JP2017153171A - 過電流保護装置、電力分配装置、及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】突入電流に対する半導体スイッチの誤動作抑制と、コスト低減を提供する。【解決手段】過電流保護装置１０は、電源２０と、等価的に抵抗１１０とキャパシタ１２０とを含む外部負荷１００と、半導体スイッチ３０と、制御装置４０と、を備える。制御装置は、半導体スイッチの状態を検出する状態検出部５０と、半導体スイッチが異常であるか否かを判定する異常判定部６０と、半導体スイッチのオン状態とオフ状態を繰り返し行うリトライ動作を実行するリトライ実行部８０と、を有する。リトライ動作は、第１の間隔に亘り半導体スイッチのオン状態が維持されるオン動作と、第２の間隔に亘り半導体スイッチのオフ状態が維持されるオフ動作と、を交互に含む。リトライ実行部は、オン動作中にキャパシタに蓄えられる電荷量に対して、オン動作の直後のオフ動作中にキャパシタから放出される電荷量が相対的に小さくなるように第２の間隔を設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、過電流保護装置、電力分配装置、及び制御方法に関するものである。

直流電源の出力電圧が予め設定した閾値電圧よりも低下した場合に、負荷駆動用の回路の電子スイッチをオフとし、所定の待機時間が経過した後に、当該電子スイッチを再度オンとするリトライ動作を実行して、デッドショート以外の原因により出力電圧が低下したものを定常状態に復帰させる一方、リトライ動作の発生回数が所定のカウント閾値に達した場合に、電子スイッチのオフ状態を保持する過電流保護回路が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１６６８７２号公報

上記過電流保護回路では、容量成分を含む外部負荷に初めて電力が供給された時に生じる突入電流による過電流に対しても、デッドショートによる過電流と同様、電子スイッチをオフとするように動作してしまうことがある。たとえば、外部負荷が容量成分としてキャパシタを含む場合、未充電のキャパシタのインピーダンスが極めて小さいことに起因して突入電流による過電流が発生することがある。キャパシタの充電が完了すれば突入電流は収束するが、突入電流に対して電子スイッチが動作するためキャパシタの充電が完了する前に電力の供給が停止してしまい、また、再度電子スイッチをオンとするまでにキャパシタに蓄えられたエネルギが放出されてしまい、キャパシタを十分に充電することができない。結果として、突入電流による過電流が収束せず、その後も電子スイッチが誤動作してオフ状態となってしまうおそれがある、という問題がある。

また、突入電流による過電流は許容する一方、デッドショートによる過電流は遮断するように過電流保護回路を構築すると、電力線の線径を大きくしたり、高い遮断特性を有する電子スイッチを用いる必要があるため、コストの増大を招く、という問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、突入電流に対する半導体スイッチの誤動作の発生を抑制すると共に、コストを低減できる過電流保護装置、電力分配装置、及び制御方法を提供することである。

［１］本発明に係る過電流保護装置は、電源と、等価的に抵抗成分と容量成分とを含む外部負荷に対して、前記電源から電力を供給する電力線と、前記電力線に設けられ、前記電力線を導通するオン状態と、前記電力線を遮断するオフ状態と、を切り替え可能な半導体スイッチと、前記半導体スイッチを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記半導体スイッチの状態を検出する状態検出部と、前記状態検出部の検出結果に基づいて、前記半導体スイッチが異常であるか否かを判定する異常判定部と、前記異常判定部により前記半導体スイッチの異常が判定された場合に、前記半導体スイッチの前記オン状態と前記オフ状態を繰り返し行うリトライ動作を実行するリトライ実行部と、を有し、前記リトライ動作は、第１の間隔に亘り前記半導体スイッチの前記オン状態が維持される第１の動作と、第２の間隔に亘り前記半導体スイッチの前記オフ状態が維持される第２の動作と、を交互に含み、前記リトライ実行部は、前記第１の動作中に前記容量成分に蓄えられたエネルギ量に対して、前記第１の動作の直後の前記第２の動作中に前記容量成分から放出されるエネルギ量が相対的に小さくなるように前記第２の間隔を設定する過電流保護装置である。

［２］上記発明において、前記抵抗成分は、電気抵抗体であり、前記容量成分は、キャパシタであり、前記リトライ実行部は、前記第１の動作中に前記キャパシタに蓄えられた電荷量に対して、前記第１の動作の直後の前記第２の動作中に前記キャパシタから放出される電荷量が相対的に小さくなるように前記第２の間隔を設定してもよい。

［３］上記発明において、前記制御装置は、前記半導体スイッチが最初に前記オン状態となってからの経過時間を計測するタイマをさらに有し、前記リトライ実行部は、前記タイマが計測する計測値と、予め設定された第１の閾値と、を比較し、前記計測値が前記第１の閾値以下のときに前記異常判定部により前記半導体スイッチの異常が検出された場合、前記リトライ動作を実行してもよい。

［４］上記発明において、前記リトライ実行部は、前記計測値と、予め設定された前記第１の閾値に対して相対的に大きい第２の閾値と、を比較し、前記計測値が前記第２の閾値以上となった場合に前記リトライ動作を終了してもよい。

［５］上記発明において、前記リトライ実行部は、下記（１）式を満たすように、前記第２の間隔を設定してもよい。

但し、上記（１）式において、ｔ_１０は前記第１の間隔であり、ｔ_２０は前記第２の間隔であり、Ｃは前記キャパシタの電気容量であり、Ｒ_Ｌは前記抵抗の電気抵抗値であり、Ｒ_Ｉは前記電力線の電気抵抗値であり、Ｔ_２は前記第２の閾値である。

［６］上記発明において、前記リトライ動作は、複数の前記第２の動作を含み、前記リトライ実行部は、前記複数の第２の動作のそれぞれついて、前記第２の間隔を相互に異なる値に設定してもよい。

［７］本発明に係る電力分配装置は、上記過電流保護装置を備え、２つの前記外部負荷に対して電力を分配して供給するものであり、前記２つの外部負荷は、並列に接続されており、前記第１の過電流保護装置は、前記２つの外部負荷の一方に対応しており、前記第２の過電流保護装置は、前記２つの外部負荷の他方に対応しており、前記第１の過電流保護装置の前記電源と、前記第２の過電流保護装置の前記電源と、は同一の電源であり、前記第１の過電流保護装置の前記リトライ実行部は、前記第２の過電流保護装置において前記第２の動作が行われている場合に、前記第１の過電流保護装置において前記第２の動作を行うことを禁止し、前記第２の過電流保護装置の前記リトライ実行部は、前記第１の過電流保護装置において前記第２の動作が行われている場合に、前記第２の過電流保護装置において前記第２の動作を行うことを禁止する電力分配装置である。

［８］本発明に係る制御方法は、電源と、等価的に抵抗成分と容量成分とを含む外部負荷に対して、前記電源から電力を供給する電力線と、前記電力線に設けられ、前記電力線を導通するオン状態と、前記電力線を遮断するオフ状態と、を切り替え可能な半導体スイッチと、を備える過電流保護装置の制御方法であり、前記半導体スイッチの状態を検出する第１のステップと、前記第１のステップの検出結果に基づいて、前記半導体スイッチが異常であるか否かを判定する第２のステップと、前記第２のステップにおいて前記半導体スイッチの異常が判定された場合に、前記半導体スイッチの前記オン状態と前記オフ状態を繰り返し行うリトライ動作を実行する第３のステップと、を備え、前記リトライ動作は、第１の間隔に亘り前記半導体スイッチの前記オン状態が維持される第１の動作と、第２の間隔に亘り前記半導体スイッチの前記オフ状態が維持される第２の動作と、を交互に含み、前記第３のステップは、前記第１の動作中に前記容量成分に蓄えられたエネルギ量に対して、前記第１の動作の直後の前記第２の動作中に前記容量成分から放出されるエネルギ量が相対的に小さくなるように前記第２の間隔を設定することを含む制御方法である。

本発明に係る過電流保護装置によれば、リトライ動作において、第１の動作中に外部負荷の容量成分に蓄えられたエネルギ量に対して、第１の動作の直後の第２の動作中に容量成分から放出されるエネルギ量を相対的に小さくできるので、突入電流による過電流を収束させることができる。これにより、半導体スイッチの誤動作の発生を抑制することができる。

また、半導体スイッチの誤動作の発生の抑制を図るに際し、電力線の線径を大きくしたり、高い遮断特性を有する半導体スイッチを用いる必要がないため、過電流保護装置のコストを低減できる。

図１は、本発明の一実施の形態に係る過電流保護装置を示すブロック図である。 図２は、本発明の一実施の形態に係る過電流保護装置による制御を示すタイムチャートである。 図３（ａ）は、本発明の一実施の形態に係るキャパシタが充電を行っている状態を説明するための図であり、図３（ｂ）は、本発明の一実施の形態に係るキャパシタが放電を行っている状態を説明するための図であり、図３（ｃ）は、本発明の一実施の形態に係るキャパシタの充電が完了した状態を説明するための図である。 図４は、本発明の一実施の形態に係る閾値時間Ｔ１と閾値時間Ｔ２とを説明するためのグラフである。 図５は、（７）式を説明するためのグラフである。 図６は、本発明の一実施の形態に係る過電流保護装置の制御手順を示すフローチャート（その１）である。 図７は、本発明の一実施の形態に係る過電流保護装置の制御手順を示すフローチャート（その２）である。 図８は、本発明の一実施の形態に係る電力分配装置を示すブロック図である。 図９は、本発明の一実施の形態に係る電力分配装置による制御を示すタイムチャートである。 図１０は、本発明の他の実施形態に係る過電流保護装置を示すブロック図である。 図１１は、本発明の他の実施形態に係る抵抗を等価的に示した熱回路モデルである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施の形態に係る過電流保護装置を示すブロック図、図２は本発明の一実施の形態に係る過電流保護装置による制御を示すタイムチャート、図３（ａ）は本発明の一実施の形態に係るキャパシタが充電を行っている状態を説明するための図、図３（ｂ）は本発明の一実施の形態に係るキャパシタが放電を行っている状態を説明するための図、図３（ｃ）は本発明の一実施の形態に係るキャパシタの充電が完了した状態を説明するための図、図４は本発明の一実施の形態に係る閾値時間Ｔ１と閾値時間Ｔ２とを説明するためのグラフ、図５は（７）式を説明するためのグラフである。なお、図１において、実線は電力線を示し、一点鎖線は信号線を示している。

本実施形態における過電流保護装置１０は、外部スイッチ２００からの駆動要求信号に基づいて、車輌に搭載されるランプやモータ等の外部負荷１００に対して電力を供給する負荷駆動用回路に搭載されるものである。このような、過電流保護装置１０は、図１に示すように、電源２０と、半導体スイッチ３０と、制御装置４０と、を備えている。

本実施形態における「過電流保護装置１０」が本発明における「過電流保護装置」の一例に相当し、本実施形態における「電源２０」が本発明における「電源」の一例に相当し、本実施形態における「外部負荷１００」が本発明における「外部負荷」の一例に相当し、本実施形態における「半導体スイッチ３０」が本発明における「半導体スイッチ」の一例に相当し、本実施形態における「制御装置４０」が本発明における「制御装置」の一例に相当する。

電源２０は、たとえば、車輌に搭載される直流電源である。このような電源２０としては、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の２次電池（バッテリ）や、電気二重層キャパシタ等を用いることができる。

電源２０は、電力線Ｐを介して外部負荷１００に対して電力を供給している。外部負荷１００は、等価的に電気抵抗成分と電気容量成分とを含んで構成されている。本実施形態の外部負荷１００は、抵抗成分として抵抗１１０を有し、容量成分としてキャパシタ１２０を有している。本実施形態における「電力線Ｐ」が本発明における「電力線」の一例に相当し、本実施形態における「抵抗１１０」が本発明における「抵抗成分」及び「電気抵抗体」の一例に相当し、本実施形態における「キャパシタ１２０」が本発明における「容量成分」及び「キャパシタ」の一例に相当する。

抵抗１１０は、ランプ等の灯火系、ワイパ、ウォッシャ、又はその他ＥＣＵ等の車載機器である。この抵抗１１０は、一端が電力線Ｐ及び半導体スイッチ３０を介して電源２０に接続されており、他端が接地されている。キャパシタ１２０は、たとえば、電源２０から送られる直流電流を平滑化する平滑キャパシタや、ノイズ吸収用キャパシタである。このキャパシタ１２０は、一端が電力線Ｐ及び半導体スイッチ３０を介して電源２０に接続されており、他端が接地されている。電源２０に対して、抵抗１１０とキャパシタ１２０は、並列に接続されている。なお、図１において、Ｒ_Ｉは動力線Ｐの電気抵抗値であり、Ｒ_Ｌは抵抗１１０の電気抵抗値であり、Ｃはキャパシタ１２０の電気容量である。なお、抵抗１１０やキャパシタ１２０の一端と、電源２０との間には、電力線Ｐや半導体スイッチ３０以外の構成要素が介在していてもよい。また、本実施形態では、抵抗１１０やキャパシタ１２０の他端は、いずれも接地されているが、特に上述に限定されない。つまり、等価的に示した電気回路モデルにおいて抵抗成分と容量成分とが存在していれば、当該抵抗成分や容量成分の接続先は特に限定されない。

電力線Ｐには、半導体スイッチ３０が設けられている。この半導体スイッチ３０としては、たとえば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体素子を用いることができる。本実施形態の半導体スイッチ３０は、ドレイン電極３１と、ソース電極３２と、ゲート電極３３と、を有している。

半導体スイッチ３０のドレイン電極３１は、電力線Ｐ（具体的には、第１の区間Ｐａ）を介して電源２０と接続されている。半導体スイッチ３０のソース電極３２は、電力線Ｐ（具体的には、第２の区間Ｐｂ）を介して外部負荷１００と接続されている。ゲート電極３３は、信号線Ｓ２を介して制御装置４０のゲート駆動部９０（後述）と接続されている。この半導体スイッチ３０は、ゲート駆動部９０からゲート電極３３に出力される駆動信号によりオン／オフの切り替えが可能となっている。

なお、半導体スイッチ３０に代えて、半導体素子を含み、当該半導体素子の制御回路、加熱保護回路、及び／又は電流検出回路等を含むＩＰＤ（Intelligent Power Device）等のＩＣパッケージを用いてもよい。

ゲート電極３３に駆動信号が入力されると、半導体スイッチ３０は、ドレイン電極３１とソース電極３２との間が導通するオン状態となる。これにより、電力線Ｐは導通し、電源２０による外部負荷１００に対する電力の供給が行われる。一方、ゲート電極３３に対する駆動信号が停止すると、半導体スイッチ３０は、ドレイン電極３１とソース電極３２との間が遮断するオフ状態となる。これにより、電力線Ｐが遮断し、電源２０から外部負荷１００に対する電力の供給が停止する。

制御装置４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器予備入出力インタフェース等を含んで構成されるマイクロコンピュータから構成されている。この制御装置４０は、外部スイッチ２００からの駆動要求信号に応じて、半導体スイッチ３０のオン状態とオフ状態との切り替えを行う。また、制御装置４０は、突入電流による過電流を抑えるため、半導体スイッチ３０の状態に応じて、リトライ動作を実行する。

次に、本実施形態の過電流保護装置１０の制御部４０について、図１〜図５を参照しながら、詳細に説明する。

制御装置４０は、図１に示すように、状態検出部５０と、異常判定部６０と、タイマ７０と、リトライ実行部８０と、ゲート駆動部９０と、を有している。本実施形態における「状態検出部５０」が本発明における「状態検出部」の一例に相当し、本実施形態における「異常判定部６０」が本発明における「異常判定部」の一例に相当し、本実施形態における「タイマ７０」が本発明における「タイマ」の一例に相当し、本実施形態における「リトライ実行部８０」が本発明における「リトライ実行部」の一例に相当する。

本実施形態の状態検出部５０は、半導体スイッチ３０を流れる電流値を検出する電流センサである。この状態検出部５０は、検出した電流値（検出結果）を、信号線Ｓ３を介して異常判定部６０に出力している。なお、本実施形態では、半導体スイッチ３０の状態を検出するため、半導体スイッチ３０を流れる電流値を用いているが、特にこれに限定されない。たとえば、半導体スイッチ３０を流れる電流値の単位時間当たりの変化量を用いてもよい。また、半導体スイッチ３０の温度を用いてもよい。また、半導体スイッチ３０の温度の単位時間当たりの変化量を用いてもよい。また、半導体スイッチ３０の温度と当該半導体スイッチ３０の外部の温度を検出し、これらの温度の差分値を用いてもよい。半導体スイッチの温度を検出する場合、状態検出部５０としては、サーミスタ等を用いることができる。なお、半導体スイッチに代えて、ＩＰＤ等のＩＣパッケージを用いる場合、当該ＩＣパッケージに含まれる電流検出回路等を状態検出部として用いてもよい。

異常判定部６０は、状態検出部５０の検出結果に基づいて、半導体スイッチ３０が異常であるか否かを判定する。この異常判定部６０には、半導体スイッチ３０の特性情報として、閾値電流Ｉ_０が予め保存されている。この閾値電流Ｉ_０としては、たとえば、半導体スイッチ３０を流れる電流値として正常な範囲の上限値等を用いることができる。なお、状態検出部が半導体スイッチの温度を用いて当該半導体スイッチの状態を検出している場合、半導体スイッチの特性情報として、閾値温度を用いる。この閾値温度としては、たとえば、半導体スイッチのオン状態における温度として正常な範囲の上限値を用いることができる。

本実施形態の異常判定部６０は、予め保存された閾値電流Ｉ_０と、状態検出部５０により検出された電流値とを比較して、これらの大小関係に基づいて、半導体スイッチ３０が異常であるか否かを判定する。異常判定部６０は、半導体スイッチ３０が異常であると判定した場合、判定結果を、信号線Ｓ４を介してリトライ実行部８０に出力する。

タイマ７０は、半導体スイッチ３０が最初にオン状態となってからの経過時間を計測しており、ゲート駆動部９０から駆動信号が入力された時にカウントを開始する。また、このタイマ７０は、ゲート駆動部９０から駆動信号が入力されることで、カウントをリセットするようになっている。ここで計測した経過時間ｔは、信号線Ｓ５を介してリトライ実行部８０に出力される。

なお、本明細書において、「半導体スイッチ３０が最初にオン状態となる」とは、外部スイッチ２００からの駆動要求信号に応じてゲート駆動部９０から出力された駆動信号により、半導体スイッチ３０がオン状態となることをいう。

リトライ実行部８０は、異常判定部６０により半導体スイッチ３０の異常が判定された場合に、リトライ動作を実行する信号をゲート駆動部９０に出力する。ここで、リトライ動作とは、図２に示すように、半導体スイッチ３０のオン状態とオフ状態とを繰り返し行う動作のことをいう。このリトライ動作は、維持時間ｔ_１０に亘り半導体スイッチ３０のオン状態が維持されるオン動作と、維持時間ｔ_２０に亘り半導体スイッチ３０のオフ状態が維持されるオフ動作と、を交互に含んでいる。なお、本明細書においてｔ_１０は、図２のｔ_１２，ｔ_１３，ｔ_１４，及びｔ_１５の総称である。また、本明細書においてｔ_２０は、図２のｔ_２１，ｔ_２２，ｔ_２３，及びｔ_２４の総称である。

本実施形態における「オン動作」が本発明における「第１の動作」の一例に相当し、本実施形態における「オフ動作」が本発明における「第２の動作」の一例に相当し、本実施形態における「維持時間ｔ_１０」が本発明における「第１の間隔」の一例に相当し、本実施形態における「維持時間ｔ_２０」が本発明における「第２の間隔」の一例に相当する。

維持時間ｔ_１０は、オフ動作からオン動作への切り替えが行われた時に開始し、その後、異常判定部６０が半導体スイッチ３０の異常を判定した時に終了する値である。なお、維持時間ｔ_１０は、特に上述に限定されず、予め設定された値を用いてもよい。

維持時間ｔ_２０は、リトライ実行部８０により、一度のオン動作中にキャパシタ１２０が蓄えた電荷量に対して、当該オン動作の直後の一度のオフ動作中にキャパシタ１２０から放出される電荷量が相対的に小さくなるように設定されている。

本実施形態では、図３（ａ）に示すように、リトライ実行部８０によりオン動作が実行されると、半導体スイッチ３０がオン状態となり、電源２０が外部負荷１００に対して電力を供給する。このとき、外部負荷１００のキャパシタ１２０に電荷が蓄えられる。一方、リトライ実行部８０によりオフ動作が実行されると、図３（ｂ）に示すように、半導体スイッチ３０がオフ状態となり、電源２０による外部負荷１００に対する電力供給が停止する。このとき、外部負荷１００のキャパシタ１２０は、蓄えた電荷を抵抗１１０に向けて放出する。

本実施形態では、リトライ実行部８０が上述の通り維持時間ｔ_２０を設定することで、キャパシタ１２０における充放電を制御して、当該キャパシタ１２０に電荷を徐々に蓄えることができる（図２参照）。キャパシタ１２０の充電が完了すると、図３（ｃ）に示すように、抵抗１１０が電源２０からの電力供給を受けて安定した動作を開始する。

本実施形態のリトライ実行部８０による維持時間ｔ_２０の設定方法について、さらに詳しく説明する。本実施形態において、一度のオン動作中にキャパシタ１２０に蓄えられる電荷量ｑ（ｔ_１０）は、下記（２）式で表すことができる。

但し、上記（２）式において、Ｃはキャパシタ１２０の電気容量であり、Ｅは電源２０の出力電圧であり、Ｒ_Ｉは電力線Ｐの電気抵抗値である。

また、オン動作とオフ動作を各一度ずつ行った後にキャパシタ１２０に残存する電荷量ｑ（ｔ_２０）は、下記（３）式で表すことができる。

但し、上記（３）式において、Ｑ_０はキャパシタ１２０が電荷を放出する前に当該キャパシタ１２０に蓄えられていた電荷量であり、Ｒ_Ｌは抵抗１１０の電気抵抗値である。なお、本実施形態では、Ｑ_０はオフ動作の直前のオン動作中にキャパシタ１２０に蓄えられた電荷量ｑ（ｔ_１０）である。

上記（２）式及び（３）式に基づくと、一度のオン動作と、直後の一度のオフ動作とが実行された後にキャパシタ１２０に残存する電荷量ｑ（ｔ_１０，ｔ_２０）は、下記（４）式で表すことができる。

本実施形態のリトライ実行部８０は、一度のオン動作中にキャパシタ１２０が蓄えた電荷量に対して、当該オン動作の直後の一度のオフ動作中にキャパシタ１２０から放出される電荷量が相対的に小さくなるように、下記（５）式の演算式に基づいて維持時間ｔ_２０を設定する。

なお、図２に示すように、最初に実行されるオフ動作の維持時間ｔ_２１は、半導体スイッチ３０の最初のオン状態の間にキャパシタ１２０に蓄えられた電荷量に対して、当該最初に実行されるオフ動作中にキャパシタ１２０から放出される電荷量が相対的に小さくなるように設定する。

本明細書中の電荷量ｑ（ｔ_１０，ｔ_２０）は、図２のｑ（ｔ_１１，ｔ_２１），ｑ（ｔ_１２，ｔ_２２），ｑ（ｔ_１３，ｔ_２３），及びｑ（ｔ_１４，ｔ_２４）の総称である。

本実施形態のリトライ実行部８０には、閾値時間Ｔ_１と、閾値時間Ｔ_２とが予め保存されている。本実施形態における「閾値時間Ｔ_１」が本発明における「第１の閾値」の一例に相当し、本実施形態における閾値時間Ｔ_２」が本発明における「第２の閾値」の一例に相当する。

閾値時間Ｔ_１は、図４に示すように、リトライ動作を行わない場合において、半導体スイッチ３０が最初にオン状態となってから突入電流が収束するまでの推定時間であり、電源２０から外部負荷１００に対して電力が供給された際に、突入電流による過電流が生じているか否かを判定するために用いられる。この閾値時間Ｔ_１は、キャパシタ１２０の電気容量に応じて、予め実験的に求める。

リトライ実行部８０は、異常判定部６０により半導体スイッチ３０の異常が判定されたら、その判定結果が入力されたときの経過時間ｔをタイマ７０から取得し、当該タイマ７０が計測した計測値と、閾値時間Ｔ_１とを比較する。そして、リトライ実行部８０は、これらの大小関係に基づいて、リトライ動作を実行するか否かを判定する。ここでは、タイマ７０による計測値が閾値時間Ｔ_１よりも小さいときに異常判定部６０により半導体スイッチ３０の異常が判定された場合、リトライ実行部８０はリトライ動作を開始する。

閾値時間Ｔ_２は、図４に示すように、リトライ動作を行う場合において、半導体スイッチ３０が最初にオン状態となってから突入電流が収束するまでの推定時間であり、発生している過電流が突入電流によるものか否かを判定するために用いられる。リトライ動作が実行される分だけ、閾値時間Ｔ_２は閾値時間Ｔ_１に対して相対的に大きい値となる。この閾値時間Ｔ_２は、外部負荷１００の抵抗１１０の種類に応じて、予め実験的に求める。特に限定しないが、たとえば、抵抗の種類が灯火系、ワイパ系、ウォッシャ系の場合、閾値時間Ｔ２は２００ｍｓに設定される。抵抗の種類がＥＣＵの場合、閾値時間Ｔ２は１００ｍｓに設定される。

リトライ実行部８０は、リトライ動作を実行している間、タイマ７０から経過時間ｔを取得して、タイマ７０が計測した計測値と、閾値時間Ｔ_２とを比較する。そして、リトライ実行部８０は、これらの大小関係に基づいて、リトライ動作を終了するか否かを判定する。ここでは、タイマ７０が計測した計測値が閾値時間Ｔ_２よりも大きい場合、リトライ実行部８０はリトライ動作を終了する。一方、タイマ７０が計測した計測値が閾値時間Ｔ_２以下の場合、リトライ実行部８０はリトライ動作を継続する。

また、本実施形態のリトライ実行部８０は、当該リトライ動作が終了するまでにキャパシタ１２０の充電をより確実に完了させる観点から、下記（６）式の演算式を満たすように、オフ動作の維持時間ｔ_２０を設定している。

上記（６）式の右辺は、一度のオン動作と、直後の一度のオフ動作とが実行された後にキャパシタ１２０に残存する電荷量であって、タイマ７０が計測した計測値が閾値時間Ｔ_２のときに、キャパシタ１２０の充電が完了しているために必要な値である。

上記（６）式を整理すると、下記（７）式として表すことができる。

上記（７）式をグラフに示すと、図５のとおりとなる。本実施形態のリトライ実行部８０は、図５に示すように、下記（８）式を満たす範囲で維持時間ｔ_２０を設定することができる。これにより、突入電流による過電流を収束させつつ、リトライ動作が終了するまでにキャパシタ１２０の充電をより確実に完了させることができる。
０＜ｔ_２０＜Ｔｚ・・・（８）

また、本実施形態のリトライ実行部８０は、リトライ動作に含まれる複数のオフ動作の維持時間ｔ_２０が、相互に異なる値となるように設定している。具体的には、図２に示すｔ_２１，ｔ_２２，ｔ_２３，及びｔ_２４を、相互に異なる値となるように設定する。この場合、リトライ実行部８０は、各オフ動作の維持時間ｔ_２０を予め設定された線形合同法等の乱数発生アルゴリズムを用いてランダムに設定してもよい。なお、各オフ動作の維持時間ｔ_２０をランダムに設定する場合でも、リトライ実行部８０は、上記（８）式の範囲内において、各維持時間ｔ_２０を設定することが好ましい。

ゲート駆動部９０には、信号線Ｓ１を介して外部スイッチ２００から駆動要求信号が入力される。ゲート駆動部９０は、駆動要求信号が入力されると、駆動信号をゲート電極３３に出力する。これにより、半導体スイッチ３０がオン状態となる。外部スイッチ２００からの駆動要求信号が停止すると、ゲート駆動部９０は、ゲート電極３３に対する駆動信号を停止する。これにより、半導体スイッチ３０はオフ状態となる。なお、ゲート駆動部９０は、外部スイッチ２００から駆動要求信号が入力された場合、信号線Ｓ６を介して、駆動信号をタイマ７０に出力する。

また、ゲート駆動部９０には、信号線Ｓ７を介してリトライ実行部８０からリトライ動作を実行する指令が入力される。ゲート駆動部９０は、リトライ動作を実行する指令に合わせて、ゲート電極３３に駆動信号の入力と停止とを交互に行う。

次に、図２及び図６を参照して、本実施形態に係る過電流保護装置１０の制御手順を説明する。以下の処理は過電流保護装置１０の制御装置４０内にインストールされた当該過電流保護装置１０の制御プログラムによって実行される。図６は本発明の一実施の形態に係る過電流保護装置の制御手順を示すフローチャート（その１）である。

図６に示す制御ルーチンは、外部負荷１００のキャパシタ１２０の充電が完了していない状態で実行される。まず、ステップＳＴ１にて、外部スイッチ２００の駆動要求信号がゲート駆動部９０に入力されると、ステップＳＴ２にてゲート駆動部９０が駆動信号をゲート電極３３に出力する。これにより、半導体スイッチ３０がオン状態となり、電源２０による外部負荷１００に対する電力供給が開始される。

ステップＳＴ３では、ゲート駆動部９０は、駆動信号をタイマ７０に出力する。これにより、タイマ７０がカウントをリセットする共に、半導体スイッチ３０が最初にオン状態となってからの経過時間ｔの計測を開始する。このタイムカウントは、ステップＳＴ６又はステップＳＴ７８（図７参照）で過電流保護装置１０の制御が終了するまで行われる。なお、図２のタイムチャートにおけるｔ_０が、半導体スイッチ３０が最初にオン状態となった時に相当する。

ステップＳＴ４では、リトライ実行部８０がタイマ７０により計測された計測値と閾値時間Ｔ_１とを比較する。計測値が閾値時間Ｔ_１よりも小さい場合、ステップＳＴ５に進む。計測値が閾値時間Ｔ_１以上の場合、ステップＳＴ６に進む。ステップＳＴ６では、過電流保護装置１０は、突入電流による過電流が発生していないと判定して、その制御を終了する。なお、計測値が閾値時間Ｔ_１以上のときに半導体スイッチに過電流が流れている場合は、デッドショート等の突入電流以外の原因によるものと推定される。

ステップＳＴ５では、半導体スイッチ３０が異常であるか否かを判定する。具体的には、異常判定部６０は、状態検出部５０により検出された半導体スイッチ３０を流れる電流値Ｉを取得して、当該電流値Ｉと、予め設定された閾値電流Ｉ_０とを比較する。電流値Ｉが、閾値電流Ｉ_０よりも大きい場合、ステップＳＴ７に進む。ステップＳＴ７では、リトライ実行部８０は、突入電流による過電流が発生しているものと判定して、リトライ動作を開始する。このステップＳＴ７については、後に詳細に説明する。電流値Ｉが、閾値電流Ｉ_０よりも小さい場合、ステップＳＴ４に戻り、ステップＳＴ４〜ステップＳＴ５を繰り返す。なお、図２のタイムチャートにおけるｔ_１が、リトライ実行部８０がリトライ動作を開始した時に相当する。

次に、図２及び図７を参照しながら、リトライ実行部８０がリトライ動作を実行するときの制御ルーチンについて説明する。図７は本発明の一実施の形態に係る過電流保護装置の制御手順を示すフローチャート（その２）である。

まず、ステップＳＴ７１では、リトライ実行部８０が半導体スイッチ３０をオフ状態にする指令をゲート駆動部９０に出力する。ゲート駆動部９０は、半導体スイッチ３０に対する駆動信号を停止し、半導体スイッチ３０をオフ状態にする。これにより、リトライ動作のオフ動作が開始される。

次に、ステップＳＴ７２では、リトライ実行部８０は、ステップＳＴ７１で開始されたオフ動作の維持時間ｔ_２０を算出するため、直前のオン動作の維持時間ｔ_１０を求める。具体的には、リトライ実行部８０は、オフ動作からオン動作へ切り替わった時の経過時間ｔをタイマ７０から取得し、その後に異常判定部６０が半導体スイッチ３０の異常を判定した時の経過時間ｔをタイマ７０から取得し、これらを減算処理することで維持時間ｔ_１０を求める。なお、最初のオフ動作の維持時間ｔ_２１を算出する場合、リトライ実行部８０は、半導体スイッチ３０の最初のオン状態が維持された時間ｔ_１１を求める。

次に、ステップＳＴ７３では、リトライ実行部８０は、オフ動作の維持時間ｔ_２０を設定する。ここでは、リトライ実行部８０は、まず、ステップＳＴ７２で求めた維持時間ｔ_１０と、予め保存された上記（７）式の演算式とを用いて維持時間ｔ_２０の設定可能な範囲（すなわち、上記（８）式の範囲）を算出する。そして、リトライ実行部８０は、上記（８）式の範囲内において、維持時間ｔ_２０をランダムに設定する。

次に、リトライ実行部８０は、オフ動作を開始してから設定した維持時間ｔ_２０が経過するまで、ステップＳＴ７４を繰り返し、オフ動作を開始してから維持時間ｔ_２０が経過したら、ステップＳＴ７５に進む。

次に、ステップＳＴ７５では、リトライ実行部８０は、半導体スイッチ３０をオン状態にする指令をゲート駆動部９０に出力する。ゲート駆動部９０は、半導体スイッチ３０に対する駆動信号を出力し、半導体スイッチ３０をオン状態とする。これにより、リトライ動作のオフ動作が終了すると共に、オン動作が開始される。

次に、ステップＳＴ７６では、リトライ実行部８０がタイマ７０により計測された計測値と閾値時間Ｔ_２とを比較する。計測値が閾値時間Ｔ_２よりも小さい場合、ステップＳＴ７７に進む。計測値が閾値時間Ｔ_２以上の場合、ステップＳＴ７８に進む。ステップＳＴ７８では、時間経過により突入電流による過電流は収束したものとして、リトライ実行部８０はリトライ動作を終了する。なお、計測値が閾値時間Ｔ_２以上のときに半導体スイッチ３０に過電流が流れている場合は、デッドショート等の突入電流以外の原因によるものと推定される。なお、図２のタイムチャートにおけるｔ_２が、リトライ実行部８０がリトライ動作を終了した時に相当する。

次に、ステップＳＴ７７では、半導体スイッチ３０が異常であるか否かを判定する。リトライ動作を実行している間でも、キャパシタ１２０の充電が完了していなければ、半導体スイッチ３０を再度オン状態となった場合に、半導体スイッチ３０に突入電流が流れる。ここでは、異常判定部６０により半導体スイッチ３０の異常が判定されると、突入電流が収束していないものとして、リトライ動作を継続する。

このステップＳＴ７７では、異常判定部６０は、状態検出部５０により検出された半導体スイッチ３０を流れる電流値Ｉを取得して、当該電流値Ｉと、予め設定された閾値電流Ｉ_０とを比較する。電流値Ｉが、閾値電流Ｉ_０よりも大きい場合、ステップＳＴ７１に戻り、ステップＳＴ７１〜ステップＳＴ７７を繰り返す。一方、電流値Ｉが、閾値電流Ｉ_０以下の場合、ステップＳＴ７６に戻り、ステップＳＴ７６〜ステップＳＴ７７を繰り返す。ここでは、キャパシタ１２０の充電が完了していれば、経過時間ｔが閾値時間Ｔ_２に達した後、リトライ動作が終了する（ステップＳＴ７８）。

ステップＳＴ７７において、状態検出部５０が検出した電流値Ｉが、閾値電流Ｉ_０以上の場合、ステップＳＴ７１に戻り、リトライ実行部８０は、半導体スイッチ３０をオフ状態にする指令をゲート駆動部９０に出力する。これにより、リトライ動作のうち２回目のオフ動作が開始される。そして、リトライ実行部８０は、２回目のオフ動作の直前のオン動作の維持時間ｔ_１２を求めた後（ステップＳＴ７２）、２回目のオフ動作の維持時間ｔ_２２を設定する（ステップＳＴ７３）。この場合、リトライ実行部８０は、維持時間ｔ_２２を最初のオフ動作の維持時間ｔ_２１とは異なる値となるようにランダムに設定する。

ステップＳＴ７８において、リトライ実行部８０がリトライ動作を終了したら、図２に示すように、過電流保護装置１０は、半導体スイッチ３０のオン状態を保持する。そして、外部２００からの駆動要求信号が停止されると、半導体スイッチ３０をオフ状態に切り替えて、電源２０による外部負荷１００への電力供給を停止する。なお、図２のタイムチャートにおけるｔ_３が、電源２０による外部負荷１００への電力供給を停止した時に相当する。

本実施形態の過電流保護装置１０及び制御方法は、以下の効果を奏する。

従来の過電流保護装置としては、機械式のヒューズを用いたものが一般的であった。この機械式ヒューズは過電流によって溶断してしまうので、その都度交換が必要であったり、対象とする電圧帯に応じたヒューズを用いる必要がある等、コストの増大を招いていた。このため、近年では、機械式ヒューズに代わり、半導体スイッチを用いて、当該半導体スイッチのオン状態とオフ状態により電力線の導通・遮断を切り替える過電流保護装置が用いられている。このような半導体スイッチを用いた過電流保護装置では、機械式ヒューズのような交換作業が不要であり、対象とする電圧帯も設定可能であるため、コストを低減することができる。

ここで、外部負荷がキャパシタを含む場合、未充電のキャパシタのインピーダンスが極めて小さいことに起因して突入電流による過電流が発生することがある。従来の半導体スイッチを用いた過電流保護装置では、上述のような場合に生じる突入電流に対しても半導体スイッチがオフとなるように動作してしまうことがあった。この場合、キャパシタを十分に充電することができず、また、再度半導体スイッチをオンとするまでにキャパシタに蓄えられた電荷が放出されてしまうため、突入電流による過電流が収束し難い。このため、その後も半導体スイッチが誤動作してオフ状態となってしまうおそれがある、という問題があった。

また、突入電流による過電流は許容する一方、デッドショートによる過電流は遮断するように過電流保護回路を構築すると、電力線の線径を大きくしたり、高い遮断特性を有する半導体スイッチを用いる必要があるため、コストの増大を招く、という問題もあった。

これに対し、本実施形態の過電流保護装置１０は、突入電流が発生した場合に行われるリトライ動作において、オン動作中に外部負荷１００のキャパシタ１２０に蓄えられた電荷量に対して、当該オン動作の直後のオフ動作中にキャパシタ１２０から放出される電荷量を相対的に小さくなるように、当該オフ動作の維持時間ｔ_２０を設定している。このため、突入電流による過電流を収束させることができるので、突入電流による過電流に対する半導体スイッチ３０の誤動作の発生を抑制することができる。

また、半導体スイッチ３０の誤動作の発生の抑制を図るに際し、電力線Ｐの線径を大きくしたり、高い遮断特性を有する半導体スイッチを用いる必要がないため、過電流保護装置１０のコストを低減できる。

また、本実施形態では、タイマ７０が計測した計測値が閾値時間Ｔ_１以下のときに半導体スイッチ３０の異常が検出された場合に、リトライ実行部８０がリトライ動作を実行する。この閾値時間Ｔ_１を基準として、電源２０から外部負荷１００に対して電力が供給された際に、突入電流による過電流が生じているか否かを判定することで、突入電流による過電流に対する半導体スイッチ３０の誤動作の発生をさらに抑制することができる。

また、本実施形態では、タイマ７０が計測した計測値が閾値時間Ｔ_２以上となった場合に、リトライ実行部８０がリトライ動作を終了する。これにより、発生している過電流が突入電流によるものか否かを判定することができるので、突入電流による過電流に対して、半導体スイッチ３０の誤動作の発生をより確実に抑制することができる。

また、本実施形態では、リトライ実行部８０が上記（７）式を満たすように、維持時間ｔ_２０を設定することで、当該リトライ動作が終了するまでにキャパシタ１２０の充電をより確実に完了させることができる。

また、リトライ動作において、複数のオフ動作の各維持時間が相互に同一の値に設定すると、周期的な電圧降下が生じてしまうおそれがある。この場合、電源２０に接続された他の外部負荷（不図示）に対する電源電圧も周期的に振動してしまい、当該他の外部負荷の性能を損ねるおそれがある。これに対し、本実施形態では、リトライ実行部８０は、複数のオフ動作のそれぞれついて、維持時間ｔ_２０を相互に異なる値に設定することで、周期的な電圧降下が生じるのを抑制することができる。

以上に説明した過電流保護装置１０を複数備え、一つの電源から複数の外部負荷に対して電力を分配して供給する電力分配装置１について、図８を参照しながら説明する。図８は本発明の一実施の形態に係る電力分配装置を示すブロック図である。

本実施形態の電力分配装置１は、図８に示すように、２つの外部負荷１００Ａ，１００Ｂに対して電力を分配して供給する装置である。本実施形態における「電力分配装置１」が本発明における「電力分配装置」の一例に相当する。

本実施形態の外部負荷１００Ａ，１００Ｂは、いずれも上述の車載機器である。この外部負荷１００Ａ，１００Ｂは、共通の電源２０Ａに対して並列に接続されている。電源２０Ａと外部負荷１００Ａとは、電力線Ｐ１を介して接続されている。電源２０Ａと外部負荷１００Ｂとは、電力線Ｐ２を介して接続されている。

本実施形態の電力分配装置１は、第１の過電流保護装置１０Ａと、第２の過電流保護装置１０Ｂとを備えている。本実施形態では、第１の過電流保護装置１０Ａの電源と、第２の過電流保護装置１０Ｂの電源とは、同一の電源２０Ａとなっている。

第１の過電流保護装置１０Ａは、外部負荷１００Ａに対応している。具体的には、第１の過電流保護装置１０Ａの半導体スイッチ３０Ａが電力線Ｐ１に設けられており、当該半導体スイッチ３０Ａのオン／オフを切り替えて、電源２０Ａによる外部負荷１００Ａに対する電力の供給／停止を制御している。この第１の過電流保護装置１０Ａには、外部スイッチ２００Ａから外部負荷１００Ａの駆動要求信号が入力される。

第２の過電流保護装置１０Ｂは、外部負荷１００Ｂに対応している。具体的には、第２の過電流保護装置１０Ｂの半導体スイッチ３０Ｂが電力線Ｐ２に設けられており、当該半導体スイッチ３０Ｂのオン／オフを切り替えて、電源２０Ａによる外部負荷１００Ｂに対する電力の供給／停止を制御している。この第２の過電流保護装置１０Ｂには、外部スイッチ２００Ｂから外部負荷１００Ｂの駆動要求信号が入力される。

本実施形態では、第１の過電流保護装置１０Ａのリトライ実行部８０Ａは、異常判定部６０Ａの判定結果に応じて、リトライ動作を実行する指令をゲート駆動部９０Ａに出力すると共に、第２の過電流保護装置１０Ｂのリトライ実行部８０Ｂにも同じ指令を出力する。

第２の過電流保護装置１０Ｂのリトライ実行部８０Ｂは、異常判定部６０Ｂの判定結果に応じて、リトライ動作を実行する指令をゲート駆動部９０Ｂに出力すると共に、第１の過電流保護装置１０Ａのリトライ実行部８０Ａにも同じ指令を出力する。リトライ実行部８０Ａとリトライ実行部８０Ｂとは、信号線Ｓ８を介して、相互に信号の送受をすることができる。

次に、本実施形態の電力分配装置１における制御手順について、図９を参照しながら説明する。図９は本発明の一実施の形態に係る電力分配装置による制御を示すタイムチャートである。

第１の過電流保護装置１０Ａは、外部スイッチ２００Ａから駆動要求信号を受け取ると、半導体スイッチ３０Ａをオン状態に切り替える。そして、状態検出部５０Ａにより、半導体スイッチ３０Ａの状態を監視して、異常判定部６０Ａにより半導体スイッチ３０Ａの異常が判定されたら、リトライ実行部８０Ａがリトライ動作を実行する。

一方、第２の過電流保護装置１０Ｂは、外部スイッチ２００Ｂから駆動要求信号を受け取ると、半導体スイッチ３０Ｂをオン状態に切り替える。ここでは、外部スイッチ２００Ｂからの駆動要求信号の入力タイミングが、外部スイッチ２００Ａからの駆動要求信号の入力タイミングに対して遅れている。そして、状態検出部５０Ｂにより、半導体スイッチ３０Ｂの状態を監視して、異常判定部６０Ｂにより半導体スイッチ３０Ｂの異常が判定されたら、リトライ実行部８０Ｂがリトライ動作を実行する。

このとき、リトライ実行部８０Ａは、第２の過電流保護装置１０Ｂにおいてオフ動作を実行している場合、第１の過電流保護装置１０Ａにおいてオフ動作を行うのを禁止する。すなわち、リトライ実行部８０Ａは、リトライ動作中において、半導体スイッチ３０Ａのオフ状態が、半導体スイッチ３０Ｂのオフ状態と重なるのを禁止している。

一方、リトライ実行部８０Ｂは、第１の過電流保護装置１０Ａにおいてオフ動作を実行している場合、第２の過電流保護装置１０Ｂにおいてオフ動作を行うのを禁止する。すなわち、リトライ実行部８０Ｂは、リトライ動作中において、半導体スイッチ３０Ｂのオフ状態が、半導体スイッチ３０Ａのオフ状態と重なるのを禁止している。

図９のタイムチャートを用いて、具体的に説明すると、第１の過電流保護装置１０Ａでは、経過時間ｔ４の時に半導体スイッチ３０Ａの異常が判定され、リトライ実行部８０Ａによりリトライ動作が開始されている。そして、リトライ実行部８０Ａは、経過時間ｔ４から経過時間ｔ６までオフ動作を行う。

第２の過電流保護装置１０Ｂでは、経過時間ｔ５の時に半導体スイッチ３０Ｂの異常が判定され、リトライ実行部８０Ｂによりリトライ動作が開始されている。この場合、リトライ実行部８０Ｂは、第１の過電流保護装置１０Ａにおいてオフ動作が行われているから、第２の過電流保護装置１０Ｂにおいてオフ動作を行わない。リトライ実行部８０Ｂは、第１の過電流保護装置１０Ａにおいてオフ動作が終了（図９の経過時間ｔ６に相当）するまで、半導体スイッチ３０Ｂのオン状態を保持する。

そして、リトライ実行部８０Ｂは、第１の過電流保護装置１０Ａにおいてオフ動作が終了したら、第２過電流保護装置１０Ｂにおいてオフ動作を開始する。その後、第１及び第２の過電流保護装置１０Ａ，１０Ｂは、オフ動作が重ならないように、リトライ動作を実行する。

このように、本実施形態の電力分配装置１では、リトライ実行部８０Ａは、第２の過電流保護装置１０Ｂにおいてオフ動作が行われている場合に、第１の過電流保護装置においてオフ動作を行うことを禁止している。また、リトライ実行部８０Ｂは、第１の過電流保護装置１０Ａにおいてオフ動作が行われている場合に、第２の過電流保護装置においてオフ動作を行うことを禁止している。これにより、共通の電源２０Ａから外部負荷１００Ａに対する電力供給と、外部負荷１００Ｂに対する電力供給と、を分散して行うことができる。この場合、電力分配装置１において、電源２０Ａから複数の外部負荷に対して供給される電力に共振が生じて、過大な電圧降下が生じることを防ぐことができる。この結果、他の外部負荷の動作の安定性を損ねるのを抑制することができる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

たとえば、上記の実施形態では、電気容量成分を有するキャパシタ１２０における電気エネルギ量の増減を制御しているが、熱容量成分を有する発熱抵抗体における熱エネルギ量の増減を制御してもよい。以下に、等価的に示した熱回路モデルにおいて、熱抵抗成分と熱容量成分とを含む外部負荷１００Ｃを備える過電流保護装置１０Ｃについて説明する。

図１０は、本発明の他の実施形態に係る過電流保護装置１０Ｃを示すブロック図である。なお、上述の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略して、上述の実施形態においてした説明を援用する。

本例の外部負荷１００Ｃは、図１０に示すように、抵抗１１０Ｃを有している。この抵抗１１０Ｃは、発熱抵抗体であり、たとえば、ランプ等の車載機器である。本例の抵抗１１０Ｃでは、その一端が電力線Ｐ及び半導体スイッチ３０を介して電源２０に接続されており、他端が接地されている。なお、抵抗１１０Ｃの一端及び他端の接続先は、特に上述に限定されない。なお、本例において、外部負荷が電気容量成分を含んでいてもよい。

抵抗１１０Ｃは、通電される（すなわち、電源２０から電力の供給を受ける）ことで自己発熱する。図１１は、抵抗１１０Ｃを等価的に示した熱回路モデルである。
図１１におけるΔＴは、自己発熱により上昇した抵抗１１０Ｃの温度であり、Ｃ_ｔｈは、抵抗１１０Ｃの熱容量であり、Ｒ_ｔｈは、抵抗１１０Ｃの熱抵抗であり、Ｔ_ｏｕｔは、抵抗１１０Ｃの外部環境温度である。抵抗１１０Ｃの熱容量Ｃ_ｔｈや抵抗１１０Ｃの熱抵抗Ｒ_ｔｈは、予め実験的に求める。抵抗１１０Ｃにおける自己発熱は、ゲート駆動部９０からゲート電極３３に駆動信号が出力され、半導体スイッチ３０がオン状態になると同時に開始する。

ここで、抵抗発熱体のインピーダンスと、当該抵抗発熱体の温度とは、正の相関を有することが知られている。抵抗発熱体の温度が高いほど、当該抵抗発熱体のインピーダンスは増大し、抵抗発熱体の温度が低いほど、当該抵抗発熱体のインピーダンスは減少する。つまり、抵抗発熱体の温度が低い場合、当該抵抗発熱体が低インピーダンスであることに起因して、当該抵抗発熱体を含む回路に突入電流による過電流が発生するおそれがある。

本例の制御装置４０Ｃは、図１０に示すように、リトライ実行部８０Ｃを有している。このリトライ実行部８０Ｃは、温度検出部８１を有している。この温度検出部８１は、抵抗１１０Ｃの温度を検出する機能を有している。温度検出部８１は、信号線Ｓ９を介して抵抗１１０Ｃの温度（検出結果）をリトライ実行部８０Ｃに出力している。このような温度検出部８１としては、たとえば、サーミスタ等を用いることができる。

本例の過電流保護装置１Ｃの制御方法について説明する。本例における制御ルーチンは、外部負荷１００Ｃの抵抗１１０Ｃが昇温されていない状態で実行する。まず、半導体スイッチ３０がオン状態となり、外部負荷１００Ｃに電力が供給される。この際、半導体スイッチ３０が最初にオン状態となった直後では、抵抗１１０Ｃの温度が十分に低いため、当該抵抗１１０Ｃの低インピーダンスに起因して過大な電流が半導体スイッチ３０に流れる。異常判定部６０は、半導体スイッチ３０を流れる電流値を監視して、半導体スイッチ３０が異常であると判定したら、判定結果をリトライ実行部８０Ｃに出力する。リトライ実行部８０Ｃは、異常判定部６０が半導体スイッチ３０の異常を判定した場合、リトライ動作を実行する。

ここで、抵抗１１０Ｃは、通電することで自己発熱する。一方、抵抗１１０Ｃは、通電されていない状態では、当該抵抗１１０Ｃの温度が外部環境温度Ｔ_ＯＵＴと一致するまで放熱する。つまり、リトライ動作におけるオン動作中では、抵抗１１０Ｃの自己発熱により当該抵抗１１０Ｃの熱容量成分に熱量が蓄えられる（図１１参照）。一方、リトライ動作におけるオフ動作中では、当該抵抗１１０Ｃの熱容量成分に蓄えられた熱量が発散される。

この場合、本例のリトライ実行部８０Ｃは、リトライ動作において、オフ動作の維持時間ｔ_２０を、直前のオン動作中に抵抗１１０Ｃに蓄えられた熱量に対して、当該オフ動作中に抵抗１１０Ｃから発散される熱量が相対的に小さくなるように設定する。具体的には、リトライ実行部８０Ｃは、温度検出部８１から取得した抵抗１１０Ｃの温度から、オン動作中に抵抗１１０Ｃに蓄えられた熱量を求め、当該求めた熱量よりもオフ動作中に発散される熱量が相対的に小さくなるようにオフ動作の維持時間ｔ_２０を設定する。なお、ここでいう温度検出部８１から取得した抵抗１１０Ｃの温度とは、異常判定部６０が半導体スイッチ３０の異常を判定した時の抵抗１１０Ｃの温度である。

本例において、維持時間ｔ_２０を上述のように設定することで、一度のオン動作と、直後の一度のオフ動作とが実行された後に抵抗１１０Ｃに残存する熱量は正となる。このため、リトライ実行部８０Ｃがリトライ動作を継続することで、抵抗１１０Ｃが徐々に昇温する。そして、抵抗１１０Ｃが十分に昇温したら、当該抵抗１１０Ｃが電源２０からの電力供給を受けて安定した動作を開始する。

ここで、従来の過電流保護装置では、抵抗発熱体の温度が低い場合における当該抵抗発熱体の低インピーダンスに起因して突入電流による過電流が発生することがあり、この過電流により電子スイッチがオフ状態となるように動作してしまうことがあった。電子スイッチがオフ状態となると、抵抗発熱体を通電できず、当該抵抗発熱体が自己発熱できない。このため、抵抗発熱体が昇温せず、当該抵抗発熱体の低インピーダンス状態が持続してしまい、突入電流による過電流が収束しない。これにより、電子スイッチが誤動作を繰り返すおそれがあった。

これに対し、本例の過電流保護装置１Ｃでは、リトライ動作において、オン動作中に抵抗１１０Ｃの熱容量成分に蓄えられた熱量に対して、当該オン動作の直後のオフ動作中に熱容量成分から発散される熱量を相対的に小さくできるので、当該抵抗１１０Ｃが徐々に昇温し、突入電流による過電流を収束させることができる。これにより、半導体スイッチ３０の誤動作の発生を抑制することができる。

なお、本例においても、リトライ実行部８０Ｃに閾値時間Ｔ_１、Ｔ_２が予め保存されていてもよい。この場合、閾値時間Ｔ_１は、抵抗１１０Ｃの熱容量Ｃ_ｔｈに応じて、予め実験的に求める。また、閾値時間Ｔ_２は、抵抗１１０Ｃの種類に応じて、予め実験的に求める。

１…電力供給装置
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…過電流保護装置
２０，２０Ａ…直流電源
３０，３０Ａ，３０Ｂ…半導体スイッチ
３１…ソース電極
３２…ドレイン電極
３３…ゲート電極
４０，４０Ｃ…制御装置
５０…状態検出部
６０…異常判定部
７０…タイマ
８０，８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ…リトライ実行部
８１…温度検出部
９０…ゲート駆動部
Ｐ１…動力線
Ｐ１１…第１の区間
Ｐ１２…第２の区間
Ｓ１〜Ｓ９…信号線
１００，１００Ａ，１００Ｂ…外部負荷
１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ…抵抗
１２０…キャパシタ
２００，２００Ａ，２００Ｂ…外部スイッチ

Claims (8)

1. 電源と、
   等価的に抵抗成分と容量成分とを含む外部負荷に対して、前記電源から電力を供給する電力線と、
   前記電力線に設けられ、前記電力線を導通するオン状態と、前記電力線を遮断するオフ状態と、を切り替え可能な半導体スイッチと、
   前記半導体スイッチを制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記半導体スイッチの状態を検出する状態検出部と、
   前記状態検出部の検出結果に基づいて、前記半導体スイッチが異常であるか否かを判定する異常判定部と、
   前記異常判定部により前記半導体スイッチの異常が判定された場合に、前記半導体スイッチの前記オン状態と前記オフ状態を繰り返し行うリトライ動作を実行するリトライ実行部と、を有し、
   前記リトライ動作は、
   第１の間隔に亘り前記半導体スイッチの前記オン状態が維持される第１の動作と、
   第２の間隔に亘り前記半導体スイッチの前記オフ状態が維持される第２の動作と、を交互に含み、
   前記リトライ実行部は、前記第１の動作中に前記容量成分に蓄えられたエネルギ量に対して、前記第１の動作の直後の前記第２の動作中に前記容量成分から放出されるエネルギ量が相対的に小さくなるように前記第２の間隔を設定する過電流保護装置。
2. 請求項１に記載の過電流保護装置であって、
   前記抵抗成分は、電気抵抗体であり、
   前記容量成分は、キャパシタであり、
   前記リトライ実行部は、前記第１の動作中に前記キャパシタに蓄えられた電荷量に対して、前記第１の動作の直後の前記第２の動作中に前記キャパシタから放出される電荷量が相対的に小さくなるように前記第２の間隔を設定する過電流保護装置。
3. 請求項２に記載の過電流保護装置であって、
   前記制御装置は、前記半導体スイッチが最初に前記オン状態となってからの経過時間を計測するタイマをさらに有し、
   前記リトライ実行部は、
   前記タイマが計測する計測値と、予め設定された第１の閾値と、を比較し、
   前記計測値が前記第１の閾値以下のときに前記異常判定部により前記半導体スイッチの異常が検出された場合、前記リトライ動作を実行する過電流保護装置。
4. 請求項３に記載の過電流保護装置であって、
   前記リトライ実行部は、
   前記計測値と、予め設定された前記第１の閾値に対して相対的に大きい第２の閾値と、を比較し、
   前記計測値が前記第２の閾値以上となった場合に前記リトライ動作を終了する過電流保護装置。
5. 請求項４に記載の過電流保護装置であって、
   前記リトライ実行部は、下記（１）式を満たすように、前記第２の間隔を設定する過電流保護装置。
   

   

   但し、上記（１）式において、ｔ_１０は前記第１の間隔であり、ｔ_２０は前記第２の間隔であり、Ｃは前記キャパシタの電気容量であり、Ｒ_Ｌは前記抵抗の電気抵抗値であり、Ｒ_Ｉは前記電力線の電気抵抗値であり、Ｔ_２は前記第２の閾値である。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の過電流保護装置であって、
   前記リトライ動作は、複数の前記第２の動作を含み、
   前記リトライ実行部は、前記複数の第２の動作のそれぞれついて、前記第２の間隔を相互に異なる値に設定する過電流保護装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の第１及び第２の過電流保護装置を備え、２つの前記外部負荷に対して電力を分配して供給する電力分配装置であって、
   前記２つの外部負荷は、並列に接続されており、
   前記第１の過電流保護装置は、前記２つの外部負荷の一方に対応しており、
   前記第２の過電流保護装置は、前記２つの外部負荷の他方に対応しており、
   前記第１の過電流保護装置の前記電源と、前記第２の過電流保護装置の前記電源と、は同一の電源であり、
   前記第１の過電流保護装置の前記リトライ実行部は、前記第２の過電流保護装置において前記第２の動作が行われている場合に、前記第１の過電流保護装置において前記第２の動作を行うことを禁止し、
   前記第２の過電流保護装置の前記リトライ実行部は、前記第１の過電流保護装置において前記第２の動作が行われている場合に、前記第２の過電流保護装置において前記第２の動作を行うことを禁止する電力分配装置。
8. 電源と、
   等価的に抵抗成分と容量成分とを含む外部負荷に対して、前記電源から電力を供給する電力線と、
   前記電力線に設けられ、前記電力線を導通するオン状態と、前記電力線を遮断するオフ状態と、を切り替え可能な半導体スイッチと、を備える過電流保護装置の制御方法であって、
   前記半導体スイッチの状態を検出する第１のステップと、
   前記第１のステップの検出結果に基づいて、前記半導体スイッチが異常であるか否かを判定する第２のステップと、
   前記第２のステップにおいて前記半導体スイッチの異常が判定された場合に、前記半導体スイッチの前記オン状態と前記オフ状態を繰り返し行うリトライ動作を実行する第３のステップと、を備え、
   前記リトライ動作は、
   第１の間隔に亘り前記半導体スイッチの前記オン状態が維持される第１の動作と、
   第２の間隔に亘り前記半導体スイッチの前記オフ状態が維持される第２の動作と、を交互に含み、
   前記第３のステップは、前記第１の動作中に前記容量成分に蓄えられたエネルギ量に対して、前記第１の動作の直後の前記第２の動作中に前記容量成分から放出されるエネルギ量が相対的に小さくなるように前記第２の間隔を設定することを含む制御方法。

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