JP2013143905A - Power supply control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、好適に車両に搭載されて、バッテリから車載負荷への給電を、電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)又はバイポーラトランジスタ等の半導体スイッチのオン/オフによって制御する給電制御装置に関する。 The present invention relates to a power supply control device that is preferably mounted on a vehicle and controls power supply from a battery to a vehicle-mounted load by turning on / off a semiconductor switch such as a field effect transistor (FET) or a bipolar transistor.
現在、車両には、ランプ、ワイパー、エアーコンディショナー、電動ブレーキ、電動パワーステアリング及びカーナビゲーション等の電気負荷が搭載されている。車両に搭載された多くの電気負荷は、半導体スイッチを介してバッテリから給電され、バッテリからの給電は半導体スイッチのオン/オフによって制御されている。 Currently, electric loads such as lamps, wipers, air conditioners, electric brakes, electric power steering, and car navigation systems are mounted on vehicles. Many electric loads mounted on a vehicle are supplied with power from a battery via a semiconductor switch, and power supply from the battery is controlled by turning on / off the semiconductor switch.
電気負荷への給電を半導体スイッチのオン/オフによって制御する給電制御装置には、静電気、サージ電圧又は過電流等によって半導体スイッチが故障して短絡した場合、例えば、FETのドレイン及びソース間が短絡した場合に、電気負荷が作動し続け、運転者の意図に従わない動作をする虞がある。 In the power supply control device that controls the power supply to the electric load by turning on / off the semiconductor switch, when the semiconductor switch fails due to static electricity, surge voltage, overcurrent, etc., for example, the FET drain and source are short-circuited. In such a case, the electric load continues to operate, and there is a possibility that the operation does not follow the driver's intention.
そこで、半導体スイッチが短絡した状態でバッテリから電気負荷への給電が継続されることを防止する給電制御装置が特許文献1に記載されている。 Therefore, Patent Document 1 discloses a power supply control device that prevents power supply from a battery to an electric load in a state where a semiconductor switch is short-circuited.
特許文献1に記載の給電制御装置では、半導体スイッチとしてMOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)が用いられ、MOSFETのゲートに抵抗を介して電圧を印加することによって、MOSFETをオン/オフする。この給電制御装置は、ゲートに接続された抵抗の両端子間の電圧から、短絡する直前のMOSFETの状態を検出した場合、ゲートへの電圧印加を停止し、MOSFETをオフにする。 In the power supply control device described in Patent Document 1, a MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is used as a semiconductor switch, and the MOSFET is turned on / off by applying a voltage to the gate of the MOSFET via a resistor. When detecting the state of the MOSFET immediately before short-circuiting from the voltage between both terminals of the resistor connected to the gate, the power supply control device stops applying the voltage to the gate and turns off the MOSFET.
ところで、故障によって半導体スイッチが短絡した状態でバッテリから電気負荷への給電が継続されることを防止する給電制御装置として、所定温度以上に加熱された場合にバッテリから電気負荷への給電経路を遮断する遮断素子を用いた給電制御装置が提案されている。 By the way, as a power supply control device that prevents the power supply from the battery to continue to be continued when the semiconductor switch is short-circuited due to a failure, the power supply path from the battery to the electrical load is interrupted when heated above a predetermined temperature. There has been proposed a power supply control device using a blocking element.
半導体スイッチが故障によって短絡した場合、半導体スイッチのオン抵抗は上昇する。これにより、半導体スイッチを電流が流れた場合に半導体スイッチから発生する熱の量が上昇する。更には、半導体スイッチは短絡しているため、半導体スイッチにはバッテリから電流が流れ続け、高熱が発生する。 When the semiconductor switch is short-circuited due to a failure, the on-resistance of the semiconductor switch increases. This increases the amount of heat generated from the semiconductor switch when a current flows through the semiconductor switch. Furthermore, since the semiconductor switch is short-circuited, current continues to flow from the battery to the semiconductor switch, and high heat is generated.
遮断素子を用いた給電制御装置では、遮断素子が半導体スイッチの近傍に配置され、半導体スイッチが短絡した場合、半導体スイッチが発する熱によって、遮断素子は所定温度以上に加熱され、遮断素子はバッテリから電気負荷への給電経路を遮断する。これにより、半導体スイッチが短絡した状態でバッテリから電気負荷への給電が継続されることが防止される。 In the power supply control device using the shut-off element, when the shut-off element is arranged near the semiconductor switch and the semiconductor switch is short-circuited, the shut-off element is heated to a predetermined temperature or more by the heat generated by the semiconductor switch, and the shut-off element is removed from the battery. Cut off the power supply path to the electrical load. Thereby, it is prevented that the power supply from the battery to the electric load is continued in a state where the semiconductor switch is short-circuited.
しかしながら、半導体スイッチから発せられる熱が十分に加えられる位置に遮断素子を配置することは難しいため、半導体スイッチが故障によって短絡したにもかかわらず、遮断素子によってバッテリから電気負荷への給電経路が遮断されず、電気負荷への給電が継続される虞がある。 However, since it is difficult to place the shut-off element at a position where heat generated from the semiconductor switch is sufficiently applied, the power supply path from the battery to the electric load is shut off by the shut-off element even though the semiconductor switch is short-circuited due to a failure. There is a risk that power supply to the electrical load may be continued.
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体スイッチが短絡した場合に、バッテリから電気負荷への給電経路を確実に遮断することができる給電制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a power supply control device capable of reliably blocking a power supply path from a battery to an electric load when a semiconductor switch is short-circuited. It is to provide.
本発明に係る給電制御装置は、所定温度以上に加熱された場合にバッテリから電気負荷への給電経路を遮断する遮断素子と、該給電経路に設けられ、通電によって発する熱を前記遮断素子に加える半導体スイッチとを備える給電制御装置において、電力を供給されて発熱し、前記遮断素子を加熱する加熱素子と、前記半導体スイッチの短絡を検出する検出手段と、該検出手段が前記短絡を検出した場合に前記加熱素子に前記バッテリからの電力を供給する電力供給手段とを備えることを特徴とする。 The power supply control device according to the present invention includes a shut-off element that shuts off a power feed path from a battery to an electrical load when heated to a predetermined temperature or more, and that adds heat generated by energization to the shut-off element. In a power supply control device including a semiconductor switch, when a power is supplied and generates heat, a heating element that heats the shut-off element, a detection unit that detects a short circuit of the semiconductor switch, and the detection unit detects the short circuit And a power supply means for supplying power from the battery to the heating element.
本発明にあっては、検出手段はバッテリから電気負荷への給電経路に設けられた半導体スイッチの短絡を検出する。検出手段が短絡を検出した場合、電力供給手段は加熱素子にバッテリからの電力を供給する。加熱素子は、電力供給手段によって電力を供給されて発熱し、遮断素子を加熱する。遮断素子は、短絡した半導体スイッチが発する熱と、加熱素子によって加えられた熱とによって自身の温度が所定温度以上になった場合にバッテリから電気負荷への給電経路を遮断する。 In this invention, a detection means detects the short circuit of the semiconductor switch provided in the electric power feeding path | route from a battery to an electrical load. When the detection means detects a short circuit, the power supply means supplies power from the battery to the heating element. The heating element is supplied with electric power from the electric power supply means and generates heat to heat the interruption element. The shut-off element shuts off the power supply path from the battery to the electric load when the temperature of the shut-off semiconductor switch exceeds a predetermined temperature due to heat generated by the short-circuited semiconductor switch and heat applied by the heating element.
これにより、故障によって半導体スイッチが短絡した場合に、遮断素子は半導体スイッチと加熱素子とによって加熱されるので、バッテリから電気負荷への給電経路が確実に遮断される。 Thus, when the semiconductor switch is short-circuited due to a failure, the interrupting element is heated by the semiconductor switch and the heating element, so that the power supply path from the battery to the electric load is reliably interrupted.
本発明に係る給電制御装置は、前記検出手段は、オンにしてある前記半導体スイッチの両端子間の電圧に基づいて前記短絡を検出するように構成してあることを特徴とする。 The power supply control device according to the present invention is characterized in that the detection means is configured to detect the short circuit based on a voltage between both terminals of the semiconductor switch that is turned on.
本発明にあっては、検出手段は、オンにしてある半導体スイッチの両端子間の電圧に基づいて、半導体スイッチの故障による短絡を検出する。 In the present invention, the detection means detects a short circuit due to a failure of the semiconductor switch based on the voltage between both terminals of the semiconductor switch that is turned on.
半導体スイッチが短絡した場合、半導体スイッチのオン抵抗は変化し、半導体スイッチの両端子間の電圧は変化する。検出手段は、この電圧の変化から半導体スイッチの短絡を確実に検出する。 When the semiconductor switch is short-circuited, the on-resistance of the semiconductor switch changes, and the voltage between both terminals of the semiconductor switch changes. The detecting means reliably detects a short circuit of the semiconductor switch from this voltage change.
本発明によれば、半導体スイッチが短絡した場合に、バッテリから電気負荷への給電経路を確実に遮断させることができる給電制御装置を実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when a semiconductor switch short-circuits, the electric power feeding control apparatus which can interrupt | block the electric power feeding path | route from a battery to an electrical load reliably is realizable.
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図1は本発明に係る給電制御装置の実施の形態の要部構成を示す回路図である。この給電制御装置1は、好適に車両に搭載され、バッテリ2の正極端子と電気負荷3の一方の端子との間に接続されている。バッテリ2の負極端子、及び、電気負荷3の他方の端子は接地されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a main configuration of an embodiment of a power supply control device according to the present invention. The power supply control device 1 is preferably mounted on a vehicle and connected between the positive terminal of the
給電制御装置1は、外部から電気負荷3の駆動を指示する駆動信号を受け付けた場合に、バッテリ2からの電力を電気負荷3に供給する。
電気負荷3はランプである。なお、電気負荷3は、ランプに限定されず、ワイパー、エアーコンディショナー、電動ブレーキ、電動パワーステアリング及びカーナビゲーション等の車載負荷であってもよい。
The power supply control device 1 supplies power from the
The
給電制御装置1は、遮断素子11、加熱素子12、Nチャネル型のFET13、スイッチ14、抵抗15,16、オペアンプ17、リレー18及び制御部19を備える。リレー18はリレーコイル81及びリレー接点82(a接点)を有する。
The power supply control device 1 includes a cutoff element 11, a
バッテリ2の正極端子は、遮断素子11及び加熱素子12夫々の一方の端子に接続されている。FET13では、ドレインが遮断素子11の他方の端子、及び、スイッチ14の一方の端子に、ソースが電気負荷3及び抵抗15夫々の一方の端子に、ゲートが制御部19に接続されている。
The positive terminal of the
オペアンプ17では、非反転入力端子がスイッチ14の他方の端子に、反転入力端子が抵抗15の他方の端子、及び、抵抗16の一方の端子に、出力端子が抵抗16の他方の端子、及び、リレーコイル81の一方の端子に接続されている。加熱素子12の他方の端子は、リレー接点82の一方の端子に接続され、リレーコイル81及びリレー接点82夫々の他方の端子は接地されている。
In the
遮断素子11は、加熱素子12及びFET13の近傍に配置され、加熱素子12から発せられる熱、及び、通電によってFET13から発せられる熱を加えられる。遮断素子11は、加熱素子12及びFET13によって所定温度以上に加熱された場合に、バッテリ2から電気負荷3への給電経路を遮断する。
The interruption | blocking element 11 is arrange | positioned in the vicinity of the
加熱素子12は、例えば発熱抵抗であり、バッテリ2からの電力が供給された場合に熱を発する。加熱素子12は、リレー接点82がオンになった場合にバッテリ2からの電力が供給され、発熱し、遮断素子11を加熱する。
The
FET13は半導体スイッチとして機能する。FET13は、ゲートに第1電圧以上の電圧が制御部19によって印加された場合にオンとなり、ゲートに電圧が印加されない場合にオフとなる。
The FET 13 functions as a semiconductor switch. The
FET13のドレイン及びソース間の電圧をEiとすると、電圧Eiは、「電気負荷3に流れる電流の量」と「ドレイン及びソース間の抵抗値」との積で表される。
Assuming that the voltage between the drain and source of the
ドレイン及びソース間のオン抵抗値は、FET13がオンである場合に数mΩであり、静電気、サージ電圧又は過電流等によってFET13が故障してドレイン及びソース間が短絡した場合に数百mΩ以上である。このため、FET13が正常に作動してオンである場合における電圧Eiは、FET13のドレイン及びソース間が短絡した場合における電圧Eiよりも低い。
The on-resistance value between the drain and the source is several mΩ when the
FET13が正常に作動してオンである場合における電圧Eiと、FET13のドレイン及びソース間が短絡した場合における電圧Eiとの間にある電圧を基準電圧として設定する。制御部19がFET13をオンにしている状態で電圧Eiが基準電圧以上である場合に、FET13のドレイン及びソース間の短絡が検出される。
A voltage between the voltage Ei when the
このように、電圧Eiの変化からFET13のドレイン及びソース間の短絡を確実に検出することができる。
なお、FET13のドレイン及びソースは特許請求の範囲における両端子に該当する。
Thus, a short circuit between the drain and source of the
The drain and source of the
スイッチ14は制御部19によってオン/オフされる。
抵抗15,16及びオペアンプ17は差動増幅器として機能する。オペアンプ17の出力端子から出力される電圧をEoutとし、抵抗15及び16夫々の抵抗値をR15及びR16とすると、スイッチ14がオンである場合におけるEoutは(1)式のように表される。
Eout=(1+(R16/R15))Ein・・・(1)
スイッチ14がオフである場合、オペアンプ17の出力端子から電圧は出力されない。
The
The
Eout = (1+ (R16 / R15)) Ein (1)
When the
リレーコイル81には、オペアンプ17の出力端子から出力されたEoutが印加される。リレーコイル81は、Eoutが第2電圧以上である場合にリレー接点82をオンに、Eoutが第2電圧未満である場合にリレー接点82をオフにする。
Eout output from the output terminal of the
リレー接点82がオンである場合、加熱素子12はバッテリ2から電力を供給されて発熱し、リレー接点82がオフである場合、加熱素子12は電力を供給されず、発熱しない。
When the
抵抗値R15及びR16夫々は、電圧Eiが基準電圧未満である場合にEoutが第2電圧未満となり、電圧Eiが基準電圧以上である場合にEoutが第2電圧以上となるように設定されている。 The resistance values R15 and R16 are set such that Eout is less than the second voltage when the voltage Ei is less than the reference voltage, and Eout is greater than or equal to the second voltage when the voltage Ei is greater than or equal to the reference voltage. .
制御部19は、駆動信号を受け付けた場合、FET13のゲートに第1電圧以上の電圧を印加してFET13をオンにし、更には、スイッチ14をオンにする。制御部19は、駆動信号を受け付けていない場合、FET13のゲートに電圧を印加せずにFET13をオフにし、スイッチ14もオフにする。
When receiving the drive signal, the
次に、給電制御装置1の各構成部が実行する動作を説明する。制御部19が駆動信号を受け付けてFET13及びスイッチ14をオンにした場合、バッテリ2から遮断素子11及びFET13を介して電気負荷3に給電される。
Next, the operation | movement which each structure part of the electric power feeding control apparatus 1 performs is demonstrated. When the
FET13が正常に作動してオンである場合、電圧Eiは基準電圧未満であるため、故障によるFET13のドレイン及びソース間の短絡は検出されず、オペアンプ17から出力される電圧Eoutは第2電圧未満となる。これにより、リレー接点82はオフのままであり、加熱素子12に電力が供給されない。従って、遮断素子11は、所定温度以上に加熱されることはないため、バッテリ2から電気負荷3への給電経路を遮断することはない。
When the
故障によってFET13のドレイン及びソース間が短絡した場合、電圧Eiは基準電圧以上であるため、ドレイン及びソース間の短絡が検出され、オペアンプ17から出力される電圧Eoutは第2電圧以上となる。これにより、リレー接点82はオンになり、加熱素子12に電力が供給され、加熱素子12は遮断素子11を加熱する。
When the drain and the source of the
更には、ドレイン及びソース間の抵抗が数十mΩから数百mΩ以上になるため、FET13は高熱を発し、遮断素子11を加熱する。
Furthermore, since the resistance between the drain and the source becomes several tens of mΩ to several hundreds of mΩ or more, the
従って、FET13のドレイン及びソース間が短絡した場合、遮断素子11は、加熱素子12及びFET13によって所定温度以上に加熱され、バッテリ2から電気負荷3への給電経路を遮断する。
Therefore, when the drain and the source of the
上述のように、故障によってFET13のドレイン及びソース間が短絡した場合、FET13だけでなく、加熱素子12によって遮断素子11は加熱されるので、バッテリ2から電気負荷3への給電経路を確実に遮断することができる。
As described above, when the drain and the source of the
なお、FET13のドレイン及びソース間の短絡を検出する方法は、ドレイン及びソース間の電圧Eiに基づいて短絡を検出する方法に限定されない。
The method for detecting a short circuit between the drain and the source of the
また、短絡が検出される半導体スイッチは、Nチャネル型のFETに限定されず、Pチャネル型のFETでもよい。更には、短絡が検出される半導体スイッチはFETに限定されず、バイポーラトランジスタであってもよい。この場合、バイポーラトランジスタのコレクタ及びエミッタ間の短絡が検出される。 Further, the semiconductor switch in which a short circuit is detected is not limited to an N-channel FET, and may be a P-channel FET. Furthermore, the semiconductor switch in which the short circuit is detected is not limited to the FET, and may be a bipolar transistor. In this case, a short circuit between the collector and emitter of the bipolar transistor is detected.
開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 The disclosed embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 給電制御装置
11 遮断素子
12 加熱素子
13 FET
14 スイッチ
15,16 抵抗
17 オペアンプ
18 リレー
2 バッテリ
3 電気負荷
81 リレーコイル
82 リレースイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric power feeding control apparatus 11 Interrupting
14
Claims (2)
電力を供給されて発熱し、前記遮断素子を加熱する加熱素子と、
前記半導体スイッチの短絡を検出する検出手段と、
該検出手段が前記短絡を検出した場合に前記加熱素子に前記バッテリからの電力を供給する電力供給手段と
を備えることを特徴とする給電制御装置。 In a power supply control device comprising: a cutoff element that cuts off a power supply path from a battery to an electrical load when heated to a predetermined temperature; and a semiconductor switch that is provided in the power supply path and applies heat generated by energization to the cutoff element ,
A heating element that generates electric power and generates heat and heats the blocking element;
Detecting means for detecting a short circuit of the semiconductor switch;
A power supply control device comprising: power supply means for supplying power from the battery to the heating element when the detection means detects the short circuit.
を特徴とする請求項1に記載の給電制御装置。 The power supply control device according to claim 1, wherein the detection unit is configured to detect the short circuit based on a voltage between both terminals of the semiconductor switch that is turned on.
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