JP2014110682A - 車載電力供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車載電力供給装置による車載バッテリの無駄な消費を回避する。
【解決手段】車載電力供給装置１０は、バッテリ１から電力が供給されている際に動作する１つ以上の機能ブロックを有する機能ブロック群２０と、バッテリ１から電力が供給され、該バッテリ１から機能ブロック群２０への電力供給を制御する第１の制御部４０を有する。第１の制御部４０は、機能ブロック群２０への電力供給が停止されているときに、給電ソケット２への負荷装置の接続を検出すると共に、給電ソケット２に負荷装置が接続されたことを検出したときに、機能ブロック群２０への電力供給を開始する。また、第１の制御部４０は、機能ブロック群２０へ電力が供給されているときに、給電ソケット２からの負荷装置の取外しを検出すると共に、給電ソケット２から負荷装置が外されたことを検出したときに、機能ブロック群２０への電力供給を停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載電力供給装置、例えば給電ソケットを介して電力を供給する装置に関する。

自動車に設けられたシガーソケットやアクセサリソケットなどの給電ソケットを介して、車載バッテリからナビゲーション装置やオーディオプレイヤーなどのアクセサリ（負荷装置）に電力を供給することが行われている。車載バッテリとシガーソケットの間に設けられ、給電ソケットに接続された負荷装置への給電を実行する給電装置は、通常、イグニッションスイッチのオン／オフに連動してオン／オフするリレースイッチが設けられている。イグニッションスイッチがオンすると、給電装置のリレースイッチもオンすることにより、車載バッテリと給電ソケット間の導電路が貫通する。

このような給電装置に関して、様々な視点からの技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、自動車の後部座席に設けられた給電ソケットを使用する際の利便性を向上させる技術が開示されている。

イグニッションスイッチは、通常運転席にしか設けられていないため、後部座席に設けられた給電ソケットを使用する際に、運転者にイグニッションスイッチの操作をしてもらう必要があり、不便である。

特許文献１に開示された給電装置は、給電ソケットへの接続フラグの装着を検出する検出手段を備え、該検出手段により接続フラグの装着を検出したときに、リレースイッチをオンさせる。こうすることにより、イグニッションスイッチを操作しなくても、給電ソケットからの給電が可能である。

また、特許文献２には、複数の給電ソケットを備えた場合の利便性を高める技術が開示されている。

複数の給電ソケットがある場合に、電力供給量が過大になることを避け、車載バッテリを保護するために、車載バッテリの出力電圧が低下したときに全ての給電ソケットへの電力供給を遮断する給電装置が知られている。これでは、ユーザにとって不便である。特許文献２に開示された給電装置は、この問題を解決すべく、車載バッテリの出力電圧低下の程度に応じて、複数の給電ソケットへの電力供給を段階的に遮断する。

特開２００６−３４１７７９号公報 特開２０００−３０８３７７号公報

特許文献２に開示されたように、昨今の車載給電装置は、車載バッテリと給電ソケット間の接続路を機械的に貫通または遮断させるリレースイッチのような単純な構成要素のみならず、種々の管理や制御を行う機能ブロックも備えるようになっている。これらの機能ブロックも、車載バッテリから、動作のための電力が供給されるため、給電ソケットに負荷装置が接続されていなくても動作するのでは、車載バッテリを無駄に消費するという問題がある。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態による車載電力供給装置は、車載バッテリから、給電ソケットを介して該給電ソケットに接続された負荷装置に電力を供給するためのものであり、機能ブロック群と、第１の制御部を有する。

機能ブロック群は、車載バッテリから電力が供給されている際に動作する１つ以上の機能ブロックを有する。第１の制御部は、車載バッテリから電力が供給され、給電ソケットへの負荷装置の着脱状態に応じて機能ブロック群への電力供給のオン／オフを制御する。

上記一実施の形態によれば、車載バッテリの無駄な消費を回避することができる。

第１の実施の形態にかかる車載電力供給装置を示す図である。 第２の実施の形態にかかる車載電力供給装置を示す図である。

説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態にかかる車載電力供給装置１０を示す。本実施の形態は、本願発明者が確立した技術の原理を説明するためのものであるため、図１において、車載電力供給装置１０の各構成要素及び構成要素間の接続態様を概念的に示し、各構成要素の具体的回路構成の例などについても他の実施の形態を用いて説明する。

図１に示すように、車載電力供給装置１０は、バッテリ１と給電ソケット２の間に設けられており、機能ブロック群２０、第１の制御部４０を備える。

機能ブロック群２０は、種々の機能を夫々実行する機能ブロック３０を少なくとも１つを有し、これらの機能ブロック３０は、動作時に電力を消費するものであり、バッテリ１から電力が供給されるようになっている。

機能ブロック群２０は、給電ソケット２への電力供給を実行する給電ブロックを含む。図１に示す例では、この給電ブロックは、機能ブロック群２０の最も右側の機能ブロック３０に該当する。図１に示すように、給電ブロックは、片端が、バッテリ１の正極（図示せず）と接続する電源線ＶＣＣに接続され、他端が、給電ソケット２の高位端子（以下「Ｈ端子」という）２Ａに接続されている。

なお、給電ソケット２は、給電ブロックに該当する機能ブロック３０に接続されるＨ端子２Ａと、バッテリ１の負極に接続する接地線ＧＮＤに接続される低位端子（以下「Ｌ端子」という）２Ｂを備え、Ｈ端子２ＡとＬ端子２Ｂの間に負荷装置の接続プラグが差し込み可能となっている。

第１の制御部４０は、電源線ＶＣＣと接地線ＧＮＤ間に接続され、バッテリ１から電力が供給され、バッテリ１からの、機能ブロック群２０の各機能ブロック３０への電力供給を制御する。

具体的には、第１の制御部４０は、機能ブロック群２０への電力供給が停止されているときに、給電ソケット２への負荷装置の接続の有無を検出する。そして、給電ソケット２への負荷装置の接続を検出したときに、機能ブロック群２０への電力供給を開始する。

また、第１の制御部４０は、機能ブロック群２０へ電力が供給されているときに、給電ソケット２からの負荷装置の取外しの有無を検出する。そして、給電ソケット２から負荷装置が外されたことを検出したときに、機能ブロック群２０への電力供給を停止する。

車載電力供給装置１０によれば、給電ソケットへの負荷装置の着脱状態に応じて、動作時に電力を消費する機能ブロック群２０の各機能ブロック３０への電力供給を制御することにより、給電ソケットに負荷装置が接続されていないときに生じる車載バッテリの無駄な消費を回避することができる。

＜第２の実施の形態＞
図２は、第２の実施の形態にかかる車載電力供給装置１００を示す。図面の煩雑さを避けるために、図２において、一部の構成要素に対して符号の付与をしていない。これらの構成要素は、その形状により当業者が常識として認識する種類を示す。

車載電力供給装置１００は、図示しない車載バッテリと、給電ソケットの一例となるシガーソケット１０３との間に設けられている。車載電力供給装置１００は、車載バッテリの正電極と負電極に夫々接続するための電源端子１０１とＧＮＤ端子１０２、第３の制御部１１０、第２の制御部１２０、スイッチ部１３０、電圧監視部１４０、第１の制御部１５０、電流監視部１６０、ドライバー部１７０、給電部１８０、表示部１９０を備える。

これらの構成要素のうち、第１の制御部１５０は、第１の実施の形態にかかる車載電力供給装置１０における第１の制御部４０に対応し、第３の制御部１１０、第２の制御部１２０、スイッチ部１３０、電圧監視部１４０、電流監視部１６０、ドライバー部１７０、給電部１８０、表示部１９０は、車載電力供給装置１０における機能ブロック群２０の各機能ブロック３０に夫々対応する。

ここで、車載電力供給装置１００の各構成要素を具体的に説明する。なお、以下において、特別な説明がある場合を除き、電源端子１０１とＧＮＤ端子１０２が、車載バッテリの正極と負極に夫々接続され、電源端子１０１にバッテリ電圧（例えば１２Ｖ）が印加されているとする。また、図２において、内部グランド配線ＧＮＤＦに接続された各素子は、内部グランド配線ＧＮＤＦから低位側電源が供給され、電源線ＶＣＣから高位側電源が供給されるが、図面の煩雑さをさけるために、これらの素子の一部について、高位側電源への接続線を省略している。

＜給電部１８０＞
給電部１８０は、車載バッテリから、シガーソケット１０３に接続された負荷装置への電力供給を実行するものであり、メインＭＯＳＦＥＴ（以下「メインＭＯＳ」という）１８２により構成される。

メインＭＯＳ１８２は、ドレインが電源線ＶＣＣに接続されており、ソースがシガーソケット１０３のＨ端子１０３Ａに接続されている。メインＭＯＳ１８２のゲートは、スイッチ部１３０に含まれる抵抗Ｒ９を介して、第２の制御部１２０に含まれるダイオードＤ２の出力に接続されている。

メインＭＯＳ１８２のオン／オフは、第１の制御部１５０及び第２の制御部１２０により制御される。メインＭＯＳ１８２がオンしているときには、シガーソケット１０３へ電力が供給され、メインＭＯＳ１８２がオフしているときには、シガーソケット１０３への電力が供給されない。

＜第１の制御部１５０＞
第１の制御部１５０は、シガーソケット１０３への負荷装置の着脱状態に応じて他の各機能ブロックへの電力供給を制御するものであり、装着制御部１５２、取外制御部１５４を有する。

装着制御部１５２は、Ｐチャネル型トランジスタＰ１、Ｎチャネル型トランジスタＮ１、抵抗Ｒ１を有する。

Ｐチャネル型トランジスタＰ１は、ソースが電源線ＶＣＣに接続され、ドレインが、Ｎチャネル型トランジスタＮ１のゲート及び抵抗Ｒ１に接続されている。また、Ｐチャネル型トランジスタＰ１のゲートは、シガーソケット１０３のＨ端子１０３Ａに接続されている。

Ｎチャネル型トランジスタＮ１は、ソースが接地線ＧＮＤに接続され、ドレインが車載電力供給装置１００の内部グランド配線ＧＮＤＦに接続されている。また、Ｎチャネル型トランジスタＮ１のゲートは、Ｐチャネル型トランジスタＰ１のドレイン及び抵抗Ｒ１に接続されている。

抵抗Ｒ１は、一端がＰチャネル型トランジスタＰ１及びＮチャネル型トランジスタＮ１のゲートに接続され、他端が接地線ＧＮＤに接続されている。

第１の制御部１５０の取外制御部１５４は、Ｎチャネル型トランジスタＮ２、抵抗Ｒ２、Ｎチャネル型トランジスタＮ３、Ｐチャネル型トランジスタＰ２、コンパレータＣＰ１、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４を備える。

コンパレータＣＰ１は、非反転入力端子（＋入力端子）が抵抗Ｒ３を介して電源線ＶＣＣに接続されており、反転入力端子（−入力端子）が基準電圧ＶＦ１に接続されている。この基準電圧ＶＦ１が例えば１１.９９９Ｖであるとする。また、コンパレータＣＰ１の出力ノードが、Ｘ１である。出力ノードＸ１と電源線ＶＣＣの間に抵抗Ｒ４が接続されている。

Ｎチャネル型トランジスタＮ３は、ゲートが出力ノードＸ１に接続され、ソースが接地線ＧＮＤに接続されている。また、Ｎチャネル型トランジスタＮ３のドレインは、接続ノードＸ２を介してＰチャネル型トランジスタＰ２のドレインに接続されている。

Ｐチャネル型トランジスタＰ２は、ゲートが出力ノードＸ１に接続され、ソースが電源線ＶＣＣに接続され、ドレインが接続ノードＸ２を介してＮチャネル型トランジスタＮ３のドレインに接続されている。

第１の制御部１５０の動作を説明する。
シガーソケット１０３に負荷装置が接続されると、装着制御部１５２は、それを検出して、フローティングの状態にある内部グランド配線ＧＮＤＦを接地線ＧＮＤに接続する。

具体的には、シガーソケット１０３のＨ端子１０３ＡとＬ端子１０３Ｂ間に負荷装置の接続フラグが差し込まれる時点では、給電部１８０のメインＭＯＳ１８２がオフしているため、シガーソケット１０３のＨ端子１０３Ａのレベルは、負荷装置を介してＧＮＤレベルまで下降している。

従って、装着制御部１５２のＰチャネル型トランジスタＰ１がオンし、続いて、Ｎチャネル型トランジスタＮ１もオンする。その結果、内部グランド配線ＧＮＤＦは、接地線ＧＮＤと接続され、各制御部への電力供給が開始される。つまり、装着制御部１５２のＰチャネル型トランジスタＰ１は、シガーソケット１０３に負荷装置が接続された検出して、車載電力供給装置１００を起動するスイッチの役割を果たしている。

一方、取外制御部１５４におけるコンパレータＣＰ１の非反転入力端子のレベルは基準電圧ＶＦ１より低くなっているため、出力ノードＸ１がローレベルになる。Ｐチャネル型トランジスタＰ２とＮチャネル型トランジスタＮ３がインバータを構成しており、該インバータの出力ノード（すなわち接続ノードＸ２）は、ハイレベルになる。その結果、、Ｎチャネル型トランジスタＮ２がオンし、内部グランド配線ＧＮＤＦは、Ｎチャネル型トランジスタＮ２を介しても接地線ＧＮＤと接続される。

内部グランド配線ＧＮＤＦが接地線ＧＮＤに接続されると、各機能ブロックがＧＮＤに接続されるため、各機能ブロックに電流が流れ、これらの機能ブロックは、動作を開始する。従って、メインＭＯＳ１８２のオン／オフ制御が開始する。まず、第２の制御部１２０が動作を開始し、メインＭＯＳ１８２のゲートにゲート電圧が供給され、メインＭＯＳ１８２がオンする。これにより、シガーソケット１０３に接続された負荷装置へ電力が供給される。

ところで、負荷装置に対して正常に電圧供給されているとき、給電部１８０におけるメインＭＯＳ１８２のゲートには、第２の制御部１２０のチャージポンプ１２２から昇圧電圧が印加されるため、メインＭＯＳ１８２のオン抵抗は、十分低くなる（例えば１０ｍΩ）。このとき、メインＭＯＳ１８２に流れる電流によって、シガーソケット１０３のＨ端子１０３Ａの電位は、電源線ＶＣＣの電位からメインＭＯＳ１８２の電圧降下分（ドレイン・ソース間電圧）だけ低いレベルになる。例えば、メインＭＯＳ１８２に０.５Ａの電流が流れた場合、メインＭＯＳ１８２の電圧降下は、０.００５Ｖ（０.５Ａ×１０ｍΩ）となる。電源線ＶＣＣの電位を１２Ｖとすると（第３の制御部１１０におけるＮチャネル型トランジスタＮ５の電圧降下分が無視できる場合）、シガーソケット１０３のＨ端子１０３Ａの電位は、１１.９９５Ｖ（１２Ｖ−０.００５Ｖ）となる。基準電圧ＶＦ１の電圧値は、メインＭＯＳ１８２が正常にオンしているときのＨ端子１０３Ａの電位よりも高く、電源線ＶＣＣの電位よりも低くする必要がある。図２の例では基準電圧ＶＦ１は１１.９９９Ｖと設定されている。負荷装置に正常に電圧供給されているときは、コンパレータＣＰ１はローレベルを出力するように基準電圧ＶＦ１が設定されているので、ＧＮＤＦはＮチャネル型トランジスタＮ２により接地線ＧＮＤに接続され続ける。

ここで、装着制御部１５２のＰチャネル型トランジスタＰ１は、ゲート−ソース間電圧が０．００５Ｖ（１２Ｖ−１１．９９５Ｖ）に低下し、しきい値未満となるため、オフする。従って、Ｎチャネル型トランジスタＮ１がオフし、Ｎチャネル型トランジスタＮ１を介する内部グランド配線ＧＮＤＦ−接地線ＧＮＤ間接続経路は切断される。つまり、内部グランド配線ＧＮＤＦと接地線ＧＮＤ間の接続経路は、Ｎチャネル型トランジスタＮ２が単独で維持する。

一方、負荷装置が接続されたまま、例えば第２の制御部１２０によりメインＭＯＳ１８２がオフされた場合、負荷装置が接続されているため、シガーソケット１０３のＨ端子１０３Ａの電位はローレベルになる。従って、コンパレータＣＰ１がローレベルを出力し、内部グランド配線ＧＮＤＦは、Ｎチャネル型トランジスタＮ２により接地線ＧＮＤに接続され続ける。また、装着制御部１５２のＰチャネル型トランジスタＰ１がオンするので、Ｎチャネル型トランジスタＮ１がオンし、内部グランド配線ＧＮＤＦと接地線ＧＮＤは、Ｎチャネル型トランジスタＮ１を介しても接続される。

負荷装置がシガーソケット１０３から外されたとき、シガーソケット１０３のＨ端子１０３Ａの電圧レベルは、電源線ＶＣＣのレベル（例えば１２Ｖ）まで上昇する。Ｈ端子１０３ＡがコンパレータＣＰ１の非反転入力端子（+入力端子）に接続されているため、コンパレータＣＰ１の非反転入力端子に印加された電圧は、反転入力端子（−入力端子）に印加された基準電圧ＶＦ１（前述したように例えば１１.９９９Ｖ）を超える。その結果、コンパレータＣＰ１の出力ノードＸ１にはハイレベルが出力される。出力ノードＸ１のレベルはインバータ（ｐチャネル型トランジスタＰ２及びｎチャネル型トランジスタＮ３）により反転され、接続ノードＸ２にはローレベルが出力される。そのため、Ｎチャネル型トランジスタＮ２がオフする。一方、装着制御部１５２のＰチャネル型トランジスタＰ１がオフするので、Ｎチャネル型トランジスタＮ１もオフする。従って、内部グランド配線ＧＮＤＦが、接地線ＧＮＤから切り離され、フローティング状態になる。これにより、車載電力供給装置１００の機能ブロック群に含まれる各機能ブロックに流れる電流がゼロとなる。これにより、車載電力供給装置１００の電力消費もゼロとなる。

このように、第１の制御部１５０は、車載電力供給装置１００の機能ブロックへの電力供給が停止されているときに、シガーソケット１０３への負荷装置の接続を検出すると共に、シガーソケット１０３に負荷装置が接続されたことを検出したときに、機能ブロック群への電力供給を開始するように制御する。また、車載電力供給装置１００の機能ブロック群へ電力が供給されているときに、シガーソケット１０３からの負荷装置の取外しを検出すると共に、シガーソケット１０３から負荷装置が外されたことを検出したときに、機能ブロック群への電力供給を停止するように制御する。

こうすることにより、シガーソケット１０３に負荷装置が接続されていないときに生じる車載バッテリの無駄な消費を回避することができる。

＜表示部１９０＞
表示部１９０は、複数（ここでは例として４つ）のＬＥＤ電球１９２を有し、ＬＥＤ電球１９２が点灯するか否か、どのＬＥＤ電球１９２が点灯するかは、ドライバー部１７０により制御される。なお、これらのＬＥＤ電球１９２は、運転席の近くのダッシュボードに設けられており、運転者は、これらのＬＥＤ電球１９２の点灯／消灯を確認することができる。後述の説明で分かるが、いずれＬＥＤ電球１９２が点灯するかは、シガーソケット１０３に流れる電流の大きさにより決まる。

＜ドライバー部１７０＞
ドライバー部１７０は、表示部１９０の各ＬＥＤ電球１９２の点灯／消灯を制御するためのものであり、定電流源１７２とＰチャネル型トランジスタ１７４を備える。なお、定電流源１７２とＰチャネル型トランジスタ１７４は、ＬＥＤ電球１９２の数と同数（ここでは４つ）が設けられているが、図示の便宜のために、１セットのみ図示されている。

定電流源１７２は、電源線ＶＣＣとＰチャネル型トランジスタ１７４のソース間に設けられており、Ｐチャネル型トランジスタ１７４を介してＬＥＤ電球１９２に定電流を供給する。

Ｐチャネル型トランジスタ１７４は、対応するＬＥＤ電球１９２の駆動トランジスタであり、ソースが定電流源１７２に接続され、ドレインが該ＬＥＤ電球１９２に接続されている。Ｐトランジスタ１７４のゲートは、電流監視部１６０におけるロジック部１６４の出力に接続されていると共に、抵抗を介して電源線ＶＣＣにも接続されている。Ｐチャネル型トランジスタ１７４は、ロジック部１６４からの信号により制御され、該信号のハイ／ロウに応じて、対応するＬＥＤ電球の点灯または消灯を行う。

＜電流監視部１６０＞
電流監視部１６０は、メインＭＯＳ１８２に流れる電流の大きさを監視し、監視結果をドライバー部１７０と第２の制御部１２０に出力する。図示のように、電流監視部１６０は、センスＭＯＳＦＥＴ（以下「センスＭＯＳ」という）１６２、ロジック部１６４、複数（図示の例では４つ）のコンパレータを有するコンパレータ群１６６、コンパレータＣＰ２、Ｐチャネル型トランジスタＰＳ及び抵抗ＲＳを備える。

センスＭＯＳ１６２は、ドレインが電源線ＶＣＣに接続されており、ソースがＰチャネル型トランジスタＰＳのソースと、コンパレータＣＰ２の反転入力端子（−入力端子）に接続されている。また、センスＭＯＳ１６２のゲートは、メインＭＯＳ１８２のゲートと同様に、スイッチ部１３０の抵抗Ｒ９を介して第２の制御部１２０のダイオードＤ２の出力に接続される。センスＭＯＳ１６２のオン／オフも、第１の制御部１５０と第２の制御部１２０により制御される。

センスＭＯＳ１６２は、メインＭＯＳ１８２とはデバイス構造が同様であり、ゲート幅（ＭＯＳＦＥＴセルの数）が異なる。例えば、センスＭＯＳ１６２に、メインＭＯＳ１８２の１０００分の１の電流を流すように、センスＭＯＳ１６２が構成されている。センスＭＯＳ１６２に流れる電流は、Ｐチャネル型トランジスタＰＳを介して抵抗ＲＳに流れる。抵抗ＲＳは、センスＭＯＳ１６２に流れる電流を電圧に変換する。

コンパレータＣＰ２は、非反転入力端子がシガーソケット１０３のＨ端子１０３Ａに接続され、反転入力端子がセンスＭＯＳ１６２とＰチャネル型トランジスタＰＳとの接続ノードに接続され、出力がＰチャネル型トランジスタＰＳのゲートに接続されている。

Ｐチャネル型トランジスタＰＳは、ソースがセンスＭＯＳ１６２のドレインに接続され、ドレインがコンパレータ群１６６の各コンパレータの非反転入力端子及び抵抗ＲＳに接続されている。また、Ｐチャネル型トランジスタＰＳのゲートは、コンパレータＣＰ２の出力に接続されている。

コンパレータＣＰ２は、反転入力端子と非反転入力端子の電位が等しくなるようにＰチャネル型トランジスタＰＳを制御する。これにより、センスＭＯＳ１６２のソース電位がメインＭＯＳ１８２のソース電位に等しくなるように制御され、メインＭＯＳ１８２に流れる電流に対応する電流をセンスＭＯＳ１６２に流すことができる。

コンパレータ群１６６の各コンパレータに対して、互いに異なる基準電圧ＶＳが夫々設定されている。

センスＭＯＳ１６２に流れる電流は、抵抗ＲＳにより電圧に変換されて、コンパレータ群１６６の各コンパレータの非反転入力端子に夫々入力され、該コンパレータに対して設定された基準電圧ＶＳと比較される。

コンパレータ群１６６の各コンパレータは、比較結果をロジック部１６４に出力する。これらの比較結果は、シガーソケット１０３に流れる電流の大きさを示すものである。

ロジック部１６４は、コンパレータ群１６６の各コンパレータの比較結果、すなわちシガーソケット１０３に流れる電流の大きさに基づいて、ドライバー部１７０と第２の制御部１２０に信号を出力する。

ロジック部１６４からドライバー部１７０に出力する信号は、どのＬＥＤ電球１９２を点灯させるかを、ドライバー部１７０におけるＰチャネル型トランジスタ１７４を制御するためのものである。例えば、シガーソケット１０３に流れる電流が、最小の電流閾値未満である場合には、ロジック部１６４は、どのＬＥＤ電球１９２も点灯させないように制御する。一方、シガーソケット１０３に流れる電流が、最小の電流閾値以上、２番目に小さい電流閾値未満である場合には、４つのＬＥＤ電球１９２のうちの第１のＬＥＤ電球１９２を点灯させるように、対応するＰチャネル型トランジスタ１７４をオンさせる。

コンパレータ群１６６の４つのコンパレータに対して夫々設定された４つの基準電圧ＶＳのうちの最大値は、シガーソケット１０３に流れる電流の上限値に対応する。コンパレータ群１６６からの比較結果が、シガーソケット１０３に流れる電流がこの電流上限値を超えたことを示すときに、対応するＬＥＤ電球１９２を点灯させるように当該Ｐチャネル型トランジスタ１７４をオンすると共に、第２の制御部１２０に出力する信号を、過電流が検出されたことを示すハイレベルにする。後の説明で分かるが、これに応じて、第２の制御部１２０は、機能ブロック群への電力供給を停止する。

＜電圧監視部１４０＞
電圧監視部１４０は、電源線ＶＣＣ上の電圧すなわち車載バッテリの出力電圧を監視するものであり、コンパレータＣＰ３を備える。コンパレータＣＰ３の非反転入力端子は、ダイオードＤ３と抵抗Ｒ５の間に接続されており、ダイオードＤ３は電源線ＶＣＣと接続され、抵抗Ｒ５は内部グランド配線ＧＮＤＦと接続されている。ダイオードＤ３は、ツェナーダイオードであり、そのブレークダウン電圧が車載バッテリの正常出力電圧（ここでは１２Ｖ）より高い値（例えば１８Ｖ）になっている。

また、コンパレータＣＰ３の反転入力端子には、基準電圧ＶＦ２が供される。この基準電圧ＶＦ２は、例えば０．５Ｖに設定されている。

バッテリ電圧が高くなり過ぎたり、電源線ＶＣＣ上にサージ電圧が発生すると、ダイオードＤ３がブレークダウンし、ダイオードＤ３と抵抗Ｒ５間のノードの電位が基準電圧ＶＦ２以上になると、コンパレータＣＰ３の出力が異常を示すハイレベルになる。ここでは、例として、ダイオードＤ３のブレークダウン電圧が１８Ｖであり、基準電圧ＶＦ２が０.５Ｖであるため、電源線ＶＣＣ上の電圧が１８.５Ｖ以上になると車載バッテリの出力電圧が異常である判断される。

なお、電源線ＶＣＣ上の電圧が正常である場合には、ダイオードＤ３がブレークダウンせず、コンパレータＣＰ３の非反転入力がＧＮＤＦのレベルであるため、コンパレータＣＰ３の出力は正常を示すローレベルである。

コンパレータＣＰ３の出力は、第２の制御部１２０に供される。後の説明で分かるが、コンパレータＣＰ３の出力がハイレベルになると、第２の制御部１２０は、メインＭＯＳ１８２をオフするための動作を開始する。

＜第２の制御部１２０＞
第２の制御部１２０は、チャージポンプ１２２とロジック部１２６を備える。
チャージポンプ１２２は、例として、２倍昇圧のチャージポンプである。チャージポンプ１２２において、Ｐチャネル型トランジスタＰ３は、ソースが電源線ＶＣＣに接続され、ゲートがロジック部１２６に接続されている。また、Ｐチャネル型トランジスタＰ３のドレインは、ダイオードＤ１及びコンデンサを介してリングオシレータ１２４（ＮＯＲゲートとインバータ２つの閉回路）の出力に接続されている。ダイオードＤ１とコンデンサの接続ノードには、ダイオードＤ２が接続されており、ダイオードＤ２の出力は、スイッチ部１３０の抵抗Ｒ９を介して、メインＭＯＳ１８２及びセンスＭＯＳ１６２のゲートに接続されている。また、チャージポンプ１２２において、抵抗Ｒ８は、一端が電源線ＶＣＣに接続され、他端がロジック部１２６に接続される。

チャージポンプ１２２は、ロジック部１２６からの信号がハイレベルになると、チャージポンプ１２２のＰチャネル型トランジスタＰ３がオフし、電源線ＶＣＣからチャージポンプ１２２への電流供給が遮断される。また、チャージポンプ１２２のリングオシレータ１２４のＮＯＲゲートにハイレベルが入力されるため、リングオシレータ１２４は、発振を停止する。その結果、チャージポンプ１２２が動作を停止し、ダイオードＤ２を介してのメインＭＯＳ１８２へのゲート電荷の供給も停止される。同時に、スイッチ部１３０のＮチャネル型トランジスタＮ６がオンするため、メインＭＯＳ１８２のゲート電荷は、抵抗Ｒ９とＮチャネル型トランジスタＮ６を介して接地線ＧＮＤに放電される。

ロジック部１２６は、電源線ＶＣＣと内部グランド配線ＧＮＤＦ間に接続され、電流監視部１６０からの信号が異常（過電流が検出されたこと）を示すハイレベルになったときと、電圧監視部１４０からの信号が異常（電源線ＶＣＣの過電圧が検出されたこと）を示すハイレベルになったときに、チャージポンプ１２２にハイレベル信号を出力することによりチャージポンプ１２２をオフする。

チャージポンプ１２２は、ロジック部１２６からの信号がハイレベルになると、チャージポンプ１２２のＰチャネル型トランジスタＰ３がオフし、電源線ＶＣＣからチャージポンプ１２２への電流供給が遮断される。また、チャージポンプ１２２のリングオシレータ１２４のＮＯＲゲートにハイレベルが入力されるため、リングオシレータ１２４は、発振を停止する。その結果、チャージポンプ１２２が動作を停止し、ダイオードＤ２を介してのメインＭＯＳ１８２へのゲート電荷の供給も停止される。同時に、スイッチ部１３０のＮチャネル型トランジスタＮ６がオンするため、メインＭＯＳ１８２のゲート電荷は、抵抗Ｒ９とＮチャネル型トランジスタＮ６を介して接地線ＧＮＤに放電される。

従って、シガーソケット１０３に流れる電流が電流上限値を超えたときや、電源線ＶＣＣ上の電圧が電圧上限値を超えたときに、メインＭＯＳ１８２は、オフされる。

過電流と過電圧が検出されていない正常動作時には、ロジック部１２６がローレベルを出力するため、リングオシレータ１２４は動作をし、Ｎチャネル型トランジスタＮ６はオフしている。

ここで、電流監視部１６０、ドライバー部１７０及び表示部１９０、電圧監視部１４０、第２の制御部１２０の意義を説明する。

上述したように、電流監視部１６０がシガーソケット１０３に流れる電流の大きさを監視し、監視結果をドライバー部１７０に出力する。ドライバー部１７０は、電流監視部１６０が得られた監視結果に応じて表示部１９０に含まれるＬＥＤ電球１９２の点灯／消灯を制御する。

近年、ポータブルナビゲーション装置やレーダー探知機、ドライブレコーダ、ＬＥＤライト、携帯端末、パーソナルコンピュータなど、自動車に設けられた給電ソケット（例えばシガーソケット）に接続され、車載バッテリから電力が供給されるアクセサリが多様化しており、給電ソケットを増設するアダプタも登場している。そのため、給電ソケットに流れる電流が給電ソケットの電流容量を超えることに起因してヒューズが溶断し、全てのアクセサリが使用できなくなることが発生する。また、給電ソケットに流れる電流が過大になることは、アクセサリの故障を招くこともある。

本実施の形態において、ドライバー部１７０と表示部１９０は、電流の大きさを運転者に通知する通知部として機能し、シガーソケット１０３に流れる電流の大きさに応じて段階的にＬＥＤ電球１９２を点灯させる。これにより、運転者は、シガーソケット１０３に流れている電流の大きさを把握できるため、電流の大きさに応じて、シガーソケット１０３に接続されたアクセサリの数を減らしたりするなどの措置をとり、ヒューズの溶断やアクセサリの故障を回避することができる。

また、本実施の形態において、シガーソケット１０３に流れる電流が電流上限値を超えたときに、第２の制御部１２０は、車載電力供給装置１００の機能ブロック群への電力供給を停止する。これにより、運転者が上述した措置を取らなかった場合にも、ヒューズの溶断やアクセサリの故障を防ぐことができる。

また、本実施の形態の車載電力供給装置１００において、電圧監視部１４０は電源線ＶＣＣ上の電圧を監視し、第２の制御部１２０は、電源線ＶＣＣ上の電圧が電圧上限値を超えたときに、車載電力供給装置１００の機能ブロック群への電力供給を停止する。こうすることにより、車載バッテリの出力電圧が過大になり過ぎたり、サージ電圧が生じたりすることに起因する車載バッテリの破壊を防ぎ、車載バッテリを保護することができる。

＜第３の制御部１１０＞
ここまで、車載電力供給装置１００と車載バッテリが正しく接続されている場合において、第２の制御部１２０、機能ブロック群（スイッチ部１３０、電圧監視部１４０、第１の制御部１５０、電流監視部１６０、ドライバー部１７０、給電部１８０、表示部１９０）の動作を説明した。車載電力供給装置１００と車載バッテリが正しく接続されているとは、電源端子１０１が車載バッテリの正端子、ＧＮＤ端子１０２が車載バッテリの負端子に接続されていることを意味する。この場合、電源線ＶＣＣに車載バッテリの電源電圧が印加され、接地線ＧＮＤに接地電圧が印加される。

ところで、車載バッテリの交換時などにおいて、車載バッテリと車載電力供給装置１００の再接続を行う際に、作業者の手違いで、電源端子１０１が車載バッテリの負端子、ＧＮＤ端子１０２が車載バッテリの正端子に接続されるように、所謂逆接続がされる可能性がある。この場合、何ら保護措置もないと、シガーソケット１０３に接続された負荷装置が故障してしまう恐れがある。

第３の制御部１１０は、この問題を解決するためのものであり、車載バッテリと車載電力供給装置１００が逆接続されているときに、車載電力供給装置１００全体への電力供給を遮断する。

第３の制御部１１０において、Ｎチャネル型トランジスタＮ５は、電源線ＶＣＣを２分する態様で電源線ＶＣＣに接続される。以下、Ｎチャネル型トランジスタＮ５により２分された電源線ＶＣＣについて、電源端子１０１に直接された片方を「電源端子１０１側の電源線ＶＣＣ」といい、他方を「車載電力供給装置１００側の電源線ＶＣＣ」という。

図２に示すように、Ｎチャネル型トランジスタＮ５は、ソースが、電源端子１０１側の電源線ＶＣＣに接続され、ドレインが、車載電力供給装置１００側の電源線ＶＣＣに接続される。また、Ｎチャネル型トランジスタＮ５のゲートは、Ｎチャネル型トランジスタＮ４のドレインと抵抗Ｒ７の接続ノードに接続される。

ダイオードＤ５は、入力側が車載電力供給装置１００側の電源線ＶＣＣに接続され、出力側がコンデンサを介してリングオシレータ１１２（直列に接続された３つのコンパレータからなる閉回路）の出力に接続される。ダイオードＤ４は、入力側が、ダイオードＤ５とコンデンサの接続ノードに接続され、出力側が、抵抗Ｒ７を介してＮチャネル型トランジスタＮ５のゲートとＮチャネル型トランジスタＮ４のドレインに接続される。

Ｎチャネル型トランジスタＮ４は、ソースが電源端子１０１側の電源線ＶＣＣに接続され、ゲートが抵抗Ｒ６を介して接地線ＧＮＤに接続される。また、Ｎチャネル型トランジスタＮ４のドレインは、Ｎチャネル型トランジスタＮ５のゲートに接続されると共に、抵抗Ｒ７を介してダイオードＤ４の出力に接続される。

車載バッテリと車載電力供給装置１００とが正常に接続されているとき、Ｎチャネル型トランジスタＮ４のゲートにＧＮＤレベルが印加されるため、Ｎチャネル型トランジスタＮ４はオフする。そのため、Ｎチャネル型トランジスタＮ５の寄生ダイオードを介して車載電力供給装置１００側の電源線ＶＣＣに電流が流れ始め、第３の制御部１１０のチャージポンプ（リングオシレータ１１２とコンデンサ）が昇圧動作を開始する。Ｎチャネル型トランジスタＮ５のゲート電圧がチャージポンプにより十分昇圧されれば、Ｎチャネル型トランジスタＮ５のオン抵抗は十分低くなる（例えば１０ｍΩ程度）。これにより、車載バッテリから車載電力供給装置１００へ電力が供給される。

一方、車載バッテリと車載電力供給装置１００とが逆接続されている場合には、電源端子１０１側の電源線ＶＣＣに０Ｖ、接地線ＧＮＤに１２Ｖが印加されるため、Ｎチャネル型トランジスタＮ４がオンし、Ｎチャネル型トランジスタＮ５のゲート・ソース間が短絡するので、Ｎチャネル型トランジスタＮ５はオフする。従って、車載電力供給装置１００側の電源線ＶＣＣはフローティングとなり、第２の制御部１２０〜表示部１９０に電流が流れることは無く、シガーソケット１０３が保護される。シガーソケット１０３に負荷装置が接続されていたとしても、シガーソケット１０３のＨ端子１０３Ａと１０３Ｂ間に電流が流れないので、負荷装置も保護される。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、図２に示す車載電力供給装置１００の第２の制御部１２０におけるチャージポンプ１２２が、例として２倍昇圧のチャージポンプであるが、チャージポンプ１２２は、この例に限られず、種々な変形が可能である。

また、車載電力供給装置１００において、電流監視部１６０におけるコンパレータＣＰ２とＰチャネル型トランジスタＰＳは、センスＭＯＳ１６２のソース電位がメインＭＯＳ１８２のソース電位と等しくなるように調整する回路である。コンパレータＣＰ２とＰチャネル型トランジスタＰＳを設けることにより、抵抗ＲＳにはメインＭＯＳ１８２に流れる電流と相似の電流が流れ、メインＭＯＳ１８２に流れる電流すなわちシガーソケット１０３に流れる電流を正確にモニタできる。シガーソケット１０３に流れる電流の監視精度がそれほど高くなくとも問題が無い場合には、コンパレータＣＰ２及びＰチャネル型トランジスタＰＳを設けなくても良い。

また、車載電力供給装置１００において、ＬＥＤ電球の点灯／消灯により給電ソケットに流れる電流量を運転者に通知しているが、音声や、音声とＬＥＤ表示の組合せによる通知であってもよい。視覚的な通知でも、ＬＥＤ電球の点灯／消灯に限らず、給電ソケットに流れる電流量を液晶パネルなどに数値で表示するようにしてもよい。また、音声や表示による通知の際において、電流量そのもの以外に、「接続されたアクセサリの数が多すぎる。減らしてください」などのメッセージも入れてもよい。また、給電部１８０の負荷装置への電力供給を実行する出力トランジスタとして、メインＭＯＳＦＥＴ１８２を例示したが、ＭＯＳＦＥＴに限らず、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いても良い。

１ バッテリ
２ 給電ソケット
２Ａ Ｈ端子
２Ｂ Ｌ端子
１０ 車載電力供給装置
２０ 機能ブロック群
３０ 機能ブロック
４０ 第１の制御部
１００ 車載電力供給装置
１０１ 電源端子
１０２ ＧＮＤ端子
１０３ シガーソケット
１０３Ａ Ｈ端子
１０３Ｂ Ｌ端子
１１０ 第３の制御部
１１２ リングオシレータ
１２０ 第２の制御部
１２２ チャージポンプ
１２４ リングオシレータ
１２６ ロジック部
１３０ スイッチ部
１４０ 電圧監視部
１５０ 第１の制御部
１５２ 装着制御部
１５４ 取外制御部
１６０ 電流監視部
１６２ センスＭＯＳＦＥＴ
１６４ ロジック部
１６６ コンパレータ群
１７０ ドライバー部
１７２ 定電流源
１７４ Ｐトランジスタ
１８０ 給電部
１８２ メインＭＯＳＦＥＴ
１９０ 表示部
１９２ ＬＥＤ電球
ＣＰ１〜ＣＰ３ コンパレータ
Ｄ１〜Ｄ５ ダイオード
Ｎ１〜Ｎ６ Ｎチャネル型トランジスタ
Ｐ１〜Ｐ３、ＰＳ Ｐチャネル型トランジスタ
Ｒ１〜Ｒ９、ＲＳ 抵抗
ＧＮＤ 接地線
ＧＮＤＦ 内部グランド配線
ＶＣＣ 電源線
ＶＦ１、ＶＦ２、ＶＳ 基準電圧
Ｘ１ 出力ノード
Ｘ２ 接続ノード

Claims (5)

1. 自動車に搭載されたバッテリと給電ソケットとの間に設けられ、前記給電ソケットを介して該給電ソケットに接続された負荷装置に電力を供給するための車載電力供給装置であって、
   前記バッテリから電力が供給されている際に動作する１つ以上の機能ブロックを有する機能ブロック群と、
   前記バッテリから電力が供給され、該バッテリから前記機能ブロック群への電力供給を制御する第１の制御部とを有し、
   該第１の制御部は、
   前記機能ブロック群への電力供給が停止されているときに、前記給電ソケットへの負荷装置の接続を検出すると共に、前記給電ソケットに負荷装置が接続されたことを検出したときに、前記機能ブロック群への電力供給を開始し、
   前記機能ブロック群へ電力が供給されているときに、前記給電ソケットからの負荷装置の取外しを検出すると共に、前記給電ソケットから負荷装置が外されたことを検出したときに、前記機能ブロック群への電力供給を停止する、
   車載電力供給装置。
2. 前記機能ブロック群は、
   前記給電ソケットに流れる電流を監視する電流監視部と、
   前記電流監視部の監視結果が示す前記電流の大きさに応じた通知を乗車者に行う通知部とを含む、
   請求項１に記載の車載電力供給装置。
3. 前記機能ブロック群は、
   前記電流監視部により、前記給電ソケットに流れる電流が所定の電流上限値を超えたことを検出したときに、前記機能ブロック群への電力供給を停止する第２の制御部をさらに備える、
   請求項２に記載の車載電力供給装置。
4. 前記車載電力供給装置を前記バッテリの第１の電極と第２の電極に夫々接続するための第１の端子と第２の端子をさらに備え、
   前記機能ブロック群は、
   前記第１の端子が前記第１の電極に接続され、前記第２の端子が前記第２の電極に接続されたときを除き、前記バッテリから前記車載電力供給装置全体への電力供給を遮断する第３の制御部をさらに備える、
   請求項１に記載の車載電力供給装置。
5. 前記機能ブロック群は、
   前記バッテリの出力電圧を監視する電圧監視部と、
   前記電圧監視部により、前記バッテリの出力電圧が所定の電圧上限値を超えたことを検出したときに、前記機能ブロック群への電力供給を停止する第２の制御部をさらに備える、
   請求項１に記載の車載電力供給装置。

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