JP2013143818A - Semiconductor fuse device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ヒューズ装置に係り、特に、電源と該電源から電力供給されるシステム負荷との間に介在する半導体スイッチング素子の駆動により、少なくともそのシステム負荷の過電流検出時に電源とシステム負荷とを遮断させる半導体ヒューズ装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor fuse device, and in particular, by driving a semiconductor switching element interposed between a power supply and a system load supplied with power from the power supply, at least when an overcurrent of the system load is detected, The present invention relates to a semiconductor fuse device that interrupts the circuit.
従来、電源とその電源から電力供給されるシステム負荷とを過電流検出時に遮断させる半導体ヒューズ装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この半導体ヒューズ装置は、電源とシステム負荷との間に介在する半導体スイッチング素子と、半導体スイッチング素子による導通時(すなわち、スイッチオン時)にシステム負荷への出力電圧を所定の基準電圧と比較する比較回路と、を備えている。この半導体スイッチング素子は、比較回路による比較結果に基づいて電源とシステム負荷とを遮断させることで、システム負荷への電力供給を停止する。 2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor fuse device that cuts off a power supply and a system load supplied with power from the power supply when an overcurrent is detected is known (for example, see Patent Document 1). This semiconductor fuse device compares a semiconductor switching element interposed between a power source and a system load, and compares the output voltage to the system load with a predetermined reference voltage when the semiconductor switching element conducts (that is, when the switch is on). And a circuit. The semiconductor switching element stops power supply to the system load by cutting off the power supply and the system load based on the comparison result by the comparison circuit.
しかしながら、半導体スイッチング素子のオン電圧に基づいてシステム負荷の過電流を検出する構成では、微小な電圧変化を識別可能とすべく、オペアンプなどでその電圧を大きく増幅させることが必要である。このため、かかる構成では、回路のインピーダンスが高くなり、外部の接続負荷などから伝わる外来電気ノイズなどに起因して半導体スイッチング素子が誤作動される可能性があるため、かかる半導体スイッチング素子の誤作動を防止するうえでは、外来電気ノイズを遮断するノイズ除去回路を設けることが考えられるが、ノイズ除去回路では、コストが高くなり、装置規模が大きくなってしまう。 However, in the configuration in which the overload current of the system load is detected based on the ON voltage of the semiconductor switching element, it is necessary to greatly amplify the voltage with an operational amplifier or the like so that a minute voltage change can be identified. For this reason, in such a configuration, the impedance of the circuit becomes high, and the semiconductor switching element may malfunction due to external electrical noise transmitted from an external connection load or the like. In order to prevent this, it is conceivable to provide a noise removal circuit that blocks external electrical noise. However, the noise removal circuit increases the cost and the scale of the apparatus.
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、システム負荷や配線の正常/異常の検出率を向上させつつ、ノイズ除去回路を設けることなく回路インピーダンスを低く抑えることが可能な半導体ヒューズ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and can improve the detection rate of normality / abnormality of system load and wiring, and can suppress the circuit impedance low without providing a noise removal circuit. An object is to provide an apparatus.
上記の目的は、電源と該電源から電力供給されるシステム負荷との間に介在し、該電源と該システム負荷とを少なくとも該システム負荷の過電流検出時に遮断させる半導体スイッチング素子と、前記システム負荷に並列に接続されるコンデンサと、前記半導体スイッチング素子が前記電源と前記システム負荷とを遮断させている状態で、該遮断開始後、前記コンデンサの両端電圧が所定閾値を下回るまでに要する放電時間、又は、所定の放電時間が経過した時点で前記コンデンサの両端に生じている残存電圧を検出する放電監視手段と、前記放電監視手段により検出される前記放電時間又は前記残存電圧に基づいて、前記システム負荷又は前記システム負荷に接続する配線の正常/異常を判定する正常/異常判定手段と、を備える半導体ヒューズ装置により達成される。 The object is to provide a semiconductor switching element that is interposed between a power source and a system load supplied with power from the power source, and that shuts off the power source and the system load at least when an overcurrent of the system load is detected, and the system load. A capacitor connected in parallel with the semiconductor switching element in a state in which the power source and the system load are shut off, and after the start of shutoff, a discharge time required for the voltage across the capacitor to fall below a predetermined threshold, Or a discharge monitoring means for detecting a residual voltage generated at both ends of the capacitor when a predetermined discharge time has elapsed, and the system based on the discharge time or the residual voltage detected by the discharge monitoring means Normal / abnormality determination means for determining normality / abnormality of a load or wiring connected to the system load. It is achieved by's equipment.
本発明によれば、システム負荷や配線の正常/異常の検出率を向上させつつ、ノイズ除去回路を設けることなく回路インピーダンスを低く抑えることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a circuit impedance can be restrained low, without providing a noise removal circuit, improving the detection rate of normality / abnormality of a system load or wiring.
以下、図面を用いて、本発明に係る半導体ヒューズ装置の具体的な実施の形態について説明する。 Hereinafter, specific embodiments of a semiconductor fuse device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1実施例である半導体ヒューズ装置10の構成図を示す。本実施例の半導体ヒューズ装置10は、例えば車両に搭載されており、電源12とシステム負荷14とを少なくとも過電流検出時などに遮断してそのシステム負荷14への電力供給を停止する装置である。電源12は、例えば一般的な車両に搭載された所定の直流電圧(例えば12ボルト)+Bを出力するバッテリである。また、システム負荷14は、例えば車両に搭載された、上記の電源12から電力供給されて上記所定の直流電圧+Bで作動する電気負荷(負荷抵抗値R)である。
FIG. 1 shows a configuration diagram of a
図1に示す如く、半導体ヒューズ装置10は、電源12とシステム負荷14との間に介在する半導体スイッチング素子16を備えている。半導体スイッチング素子16は、半導体からなる出力トランジスタとしてのnチャネル型FET(例えば、nチャネル型MOS−FET)である。以下、半導体スイッチング素子16をFET16と称す。FET16のドレインは電源12に接続されていると共に、そのソースはシステム負荷14の一端に接続されている。システム負荷14の他端は接地されている。すなわち、システム負荷14は、FET16のソースと接地端とに接続されている。FET16は、オン/オフにより電源12からシステム負荷14への電力流通路を導通/遮断する。
As shown in FIG. 1, the
半導体ヒューズ装置10は、また、システム負荷14に並列に接続されるコンデンサ18を備えている。コンデンサ18は、例えば電解コンデンサなどの大容量コンデンサ(容量値C)である。コンデンサ18の一端はFET16のソースに接続されていると共に、その他端は接地されている。すなわち、コンデンサ18は、FET16のソースと接地端とに接続されている。
The
半導体ヒューズ装置10は、また、コンデンサ18の両端に生じる電圧(すなわち、FET16のソースに生じる電位)Vを監視する電圧監視回路20を備えている。電圧監視回路20は、IC又はマイクロコンピュータ(以下、IC/マイコンと称す)22と、抵抗24,26,28,30と、ダイオード32と、半導体スイッチング素子34と、を有している。
The
IC/マイコン22は、上記したFET16のゲートに接続されている。IC/マイコン22は、FET16をオン/オフ駆動させるリレーON/OFF信号を生成・出力してそのFET16を駆動制御する。IC/マイコン22は、通常は、システム負荷14の作動要求時、FET16がPWM駆動されるようにリレーON/OFF信号を生成し、その生成したリレーON/OFF信号をFET16のゲートに供給する。
The IC /
IC/マイコン22は、また、コンデンサ18の両端電圧に基づいて、システム負荷14若しくはそのシステム負荷14に接続する配線などの正常/異常短絡/異常断線を検出すると共に、また、その正常/異常短絡/異常断線の検出結果に基づいて、FET16のゲートに供給するリレーON/OFF信号を制御する。
The IC /
半導体スイッチング素子34は、半導体からなるpnp型バイポーラトランジスタである。以下、半導体スイッチング素子34を単にトランジスタ34と称す。トランジスタ34のベースは抵抗24を介してIC/マイコン22に接続されていると共に、そのエミッタは上記の電源12に接続されている。トランジスタ34のコレクタは、抵抗26を介して接地されていると共に、抵抗28の一端に接続されている。
The
また、抵抗28の他端は、ダイオード32のアノードに接続されていると共に、抵抗30の一端に接続されている。ダイオード32のカソードは、コンデンサ18の一端すなわち上記のFET16のソース(或いは、システム負荷14の一端)に接続されている。ダイオード32は、コンデンサ18側から抵抗26〜30側への電流流通を阻止する回路である。抵抗30の他端は、IC/マイコン22に接続されている。IC/マイコン22は、抵抗30の他端に生じる電圧レベルに基づいてコンデンサ18の両端電圧Vを監視する。
The other end of the
次に、図2乃至図4を参照して、本実施例の半導体ヒューズ装置10の動作について説明する。図2は、本実施例の半導体ヒューズ装置10における電源12とシステム負荷14との遮断時の動作を説明するための図を示す。図3は、本実施例の半導体ヒューズ装置10において実現される正常/異常短絡/異常断線別のコンデンサ18の両端電圧Vの時間変化を表した図を示す。また、図4は、本実施例の半導体ヒューズ装置10においてIC/マイコン22が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。
Next, the operation of the
本実施例において、IC/マイコン22は、システム負荷14の作動条件が成立すると、通常、FET16がPWM駆動されるようにリレーON/OFF信号を生成してそのゲートに出力する。FET16のゲートにPWM駆動を指示するリレーON/OFF信号が供給されると、そのFET16がPWM駆動される。尚、このFET16のPWM駆動におけるデューティ比は、予め定められた所定のものであってもよいし、また、システム負荷14の作動要求に応じて変化するものであってもよい。
In this embodiment, when the operating condition of the
リレーON信号がゲートに供給されると、FET16が電源12とシステム負荷14とを導通させるようにオンする。この場合は、システム負荷14に電源12の電圧+Bが印加されて電源12からの電力が供給されるので、そのシステム負荷14が動作する。一方、リレーOFF信号がゲートに供給されると、FET16が電源12とシステム負荷14とを遮断させるようにオフする。この場合は、電源12からシステム負荷14への電圧印加が停止されて電源12からシステム負荷14への電力供給が停止されるので、そのシステム負荷14の動作が停止する。この点、システム負荷14の作動は、FET16のPWM駆動のデューティ比に応じたものとなる。
When the relay ON signal is supplied to the gate, the FET 16 is turned on so as to make the
また、FET16のオンにより電源12とシステム負荷14とが導通されると、電源12からの電力が、システム負荷14に供給されると共にコンデンサ18に供給される。この場合は、コンデンサ18に電荷が蓄えられるので、コンデンサ18の両端電圧Vが上昇する。一方、FET16のオフにより電源12とシステム負荷14とが遮断されると、電源12からシステム負荷14及びコンデンサ18への電力供給が停止されるが、図2に示す如く、コンデンサ18からシステム負荷14に向けてコンデンサ18に蓄えられている電荷が移動する。この場合は、コンデンサ18が放電されるので、コンデンサ18の両端電圧Vが低下する。
When the
システム負荷14及びそのシステム負荷14に接続する配線などが正常状態にあるときは、FET16のオフ時におけるコンデンサ18の放電はコンデンサ18の容量値Cとシステム負荷14の負荷抵抗値Rとに応じた時定数CRで行われ、コンデンサ18の両端電圧Vは図3において実線で示す如く時間の経過に伴って徐々に低下する。一方、FET16のオフ時、システム負荷14や配線などが接地端に異常短絡すると、コンデンサ18に蓄えた電荷が短時間で一気に接地端に移動して過電流が流れるので、コンデンサ18の両端電圧Vが図3において一点鎖線で示す如く短時間で一気に低下し、コンデンサ18の放電が上記の時定数CRで行われるものに比べて短時間で完了する。また、FET16のオフ時、システム負荷14や配線などに異常断線が生じると、コンデンサ18に蓄えた電荷の移動が困難となるので、コンデンサ18の両端電圧Vの低下が図3において二点鎖線で示す如く緩やかとなり、コンデンサ18の放電が上記の時定数CRで行われるものに比べて長期間に亘って継続する。
When the
そこで、本実施例において、IC/マイコン22は、FET16のオフ時(或いは、デューティオフ時)すなわち電源12とシステム負荷14との遮断時、コンデンサ18の両端電圧Vに基づいて、システム負荷14若しくはそのシステム負荷14に接続する配線などの正常/異常短絡/異常断線を検出する。
Therefore, in this embodiment, the IC /
具体的には、IC/マイコン22は、FET16に対してリレーON信号を供給しているときは、トランジスタ34のベースにハイ電圧を供給する。かかる状況では、FET16のドレイン−ソース間にシステム負荷14及びコンデンサ18へ供給される電流が流通するので、そのソース電位Vが電源12の電圧+B近傍となる一方、トランジスタ34のエミッタからコレクタへの電流流通が生じないので、ダイオード32のアノードに印加される電圧が低い。この場合は、ダイオード32に順方向電圧が生じないので、FET16のソース側(ダイオード32のカソード側)から抵抗26〜30側(ダイオード32のアノード側)への電流流通は阻止される。IC/マイコン22は、FET16がオンしているときは、抵抗30の他端に生じる電圧レベルを検知せず、コンデンサ18の両端電圧Vを監視せず、上記の正常/異常短絡/異常断線を検出しない。
Specifically, the IC /
一方、IC/マイコン22は、FET16に対してリレーOFF信号を供給しているときは、トランジスタ34のベースにロー電圧を供給する。かかる状況では、コンデンサ18からシステム負荷14へ向けての放電が行われると共に、トランジスタ34のエミッタからコレクタへ電流が流通するので、ダイオード32のアノードに印加される電圧が引き上げられる。この場合は、抵抗30の他端に生じる電圧レベルが、コンデンサ18の両端電圧Vに応じたものとなる。IC/マイコン22は、FET16がオフしているとき、抵抗30の他端から入力される電圧レベルに基づいてコンデンサ18の両端電圧Vを監視し、上記の正常/異常短絡/異常断線を検出する。
On the other hand, the IC /
本実施例において、IC/マイコン22は、前回処理時から今回処理時にかけて、FET16に対して供給する信号を、オン駆動させるリレーON信号からオフ駆動させるリレーOFF信号へ切り替えたか否かを判別する(ステップ100)。その結果、リレーON信号又はリレーOFF信号が維持されていると判別した場合は、再びそのステップ100の処理を繰り返し実行する。一方、FET16に対して供給する信号をリレーON信号からリレーOFF信号へ切り替えたと判別した場合は、以後、コンデンサ18からの放電が開始されるので、そのコンデンサ18からの放電後の時間(以下、放電時間と称す)Tの計時を開始する(ステップ102)。尚、この放電時間Tの計時は、FET16にリレーON信号が供給されておらずリレーOFF信号が供給されている間だけ継続して行われる。
In this embodiment, the IC /
IC/マイコン22は、放電時間Tの計時開始後、所定時間ごとに、抵抗30の他端に生じる電圧レベルに基づいてコンデンサ18の両端電圧Vを検出し(ステップ104)、そして、その検出したコンデンサ18の両端電圧Vが所定閾値Vthを下回るか否かを判別する(ステップ106)。尚、この所定閾値Vthは、FET16がオンしているときのコンデンサ18の両端電圧Vにコンデンサ18とシステム負荷14との時定数CRに対応する37%を乗算した値に設定されている。
The IC /
その結果、V<Vthが成立しないすなわちV≧Vthが成立すると判別した場合は、次に、その判別時点で計時している上記の放電時間Tがタイムアウト時間Tmaxを上回るか否かを判別する(ステップ108)。尚、このタイムアウト時間Tmaxは、コンデンサ18とシステム負荷14との時定数CRよりも長い時間に設定されており、FET16がオンからオフへ切り替わってからコンデンサ18の両端電圧Vが所定閾値Vthを下回るまでに要する時間の正常値として許容される最長時間(すなわち、所定の正常範囲の上限値)である。そのステップ108の処理の結果、T>Tmaxが成立しないと判別した場合は、放電時間Tがタイムアウト時間Tmaxに達していないとして、再び上記ステップ104の処理を実行する。
As a result, if it is determined that V <Vth is not satisfied, that is, V ≧ Vth is satisfied, it is then determined whether or not the discharge time T counted at the determination time exceeds the timeout time Tmax ( Step 108). The timeout time Tmax is set to a time longer than the time constant CR between the
一方、V<Vthが成立すると判別した場合は、次に、その判別時点で計時している上記の放電時間Tが所定の正常範囲の下限値Tminを下回るか否かを判別する(ステップ110)。尚、この下限値Tminは、コンデンサ18とシステム負荷14との時定数CRよりも短い時間に設定されており、FET16がオンからオフへ切り替わってからコンデンサ18の両端電圧Vが所定閾値Vthを下回るまでに要する時間の正常値として許容される最短時間である。
On the other hand, if it is determined that V <Vth is established, it is next determined whether or not the discharge time T, which is timed at the time of the determination, is below a lower limit value Tmin of a predetermined normal range (step 110). . The lower limit value Tmin is set to a time shorter than the time constant CR between the
IC/マイコン22は、T<Tminが成立しないと判別した場合は、システム負荷14やそのシステム負荷14に接続する配線などが正常状態にあると判定する(ステップ112)。一方、T<Tminが成立することで放電時間Tが所定の正常範囲に達しなかったと判別した場合は、コンデンサ18の両端電圧VがFET16のオンからオフへの切替後、短時間で一気に低下したと判断されるので、システム負荷14又は配線などに接地端への異常短絡が生じてシステム負荷14などに過電流が流れたと判定する(ステップ114)。また、上記ステップ108においてT>Tmaxが成立することで放電時間Tがタイムアウト時間Tmaxを上回って所定の正常範囲を超えたと判別した場合は、コンデンサ18の両端電圧VがFET16のオンからオフへの切替後、正常時に比べて緩やかに低下すると判断されるので、システム負荷14又は配線などに異常断線が生じたと判定する(ステップ116)。
When determining that T <Tmin is not established, the IC /
このように、本実施例においては、FET16のオフ時(或いは、デューティオフ時)、コンデンサ18の両端電圧Vを監視し、FET16のオンからオフへの切替後すなわち電源12とシステム負荷14との遮断開始後、その両端電圧Vが所定閾値Vthを下回るまでに要する放電時間Tを検出し、その検出した放電時間Tと時定数CRとの関係に基づいてシステム負荷14や配線などの正常/異常短絡/異常断線を判定することができる。具体的には、その放電時間Tがコンデンサ18とシステム負荷14との時定数CRに基づく所定の正常範囲内にある場合は正常と判定し、その放電時間Tがその所定の正常範囲に達しない場合は接地端への異常短絡が生じたと判定し、また、その放電時間Tがその所定の正常範囲を超える場合は異常断線が生じたと判定することができる。従って、本実施例によれば、システム負荷14や配線などの正常/異常短絡/異常断線の検出率を向上させることができる。
Thus, in this embodiment, when the
また、本実施例においては、コンデンサ18の両端電圧Vの監視ひいてはその両端電圧Vに基づくシステム負荷14や配線などの正常/異常短絡/異常断線の判定がFET16のオフ時に行われる。このため、本実施例の構成によれば、上記の電圧監視や判定がFET16のオン時に行われる構成とは異なり、システム負荷14や配線などの正常/異常の判定に必要な電圧監視を行ううえで回路インピーダンスを低く抑えることができると共に、外部から伝わる外来電気ノイズが監視対象の電圧に大きな影響を与えることはないので、回路インピーダンスが高い構成では必要な外来電気ノイズを遮断するノイズ除去回路を設けることは不要である。従って、本実施例の半導体ヒューズ装置10によれば、システム負荷14や配線の正常/異常短絡/異常断線の検出率を向上させつつ、ノイズ除去回路を設けることなく回路インピーダンスを低く抑えることができ、これにより、その正常/異常を判定するのにコストを低く抑えかつ装置規模を小さくすることができる。
In this embodiment, monitoring of the voltage V across the
また、本実施例においては、異常断線が、システム負荷14の上流側(すなわち、システム負荷14とコンデンサ18のソース接続端との間の配線など)で生じたときだけでなく、システム負荷14の下流側(すなわち、システム負荷14と接地端との間の配線など)で生じたときにも、FET16のオフ時にコンデンサ18の両端電圧Vが緩やかに低下する。従って、本実施例によれば、システム負荷14の上流側に生じる異常断線だけでなく、システム負荷14の下流側に生じる異常断線も判定することが可能である。
Further, in the present embodiment, not only when the abnormal disconnection occurs on the upstream side of the system load 14 (that is, the wiring between the
また、本実施例においては、コンデンサ18の両端電圧Vの監視ひいてはその両端電圧Vに基づくシステム負荷14や配線などの正常/異常短絡/異常断線の判定を行ううえで、システム負荷14に並列に接続された、FET16のオン時に充電される大容量のコンデンサ18が設けられている。このコンデンサ18は、FET16のオン/オフ時に発生し得るシステム負荷14のコイル成分に基づくサージ電圧を吸収することが可能である。従って、本実施例によれば、上記のサージ電圧の発生に起因してFET16自体や他の負荷が破壊されるのを抑止することができ、また、そのサージ電圧吸収のための逆起電力防止回路をシステム負荷14に並列に追加接続することを不要とできる場合がある。
In the present embodiment, monitoring of the voltage V across the
本実施例において、IC/マイコン22は、上述の如くシステム負荷14若しくはそのシステム負荷14に接続する配線などの正常/異常短絡/異常断線を判定した結果として、異常短絡又は異常断線が生じたと判定すると、FET16をオフ駆動させて電源12とシステム負荷14とを遮断させるようにリレーOFF信号を生成して出力し、FET16のゲートに供給する信号をリレーOFF信号とする。尚、このFET16へのリレーOFF信号の供給は、その異常が解除されるまで或いは所定時間継続して行われるものとすればよい。従って、本実施例によれば、異常短絡時又は異常断線時、FET16のオフによりシステム負荷14の作動を停止させることができ、また、電源12からの無駄な電力供給を回避することができる。
In this embodiment, the IC /
ところで、上記の第1実施例においては、FET16が特許請求の範囲に記載した「半導体スイッチング素子」に相当していると共に、IC/マイコン22が、FET16のオン時、そのオンからオフへの切替後、コンデンサ18の両端電圧Vが所定閾値Vthを下回るまでに要する放電時間Tを検出することにより特許請求の範囲に記載した「放電監視手段」が、図4に示すルーチン中ステップ108〜116の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「正常/異常判定手段」が、システム負荷14などに異常短絡又は異常断線が生じたと判定した場合に、FET16にリレーOFF信号を供給することにより特許請求の範囲に記載した「制御手段」が、それぞれ実現されている。
By the way, in the first embodiment, the
図5は、本発明の第2実施例である半導体ヒューズ装置10において実現される正常/異常短絡/異常断線別のコンデンサ18の両端電圧Vの時間変化を表した図を示す。また、図6は、本実施例の半導体ヒューズ装置10においてIC/マイコン22が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。すなわち、本実施例の半導体ヒューズ装置10は、IC/マイコン22に、図4に示すルーチンに代えて図6に示すルーチンを実行させることにより実現される。尚、図6において、図4に示すルーチンと同一の処理を実行するステップについては、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。
FIG. 5 shows a time change of the voltage V across the
本実施例において、IC/マイコン22は、上記ステップ102でコンデンサ18からの放電時間Tの計時を開始すると、以後、その放電時間Tが所定の放電時間Tthを上回るか否かを判別する(ステップ200)。尚、この所定の放電時間Tthは、略コンデンサ18の容量値Cとシステム負荷14の負荷抵抗値Rとに応じた時定数CRに設定されている。
In this embodiment, when the IC /
その結果、T>Tthが成立しないと判別した場合は、再びそのステップ200の処理を繰り返し実行する。一方、T>Tthが成立すると判別した場合は、次に、その判別時点で抵抗30の他端に生じる電圧レベルに基づいてコンデンサ18に残存する容量に基づく両端電圧(残存電圧)Vを検出する(ステップ202)。そして、その検出したコンデンサ18の両端電圧Vのレベルを判定する(ステップ204)。具体的には、その両端電圧Vが所定の正常範囲の下限値Vminを下回るか否か或いは所定の正常範囲の上限値Vmaxを上回るか否かを判別する。
As a result, if it is determined that T> Tth does not hold, the process of
尚、上記の下限値Vminは、FET16がオンからオフへ切り替わってから所定の放電時間Tthが経過した際に生ずるコンデンサ18の両端電圧の正常値として許容される最小電圧である。また、上記の上限値Vmaxは、FET16がオンからオフへ切り替わってから所定の放電時間Tthが経過した際に生ずるコンデンサ18の両端電圧の正常値として許容される最大電圧である。
The lower limit value Vmin is a minimum voltage allowed as a normal value of the voltage across the
IC/マイコン22は、Vmin≦V≦Vmaxが成立すると判別した場合は、システム負荷14やそのシステム負荷14に接続する配線などが正常状態にあると判定する(ステップ206)。一方、V<Vminが成立することでコンデンサ18の残存電圧Vが所定の正常範囲を下回ると判別した場合は、コンデンサ18の両端電圧VがFET16のオンからオフへの切替後、短時間で一気に低下したと判断されるので、システム負荷14又は配線などに接地端への異常短絡が生じたと判定する(ステップ208)。また、V>Vmaxが成立することでコンデンサ18の残存電圧Vが所定の正常範囲を上回ると判別した場合は、コンデンサ18の両端電圧VがFET16のオンからオフへの切替後、正常時に比べて緩やかに低下すると判断されるので、システム負荷14又は配線などに異常断線が生じたと判定する(ステップ210)。
If it is determined that Vmin ≦ V ≦ Vmax is established, the IC /
このように、本実施例においては、FET16のオフ時、コンデンサ18の両端電圧Vを監視し、具体的には、FET16のオンからオフへの切替後すなわち電源12とシステム負荷14との遮断開始後、所定の放電時間Tthが経過した時点でコンデンサ18の両端に生じている残存電圧Vを検出し、その検出した残存電圧Vに基づいてシステム負荷14や配線などの正常/異常短絡/異常断線を判定することができる。具体的には、その残存電圧Vがコンデンサ18とシステム負荷14との時定数CRに基づく所定の正常範囲内にある場合は正常と判定し、その残存電圧Vがその所定の正常範囲を下回る場合は接地端への異常短絡が生じたと判定し、また、その放電時間Tがその所定の正常範囲を上回る場合は異常断線が生じたと判定することができる。従って、本実施例によれば、システム負荷14や配線などの正常/異常短絡/異常断線の検出率を向上させることができる。
Thus, in this embodiment, when the
また、本実施例においても、上記第1実施例と同様に、コンデンサ18の両端電圧Vの監視ひいてはその両端電圧Vに基づくシステム負荷14や配線などの正常/異常短絡/異常断線の判定がFET16のオフ時に行われる。従って、本実施例の半導体ヒューズ装置10においても、システム負荷14や配線の正常/異常短絡/異常断線の検出率を向上させさせつつ、ノイズ除去回路を設けることなく回路インピーダンスを低く抑えることができ、これにより、その正常/異常を判定するのにコストを低く抑えかつ装置規模を小さくすることができる。
Also in this embodiment, as in the first embodiment, monitoring of the voltage V across the
また、本実施例においても、上記第1実施例と同様に、異常断線が、システム負荷14の上流側(すなわち、システム負荷14とコンデンサ18のソース接続端との間の配線など)で生じたときだけでなく、システム負荷14の下流側(すなわち、システム負荷14と接地端との間の配線など)で生じたときにも、FET16のオフ時にコンデンサ18の両端電圧Vが緩やかに低下するので、システム負荷14の上流側に生じる異常断線だけでなく、システム負荷14の下流側に生じる異常断線も判定することが可能である。
Also in this embodiment, as in the first embodiment, an abnormal disconnection occurred on the upstream side of the system load 14 (that is, the wiring between the
また、本実施例においても、上記第1実施例と同様に、コンデンサ18の両端電圧Vの監視ひいてはその両端電圧Vに基づくシステム負荷14や配線などの正常/異常短絡/異常断線の判定を行ううえで、システム負荷14に並列に接続された、FET16のオン時に充電される大容量のコンデンサ18が設けられているので、上記のサージ電圧の発生に起因してFET16自体や他の負荷が破壊されるのを抑止することができ、また、そのサージ電圧吸収のための逆起電力防止回路をシステム負荷14に並列に追加接続することを不要とできる場合がある。
Also in this embodiment, similarly to the first embodiment, monitoring of the voltage V across the
本実施例においても、上記第1実施例と同様に、IC/マイコン22は、上述の如くシステム負荷14若しくはそのシステム負荷14に接続する配線などの異常短絡又は異常断線が生じたと判定すると、FET16をオフ駆動させて電源12とシステム負荷14とを遮断させるようにリレーOFF信号を生成して出力するので、異常短絡時又は異常断線時、FET16のオフによりシステム負荷14の作動を停止させることができ、また、電源12からの無駄な電力供給を回避することができる。
Also in this embodiment, as in the first embodiment, when the IC /
ところで、上記の第2実施例においては、IC/マイコン22が、FET16のオン時、そのオンからオフへの切替後、所定の放電時間Tthが経過した時点でコンデンサ18の両端電圧Vを検出することにより特許請求の範囲に記載した「放電監視手段」が、図6に示すルーチン中ステップ204〜210の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「正常/異常判定手段」が、システム負荷14などに異常短絡又は異常断線が生じたと判定した場合に、FET16にリレーOFF信号を供給することにより特許請求の範囲に記載した「制御手段」が、それぞれ実現されている。
By the way, in the second embodiment described above, the IC /
尚、上記の第1及び第2実施例においては、トランジスタ34のスイッチング駆動をFET16のスイッチング駆動と同期させることで、具体的には、FET16がオンされるときにトランジスタ34をコンデンサ18の両端電圧Vが監視されないように駆動し、一方、FET16がオフされるときにトランジスタ34をコンデンサ18の両端電圧Vが監視されるように駆動することで、FET16のオフ中に継続してコンデンサ18の両端電圧Vを監視することとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、トランジスタ34のスイッチング駆動をFET16のオフ中に間欠的に行うことでFET16のオフ中におけるコンデンサ18の両端電圧Vの監視をサンプリング的に行うこととしてもよい。
In the first and second embodiments, the switching drive of the
すなわち、FET16のオフ中に、トランジスタ34の駆動状態を所定のサンプリング周波数で、コンデンサ18の両端電圧Vが監視されないように駆動する状態とコンデンサ18の両端電圧Vが監視されるように駆動する状態とで切り替える。かかる変形例によれば、トランジスタ34の駆動によるコンデンサ18の両端電圧Vの監視タイミングでトランジスタ34側からダイオード32を介してコンデンサ18やシステム負荷14側へ電流が流通し得るが、その電流流通時間をできるだけ短くできるので、トランジスタ34の駆動に伴うコンデンサ18の充電やシステム負荷14の作動を抑止することができる。
That is, while the
また、上記の第1及び第2実施例においては、FET16のオフ時、そのオンからオフへの切替後、コンデンサ18の両端電圧Vが所定閾値Vthを下回るまでに要する放電時間Tを、所定の正常範囲の下限値Tmin及びタイムアウト時間Tmaxと比較することで、或いは、所定の放電時間Tthが経過した時点におけるコンデンサ18の両端電圧Vを、所定の正常範囲の下限値Vmin及び上限値Vmaxと比較することで、システム負荷14又は配線などの正常/異常短絡/異常断線を判定する。しかし、その異常短絡又は異常断線を、継続して起こっている場合とチャタリング的に生じている場合とで区別して判定させるようにしてもよい。
In the first and second embodiments, when the
異常短絡が継続して起こっている場合は、FET16のオフ時、コンデンサ18の両端電圧Vが所定閾値Vthを下回るまでに要する放電時間Tがほとんどゼロである一方、異常短絡がチャタリング的に起こっている場合は、FET16のオフ時、コンデンサ18の両端電圧Vが所定閾値Vthを下回るまでにある程度の放電時間を要する。また、異常断線が継続して起こっている場合は、FET16のオフ時、コンデンサ18の両端電圧Vが所定閾値Vthを下回るまでに要する放電時間Tが極めて長い或いはその両端電圧Vが所定閾値Vthを下回る事態が生じない一方、異常断線がチャタリング的に起こっている場合は、FET16のオフ時、コンデンサ18の両端電圧Vが所定閾値Vthを下回るまでに要する放電時間Tが、異常断線が継続して起こっている場合に比べて短い。
When the abnormal short circuit continues, when the
また、異常短絡が継続して起こっている場合は、FET16のオフ時、所定の放電時間Tthが経過した時点におけるコンデンサ18の両端電圧Vがほとんどゼロである一方、異常短絡がチャタリング的に起こっている場合は、FET16のオフ時、所定の放電時間Tthが経過した時点におけるコンデンサ18の両端電圧Vがある程度大きな値となる。また、異常断線が継続して起こっている場合は、FET16のオフ時、所定の放電時間Tthが経過した時点におけるコンデンサ18の両端電圧Vが電源12の電圧+Bとあまり大差ない一方、異常断線がチャタリング的に起こっている場合は、FET16のオフ時、所定の放電時間Tthが経過した時点におけるコンデンサ18の両端電圧Vが、異常断線が継続して起こっている場合に比べて小さい。
When the abnormal short circuit continues, when the
そこで、FET16のオフ時、そのオンからオフへの切替後、コンデンサ18の両端電圧Vが所定閾値Vthを下回るまでに要する放電時間Tを、所定の正常範囲の下限値及び上限値と比較すると共に、継続的な異常短絡又は異常断線とチャタリング的な異常短絡又は異常断線とを区別するための閾値と比較することで、或いは、所定の放電時間Tthが経過した時点におけるコンデンサ18の両端電圧Vを、所定の正常範囲の下限値及び上限値と比較すると共に、継続的な異常短絡又は異常断線とチャタリング的な異常短絡又は異常断線とを区別するための閾値と比較することで、システム負荷14又は配線などの正常/継続的な異常短絡/チャタリング的な異常短絡/継続的な異常断線/チャタリング的な異常断線を区別して判定することとしてもよい。
Therefore, when the
また、上記の第1及び第2実施例においては、システム負荷14又は配線などの異常短絡を、FET16のオフ時におけるコンデンサ18の両端電圧Vに基づいて判定することとしているが、その異常短絡を更にFET16のオン時におけるドレイン−ソース間電圧Vdsに基づいて判定することとしてもよい。かかる変形例においては、異常短絡が生じていると判定された場合のFET16のオフ駆動を、FET16のオフ時におけるコンデンサ18の両端電圧Vに基づく異常短絡判定とFET16のオン時におけるドレイン−ソース間電圧Vdsに基づく異常短絡判定との双方(AND条件)が成立する場合に行い、何れか一方が成立しない場合に行わないものとしてもよいし、また、FET16のオフ時におけるコンデンサ18の両端電圧Vに基づく異常短絡判定とFET16のオン時におけるドレイン−ソース間電圧Vdsに基づく異常短絡判定との何れか一方(OR条件)が成立する場合に行い、双方が成立しない場合に行わないものとしてもよい。かかる変形例によれば、システム負荷14又は配線などの異常短絡判定の精度や信頼性を向上させることができ、FET16の駆動制御を木目細かく適切に行うことができる。
In the first and second embodiments, the abnormal short circuit of the
尚、この変形例においては、異常短絡を、FET16のオン時におけるドレイン−ソース間電圧Vdsに基づいて判定することに代えて、FET16のソースとシステム負荷14との間に介在される過電流検出抵抗を設けたうえで、FET16のオン時におけるその過電流検出抵抗の両端電圧に基づいて判定することとしてもよい。
In this modification, instead of determining the abnormal short-circuit based on the drain-source voltage Vds when the
これらの変形例においては、IC/マイコン22が、FET16のオン時におけるそのドレイン−ソース間電圧Vds又は過電流検出抵抗の両端電圧を検出することにより特許請求の範囲に記載した「オン電圧検出手段」が、FET16のオフ時におけるコンデンサ18の両端電圧Vに基づく異常短絡判定結果とFET16のオン時におけるドレイン−ソース間電圧Vds又は過電流検出抵抗の両端電圧に基づく異常短絡判定結果との双方に基づいて、FET16にリレーON/OFF信号を供給することにより特許請求の範囲に記載した「制御手段」が、それぞれ実現される。
In these modified examples, the IC /
更に、上記の第1及び第2実施例においては、FET16をnチャネル型MOS−FETとしているが、接合型FETとしてもよい。
Further, in the first and second embodiments, the
10 半導体ヒューズ装置
12 電源
14 システム負荷
16 半導体スイッチング素子(FET)
18 コンデンサ
22 IC/マイコン
+B 直流電圧
T 放電時間
Tth 所定の放電時間
V コンデンサ両端電圧
Vth 所定閾値
DESCRIPTION OF
18
Claims (5)
前記システム負荷に並列に接続されるコンデンサと、
前記半導体スイッチング素子が前記電源と前記システム負荷とを遮断させている状態で、該遮断開始後、前記コンデンサの両端電圧が所定閾値を下回るまでに要する放電時間、又は、所定の放電時間が経過した時点で前記コンデンサの両端に生じている残存電圧を検出する放電監視手段と、
前記放電監視手段により検出される前記放電時間又は前記残存電圧に基づいて、前記システム負荷又は前記システム負荷に接続する配線の正常/異常を判定する正常/異常判定手段と、
を備えることを特徴とする半導体ヒューズ装置。 A semiconductor switching element interposed between a power source and a system load supplied with power from the power source, and shuts off the power source and the system load at least when an overcurrent of the system load is detected;
A capacitor connected in parallel to the system load;
In the state where the semiconductor switching element shuts off the power supply and the system load, a discharge time required for the voltage across the capacitor to fall below a predetermined threshold after the start of the shutoff, or a predetermined discharge time has elapsed. Discharge monitoring means for detecting a residual voltage generated across the capacitor at the time,
Normal / abnormality determination means for determining normality / abnormality of the system load or wiring connected to the system load based on the discharge time or the residual voltage detected by the discharge monitoring means;
A semiconductor fuse device comprising:
前記制御手段は、前記正常/異常判定手段による判定結果及び前記オン電圧検出手段による検出結果の双方に基づいて、前記半導体スイッチング素子に供給する制御信号を制御することを特徴とする請求項4記載の半導体ヒューズ装置。
A voltage across the semiconductor switching element or an overcurrent detection resistor interposed between the semiconductor switching element and the system load is detected with the semiconductor switching element conducting the power supply and the system load. On-voltage detection means for
5. The control unit controls a control signal supplied to the semiconductor switching element based on both a determination result by the normal / abnormal determination unit and a detection result by the on-voltage detection unit. Semiconductor fuse device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012002314A JP2013143818A (en) | 2012-01-10 | 2012-01-10 | Semiconductor fuse device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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