JP2016135028A - 遮断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力が小さい遮断装置を提供する。
【解決手段】遮断装置１０では、バッテリから負荷への電流経路にＰチャネル型のＦＥＴ２０が設けられている。カレントミラー回路２１はＦＥＴ２０のソース側及びドレイン側夫々から電流を引き込み、引き込んだ２つの電流が合わされた電流を出力する。カレントミラー回路２１が引き込む２つの電流の値Ｉｃは、ＦＥＴ２０に流れる電流の値Ｉｄが大きい程大きい。切替え回路２４は、カレントミラー回路２１が出力する電流の値が電流閾値以上である場合にＦＥＴ２０をオフに切替える。結果、遮断装置１０では、電流閾値以上の電流が、バッテリから負荷への電流経路に流れた場合に該電流経路に流れる電流を遮断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電流経路に過電流が流れることを防止するため、該電流経路に流れる電流を遮断する遮断装置に関する。

車両には、バッテリから負荷への電流経路に設けられたスイッチをオフに切替えることによって、該電流経路に過電流が流れることを防止する電源装置（例えば、特許文献１を参照）が搭載されている。

図６は従来の電源装置８の回路図である。特許文献１に記載してあるような従来の電源装置８では、バッテリ８０の正極はスイッチ８２を介して負荷８１の一端に接続され、バッテリ８０の負極と負荷８１の他端とは接地されている。

スイッチ８３はＰＮＰ型のバイポーラトランジスタであり、スイッチ８４はＮＰＮ型のバイポーラトランジスタである。スイッチ８３について、エミッタはバッテリ８０の正極に接続され、コレクタは負荷８１及び抵抗Ｒａ夫々の一端に接続され、ベースは抵抗Ｒｂの一端に接続されている。抵抗Ｒａの他端は、スイッチ８４のベースと、スイッチ８５及び抵抗Ｒｃの一端とに接続されている。スイッチ８４のコレクタは抵抗Ｒｂの他端に接続されている。スイッチ８４のエミッタと、スイッチ８５及び抵抗Ｒｃ夫々の他端とは接地されている。

従来の電源装置８では、負荷８１が停止している場合、スイッチ８２，８３，８４，８５夫々はオフ、オン、オン及びオフである。
スイッチ８２がオフであるため、電流がバッテリ８０の正極からスイッチ８３及び抵抗Ｒａ，Ｒｃの順に流れ、抵抗Ｒａ，Ｒｃはバッテリ８０の出力電圧を分圧し、分圧された電圧がスイッチ８４のベースに印加される。これにより、スイッチ８４ではベースからエミッタに電流が流れ、スイッチ８４はオンに維持されている。

スイッチ８４がオンである場合、電流が、バッテリ８０の正極から、スイッチ８３のエミッタ及びベースの順に流れる。スイッチ８３のベースから、電流は抵抗Ｒｂ及びスイッチ８４の順に流れる。これにより、スイッチ８３もオンに維持されている。バッテリ８０はスイッチ８３を介して負荷８１に暗電流を供給する。

負荷８１が短絡した場合、抵抗Ｒａに流れる電流の値Ｉａがゼロアンペアとなるため、スイッチ８４におけるベースとエミッタとの電圧差がゼロボルトとなり、電流がベースからエミッタに流れず、スイッチ８４はオフに切替えられる。スイッチ８４がオフに切替えられた場合、抵抗Ｒｂを流れる電流の値Ｉｂ、即ち、スイッチ８３において、エミッタからベースに流れる電流の値がゼロアンペアとなるため、スイッチ８３もオフに切替えられる。これにより、スイッチ８３を介してバッテリ８０から負荷８１に過電流が流れることが防止される。

以上のことから、スイッチ８３，８４，８５及び抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃによって構成される回路は、スイッチ８３をオフに切替えることによって、バッテリ８０から負荷８１への電流経路に流れる電流を遮断し、該電流経路に過電流が流れることを防止する遮断装置として機能する。

特開２０１４−３４２９１号公報

しかしながら従来の電源装置８においては、負荷８１が停止している間、負荷８１に供給されている電流の値に無関係に、抵抗Ｒａ，Ｒｂ夫々に一定の電流が流れ続け、抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃにおいて電力が消費され続けている。このため、遮断装置として機能する回路には、消費電力が大きいという問題がある。

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、消費電力が小さい遮断装置を提供することにある。

本発明に係る遮断装置は、所定値以上の電流が電流経路に流れた場合に該電流経路に流れる電流を遮断する遮断装置において、該電流経路に設けられたスイッチと、該スイッチの一端側及び他端側夫々から電流を引き込み、引き込んだ２つの電流が合わされた電流を出力するカレントミラー回路と、該カレントミラー回路が出力する電流の値が電流閾値以上である場合に前記スイッチをオフに切替える切替え回路とを備え、前記カレントミラー回路が引き込む２つの電流夫々の値は、前記スイッチに流れる電流の値が大きい程、大きいことを特徴とする。

本発明にあっては、電流経路にスイッチが設けられており、カレントミラー回路は、スイッチの一端側及び他端側夫々から電流を引き込み、引き込んだ２つの電流を合わせた電流を出力する。カレントミラー回路が引き込む２つの電流夫々の値は、スイッチに流れる電流の値が大きい程大きい。電流経路に所定値以上の電流が流れた場合、カレントミラー回路から出力される電流の値は電流閾値以上となり、切替え回路はスイッチをオフに切替え、電流経路に流れる電流を遮断する。

これにより、電流経路に過電流が流れることが防止される。更に、カレントミラー回路が引き込む２つの電流夫々の値は、スイッチに流れる電流の値が大きい程大きいので、電流経路に流れる電流の値が小さい場合、カレントミラー回路を介して流れる電流の値も小さい。このため、例えば、電流経路がバッテリから負荷への電流経路である場合において、負荷が動作を停止して電力を殆ど消費していないとき、装置も電力を殆ど消費することはなく、消費電力は小さい。

本発明に係る遮断装置は、前記切替え回路は、前記スイッチをオフに切替えた後、前記カレントミラー回路が出力する電流の値に無関係に、前記スイッチのオフを維持するように構成してあり、前記スイッチのオフの維持を解除する解除部を更に備えることを特徴とする。

本発明にあっては、切替え回路がスイッチをオフに切替えた場合、スイッチに電流が流れないため、カレントミラー回路が出力する電流の値は低下する。しかしながら、切替え回路は、カレントミラー回路が出力する電流の値に無関係にスイッチのオフを維持する。そして、例えば、このオフの維持の解除をするための信号が装置に入力された場合、切替え回路が行っているスイッチのオフの維持が解除される。

以上のように、スイッチがオフに維持されるので、電流経路に過電流が流れ続けることが防止される。更に、スイッチのオフの維持を解除することによって、再び電流経路に電流を流すことが可能である。

本発明に係る遮断装置は、前記スイッチは、トランジスタであって、電流が入力される端子の電位を基準とした制御端子の電圧値が、ゼロ未満の電圧閾値以上である場合に非導通状態となり、前記制御端子の電圧値が前記電圧閾値未満である場合に導通状態とな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、スイッチは、トランジスタ、例えば、Ｐチャネル型のＦＥＴ（Field Effective Transistor）である。スイッチにおいて、電流が入力される端子、例えばソースの電位を基準とした制御端子、例えばゲートの電圧値が、ゼロ未満の電圧閾値以上である場合、スイッチは非導通状態となってオフに切替えられる。また、スイッチにおいて、電流が入力される端子の電位を基準とした制御端子の電圧値が電圧閾値未満である場合、スイッチは導通状態となってオンに切替えられる。

従って、電流が入力される端子と制御端子との間の電圧をゼロボルト又は略ゼロボルトに保つことによってスイッチをオンに維持することが可能であり、例えば、チャージポンプ回路を用いて、制御端子の電位を、電流が入力される端子の電位を超える電位に維持する必要がない。このため、消費電力がより小さい。

本発明に係る遮断装置は、少なくとも１つの抵抗を有し、前記カレントミラー回路が出力した電流が流れる抵抗回路を更に備え、前記切替え回路は、該抵抗回路の両端間の電圧値が第２の電圧閾値以上である場合に前記スイッチをオフに切替え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、少なくとも１つの抵抗を有する抵抗回路を、カレントミラー回路が出力した電流が流れる。このため、抵抗回路の両端間の電圧値は、カレントミラー回路が出力する電流の値が大きい程、高い。切替え回路は、カレントミラー回路が出力する電流が電流閾値以上である場合、抵抗回路の両端間の電圧値が第２の電圧閾値以上となって、スイッチをオフに切替える。これにより、電流経路に所定値以上の電流が流れた場合に電流経路を流れる電流を遮断する構成が容易に実現される。

本発明に係る遮断装置は、前記抵抗回路は、第１抵抗と、該第１抵抗に並列に接続された第２抵抗及びコンデンサの直列回路とを有することを特徴とする。

本発明にあっては、抵抗回路は、第１抵抗に、第２抵抗及びコンデンサの直列回路が並列に接続されている。コンデンサに電力が蓄積されていない場合、抵抗回路の抵抗値は、実質的に、第１抵抗及び第２抵抗からなる並列回路の抵抗値である。コンデンサに蓄積されている電力が増加するにつれて、抵抗回路の抵抗値は、上昇し、第１抵抗の抵抗値に近づく。

電流経路を介して電流が供給される負荷として、作動時に一時的に大きな電流が供給される負荷が考えられる。この場合において、負荷が作動した時点では、コンデンサに蓄積されている電力は小さく、抵抗回路の抵抗値は小さい。このため、負荷が作動して電流経路に大きな電流が一時的に流れた場合であっても、抵抗回路の両端間の電圧が電圧閾値以上となることはなく、スイッチがオフに切替えられることはない。

本発明に係る遮断装置は、前記切替え回路は、前記スイッチをオフに切替えた場合に、前記電流経路に流れる電流の遮断を示す遮断信号を出力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、スイッチがオフに切替えられた場合に、電流経路に流れる電流の遮断を示す遮断信号が切替え回路から出力されるので、例えば、電流経路に流れる電流を遮断したことを報知することが可能となる。

本発明によれば、スイッチに流れる電流の値が大きい程、カレントミラー回路が出力する電流の値が大きくなるので、消費電力が小さい。

実施の形態１における電源装置の要部構成を示すブロック図である。 遮断装置の回路図である。 遮断装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 実施の形態２における遮断装置の回路図である。 抵抗回路の効果を説明するためのタイミングチャートである。 従来の電源装置の回路図である。

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。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１における電源装置１の要部構成を示すブロック図である。電源装置１は、好適に車両に搭載されており、遮断装置１０、バッテリ１１、負荷１２及び報知部１３を備える。遮断装置１０は、バッテリ１１の正極と、負荷１２の一端と、報知部１３とに各別に接続されている。バッテリ１１の負極と、負荷１２の他端とは接地されている。

負荷１２は、車両に搭載される電気機器であり、遮断装置１０を介してバッテリ１１から給電される。負荷１２は、作動している間、一定の電力を消費し、負荷１２には一定の電流が流れる。負荷１２は、停止している間、殆ど電力を消費することはなく、負荷１２に流れる電流の値はゼロアンペア又は略ゼロアンペアである。

遮断装置１０は、通常、バッテリ１１が負荷１２に給電することができるように構成されている。遮断装置１０は、バッテリ１１から負荷１２への電流経路に所定値以上の電流が流れた場合、この電流経路に流れる電流を遮断する。遮断装置１０は、電流を遮断した場合、バッテリ１１から負荷１２への電流経路に流れる電流の遮断を示す遮断信号を報知部１３に出力する。

報知部１３は遮断装置１０から遮断信号が入力される。報知部１３は、遮断装置１０から遮断信号が入力された場合、報知を行う。報知部１３は、例えば、図示しない表示部に、バッテリ１１から負荷１２への電流経路に流れる電流の遮断を示すメッセージを表示することによって報知を行う。

遮断装置１０には、バッテリ１１から負荷１２への電流経路に流れる電流の遮断を解除するための解除信号が入力される。解除信号は、ハイレベル及びローレベルの電圧からなる２値信号である。解除信号がローレベルの電圧である場合、遮断装置１０は、電流の遮断及び非遮断に関する現状の状態を維持する。遮断装置１０が遮断状態である場合において、解除信号がローレベルの電圧からハイレベルの電圧に切替わったとき、遮断装置１０は電流の遮断を解除する。

図２は遮断装置１０の回路図である。遮断装置１０は、Ｐチャネル型のＦＥＴ２０、カレントミラー回路２１、抵抗回路２２、Ｎチャネル型のＦＥＴ２３、切替え回路２４及び抵抗Ｒ１を有する。ＦＥＴ２０，２３夫々は、端子として、ドレイン、ソース及びゲートを有する。ＦＥＴ２０のソースはバッテリ１１の正極に接続されており、ＦＥＴ２０のドレインは負荷１２の一端に接続されている。ＦＥＴ２０のソースは、更に、抵抗Ｒ１の一端に接続されている。ＦＥＴ２０のドレインと抵抗Ｒ１の他端とはカレントミラー回路２１に各別に接続されている。

カレントミラー回路２１は、更に、抵抗回路２２の一端に接続されている。抵抗回路２２の一端は、更に、ＦＥＴ２３のドレインに接続されている。抵抗回路２２の他端と、ＦＥＴ２３のソースとは接地されている。

切替え回路２４は、バッテリ１１の正極と、ＦＥＴ２０のゲートと、抵抗回路２２の一端とに各別に接続されている。ＦＥＴ２０のゲートは報知部１３にも接続されている。

ＦＥＴ２０は、スイッチとして機能し、バッテリ１１から負荷１２への電流経路に設けられている。ＦＥＴ２０では、電流がソースからドレインに流れる。ＦＥＴ２０は、ソースの電位を基準としたゲートの電圧値が、ゼロボルト未満である所定の電圧閾値以上である場合に非導通状態となってオフに切替えられる。また、ＦＥＴ２０は、ソースの電位を基準としたゲートの電圧値が電圧閾値未満である場合に導通状態となってオンに切替えられる。ゲートは制御端子として機能し、ソースは電流が入力される端子として機能する。

ＦＥＴ２０がオンである場合、バッテリ１１から負荷１２へ電流が流れることができ、バッテリ１１は負荷１２に給電することができる。ＦＥＴ２０がオフである場合、ＦＥＴ２０のソース及びドレイン間に電流が流れず、バッテリ１１から負荷１２へ流れる電流が遮断される。

カレントミラー回路２１は、２つのＰＮＰ型のバイポーラトランジスタ３０，３１と、２つのＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ３２，３３とを有する。バイポーラトランジスタ３０，３１，３２，３３夫々は、端子として、エミッタ、コレクタ及びベースを有する。バイポーラトランジスタ３０のエミッタはＦＥＴ２０のドレインに接続され、バイポーラトランジスタ３１のエミッタは抵抗Ｒ１の他端に接続されている。バイポーラトランジスタ３０のベースは、バイポーラトランジスタ３０のコレクタと、バイポーラトランジスタ３１のベースとに接続されている。

バイポーラトランジスタ３０のコレクタは、更に、バイポーラトランジスタ３２のコレクタに接続されている。バイポーラトランジスタ３１のコレクタは、バイポーラトランジスタ３２のベースと、バイポーラトランジスタ３３のコレクタ及びベースとに接続されている。バイポーラトランジスタ３２，３３夫々のエミッタは抵抗回路２２の一端に接続されている。

バイポーラトランジスタ３０，３１夫々では、電流がエミッタからコレクタに流れる。バイポーラトランジスタ３０，３１夫々について、エミッタ及びコレクタ間の抵抗値は、エミッタの電位を基準としたベースの電圧が高い程大きく、エミッタ及びコレクタ間の抵抗値は、エミッタの電位を基準としたベースの電圧が低い程小さい。

バイポーラトランジスタ３０，３１は同一又は略同一の特性を有する。従って、バイポーラトランジスタ３０，３１夫々について、エミッタの電位を基準としたベースの電圧に対応するエミッタ及びコレクタ間の抵抗値は同じ又は略同じである。

また、バイポーラトランジスタ３２，３３夫々では、電流がコレクタからエミッタに流れる。バイポーラトランジスタ３２，３３夫々について、コレクタ及びエミッタ間の抵抗値は、エミッタの電位を基準としたベースの電圧が高い程小さく、エミッタの電位を基準としたベースの電圧が低い程大きい。

バイポーラトランジスタ３２，３３も同一又は略同一の特性を有する。従って、バイポーラトランジスタ３２，３３夫々について、エミッタの電位を基準としたベースの電圧に対するエミッタ及びコレクタ間の抵抗値は同じ又は略同じである。

以上のように構成されたカレントミラー回路２１は、ＦＥＴ２０のソース側及びドレイン側夫々から電流を引き込む。カレントミラー回路２１が引き込む２つの電流夫々の値は同一又は略同一である。カレントミラー回路２１は、引き込んだ２つの電流夫々の値Ｉｃを、バイポーラトランジスタ３０，３１夫々のエミッタの電位が同一又は略同一になるように調整する。

ＦＥＴ２０がオンである場合におけるＦＥＴ２０のソース及びドレイン間の抵抗値、ＦＥＴ２０のソースからドレインに流れる電流の値、及び、抵抗Ｒ１の抵抗値夫々を、ｒｏｎ、Ｉｄ及びｒ１とする。

バイポーラトランジスタ３０，３１夫々のエミッタの電位が同一又は略同一であることは、ＦＥＴ２０のソース及びドレイン間の電圧値と抵抗Ｒ１の両端間の電圧値とが同一又は略同一であることに相当する。従って、ＦＥＴ２０がオンである場合においては、ｒｏｎ×Ｉｄはｒ１×Ｉｃと同じであるか又は略同じである。言い換えると、電流値Ｉｃは、（ｒｏｎ×Ｉｄ）／ｒ１に一致するか又は略一致する。

従って、電流値Ｉｃは、電流値Ｉｄに比例し、電流値Ｉｄが小さい程小さく、電流値Ｉｄが大きい程大きい。電流値Ｉｄがゼロアンペア又は略ゼロアンペアである場合、電流値Ｉｃもゼロアンペアか又は略ゼロアンペアである。

カレントミラー回路２１は、ＦＥＴ２０のソース側及びドレイン側から引き込んだ２つの電流が合わされた電流を出力する。ＦＥＴ２０がオンである場合において、カレントミラー回路２１が出力する電流の値は２×Ｉｃ、即ち、（２×ｒｏｎ×Ｉｄ）／ｒ１に一致するか又は略一致する。

ＦＥＴ２３も、ＦＥＴ２０と同様にスイッチとして機能する。ＦＥＴ２３では、電流がドレインからソースに流れる。ＦＥＴ２３は、接地電位を基準としたゲートの電圧が一定の電圧以上である場合に導通状態となってオンに切替えられる。また、ＦＥＴ２３は、接地電位を基準としたゲートの電圧が一定の電圧未満である場合に非導通状態となってオフに切替えられる。

解除信号がハイレベルの電圧である場合、ＦＥＴ２３において接地電位を基準としたゲートの電圧が一定の電圧以上となって、ＦＥＴ２３はオンに切替えられる。解除信号がローレベルの電圧である場合、ＦＥＴ２３において接地電位を基準としたゲートの電圧が一定の電圧未満となって、ＦＥＴ２３はオフに切替えられる。

抵抗回路２２は抵抗Ｒ２を有する。抵抗Ｒ２の一端は、抵抗回路２２の一端であり、カレントミラー回路２１が有するバイポーラトランジスタ３２，３３夫々のエミッタに接続されている。抵抗Ｒ２の他端は、抵抗回路２２の他端であり、接地されている。ＦＥＴ２３と、後述するＦＥＴ４０とがオフである場合、カレントミラー回路２１が出力した電流は、抵抗回路２２の抵抗Ｒ２を流れる。

抵抗Ｒ２の抵抗値をｒ２とする。ＦＥＴ２３，４０が共にオフである場合、抵抗回路２２の両端間の電圧値Ｖ１は、（２×ｒｏｎ×ｒ２×Ｉｄ）／ｒ１（＝２×ｒ２×Ｉｃ）に一致するか又は略一致する。カレントミラー回路２１が出力する電流の値（２×Ｉｃ）が大きい程、電圧値Ｖ１は高い。

切替え回路２４は、Ｐチャネル型のＦＥＴ４０、Ｎチャネル型のＦＥＴ４１、ダイオードＤ１及び抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６を有する。ＦＥＴ４０，４１夫々も、端子として、ソース、ドレイン及びゲートを有する。ＦＥＴ４０のソースと抵抗Ｒ３の一端とはバッテリ１１の正極に接続されている。抵抗Ｒ３の他端は、ＦＥＴ４０のゲートと抵抗Ｒ４の一端とに接続されている。抵抗Ｒ４の他端はＦＥＴ４１のドレインに接続され、ＦＥＴ４１のソースは接地されている。

ＦＥＴ４１のゲートは、ＦＥＴ２３のドレインと抵抗Ｒ２の一端とに接続されている。ＦＥＴ４０のドレインは、報知部１３と、ＦＥＴ２０のゲートと、ダイオードＤ１のアノードと、抵抗Ｒ５の一端とに接続されている。抵抗Ｒ５の他端は接地されている。ダイオードＤ１のカソードは抵抗Ｒ６の一端に接続され、抵抗Ｒ６の他端はＦＥＴ４１のゲートに接続されている。

ＦＥＴ４０もスイッチとして機能し、ＦＥＴ４０において、電流はソースからドレインに流れる。ＦＥＴ４０は、ソースの電位を基準としたゲートの電圧値、即ち、接地電位を基準としたゲートの電圧値Ｖ２からバッテリ１１の出力電圧値Ｖｂを引いた値が、ゼロボルト未満である電圧閾値（Ｖｔｈ２−Ｖｂ）以上である場合に非導通状態となってオフに切替えられる。また、ＦＥＴ４０は、ソースの電位を基準としたゲートの電圧値、即ち、電圧値Ｖ２から出力電圧値Ｖｂを引いた値が、電圧閾値（Ｖｔｈ２−Ｖｂ）未満である場合に導通状態となってオンに切替えられる。

言い換えると、ＦＥＴ４０は、電圧値Ｖ２が電圧閾値Ｖｔｈ２以上である場合にオフに切替えられ、電圧値Ｖ２が電圧閾値Ｖｔｈ２未満である場合にオンに切替えられる。電圧閾値Ｖｔｈ２はバッテリ１１の出力電圧値Ｖｂ未満の電圧値である。

ＦＥＴ４１もスイッチとして機能し、ＦＥＴ４１において電流はドレインからソースに流れる。電圧値Ｖ１は、抵抗回路２２の両端間の電圧値であると共に、ＦＥＴ４１のゲート及びソース間の電圧値である。ＦＥＴ４１は、電圧値Ｖ１が電圧閾値Ｖｔｈ１以上である場合に導通状態となってオンに切替えられる。また、ＦＥＴ４１は、電圧値Ｖ１が電圧閾値Ｖｔｈ１未満である場合に非導通状態となってオフに切替えられる。

電圧値Ｖ１が電圧閾値Ｖｔｈ１未満である場合、ＦＥＴ４１はオフである。ＦＥＴ４１がオフである場合、抵抗Ｒ３，Ｒ４に電流が流れず、電圧値Ｖ２は、バッテリ１１の出力電圧値Ｖｂと一致するか又は略一致する。このとき、電圧値Ｖ２は電圧閾値Ｖｔｈ２以上であるため、ＦＥＴ４０はオフである。ＦＥＴ４０がオフである場合、抵抗Ｒ５に電流が流れないため、接地電位を基準としたＦＥＴ４０のドレインの電圧値Ｖ３はゼロボルト又は略ゼロボルトである。

ＦＥＴ２０において、ソースの電位を基準としたゲートの電圧値は（Ｖ３−Ｖｂ）と表すことができる。前述した所定の電圧閾値を（Ｖｔｈ３−Ｖｂ）と表した場合、電圧値Ｖ３が電圧閾値Ｖｔｈ３以上である場合にＦＥＴ２０はオフに切替えられ、電圧値Ｖ３が電圧閾値Ｖｔｈ３未満である場合にＦＥＴ２０はオンに切替えられる。電圧閾値Ｖｔｈ３はバッテリ１１の出力電圧値Ｖｂ未満の電圧値である。
電圧値Ｖ３がゼロボルト又は略ゼロボルトである場合、電圧値Ｖ３は電圧閾値Ｖｔｈ３未満であり、ＦＥＴ２０はオンである。

電圧値Ｖ１が電圧閾値Ｖｔｈ１以上となった場合、ＦＥＴ４１はオンに切替えられ、電流がバッテリ１１の正極から抵抗Ｒ３，Ｒ４及びＦＥＴ４１の順に流れる。このとき、抵抗Ｒ３，Ｒ４はバッテリ１１の出力電圧を分圧し、分圧した電圧をＦＥＴ４０のゲートに印加する。このとき、電圧値Ｖ２は電圧閾値Ｖｔｈ２未満となり、ＦＥＴ４０はオンに切替えられる。ＦＥＴ４０がオンに切替えられた場合、電流がバッテリ１１の正極からＦＥＴ４０及び抵抗Ｒ５の順に流れ、電圧値Ｖ３はバッテリ１１の出力電圧値Ｖｂに一致するか又は略一致する。

電圧値Ｖ３が出力電圧値Ｖｂに一致したか又は略一致した場合、電圧値Ｖ３は電圧閾値Ｖｔｈ３以上となり、ＦＥＴ２０がオフに切替えられる。これにより、バッテリ１１から負荷１２への電流経路に流れる電流が遮断される。

ＦＥＴ２０がオフに切替えられた場合、電流値Ｉｄがゼロアンペア又は略ゼロアンペアになるため、電流値Ｉｃはゼロアンペア又は略ゼロアンペアになり、カレントミラー回路２１が出力する電流の値もゼロアンペア又は略ゼロアンペアとなる。また、ＦＥＴ２０がオフに切替えられた場合、電流がバッテリ１１の正極から、ＦＥＴ４０、ダイオードＤ１及び抵抗Ｒ６，Ｒ２の順に流れ、電圧値Ｖ１は電圧閾値Ｖｔｈ１以上の電圧値に維持される。このため、ＦＥＴ２０がオフに切替えられてカレントミラー回路２１が出力する電流の値がゼロアンペア又は略ゼロアンペアになった場合であっても、ＦＥＴ４０，４１夫々はオンが維持され、ＦＥＴ２０もオフが維持される。

以上のように、ＦＥＴ２０がオンである状態で電圧値Ｖ１が電圧閾値Ｖｔｈ１以上となった場合、切替え回路２４はＦＥＴ２０をオンからオフに切替える。言い換えると、ＦＥＴ２０がオンである状態で、カレントミラー回路２１が出力する電流の値が電流閾値（Ｖｔｈ１／ｒ２）以上である場合、切替え回路２４はＦＥＴ２０をオンからオフに切替える。電圧閾値Ｖｔｈ１は第２の電圧閾値に該当する。

バッテリ１１から負荷１２に流れる電流の値Ｉｅは、（Ｉｄ−Ｉｃ）で表され、（（ｒ１−ｒｏｎ）×Ｉｄ）／ｒ１に一致するか又は略一致する。従って、電流値Ｉｄは（ｒ１×Ｉｅ）／（ｒ１−ｒｏｎ）と一致するか又は略一致する。ＦＥＴ２０がオンである場合において、電圧値Ｖ１は、前述したように、（２×ｒｏｎ×ｒ２×Ｉｄ）／ｒ１に一致するか又は略一致する。従って、電圧値Ｖ１は、（２×ｒｏｎ×ｒ２×Ｉｅ）／（ｒ１−ｒｏｎ）に一致するか又は略一致する。電流値Ｉｅは、（（ｒ１−ｒｏｎ）×Ｖ１）／（２×ｒｏｎ×ｒ２）に一致するか又は略一致する。

電圧値Ｖ１が電圧閾値Ｖｔｈ１である場合における電流値Ｉｅ、即ち、バッテリ１１から負荷１２への電流経路に流れる電流が遮断される電流閾値Ｉｅｔｈは、（（ｒ１−ｒｏｎ）×Ｖｔｈ１）／（２×ｒｏｎ×ｒ２）に一致するか又は略一致する。この電流閾値Ｉｅｔｈは前述した所定値である。
また、電圧値Ｖ１が電圧閾値Ｖｔｈ１である場合における電流値Ｉｄ、即ち、バッテリ１１から負荷１２への電流経路に流れる電流が遮断される電流閾値Ｉｄｔｈは（ｒ１×Ｖｔｈ１）／（２×ｒｏｎ×ｒ２）に一致するか又は略一致する。

電圧値Ｖ１が電圧閾値Ｖｔｈ１以上であってＦＥＴ２０がオフに維持されている場合において、解除信号がローレベルの電圧からハイレベルの電圧に切替わったとき、ＦＥＴ２３がオフからオンに切替わり、電圧値Ｖ１は電圧閾値Ｖｔｈ１未満となる。これにより、ＦＥＴ４１，４０が順次オフとなって、ＦＥＴ２０がオフからオンに切替わり、ＦＥＴ２０のオフの維持が解除される。

以上のように、切替え回路２４は、ＦＥＴ２０をオンからオフに切替えた後、カレントミラー回路２１が出力する電流の値に無関係にＦＥＴ２０を維持する。ＦＥＴ２３は、切替え回路２４が行っているＦＥＴ２０のオフの維持を解除する。ＦＥＴ２３は解除部として機能する。

図３は遮断装置１０の動作を説明するためのタイミングチャートである。図３には、電流値Ｉｅ，Ｉｃ、電圧値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３、解除信号、及び、ＦＥＴ２０のオン／オフ夫々の推移が示されている。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。

遮断装置１０では、通常、電流値Ｉｅが電流閾値Ｉｅｔｈ未満である場合においては、解除信号はローレベルの電圧に維持されている。電流値Ｉｅが電流閾値Ｉｅｔｈ未満である場合、電圧値Ｖ１が電圧閾値Ｖｔｈ１未満であるので、ＦＥＴ４１はオフである。これにより、電圧値Ｖ２は、バッテリ１１の出力電圧値Ｖｂに一致するか又は略一致し、電圧閾値Ｖｔｈ２以上である。電圧値Ｖ２が電圧閾値Ｖｔｈ２以上であるので、ＦＥＴ４０はオフであり、電圧値Ｖ３はゼロボルト又は略ゼロボルトである。従って、電圧値Ｖ３は電圧閾値Ｖｔｈ３未満であるので、ＦＥＴ２０はオンに維持される。

電流値Ｉｅが電流閾値Ｉｅｔｈ未満である間、ＦＥＴ２０はオンに維持される。従って、負荷１２が停止して電流値Ｉｅがゼロアンペア又は略ゼロアンペアである間もＦＥＴ２０はオンに維持される。更に、負荷１２が作動して電流値Ｉｅがゼロアンペアを超えている場合においても、電流値Ｉｅが電流閾値Ｉｅｔｈ未満である間、ＦＥＴ２０はオンに維持される。ＦＥＴ２０がオンである間、電圧値Ｖ３はゼロボルト又は略ゼロボルトであり、切替え回路２４は、ゼロボルト又は略ゼロボルトを報知部１３に出力している。

電流値Ｉｃは、（ｒｏｎ×Ｉｅ）／（ｒ１−ｒｏｎ）に一致するか又は略一致し、電流値Ｉｅが小さい程小さく、電流値Ｉｅが大きい程大きい。更には、電流値Ｉｅがゼロアンペア又は略ゼロアンペアである場合、電流値Ｉｃもゼロアンペア又は略ゼロアンペアである。従って、負荷１２が動作を停止して電力を殆ど消費していないとき、遮断装置１０も電力を殆ど消費することはなく、遮断装置１０の消費電力は小さい。
電圧値Ｖ１は、前述したように、（２×ｒｏｎ×ｒ２×Ｉｅ）／（ｒ１−ｒｏｎ）に一致するか又は略一致するので、電流値Ｉｅが小さい程小さく、電流値Ｉｅが大きい程大きい。

また、ＦＥＴ２０はＰチャネル型のＦＥＴであるため、ソース及びゲート間の電圧をゼロボルト又は略ゼロボルトに保つことによって、ＦＥＴ２０をオンに維持することができ、例えば、チャージポンプ回路を用いて、ゲートの電位をソースの電位を超える電位に維持する必要がない。このため、遮断装置１０の消費電力はより小さい。

異常によって電流値Ｉｅが上昇した場合、電流値Ｉｃ及び電圧値Ｖ１も上昇する。電流値Ｉｅが電流閾値Ｉｅｔｈ以上となった場合、電圧値Ｖ１が電圧閾値Ｖｔｈ１以上となり、ＦＥＴ４１がオンに切替えられる。ＦＥＴ４１がオンに切替えられた場合、電圧値Ｖ２は電流閾値Ｖｔｈ２未満の電圧値に低下し、ＦＥＴ４０がオンに切替えられる。これにより、電圧値Ｖ３がバッテリ１１の出力電圧値Ｖｂに一致するか又は略一致し、電圧閾値Ｖｔｈ３以上となってＦＥＴ２０がオフに切替えられる。ＦＥＴ２０がオフに切替わった場合、バッテリ１１から負荷１２への電流経路に流れる電流が遮断され、負荷１２の動作が停止する。

切替え回路２４は、ＦＥＴ２０をオフに切替えた場合、値が電圧閾値Ｖｔｈ３以上である電圧を、バッテリ１１から負荷１２への電流経路に流れる電流の遮断を示す遮断信号として報知部１３に出力する。報知部１３は、遮断信号が入力された場合、前述したように報知を行う。これにより、バッテリ１１から負荷１２への電流経路に流れる電流を遮断したことを報知することができる。

ＦＥＴ４０がオフからオンに切替わった場合、バッテリ１１の正極から、電流がＦＥＴ４０、ダイオードＤ１及び抵抗Ｒ６，Ｒ２の順に流れ、電圧値Ｖ１は、電圧閾値Ｖｔｈ１以上に維持される。ＦＥＴ４０がオフからオンに切替わった場合、電流値Ｉｅは電流閾値Ｉｅｔｈ未満の電流値に低下し、カレントミラー回路２１が出力する電流の値が低下する。しかしなら、切替え回路２４は、カレントミラー回路２１が出力する電流の値に無関係にＦＥＴ２０をオフに維持する。これにより、遮断装置１０は、電流経路に過電流が流れ続けることを防止することができる。

ＦＥＴ２０がオフである状態で、解除信号がローレベルの電圧からハイレベルの電圧に切替わった場合、電圧値Ｖ１は、電圧閾値Ｖｔｈ１よりも低いゼロボルト又は略ゼロボルトまで低下し、ＦＥＴ４１がオフに切替えられる。ＦＥＴ４１がオフに切替えられた場合、電圧値Ｖ２は電圧閾値Ｖｔｈ２以上に戻り、ＦＥＴ４０はオフに切替えられる。これにより、電圧値Ｖ３は電圧閾値Ｖｔｈ３未満に戻り、ＦＥＴ２０は再びオンに切替えられる。

解除信号がハイレベルの電圧からローレベルの電圧に切替わった後、負荷１２が再び作動した場合、バッテリ１１から負荷１２への電流経路に電流が流れ、電流値Ｉｅは再びゼロアンペア以上の電圧値となる。
以上のように、ＦＥＴ２０のオフの維持を解除することによって、バッテリ１１から負荷１２への電流経路に電流を再び流すことができる。

以上のように構成された遮断装置１０においては、抵抗回路２２の両端間の電圧値Ｖ１を用いて、バッテリ１１から負荷１２への電流経路に電流閾値Ｉｅｔｈ以上の電流が流れた場合に該電流経路に流れる電流を遮断する構成が容易に実現されている。

（実施の形態２）
図４は、実施の形態２における遮断装置１０の回路図である。実施の形態２における遮断装置１０においては、実施の形態１における遮断装置１０と比較して、抵抗回路２２の構成が異なる。

負荷１２として、作動時に一時的に大きな電流が供給される負荷が考えられる。実施の形態２における遮断装置１０は、負荷１２の作動時に一時的に大きな電流が、バッテリ１１から負荷１２への電流経路に流れた場合であっても、誤ってＦＥＴ２０をオフにする確率がより低い装置である。

以下では、実施の形態２について実施の形態１と異なる点を説明する。後述する構成を除く他の構成については実施の形態１と同様であるため、同様の符号を付してその詳細な説明を省略する。

実施の形態２における抵抗回路２２は、抵抗Ｒ２に加えて、コンデンサＣ１及び抵抗Ｒ７を有する。抵抗Ｒ７の一端は、抵抗Ｒ２におけるカレントミラー回路２１側の一端に接続され、抵抗Ｒ７の他端は、コンデンサＣ１の一端に接続されている。コンデンサＣ１の他端は接地されている。このように、コンデンサＣ１及び抵抗Ｒ７によって構成される直列回路は抵抗Ｒ２に並列に接続されている。抵抗Ｒ２，Ｒ７夫々は第１抵抗及び第２抵抗として機能する。

コンデンサＣ１に蓄積されている電力がゼロワットである場合、抵抗回路２２の抵抗値は、実質的に、抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ７が並列に接続された並列回路の抵抗値である。この抵抗値は、抵抗Ｒ２の抵抗値よりも小さい。そして、コンデンサＣ１に蓄積されている電力の増加に伴って、抵抗回路２２の抵抗値は上昇する。抵抗回路２２の抵抗値の上限値は、抵抗Ｒ２の抵抗値である。

抵抗回路２２の抵抗値をｒｔとする。カレントミラー回路２１が出力した電流は抵抗回路２２を流れる。カレントミラー回路２１が出力している電流の値が電流閾値（Ｖｔｈ１／ｒｔ）以上である場合にＦＥＴ４１がオンに切替えられ、切替え回路２４はＦＥＴ２０をオフに切替える。従って、抵抗回路２２の抵抗値ｒｔが小さい場合、大きな電流がカレントミラー回路２１から出力されても、ＦＥＴ２０がオフになることはない。即ち、電流閾値Ｉｅｔｈは、抵抗回路２２の抵抗値ｒｔが小さい程大きく、抵抗値ｒｔが大きい程小さい。
カレントミラー回路２１が出力している電流の値が電流閾値（Ｖｔｈ１／ｒｔ）未満である場合、ＦＥＴ４１がオフに切替えられ、切替え回路２４はＦＥＴ２０をオンに切替える。

図５は、抵抗回路２２の効果を説明するためのタイミングチャートである。図５では、電流値Ｉｅの推移が太線で示され、電流閾値Ｉｅｔｈの推移が細線で示されている。電流値Ｉｅがゼロアンペア又は略ゼロアンペアであって、カレントミラー回路２１が電流を出力していない場合、コンデンサＣ１は放電し、コンデンサＣ１に蓄積されている電力は少ない。このため、電流閾値Ｉｅｔｈは高い。

負荷１２が作動してバッテリ１１から負荷１２へ電流が流れ始めた場合、カレントミラー回路２１も電流を出力し始め、コンデンサＣ１は電力を蓄積する。コンデンサＣ１に蓄積されている電力の上昇と共に、電流閾値Ｉｅｔｈも低下する。

負荷１２が作動して一時的に大きな電流が供給されている期間においては、電流閾値Ｉｅｔｈが十分に大きいため、電圧値Ｖ１が電圧閾値Ｖｔｈ１以上となることはなく、ＦＥＴ２０はオンに維持されている。このため、負荷１２が作動して、バッテリ１１から負荷１２への電流経路に大きな電流が一時的に流れた場合であっても、電圧値Ｖ１が電圧閾値Ｖｔｈ１以上となることはなく、ＦＥＴ２０がオフに切替えられることはない。

実施の形態２における遮断装置１０は、抵抗Ｒ２にコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ７の直列回路が接続されている点を除いて、実施の形態１における遮断装置１０と同様に構成されている。このため、実施の形態２における遮断装置１０は、実施の形態１における遮断装置１０と同様の効果を奏する。

なお、実施の形態１，２において、カレントミラー回路２１が、ＦＥＴ２０のソース側及びドレイン側から引き込む２つの電流夫々の値は同一又は略同一でなくてもよい。カレントミラー回路２１は、ＦＥＴ２０のドレインから引き込む電流の値を所定数倍した値の電流をＦＥＴ２０のソースから引き込んでもよい。また、カレントミラー回路２１は、バイポーラトランジスタ３０，３１，３２，３３を用いて構成される回路に限定されない。カレントミラー回路２１は、電流値Ｉｄが大きい程、夫々の値が大きい２つの電流を、ＦＥＴ２０のソース側及びドレイン側から引き込み、引き込んだ２つの電流が合わされた電流を出力する回路であればよい。

また、ＦＥＴ２０の代わりにＰＮＰ型のバイポーラトランジスタを用いてもよい。更に、切替え回路２４において、ＦＥＴ４０の代わりにＰＮＰ型のバイポーラトランジスタを用い、ＦＥＴ４１の代わりにＮＰＮ型のバイポーラトランジスタを用いてもよい。

ＦＥＴ２３は、スイッチとして機能すればよいため、Ｎチャネル型のＦＥＴに限定されず、Ｐチャネル型のＦＥＴであってもよい。更に、ＦＥＴ２３の代わりにバイポーラトランジスタを用いてもよい。

開示された実施の形態１，２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。

１０ 遮断装置
２０ ＦＥＴ（スイッチ）
２１ カレントミラー回路
２２ 抵抗回路
２３ ＦＥＴ（解除部）
２４ 切替え回路
Ｃ１ コンデンサ
Ｒ２ 抵抗（第１抵抗）
Ｒ７ 抵抗（第２抵抗）

Claims (6)

1. 所定値以上の電流が電流経路に流れた場合に該電流経路に流れる電流を遮断する遮断装置において、
   該電流経路に設けられたスイッチと、
   該スイッチの一端側及び他端側夫々から電流を引き込み、引き込んだ２つの電流が合わされた電流を出力するカレントミラー回路と、
   該カレントミラー回路が出力する電流の値が電流閾値以上である場合に前記スイッチをオフに切替える切替え回路と
   を備え、
   前記カレントミラー回路が引き込む２つの電流夫々の値は、前記スイッチに流れる電流の値が大きい程、大きいこと
   を特徴とする遮断装置。
2. 前記切替え回路は、前記スイッチをオフに切替えた後、前記カレントミラー回路が出力する電流の値に無関係に、前記スイッチのオフを維持するように構成してあり、
   前記スイッチのオフの維持を解除する解除部を更に備えること
   を特徴とする請求項１に記載の遮断装置。
3. 前記スイッチは、トランジスタであって、電流が入力される端子の電位を基準とした制御端子の電圧値が、ゼロ未満の電圧閾値以上である場合に非導通状態となり、前記制御端子の電圧値が前記電圧閾値未満である場合に導通状態とな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に記載の遮断装置。
4. 少なくとも１つの抵抗を有し、前記カレントミラー回路が出力した電流が流れる抵抗回路を更に備え、
   前記切替え回路は、該抵抗回路の両端間の電圧値が第２の電圧閾値以上である場合に前記スイッチをオフに切替えるように構成してあること
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の遮断装置。
5. 前記抵抗回路は、
   第１抵抗と、
   該第１抵抗に並列に接続された第２抵抗及びコンデンサの直列回路と
   を有することを特徴とする請求項４に記載の遮断装置。
6. 前記切替え回路は、前記スイッチをオフに切替えた場合に、前記電流経路に流れる電流の遮断を示す遮断信号を出力するように構成してあること
   を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の遮断装置。

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