JP2016208762A - 車両用電源制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷に電力を供給する複数の電線上の各半導体スイッチング素子が各電線の温度に基づいてオフして電力供給を遮断するタイミングを同期させる。
【解決手段】配線抵抗が互いに等しい２つの電線５１，５２の並列回路５を介して電源Ｂから負荷３に供給するのに当たり、各電線５１，５２上の半導体スイッチング素子ａをそれぞれ流れる通過電流をＩＰＤ１３１，１３２の電流測定部ｂで測定し、測定電流から現状温度推定部１１５ａで推定した各電線５１，５２の温度を一致させるために、電線５１上のＩＰＤ１３１の半導体スイッチング素子ａの通過電流を減らすＰＷＭ制御の目標デューティー比を目標ＤＵＴＹ比算出部１１５ｂで算出し、算出した目標デューティー比でＩＰＤ１３１の半導体スイッチング素子ａをＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２によりオンオフさせる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電源から負荷に電力を供給する電線の温度に基づいた電線上の半導体スイッチング素子のオンオフにより負荷に対する電力供給及びその遮断を行う車両用電源制御装置に関する。

車両においては従来から、電源から負荷に対する電力供給を半導体スイッチング素子のオンオフにより制御することが行われている。中には、半導体スイッチング素子として、通過電流検出機能や過電流に対する自己保護機能等を付加したインテリジェントパワーデバイス（ＩＰＤ）を用いるものもある。

ＩＰＤを半導体スイッチング素子として用いれば、例えば、通過電流検出機能により検出した通過電流を用いて電源と負荷とを接続する電線の温度を推定させ、その温度が所定の上限温度以上になったら、電線保護のために半導体スイッチング素子をオフさせて負荷への電力供給を遮断させる、という運用も可能になる（例えば、特許文献１）。

また、例えば１つのＩＰＤの通電能力では負荷を駆動するのに十分な電流を負荷に供給できない場合に、同じ規格のＩＰＤを複数並列接続して電源と負荷との間に介設することも提案されている。この提案では、各ＩＰＤを経由する配線パターンの配線抵抗を一致させることで、各ＩＰＤに流れる電流の大きさを同じにし、特定のＩＰＤに集中して電流が流れるのを防止するようにしている（例えば、特許文献２）。

特開２００９−１３０９４４号公報 特開２００１−３１０７２０号公報

ところが、ＩＰＤの半導体スイッチング素子のオン抵抗や内部回路の回路抵抗には、個体間のばらつきが存在する。そのため、実際には各ＩＰＤに同じ大きさの電流が流れていても、各ＩＰＤで検出される通過電流には個体間のばらつきが生じる場合がある。

各ＩＰＤで検出される通過電流にばらつきがあると、通過電流から推定される電線の温度にもばらつきが生じ、各ＩＰＤを流れる実際の電流や各ＩＰＤを経由する配線パターンの配線抵抗は同じなのに、ＩＰＤによって電力供給が遮断されたりされなかったりする可能性がある。

このような現象が生じると、他のＩＰＤで電力供給が遮断された後も電力供給が続くＩＰＤが発生し、そのＩＰＤに電流が集中して流れて異常発熱や耐性劣化が起きてしまう可能性がある。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、複数の電線の並列回路を介して車両の電源から負荷に供給する電力を、各電線の温度に基づいた各電線上の半導体スイッチング素子のオフにより遮断するのに当たり、各半導体スイッチング素子に個体間のばらつきがあったり各電線に設置環境等の相違があっても、各半導体スイッチング素子による電力供給の遮断タイミングを同期させることができる車両用電源制御装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、請求項１に記載した本発明の車両用電源制御装置は、
複数の電線の並列回路を介して車両の電源から負荷に供給する電力を、前記各電線の温度に基づいた該各電線上の半導体スイッチング素子のオフにより遮断する車両用電源制御装置において、
前記各半導体スイッチング素子をそれぞれ流れる通過電流を測定する電流測定部と、
前記電流測定部の測定電流から前記各電線の温度をそれぞれ推定する電線温度推定部と、
前記各電線の推定した温度を一致させるための前記各半導体スイッチング素子のＰＷＭ制御のデューティー比をそれぞれ決定するデューティー比決定部と、
前記各半導体スイッチング素子を該各半導体スイッチング素子に対応して前記デューティー比決定部が決定したデューティー比でそれぞれＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部と、
を備えることを特徴とする。

請求項１に記載した本発明の車両用電源制御装置によれば、電流測定部で測定した各半導体スイッチング素子の通過電流から各電線毎の温度が推定され、推定された各電線の温度を一致させるための各電線毎の半導体スイッチング素子のＰＷＭ制御におけるデューティー比が決定される。

このため、一致させようとする電線の温度が半導体スイッチング素子の通過電流から推定した温度よりも低い電線については、推定した温度をそれよりも低い目標の温度に一致させるためのＰＷＭ制御におけるデューティー比が、オンデューティーを減らす内容となる。

反対に、一致させようとする電線の温度が半導体スイッチング素子の通過電流から推定した温度よりも高い電線については、推定した温度をそれよりも高い目標の温度に一致させるためのＰＷＭ制御におけるデューティー比が、オンデューティーを増やす内容となる。

そのいずれにしても、各半導体スイッチング素子の通過電流の測定値から推定した電線の温度に応じたデューティー比で半導体スイッチング素子をＰＷＭ制御することで、その後に推定される各電線の温度が一致し、各電線の温度に基づいて各半導体スイッチング素子がオフされるタイミングが一致するようになる。

よって、複数の電線の並列回路を介して車両の電源から負荷に供給する電力を、各電線の温度に基づいた各電線上の半導体スイッチング素子のオフにより遮断するのに当たり、各半導体スイッチング素子に個体間のばらつきがあったり各電線に設置環境等の相違があっても、各半導体スイッチング素子による電力供給の遮断タイミングを同期させることができる。

また、請求項２に記載した本発明の車両用電源制御装置は、請求項１に記載した本発明の車両用電源制御装置において、前記デューティー比決定部は、前記各電線の推定した温度を該推定した温度中の最低温度に一致させるための前記各半導体スイッチング素子のＰＷＭ制御のデューティー比をそれぞれ決定することを特徴とする。

請求項２に記載した本発明の車両用電源制御装置によれば、請求項１に記載した本発明の車両用電源制御装置において、電流測定部で測定した各半導体スイッチング素子の通過電流から推定された各電線毎の温度のうち最低温度に一致させるための各電線毎の半導体スイッチング素子のＰＷＭ制御におけるデューティー比が決定される。

このため、各半導体スイッチング素子の通過電流から推定した温度が最低温度とは異なる電線については、一律に、各半導体スイッチング素子の通過電流が減って通過電流から推定される温度が低下するように、ＰＷＭ制御におけるデューティー比がオンデューティーを減らす内容に決定される。

したがって、各電線の温度を一致させるための補正内容に応じたデューティー比で対象の半導体スイッチング素子をＰＷＭ制御することで、その半導体スイッチング素子が接続された電線の温度を下げる方向にシフトさせて、並列回路の各電線を適切な温度に制御することができる。

本発明によれば、複数の電線の並列回路を介して車両の電源から負荷に供給する電力を、各電線の温度に基づいた各電線上の半導体スイッチング素子のオフにより遮断するのに当たり、各半導体スイッチング素子に個体間のばらつきがあったり各電線に設置環境等の相違があっても、各半導体スイッチング素子による電力供給の遮断タイミングを同期させることができる。

本発明の一実施形態に係る車両用電源制御装置の原理的な構成を示す回路図である。 図１の制御部において行われる処理を模式的に示す機能ブロック図である。 図２の電流検出部及びＤＵＴＹ比検出部が負荷の通過電流及びそのデューティー比を検出する際の手順を示すタイミングチャートである。 図１の電源制御装置において行われる動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る電源制御装置の原理的な構成を示す回路図である。

本実施形態の電源制御装置１（請求項中の車両用電源制御装置に相当）は、不図示の車両に搭載された電源Ｂから負荷３に対する、配線抵抗が互いに等しい２つの電線５１，５２の並列回路５を介した電力供給をオンオフさせる、各電線５１，５２上に設けたインテリジェントパワーデバイス（ＩＰＤ）１３１，１３２の動作を、制御部１１により制御するものである。なお、負荷３は、本実施形態では、例えばヘッドライト等の電装品であるものとする。

各インテリジェントパワーデバイス（ＩＰＤ）１３１，１３２は、半導体スイッチング素子ａと電流測定部ｂとをそれぞれ内蔵している。半導体スイッチング素子ａは、入力スイッチＳＷのオンオフ操作に応じて制御部１１が各ＩＰＤ１３１，１３２に出力する駆動信号ＤＲ１，ＤＲ２によりそれぞれオンオフされる。電流測定部ｂは、オン時の半導体スイッチング素子ａを経て対応する電線５１，５２を流れる通過電流を測定する。

なお、各ＩＰＤ１３１，１３２の半導体スイッチング素子ａは、電流測定部ｂが測定する通過電流から制御部１１により推定される対応する各電線５１，５２の温度が、その電線５１，５２に設定された遮断温度（例えば、電線５１，５２の発煙温度１５０℃よりも低温の１３０℃）まで上昇すると、制御部１１の制御によりオフされる。

制御部１１は、プログラムの実行により各種処理を実現するマイクロコンピュータやカスタムＩＣ等によって構成される。そして、制御部１１は、入力端子ＩＮ、出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２、検出電流入力端子ＳＩ１，ＳＩ２を有している。

入力端子ＩＮは、入力スイッチＳＷのオンオフ状態をモニタするための端子で、入力スイッチＳＷのオンオフ状態に応じたスイッチ信号Ｓが入力される。

出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２は、原則的に、入力端子ＩＮのスイッチ信号Ｓがオン状態のときに、対応するＩＰＤ１３１，１３２の半導体スイッチング素子ａをＤＣ駆動又はＰＷＭ駆動によりオンさせるための駆動信号ＤＲ１，ＤＲ２をそれぞれ出力する。検出電流入力端子ＳＩ１，ＳＩ２には、対応するＩＰＤ１３１，１３２の電流測定部ｂで測定した通過電流の値を示す電流検出信号Ｉ１，Ｉ２がそれぞれ入力される。

制御部１１は、出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２から出力する駆動信号ＤＲ１，ＤＲ２により、対応するＩＰＤ１３１，１３２の半導体スイッチング素子ａをＤＣ駆動又はＰＷＭ駆動でオンさせる。

また、制御部１１は、検出電流入力端子ＳＩ１，ＳＩ２に入力される各ＩＰＤ１３１，１３２の電流測定部ｂからの電流検出信号Ｉ１，Ｉ２により各電線５１，５２の温度を推定する。そして、推定した温度がその電線５１，５２に対して予め定められた遮断温度まで上昇すると、制御部１１は、駆動信号ＤＲ１，ＤＲ２の出力を強制終了して、対応するＩＰＤ１３１，１３２の半導体スイッチング素子ａを強制的にオフさせる。

ここで、電流検出信号Ｉ１，Ｉ２からの電線５１，５２の温度推定には、例えば、特開２０１３−８５４６９号公報に記載の方法を用いることができる。

具体的には、各電線５１，５２の単位長さ当たりの抵抗をＲｏｎ１，Ｒｏｎ２とし、検出電流入力端子ＳＩ１，ＳＩ２の電流検出信号Ｉ１，Ｉ２を制御部１１の後述する電流検出部１１３（図２参照）がサンプリングする周期（サンプリング時間）をΔｔとして、各電線５１，５２の発熱量Ｘ１，Ｘ２を、枝番号を省略した下記の一般式
Ｘ＝Ｉ＾２×Ｒｏｎ×Δｔ
によって求める。

次に、各電線５１，５２の単位長さ当たりの熱容量を擬似熱容量Ｃｔｈ＊１，Ｃｔｈ＊２とし、各電線５１，５２の単位長さ当たりの熱抵抗をＲｔｈ１，Ｒｔｈ２として、各電線５１，５２の放熱量Ｙ１，Ｙ２を、枝番号を省略した下記の一般式
Ｙ＝Ｑ／｛（Ｃｔｈ＊×Ｒｔｈ）／Δｔ｝
によって求める。

そして、今回のサンプリング周期における各電線５１，５２の温度変化量ΔＴ１，ΔＴ２を、枝番号を省略した下記の一般式
ΔＴ＝（Ｘ−Ｙ）／Ｃｔｈ＊
によって求める。

さらに、求めた温度変化量ΔＴ１，ΔＴ２を前回のサンプリング周期において求めた電線５１，５２の推定温度Ｔｐ１，Ｔｐ２に加算して、今回のサンプリング周期における電線５１，５２の推定温度Ｔｎ１，Ｔｎ２を、枝番号を省略した下記の一般式
Ｔｎｎ＝Ｔｐｎ＋ΔＴ
によって求める。

なお、各電線５１，５２の擬似熱容量Ｃｔｈ＊１，Ｃｔｈ＊２は、電線に継続して電流を流したときの電線温度Ｔ２を求める式として知られている下記の一般式
Ｔ２＝Ｔ１＋Ｉ＾２×Ｒｏｎ×Ｒｔｈ｛１−ｅｘｐ（−ｔ／（Ｃｔｈ×Ｒｔｈ）｝
から求めることができる。ここで、Ｔ１は電線の周辺温度、ｔは電線に継続して電流を流した時間である。

この一般式によって求まる各電線５１，５２の熱容量Ｃｔｈ１，Ｃｔｈ２を、特開２０１３−８５４６９号公報に記載の方法における熱容量Ｃｔｈに置き換えると、同公報に記載の電線の擬似熱容量Ｃｔｈ＊として、各電線５１，５２の擬似熱容量Ｃｔｈ＊１，Ｃｔｈ＊２を求めることができる。

ところで、ＩＰＤ１３１，１３２の半導体スイッチング素子ａのオン抵抗や内部回路の回路抵抗には、個体間のばらつきが存在する。そのため、同じ条件で半導体スイッチング素子ａをオンさせたＩＰＤ１３１，１３２の個体間でも、電流測定部ｂが測定する各電線５１，５２の通過電流にばらつきが生じる場合がある。

電流測定部ｂで検出される各電線５１，５２の通過電流にこのようなばらつきがあると、実際には各電線５１，５２に同じ大きさの電流が流れていても、制御部１１が電流検出信号Ｉ１，Ｉ２から推定する各電線５１，５２の推定温度Ｔｎ１，Ｔｎ２にばらつきが生じる。

すると、電線５１，５２を通過する電流や配線抵抗は互いに同じなのに、制御部１１が、例えば、電線５１，５２のうち一方については遮断温度まで温度が上昇したと判断し、他方については遮断温度まで温度が上昇していないと判断して、判断の内容が一致しなくなる可能性がある。その結果、通電条件が同じでも、半導体スイッチング素子ａの強制オフによる電力供給の遮断が、電線５１，５２によって行われたり行われなかったりする可能性がある。

このような現象が生じると、ＩＰＤ１３１，１３２のうち一方で電力供給が遮断された後も他方では電力供給が続き、電力供給が続く方の電線５１，５２やＩＰＤ１３１，１３２に電流が集中して流れて異常発熱や耐性劣化が起きてしまう可能性がある。

そこで、制御部１１は、各電線５１，５２の推定温度Ｔｎ１，Ｔｎ２同士を比較し、互いの推定温度Ｔｎ１，Ｔｎ２が一致するように、出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２から対応する各ＩＰＤ１３１，１３２に出力する半導体スイッチング素子ａの駆動信号ＤＲ１，ＤＲ２のデューティー比を調整する制御を行う。

即ち、制御部１１は、各ＩＰＤ１３１，１３２の電流測定部ｂでそれぞれ検出される通過電流から推定した推定温度Ｔｎ１，Ｔｎ２の比較に基づいて、対応するＩＰＤ１３１，１３２の半導体スイッチング素子ａのデューティー比をそれぞれ調整する制御を行う。

図２は、制御部１１の内部で実行される処理を模式的に示すブロック図である。制御部１１は、不図示のメモリに格納されたプログラムを実行することで、入力判定制御部１１１と、ＩＰＤ１３１，１３２用の各制御ロジック１１ａ，１１ｂとの各機能を実現する。各制御ロジック１１ａ，１１ｂは、ＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２、電流検出部１１３、ＤＵＴＹ比検出部１１４及び電線温度推定部１１５の各機能を含んでいる。

入力判定制御部１１１は、入力端子ＩＮに入力されるスイッチ信号Ｓに基づいて、入力スイッチＳＷのオンオフ状態を判定し、入力スイッチＳＷのオン状態においてＳＷ入力信号Ｓ１を出力する。

各制御ロジック１１ａ，１１ｂのＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２（請求項中のＰＷＭ制御部に相当）は、入力判定制御部１１１からのＳＷ入力信号Ｓ１が入力されている間、出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２に駆動信号ＤＲ１，ＤＲ２を出力する。各駆動信号ＤＲ１，ＤＲ２のデューティー比（本実施形態ではオンデューティー期間の割合）は、ＤＣ駆動の場合は１００％、ＰＷＭ駆動の場合は１００％未満に設定される。

このデューティー比は、入力スイッチＳＷのオン直後は、負荷３の駆動内容に応じた初期値とされ、その後は、電線温度推定部１１５の後述する目標ＤＵＴＹ比算出部１１５ｂが算出するデューティー比に、ＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２によって変更される。

各制御ロジック１１ａ，１１ｂの電流検出部１１３及びＤＵＴＹ比検出部１１４は、検出電流入力端子ＳＩ１，ＳＩ２にそれぞれ入力される電流検出信号Ｉ１，Ｉ２から、対応するＩＰＤ１３１，１３２内の電流測定部ｂが検出する各電線５１，５２の通過電流及びそのデューティー比をそれぞれ検出し、検出結果を示す電流データ信号及びＤＵＴＹ比信号をそれぞれ出力する。

図３は、電流検出部１１３及びＤＵＴＹ比検出部１１４が各電線５１，５２の通過電流及びそのデューティー比を検出する際の手順を示すタイミングチャートである。図３の上段に示す入力判定制御部１１１からのＳＷ入力信号Ｓ１がオフからオンに切り替わると、駆動信号ＤＲ１，ＤＲ２によりオンオフ駆動されたＩＰＤ１３２，１３２を介して負荷３に電源Ｂからの電力が供給される。

そして、図３の中段に示すように、ＩＰＤ１３１，１３２の電流測定部ｂが測定した各電線５１，５２の通過電流に応じた電流検出信号Ｉ１，Ｉ２が、検出電流入力端子ＳＩ１，ＳＩ２に入力される。電流検出部１１３及びＤＵＴＹ比検出部１１４は、図３の下段に示すサンプルタイミングで検出電流入力端子ＳＩ１，ＳＩ２の電流検出信号Ｉ１，Ｉ２をサンプリングする。

電流検出部１１３は、電流検出信号Ｉ１，Ｉ２の立ち上がりから立ち下がりまでのレベルが０でない連続区間（オン区間）の各サンプリング値の平均値を、各電線５１，５２の通過電流として検出する。ＤＵＴＹ比検出部１１４は、電流検出信号Ｉ１，Ｉ２の立ち上がりと立ち下がりのタイミングから、電流検出信号Ｉ１，Ｉ２における各電線５１，５２の通過電流のオン区間及びオフ区間を特定し、特定したオン区間及びオフ区間から、各電線５１，５２の通過電流のオンオフ周期乃至デューティー比を検出する。

なお、ＤＵＴＹ比検出部１１４は、ＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２が設定した駆動信号ＤＲ１，ＤＲ２のデューティー比を、各電線５１，５２の通過電流のオンオフのデューティー比として検出してもよい。

図２に示す各制御ロジック１１ａ，１１ｂの電線温度推定部１１５は、現状温度推定部１１５ａと目標ＤＵＴＹ比算出部１１５ｂとを有している。

現状温度推定部１１５ａ（請求項中の電線温度推定部に相当）は、電流検出部１１３で検出した各電線５１，５２の通過電流（電流検出信号Ｉ１，Ｉ２によって示される電流値）から、電線５１，５２の温度を推定する。この推定には、例えば、先に概略を説明した特開２０１３−８５４６９号公報に記載の方法を用いることができるが、その他の方法を用いてもよい。

各制御ロジック１１ａ，１１ｂの現状温度推定部１１５ａが推定した電線５１，５２の温度は、電線５１，５２の温度が遮断温度に上昇したか否かを判定するために、同じ制御ロジック１１ａ，１１ｂのＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２に通知される。

また、現状温度推定部１１５ａが推定した電線５１，５２の温度は、同じ電線温度推定部１１５の目標ＤＵＴＹ比算出部１１５ｂに通知されると共に、他方の制御ロジック１１ａ，１１ｂの目標ＤＵＴＹ比算出部１１５ｂにも通知される。

目標ＤＵＴＹ比算出部１１５ｂ（請求項中のデューティー比決定部に相当）は、各制御ロジック１１ａ，１１ｂの現状温度推定部１１５ａが推定した電線５１，５２の温度に基づいて、対応するＩＰＤ１３１，１３２に対して各制御ロジック１１ａ，１１ｂのＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２が出力する、半導体スイッチング素子ａの駆動信号ＤＲ１，ＤＲ２のデューティー比を算出する。

具体的には、現状温度推定部１１５ａが推定した電線５１，５２の温度を、各制御ロジック１１ａ，１１ｂで現状温度推定部１１５ａがそれぞれ推定した電線５１，５２の温度のうち低い方の温度（最低温度）に一致させるための、駆動信号ＤＲ１，ＤＲ２のデューティー比を算出する。

例えば、負荷３が車両のバルブ（定格電圧１２Ｖ、消費電力６０Ｗ）であり、各制御ロジック１１ａ，１１ｂのＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２が対応するＩＰＤ１３１，１３２の半導体スイッチング素子ａをＤＣ駆動しているものとする。この場合、各電線５１，５２には２．５Ａの電流が流れる。

この状態で、例えば、制御ロジック１１ａの電流検出部１１３が、ＩＰＤ１３１の電流測定部ｂが測定した電線５１の通過電流を３．０Ａであると検出し、これに基づいて、制御ロジック１１ａの電線温度推定部１１５の現状温度推定部１１５ａが、電線５１の温度を９５℃であると推定したものとする。

また、制御ロジック１１ｂの電流検出部１１３は、ＩＰＤ１３２の電流測定部ｂが測定した電線５２の通過電流を２．５Ａであると検出し、これに基づいて、制御ロジック１１ｂの電線温度推定部１１５の現状温度推定部１１５ａが、電線５２の温度を９０℃であると推定したものとする。

この場合は、制御ロジック１１ａの現状温度推定部１１５ａが推定した電線５１の温度（９５℃）の方が、制御ロジック１１ｂの現状温度推定部１１５ａが推定した電線５２の温度（９０℃）よりも高い。

そこで、制御ロジック１１ｂの現状温度推定部１１５ａが推定する電線５２の温度（９０℃）と同じ温度を、制御ロジック１１ａの現状温度推定部１１５ａが電線５１の温度として推定するように、制御ロジック１１ａの目標ＤＵＴＹ比算出部１１５ｂが、制御ロジック１１ａのＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２が出力端子ＯＵＴ１に出力する駆動信号ＤＲ１の目標デューティー比を算出する。

ここで、目標デューティー比のＰＷＭ駆動でＩＰＤ１３１の半導体スイッチング素子ａをオンオフさせたときに電線５１を通過する電流（実効電流）は、半導体スイッチング素子ａのオン区間にＩＰＤ１３１の電流測定部ｂが測定する電線５１の通過電流に、目標デューティー比の平方根を乗じた、
実効電流＝ＩＰＤ１３１の電流測定部ｂが測定する電線５１の通過電流×（目標デューティー比）＾０．５
の式で求まる値となる。

この実効電流が、半導体スイッチング素子ａのＤＣ駆動時にＩＰＤ１３２の電流測定部ｂが電線５２の通過電流として測定した２．５Ａと一致すると、電線５２の温度（９０℃）と同じ温度を電線５１の温度として制御ロジック１１ａの現状温度推定部１１５ａが推定するようになる。

そこで、上式から、
２．５＝３．０×（駆動信号ＤＲ１の目標デューティー比）＾０．５
となり、駆動信号ＤＲ１の目標デューティー比は、
（２．５／３．０）＾２＝６９．４４（％）
となる。

一方、制御ロジック１１ｂの目標ＤＵＴＹ比算出部１１５ｂは、ＩＰＤ１３２の半導体スイッチング素子ａがＤＣ駆動を続けて、制御ロジック１１ｂの現状温度推定部１１５ａが現在と同じ温度（９０℃）を電線５２の温度として推定するように、制御ロジック１１ｂのＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２が出力端子ＯＵＴ２に出力する駆動信号ＤＲ２のデューティー比として１００％を算出する。

以上に、各制御ロジック１１ａ，１１ｂのＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２が対応するＩＰＤ１３１，１３２の半導体スイッチング素子ａをＤＣ駆動している場合の例を説明した。

次に、各制御ロジック１１ａ，１１ｂのＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２が対応するＩＰＤ１３１，１３２の半導体スイッチング素子ａをＰＷＭ駆動している場合の例を説明する。

例えば、各制御ロジック１１ａ，１１ｂのＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２が対応するＩＰＤ１３１，１３２の半導体スイッチング素子ａを５０％デューティー比のＰＷＭ駆動しているものとする。この場合、各電線５１，５２には、ＩＰＤ１３１，１３２の半導体スイッチング素子ａのオン区間において２．５Ａの電流が流れる。

この状態で、例えば、制御ロジック１１ａの電流検出部１１３が、半導体スイッチング素子ａのオン区間においてＩＰＤ１３１の電流測定部ｂが測定した電線５１の通過電流を３．０Ａであると検出し、これに基づいて、制御ロジック１１ａの電線温度推定部１１５の現状温度推定部１１５ａが、電線５１の温度を４０℃であると推定したものとする。

また、制御ロジック１１ｂの電流検出部１１３は、半導体スイッチング素子ａのオン区間においてＩＰＤ１３２の電流測定部ｂが測定した電線５２の通過電流を２．５Ａであると検出し、これに基づいて、制御ロジック１１ｂの電線温度推定部１１５の現状温度推定部１１５ａが、電線５２の温度を３５℃であると推定したものとする。

この場合は、制御ロジック１１ａの現状温度推定部１１５ａが推定した電線５１の温度（４０℃）の方が、制御ロジック１１ｂの現状温度推定部１１５ａが推定した電線５２の温度（３５℃）よりも高い。

そこで、制御ロジック１１ｂの現状温度推定部１１５ａが推定する電線５２の温度（３５℃）と同じ温度を、制御ロジック１１ａの現状温度推定部１１５ａが電線５１の温度として推定するように、制御ロジック１１ａの目標ＤＵＴＹ比算出部１１５ｂが、制御ロジック１１ａのＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２が出力端子ＯＵＴ１に出力する駆動信号ＤＲ１の目標デューティー比を算出する。

ここで、駆動信号ＤＲ１の目標デューティー比のＰＷＭ駆動でＩＰＤ１３１の半導体スイッチング素子ａをオンオフさせたときの電線５１の実効電流が、５０％のデューティー比で半導体スイッチング素子ａをＰＷＭ駆動したときの電線５２の実効電流と一致すると、電線５２の温度（３５℃）と同じ温度を電線５１の温度として制御ロジック１１ａの現状温度推定部１１５ａが推定するようになる。

５０％のデューティー比で半導体スイッチング素子ａをＰＷＭ駆動したときの電線５２の実効電流は、半導体スイッチング素子ａのオン区間にＩＰＤ１３２の電流測定部ｂが測定する電線５２の通過電流に、デューティー比（５０％）の平方根を乗じた、
電線５２の実効電流＝ＩＰＤ１３２の電流測定部ｂが測定する電線５２の通過電流×（５０％）＾０．５＝２．５×（０．５）＾０．５
の式で求まる値（≒１．７７）となる。

また、駆動信号ＤＲ１の目標デューティー比のＰＷＭ駆動でＩＰＤ１３１の半導体スイッチング素子ａをオンオフさせたときの電線５１の実効電流は、
電線５１の実効電流＝ＩＰＤ１３１の電流測定部ｂが測定する電線５１の通過電流（＝３．０Ａ）×（駆動信号ＤＲ１の目標デューティー比）＾０．５
の式で求まる。

以上から、
１．７７＝３．０×（駆動信号ＤＲ１の目標デューティー比）＾０．５
となり、駆動信号ＤＲ１の目標デューティー比は、
（１．７７／３）＾２＝３４．８１（％）
となる。

一方、制御ロジック１１ｂの目標ＤＵＴＹ比算出部１１５ｂは、ＩＰＤ１３２の半導体スイッチング素子ａが５０％のデューティー比でＰＷＭ駆動を続けて、制御ロジック１１ｂの現状温度推定部１１５ａが現在と同じ温度（３５℃）を電線５２の温度として推定するように、制御ロジック１１ｂのＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２が出力端子ＯＵＴ２に出力する駆動信号ＤＲ２のデューティー比として５０％を算出する。

なお、ＩＰＤ１３１，１３２の半導体スイッチング素子ａをＰＷＭ駆動する際の駆動信号ＤＲ１，ＤＲ２の周波数は、例えば１００Ｈｚとすることができる。

次に、上述した構成の電源制御装置１において行われる動作（作用）について、制御部１１の制御ロジック１１ａが行う処理に関する動作を抜粋して、図４のフローチャートを参照して説明する。電源制御装置１においては、一定の周期毎に図４のフローチャートに示す動作が繰り返し行われる。

まず、スイッチ信号Ｓの信号レベルから、入力スイッチＳＷがオンであるか否かを確認する（ステップＳ１）。入力スイッチＳＷがオンでない場合は（ステップＳ１でＮＯ）、ＩＰＤ１３１の半導体スイッチング素子ａの駆動により負荷３に対する電力供給を制御する機能を停止させる（ステップＳ３）。そして、ＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２による駆動信号ＤＲ１の出力を停止してＩＰＤ１３１をオフさせた後（ステップＳ５）、後述するステップＳ２５に進む。

一方、入力スイッチＳＷがオンである場合は（ステップＳ１でＹＥＳ）、ＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２において、電流検出部１１３が検出した電線５１の通過電流が過電流遮断に該当する電流に上昇したか否かを確認する（ステップＳ７）。

電線５１の通過電流が過電流遮断に該当する電流に上昇しておらず、かつ、前回のステップＳ７で電線５１の通過電流が過電流遮断に該当する電流に上昇したと既に判定されてもいない場合は（ステップＳ７でＮＯ）、後述するステップＳ１５に進む。

また、電線５１の通過電流が過電流遮断に該当する電流に上昇した場合と、前回のステップＳ７で電線５１の電線５１の通過電流が過電流遮断に該当する電流に上昇したと既に判定されている場合は（ステップＳ７でＹＥＳ）、ＩＰＤ１３１の遮断を解除する条件が成立したか否かを確認する（ステップＳ９）。

ここで、ＩＰＤ１３１の遮断解除条件とは、例えば、
（１）入力スイッチＳＷのオフが一定時間継続すること、
（２）現状温度推定部１１５ａが推定した電線５１の温度が安全な温度（例えば周囲雰囲気の温度）に低下したこと、
の２点が両方とも満たされることとすることができる。

ＩＰＤ１３１の遮断解除条件が成立していない場合は（ステップＳ９でＮＯ）、ＩＰＤ１３１による負荷３への電力供給を遮断すると判定し（ステップＳ１１）、ＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２による駆動信号ＤＲ１の出力を停止してＩＰＤ１３１をオフさせた後（ステップＳ１３）、ステップＳ２５に進む。

一方、ステップＳ７で電線５１の通過電流が過電流遮断に該当する電流に上昇していないと判定された場合に進むステップＳ１５では、ＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２において、現状温度推定部１１５ａが推定した電線５１の温度が遮断温度以内であるか否かを確認する。

電線５１の温度が遮断温度以内でない場合は（ステップＳ１５でＮＯ）、ＩＰＤ１３１による負荷３への電力供給を遮断すると判定し（ステップＳ１１）、ＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２による駆動信号ＤＲ１の出力を停止してＩＰＤ１３１をオフさせた後（ステップＳ１３）、ステップＳ２５に進む。

これに対し、電線５１の温度が遮断温度以内である場合は（ステップＳ１５でＹＥＳ）、ＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２において、制御ロジック１１ａの現状温度推定部１１５ａが推定した電線５１の温度（ＩＰＤ１３１の現状温度）が、制御ロジック１１ｂの現状温度推定部１１５ａが推定した電線５２の温度（ＩＰＤ１３２の現状温度）よりも高いか否かを確認する（ステップＳ１７）。

電線５１の推定温度（ＩＰＤ１３１の現状温度）が電線５２の推定温度（ＩＰＤ１３２の現状温度）よりも高い場合は（ステップＳ１７でＹＥＳ）、電線５１の推定温度（ＩＰＤ１３１の現状温度）を電線５２の推定温度（ＩＰＤ１３２の現状温度）と一致させるための、ＩＰＤ１３１の半導体スイッチング素子ａに出力する駆動信号ＤＲ１の目標デューティー比を、目標ＤＵＴＹ比算出部１１５ｂにおいて算出する（ステップＳ１９）。

そして、算出した目標デューティー比の駆動信号ＤＲ１を、ＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２からＩＰＤ１３１の半導体スイッチング素子ａに出力して（ステップＳ２１）、ステップＳ２５に進む。

また、ステップＳ１７において、電線５１の推定温度（ＩＰＤ１３１の現状温度）が電線５２の推定温度（ＩＰＤ１３２の現状温度）よりも高くない場合（ＮＯ）は、両者が同じ温度であるものと認められる。そこで、電線５１のＩＰＤ１３１をこれまでと同じデューティー比で駆動させる。ここでは電線５１のＩＰＤ１３１がこれまでＤＣ駆動されていたものとして、ＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２からＩＰＤ１３１の半導体スイッチング素子ａに、半導体スイッチング素子ａをＤＣ駆動するための駆動信号ＤＲ１を出力する（ステップＳ２３）。その後、ステップＳ２５に進む。

ステップＳ２５では、ＩＰＤ１３１の発する熱を放熱する処理を行う。この処理では、ステップＳ５又はステップＳ１３でＩＰＤ１３１をオフさせた状態を、一定期間継続する。あるいは、ステップＳ２１又はステップＳ２３でＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２から出力した駆動信号ＤＲ１によってＩＰＤ１３１の半導体スイッチング素子ａをＰＷＭ駆動又はＤＣ駆動する状態を、一定期間継続する。即ち、これらの状態を一定期間継続することによってＩＰＤ１３１の発熱による電線５１の加熱状態（温度）に変化が生じるかどうかの様子を見る。一定期間が経過したら、一連の処理を終了する。

なお、制御部１１の制御ロジック１１ｂが行う処理は、図４のフローチャートに示す各ステップで行う判定や動作、制御の対象を、ＩＰＤ１３２やその半導体スイッチング素子ａ、制御ロジック１１ｂの各部１１１〜１１５、電線５２に入れ替えた内容となる。

また、ステップＳ１７では、ＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２において、制御ロジック１１ｂの現状温度推定部１１５ａが推定した電線５２の温度（ＩＰＤ１３２の現状温度）が、制御ロジック１１ａの現状温度推定部１１５ａが推定した電線５１の温度（ＩＰＤ１３１の現状温度）よりも高いか否かを確認することになる。

上述した動作を行う本実施形態の電源制御装置１では、配線抵抗が互いに等しい２つの電線５１，５２の並列回路５を介して電源Ｂから負荷３に供給する電力を、各電線５１，５２の温度に基づいた各電線５１，５２上のＩＰＤ１３１，１３２の半導体スイッチング素子ａのオフにより遮断するのに当たり、各電線５１，５２上の半導体スイッチング素子ａをそれぞれ流れる通過電流をＩＰＤ１３１，１３２の電流測定部ｂで測定し、測定電流から各電線５１，５２の温度を現状温度推定部１１５ａで推定する。

そして、各電線５１，５２の推定温度を一致させるために、電線５１上のＩＰＤ１３１の半導体スイッチング素子ａの通過電流を減らすＰＷＭ制御の目標デューティー比を目標ＤＵＴＹ比算出部１１５ｂで算出し、算出した目標デューティー比でＩＰＤ１３１の半導体スイッチング素子ａをＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部１１２によりオンオフさせる。

このため、目標デューティー比でＩＰＤ１３１の半導体スイッチング素子ａをＰＷＭ制御することで、各ＩＰＤ１３１，１３２の半導体スイッチング素子ａの通過電流の測定値から推定される各電線５１，５２の温度が一致し、各電線５１，５２の温度に基づいて各半導体スイッチング素子ａがオフされるタイミングが一致するようになる。

よって、配線抵抗が互いに等しい２つの電線５１，５２の並列回路５を介して電源Ｂから負荷３に供給する電力を、各電線５１，５２の温度に基づいた各電線５１，５２上の半導体スイッチング素子ａのオフにより遮断するのに当たり、各電線５１，５２や各半導体スイッチング素子ａに個体間のばらつきや設置環境等の相違があっても、各半導体スイッチング素子ａによる電力供給の遮断タイミングを同期させることができる。

これにより、一方のＩＰＤ１３１（又は１３２）で半導体スイッチング素子ａがオフされて負荷３に対する電力供給が遮断された後も、他方のＩＰＤ１３２（又は１３１）で半導体スイッチング素子ａがオンされたままとなって負荷３に対する電力供給が続き、そのＩＰＤ１３２（又は１３１）に電流が集中して流れて異常発熱や耐性劣化が起きるのを、防止することができる。

なお、上述した実施形態では、負荷３に電源Ｂの電力を供給する並列回路５が、ＩＰＤ１３１，１３２をそれぞれ介設した２つの電線５１，５２で構成されている場合について説明した。しかし、ＩＰＤをそれぞれ介設した３つ以上の電線によって並列回路を構成した場合にも、本発明は適用可能である。

また、各電線のＩＰＤの電流測定部による測定温度から推定した各電線の温度が異なる場合に、上述した実施形態では、低い方の温度に温度が高い方の電線の温度を一致させるものとした。しかし、高い方の温度に温度が低い方の電線の温度を一致させたり、電線が３つ以上ある場合に、中間の温度に他の電線の温度を一致させても良い。

そして、本実施形態のように、全ての電線５１，５２のうち一番低い推定温度に他の電線５１の推定温度を一致させるようにすれば、全電線５１，５２の温度を下げる方向にシフトさせて、並列回路５の各電線５１，５２を適切な温度に制御することができる。

さらに、本実施形態では、各電線５１，５２の配線抵抗が互いに等しい場合について説明したが、本発明は、各電線５１，５２の配線抵抗が互いに異なる場合についても適用可能である。

また、上述した実施形態ではＩＰＤ１３１，１３２を用いたが、パワー半導体スイッチ等、ＩＰＤ１３１，１３２以外の半導体スイッチング素子を用いて負荷３に対する電力供給を制御する場合にも、本発明は適用可能である。

本発明は、複数の電線の並列回路を介して車両の電源から負荷に供給する電力を、各電線の温度に基づいた各電線上の半導体スイッチング素子のオフにより遮断する電源制御を行う際に用いて極めて有用である。

１ 電源制御装置（車両用電源制御装置）
３ 負荷
５ 並列回路
１１ 制御部
１１ａ，１１ｂ 制御ロジック
５１，５２ 電線
１１１ 入力判定制御部
１１２ ＰＷＭ／ＤＣ制御及び遮断判定部（ＰＷＭ制御部）
１１３ 電流検出部
１１４ ＤＵＴＹ比検出部
１１５ 電線温度推定部
１１５ａ 現状温度推定部（電線温度推定部）
１１５ｂ 目標ＤＵＴＹ比算出部（デューティー比決定部）
１３１，１３２ インテリジェントパワーデバイス（ＩＰＤ）
ａ 半導体スイッチング素子
ｂ 電流測定部
Ｂ 電源
ＤＲ１，ＤＲ２ 駆動信号
Ｉ１，Ｉ２ 電流検出信号
ＩＮ 入力端子
ＯＵＴ１，ＯＵＴ２ 出力端子
Ｓ スイッチ信号
Ｓ１ ＳＷ入力信号
ＳＩ１，ＳＩ２ 検出電流入力端子
ＳＷ 入力スイッチ

Claims (2)

1. 複数の電線の並列回路を介して車両の電源から負荷に供給する電力を、前記各電線の温度に基づいた該各電線上の半導体スイッチング素子のオフにより遮断する電源制御装置において、
   前記各半導体スイッチング素子をそれぞれ流れる通過電流を測定する電流測定部と、
   前記電流測定部の測定電流から前記各電線の温度をそれぞれ推定する電線温度推定部と、
   前記各電線の推定した温度を一致させるための前記各半導体スイッチング素子のＰＷＭ制御のデューティー比をそれぞれ決定するデューティー比決定部と、
   前記各半導体スイッチング素子を該各半導体スイッチング素子に対応して前記デューティー比決定部が決定したデューティー比でそれぞれＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部と、
   を備えることを特徴とする車両用電源制御装置。
2. 前記デューティー比決定部は、前記各電線の推定した温度を該推定した温度中の最低温度に一致させるための前記各半導体スイッチング素子のＰＷＭ制御のデューティー比をそれぞれ決定することを特徴とする請求項１記載の車両用電源制御装置。

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