JP2015101184A - 電源分配装置及び電源分配システム - Google Patents

Abstract

【課題】多電圧化を採用した車両において用いられる製造コストを抑えた電源分配装置及び電源分配システムを提供する。【解決手段】電源分配装置２０は、複数の回路部３０がそれぞれ有するＮチャンネル型の電界効果トランジスタである半導体スイッチ３１が、第１電源部１１と複数の負荷Ｌとの間にそれぞれ設けられている。第２電源部１２が出力する第２電圧Ｖ２が、第１電源部１１が出力する第１電圧Ｖ１より高い電圧でかつ複数の半導体スイッチ３１をオン制御可能な電圧とされている。制御部４０には、複数の半導体スイッチ３１についてオン／オフ制御を指示する制御信号が入力される。そして、電源供給制御回路３３が、上記制御信号によってオン制御の半導体スイッチ３１のゲート端子Ｇと第２電源部１２を接続し、かつ、オフ制御の半導体スイッチ３１のゲート端子Ｇと第２電源部１２とを遮断する。【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載される電源分配装置及び電源分配システムに関するものである。

近年、環境性能向上を目的としてエンジンアイドリングストップ／リスタートシステムを採用した車両が増加している。そして、このような車両においては、従来から搭載されている１２Ｖ系電源に加えて、エンジンリスタート時の効率化のために高電圧の４８Ｖ系電源等を採用した多電圧化が進んでいる。

ところで、従来、車両に搭載された各負荷への電源供給は、バッテリー等の電源部と負荷との間に設けた電磁リレーをオンオフ制御することにより行われている。そして、近年では、小型化や高速スイッチング制御などを実現するため、電磁リレーに代えて、半導体スイッチを用いた構成が提案されている（例えば、特許文献１など）。

例えば、特許文献１に記載された車両用電源分配装置８０１では、図３に示すように、電源部８５０と負荷８６０との間（いわゆる、ハイサイド（負荷の上流））に半導体スイッチとしてのパワーＭＯＳＦＥＴ８１０を設けて、電源供給を制御する。このような、電源供給に用いる半導体スイッチには、電力損失や発熱を極力抑えるため低オン抵抗が必要とされていることから、一般的にＮチャンネル型の電界効果トランジスタが採用され、上記車両用電源分配装置８０１においても、Ｎチャンネル型の電界効果トランジスタであるパワーＭＯＳＦＥＴ８１０が用いられている。

特開平１０−１２６９６３号公報

しかしながら、Ｎチャンネル型の電界効果トランジスタであるパワーＭＯＳＦＥＴ８１０は、ゲート端子Ｇとソース端子Ｓとの間にゲート電圧ＶＧＳを与えることにより導通されるところ、導通時はドレイン端子Ｄの電圧とソース端子Ｓの電圧とが共に電源部８５０から供給される電源電圧となるため、導通に必要なゲート電圧ＶＧＳは、電源電圧より１０Ｖ程度高くなる。そのため、電源電圧より高いゲート電圧ＶＧＳを得るため、チャージポンプ回路が必要となり、製造コストが増加してしまうという問題があった。また、チャージポンプ回路とＮチャンネル型電界効果トランジスタとを有するインテリジェントパワーデバイス（ＩＰＤ）においても、同様の問題があった。

本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。即ち、本発明は、多電圧化を採用した車両において用いられる製造コストを抑えた電源分配装置及び電源分配システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、第１電圧を出力する第１電源部と第２電圧を出力する第２電源部とを有する車両に搭載され、前記車両に搭載された複数の負荷への電源供給を制御する電源分配装置であって、前記第１電源部と前記複数の負荷との間にそれぞれ設けられ、オン／オフ制御されることにより前記第１電源部に前記複数の負荷をそれぞれ個別に接続／遮断する複数のＮチャンネル型の電界効果トランジスタと、前記複数の電界効果トランジスタのうちの１又は複数の電界効果トランジスタのオン／オフ制御を指示する制御信号が入力される制御信号入力部と、前記第２電源部と前記複数の電界効果トランジスタの制御端子との間にそれぞれ設けられ、前記制御信号入力部に入力された前記制御信号によってオン制御が指示された前記電界効果トランジスタの制御端子と前記第２電源部を接続し、かつ、当該制御信号によってオフ制御が指示された前記電界効果トランジスタの制御端子と前記第２電源部を遮断する電源供給制御部と、前記第２電圧が、第１電圧より高い電圧でかつ前記複数の電界効果トランジスタをオン制御可能な電圧とされていることを特徴とする電源分配装置である。

請求項２に記載された発明は、上記目的を達成するために、複数の負荷への電源供給を制御する車両用の電源分配システムであって、第１電圧を出力する第１電源部と、前記第１電源部と前記複数の負荷との間にそれぞれ設けられ、オン／オフ制御されることにより前記第１電源部に前記複数の負荷をそれぞれ個別に接続／遮断する複数のＮチャンネル型の電界効果トランジスタと、前記第１電圧より高い電圧でかつ前記複数の電界効果トランジスタをオン制御可能な第２電圧を出力する第２電源部と、前記複数の電界効果トランジスタのうちの１又は複数の電界効果トランジスタのオン／オフ制御を指示する制御信号が入力される制御信号入力部と、前記第２電源部と前記複数の電界効果トランジスタの制御端子との間にそれぞれ設けられ、前記制御信号入力部に入力された前記制御信号によってオン制御が指示された前記電界効果トランジスタの制御端子と前記第２電源部を接続し、かつ、当該制御信号によってオフ制御が指示された前記電界効果トランジスタの制御端子と前記第２電源部を遮断する電源供給制御部と、を備えていることを特徴とする電源分配システムである。

本発明によれば、複数のＮチャンネル型の電界効果トランジスタが、第１電源部と複数の負荷との間にそれぞれ設けられている。これら複数の電界効果トランジスタが、オン／オフ制御されることにより第１電源部に複数の負荷をそれぞれ個別に接続／遮断する。第２電源部が出力する第２電圧が、第１電源部が出力する第１電圧より高い電圧でかつ複数の電界効果トランジスタをオン制御可能な電圧とされている。制御信号入力部には、複数の電界効果トランジスタのうちの１又は複数の電界効果トランジスタについてオン／オフ制御を指示する制御信号が入力される。そして、電源供給制御部が、制御信号入力部に入力された制御信号によってオン制御が指示された電界効果トランジスタの制御端子と第２電源部を接続し、かつ、オフ制御が指示された電界効果トランジスタの制御端子と第２電源部を遮断する。

このようにしたことから、複数の電界効果トランジスタのそれぞれについてオン制御する際に制御端子に第２電源部が接続されるので、電界効果トランジスタをオン制御可能な第２電圧が当該制御端子に印加されて当該電界効果トランジスタをオンにすることができる。また、複数の電界効果トランジスタのそれぞれについてオフ制御する際に制御端子と第２電源部が遮断されるので、電界効果トランジスタをオン制御可能な第２電圧が当該制御端子に印加されず当該電界効果トランジスタをオフにすることができる。そのため、チャージポンプ回路を必要とせず、製造コストを抑えることができる。

本発明の一実施形態の電源分配システムの概略構成を示す図である。 図１の電源分配システムが備える電源分配装置の概略構成を示す図である。 従来の電源分配装置の概略構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態の電源分配システムについて、図１、図２を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態の電源分配システムの概略構成を示す図である。図２は、図１の電源分配システムが備える電源分配装置の概略構成を示す図である。

電源分配システムは、例えば、自動車などの車両に搭載され、当該車両に搭載された１２Ｖ系電源により駆動される電装品などの複数の負荷への電源供給を制御する。この車両は、例えば、エンジンアイドリングストップ／リスタートシステムを採用しており、従来から搭載されている１２Ｖ系電源に加えて、エンジンリスタート時の効率化のための高電圧の４８Ｖ系電源を搭載している。

図１に示すように、本実施形態の電源分配システム１は、第１電源部１１と、第２電源部１２と、複数の電源分配装置２０と、を有している。

第１電源部１１は、例えば、１２Ｖ出力のバッテリー装置などで構成されており、１２Ｖの電圧（第１電圧Ｖ１）を、後述する電源分配装置２０を通じて、１２Ｖ系電源により駆動される複数の負荷Ｌに供給する。

第２電源部１２は、例えば、４８Ｖ出力のバッテリー装置などで構成されており、４８Ｖの電圧（第２電圧Ｖ２）を、図示しないエンジンスタータなどに供給する。また、第２電圧Ｖ２は、後述する電源分配装置２０にも供給される。第２電源部１２が出力する第２電圧Ｖ２は４８Ｖであるため、第１電源部１１が出力する１２Ｖの第１電圧Ｖ１より高い電圧でかつ後述する電源分配装置２０が備える半導体スイッチ３１をオン制御可能である。

図２に示すように、電源分配装置２０は、複数の負荷Ｌ［１］〜Ｌ［ｎ］（ｎは２以上の自然数）に対して第１電源部１１からの電源供給を制御する。電源分配装置２０は、複数の回路部３０［１］〜３０［ｎ］と、制御部４０と、を有している。複数の回路部３０［１］〜３０［ｎ］は、それぞれ複数の負荷Ｌ［１］〜Ｌ［ｎ］に対応して設けられている。

回路部３０は、半導体スイッチ３１と、ヒューズ３２と、電源供給制御回路３３と、を有している。

半導体スイッチ３１は、Ｎチャンネル型の電界効果トランジスタであるパワーＭＯＳＦＥＴである。半導体スイッチ３１のドレイン端子Ｄは、第１電源部１１に接続され、ソース端子Ｓは、ヒューズ３２を通じて、対応する負荷Ｌに接続されている。また、半導体スイッチ３１の制御端子であるゲート端子Ｇは、電源供給制御部としての電源供給制御回路３３に接続されている。第１電源部１１から出力される第１電圧Ｖ１（１２Ｖの電圧）は、半導体スイッチ３１のドレイン端子Ｄ−ソース端子Ｓを通じて負荷Ｌに供給される。半導体スイッチ３１は、電源供給制御回路３３によりオン／オフ制御される。つまり、半導体スイッチ３１は、第１電源部１１と負荷Ｌとの間にそれぞれ設けられ、オン／オフ制御されることにより第１電源部１１に負荷Ｌを接続／遮断する。なお、半導体スイッチ３１は、温度保護機能内蔵のものを用いてもよい。

電源供給制御回路３３は、ツェナーダイオード３４と、第１トランジスタ３５と、第１固定抵抗器３６と、第２トランジスタ３７と、第２固定抵抗器３８と、を有している。

ツェナーダイオード３４は、半導体スイッチ３１のゲート端子Ｇ−ソース端子Ｓ間に接続されている。ツェナーダイオード３４はゲート端子Ｇ−ソース端子Ｓ間を約１０［Ｖ］にクランプしてゲートＧに過電圧が印加された場合にバイパスさせる。半導体スイッチ３１のゲート−ソース間の最大電圧は、ツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧よりも十分に大きいものとされている。

第１トランジスタ３５は、ＮＰＮ型トランジスタであり、コレクタ端子Ｃが第１固定抵抗器３６を通じて後述する第２トランジスタ３７のベース端子Ｂに接続され、エミッタ端子ＥがグラウンドＧに接続され、ベース端子Ｂが後述する制御部４０の出力ポートＰに接続されている。

第２トランジスタ３７は、ＰＮＰ型のトランジスタであり、エミッタ端子Ｅが第２電源部１２に接続され、コレクタ端子Ｃが第２固定抵抗器３８を通じて半導体スイッチ３１のゲート端子Ｇに接続されている。

制御部４０は、例えば、組み込み機器用のマイクロコンピュータなどで構成されている。このマイクロコンピュータは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを内蔵して構成されており、電源分配装置２０全体の制御を司る。ＲＯＭには、ＣＰＵを各種手段として機能させるための制御プログラムが予め記憶されており、ＣＰＵは、この制御プログラムを実行することにより上記各種手段として機能する。

制御部４０は、複数の回路部３０［１］〜３０［ｎ］に対応した複数の出力ポートＰ［１］〜Ｐ［ｎ］を有している。複数の出力ポートＰ［１］〜Ｐ［ｎ］は、それぞれ複数の回路部３０［１］〜３０［ｎ］が備える電源供給制御回路３３の第１トランジスタ３５のベース端子Ｂに接続されている。制御部４０は、複数の出力ポートＰ［１］〜Ｐ［ｎ］を通じて、複数の回路部３０［１］〜３０［ｎ］が備える電源供給制御回路３３の第１トランジスタ３５のベース端子Ｂに別個独立に電流を流す。

制御部４０は、通信ポートＣＡＮを有している。この通信ポートＣＡＮは、図示しない車両内ネットワーク（例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）など）に接続されており、当該車両内ネットワークを通じて車両全体の制御を司る図示しない電子制御ユニット（ＥＣＵ）に接続されている。制御部４０は、当該電子制御ユニットから、車両内ネットワークを通じて、複数の回路部３０［１］〜３０［ｎ］が有する半導体スイッチ３１のうちの１又は複数の半導体スイッチ３１のオン／オフ制御を指示する制御信号が入力される。制御部４０は、制御信号入力部の一例である。

次に、上述した電源分配システム１の動作の一例について説明する。

車両に搭載された図示しない電子制御ユニットは、例えば、複数の負荷Ｌのうちのある負荷Ｌ（以下、負荷Ｌ［ｋ］；ｋは１〜ｎの間の１つの自然数）に対応する操作スイッチが操作されたときに、当該負荷Ｌ［ｋ］の電源供給を制御する電源分配装置２０に対して、電文（即ち、制御信号）を、車両内ネットワークを通じて送信する。この電文は、例えば、（ｉ）負荷Ｌ［ｋ］に対応する回路部３０［ｋ］を特定する識別情報、及び、（ｉｉ）当該回路部３０［ｋ］に対する制御（オン／オフ制御）を指示する制御情報を含む。この電文には、複数の上記識別情報及び当該識別情報に対応する制御情報が含まれていてもよい。即ち、１つの電文で複数の負荷Ｌの電源供給の制御を指示してもよい。

そして、この電文を受信した電源分配装置２０の制御部４０は、電文内の識別情報に示される回路部３０［ｋ］を特定し、当該回路部３０［ｋ］に対して、出力ポートＰ［ｋ］を通じて制御情報により指示される制御を行う。

具体的には、制御情報が「オン制御」を指示するものであった場合、制御部４０は、出力ポートＰ［ｋ］から回路部３０［ｋ］の電源供給制御回路３３に対して電流を供給する。

そして、電源供給制御回路３３は、第１トランジスタ３５のベース端子Ｂに対して制御部４０の出力ポートＰ［ｋ］から電流が供給されると、第１トランジスタ３５がオン（導通）して第２トランジスタ３７のベース端子ＢからグラウンドＧに電流が流れて、第２トランジスタ３７がオンする。これにより、第２電源部１２と半導体スイッチ３１のゲート端子Ｇとが接続され、ツェナーダイオード３４によって半導体スイッチ３１のゲート端子Ｇ−ソース端子Ｓ間の電圧ＶＧＳが約１０［Ｖ］になり、半導体スイッチ３１がオンする。これにより、第１電源部１１と負荷Ｌ［ｋ］とが接続される。

また、操作情報が「オフ制御」を指示するものであった場合、制御部４０は、出力ポートＰ［ｋ］から回路部３０［ｋ］の電源供給制御回路３３に対して流れる電流を遮断する。

そして、電源供給制御回路３３は、第１トランジスタ３５のベース端子Ｂに対して制御部４０の出力ポートＰからの電流が遮断されると、第１トランジスタ３５がオフ（遮断）して第２トランジスタ３７のベース端子ＢからグラウンドＧに流れる電流が遮断されて、第２トランジスタ３７がオフする。これにより、第２電源部１２と半導体スイッチ３１のゲート端子Ｇとが遮断されて半導体スイッチ３１のゲート端子Ｇ−ソース端子Ｓ間の電圧ＶＧＳが約０Ｖになり、半導体スイッチ３１がオフする。これにより、第１電源部１１と負荷Ｌ［ｋ］とが遮断される。

以上より、本実施形態によれば、複数の回路部３０がそれぞれ有する複数のＮチャンネル型の電界効果トランジスタである半導体スイッチ３１が、第１電源部１１と複数の負荷Ｌとの間にそれぞれ設けられている。複数の半導体スイッチ３１は、オン／オフ制御されることにより第１電源部１１に複数の負荷Ｌをそれぞれ個別に接続／遮断する。第２電源部１２が出力する第２電圧Ｖ２が、第１電源部１１が出力する第１電圧Ｖ１より高い電圧でかつ複数の半導体スイッチ３１をオン制御可能な電圧とされている。制御部４０には、複数の半導体スイッチ３１のうちの１又は複数の半導体スイッチ３１についてオン／オフ制御を指示する電文（制御信号）が入力される。そして、電源供給制御回路３３が、制御部４０に入力された電文によってオン制御が指示された半導体スイッチ３１のゲート端子Ｇと第２電源部１２を接続し、かつ、オフ制御が指示された半導体スイッチ３１のゲート端子Ｇと第２電源部１２を遮断する。

このようにしたことから、複数の半導体スイッチ３１のそれぞれについてオン制御する際にゲート端子Ｇに第２電源部１２が接続されるので、半導体スイッチ３１をオン制御可能な第２電圧Ｖ２が当該ゲート端子Ｇに印加されて当該半導体スイッチ３１をオンにすることができる。また、複数の半導体スイッチ３１のそれぞれについてオフ制御する際にゲート端子Ｇと第２電源部１２が遮断されるので、半導体スイッチ３１をオン制御可能な第２電圧Ｖ２が当該ゲート端子Ｇに印加されず当該半導体スイッチ３１をオフにすることができる。そのため、チャージポンプ回路を必要とせず、製造コストを抑えることができる。

上述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の電源分配装置及び電源分配システムの構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

１ 電源分配システム
１１ 第１電源部
１２ 第２電源部
２０ 電源分配装置
３０ 回路部
３１ 半導体スイッチ（Ｎチャンネル型の電界効果トランジスタ）
３２ ヒューズ
３３ 電源供給制御回路（電源供給制御部）
３４ ツェナーダイオード
３５ 第１トランジスタ
３６ 第１固定抵抗器
３７ 第２トランジスタ
３８ 第２固定抵抗器
４０ 制御部（制御信号入力部）
Ｖ１ 第１電圧
Ｖ２ 第２電圧

Claims (2)

1. 第１電圧を出力する第１電源部と第２電圧を出力する第２電源部とを有する車両に搭載され、前記車両に搭載された複数の負荷への電源供給を制御する電源分配装置であって、
   前記第１電源部と前記複数の負荷との間にそれぞれ設けられ、オン／オフ制御されることにより前記第１電源部に前記複数の負荷をそれぞれ個別に接続／遮断する複数のＮチャンネル型の電界効果トランジスタと、
   前記複数の電界効果トランジスタのうちの１又は複数の電界効果トランジスタのオン／オフ制御を指示する制御信号が入力される制御信号入力部と、
   前記第２電源部と前記複数の電界効果トランジスタの制御端子との間にそれぞれ設けられ、前記制御信号入力部に入力された前記制御信号によってオン制御が指示された前記電界効果トランジスタの制御端子と前記第２電源部を接続し、かつ、当該制御信号によってオフ制御が指示された前記電界効果トランジスタの制御端子と前記第２電源部を遮断する電源供給制御部と、
   前記第２電圧が、第１電圧より高い電圧でかつ前記複数の電界効果トランジスタをオン制御可能な電圧とされていることを特徴とする電源分配装置。
2. 複数の負荷への電源供給を制御する車両用の電源分配システムであって、
   第１電圧を出力する第１電源部と、
   前記第１電源部と前記複数の負荷との間にそれぞれ設けられ、オン／オフ制御されることにより前記第１電源部に前記複数の負荷をそれぞれ個別に接続／遮断する複数のＮチャンネル型の電界効果トランジスタと、
   前記第１電圧より高い電圧でかつ前記複数の電界効果トランジスタをオン制御可能な第２電圧を出力する第２電源部と、
   前記複数の電界効果トランジスタのうちの１又は複数の電界効果トランジスタのオン／オフ制御を指示する制御信号が入力される制御信号入力部と、
   前記第２電源部と前記複数の電界効果トランジスタの制御端子との間にそれぞれ設けられ、前記制御信号入力部に入力された前記制御信号によってオン制御が指示された前記電界効果トランジスタの制御端子と前記第２電源部を接続し、かつ、当該制御信号によってオフ制御が指示された前記電界効果トランジスタの制御端子と前記第２電源部を遮断する電源供給制御部と、
   を備えていることを特徴とする電源分配システム。

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