JP2017188983A - Electric power feeding device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源供給装置に関するものである。 The present invention relates to a power supply device.
従来、自動車等の車両には、ヘッドライトスイッチ、オーディオスイッチ等のスイッチの操作に応じてヘッドライト等の電気部品（負荷）へのバッテリ電源の供給、遮断を行う電源供給装置が収容されたジャンクションボックス（電気接続箱）が搭載されている。このジャンクションボックスは、バッテリ、各種のスイッチおよび各種負荷にそれぞれ電線（ハーネス）を介して接続されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a vehicle such as an automobile has a junction that houses a power supply device that supplies and shuts off battery power to electrical components (loads) such as headlights in response to operation of switches such as headlight switches and audio switches. A box (electrical connection box) is installed. The junction box is connected to a battery, various switches, and various loads via electric wires (harnesses).
また、ジャンクションボックス内の電源供給回路には、スイッチの操作に応じて、バッテリから供給される電源を負荷に供給または遮断するための複数の半導体スイッチが設けられている。従来、負荷や半導体スイッチおよび電線を過電流から保護するために、ヒューズ等の過電流保護素子が設けられている。近年、過電流保護素子の電子化が進められており、従来のヒューズに代えて半導体スイッチの過電流保護や過熱保護機能を用いて電線を保護する電源供給装置が種々提案されている（例えば、特許文献１〜特許文献３参照）。
The power supply circuit in the junction box is provided with a plurality of semiconductor switches for supplying or cutting off the power supplied from the battery to the load in accordance with the operation of the switch. Conventionally, an overcurrent protection element such as a fuse is provided to protect a load, a semiconductor switch, and an electric wire from overcurrent. In recent years, computerization of overcurrent protection elements has been promoted, and various power supply devices for protecting electric wires using overcurrent protection and overheat protection functions of semiconductor switches instead of conventional fuses have been proposed (for example,
特許文献１には、負荷に電力を供給する負荷駆動用のパワー素子近傍の温度を検出し、検出温度が所定温度以上のとき、制御手段により、パワー素子への制御信号の入力を遮断し、その遮断状態を保持することで、パワー素子自身を保護する技術が開示されている。
In
また、特許文献２には、半導体素子からワイヤを介して負荷に流れる負荷電流を検出し、負荷電流が過電流制限閾値を超えると、電流制限回路により、半導体素子の駆動電流を低下させて負荷電流を過電流制限閾値以下に制限する技術が開示されている。この過電流制限閾値は、負荷電流によってワイヤが焼損する電流値以下の値に設定される。また、この過電流制限閾値は、起動時から所定時間の間は、突入電流で誤作動しないように第１の閾値に設定され、所定時間経過後は、第１の閾値より小さい第２の閾値に設定される。これにより、電線の保護を図っている。
In
さらに、特許文献３には、半導体スイッチを介して電源から負荷に流れる電流値を検出し、検出した電流値から２乗電流値を求め、熱等価回路によって半導体スイッチの温度相当値を演算によって求め、半導体スイッチの限界温度に基づいて設定された異常判定値を超えた場合に異常と判定し、異常と判定された場合に半導体スイッチをオフにする技術が開示されている。
Further,
ところで、特許文献１〜３に開示された技術では、半導体スイッチに負担がかからないように制御することはできるが、例えば、経年変化等によって半導体スイッチが故障した場合に、このような故障を検出することができないという問題点がある。
By the way, in the techniques disclosed in
本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであり、半導体スイッチの故障を検出することが可能な電源供給装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above situation, and an object thereof is to provide a power supply device capable of detecting a failure of a semiconductor switch.
上記課題を解決するために、本発明は、電源と負荷の間に接続され、前記電源から前記負荷に電源電力を供給する電源供給装置において、前記負荷に供給する電源電力をオン／オフする半導体スイッチと、前記半導体スイッチを介して前記負荷に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記半導体スイッチをオンの状態にした場合に、前記負荷に供給される電流の限界値を示す閾値であって時間の経過とともにその値が減少する閾値である変動閾値と、前記電流検出手段によって検出された電流とを比較し、前記電流が前記変動閾値を上回ったか否かを判定する判定手段と、前記変動閾値を生成する時定数回路と、前記判定手段によって前記電流が前記変動閾値を上回ったと判定された場合には、前記半導体スイッチをオフの状態に制御する制御手段と、前記制御手段によって前記半導体スイッチがオンの状態に制御されている場合に、前記電流検出手段によって検出された電流が、前記負荷の定格電流に対応する検出電流よりも値が小さい第１閾値未満のときには、前記半導体スイッチまたは前記負荷がオープン故障していると判断する判断手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、半導体スイッチの故障を検出することが可能になる。
In order to solve the above-described problem, the present invention provides a semiconductor device that is connected between a power source and a load, and that supplies power from the power source to the load, and that turns on / off the power supplied to the load. A switch, current detection means for detecting current flowing through the load via the semiconductor switch, and a threshold value indicating a limit value of current supplied to the load when the semiconductor switch is turned on. A determination unit that compares a fluctuation threshold that is a threshold that decreases with time and a current detected by the current detection unit to determine whether or not the current exceeds the fluctuation threshold; and the fluctuation A time constant circuit for generating a threshold value, and when the determination means determines that the current exceeds the fluctuation threshold value, the semiconductor switch is controlled to be turned off. And when the semiconductor switch is controlled to be in an ON state by the control means and the control means, the current detected by the current detection means is smaller than the detection current corresponding to the rated current of the load. And determining means for determining that the semiconductor switch or the load has an open failure when less than one threshold value.
According to such a configuration, it is possible to detect a failure of the semiconductor switch.
また、本発明は、前記判断手段は、前記制御手段によって前記半導体スイッチがオンの状態に制御されている場合に、前記電流検出手段によって検出された電流が前記第１閾値以上で、かつ、前記第１閾値よりも値が大きい第２閾値であって前記定格電流に対応する検出電流よりも値が小さい前記第２閾値未満の場合は、前記半導体スイッチまたは前記負荷にオープン故障の予兆があると判断することを特徴とする。
このような構成によれば、半導体スイッチまたは負荷のオープン故障の予兆の有無を判断することができる。
Further, in the present invention, when the semiconductor switch is controlled to be in an ON state by the control means, the current detected by the current detection means is not less than the first threshold, and the determination means When the second threshold value is larger than the first threshold value and is smaller than the second threshold value smaller than the detected current corresponding to the rated current, the semiconductor switch or the load has a sign of an open failure. It is characterized by judging.
According to such a configuration, it is possible to determine whether or not there is a sign of an open failure of the semiconductor switch or the load.
また、本発明は、前記半導体スイッチに現れる電圧を検出する電圧検出手段を有し、前記判断手段は、前記制御手段によって前記半導体スイッチがオンの状態にされている場合に、前記電流検出手段によって検出された電流が前記第１閾値未満で、かつ、前記電圧検出手段によって検出された電圧が、前記電源の電圧よりも低い第３閾値であって０Ｖに近い値の前記第３閾値未満であるときは前記負荷が故障していると判定する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、負荷の故障の有無を判断することができる。
In addition, the present invention includes voltage detection means for detecting a voltage appearing in the semiconductor switch, and the determination means uses the current detection means when the semiconductor switch is turned on by the control means. The detected current is less than the first threshold value, and the voltage detected by the voltage detection means is a third threshold value lower than the voltage of the power source and less than the third threshold value close to 0V. In some cases, it is determined that the load has failed.
According to such a configuration, it is possible to determine the presence or absence of a load failure.
また、本発明は、前記判断手段は、前記制御手段によって前記半導体スイッチがオンの状態にされている場合に、前記電流検出手段によって検出された電流が前記第１閾値未満で、かつ、前記電圧検出手段によって検出された電圧が、前記第３閾値よりも値が大きい第４閾値であって電源電圧よりも値が小さい前記第４閾値以上であるときは、前記半導体スイッチがオープン故障していると判定する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、半導体スイッチのオープン故障の有無を判断することができる。
In the present invention, it is preferable that the determination unit is configured such that when the semiconductor switch is turned on by the control unit, the current detected by the current detection unit is less than the first threshold value and the voltage When the voltage detected by the detection means is a fourth threshold value that is larger than the third threshold value and is equal to or greater than the fourth threshold value that is smaller than the power supply voltage, the semiconductor switch has an open failure. It is characterized by determining.
According to such a configuration, it is possible to determine whether or not there is an open failure in the semiconductor switch.
また、本発明は、前記判断手段は、前記制御手段によって前記半導体スイッチがオンの状態にされている場合に、前記電流検出手段によって検出された電流が前記第１閾値未満で、かつ、前記電圧検出手段によって検出された電圧が、前記第３閾値よりも値が大きい第４閾値であって電源電圧よりも値が小さい前記第４閾値未満であるとともに前記第３閾値以上であるときは、前記半導体スイッチにオープン故障の前兆があると判定する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、半導体スイッチにオープン故障の前兆の有無を判断することができる。
In the present invention, it is preferable that the determination unit is configured such that when the semiconductor switch is turned on by the control unit, the current detected by the current detection unit is less than the first threshold value and the voltage When the voltage detected by the detecting means is a fourth threshold value that is larger than the third threshold value and less than the fourth threshold value that is smaller than the power supply voltage and is equal to or greater than the third threshold value, It is characterized in that it is determined that the semiconductor switch has a precursor of an open failure.
According to such a configuration, it is possible to determine whether the semiconductor switch has a sign of an open failure.
また、本発明は、前記判断手段による判断結果を、前記電源供給装置の外部に報知する報知手段を有することを特徴とする。
このような構成によれば、故障の有無に関する判断結果を、運転者に報知することができる。
In addition, the present invention is characterized by having a notifying means for notifying the outside of the power supply apparatus of the determination result by the determining means.
According to such a configuration, the determination result regarding the presence or absence of a failure can be notified to the driver.
また、本発明は、前記電源供給装置は、リレーボックス、ジャンクションボックス、または、接続コネクタに着脱可能に接続されることを特徴とする。
このような構成によれば、リレーボックス、ジャンクションボックス、または、接続コネクタを介して接続される負荷を確実に制御することができる。
Moreover, the present invention is characterized in that the power supply device is detachably connected to a relay box, a junction box, or a connection connector.
According to such a configuration, the load connected via the relay box, the junction box, or the connection connector can be reliably controlled.
本発明によれば、半導体スイッチの故障を検出することが可能な電源供給装置を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the power supply device which can detect the failure of a semiconductor switch.
次に、本発明の実施形態について説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described.
（Ａ）本発明の第１実施形態の構成の説明
図１は、本発明の第１実施形態に係る電源供給装置１の構成例を示す斜視図である。この図に示すように、本発明の第１実施形態に係る電源供給装置１は、本体部１００および蓋部１２０を有している。ここで、本体部１００は、例えば、樹脂等によって構成され、面１００ａには後述する半導体スイッチ１２を含む素子群１０５が配置されている。また、面１００ｂには蓋部１２０の側面に設けられた孔１２１，１２２と係合する爪部１０１，１０２が形成されている。また、面１００ｃには、端子１１１〜１１５が設けられている。なお、図１の例では、端子１１１はグランド端子であり、端子１１２は駆動信号が入力される端子であり、端子１１３は半導体スイッチ１２がオフの状態にされていることを示すＤＩＡＧ信号を出力する端子であり、端子１１４はバッテリが接続される端子であり、端子１１５は負荷が接続される端子である。もちろん、これ以外の配置としてもよい。蓋部１２０は、樹脂等によって構成され、本体部１００がその内部に挿入され、爪部１０１，１０２が孔１２１，１２２に係合することで本体部１００を所定位置に固定する。
(A) Description of Configuration of First Embodiment of the Present Invention FIG. 1 is a perspective view showing a configuration example of a
図１に示す電源供給装置１は、例えば、車両のリレーボックス、ジャンクションボックス、または、接続コネクタに着脱可能に接続され、これらに接続される負荷に対して電源電力を供給する。
A
図２は、電源供給装置１の電気的な構成例を示すブロック図である。図２に示す例では、電源供給装置１は、半導体スイッチ１２、電流検出部１３、時定数回路１４、異常判定部１５、半導体スイッチ駆動部１６、および、半導体スイッチ故障判断部１７を有している。
FIG. 2 is a block diagram illustrating an electrical configuration example of the
ここで、半導体スイッチ１２は、例えば、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）によって構成され、半導体スイッチ駆動部１６によってゲート端子の電圧が制御されることでオン／オフの状態が制御される。オンの状態になった場合には、バッテリ２に蓄積されている電力を電源電力として、電線１１を介して負荷１０に供給する。なお、半導体スイッチ１２としては、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ以外の半導体素子、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）や、バイポーラトランジスタを用いることも可能である。
Here, the
電流検出部１３は、バッテリ２から半導体スイッチ１２および電線１１を介して負荷１０に流れる電流を検出し、時定数回路１４に供給する。より詳細には、電線１１に流れる負荷電流をＩｌｏａｄとするとき、このＩｌｏａｄの値に比例し、Ｉｌｏａｄよりも小さい値（例えば、１０００分の１の値）の検出電流Ｉｓを時定数回路１４に供給する。
The
時定数回路１４は、図３を参照して後述するように、半導体スイッチ１２をオンの状態にした場合に、負荷１０に対して流れる電流の限界値を示す閾値であって時間の経過とともにその値が減少する閾値である変動閾値（電流遮断特性）を生成するための時定数を有する。
As will be described later with reference to FIG. 3, the time
異常判定部１５は、図３を参照して後述するように、時定数回路１４から出力される出力電圧Ｖｏを所定の基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒｅｆを上回る場合には、異常であると判定し、半導体スイッチ駆動部１６を制御して、半導体スイッチ１２をオフの状態にし、負荷１０への電力供給を遮断する。
As will be described later with reference to FIG. 3, the
半導体スイッチ駆動部１６は、図３を参照して後述するように、論理素子およびトランジスタによって構成され、電源供給装置１に対して外部から入力される外部入力信号に基づいて半導体スイッチ１２のゲートを駆動する。
As will be described later with reference to FIG. 3, the semiconductor
半導体スイッチ故障判断部１７は、電流検出部１３、異常判定部１５、および、半導体スイッチ駆動部１６の状態に基づいて、半導体スイッチ１２（および負荷１０）の故障の有無を判断する。
The semiconductor switch
図３は、図２の詳細な構成例を示す図である。負荷１０に接続される電線１１に流れる負荷電流（Ｉｌｏａｄ）を検出する電流検出部１３は、差動増幅器２３と、抵抗Ｒｓと、Ｐチャネル形のＭＯＳ−ＦＥＴ２４とを備える。差動増幅器２３の非反転入力端子に電線１１が、その反転入力端子に抵抗Ｒｓを介してバッテリ２が、その出力端子にＭＯＳ−ＦＥＴ２４のゲート端子がそれぞれ接続されている。ＭＯＳ−ＦＥＴ２４のドレイン端子は差動増幅器２３の反転入力端子と抵抗Ｒｓの接続点に、そのソース端子は時定数回路１４の電流源２６にそれぞれ接続されている。なお、符号２４ａは、ＭＯＳ−ＦＥＴ２４の寄生のダイオードを示す。また、符号１２ａは、ＭＯＳ−ＦＥＴ１２の寄生のダイオードを示す。
FIG. 3 is a diagram illustrating a detailed configuration example of FIG. The
電流検出部１３は、半導体スイッチ１２のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓと抵抗Ｒｓの端子間電圧Ｖｓとが等しくなるように、差動増幅器２３の出力によってＭＯＳ−ＦＥＴ２４のゲート電位を制御することで、電線１１に流れる負荷電流（Ｉｌｏａｄ）に比例した電流（検出電流）Ｉｓが抵抗Ｒｓに流れるように構成されている。検出電流Ｉｓは、（負荷電流Ｉｌｏａｄ）×Ｋの値の電流である。ここで、Ｋは係数で、Ｋ＝（半導体スイッチ１２のオン抵抗Ｒｏｎ／Ｒｓ）である。この検出電流Ｉｓが、電線１１に流れる負荷電流Ｉｌｏａｄに相当する電流として、電流検出部１３から時定数回路１４へ出力される。なお、Ｉｓ＜＜Ｉｌｏａｄの関係を有しており、一例として、ＩｓはＩｌｏａｄの１０００分の１程度に設定される。
The
半導体スイッチ１２をオンの状態にすると、負荷１０に対して電流が流れるが、電流値が限界値を超えると、半導体スイッチ１２や電線１１が過電流によって損傷する（例えば、ＡＳＯ（Area of Safe Operation）破壊が生じる）。ところで、このような限界値は、時間の経過とともに変化する。図４は、半導体スイッチ１２および電線１１の限界特性を示している。図４の横軸は半導体スイッチ１２がオンになってからの経過時間を示し、縦軸は負荷電流Ｉｌｏａｄを示している。図４において、半導体限界特性３０は、半導体スイッチ１２がオンにされた後に、半導体スイッチ１２に流すことができる限界電流の経時的変化を示し、電線限界特性３１は、同じく、電線１１に流すことができる限界電流の経時的変化を示している。この図４に示すように、半導体スイッチ１２がオンの状態になった当初は、電線１１および半導体スイッチ１２に対してある程度大きな電流を流すことができるが、時間の経過とともに（経時的に）電線１１や半導体スイッチ１２が流すことができる電流の値は減少する。また、半導体限界特性３０と電線限界特性３１とは特性が異なっている。なお、図４に示す遮断禁止領域は、負荷１０が通常通り動作している場合に流れる電流の範囲を示し、半導体スイッチ１２に流れる電流がこの領域内に収まる場合には、半導体スイッチ１２を遮断することが禁止される領域である。
When the
そこで、本実施形態では、半導体限界特性３０と電線限界特性３１の双方を考慮した電流遮断特性３２を設定する。そして、負荷電流Ｉｌｏａｄが、時間的に変動する変動閾値としての電流遮断特性３２を示す曲線（以下「電流遮断曲線」と称する。）を超えないように制御をすることで、電線１１および半導体スイッチ１２が過電流によって損傷しないようにする。より詳細には、本実施形態では、図４に示す電流遮断特性３２に対応する時定数を有する時定数回路１４に対して、検出電流Ｉｓを入力し、出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒｅｆを超えた場合には、半導体スイッチ１２をオフの状態にすることで、負荷電流Ｉｌｏａｄが変動閾値である電流遮断曲線を超えないようにする。
Therefore, in the present embodiment, the current interruption characteristic 32 is set in consideration of both the semiconductor limit characteristic 30 and the
異常判定部１５は、コンパレータ２７を有し、時定数回路１４からの出力電圧Ｖｏと、基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、Ｖｏ＞Ｖｒｅｆの場合には、半導体スイッチ１２に流れる電流がその時点における電流遮断曲線を超えていると判定し、Ｈレベルの信号を出力し、Ｖｏ≦Ｖｒｅｆの場合には、Ｌレベルの信号を出力する。
The
コンパレータ２７からの出力信号は、ラッチ回路２８に入力される。このラッチ回路２８は、コンパレータ２７からＬレベルの信号が出力されている間は、Ｌレベルの信号を出力し、コンパレータ２７からＨレベルの信号が出力されると、その出力をＨレベルにラッチする。
An output signal from the
半導体スイッチ駆動部１６は、ＮＡＮＤ回路２０と、ＰＮＰ形のトランジスタ２１と、ＮＰＮ形のトランジスタ２２と、インバータ２９とを備えている。ＮＡＮＤ回路２０の一方の入力端子には、半導体スイッチ１２をオン／オフさせる制御信号が端子１１２から入力される。例えば、負荷１０を動作させるための図示しないスイッチがオンに操作されるとＨレベル（例えば、５Ｖ）の制御信号が、また、スイッチがオフに操作されるとＬレベルの制御信号がＮＡＮＤ回路２０の一方の入力端子に入力される。ＮＡＮＤ回路２０の他方の入力端子には、ラッチ回路２８の出力信号がインバータ２９を介して入力される。
The semiconductor
トランジスタ２１とトランジスタ２２は、コレクタ同士が接続されるとともに、ベース同士が接続されている。トランジスタ２１のエミッタには、チャージポンプ６から電源電圧を昇圧した電圧（駆動電圧）が供給され、トランジスタ２２のエミッタは接地されている。
The
以上のような構成を有する半導体スイッチ駆動部１６は、次のように動作する。
The semiconductor
（１）負荷１０を動作させるための不図示のスイッチがオフの状態で、端子１１２からＬレベルの制御信号がＮＡＮＤ回路２０の一方の入力端子に入力され、かつ、ラッチ回路２８の出力信号がＬレベルで、その信号がインバータ２９で反転されてＨレベルの信号がＮＡＮＤ回路２０の他方の入力端子に入力されている場合、ＮＡＮＤ回路２０はＨレベルの信号を出力する。これにより、トランジスタ２１がオフになり、トランジスタ２２がオンになるので、チャージポンプ６からの駆動電圧が半導体スイッチ１２のゲート端子に印加されず、半導体スイッチ１２がオフ状態に維持される。
(1) An L level control signal is input from the terminal 112 to one input terminal of the NAND circuit 20 while a switch (not shown) for operating the
（２）負荷１０を動作させるための不図示のスイッチがオンに操作されると、ＮＡＮＤ回路２０の他方の入力端子にＨレベルの信号が入力されている状態で、ＮＡＮＤ回路２０の一方の入力端子にＨレベルの制御信号が入力されるので、ＮＡＮＤ回路２０はＬレベルの信号を出力する。これにより、トランジスタ２２がオフになり、トランジスタ２１がオンになるので、チャージポンプ６からの駆動電圧が半導体スイッチ１２のゲート端子に印加され、半導体スイッチ１２がオン状態にされる。この結果、負荷１０へ電線１１を介してバッテリ電源が供給され、負荷１０が駆動される。
(2) When a switch (not shown) for operating the
（３）半導体スイッチ１２がオン状態にあるとき、ラッチ回路２８の出力信号がＬレベルからＨレベルに変化すると、ＮＡＮＤ回路２０の一方の入力端子にＨレベルの信号が入力されている状態で、他方の入力端子にＬレベルの信号が入力されるので、ＮＡＮＤ回路２０はＨレベルの信号を出力する。これにより、チャージポンプ６からの駆動電圧が半導体スイッチ１２のゲート端子に印加されなくなり、半導体スイッチ１２がオン状態からオフ状態になる。この結果、負荷１０へのバッテリ電源の供給が遮断され、負荷１０の駆動が停止する。
(3) When the output signal of the
また、図３に示す電源供給装置１では、インバータ２９の入力側とラッチ回路２８の出力側は、ＤＩＡＧ端子１１３に接続されている。このＤＩＡＧ端子１１３は、ラッチ回路２８を、Ｈレベル信号を出力している状態からＬレベルの信号を出力する状態にリセットするためのリセット信号入力用の端子として用いられるとともに、ラッチ回路２８の出力信号から半導体スイッチ１２のオン／オフ状態を外部でモニタするために、ラッチ回路２８の出力信号を外部回路へ出力するための端子として用いられる。
In the
半導体スイッチ故障判断部１７は、検出電流Ｉｓの値と、半導体スイッチ１２をオン／オフさせる制御信号と、ラッチ回路２８の出力とに基づいて半導体スイッチ１２（および負荷１０）の故障の有無を判断する。
The semiconductor switch
（Ｂ）本発明の第１実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の第１実施形態の動作について説明する。負荷（例えば、ヘッドライト）１０を駆動するためにスイッチ（例えば、ヘッドライトスイッチ）をオンに操作すると、ＮＡＮＤ回路２０の出力がＬレベルになり、トランジスタ２１がオンになってトランジスタ２２がオフになる。これにより、チャージポンプ６から駆動電圧がトランジスタ２１を介して半導体スイッチ１２のゲート端子に印加され、半導体スイッチ１２がオン状態になる。この結果、バッテリ２の電源電力が電線１１を介して負荷１０に供給され、負荷１０が起動される。
(B) Description of Operation of First Embodiment of the Invention Next, operation of the first embodiment of the present invention will be described. When a switch (for example, headlight switch) is turned on to drive the load (for example, headlight) 10, the output of the NAND circuit 20 becomes L level, the
このようにして負荷１０が起動されると、電線１１に流れる負荷電流（Ｉｌｏａｄ）に比例した電流（検出電流Ｉｓ）が電流検出部１３により検出される。この検出電流Ｉｓは、電流検出部１３から時定数回路１４へ供給される。
When the
時定数回路１４では、電流検出部１３から検出電流Ｉｓを入力し、電流源２６を介して、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ３およびコンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３によって構成されるはしご形ＲＣ回路に供給する。
In the time
時定数回路１４は、前述した電流遮断特性３２に対応する時定数を有している。また、異常判定部１５は、時定数回路１４からの出力電圧Ｖｏと、基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、Ｖｏ＞Ｖｒｅｆの場合にはＨレベルの信号を出力し、それ以外の場合にはＬレベルの信号を出力する。
The time
本実施形態では、時定数回路１４と異常判定部１５とが協働することによって、以下のような機能を実現する。すなわち、図５（Ａ）に示すように、一点鎖線で示す電流遮断特性３２よりも少しだけ小さい電流Ｉ１が半導体スイッチ１２に流れたとする。この場合、時定数回路１４からの出力電圧Ｖｏは、図５（Ｂ）に概略的に示すように、基準電圧Ｖｒｅｆよりも常に低い電圧Ｖｏ１となるため、異常判定部１５の出力は常にＬレベルとなる。一方、二点鎖線で示すように電流遮断特性３２よりも少しだけ大きい電流Ｉ２が半導体スイッチ１２に流れたとする。この場合、時定数回路１４からの出力電圧Ｖｏは図５（Ｂ）に概略的に示すように、基準電圧Ｖｒｅｆよりも常に高い電圧Ｖｏ２となるため、異常判定部１５の出力は常にＨレベルとなる。以上は説明を簡略化するために極端な例で説明したが、例えば、実際の動作時には、電流の値が一時的にでも電流遮断特性３２よりも大きくなると、時定数回路１４の出力電圧Ｖｏは、基準電圧Ｖｒｅｆよりも高くなるため、異常判定部１５の出力はＨレベルとなる。
In the present embodiment, the following functions are realized by the cooperation of the time
コンパレータ２７による判定の結果、（１）出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒｅｆより低い間は、コンパレータ２７はＬレベルの信号を出力する。これにより、ＮＡＮＤ回路２０の出力信号がＬレベルに維持され、半導体スイッチ１２がオン状態に維持され、負荷１０の駆動が継続される。
As a result of the determination by the
一方、（２）負荷１０の起動後における過渡状態、あるいは、その後の定常状態において、過電流が半導体スイッチ１２に流れることで、半導体スイッチ１２に流れる電流が、図４に示す電流遮断特性３２を越えた場合には、コンパレータ２７はＨレベルの信号を出力し、ラッチ回路２８はコンパレータ２７の出力をＨレベルにラッチする。これにより、ＮＡＮＤ回路２０の出力信号がＬレベルからＨレベルになり、トランジスタ２１がオフになってトランジスタ２２がオンになるので、チャージポンプ６からの駆動電圧が半導体スイッチ１２のゲート端子に印加されなくなり、半導体スイッチ１２が強制的にオフ状態にされ、負荷１０へのバッテリ電源の供給が遮断され、負荷１０の駆動が停止する。
On the other hand, (2) in a transient state after the
なお、過電流が半導体スイッチ１２に流れる場合としては、例えば、デッドショートにより非常に短い時間（例えば、数１００μｓ以下）に過電流が発生する場合や、パルス幅変調された制御信号が印加された場合や、断続ショート（レアショート）により断続的な過電流が発生する場合がある。このような過電流に対しても、本実施形態では、これを検出して、半導体スイッチ１２をオフの状態にすることができる。
In addition, as a case where overcurrent flows through the
本実施形態では、以上に説明したように、半導体スイッチ１２に過剰な負荷がかかることを防止するため、半導体スイッチ１２を長寿命化することができる。しかし、電源供給装置１の経年変化等によって、半導体スイッチ１２が故障する場合も想定される。故障の一例としては、例えば、半導体スイッチ１２が開放状態で導通しなくなるオープン故障がある。本実施形態では、このようなオープン故障を検出することができる。この点について、以下に説明する。
In the present embodiment, as described above, the life of the
半導体スイッチ故障判断部１７は、まず、端子１１２から入力される外部入力信号がＨレベルである場合、すなわち、運転者によって、負荷１０を動作させるための不図示のスイッチがオンの状態にされているかを判定する。そして、外部入力信号がＨレベルである場合に、ラッチ回路２８の出力電圧がＨレベルであるときには、半導体スイッチ１２に過電流が流れている状態と判定する。
First, when the external input signal input from the terminal 112 is at the H level, the semiconductor switch
一方、外部入力信号がＨレベルである場合に、ラッチ回路２８の出力電圧がＬレベルであるときは、半導体スイッチ故障判断部１７は、電流検出部１３から出力される検出電流Ｉｓを参照する。そして、検出電流Ｉｓが所定の閾値Ｔｈ１未満である場合は、運転者が負荷１０を起動するためにスイッチをオンにし（外部入力信号がＨレベルの状態）、ラッチ回路２８の出力がＬレベル（過電流による電流制限が行われていない状態）にも拘わらず、負荷１０に対して電流が流れていない（検出電流Ｉｓが所定の閾値Ｔｈ１未満の状態）であることから、半導体スイッチ１２（または負荷１０）がオープン故障していると判断する。一方、検出電流Ｉｓが所定の閾値Ｔｈ１以上である場合は、正常と判断することができる。なお、閾値Ｔｈ１は、例えば、定常動作時に負荷１０に流れる定格電流に対応する検出電流よりも小さい値を用いることができる。
On the other hand, when the external input signal is at the H level and the output voltage of the
つぎに、以上の動作を図９に示すフローチャートを参照して説明する。図９に示すフローチャートは、例えば、所定の周期、または、外部入力信号がオンの状態とされている場合に実行される処理の一例である。図９に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。 Next, the above operation will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The flowchart shown in FIG. 9 is an example of processing executed when, for example, a predetermined cycle or an external input signal is turned on. When the processing of the flowchart shown in FIG. 9 is started, the following steps are executed.
ステップＳ１０では、半導体スイッチ故障判断部１７は、端子１１２から入力される外部入力信号がＨレベルか否かを判定し、Ｈレベルの場合（ステップＳ１０：Ｙ）にはステップＳ１１に進み、それ以外の場合（ステップＳ１０：Ｎ）には処理を終了する。例えば、運転者によって負荷１０を動作させるための不図示のスイッチがオンの状態にされた場合には、外部入力信号がＨの状態になるので、Ｙと判定してステップＳ１１に進む。
In step S10, the semiconductor switch
ステップＳ１１では、半導体スイッチ故障判断部１７は、ラッチ回路２８の出力を参照し、異常判定中か否かを判定し、異常判定中である場合（ステップＳ１１：Ｙ）にはステップＳ１２に進み、それ以外の場合（ステップＳ１１：Ｎ）にはステップＳ１３に進む。例えば、ラッチ回路２８の出力がＬレベルである場合には、異常判定はされていない（負荷１０に電流遮断曲線以上の電流は流れてない）ことから、その場合はステップＳ１３に進み、ラッチ回路２８の出力がＨレベルである場合には、異常判定がされている（負荷１０に電流遮断曲線以上の電流が流れている）ことから、その場合はステップＳ１２に進む。
In step S11, the semiconductor switch
ステップＳ１２では、半導体スイッチ故障判断部１７は、負荷１０に過電流が流れている状態と判定する。すなわち、ステップＳ１２に進む場合は、ステップＳ１０でＹと判定され（外部入力信号がＨレベルであり）、かつ、ステップＳ１１でＹと判定される場合（異常判定中の場合）であることから、半導体スイッチ故障判断部１７は、過電流が流れている状態と判定する。
In step S <b> 12, the semiconductor switch
ステップＳ１３では、半導体スイッチ故障判断部１７は、電流検出部１３から出力される検出電流Ｉｓが閾値Ｔｈ１未満か否かを判定し、Ｉｓ＜Ｔｈ１の場合（ステップＳ１３：Ｙ）は、ステップＳ１４に進み、それ以外の場合（ステップＳ１３：Ｎ）にはステップＳ１５に進む。例えば、検出電流ＩｓがＴｈ１としての１０μＡ未満である場合にはＹと判定してステップＳ１４に進む。なお、閾値Ｔｈ１としては、負荷１０に流れる定格電流に対応する検出電流よりも小さい値とすることができる。
In step S13, the semiconductor switch
ステップＳ１４では、半導体スイッチ故障判断部１７は、半導体スイッチ１２がオープン故障の状態であると判定する。すなわち、ステップＳ１４に進むのは、ステップＳ１０でＹと判定され（外部入力信号がＨレベルであり）、ステップＳ１１でＮと判定され（電流遮断曲線以上の電流は流れおらず）、ステップＳ１３でＹと判定された場合（半導体スイッチ１２に電流が殆ど流れていない場合）であるので、半導体スイッチ１２（または負荷１０）のオープン故障であると判定する。
In step S14, the semiconductor switch
ステップＳ１５では、半導体スイッチ故障判断部１７は、正常であると判定する。すなわち、ステップＳ１５に進むのは、ステップＳ１０でＹと判定され（外部入力信号がＨレベルであり）、ステップＳ１１でＮと判定され（電流遮断曲線以上の電流は流れておらず）、ステップＳ１３でＮと判定された場合（半導体スイッチ１２に一定の電流が流れている場合）であるので、正常と判定する。
In step S15, the semiconductor switch
以上のフローチャートによれば、半導体スイッチ１２（または負荷１０）のオープン故障を検出することができる。 According to the above flowchart, it is possible to detect an open failure of the semiconductor switch 12 (or the load 10).
以上に説明したように、本実施形態では、以下の作用効果を奏する。 As described above, this embodiment has the following effects.
本実施形態では、時定数回路１４の出力電圧Ｖｏは、半導体スイッチ１２をオン状態にした後（負荷１０の起動後）、半導体スイッチ１２に流れる電流Ｉｄｓに応じて変化する。例えば、半導体スイッチ１２に流れる電流が増えると、時定数回路１４では電流の増加に対応して出力電圧Ｖｏが増加する。このように変化する時定数回路１４の出力値を基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、その出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒｅｆを超えた場合に、半導体スイッチ１２をオフ状態にすることで、図４に示す電流遮断特性３２に基づいて半導体スイッチ１２を制御することができる。このように、半導体限界特性３０および電線限界特性３１の双方を考慮した電流遮断特性３２に基づいて制御することで、半導体スイッチ１２を過電流および過熱から保護しながら効率良く使うことができる。このような領域での使用は、上記従来技術では出来ない。
In the present embodiment, the output voltage Vo of the time
また、デッドショート等の瞬時的に遮断が必要な場合にも容易に対応することができる。 Further, it is possible to easily cope with a case where instantaneous interruption is necessary, such as dead short.
上記特許文献１に記載された従来技術のように、負荷駆動用のパワー素子近傍の温度を検出し、検出温度が所定温度以上の時、パワー素子への制御信号の入力を遮断する方法では、検出温度とパワー素子の真の温度との間に差が生じたり、あるいは温度の検出に時間的な遅れが生じたりすることがある。これに対して、本実施形態によれば、電線１１に流れる電流の検出値を時定数回路１４に入力し、半導体限界特性３０および電線限界特性３１の双方を考慮した電流遮断特性３２に基づいて過電流を検出するようにしたので、半導体スイッチ１２に流れる電流を、時間遅れを生じることなく検出することができる。このため、半導体スイッチ１２の劣化および故障を抑制することができるとともに、デッドショートのように非常に短い時間（例えば、数１００μｓ以下）に発生する過電流に対しても、電線を保護することができる。
In the method of detecting the temperature in the vicinity of the power element for driving the load as in the prior art described in
また、時定数回路１４は、ＲＣはしご形時定数回路により構成されているので、半導体スイッチ１２および電線１１の双方に対応した電流遮断特性３２を任意に設定できる。
Further, since the time
また、電流検出部１３から時定数回路１４への出力を電流出力としているため、半導体スイッチ１２の過渡的な変動に対して、電源変動の影響をほとんど受けずに対応することができる。
In addition, since the output from the
また、時定数回路１４は、ＲＣはしご形時定数回路の定数（ＲＣはしご形回路の各段のコンデンサの容量および抵抗の抵抗値）と、基準電圧Ｖｒｅｆとを調整することで、過渡電流領域および定常動作領域（定常状態）での電流遮断特性を任意に設定可能である。
Further, the time
一例として、図６は、定常動作領域における電流遮断特性３２を変化させた特性（破線で示す特性）を示している。この図６の例では、過渡電流領域はほとんど変化させずに、定常電流領域の遮断特性だけを変化させている。また、図７は、過渡電流領域における電流遮断特性３２を変化させた特性（破線で示す特性）を示している。この図７の例では、定常電流領域はほとんど変化させずに、過渡電流領域の遮断特性だけを変化させている。また、図８は、図６および図７と比較して、負荷１０の種類が異なる場合の特性を示している。この図８の例では、遮断禁止領域の冒頭部分が矩形形状となっており、図６および図７に示す三角形状とは異なっている。このような特性を有する負荷１０の場合には、時定数回路１４の時定数および基準電圧Ｖｒｅｆを調整することで、例えば、図８に示すような、図６および図７とは異なる曲線形状を有する電流遮断特性３２に設定することができる。
As an example, FIG. 6 shows a characteristic (characteristic indicated by a broken line) obtained by changing the current interruption characteristic 32 in the steady operation region. In the example of FIG. 6, the transient current region is hardly changed, and only the cutoff characteristic in the steady current region is changed. FIG. 7 shows characteristics (characteristics indicated by broken lines) obtained by changing the current cutoff characteristics 32 in the transient current region. In the example of FIG. 7, the steady current region is hardly changed, and only the cutoff characteristic in the transient current region is changed. FIG. 8 shows characteristics when the type of the
また、上記特許文献２に記載された従来技術では、過渡状態に対応する第１の閾値と、定常状態に対応する第２の閾値によって電線を保護するようにしている。一方、本実施形態では、時定数回路１４に基づく連続的な電流遮断特性（電流遮断曲線）に基づいて制御するようにしているので、特許文献２に比較すると、細かな制御を行うことができる。また、特許文献２の段落００５２には、第１閾値に対応する抵抗を可変抵抗とし、時間の経過とともに可変抵抗の抵抗値を変更することで、連続的に変化する第１の閾値を設定することが開示されているが、可変抵抗を時間的に制御することは容易ではない。一方、本実施形態では、時定数回路１４を用いることで、連続的に変化する変動閾値を容易に設定することができる。
Moreover, in the prior art described in the said
また、上記特許文献３に開示された従来技術では、半導体スイッチ１２の熱等価回路に基づいて過電流を遮断するようにしている。しかし、熱等価回路とするためには、電流の２乗値を計算する必要があることから、電流変換回路を設ける必要がある。このような２乗値を計算する回路は、複雑であり、回路の占有面積も大きいことから、製造コストが高くつくとともに、小型化が困難となるという問題点がある。しかしながら、本実施形態では、熱的な等価回路ではなく、電流そのものの遮断特性（電流遮断特性）を求めて、この電流遮断特性に基づいて半導体スイッチ１２を制御するようにしたので、２乗値を計算する回路を排除することができる。
In the prior art disclosed in
さらに、本発明の実施形態では、図９に示すフローチャートを参照して説明したように、半導体スイッチ１２（または負荷１０）がオープン故障しているか否かの判定を正確に行うことができる。このような機能は、特許文献１〜３に示す従来技術には開示されていない。
Furthermore, in the embodiment of the present invention, as described with reference to the flowchart shown in FIG. 9, it is possible to accurately determine whether or not the semiconductor switch 12 (or the load 10) has an open failure. Such a function is not disclosed in the prior art disclosed in
（Ｃ）本発明の第２実施形態の説明
つぎに、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態の構成は、図１〜図３と同様であり、半導体スイッチ故障判断部１７において実行される処理の一部が異なっている。そこで、以下では、図１０を参照して、半導体スイッチ故障判断部１７において実行される処理について説明する。
(C) Description of Second Embodiment of the Present Invention Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, the structure of 2nd Embodiment is the same as that of FIGS. 1-3, and a part of process performed in the semiconductor switch
図１０は、第２実施形態において実行される処理の流れの一例を説明するフローチャートである。なお、図１０において、図９と対応する部分には同一の符号を付してある。図１０では、図９に比較すると、ステップＳ３０およびステップＳ３１の処理が追加されている。これら以外は図９と同様であるので、以下ではステップＳ３０およびステップＳ３１について詳細に説明する。 FIG. 10 is a flowchart for explaining an example of the flow of processing executed in the second embodiment. In FIG. 10, parts corresponding to those in FIG. In FIG. 10, compared with FIG. 9, the processes of step S30 and step S31 are added. The other steps are the same as those in FIG. 9, and therefore Steps S30 and S31 will be described in detail below.
ステップＳ３０では、半導体スイッチ故障判断部１７は、電流検出部１３から出力される検出電流Ｉｓが所定の閾値Ｔｈ２未満か否かを判定し、Ｉｓ＜Ｔｈ２を満たすと判定した場合（ステップＳ３０：Ｙ）にはステップＳ３１に進み、それ以外の場合（ステップＳ３０：Ｎ）にはステップＳ１５に進む。より詳細には、半導体スイッチ故障判断部１７は、閾値Ｔｈ１よりも値が大きい閾値Ｔｈ２（例えば、負荷１０の定格電流の１０％に対応する値）と、検出電流Ｉｓを比較し、Ｉｓ＜Ｔｈ２を満たすと判定した場合には、ステップＳ３１に進む。
In step S30, the semiconductor switch
ステップＳ３１では、半導体スイッチ故障判断部１７は、半導体スイッチ１２（または負荷１０）がオープン故障する予兆があると判定する。すなわち、ステップＳ３１に進むのは、ステップＳ１０においてＹと判定され（負荷１０の動作を開始させるための不図示のスイッチがオンの状態であり）、ステップＳ１１においてＮと判定され（半導体スイッチ１２に電流遮断曲線を超えるような電流が流れておらず）、ステップＳ１３でＮと判定され（半導体スイッチ１２に閾値Ｔｈ１以上の電流が流れており）、かつ、ステップＳ３０でＹと判定されている場合（検出電流Ｉｓが閾値Ｔｈ２未満の場合）であるので、オープン故障の前兆があると判定する。具体例を挙げると、例えば、半導体スイッチ１２のオン抵抗が増加している場合や負荷１０が動作不良の場合である。なお、ステップＳ３０でＮと判定された場合には、ステップＳ１５に進み、正常と判定される。
In step S31, the semiconductor switch
以上に説明したように、本発明の第２実施形態によれば、半導体スイッチ１２のオープン故障を検出することができるのみならず、半導体スイッチ１２（または負荷１０）のオープン故障の前兆も検出することができる。
As described above, according to the second embodiment of the present invention, not only the open failure of the
（Ｄ）本発明の第３実施形態の説明
つぎに、本発明の第３実施形態について説明する。図１１は、本発明の第３実施形態の構成例を示す図である。なお、図１１において、図２と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図１１の構成例では、図２と比較すると、電圧検出部１８が新たに追加されている。これ以外の構成は、図２の場合と同じである。
(D) Description of Third Embodiment of the Present Invention Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of the third embodiment of the present invention. In FIG. 11, parts corresponding to those in FIG. In the configuration example of FIG. 11, a voltage detection unit 18 is newly added as compared with FIG. 2. The other configuration is the same as that in FIG.
ここで、電圧検出部１８は、半導体スイッチ１２のドレイン−ソース間（出力端子間）の電圧Ｖｄｓを検出し、半導体スイッチ故障判断部１７に通知する。
Here, the voltage detection unit 18 detects the voltage Vds between the drain and the source (between the output terminals) of the
つぎに、図１２を参照して、第３実施形態において実行される処理について説明する。図１２は、第３実施形態において実行される処理の流れの一例を説明するフローチャートである。なお、図１２において、図１０と対応する部分には同一の符号を付してある。図１２では、図１０に比較すると、ステップＳ５０〜ステップＳ５２の処理が追加されている。これら以外は図１２と同様であるので、以下ではステップＳ５０〜ステップＳ５２について詳細に説明する。 Next, processing executed in the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a flowchart for explaining an example of the flow of processing executed in the third embodiment. In FIG. 12, parts corresponding to those in FIG. In FIG. 12, the process of step S50-step S52 is added compared with FIG. Since other than these are the same as those in FIG. 12, steps S50 to S52 will be described in detail below.
ステップＳ５０では、半導体スイッチ故障判断部１７は、電圧検出部１８によって検出された半導体スイッチ１２のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓが所定の閾値Ｔｈ３未満か否かを判定し、Ｖｄｓ＜Ｔｈ３を満たす場合（ステップＳ５０：Ｙ）にはステップＳ５１に進み、それ以外の場合（ステップＳ５０：Ｎ）にはステップＳ５２に進む。例えば、半導体スイッチ１２が正常な場合、半導体スイッチ１２のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓは、バッテリ２の電圧（１２Ｖ）よりも低く、０Ｖに近い値（例えば、１Ｖ未満の値で、数十ｍＶ程度）であるので、例えば、Ｔｈ３として１Ｖが設定されている場合には、Ｖｄｓ＜Ｔｈ３を満たすのでＹと判定してステップＳ５１に進む。
In step S50, the semiconductor switch
ステップＳ５１では、半導体スイッチ故障判断部１７は、負荷１０が故障していると判定する。すなわち、ステップＳ５１に進むのは、ステップＳ１０でＹと判定され（負荷１０を動作させるための不図示のスイッチがオンの状態とされ）、ステップＳ１１でＮと判定され（半導体スイッチ１２に電流遮断曲線を超えるような電流が流れておらず）、ステップＳ１３でＹと判定され（半導体スイッチ１２に閾値Ｔｈ１未満の電流が流れている状態であり）、かつ、ステップＳ５０でＹと判定されている（半導体スイッチ１２のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓが閾値Ｔｈ３未満であり、半導体スイッチ１２は正常である）ので、負荷１０が故障していると判定する。
In step S51, the semiconductor switch
ステップＳ５２では、半導体スイッチ故障判断部１７は、電圧検出部１８によって検出された半導体スイッチ１２のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓが所定の閾値Ｔｈ４未満か否かを判定し、Ｖｄｓ＜Ｔｈ４を満たす場合（ステップＳ５２：Ｙ）にはステップＳ３１に進み、それ以外の場合（ステップＳ５２：Ｎ）にはステップＳ１４に進む。なお、閾値Ｔｈ４は、例えば、バッテリ２の電圧の１／２程度（バッテリ２が１２Ｖの場合は６Ｖ）の値であり、かつ、Ｔｈ４＞Ｔｈ３を満たす値に設定される。前述のように、半導体スイッチ１２が正常な場合、半導体スイッチ１２のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓは非常に小さい（Ｖｄｓ＜Ｔｈ３を満たす）が、このＶｄｓがＴｈ３よりも大きく、かつ、Ｔｈ４（例えば、６Ｖ）よりも小さい場合には、オープン故障の予兆があると判定してステップＳ３１に進む。
In step S52, the semiconductor switch
ステップＳ３１では、半導体スイッチ故障判断部１７は、半導体スイッチ１２がオープン故障する予兆があると判定する。すなわち、ステップＳ３１に進むのは、ステップＳ１０においてＹと判定され（負荷１０の動作を開始させるための不図示のスイッチがオンの状態であり）、ステップＳ１１においてＮと判定され（半導体スイッチ１２に電流遮断曲線を超えるような電流が流れておらず）、ステップＳ１３でＹと判定され（半導体スイッチ１２にＴｈ１未満の電流が流れている状態）、かつ、ステップＳ５０でＮおよびステップＳ５２でＹと判定されている（Ｖｄｓが閾値Ｔｈ３以上かつ閾値Ｔｈ４未満の状態である）ことから、半導体スイッチ１２にオープン故障の前兆があると判定する。なお、ステップＳ５２でＮと判定された場合（ＶｄｓがＴｈ４以上の場合）には、ステップＳ１４に進み、負荷１２は正常で、半導体スイッチ１２がオープン故障していると判定する。
In step S31, the semiconductor switch
以上に説明したように、本発明の第３実施形態によれば、半導体スイッチ１２のオープン故障およびオープン故障の前兆を検出することができるのみならず、負荷１０の故障の有無を判定することができる。
As described above, according to the third embodiment of the present invention, not only the open failure of the
（Ｅ）本発明の第４実施形態の説明
つぎに、本発明の第４実施形態について説明する。なお、第４実施形態の構成は、図１１と同様であり、半導体スイッチ故障判断部１７において実行される処理の一部が異なっている。そこで、以下では、図１３を参照して、半導体スイッチ故障判断部１７において実行される処理について説明する。
(E) Explanation of 4th Embodiment of this invention Next, 4th Embodiment of this invention is described. Note that the configuration of the fourth embodiment is the same as that of FIG. 11, and part of the processing executed in the semiconductor switch
図１３は、第４実施形態において実行される処理の流れの一例を説明するフローチャートである。なお、図１３において、図１２と対応する部分には同一の符号を付してある。図１３では、図１２に比較すると、ステップＳ７０の処理が追加されている。これ以外は図１２と同様であるので、以下ではステップＳ７０を中心に説明する。 FIG. 13 is a flowchart for explaining an example of a flow of processing executed in the fourth embodiment. In FIG. 13, the same reference numerals are given to the portions corresponding to those in FIG. In FIG. 13, the process of step S70 is added compared with FIG. Since other than this is the same as that of FIG. 12, the following description will be focused on step S70.
ステップＳ１３において、半導体スイッチ故障判断部１７が、検出電流Ｉｓが所定の閾値Ｔｈ１以上であると判定した場合（ステップＳ１３：Ｎ）は、ステップＳ７０に進む。
In step S13, when the semiconductor switch
ステップＳ７０では、半導体スイッチ故障判断部１７は、検出電流Ｉｓが所定の閾値Ｔｈ２未満か否かを判定し、Ｉｓ＜Ｔｈ２を満たす場合（ステップＳ７０：Ｙ）にはステップＳ３１に進み、それ以外の場合（ステップＳ７０：Ｎ）にはステップＳ１５に進む。例えば、検出電流Ｉｓが所定の閾値Ｔｈ２未満と判定した場合にはＹと判定してステップＳ３１に進む。より詳細には、半導体スイッチ故障判断部１７は、閾値Ｔｈ１よりも値が大きい閾値Ｔｈ２（例えば、負荷１０の定格電流の１０％に対応する値）と、検出電流Ｉｓを比較し、Ｉｓ＜Ｔｈ２を満たすと判定した場合には、ステップＳ３１に進む。
In step S70, the semiconductor switch
ステップＳ３１では、半導体スイッチ故障判断部１７は、半導体スイッチ１２にオープン故障の予兆があると判定する。すなわち、ステップＳ３１に進むのは、ステップＳ１０においてＹと判定され（負荷１０の動作を開始させるための不図示のスイッチがオンの状態であり）、ステップＳ１１においてＮと判定され（半導体スイッチ１２に電流遮断曲線を超えるような電流が流れておらず）、ステップＳ１３でＮと判定され（検出電流ＩｓがＴｈ１以上で）、かつ、ステップＳ７０でＹと判定されており（検出電流ＩｓがＴｈ２未満の場合であり）、検出電流ＩｓがＴｈ１以上かつＴｈ２未満であることから、オープン故障の前兆があると判定する。なお、ステップＳ７０でＮと判定された場合には、検出電流Ｉｓが閾値Ｔｈ２以上の状態であることから半導体スイッチ１２は正常と判定する。なお、ステップＳ１３でＹと判定され（検出電流ＩｓがＴｈ１未満で）、ステップＳ５０でＮと判定され（ＶｄｓがＴｈ３以上であり）、ステップＳ５２でＹと判定された場合（ＶｄｓがＴｈ４未満である場合）にも、ステップＳ３１に進むが、これは図１２の場合と同様である。
In step S31, the semiconductor switch
以上に説明したように、本発明の第４実施形態によれば、半導体スイッチ１２のオープン故障およびオープン故障の前兆を検出することができるのみならず、負荷１０の故障を判定することができる。また、検出電流Ｉｓとドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓの双方に基づいて、半導体スイッチ１２のオープン故障の予兆を検出することができるので、オープン故障の予兆を確実に検出することができる。
As described above, according to the fourth embodiment of the present invention, not only the open failure of the
（Ｆ）本発明の第５実施形態の説明
つぎに、本発明の第５実施形態について説明する。図１４は、本発明の第５実施形態の構成例を示す図である。なお、図１４において、図２と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図１４の構成例では、図２と比較すると、電源供給装置１内に外部報知部１９が追加されるとともに、外部に外部機器４０が追加されている。これ以外の構成は、図２の場合と同じである。
(F) Description of Fifth Embodiment of the Present Invention Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 14 is a diagram showing a configuration example of the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 14, parts corresponding to those in FIG. In the configuration example of FIG. 14, compared to FIG. 2, an
ここで、外部報知部１９は、半導体スイッチ故障判断部１７による判断結果を、外部機器４０に対して報知する機能を有する。外部機器４０は、例えば、ＥＣＵ（Electric Control Unit）等によって構成され、外部報知部１９から報知された情報を、例えば、運転者に対して提示する機能を有している。
Here, the
このような実施形態によれば、例えば、半導体スイッチ故障判断部１７が、負荷１０に過電流が流れていると判定した場合、半導体スイッチ１２がオープン故障していると判定した場合、または、半導体スイッチ１２が正常であると判定した場合には、それぞれの判断結果を、外部報知部１９を介して外部機器４０に通知する。外部機器４０は、外部報知部１９から通知された情報に基づいて、例えば、運転者に対して、判断結果を通知する。この結果、運転者は、電源供給装置１の状態を、例えば、ボンネットを開けることなく知ることができる。なお、外部機器４０としては、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）を半導体スイッチ故障判断部１７による判断結果に対応して表示する表示装置を用いることができる。あるいは、音声または画像によって、判断結果を提示するようにしてもよい。
According to such an embodiment, for example, when the semiconductor switch
以上に説明したように、本発明の第５実施形態によれば、運転者は外部機器４０が提示する情報に基づいて、電源供給装置１の状態を知ることができる。
As described above, according to the fifth embodiment of the present invention, the driver can know the state of the
（Ｃ）変形実施形態の説明
以上の各実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の各実施形態では、時定数回路としては、はしご形ＲＣ回路を用いるようにしたが、例えば、はしご形ＲＬ回路を用いることも可能である。また、小型化が容易なスイッチトキャパシタ回路を用いるようにしてもよい。
(C) Description of Modified Embodiment Each of the above embodiments is an example, and it is needless to say that the present invention is not limited to the case described above. For example, in each of the above embodiments, a ladder RC circuit is used as the time constant circuit. However, for example, a ladder RL circuit can be used. Further, a switched capacitor circuit that can be easily downsized may be used.
また、時定数回路としては、図３に示すはしご形ＲＣ回路を示したが、図３は一例に過ぎず、これ以外の形状の回路を用いるようにしてもよい。 Further, as the time constant circuit, the ladder RC circuit shown in FIG. 3 is shown, but FIG. 3 is only an example, and a circuit having a shape other than this may be used.
また、図３に示す実施形態では、電流検出部１３による検出電流Ｉｓを時定数回路１４に入力するようにしたが、検出された電流に対応する電圧を、時定数回路１４に供給するようにしてもよい。また、時定数回路１４の出力は電圧としたが、電流を出力するようにしてもよい。
In the embodiment shown in FIG. 3, the detection current Is from the
また、図１４に示す例では、図２に示す第１実施形態に対して、外部報知部１９および外部機器４０を設けるようにしたが、例えば、図１１に示す構成に対して、外部報知部１９および外部機器４０を設けるようにしてもよい。そのような場合には、過電流判定、オープン故障判定、および、正常判定だけでなく、オープン故障予兆判定および負荷故障判定についても、運転者に対して通知することができる。
In the example shown in FIG. 14, the
また、以上の実施形態では、フローチャートに基づいて、ソフトウエア的に異常の有無を判断するようにしたが、例えば、論理回路を用いてハードウエア的に異常の有無を判断するようにしてもよい。 In the above embodiment, the presence / absence of abnormality is determined by software based on the flowchart. However, for example, the presence / absence of abnormality by hardware may be determined by using a logic circuit. .
１ 電源供給装置
２ バッテリ
１０ 負荷
１１ 電線
１２ 半導体スイッチ
１３ 電流検出部（電流検出手段）
１４ 時定数回路（判定手段の一部）
１５ 異常判定部（判定手段の一部）
１６ 半導体スイッチ駆動部（制御手段）
１７ 半導体スイッチ駆動部（判断手段）
１８ 電圧検出部（電圧検出手段）
１９ 外部報知部（報知手段）
２０ ＮＡＮＤ回路
２１，２２ トランジスタ
２３ 差動増幅器
２４ ＭＯＳ−ＦＥＴ
２６ 電流源
２７ コンパレータ
２８ ラッチ回路
２９ インバータ
４０ 外部機器
DESCRIPTION OF
14 Time constant circuit (part of judgment means)
15 Abnormality determination unit (part of determination means)
16 Semiconductor switch driver (control means)
17 Semiconductor switch driver (judgment means)
18 Voltage detector (voltage detection means)
19 External notification section (notification means)
20
26
Claims (7)
前記負荷に供給する電源電力をオン／オフする半導体スイッチと、
前記半導体スイッチを介して前記負荷に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記半導体スイッチをオンの状態にした場合に、前記負荷に供給される電流の限界値を示す閾値であって時間の経過とともにその値が減少する閾値である変動閾値と、前記電流検出手段によって検出された電流とを比較し、前記電流が前記変動閾値を上回ったか否かを判定する判定手段と、
前記変動閾値を生成する時定数回路と、
前記判定手段によって前記電流が前記変動閾値を上回ったと判定された場合には、前記半導体スイッチをオフの状態に制御する制御手段と、
前記制御手段によって前記半導体スイッチがオンの状態に制御されている場合に、前記電流検出手段によって検出された電流が、前記負荷の定格電流に対応する検出電流よりも値が小さい第１閾値未満のときには、前記半導体スイッチまたは前記負荷がオープン故障していると判断する判断手段と、
を有することを特徴とする電源供給装置。 In a power supply device connected between a power source and a load and supplying power from the power source to the load,
A semiconductor switch for turning on / off the power supplied to the load;
Current detecting means for detecting a current flowing through the load via the semiconductor switch;
When the semiconductor switch is turned on, the threshold value indicates a limit value of the current supplied to the load, and the threshold value is a threshold value that decreases as time passes. A determination means for comparing the measured current and determining whether or not the current exceeds the fluctuation threshold;
A time constant circuit for generating the variation threshold;
If the determination means determines that the current has exceeded the fluctuation threshold, control means for controlling the semiconductor switch to an off state;
When the semiconductor switch is controlled to be in an ON state by the control unit, the current detected by the current detection unit is less than a first threshold value that is smaller than the detection current corresponding to the rated current of the load. Sometimes the judging means for judging that the semiconductor switch or the load has an open failure,
A power supply device comprising:
前記判断手段は、前記制御手段によって前記半導体スイッチがオンの状態にされている場合に、前記電流検出手段によって検出された電流が前記第１閾値未満で、かつ、前記電圧検出手段によって検出された電圧が、前記電源の電圧よりも低い第３閾値であって０Ｖに近い値の前記第３閾値未満であるときは前記負荷が故障していると判定する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電源供給装置。 Voltage detecting means for detecting a voltage appearing in the semiconductor switch;
The determination means detects the current detected by the current detection means less than the first threshold and detected by the voltage detection means when the semiconductor switch is turned on by the control means. When the voltage is a third threshold value lower than the voltage of the power supply and less than the third threshold value close to 0V, it is determined that the load is faulty.
The power supply device according to claim 1, wherein the power supply device is a power supply device.
ことを特徴とする請求項３に記載の電源供給装置。 The determination means detects the current detected by the current detection means less than the first threshold and detected by the voltage detection means when the semiconductor switch is turned on by the control means. When the voltage is a fourth threshold value that is greater than the third threshold value and greater than or equal to the fourth threshold value that is less than the power supply voltage, it is determined that the semiconductor switch has an open failure;
The power supply device according to claim 3.
ことを特徴とする請求項３に記載の電源供給装置。 The determination means detects the current detected by the current detection means less than the first threshold and detected by the voltage detection means when the semiconductor switch is turned on by the control means. When the voltage is a fourth threshold value that is greater than the third threshold value and less than the fourth threshold value that is less than the power supply voltage and greater than or equal to the third threshold value, an open fault is detected in the semiconductor switch. Judge that there are signs
The power supply device according to claim 3.
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