JP2014230396A

JP2014230396A - 過電流保護回路、電子制御ユニット

Info

Publication number: JP2014230396A
Application number: JP2013108252A
Authority: JP
Inventors: 学上原; Manabu Uehara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2014-12-08
Also published as: US20140347774A1

Abstract

【課題】負荷を過電流から適切に保護する負荷電流保護回路を提供すること。
【解決手段】負荷１４を過電流から保護する過電流保護回路１００であって、規定電流以上の負荷電流が規定時間以上、流れることを負荷電流の遮断条件とする負荷電流遮断条件を２つ以上規定する負荷電流遮断条件規定部２５，２７、２９と、複数の前記負荷電流遮断条件の１つ以上で規定電流以上の負荷電流が規定時間以上、流れたことを検出する検出手段３０と、前記負荷電流遮断条件が１つでも満たされたことを前記検出手段が検出した場合、負荷電流を遮断する負荷電流遮断部１３１と、を有することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、負荷を過電流から保護する過電流保護回路等に関する。

電気的に制御される負荷の種類や数が増大しており、より精度の高い電流監視が求められている。従来から、各種の電気回路や基板を定格以上の大電流から保護し、過熱などを未然に防ぐため、ヒューズ（チップヒューズ）が配置されることがある。ヒューズは、定格電流より大きな電流が流れると電流値に応じた溶断時間で溶断することで過電流が流れることを防ぐ。

図１は、ヒューズ特性の一例を示す図である。負荷電流と溶断時間の関係が図示されているが、数値は一例である。ヒューズは、電流が流れるとジュール熱によってヒューズ膜の温度が上昇し、溶融温度に達すると溶け始めやがて負荷電流を切断する。このため、ヒューズが溶断するにはある程度の時間がかかり、また、図示するように負荷電流が高いほど溶断時間が短いという特性をもたらす。このような特性は、ノイズ等によって負荷に一時的に過電流が流れたような場合には溶断せず、大きな負荷電流が流れる場合には負荷電流を確実に遮断できるという利点がある。

しかし、ヒューズは一度溶断すると復帰できないため基板などの修理を困難にしたり、適切な溶断時間のヒューズを選定したりする必要があるため、ヒューズを用いずに回路により過電流が流れることを防ぐ技術がある（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１の過電流保護回路は以下のように動作する。

検出手段がスイッチング素子に流れる所定電流値以上の過電流を検出すると、保護手段が、所定の保護時間だけスイッチング素子を強制的にオフする。そして、頻度監視手段が、保護手段がスイッチング素子をオフする頻度を監視し、その頻度が所定度合以上に大きくなると、スイッチング素子を強制的にオフして、そのオフ状態を保持する。これにより、ノイズ等によって負荷電流に一時的に過電流が流れたような場合であっても、電気負荷を駆動することができなくなることを抑制している。

特開平０９−３０８２６１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された過電流保護回路は、結局は一定の所定電流値以上の負荷電流が検出された場合にスイッチング素子をＯＦＦするに過ぎず、回路保護が不十分になるおそれがあるという問題がある。

図２は、従来技術の課題について説明する図の一例である。なお、図２の数値は一例である。図２には非破壊領域と遮断領域が図示されている。非破壊領域は電流と時間で区画される矩形領域であり、負荷を破壊するおそれがない領域である。定格電流以下の電流が流れる領域ということができる。図２では非破壊領域は５Ａ未満の領域である。遮断領域は、電流と時間で区画された負荷に流れる負荷電流を遮断すべき領域である。

図２（ａ）の遮断領域は、４０Ａ以上の負荷電流が５ｍｓ以上流れた場合に負荷電流を遮断することを模式的に示している。しかし、このように規定された遮断領域では、非破壊領域よりわずかに大きい負荷電流（図では５〔Ａ〕）が流れ続けた場合に、負荷電流を遮断することができない。

図２（ｂ）の遮断領域は、５Ａ以上の負荷電流が５００ｍｓ以上流れた場合に負荷電流を遮断することを模式的に示している。しかし、このように規定された遮断領域では、非破壊領域より大きい負荷電流（図では４０〔Ａ〕）が短時間だけ流れた場合に、負荷電流を遮断することができない。

したがって、図２（ａ）（ｂ）のように負荷電流と時間のある１つの組を閾値として遮断領域を決定すると、回路を保護できない場合があるという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑み、負荷を過電流から適切に保護する負荷電流保護回路を提供することを目的とする。

本発明は、負荷を過電流から保護する過電流保護回路であって、規定電流以上の負荷電流が規定時間以上、流れることを負荷電流の遮断条件とする負荷電流遮断条件を２つ以上規定する負荷電流遮断条件規定部と、複数の前記負荷電流遮断条件の１つ以上で規定電流以上の負荷電流が規定時間以上、流れたことを検出する検出手段と、前記負荷電流遮断条件が１つでも満たされたことを前記検出手段が検出した場合、負荷電流を遮断する負荷電流遮断部と、を有することを特徴とする。

負荷を過電流から適切に保護する負荷電流保護回路を提供することができる。

ヒューズ特性の一例を示す図である。従来技術の課題について説明する図の一例である。本実施形態の過電流保護回路を示す図の一例である。車両のＥＣＵに搭載された過電流保護回路を模式的に説明する図の一例である。過電流保護回路の構成図の一例である（実施例１）。過電流保護回路の動作をフロー図にて説明する図の一例である。過電流保護回路の構成図の一例である（実施例２）。５〔Ａ〕以上の負荷電流の場合にカウンタ１が計測時間を計測するための論理回路の一例を示す図である。過電流保護回路の構成図の一例である（実施例３）。デマルチプレクサの一例を示す図である。過電流保護回路の動作をフロー図にて説明する図の一例である（実施例３）。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。

図３は、本実施形態の過電流保護回路を示す図の一例である。図３（ａ）は回路構成例を、図３（ｂ）は遮断領域をそれぞれ示す。被監視回路１１０と過電流保護回路１００は端子１５により接続されている。被監視回路１１０は、電源１１と負荷１４の間に、負荷電流を監視するためのシャント抵抗１２、及び、負荷電流を遮断するＭＯＳスイッチ１３が直列に配置されている。シャント抵抗１２と並列に電流監視部１６が接続されており、ＭＯＳスイッチ１３にはＭＯＳ駆動部１７が接続されている。

電流監視部１６には、負荷電流を遮断する複数の動作点が規定されている。動作点は、規定電流以上の負荷電流が規定時間以上流れると、ＭＯＳ駆動部１７が負荷電流を遮断する閾値である。開発者は複数の任意の動作点を規定できる。図３（ｂ）はヒューズ特性と同等の形状の遮断領域の一例となっている。

電流監視部１６の構成は実施例１〜３にて説明するが、例えば、
(i) 電流監視部１６に複数のコンパレータ及びコンパレータと同じ数のカウンタを配置し、各コンパレータが規定電流以上の負荷電流を検出すると、各カウンタが時間を計測する。１つでもカウンタの計測時間が規定時間に達するとＭＯＳ駆動部１７がＭＯＳスイッチ１３をＯＦＦにする（実施例１）。
(ii) 電流監視部１６にＡＤコンバータを配置し、シャント抵抗１２を流れる負荷電流を検出する。負荷電流の大きさが規定電流を超えると対応したカウンタが時間を計測する。カウンタが１つでも規定時間に達するとＭＯＳ駆動部１７がＭＯＳスイッチ１３をＯＦＦにする（実施例２）。
(iii) 規定電流を可変な電流監視部１６が配置されている。コンパレータにより負荷電流が規定電流を超えたことが検出されると、負荷電流に対応したカウンタで時間をカウントする。そして、負荷電流が規定電流を超える毎にコンパレータが検出する規定電流を変更する。カウンタが１つでも規定時間に達するとＭＯＳ駆動部１７がＭＯＳスイッチ１３をＯＦＦにする（実施例３）。

いずれの実施例でも複数の動作点を任意に規定できるので、負荷を保護できない領域（電流と時間で指定される）が生じることを抑制できる。また、動作点の密度を高めることで、過電流を正確に検出し負荷を適切に保護することができる。

図４は、車両のＥＣＵに搭載された過電流保護回路１００を模式的に説明する図の一例である。車両には各種のＥＣＵ（Electronic Controlled Unit）２３が搭載されており、各ＥＣＵが特有の機能を提供している。例えば、ＡＶやナビなどを制御するＥＣＵ、電動パワーステアリングを制御する電動パワステＥＣＵ、前照灯を制御する前照灯ＥＣＵ、ドアウィンドウを開閉するウィンドウＥＣＵ、メータパネルの表示を制御するメータＥＣＵ、車室内のライトの点灯制御やドアの開閉の検出などを行うボディＥＣＵ、など多くのＥＣＵがある。したがって、各ＥＣＵに接続される負荷１４も、オーディオのスピーカ、ステアリングシャフトを駆動するモータ、前照灯の光源、など様々である。

ＥＣＵ２３はバッテリ（＋Ｂ電源）２１又はＩＧ電源（電源は同じバッテリ）２２で動作し、負荷１４にもバッテリ２１から電力が供給される。このようにバッテリ２１で動作する負荷１４を制御するＥＣＵ２３に対し、本実施例の過電流保護回路１００は好適に搭載される。

ＥＣＵ２３はカウンタ値記憶部１８を有している。カウンタ値記憶部１８には、後述するカウンタに設定されるカウンタ値が規定電流に対応づけて記憶されている。ＥＣＵ２３のＣＰＵは輝度時にカウンタ値記憶部１８からカウンタ値を読み出して、カウンタのレジスタなどに設定する。

カウンタ値と規定電流の大きさの対応は固定である必要はなく、状況などに応じて設定されるカウンタ値を変更してもよい。例えば、１トリップ中に過電流が検出された場合は、同じ規定電流に対し設定されるカウンタ値を小さくする。気温が閾値以上の場合には、同じ規定電流に対し設定されるカウンタ値を小さくし、閾値未満の場合には大きくする。

なお、過電流保護回路１００は、車両のＥＣＵ２３にのみ適用可能であるのではなく、主に、マイコン、プリント基板、電子回路、電気回路、などと呼ばれる装置において、電源１１と電源１１で駆動される負荷１４の間に好適に搭載することができる。

図５は、本実施例の過電流保護回路１００の構成図の一例を示す。図５の点線部よりも上には被監視回路１１０が図示されている。上記のように、電源１１と負荷１４の間に抵抗値Ｒｓのシャント抵抗１２とＭＯＳスイッチ１３が直列に接続されている。ＭＯＳスイッチ１３は図ではＰ型である。したがって、ゲート１３１への入力がＬｏｗ（０）の場合に、ＭＯＳスイッチ１３は負荷電流を負荷１４に供給し、ゲート１３１への入力がＨｉ（１）の場合に、ＭＯＳスイッチ１３は負荷電流を遮断する。ＭＯＳスイッチ１３はＮ型でもよく、またＭＯＳ以外のスイッチ素子でもよい。

図５において点線部より下の部分が過電流保護回路１００である。過電流保護回路１００は例えばＩＣなどの形態で実装される。過電流保護回路１００の端子１５（以下、区別するため端子１〜３と称す）の端子１，２にはシャント抵抗１２の両端が接続される。したがって、後述するように、シャント抵抗１２の両端電圧が各コンパレータ２７に入力される。

端子１には基準電圧生成部２５が接続されている。基準電圧生成部２５は、並列な関係にある少なくとも複数の基準電圧抵抗２５１を有する。以下、基準電圧抵抗２５１を、抵抗値ｒ１〜ｒ５を用いて基準電圧抵抗ｒ１〜ｒ５と称する。基準電圧抵抗ｒ１〜ｒ５がそれぞれ異なる抵抗値を有することで、基準電圧抵抗の数だけ規定電流を規定できる（なお、基準電圧抵抗の抵抗値が同じであることを妨げるものではない）。

基準電圧抵抗ｒ１〜ｒ５の端子１と反対側の端部はそれぞれコンパレータ（以下、区別するためコンパレータ１〜５と称する）２７に接続されている。すなわち、基準電圧抵抗ｒ１はコンパレータ１の入力端子ｉｎ＋に、基準電圧抵抗ｒ２のコンパレータ２の入力端子ｉｎ＋に、基準電圧抵抗ｒ３はコンパレータ３の入力端子ｉｎ＋に、基準電圧抵抗ｒ４はコンパレータ４の入力端子ｉｎ＋に、基準電圧抵抗ｒ５はコンパレータ５の入力端子ｉｎ＋に、それぞれ接続されている。これにより、コンパレータ１〜５の入力端子ｉｎ＋には、電源１１の電圧が基準電圧抵抗ｒ１〜ｒ５で降圧されて入力される。

なお、基準電圧抵抗ｒ１〜ｒ５は電流原（以下、区別するため電流限１〜５と称する）２５２を介してグラウンドに接続されている。電流限２５２は常に一定の電流（極小さい）を流す理想的な電源である。

一方、コンパレータ１〜５の入力端子ｉｎ−には、電源１１の電圧がシャント抵抗１２の抵抗値Ｒｓで降圧されて入力される。したがって、各コンパレータ１〜５は、「入力端子ｉｎ＋＞入力端子ｉｎ−」の場合、正電源２７１の値を出力し、「入力端子ｉｎ＋＜入力端子ｉｎ−」の場合、ゼロ〔V〕を出力する。

したがって、コンパレータ２７が規定電流を検出するには、基準電圧抵抗ｒ１〜ｒ５の値を以下のように決定すればよい。コンパレータ１に着目すると、同じ電源１１に並列な２つの抵抗Ｒｓ、ｒ１が接続されているので、シャント抵抗Ｒｓに流れる電流Ｉは以下のように現すことができる（Ｖは電源１１の電圧）。
Ｉ＝Ｖ／Ｒｓ＝Ｖ／ｒ１
したがって、Ｉに規定電流（例えば５Ａ）を設定した場合のｒ１を求め、それを基準電圧抵抗ｒ１の抵抗値とすればよい。

同様に、基準電圧抵抗ｒ２〜ｒ５も、任意の規定電流と電源１１の電圧から決定することができる。本実施例では、５、１０、１５、３０、４０〔Ａ〕の各規定電流を規定する基準電圧抵抗ｒ１〜ｒ５が設定されている。

基準電圧抵抗ｒ１〜ｒ５の数は、多いほど遮断領域を厳密に規定できる。また、基準電圧抵抗ｒ１〜ｒ５の数は２個以上であることが好ましいが、必要な個数は、負荷電流が供給される負荷１４に要求される信頼性などで決定すればよい。

コンパレータ２７の後段には、電源１１の電圧が降圧された所定電圧（例えば５V）で動作するデジタル回路２８が配置されている。各コンパレータ１〜５の出力はデジタル回路２８のカウンタ（以下、区別するためカウンタ１〜５と称する）２９に接続されている。カウンタ２９はそれぞれ予め定められたオーバーフロー値を有しており、本実施例ではコンパレータ１にはオーバーフロー値＝５００〔ms〕のカウンタ１が、コンパレータ２にはオーバーフロー値＝２００〔ms〕のカウンタ２が、コンパレータ３にはオーバーフロー値＝５０〔ms〕のカウンタ３が、コンパレータ４にはオーバーフロー値＝２０〔ms〕のカウンタ４が、コンパレータ５にはオーバーフロー値＝５〔ms〕のカウンタ５が、それぞれ接続されている。これらのオーバーフロー値は規定時間を規定する。

すなわち、大きな規定電流を規定するコンパレータ２７ほど、規定時間が短いカウンタ２９と接続されていることで、ビューズ特性を再現できる。しかし、コンパレータ２７が規定する規定電流とカウンタ２９が規定する規定時間の関係は任意であり、各カウンタのオーバーフロー値が全て異なっている必要はない。また、複数のカウンタが同じ規定時間を規定してもよいし、コンパレータＡよりも大きい規定電流を規定するコンパレータＢが、コンパレータＡが接続されるカウンタよりも長い規定時間を規定するカウンタと接続されていてもよい。

カウンタ１〜５は、コンパレータ１〜５からＨｉが入力されている間のみ、時間を計測する。カウンタ１〜５はＯＲ回路３０の入力側と接続されている。カウンタ１〜５はオーバーフロー値まで時間を計測すると、ＯＲ回路３０にＨｉ（オン）を出力する。ＯＲ回路３０の出力はＭＯＳスイッチ１３と接続されている。したがって、カウンタ１〜５の１つでもＨｉを出力するとＯＲ回路３０がＭＯＳスイッチ１３のゲート１３１にＨｉを出力する。これにより、ＭＯＳスイッチ１３は負荷電流を遮断する。

なお、カウンタ１〜５はオーバーフロー値まで時間を計測している間に、コンパレータ１〜５からＨｉが入力されなくなると、時間の計測を中断する。そして、一定時間（例えば２〔ｍｓ〕）が経過する前に、再度、コンパレータ１〜５からＨｉが入力されると、中断した時間から計測を再開する。一定時間が経過すると、カウンタ１〜５は中断するまでに計測した時間を初期化する。これにより、ノイズなどでコンパレータ１〜５の規定電流以上の負荷電流が流れた場合に、オーバーフローすることを抑制できる。この一定時間は、コンパレータ１〜５で共通でもよいし異なっていてもよい。例えば、「オーバーフロー値の数％」のように設定することで、規定時間が短いほど初期化するまでの時間を短くすることができる。

過電流保護回路１００の動作について簡単に説明する。
１．電源１１から負荷１４に電力が供給される。
２．負荷１４に供給される電流値が５〔Ａ〕以上（１０〔Ａ〕未満）になると、シャント抵抗１２の両端電圧に基づき、コンパレータ１が規定電流以上の負荷電流を検出する。
３．カウンタ１が時間の計測を開始する。
４．カウンタ１が５００〔ｍｓ〕計測する前に、負荷電流が５〔Ａ〕未満になると、カウンタ１は時間の計測を終了するので、ＭＯＳスイッチ１３は負荷電流を遮断しない。この場合、過電流保護回路１００は監視を再開する。
５．カウンタ１が５００〔ｍｓ〕まで計測した場合、ＭＯＳスイッチ１３は負荷電流を遮断する。したがって、負荷１４の動作が困難になるが負荷１４を過電流から保護できる。

また、過電流保護回路１００は過電流が検出されたという診断結果（ダイアグ）を不揮発メモリに記憶する。これにより、メータパネルの異常ランプが点灯するなどして乗員に警告されるので、乗員は車両をディーラーに持ち込むなどの行動を取ることができる。ディーラーのサービスマンはツールなどでＥＣＵから診断結果を読み出すので、過電流が検出されたことを確認できる。

また、Ｐ型のＭＯＳスイッチ１３はＩＧスイッチ（ハイブリッド車や電気自動車の場合はメインスイッチ）のＯＦＦで、ＯＮされるので、次回のＩＧスイッチのＯＮにより電源１１は負荷１４に電力を供給できる。

なお、図５の構成から明らかなように、小さい規定電流を規定するコンパレータと接続されたカウンタから先にオーバーフローするとは限らない。また、短い規定時間を規定するカウンタから先にオーバーフローするとも限らない。例えば、負荷電流が５〔Ａ〕以上（１０〔Ａ〕未満）になり４００〔ｍｓ〕が経過した後、負荷電流が１０〔Ａ〕以上（１５〔Ａ〕未満）になった場合、カウンタ１がさらに１００〔ｍｓ〕を計測した時点でカウンタ１が最も速くオーバーフローする。一方、負荷電流が急に１０〔Ａ〕以上（１５〔Ａ〕未満）になり２００〔ｍｓ〕が経過した場合、カウンタ１が２００〔ｍｓ〕を計測した時点でカウンタ２が最も速くオーバーフローする。このように、どの規定電流と規定時間により過電流が検出されるかは、規定電流・規定時間及び負荷電流の大きさによって変わりうる。

〔動作手順〕
図６は、過電流保護回路１００の動作をフロー図にて説明する図の一例である。
負荷電流が５〔Ａ〕未満の場合（Ｓ１のＹｅｓ）、一定時間が経過すると（Ｓ２のＹｅｓ）、デジタル回路２８はカウンタ１〜５の計測時間をゼロにする（Ｓ３）。すなわち、過電流が検出されないので、計測時間を初期化する。

負荷電流が５〔Ａ〕以上の場合（Ｓ１のＮｏ）で、かつ、負荷電流が１０〔Ａ〕未満の場合（Ｓ４のＹｅｓ）、カウンタ１は計測時間を"＋１"する（Ｓ５）。すなわち、カウンタ１だけが時間の計測を行う。

負荷電流が１０〔Ａ〕以上の場合（Ｓ４のＮｏ）で、かつ、負荷電流が１５〔Ａ〕未満の場合（Ｓ６のＹｅｓ）、カウンタ１とカウンタ２が計測時間を"＋１"する（Ｓ７）。すなわち、カウンタ１、２だけが時間の計測を行う。

負荷電流が１５〔Ａ〕以上の場合（Ｓ６のＮｏ）で、かつ、負荷電流が３０〔Ａ〕未満の場合（Ｓ８のＹｅｓ）、カウンタ１〜３が計測時間を"＋１"する（Ｓ９）。すなわち、カウンタ１〜３が時間の計測を行う。

負荷電流が３０〔Ａ〕以上の場合（Ｓ８のＮｏ）で、かつ、負荷電流が４０〔Ａ〕未満の場合（Ｓ１０のＹｅｓ）、カウンタ１〜４が計測時間を"＋１"する（Ｓ１１）。すなわち、カウンタ１〜４が時間の計測を行う。

負荷電流が４０〔Ａ〕以上の場合（Ｓ１０のＮｏ）、カウンタ１〜５が計測時間を"＋１"する（Ｓ１２）。すなわち、全てのカウンタ１〜５が時間の計測を行う。

そして、カウンタ１〜５のいずれか１つでも規定時間まで計測を完了すると（Ｓ１３のＹｅｓ）、ＭＯＳスイッチ１３がＯＦＦになる（Ｓ１４）。カウンタ１〜５のいずれも規定時間まで計測していない場合（Ｓ１３のＮｏ）、過電流保護回路１００はＳ１〜１２のカウント処理を繰り返す。

そして、ＩＧスイッチのＯＮ又はマイコンがリセットされると（Ｓ１５のＹｅｓ）、ＭＯＳスイッチ１３がＯＮする（Ｓ１６）。

以上説明したように、本実施例の過電流保護回路１００は、複数の動作点を任意に規定できるので、回路を保護できない動作点が生じることを抑制できる。

本実施例ではＡ／Ｄコンバータにより過電流を検出する過電流保護回路１００について説明する。

図７は、本実施例の過電流保護回路１００の構成図の一例を示す。図７において、図５にて同一の符号を付した構成要素は同様の機能を果たすので、主に本実施例の主要な構成要素についてのみ説明する場合がある。

過電流保護回路１００の端子１，２はＡＤコンバータ１８に接続されている。したがって、シャント抵抗１２の両端電圧はＡＤコンバータ１８にてＡ／Ｄ変換される。例えば、以下のような負荷電流は次のデジタル信号（２進数）に変換される。

５〔Ａ〕：１０１
１０〔Ａ〕：１０１０
１５〔Ａ〕：１１１１
３０〔Ａ〕：１１１０
４０〔Ａ〕：１０１００
ＡＤコンバータ１８は２進数の各桁の"１""０"を出力するbit端子を有し、変換結果に応じて各端子から"１""０"の信号を出力する。この信号はＭＯＳ駆動部１７に出力される。なお、実際にはシャント抵抗の両端電圧をＡ／Ｄ変換するが、電流値をそのままＡ／Ｄ変換してもよい。

ＭＯＳ駆動部１７は、論理回路３１を有する。論理回路３１はＡＮＤ回路、ＯＲ回路、否定回路、ＸＯＲ回路などのデジタル回路を有し、これらを組み合わせて、規定電流以上であることを検出する。そして、規定電流以上の負荷電流を検出すると、対応するカウンタ１〜５に通知することで、計測時間の計測を行わせる。

図８は、５〔Ａ〕以上の負荷電流の場合にカウンタ１が計測時間を計測するための論理回路３１の一例である。５〔Ａ〕の２進数は「１０１」なので、２^０の桁が１，２^１の桁が０，２^２の桁が１である。よって、２^０の桁と２^２の桁が共に１であることを検出する。また、「１１０」も５〔Ａ〕以上なので、２^１の桁と２^２の桁が共に１であることを検出する。また、２^３の桁以上が１であれば、２^２の桁以下はどのような数値でも５〔Ａ〕以上である。したがって、２^０の桁と２^２の桁の出力はＡＮＤ回路１に入力され、２^１の桁と２^２の桁の出力はＡＮＤ回路２に入力され、２^３の桁以上の出力はＯＲ回路１に入力される。そして、ＡＮＤ回路１とＡＮＤ回路２の出力はＯＲ回路３に入力され、ＯＲ回路１とＯＲ回路３の出力がＯＲ回路２に出力される。

ＯＲ回路２の出力はカウンタ１に入力されるので、カウンタ１は負荷電流が５〔Ａ〕以上の場合に、時間を計測できる。

論理回路３１には、２進数に変換された規定電流（例えば、１０〜４０〔Ａ〕）に応じて回路が構築されている。論理回路３１により、１０〔Ａ〕以上の負荷電流が検出された場合にカウンタ２が、１５〔Ａ〕以上の負荷電流が検出された場合にカウンタ３が、３０〔Ａ〕以上の負荷電流が検出された場合にカウンタ４が、４０〔Ａ〕以上の負荷電流が検出された場合にカウンタ５が、それぞれ時間を計測することができる。

カウンタ１〜５の１つでもＨｉを出力するとＯＲ回路３０がＭＯＳスイッチ１３のゲート１３１にＨｉを出力する。これにより、ＭＯＳスイッチ１３は負荷電流を遮断する。なお、動作手順は実施例１の図８と同様なのでフローチャート図は省略した。

本実施例では、実施例１と同様に複数の動作点を、ＡＤコンバータ１８と論理回路３１で任意に規定できる。

本実施例では、コンパレータの規定電流を切り替えることで、実施例１よりも少ない数のコンパレータで実施例１と同様の動作点を規定可能な過電流保護回路１００について説明する。

図９は、本実施例の過電流保護回路１００の構成図の一例を示す。図９において、図５にて同一の符号を付した構成要素は同様の機能を果たすので、主に本実施例の主要な構成要素についてのみ説明する場合がある。

端子１は並列な２つの過電流閾値抵抗３６と接続される。以下、２つの過電流閾値抵抗３６を、抵抗値Ｒｔ１、Ｒｔ２を用いて過電流閾値抵抗Ｒｔ１、Ｒｔ２と称する。過電流閾値抵抗Ｒｔ１には、直列に過電流閾値選択ＭＯＳ１と過電流閾値選択ＭＯＳ２が接続されている。過電流閾値抵抗Ｒｔ２には、直列に過電流閾値選択ＭＯＳ３と過電流閾値選択ＭＯＳ４が接続されている。また、過電流閾値選択ＭＯＳ１〜４のゲートは閾値選択回路３４に接続されており、過電流閾値選択ＭＯＳ１〜４のＯＮ，ＯＦＦは閾値選択回路３４により制御される。なお、過電流閾値選択ＭＯＳ１〜４は初期状態でＯＮである。

過電流閾値選択ＭＯＳ２、４の端部はコンパレータ３３（以下、区別するためコンパレータ１，２と称する）と接続されている。すなわち、過電流閾値選択ＭＯＳ２の端部はコンパレータ１の入力端子ｉｎ＋に接続されている。過電流閾値選択ＭＯＳ４の端部はコンパレータ２の入力端子ｉｎ＋に接続されている。

一方、コンパレータ１，２の入力端子ｉｎ−には、それぞれ電源１１の電圧がシャント抵抗１２で降圧されて入力される。コンパレータ１、２は、「入力端子ｉｎ＋＞入力端子ｉｎ−」の場合、正電源の値を出力し、「入力端子ｉｎ＋＜入力端子ｉｎ−」の場合、ゼロ〔V〕を出力する。

図９のような構成によれば、過電流閾値抵抗Ｒｔ１、Ｒｔ２、及び、過電流閾値選択ＭＯＳ１〜４が有する４つの抵抗ｒ１１〜ｒ１４により、６つの規定電流（閾値）を生成することができる。以下、規定電流１〜６の生成について説明する。

・過電流閾値選択ＭＯＳ１〜４がＯＦＦ
(i)コンパレータ１は過電流閾値抵抗Ｒｔ１で規定される規定電流１を検出する。
(ii)コンパレータ２は過電流閾値抵抗Ｒｔ２で規定される規定電流２を検出する。

・過電流閾値選択ＭＯＳ１のみがＯＮ
(iii)コンパレータ１は過電流閾値抵抗Ｒｔ１＋抵抗ｒ１１で規定される規定電流３を検出する。

・過電流閾値選択ＭＯＳ１、ＭＯＳ３のみがＯＮ、
(iv)コンパレータ２は過電流閾値抵抗Ｒｔ２＋抵抗ｒ１３で規定される規定電流４を検出する。

・過電流閾値選択ＭＯＳ１、ＭＯＳ２、ＭＯＳ３のみがＯＮ、
(v)コンパレータ１は過電流閾値抵抗Ｒｔ１＋抵抗ｒ１１＋抵抗ｒ１２で規定される規定電流５を検出する。

・過電流閾値選択ＭＯＳ１、ＭＯＳ２、ＭＯＳ３、ＭＯＳ４がＯＮ、
(v)コンパレータ２は過電流閾値抵抗Ｒｔ２＋抵抗ｒ１３＋抵抗ｒ１４で規定される規定電流５を検出する。

このように、コンパレータ１，２は、過電流閾値選択ＭＯＳ１〜４のＯＮ／ＯＦＦに応じて、異なる（コンパレータ１つあたり３つの）規定電流を定義することができる。以下、実施例１，２と同様に、規定電流１が５〔Ａ〕、規定電流２が１０〔Ａ〕、規定電流３が１５〔Ａ〕、規定電流４が３０〔Ａ〕、規定電流５が４０〔Ａ〕とする。また、規定電流６は例えば５０〔Ａ〕とする。なお、過電流閾値選択ＭＯＳの数は一例であって、１以上の任意の数であれば５つ以上でもよい。

次に、過電流閾値選択ＭＯＳ１〜４のＯＮ／ＯＦＦについて説明する。閾値選択回路３４は、コンパレータ１，２の出力を監視して、過電流閾値選択ＭＯＳ１〜４のＯＮ／ＯＦＦを制御する。

ｔ１．過電流閾値選択ＭＯＳ１〜４がＯＦＦ（規定電流１，２が規定されている）
コンパレータ１，２がどちらもＯＮになると（１０〔Ａ〕以上の負荷電流が検出されると）、閾値選択回路３４は過電流閾値選択ＭＯＳ１をＯＮにする。これにより、コンパレータ１は１５〔Ａ〕の規定電流３を検出可能になる。

ｔ２．過電流閾値選択ＭＯＳ１のみがＯＮ
コンパレータ１，２がどちらもＯＮになると（１５〔Ａ〕以上の負荷電流が検出されると）、閾値選択回路３４は過電流閾値選択ＭＯＳ３をＯＮにする。これにより、コンパレータ２は３０〔Ａ〕の規定電流４を検出可能になる。

ｔ３．過電流閾値選択ＭＯＳ１、ＭＯＳ３のみがＯＮ
コンパレータ１，２がどちらもＯＮになると（３０〔Ａ〕以上の負荷電流が検出されると）、閾値選択回路３４は過電流閾値選択ＭＯＳ２をＯＮにする。これにより、コンパレータ１は４０〔Ａ〕の規定電流５を検出可能になる。

ｔ４．過電流閾値選択ＭＯＳ１、ＭＯＳ２、ＭＯＳ３のみがＯＮ
コンパレータ１，２がどちらもＯＮになると（４０〔Ａ〕以上の負荷電流が検出されると）、閾値選択回路３４は過電流閾値選択ＭＯＳ４をＯＮにする。これにより、コンパレータ２は５０〔Ａ〕の規定電流６を検出可能になる。

このように、閾値選択回路３４が負荷電流の値に応じて過電流閾値選択ＭＯＳ１〜４をＯＮ／ＯＦＦするので、２つのコンパレータ１，２で３つ以上（この数は過電流閾値選択ＭＯＳの数による）の規定電流を検出可能になる。

次に、コンパレータ１，２の出力とカウンタ１〜６の接続について説明する。本実施例のデジタル回路２９はデマルチプレクサ３２を有し、コンパレータ１の出力をカウンタ１、３、５に、コンパレータ２の出力をカウンタ２，４，６にそれぞれ切り替える。デマルチプレクサ３２は閾値選択回路３４により制御される。すなわち、コンパレータ１が規定電流１で動作している場合、コンパレータ１の出力をカウンタ１に接続する。これにより、コンパレータ１がＯＮになるとカウンタ１が時間の計測を開始する。同様に、コンパレータ２が規定電流２を規定している場合、コンパレータ２の出力をカウンタ２に接続する。コンパレータ１が規定電流３を規定している場合、コンパレータ１の出力をカウンタ１、３に接続する。コンパレータ２が規定電流４を規定している場合、コンパレータ２の出力をカウンタ２、４に接続する。コンパレータ１が規定電流を規定している場合、コンパレータ１の出力をカウンタ１，３，５に接続する。コンパレータ２が規定電流６を規定している場合、コンパレータ２の出力をカウンタ２，４，６に接続する。

図１０は、デマルチプレクサ３２の一例を示す図である。図１０はコンパレータ１の出力をカウンタ１、３，５に分配するデマルチプレクサ３２であるが、コンパレータ２のデマルチプレクサ３２も同様に構成できる。

デマルチプレクサ３２はコンパレータ１の出力を入力ｉｎとし、３つの出力を有する。３つのＡＮＤ回路１〜３には、それぞれ入力ｉｎ及び２つのセレクタ信号Ｓ１，Ｓ２が入力される。ＡＮＤ回路１の出力はＯＲ回路１に、ＯＲ回路１の出力はカウンタ１に接続されている。ＡＮＤ回路２の出力はＯＲ回路１，２に、ＯＲ回路２の出力はカウンタ３に接続されている。ＡＮＤ回路３の出力はＯＲ回路１，２とカウンタ５接続されている。閾値選択回路３４は以下のようにセレクタ信号Ｓ１、Ｓ２を制御してＡＮＤ回路１〜３を選択する。
ＡＮＤ回路１を選択する場合、Ｓ１＝０、Ｓ２＝０
ＡＮＤ回路２を選択する場合、Ｓ１＝０、Ｓ２＝１
ＡＮＤ回路３を選択する場合、Ｓ１＝１、Ｓ２＝０
なお、ＯＲ回路１，２があることで、ＡＮＤ回路２が選択されるとＡＮＤ回路１も選択され、ＡＮＤ回路３が選択されるとＡＮＤ回路１、２も選択される。

したがって、閾値選択回路３４は、過電流閾値選択ＭＯＳ１〜４がＯＦＦの場合（規定電流１＝５〔Ａ〕）、「Ｓ１＝０、Ｓ２＝０」とする。過電流閾値選択ＭＯＳ１のみをＯＮする場合（規定電流３＝１５〔Ａ〕）、「Ｓ１＝０、Ｓ２＝１」とする。過電流閾値選択ＭＯＳ１、２をＯＮする場合（規定電流３＝４０〔Ａ〕）、「Ｓ１＝１、Ｓ２＝０」とする。

このように、過電流閾値選択ＭＯＳ１〜４のＯＮ／ＯＦＦ状態に応じて、デマルチプレクサ３２を制御し、規定電流に対応したカウンタ１〜６にコンパレータ１，２の出力を接続できる。

図１１は、本実施例の過電流保護回路１００の動作をフロー図にて説明する図の一例である。
負荷電流が５〔Ａ〕未満の場合（Ｓ２１のＹｅｓ）、一定時間が経過すると（Ｓ２２のＹｅｓ）、デジタル回路はカウンタ１〜５の計測時間をゼロにする（Ｓ２３）。すなわち、過電流が検出されないので、計測時間を初期化する。

負荷電流が５〔Ａ〕以上の場合（Ｓ２１のＮｏ）で、かつ、負荷電流が１０〔Ａ〕未満の場合（Ｓ２４のＹｅｓ）、カウンタ１が計測時間を"＋１"する（Ｓ２５）。

負荷電流が１０〔Ａ〕以上の場合（Ｓ２４のＮｏ）、閾値選択回路３４は過電流閾値選択ＭＯＳを駆動し、５Ａ検出閾値を１５Ａ検出閾値に変更する（Ｓ２６）。すなわち、規定電流１を規定電流３に切り替える。

次に、負荷電流が１５〔Ａ〕未満の場合（Ｓ２７のＹｅｓ）、カウンタ１、カウンタ２が計測時間を"＋１"する（Ｓ２８）。

負荷電流が１５〔Ａ〕以上の場合（Ｓ２７のＮｏ）、閾値選択回路３４は過電流閾値選択ＭＯＳを駆動し、１０Ａ検出閾値を３０Ａ検出閾値に変更する（Ｓ２９）。すなわち、規定電流２を規定電流４に切り替える。

次に、負荷電流が３０〔Ａ〕未満の場合（Ｓ３０のＹｅｓ）、カウンタ１〜３が計測時間を"＋１"する（Ｓ３１）。

負荷電流が３０〔Ａ〕以上の場合（Ｓ３０のＮｏ）、閾値選択回路３４は過電流閾値選択ＭＯＳを駆動し、１５Ａ検出閾値を４０Ａ検出閾値に変更する（Ｓ３２）。すなわち、規定電流３を規定電流５に切り替える。

次に、負荷電流が４０〔Ａ〕未満の場合（Ｓ３３のＹｅｓ）、カウンタ１〜４が計測時間を"＋１"する（Ｓ３４）。

負荷電流が４０〔Ａ〕以上の場合（Ｓ３３のＮｏ）、カウンタ１〜５が計測時間を"＋１"する（Ｓ３４）。

そして、カウンタ１〜５のいずれか１つでも規定時間まで計測を完了すると（Ｓ３６のＹｅｓ）、ＭＯＳスイッチ１３がＯＦＦになる（Ｓ３７）。カウンタ１〜５のいずれも規定時間まで計測していない場合（Ｓ３６のＮｏ）、過電流保護回路１００はＳ２１〜３５のカウント処理を繰り返す。

そして、ＩＧスイッチのＯＮ又はマイコンがリセットされると（Ｓ３８のＹｅｓ）、閾値選択回路３４は、過電流閾値選択ＭＯＳを駆動し、５Ａ検出閾値と１０Ａ検出閾値を作成する（Ｓ３９）。

ＩＧスイッチのＯＮ又はマイコンのリセットにより、ＭＯＳスイッチ１３がＯＮする（Ｓ４０）。

本実施例では、実施例１と同様に複数の動作点を、より少ないコンパレータで任意に規定できる。

１１電源
１２シャント抵抗
１３ＭＯＳスイッチ
１４負荷
１６電流監視部
１７ＭＯＳ駆動部
２５基準電圧生成部
２７コンパレータ
２８デジタル回路
１００過電流保護回路

Claims

負荷を過電流から保護する過電流保護回路であって、
規定電流以上の負荷電流が規定時間以上、流れることを負荷電流の遮断条件とする負荷電流遮断条件を２つ以上規定する負荷電流遮断条件規定部と、
複数の前記負荷電流遮断条件の１つ以上で規定電流以上の負荷電流が規定時間以上、流れたことを検出する検出手段と、
前記負荷電流遮断条件が１つでも満たされたことを前記検出手段が検出した場合、負荷電流を遮断する負荷電流遮断部と、を有することを特徴とする過電流保護回路。
前記負荷電流遮断条件規定部は、規定電流が大きい前記負荷電流遮断条件ほど短い規定時間を規定する、
ことを特徴とする請求項１記載の過電流保護回路。
予め複数の規定電流に対応づけて規定時間が記憶された規定時間記憶手段を有し、
当該過電流保護回路が搭載された装置の起動時に、前記規定時間記憶手段から読み出された規定時間が前記検出手段に設定される、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の過電流保護回路。
前記負荷電流遮断条件規定部は、
規定電流毎に、電源の電圧と任意の規定電流に基づき決定された抵抗値の基準抵抗を介して負荷電流の検出手段の上流側と接続される第１の入力端子と、前記検出手段の下流側と接続される第２の入力端子とを有する電流比較手段と、
各規定電流に対応して配置されている各電流比較手段と接続された複数の時間計測手段
と、を有し、
各電流比較手段は、前記第１の入力端子の電流値が前記第２の入力端子の電流値を超えた場合に、前記時間計測手段に時間の計測を開始させ、
１つ以上の前記時間計測手段が予め設定された規定時間まで時間を計測すると、前記負荷電流遮断部は負荷電流を遮断する、
ことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の過電流保護回路。
前記負荷電流遮断条件規定部は、
負荷電流の検出手段の両端電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
各規定電流に対応して配置されている複数の時間計測手段と、
前記デジタル信号が示す値が規定電流以上であることを検出すると、検出した規定電流に対応する前記時間計測手段に時間の計測を開始させる検出手段と、を有し、
１つ以上の前記時間計測手段が予め設定された規定時間まで時間を計測すると、前記負荷電流遮断部は負荷電流を遮断する、
ことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の過電流保護回路。
前記負荷電流遮断条件規定部は、
負荷電流の検出手段の上流側と２つの電流比較手段との間に配置され、可変の規定電流を出力する規定電流出力手段と、
前記規定電流出力手段の第１の出力と前記検出手段の下流側とを入力とする第１の電流比較手段と、
前記規定電流出力手段の第２の出力と前記検出手段の下流側とを入力とする第２の電流比較手段と、
各規定電流に対応して配置されている複数の時間計測手段と、
前記第１の電流比較手段の比較結果及び前記第２の電流比較手段の比較結果を通知する通知先の前記時間計測手段を切り替える通知先切り替え手段と、
前記第１の電流比較手段と前記第２の電流比較手段の比較結果に応じて前記規定電流出力手段が出力する規定電流を変更すると共に、変更後の規定電流に応じて前記通知先の前記時間計測手段を制御する回路制御手段と、を有し、
１つ以上の前記時間計測手段が予め設定された規定時間まで時間を計測すると、前記負荷電流遮断部は負荷電流を遮断する、
ことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の過電流保護回路。
前記負荷電流遮断条件規定部が、規定電流以上の負荷電流が規定時間以上、流れたことを検出する前に、負荷電流が所定時間以上、規定電流未満に低下した場合、
前記負荷電流遮断条件規定部は、前記規定時間を再度、ゼロから計測する、
ことを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の過電流保護回路。
請求項１〜７いずれか１項記載の過電流保護回路を有する車両用の電子制御ユニット。