダイオードとツェナーダイオードの直列体が配置されている。

特開２００３−４７２８７号公報特開２０１０−１１５９８号公報

ところで、車両では、エンジン始動などにより電源電圧Ｖｂａｔｔが著しく低下することがある。一般には逆流防止ダイオードＤ１１、Ｄ２１の順方向電圧が大きいため、そのような場合、リレー回路ＲＬＹに印加される電圧が小さくなり、リレー回路ＲＬＹのオン動作を保持できなくなる虞があった。このリレー回路ＲＬＹがエンジン始動に関連する負荷に電力供給する機能である場合に、リレー回路ＲＬＹのオン動作を保持できないと、エンジンを始動させることができなくなってしまうという課題があった。一方で、逆流防止ダイオードＤ１１、Ｄ２１を順方向電圧の小さなショットキーダイオードに置き換えることも想定できるが、逆電圧に弱いことから、電源電圧Ｖｂａｔｔに発生するマイナスサージ（例えば−１００Ｖ）にて、ショットキーダイオードが破壊されてしまうおそれがあり、別の技術が求められていた。また、特許文献１及び２の技術では、上記の課題を解決することができず、やはり別の技術が求められていた。

本発明の目的は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上記課題を解決する技術を提供することにある。

本発明のリレー装置は、バッテリに接続されるリレー回路と、前記リレー回路を駆動する為に直列に接続される駆動回路と、ショットキーダイオードと電圧抑制素子とを備え、前記リレー回路及び前記駆動回路と直列に接続される保護回路と、を備え、前記ショットキーダイオードと前記電圧抑制素子とは、順方向を同方向として並列に接続された並列体である。
前記ショットキーダイオードの逆電圧特性は、前記バッテリが逆に接続された場合の電圧である逆電圧の大きさより大きく、前記電圧抑制素子の抑制電圧は、前記逆電圧の大きさより大きく、かつ、前記ショットキーダイオードの逆電圧特性より小さくてもよい。
また、前記電圧抑制素子は、ツェナーダイオードであってもよい。

本発明によれば、バッテリ逆接続でのリレー動作防止を実現する技術を提供することができる。また、リレー回路の駆動電流経路の電圧降下を抑制する技術を提供することができる。

従来技術に係る、リレー装置の回路構成を示す図である。従来技術に係る、リレー装置の回路構成を示す図である。第１の実施形態に係る、リレー装置の回路構成を示す図である。第２の実施形態に係る、リレー装置の回路構成を示す図である。

以下、発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という）を、図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、逆流防止ダイオードの代わりに、ショットキーダイオードと電圧抑制素子の並列体が配置された構成が採用されている。

まず、車両に搭載されるリレー装置として達成することが要求される仕様（１）〜（４）について説明する。
（１）保護回路を付加する場合には、リレー回路の駆動電流経路の電圧降下を極力抑制する。
（２）バッテリ逆接続（−１４Ｖ）により、リレー回路が動作しない。
（３）電源電圧に発生するマイナスサージ（−１００Ｖ）にて、部品破壊が発生しない。
（４）リレー回路のオンからオフへ移行する動作時に、リレー回路中のコイルに発生するコイルサージによって部品破壊が発生しない。

上記の仕様（１）を満足するために、逆流防止ダイオードとして順方向電圧の小さいショットキーダイオードが配置される。また、仕様（２）を満足するために、ショットキーダイオードの逆電圧特性は、１４Ｖ以上とする。また、ショットキーダイオードは、逆電圧性能が小さく上記仕様（３）を満足できないので、ショットキーダイオードを保護する部品として、電圧抑制素子がショットキーダイオードと並列かつ同方向に接続される。また、電圧抑制素子の抑制電圧は、バッテリ逆接続電圧（１４Ｖ）より大きくかつショットキーダイオードの逆電圧性能より小さく設定される。なお、ショットキーダイオードの逆電圧特性（１４Ｖ）や、バッテリ逆接続電圧（１４Ｖ）、マイナスサージ（−１００Ｖ）等の値は例示であって、当然に車両仕様によって異なる値となることは当業者にとって理解されるところである。

電圧抑制素子として、例えば、ツェナーダイオードやバリスタ、サージアブソーバがある。なお、リレー駆動回路にトランジスタが備わる場合には、そのトランジスタの保護を兼ねるツェナーダイオードが好適である。以下、第１及び第２の実施形態にて、具体的な回路構成について説明する。

＜第１の実施形態＞
図３は、第１の実施形態に係るリレー装置１００の回路構成を示す図である。このリレー装置１００は、図１のリレー装置１の逆流防止ダイオードＤ１１を逆流防止回路１５０に代替し、さらに駆動回路を具体的に示したものである。

図示のように、リレー装置１００では、電源電圧ＶｂａｔｔからグランドＧＮＤに向けて、逆流防止回路１５０、リレー駆動回路１１０及びリレー回路ＲＬＹが直列に配置されている。なお、バッテリが適正に接続されている場合には、電源電圧Ｖｂａｔｔは＋１４Ｖであり、誤って逆接続された場合に、−１４Ｖとなる。

逆流防止回路１５０は、ショットキーダイオードＤ１０１とツェナーダイオードＺＤ１０１とを備えている。ショットキーダイオードＤ１０１とツェナーダイオードＺＤ１０１とは並列に接続されており、順方向が同じである。ここでの順方向は、電源電圧ＶｂａｔｔからグランドＧＮＤへ向けた方向である。つまり、ショットキーダイオードＤ１０１とツェナーダイオードＺＤ１０１とからなる並列体の上流側（アノード側）が電源電圧Ｖｂａｔｔに接続され、下流側（カソード側）がリレー駆動回路１１０に接続されている。

リレー駆動回路１１０は、所定の制御装置の出力端子（ＣＰＵ＿Ｏｕｔｐｕｔ）から出力される駆動制御信号によって駆動する。具体的な構成として、リレー駆動回路１１０は、ＰＮＰ型の第１のトランジスタＱ１０１と、ＮＰＮ型の第２のトランジスタＱ１０２と、ツェナーダイオードＺＤ１０２と、第１〜第４の抵抗Ｒ１０１〜Ｒ１０４を備えている。

第１のトランジスタＱ１０１のエミッタが逆流防止回路１５０に接続され、コレクタはリレー回路ＲＬＹに接続されている。さらに、第１のトランジスタＱ１０１のエミッタ−コレクタ間には、ツェナーダイオードＺＤ１０２が接続されている。ここでは、ツェナーダイオードＺＤ１０２のアノードがコレクタに接続されている。また、第１のトランジスタＱ１０１のエミッタ−ベース間には、第１の抵抗Ｒ１０１が接続されている。

さらに、第１のトランジスタＱ１０１のベースには、第２の抵抗Ｒ１０２を介して第２のトランジスタＱ１０２のコレクタが接続されている。第２のトランジスタＱ１０２のエミッタはグランドＧＮＤに接続されている。そして、ベースは、第３の抵抗Ｒ１０３を介して制御装置の出力端子（ＣＰＵ＿Ｏｕｔｐｕｔ）に接続されている。また、ベース−エミッタ間には第４の抵抗Ｒ１０４が接続されている。

以上、第１の本実施形態によると、逆流防止回路１５０のショットキーダイオードＤ１０１とツェナーダイオードＺＤ１０１とが上述の仕様（１）〜（４）を満足するように設定されている。その結果、バッテリ逆接続された場合に、つまり、電源電圧Ｖｂａｔｔが例えば−１４Ｖとなった場合に、適切に動作防止を図ることができる。また、電源電圧Ｖｂａｔｔにマイナスサージが重畳された場合でも、リレー駆動回路１１０等の部品破壊等を防止することできる。また、電源電圧ＶｂａｔｔからグランドＧＮＤまでのリレー回路の駆動電流経路における電圧降下を最小限に抑制することができる。

＜第２の実施形態＞
図４は、第２の実施形態に係るリレー装置２００の回路構成を示す図である。本実施形態は、図２のリレー装置２の逆流防止ダイオードＤ２１を逆流防止回路２５０に代替し、さらに駆動回路を具体的に示したものである。

図示のように、リレー装置２００では、電源電圧ＶｂａｔｔからグランドＧＮＤに向けて、逆流防止回路２５０、リレー回路ＲＬＹ及びリレー駆動回路２２０が直列に配置されている。

逆流防止回路２５０は、第１の実施形態の逆流防止回路１５０と同様の構成であって、ショットキーダイオードＤ２０１とツェナーダイオードＺＤ２０１とが並列に接続された並列体となっている。

リレー駆動回路２２０は、所定の制御装置の出力端子（ＣＰＵ＿Ｏｕｔｐｕｔ）から出力される駆動制御信号によって駆動する。具体的な構成として、リレー駆動回路２２０は、ＮＰＮ型の第１のトランジスタＱ２０１と、ツェナーダイオードＺＤ２０２と、第１及び第２の抵抗Ｒ２０１、Ｒ２０２を備えている。

第１のトランジスタＱ２０１のコレクタがリレー回路ＲＬＹの下流側に接続され、エミッタがグランドＧＮＤに接続されている。また、コレクタ−エミッタ（グランドＧＮＤ）間には、ツェナーダイオードＺＤ２０２が接続されている。ここではアノードがグランドＧＮＤに接続されている。また、第１のトランジスタＱ２０１のベースには、第１の抵抗Ｒ２０１を介して、制御装置の出力端子（ＣＰＵ＿Ｏｕｔｐｕｔ）が接続される。また、第１のトランジスタＱ２０１のエミッタ−ベース間には、第２の抵抗Ｒ２０２が接続されている。

以上、第２の本実施形態によると、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素及びその組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。例えば、逆流防止回路１５０、２５０は、電源電圧Ｖｂａｔｔに上流側が接続される構成を有していたがこれに限る趣旨ではなく、駆動電流経路中において適宜配置変更されてもよい。具体的には、リレー回路ＲＬＹとグランドＧＮＤとの間や、リレー回路ＲＬＹとリレー駆動回路１１０、２２０との間に、逆流防止回路１５０、２５０が配置されてもよい。

１００、２００リレー装置
１１０、２２０リレー駆動回路
１５０、２５０逆流防止回路
ＲＬＹリレー回路
Ｑ１０１、Ｑ２０１第１のトランジスタ
Ｑ１０２第２のトランジスタ
Ｄ１０１、Ｄ２０１ショットキーダイオード
ＺＤ１０１、ＺＤ１０２、ＺＤ２０１、ＺＤ２０２ツェナーダイオード
Ｖｂａｔｔ電源電圧
ＧＮＤグランド

Claims

バッテリに接続されるリレー回路と、
前記リレー回路を駆動する為に直列に接続される駆動回路と、
ショットキーダイオードと電圧抑制素子とを備え、前記リレー回路及び前記駆動回路と直列に接続される保護回路と、
を備え、
前記ショットキーダイオードと前記電圧抑制素子とは、順方向を同方向として並列に接続された並列体である
ことを特徴とするリレー装置。
前記ショットキーダイオードの逆電圧特性は、前記バッテリが逆に接続された場合の電圧である逆電圧の大きさより大きく、
前記電圧抑制素子の抑制電圧は、前記逆電圧の大きさより大きく、かつ、前記ショットキーダイオードの逆電圧特性より小さい
ことを特徴とする請求項１に記載のリレー装置。
前記電圧抑制素子は、ツェナーダイオードであることを特徴とする請求項１または２に記載のリレー装置。