JP2015100240A - 保護装置及び変圧システム - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチの故障を検知することができる保護装置、及び、該保護装置を備える変圧システムの提供。
【解決手段】保護装置１３では、端子１０，１１間に直流電圧を印加した場合に、ＤＣＤＣコンバータ１２を介して端子１０，１１間を流れる電流の経路にＦＥＴ３０が設けられている。ＦＥＴ３０は、端子１０，１１間に印加される直流電圧の印加方向が一方向である場合にオンとなり、直流電圧の印加方向が他方向である場合にオフとなる。また、端子１０，１１間に印加される直流電圧の印加方向が一方向である場合において制御部３５はＦＥＴ３０が故障しているか否かを検知する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一方向、例えば正の直流電圧が印加されるべき電気機器に、他方向、例えば負の直流電圧が印加されることを防止する保護装置、及び、該保護装置を備える変圧システムに関する。

車両には、直流電圧が一方向に印加されることによって給電される多くの電気機器が搭載されている。これらの電気機器については、直流電圧が他方向に印加されることを防止する必要がある。

特許文献１には、直流電圧が一方向に印加されるべき電気機器に他方向の直流電圧が印加されることを防止する保護装置が開示されている。特許文献１に記載の保護装置では、直流電圧が電気機器に印加された場合に電気機器を介して流れる電流の経路にスイッチが設けられている。そして、電気機器に印加される直流電圧の印加方向が一方向となるように、直流電源が電気機器に接続した場合にスイッチはオンとなり、直流電圧の印加方向が他方向となるように、直流電源が電気機器に接続した場合にスイッチはオフとなる。
これにより、一方向の直流電圧を印加すべき電気機器に他方向の直流電圧が印加されず、電気機器が故障することはない。

特開２００９−１００５１９号公報

しかしながら、スイッチが故障していた場合、特に、スイッチが短絡している場合において、電気機器に印加される直流電圧の印加方向が他方向となるように直流電源を電気機器に接続したとき、スイッチがオフにならない。このため、直流電圧を一方向に印加すべき電気機器に他方向の直流電圧が印加されて電気機器が故障する虞がある。このような電気機器の故障を回避するためには、スイッチの故障を検知し、スイッチの故障を検知した場合に、直流電源の接続の切替えを促すための故障の報知又は電気機器の動作の停止等を行う必要がある。

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、スイッチの故障を検知することができる保護装置、及び、該保護装置を備える変圧システムを提供することにある。

本発明に係る保護装置は、直流電圧の印加によって電気機器を介して流れる電流の経路に設けられ、前記電気機器に対して前記直流電圧が一方向に印加される場合にオンとなり、前記電気機器に対して前記直流電圧が他方向に印加される場合にオフとなるスイッチを備える保護装置において、前記直流電圧が前記一方向に印加されている場合に前記スイッチが故障しているか否かを検知する検知手段を備えることを特徴とする。

本発明にあっては、電気機器に直流電圧が印加された場合に電気機器を介して流れる電流の経路にスイッチが設けられている。スイッチは、電気機器に対して直流電圧が一方向に印加される場合、例えば、電気機器に正の直流電圧が印加される場合にオンとなり、電気機器に対して直流電圧が他方向に印加される場合、例えば、電気機器に負の直流電圧が印加される場合にオフとなる。そして、電気機器に対して直流電圧が一方向に印加されている場合において、スイッチが故障しているか否か、例えばスイッチが短絡しているか否かを検知する。
スイッチの故障を検知した場合に、スイッチの故障の報知又は電気機器における動作の停止等を行うことが可能となる。

本発明に係る保護装置は、前記検知手段が前記スイッチの故障を検知した場合に前記電気機器の動作を停止させるように構成してあることを特徴とする。

本発明にあっては、スイッチの故障が検知された場合に電気機器の動作が停止するので、スイッチが故障している場合であっても、電気機器に対して直流電圧が他方向に印加されることはなく、電気機器の故障が防止される。

本発明に係る保護装置は、前記スイッチの両端間に接続され、前記直流電圧が前記一方向に印加されている場合に電流が順方向に流れるダイオードと、前記スイッチの両端間の電圧を検出する検出手段と、前記直流電圧が前記一方向に印加されている場合に前記スイッチのオン／オフを切替える切替え手段とを備え、前記検知手段は、前記切替え手段が前記スイッチのオン／オフを切替える前後にて前記検出手段が検出した電圧に基づいて、前記スイッチが故障しているか否かを検知するように構成してあることを特徴とする。

本発明にあっては、スイッチの両端間にダイオードが接続されている。直流電圧が電気機器に対して一方向に印加されている場合、ダイオードには電流が順方向に流れる。また、スイッチの両端間の電圧を検出している。電気機器に印加される直流電圧の印加方向が一方向である場合において、スイッチがオンであるとき、スイッチのオン抵抗と、スイッチに流れる電流との積によって決まる電圧を検出し、スイッチがオフであるとき、ダイオードの順方向電圧を検出する。

電気機器に印加される直流電圧の印加方向が一方向である場合にスイッチのオン／オフを切替え、スイッチがオンである場合に検出した電圧と、スイッチがオフである場合に検出した電圧とに基づいて、スイッチが故障しているか否かを検知する。
これにより、スイッチの故障が正確に検知される。

本発明に係る保護装置は、前記切替え手段は前記スイッチのオン／オフを複数回切替え、前記検知手段は、前記切替え手段によって前記スイッチがオン及びオフを繰り返している間に、前記検出手段が繰り返し検出した電圧が所定電圧未満であった場合に前記スイッチの故障を検知するように構成してあることを特徴とする。

本発明にあっては、スイッチのオン／オフを複数回切替える。スイッチのオン／オフの切替えによってスイッチがオン及びオフを繰り返している間に、スイッチの両端間の電圧を繰り返し検出する。通常、スイッチがオンである場合におけるスイッチの両端間の電圧は、スイッチがオフである場合におけるスイッチの両端間の電圧、即ち、ダイオードの順方向電圧よりも低い。そして、繰り返し検出したいずれの電圧も、例えばダイオードの順方向電圧よりも低い所定電圧未満であった場合、スイッチの故障、具体的にはスイッチの短絡を検知する。このため、スイッチの故障がより正確に検知される。

本発明に係る保護装置は、前記スイッチは電界効果トランジスタであり、前記ダイオードは、前記スイッチの寄生ダイオードであることを特徴とする。

本発明にあっては、スイッチが電界効果トランジスタであり、スイッチの両端間に設けるべきダイオードとして、スイッチの寄生ダイオードを用いているため、装置を構成する部品点数が少ない。従って、装置は小型であり、かつ、安価である。

本発明に係る保護装置は、前記検出手段が検出した電圧に基づいて前記電気機器に過電流が流れている否かを判定する判定手段を備え、該判定手段によって前記過電流が流れていると判定された場合に前記電気機器の動作を停止させるように構成してあることを特徴とする。

本発明にあっては、電気機器に過電流が流れた場合、オン状態であるスイッチの両端間の電圧は高い。このため、検出したスイッチの両端間の電圧に基づいて、スイッチが故障しているか否かを検知すると共に、電気機器に過電流が流れているか否かを判定することが可能である。従って、部品点数が少ない状態で、スイッチにおける故障の検知と、電気機器に過電流が流れているか否かの判定とが行われる。
また、電気機器に過電流が流れていると判定した場合に電気機器の動作を停止させるので、過電流が電気機器に長期間流れることが防止される。

本発明に係る変圧システムは、端子対間に印加された直流電圧を変圧する変圧装置と、前記直流電圧の印加によって前記端子対間を流れる電流の経路に設けられ、前記端子対間に印加される前記直流電圧の印加方向が一方向である場合にオンとなり、前記印加方向が他方向である場合にオフとなるスイッチを有する保護装置とを備える変圧システムにおいて、前記保護装置は、前記印加方向が前記一方向である場合に前記スイッチが故障であるか否かを検知する検知手段を有することを特徴とする。

本発明にあっては、変圧装置は端子対間に印加された直流電圧を変圧する。保護装置はスイッチを有し、スイッチは直流電圧の印加によって端子対間を流れる電流の経路に設けられている。そして、端子対間に印加される直流電圧の印加方向が一方向である場合にスイッチはオンとなり、端子対間に印加される直流電圧の印加方向が他方向である場合にスイッチはオフとなる。保護装置は、端子対間に印加される直流電圧の印加方向が一方向である場合において、スイッチが故障であるか否かを検知する。

本発明によればスイッチの故障を検知することができる。

本実施の形態における変圧システムの要部構成を示すブロック図である。 制御部が実行する動作の手順を示すフローチャートである。 変圧システムの動作の一例を示すタイミングチャートである。 変圧システムの動作の他例を示すタイミングチャートである。

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は本実施の形態における変圧システムの要部構成を示すブロック図である。この変圧システム１は、端子対として機能する端子１０，１１を備え、端子１０，１１夫々にはバッテリ２の正極及び負極が接続されている。変圧システム１は、更に、バッテリ２の正極及び負極とは別に、蓄電器として機能するコンデンサＣ１の一端及び他端に各別に接続されている。変圧システム１、バッテリ２及びコンデンサＣ１は車両に好適に搭載されている。

バッテリ２は、例えば鉛蓄電池であり、図示しない発電機が発生した電力を供給されて蓄電する。コンデンサＣ１は例えば電気二重層キャパシタである。変圧システム１は、バッテリ２によって端子１０，１１間に印加された直流電圧を変圧し、変圧した直流電圧をコンデンサＣ１に印加し、コンデンサＣ１を充電する。また、変圧システム１は、コンデンサＣ１が出力した直流電圧を変圧し、変圧した直流電圧をバッテリ２に印加する。バッテリ２及びコンデンサＣ１夫々が蓄えた電力は図示しない負荷に供給される。
なお、コンデンサＣ１の代わりに蓄電池、例えばリチウムイオン電池を用いてもよい。

変圧システム１は、端子１０，１１の他に、ＤＣＤＣコンバータ１２及び保護装置１３を備える。端子１０は、ＤＣＤＣコンバータ１２及び保護装置１３に接続されており、ＤＣＤＣコンバータ１２は、端子１０の他に、コンデンサＣ１の一端及び他端にも各別に接続されている。保護装置１３は、端子１０の他に、端子１１と、コンデンサＣ１の他端とに各別に接続されている。端子１１は接地されている。

バッテリ２の正極及び負極夫々が図１に示すように端子１０，１１に接続された場合、バッテリ２から保護装置１３を介して正の直流電圧がＤＣＤＣコンバータ１２に印加される。これにより、ＤＣＤＣコンバータ１２に対して直流電圧が一方向に印加される。ＤＣＤＣコンバータ１２は、図示しないコイル及びスイッチを有し、スイッチのオン／オフを繰り返すことによって、バッテリ２から端子１０，１１間に印加された直流電圧を変圧し、変圧した直流電圧をコンデンサＣ１に印加する。正及び負の直流電圧は、端子１１の電位を基準とした直流電圧である。ＤＣＤＣコンバータ１２は、電気機器及び変圧装置として機能し、昇圧及び降圧を行うことによって変圧を行う。

ＤＣＤＣコンバータ１２に対して直流電圧が一方向に印加されている場合において、ＤＣＤＣコンバータ１２は、コンデンサＣ１が出力した直流電圧を変圧し、変圧した直流電圧を、保護装置１３を介してバッテリ２に印加する。ＤＣＤＣコンバータ１２には、変圧の停止を指示する停止信号が保護装置１３から入力される。停止信号はハイレベル及びローレベルの電圧からなり、停止信号がハイレベルの電圧である場合、ＤＣＤＣコンバータ１２は変圧の停止を指示され、変圧を停止する。停止信号がローレベルの電圧である場合、ＤＣＤＣコンバータ１２は、停止信号を除く他の条件に基づいて、直流電圧の変圧及び該変圧の停止を行う。

一方で、例えば、バッテリ２を交換した場合において、バッテリ２の正極及び負極夫々が端子１１，１０に接続されてバッテリ２からＤＣＤＣコンバータ１２に負の直流電圧が印加されるとき、保護装置１３は、ＤＣＤＣコンバータ１２から端子１１へ流れる電流を遮断する。これにより、ＤＣＤＣコンバータ１２に負の直流電圧が印加されることはなく、負の直流電圧の印加によってＤＣＤＣコンバータ１２が故障することを防止することができる。

なお、以上の内容からわかるように、バッテリ２の正極及び負極夫々が端子１０，１１に接続されている状態が、ＤＣＤＣコンバータ１２に対して直流電圧が一方向に印加されている状態、及び、端子１０，１１間に印加される直流電圧の印加方向が一方向である状態である。一方で、バッテリ２の正極及び負極夫々が端子１１，１０に接続されている状態が、ＤＣＤＣコンバータ１２に対して直流電圧が他方向に印加されている状態、及び、端子１０，１１間に印加される直流電圧の印加方向が他方向である状態である。

保護装置１３は、Ｎチャネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）３０、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ３１、電圧検出部３２、記憶部３３、報知部３４、制御部３５、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４及びツェナーダイオードＺ１を有する。
ダイオードＤ１はＦＥＴ３０の寄生ダイオードである。このため、保護装置１３を構成する部品点数が少なく、保護装置１３は小型であり、かつ、安価である。

端子１１はＦＥＴ３０のドレインに接続され、ＦＥＴ３０のソースはＤＣＤＣコンバータ１２と、コンデンサＣ１の他端とに接続されている。ダイオードＤ１のカソード及びアノード夫々はＦＥＴ３０のドレイン及びソースに接続されている。ＦＥＴ３０のゲートは、バイポーラトランジスタ３１のコレクタと、抵抗Ｒ１，Ｒ２夫々の一端と、ツェナーダイオードＺ１のカソードとに接続されている。抵抗Ｒ１の他端は端子１０に接続され、バイポーラトランジスタ３１のエミッタ、抵抗Ｒ２の他端、及びツェナーダイオードＺ１のアノード夫々はＦＥＴ３０のソースに接続されている。バイポーラトランジスタ３１のエミッタは更に抵抗Ｒ３の一端に接続されている。バイポーラトランジスタ３１のベースは抵抗Ｒ４の一端に接続され、抵抗Ｒ３の他端は、Ｒ４の他端と制御部３５とに接続されている。制御部３５は、更に、電圧検出部３２、記憶部３３及び報知部３４に各別に接続されている。電圧検出部３２は更にＦＥＴ３０のソース及びドレインに各別に接続されている。電圧検出部３２及び制御部３５夫々は接地されている。

ＦＥＴ３０はスイッチとして機能する。ＦＥＴ３０は、ソースの電位を基準としてゲートに一定の電圧以上の電圧が印加された場合に、ソース及びドレイン間に電流が流れてオンとなる。また、ＦＥＴ３０は、ソースの電位を基準としてゲートに印加された電圧が一定の電圧未満である場合、ソース及びドレイン間に電流が流れず、オフとなる。

バイポーラトランジスタ３１もスイッチとして機能する。バイポーラトランジスタ３１は、エミッタの電位を基準としてベースに一定の電圧以上の電圧が印加された場合に、コレクタからエミッタに電流が流れてオンとなる。また、バイポーラトランジスタ３１は、エミッタの電位を基準としてベースに印加された電圧が一定の電圧未満である場合、コレクタ及びエミッタ間に電流が流れず、オフとなる。

図１に示すように、バッテリ２の正極及び負極夫々が端子１０，１１に接続された場合、電流がバッテリ２の正極から抵抗Ｒ１，Ｒ２及びダイオードＤ１の順に流れてバッテリ２の負極に戻る。このとき、バッテリ２が出力した直流電圧は抵抗Ｒ１によって降下し、抵抗Ｒ１によって降下した直流電圧がＦＥＴ３０のゲートに印加される。そして、抵抗Ｒ１によって降圧された直流電圧は、抵抗Ｒ２によって更に降圧され、抵抗Ｒ２によって降圧された直流電圧がＦＥＴ３０のソースに印加される。これにより、ＦＥＴ３０では、ソースの電位を基準としてゲートに一定の電圧以上の電圧が印加されてＦＥＴ３０はオンとなる。

これにより、バッテリ２が出力した直流電圧はＤＣＤＣコンバータ１２に対して一方向に印加され、電流がバッテリ２の正極からＤＣＤＣコンバータ１２及びＦＥＴ３０を流れてバッテリ２の負極に戻る。
以上のように、ＦＥＴ３０は、端子１０，１１間に直流電圧が印加された場合に、ＤＣＤＣコンバータ１２を介して端子１０，１１間を流れる電流の経路に設けられ、ＤＣＤＣコンバータ１２に対して直流電圧が一方向に印加される場合にオンとなる。

ＦＥＴ３０においてソースの電位を基準としてゲートに印加された電圧がツェナーダイオードＺ１の降伏電圧を超えた場合、ツェナーダイオードＺ１ではカソードからアノードに向けて電流が流れる。これにより、ＦＥＴ３０においてソースを基準としたゲートの電圧は、ツェナーダイオードＺ１の降伏電圧以下に維持される。

一方で、バッテリ２の正極及び負極夫々が端子１１，１０に接続されている場合、ダイオードＤ１に電流が流れることはないため、ＦＥＴ３０のソース及びゲート間の電圧差は略ゼロ又はゼロとなり、ＦＥＴ３０はオフとなる。これにより、ＤＣＤＣコンバータ１２に負の直流電圧が印加されることはない。

電圧検出部３２は、ＦＥＴ３０のソース及びドレイン間の電圧を検出する。ここで、バッテリ２の正極及び負極夫々が端子１０，１１に接続している状態で、ＤＣＤＣコンバータ１２が動作を停止している場合であっても、ＤＣＤＣコンバータ１２からＦＥＴ３０のソースに向けて電流、例えば暗電流が流れる。当然のことながら、ＤＣＤＣコンバータ１２が作動しているとき、ＤＣＤＣコンバータ１２からＦＥＴ３０のソースに向けて電流が流れる。

従って、バッテリ２の正極及び負極夫々が端子１０，１１に接続され、かつ、ＦＥＴ３０がオンである場合、電圧検出部３２は、ＦＥＴ３０のオン抵抗と、ＦＥＴ３０のソース及びドレイン間を流れる電流との積によって決まる電圧を検出する。また、バッテリ２の正極及び負極夫々が端子１０，１１に接続され、かつ、ＦＥＴ３０がオフである場合、ダイオードＤ１には電流が順方向に流れ、電圧検出部３２はダイオードＤ１の順方向電圧を検出する。
電圧検出部３２は検出手段として機能する。

電圧検出部３２は、ハイレベル及びローレベルの電圧からなる検出信号を制御部３５に出力する。電圧検出部３２は、検出した電圧が閾値電圧以上である場合、ローレベルの電圧である検出信号を出力し、検出した電圧が閾値電圧未満である場合、ハイレベルの電圧である検出信号を出力する。

閾値電圧は、バッテリ２の正極及び負極夫々が端子１０，１１に接続されている状態で、ＦＥＴ３０のソース及びドレイン間に過電流が流れた場合に電圧検出部３２が検出する電圧と、ＦＥＴ３０がオフであり、かつ、ダイオードＤ１に電流が流れている場合に電圧検出部３２が検出する電圧とのいずれよりも低い電圧に設定されている。更に、閾値電圧は、バッテリ２の正極及び負極夫々が端子１０，１１に接続されている状態で、ＤＣＤＣコンバータ１２に過電流が流れておらず、かつ、ＦＥＴ３０がオンである場合に電圧検出部３２が検出する電圧よりも高い電圧に設定されている。

ダイオードＤ１の順方向電圧は例えば０．７ボルトである。また、ＦＥＴ３０のソース及びドレイン間に過電流、例えば１００Ａの電流が流れた場合、ＦＥＴ３０のオン抵抗と、ＦＥＴ３０のソース及びドレイン間に流れる電流との積によって決まる電圧は０．３ボルトから０．９ボルトである。更に、ＤＣＤＣコンバータ１２に過電流が流れておらず、かつ、ＦＥＴ３０がオンである場合、ＦＥＴ３０のソース及びドレイン間の電圧は例えば０．１ボルト未満である。この場合、閾値電圧は例えば０．２ボルトに設定される。

制御部３５は、ＦＥＴ３０をオン／オフするためのオンオフ信号を抵抗Ｒ３，Ｒ４夫々の他端に向けて出力する。オンオフ信号はハイレベル及びローレベルの電圧によって構成される。バイポーラトランジスタ３１において、オンオフ信号がハイレベルの電圧である場合、エミッタの電位を基準としてベースに一定の電圧以上の電圧が印加されてバイポーラトランジスタ３１はオンとなる。このとき、ＦＥＴ３０におけるソース及びドレイン間の電圧差が略ゼロ又はゼロになるので、バッテリ２がＤＣＤＣコンバータ１２に印加する直流電圧の印加方向に無関係にＦＥＴ３０はオフとなる。

バイポーラトランジスタ３１において、オンオフ信号がローレベルの電圧である場合、エミッタの電位を基準としてベースに印加される電圧が一定の電圧未満であるので、バイポーラトランジスタ３１はオフとなる。バイポーラトランジスタ３１がオフである場合において、バッテリ２の正極及び負極夫々が端子１０，１１に接続されているとき、ＦＥＴ３０はオンであり、バッテリ２の正極及び負極夫々が端子１１，１０に接続されているとき、ＦＥＴ３０はオフである。

バッテリ２の正極及び負極夫々が端子１０，１１に接続されている場合においては、制御部３５は、オンオフ信号を出力することによって、ＦＥＴ３０のオン／オフを切替える。制御部３５は切替え手段として機能する。
制御部３５から出力されるオンオフ信号は、通常、ローレベルの電圧に維持されている。

制御部３５は、バッテリ２の正極及び負極夫々が端子１０，１１に接続されている状態で、ＦＥＴ３０におけるオン／オフの切替えを繰り返すオンオフ信号を出力し、電圧検出部３２から入力された検出信号、即ち、電圧検出部３２が検出した電圧に基づいてＦＥＴ３０が故障しているか否かを検知する。制御部３５が検知するＦＥＴ３０の故障は、ＦＥＴ３０におけるソース及びドレイン間の短絡である。制御部３５は検知手段としても機能する。

制御部３５は、電圧検出部３２から入力された検出信号に基づいて、ＤＣＤＣコンバータ１２から過電流が流れているか否かを判定する。制御部３５は判定手段としても機能する。
制御部３５は、ＦＥＴ３０の故障を検知した場合と、ＤＣＤＣコンバータ１２から過電流が流れていると判定した場合とに、ハイレベルの電圧である停止信号をＤＣＤＣコンバータ１２に出力する。これにより、制御部３５は、ＤＣＤＣコンバータ１２に動作、即ち、変圧を停止させる。

更に、制御部３５には、変圧システム１が搭載されている車両の図示しないイグニッションスイッチのオン及びオフを示すイグニッション信号が入力されている。

記憶部３３は、ＦＥＴ３０が故障しているか否かを検知するために用いられる変数ＣＮＴを記憶しており、記憶部３３に記憶してある内容の読出し及び書き込みは制御部３５によって行われる。
報知部３４は、制御部３５がＦＥＴ３０の故障を検知した場合と、制御部３５がＤＣＤＣコンバータ１２から過電流が流れていると判定した場合とにおいて、制御部３５の指示に従ってその旨を報知する。報知部３４は、図示しない表示部へのメッセージの表示、又は、図示しないランプの点灯等によって報知を行う。

図２は制御部３５が実行する動作の手順を示すフローチャートである。以下では、バッテリ２の正極及び負極夫々は端子１０，１１に接続されているとする。制御部３５は、イグニッションスイッチがオフであり、かつ、ＤＣＤＣコンバータ１２に出力している停止信号がローレベルの電圧である状態で図２に示す処理を開始する。制御部３５は、外部から入力されているイグニッション信号に基づいてイグニッションスイッチがオンになったか否かを判定する（ステップＳ１）。ここで、制御部３５は、外部から入力されているイグニッション信号がイグニッションスイッチのオフを示す状態からイグニッションスイッチのオンを示す状態に変わった場合に、イグニッションスイッチがオンになったと判定する。

制御部３５は、イグニッションスイッチがオンになっていない、即ちオフのままであると判定した場合（Ｓ１：ＮＯ）、処理をステップＳ１に戻し、イグニッションスイッチがオンとなるまで待機する。
制御部３５は、イグニッションスイッチがオンとなったと判定した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、記憶部３３に記憶してある変数ＣＮＴをゼロに設定し（ステップＳ２）、ハイレベルの電圧及びローレベルの電圧の順に遷移するオンオフ信号を出力することによって、ＦＥＴ３０をオフ及びオンにする（ステップＳ３）。

制御部３５は、オンオフ信号によってＦＥＴ３０をオフ及びオンしている間に電圧検出部３２から入力された検出信号に基づいて、ＦＥＴ３０が正常に動作しているか否かを判定する（ステップＳ４）。ＦＥＴ３０が正常に動作している場合において、ＦＥＴ３０がオフであるとき、電圧検出部３２は、閾値電圧以上の電圧、具体的にはダイオードＤ１の順方向電圧を検出するので、制御部３５にはローレベルの電圧である検出信号が入力される。また、同様の状況で、ＦＥＴ３０がオンであるとき、電圧検出部３２は閾値電圧未満の電圧、具体的にはＦＥＴ３０のオン抵抗とＦＥＴ３０のソース及びドレイン間を流れる電流との積で決まる電圧を検出するので、制御部３５にはハイレベルの電圧である検出信号が入力される。

制御部３５は、ＦＥＴ３０をオフ及びオンしている場合に検出信号がローレベルの電圧及びハイレベルの電圧を示したとき、ステップＳ４でＦＥＴ３０が正常に動作していると判定する。制御部３５は、ＦＥＴ３０をオフ及びオンにしている間、検出信号が常にハイレベルの電圧を示した場合、ステップＳ４でＦＥＴ３０のソース及びドレイン間が短絡しており、ＦＥＴ３０が正常に動作していないと判定する。
以上のように、制御部３５は、ＦＥＴ３０のオン／オフを切替える前後において、入力される検出信号、即ち、電圧検出部３２が検出した電圧に基づいてＦＥＴ３０が正常に動作しているか否かを検知する。

なお、制御部３５は、ＦＥＴ３０をオフ及びオンにしている間、検出信号が常にローレベルの電圧を示した場合、ステップＳ４で、ＦＥＴ３０のソース及びドレイン間が開放しており、ＦＥＴ３０が正常に動作していないと判定してもよい。

制御部３５は、ＦＥＴ３０が正常に動作していないと判定した場合（Ｓ４：ＮＯ）、変数ＣＮＴの値を１だけインクリメントし（ステップＳ５）、記憶部３３に記憶してある変数ＣＮＴが所定数あるか否かを判定する（ステップＳ６）。制御部３５は、変数ＣＮＴが所定数未満である場合（Ｓ６：ＮＯ）、処理をステップＳ３に戻し、再びＦＥＴ３０をオフ及びオンにし、ＦＥＴ３０が正常に動作しているか否かを判定する。所定数は２以上の自然数であり、例えば５である。

制御部３５は、変数ＣＮＴが所定数以上である、即ち、ＦＥＴ３０が正常に動作していないと所定数回、連続して判定した場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、ハイレベルの電圧を示す停止信号をＤＣＤＣコンバータ１２に出力することによってＤＣＤＣコンバータ１２の動作を停止させる（ステップＳ７）。これにより、ＦＥＴ３０が故障している状態でバッテリ２の正極及び負極夫々が端子１１，１０に接続された場合であっても、ＤＣＤＣコンバータ１２に負の直流電圧が印加されることはなく、ＤＣＤＣコンバータ１２の故障を防止することができる。制御部３５は、ステップＳ７を実行した後、報知部３４に指示してＦＥＴ３０が故障している旨を報知させる（ステップＳ８）。これにより、ＦＥＴ３０の交換を使用者に促すことができる。制御部３５は、ステップＳ６で変数ＣＮＴが所定数以上であると判定した場合、ＦＥＴ３０が故障していると判定している。

以上のように、制御部３５は、ＦＥＴ３０のオン／オフを複数回切替える。そして、制御部３５は、切替えによってＦＥＴ３０がオン及びオフを繰り返している間に、電圧検出部３２から入力されていた検出信号がハイレベルの電圧であった場合、即ち、電圧検出部３２が検出した電圧が閾値電圧未満であった場合にＦＥＴ３０の故障を検知する。これにより、ＦＥＴ３０のオン／オフを１回切替えてＦＥＴ３０の故障を検知する場合よりも、正確にＦＥＴ３０の故障を検知することができる。

制御部３５は、ＦＥＴ３０が正常に動作していると判定した場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、抵抗Ｒ３，Ｒ４夫々の他端に出力するオンオフ信号をローレベルの電圧にすることによってＦＥＴ３０をオンにする（ステップＳ９）。次に、制御部３５は、電圧検出部３２から入力される検出信号に基づいてＤＣＤＣコンバータ１２に過電流が流れているか否かを判定する（ステップＳ１０）。

制御部３５は、ＦＥＴ３０のソースからドレインに多量の電流が流れて電圧検出部３２が閾値電圧以上の電圧を検出し、検出信号がローレベルの電圧を示した場合、ＤＣＤＣコンバータ１２に過電流が流れていると判定する。制御部３５は、ＦＥＴ３０のソースからドレインに流れている電流が少量であって電圧検出部３２が閾値電圧未満の電圧を検出し、検出信号がハイレベルの電圧を示している場合、ＤＣＤＣコンバータ１２に過電流が流れていないと判定する。
なお、制御部３５がステップＳ１０を実行する段階ではＦＥＴ３０は正常に動作していると判定されている。

以上のように、制御部３５は、電圧検出部３２が検出した電圧に基づいて、ＦＥＴ３０における故障の検知と、ＤＣＤＣコンバータ１２に過電流が流れているか否かの判定とを行う。このため、保護装置１３は、部品点数が少ない状態でＦＥＴ３０における故障の検知と過電流が流れているか否かの判定とを行うことができる。

制御部３５は、過電流が流れたと判定した場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、ステップＳ７，Ｓ８を順次実行する。制御部３５は、ステップＳ１０で過電流が流れていると判定した後に実行するステップＳ８では、過電流が発生した旨を報知する。
制御部３５は、ステップＳ１０で過電流が流れたと判定した場合、ステップＳ７を実行して、ＤＣＤＣコンバータ１２の動作を停止するので、過電流が長期間ＤＣＤＣコンバータ１２に流れることを防止することができる。

制御部３５は、過電流が流れていないと判定した場合（Ｓ１０：ＮＯ）、外部から入力されているイグニッション信号に基づいてイグニッションスイッチがオフになったか否かを判定する（ステップＳ１１）。ここで、制御部３５は、外部から入力されているイグニッション信号がイグニッションスイッチのオンを示す状態からイグニッションスイッチのオフを示す状態に変わった場合に、イグニッションスイッチがオフになったと判定する。

制御部３５は、イグニッションスイッチがオフになっていない、即ちオンのままであると判定した場合（Ｓ１１：ＮＯ）、処理をステップＳ１０に戻し、イグニションスイッチがオフとなるまで、ステップＳ１０の判定を繰り返す。
制御部３５は、ステップＳ８を実行した後、又は、イグニションスイッチがオフになったと判定した場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、処理を終了する。制御部３５は、ステップＳ１１でイグニションスイッチがオフになったと判定して処理を終了した場合、処理を終了した後、再び、ステップＳ１を実行する。

図３は変圧システム１の動作の一例を示すタイミングチャートである。図３には、ＦＥＴ３０が故障していない状態でＤＣＤＣコンバータ１２に過電流が発生した場合に行われる変圧システム１の動作が示されている。この場合においても、バッテリ２の正極及び負極夫々は端子１０，１１に接続されているとする。図３では、ハイレベルの電圧を「Ｈ」で示し、ローレベルの電圧を「Ｌ」で示している。

制御部３５は、イグニッション信号に基づいてイグニションスイッチがオンになったと判定した場合、ハイレベルの電圧及びローレベルの電圧の順に遷移するオンオフ信号を出力する。このオンオフ信号が出力されている期間はＴであり、オンオフ信号は、期間Ｔ／２ずつハイレベルの電圧及びローレベルの電圧となる。
期間Ｔにおいて、オンオフ信号がハイレベル及びローレベルの電圧である期間の割合は、５０％ずつに限定されず、例えばオンオフ信号がハイレベルの電圧である期間がＴ×７／１０であり、オンオフ信号がローレベルである期間がＴ×３／１０であってもよい。

制御部３５がハイレベルの電圧及びローレベルの電圧の順に遷移するオンオフ信号を出力している間において、電圧検出部３２が検出した電圧が閾値電圧未満を維持している場合、電圧検出部３２はハイレベルの電圧を示す検出信号を制御部３５に出力し続ける。このとき、制御部３５は、ＦＥＴ３０が正常に動作していないとして、変数ＣＮＴを１だけインクリメントして１に設定し、再びハイレベルの電圧及びローレベルの電圧の順に遷移するオンオフ信号を出力する。

そして、制御部３５がハイレベルの電圧を示すオンオフ信号を出力している間に電圧検出部３２が閾値電圧以上の電圧を検出し、制御部３５がローレベルの電圧を示すオンオフ信号を出力している間に電圧検出部３２が閾値電圧未満の電圧を検出する。従って、制御部３５がハイレベルの電圧及びローレベルの電圧の順に遷移するオンオフ信号を出力している間、制御部３５にはローレベルの電圧及びハイレベルの電圧の順に遷移する検出信号が入力されており、制御部３５はＦＥＴ３０が故障していないと判定する。以後、制御部３５は、ローレベルの電圧を示すオンオフ信号を抵抗Ｒ３，Ｒ４夫々の他端に出力する。
制御部３５がＮ（Ｎ：所定回数以下の自然数）回目のオンオフ信号を出力した場合にＦＥＴ３０が故障していないと判定したときには、ハイレベルの電圧及びローレベルの電圧の順に遷移するオンオフ信号の出力回数はＮ回である。

種々の原因でＤＣＤＣコンバータ１２に過電流が発生した場合、オン状態であるＦＥＴ３０の両端間の電圧が上昇し、電圧検出部３２は閾値電圧以上の電圧を検出し、制御部３５に入力されている検出信号はローベルの電圧を示す。このとき、制御部３５は、過電流の発生を検知し、ハイレベルの電圧を示す停止信号をＤＣＤＣコンバータ１２に出力し、ＤＣＤＣコンバータ１２に変圧を停止させる。これにより、ＤＣＤＣコンバータ１２から流れ出る電流の量は少量となり、オン状態であるＦＥＴ３０の両端間の電圧は低下し、電圧検出部３２は閾値電圧未満の電圧を検出し、電圧検出部３２から制御部３５に出力されているオンオフ信号はハイレベルの電圧に戻る。このとき、制御部３５は、停止信号をハイレベルの電圧からローレベルの電圧に戻さず、ハイレベルの電圧に維持する。

ＦＥＴ３０が故障していないと判定された後、過電流が発生しなかった場合においては、オンオフ信号、検出信号及び停止信号夫々は、ローレベルの電圧、ハイレベルの電圧及びローレベルの電圧が維持される。

図４は変圧システム１の動作の他例を示すタイミングチャートである。図４には、ＦＥＴ３０が故障している場合に行われる変圧システム１の動作が示されている。この場合においても、バッテリ２の正極及び負極夫々は端子１０，１１に接続されているとする。図４でも、ハイレベルの電圧を「Ｈ」で示し、ローレベルの電圧を「Ｌ」で示している。

制御部３５は、イグニッション信号に基づいてイグニションスイッチがオンになったと判定した場合、ハイレベルの電圧及びローレベルの電圧の順に遷移するオンオフ信号を出力する。このオンオフ信号を制御部３５が出力している間、電圧検出部３２がハイレベルの電圧を示す検出信号を制御部３５に出力し続け、制御部３５はＦＥＴ３０が正常に動作をしていないとして、変数ＣＮＴを１だけインクリメントし、再び、ハイレベルの電圧及びローレベルの電圧の順に遷移するオンオフ信号を出力する。

ＦＥＴ３０が正常に動作せず、制御部３５がハイレベルの電圧及びローレベルの電圧の順に遷移するオンオフ信号の出力を複数回（図４では５回）繰り返して、変数ＣＮＴが所定数（図４の例では５である）となった場合、制御部３５は、ＦＥＴ３０が故障していると判定する。そして、制御部３５は、ハイレベルの電圧を示す停止信号をＤＣＤＣコンバータ１２に出力し、ＤＣＤＣコンバータ１２に変圧を停止させる。また、制御部３５は、ＦＥＴ３０が故障していると判定した後、ローレベルの電圧を示すオンオフ信号を抵抗Ｒ３，Ｒ４の他端に出力する。

なお、ＦＥＴ３０が故障しているかを制御部３５が検知するタイミングは、イグニションスイッチがオンになった後に限定されず、例えば、イグニションスイッチをオフにするオフ指示を受け付けた場合に検知を行ってもよいし、車両がアイドリングストップを行っている場合に検知を行ってもよい。

制御部３５は、電圧検出部３２が検出した電圧、即ち、電圧検出部３２から出力される検出信号に基づいて、ＤＣＤＣコンバータ１２の過電流を検出しなくてもよい。また、ダイオードＤ１は、ＦＥＴ３０の寄生ダイオードでなくてもよい。以上のような場合であっても、ＦＥＴ３０の故障を検知することができる。

また、制御部３５は、ＦＥＴ３０の故障を検知する場合に、ＦＥＴ３０におけるオン／オフの切替えを複数回行わなくてもよい、即ち、ハイレベルの電圧及びローレベルの電圧の順に遷移するオンオフ信号を複数回出力せず、所定数を１としてもよい。制御部３５は、ＦＥＴ３０におけるオン／オフを１回だけ切替える、即ち、ハイレベル及びローレベルの電圧の順に遷移するオンオフ信号を１回だけ出力して、オン／オフの切替え前後において電圧検出部３２が検出した電圧に基づいてＦＥＴ３０の故障を検知してもよい。

このとき、制御部３５は、ＦＥＴ３０がオン状態及びオフ状態の順に遷移している場合において、電圧検出部３２から入力されている検出信号がハイレベルの電圧を維持しているときにＦＥＴ３０の故障を検知する。このような場合であってもＦＥＴ３０の故障を正確に検知することができる。

また、制御部３５は、ＦＥＴ３０の故障、具体的にはＦＥＴ３０の短絡を検知した場合にＤＣＤＣコンバータ１２に変圧を停止させなくてもよく、報知部３４にＦＥＴ３０の故障を通知させるだけでもよい。
また、制御部３５は、ＦＥＴ３０の故障として、ＦＥＴ３０の短絡だけではなく、ＦＥＴ３０の開放を検知することが可能である。制御部３５は、ハイレベルの電圧及びローレベルの電圧の順に遷移するオンオフ信号を所定回数出力した状態で、電圧検出部３２から入力された検出信号がローレベルの電圧を維持している場合に、ＦＥＴ３０の開放を検知することができる。

更に、ＦＥＴ３０が故障しているか否かを検知する構成は、ＦＥＴ３０のソース及びドレイン間にダイオードＤ１を接続し、ＦＥＴ３０をオン／オフしている間に電圧検出部３２が検出した電圧に基づいて検知する構成に限定されない。ＦＥＴ３０が故障しているか否かを検知する構成は、ＦＥＴ３０の故障、特に、ＦＥＴ３０におけるソース及びドレイン間の短絡を検出することができる構成であればよい。

また、保護装置１３では、ＦＥＴ３０の代わりに、Ｐチャネル型のＦＥＴ、又は、バイポーラトランジスタ等の半導体スイッチを用いてもよい。同様に、保護装置１３において、バイポーラトランジスタ３１の代わりに、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタ、ＦＥＴ又はリレー接点等のスイッチを用いてもよい。
更に、保護装置１３が適用される電気機器は、電圧を変圧するＤＣＤＣコンバータに限定されない。保護装置１３については、直流電圧を一方向に印加すべき携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）又はパーソナルコンピュータ等の電気機器に適用することができる。

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。

１ 変圧システム
１０，１１ 端子
１２ ＤＣＤＣコンバータ（電気機器、変圧装置）
１３ 保護装置
３０ ＦＥＴ（スイッチ）
３２ 電圧検出部（検出手段）
３５ 制御部（検知手段、切替え手段、判定手段）
Ｄ１ ダイオード

Claims (7)

1. 直流電圧の印加によって電気機器を介して流れる電流の経路に設けられ、前記電気機器に対して前記直流電圧が一方向に印加される場合にオンとなり、前記電気機器に対して前記直流電圧が他方向に印加される場合にオフとなるスイッチを備える保護装置において、
   前記直流電圧が前記一方向に印加されている場合に前記スイッチが故障しているか否かを検知する検知手段
   を備えることを特徴とする保護装置。
2. 前記検知手段が前記スイッチの故障を検知した場合に前記電気機器の動作を停止させるように構成してあること
   を特徴とする請求項１に記載の保護装置。
3. 前記スイッチの両端間に接続され、前記直流電圧が前記一方向に印加されている場合に電流が順方向に流れるダイオードと、
   前記スイッチの両端間の電圧を検出する検出手段と、
   前記直流電圧が前記一方向に印加されている場合に前記スイッチのオン／オフを切替える切替え手段と
   を備え、
   前記検知手段は、前記切替え手段が前記スイッチのオン／オフを切替える前後にて前記検出手段が検出した電圧に基づいて、前記スイッチが故障しているか否かを検知するように構成してあること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の保護装置。
4. 前記切替え手段は前記スイッチのオン／オフを複数回切替え、
   前記検知手段は、前記切替え手段によって前記スイッチがオン及びオフを繰り返している間に、前記検出手段が繰り返し検出した電圧が所定電圧未満であった場合に前記スイッチの故障を検知するように構成してあること
   を特徴とする請求項３に記載の保護装置。
5. 前記スイッチは電界効果トランジスタであり、
   前記ダイオードは、前記スイッチの寄生ダイオードであること
   を特徴とする請求項３又は請求項４に記載の保護装置。
6. 前記検出手段が検出した電圧に基づいて前記電気機器に過電流が流れている否かを判定する判定手段を備え、
   該判定手段によって前記過電流が流れていると判定された場合に前記電気機器の動作を停止させるように構成してあること
   を特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１つに記載の保護装置。
7. 端子対間に印加された直流電圧を変圧する変圧装置と、前記直流電圧の印加によって前記端子対間を流れる電流の経路に設けられ、前記端子対間に印加される前記直流電圧の印加方向が一方向である場合にオンとなり、前記印加方向が他方向である場合にオフとなるスイッチを有する保護装置とを備える変圧システムにおいて、
   前記保護装置は、前記印加方向が前記一方向である場合に前記スイッチが故障であるか否かを検知する検知手段を有すること
   を特徴とする変圧システム。

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